Источники поступления тяжелых металлов в почву

Обновлено: 20.05.2024

Из большого количества загрязнителей природной среды и сельскохозяйственной продукции наибольшее распространение получили ТМ. По способности накапливаться в экосистемах и токсичности выделяют 10 приоритетных загрязнителей: ртуть, свинец, кадмий, медь, ванадий, олово, цинк, кобальт, никель и молибден. Из них ртуть, свинец, кадмий и цинк относятся к первому классу опасности.

Источники поступления ТМ в биотический круговорот формируются в результате природных (естественных) и антропогенных (деятельности человека) процессов. К основным антропогенным источникам поступления тяжелых металлов относят: теплоэлектростанции, предприятия тяжелой промышленности, автомобильный транспорт. В агроландшафты тяжелые металлы поступают из атмосферы (мокрое и сухое осаждение), с поверхностным стоком, с минеральными и органическими удобрениями, агрохимикатами, в результате эксплуатации сельскохозяйственной техники и др.

К тяжелым металлам относятся химические элементы, имеющие плотность более 5 /см 3 или атомную массу более 50 единиц. Таких элементов около 40.

Большинство тяжелых металлов относится к группе микроэлементов, они входят в состав некоторых ферментов, которые необходимы для жизнедеятельности животных, растений, микроорганизмов. Например, медь входит в состав гемоцианина, регулирующего перенос кислорода у некоторых беспозвоночных. Цинк входит в состав тирозиназы, отвечающей за образование меланина. Марганец входит в состав фосфатазы, регулирующей развитие костей. Однако в больших количествах тяжелые металлы могут быть очень опасными для организма. По степени токсичности тяжелые металлы делятся на три класса (таблица 1).

Таблица 1- Классификация тяжелых металлов по степени токсичности

I класс Особо токсичные	II класс Токсичные	III класс Слабо токсичные
As, Cd, Hg, Pb, Zn	Co, Ni, Mo, Cr, Cu	Ba, V, W, Mn, Sr

Повышенное содержание концентраций тяжелых металлов в почве может вызывать развитие многих заболеваний:

Co – более 30 мг/кг угнетает синтез витамина С;

Cu – более 60 мг/кг приводит к поражению печени, желтухе, анемии;

Mn – более 400-3000 мг/кг вызывает заболевание костной системы;

Sr – более 600 мг/кг способствует развитию уровской болезни, рахиту, ломкости костей.

Опасность загрязнения почв тяжелыми металлами заключается еще и в том, что они очень медленно выводятся из почвы. Период полураспада тяжелых металлов колеблется в зависимости от вида элемента и почвенно-климатических условий и для некоторых составляет: Zn – 70-150 лет; Cd – 13-1100; Cu – 310-1500; Pb – 740-5900.

Оценка степени загрязнения почв тяжелыми металлами

Оценка степени загрязнения почв тяжелыми металлами выполняется путем сопоставления фактических значений концентраций (валовых и подвижных форм) с нормативными, на основании использования нормативных методов.

В качестве нормативных показателей используются нормированные значения концентраций ТМ в почве или фоновые концентрации. Оценка дается как по отдельным ТМ так и по суммарному индексу загрязнения. Критерием уровня загрязнения почвы является предельно допустимая концентрация (ПДК) химических веществ в пахотном горизонте почвы, которая не должна вызывать прямого или косвенного влияния на соприкасающиеся среды и здоровье человека, а также на самоочищающуюся способность почвы.

В зависимости от пути поступления загрязняющих веществ в сопредельные среды для почв существуют четыре показателя опасности и соответствующие им ПДК:

1. транслокационный отражает переход химических веществ из почвы в растения и возможность накопления токсикантов в выращиваемых продуктах питания и кормах;

2. миграционный водный характеризует поступление химических веществ из почв в грунтовые воды и водоисточники;

3. миграционный воздушный учитывает переход химических веществ из почвы в атмосферу;

4. общесанитарный характеризует влияние химических веществ на самоочищающую способность почвы и микробиоценозы.

Для определения загрязненности почв сельскохозяйственного назначения по отдельным химическим элементам проводят сравнение его фактического содержания с ПДК по валовым или подвижным формам (таблица 2).

Таблица - 2 ПДК химических веществ в почвах и допустимые уровни их содержания по показателям вредности (Госкомприрода СССР, № 02-10 51-2333 от 10.12.90)

Наименование веществ

ПДК, мк/кг

почвы с учетом фона

Показатели опасности, мг/кг

Водорастворимые формы

Подвижные формы

Валовое содержание*

* - валовое содержание ориентировочное

Степень опасности загрязнения почв ТМ во многом зависит от ее физико-химических свойств и гранулометрического состава. Основным показателем степени загрязнения почв тяжелыми металлами является транслокационный показатель вредности.

Расчет и оценка загрязнения почв тяжелыми металлами

Оценку степени загрязнения почв ТМ следует выполнять по их валовому содержанию и суммарному показателю загрязнения.

Расчет и оценка загрязнения почв ТМ проводится по следующей схеме:

1. Рассчитывается коэффициент концентрации каждого химического элемента (металла) (К_с):

где С –фактическое содержание ТМ в почве (мг/кг); С_ф – фоновое содержание ТМ в почве (мг/кг).

2. Определяется суммарный показатель загрязнения, который отражает сумму вредного воздействия группы элементов:

где n – число определяемых элементов.

3. определяется категория степени загрязнения по схеме оценки почв сельскохозяйственного назначения по загрязнению химическими веществами (таблица 3).

Мероприятия по очистке почв, загрязненных тяжелыми металлами

Приемы снижения токсичности загрязненных тяжелыми металлами почв делятся на профилактические и реабилитационные.

Профилактические приемы основаны на оптимизации технологии производства, создании замкнутых технологических циклов, а также в проведении контроля за отходами промышленного производства, вносимых в почву в качестве мелиорантов и удобрений.

Реабилитационные приемы применяются для ликвидации уже загрязненных почв и являются мерами по санации почв. Под санацией почвы понимается система методов и приемов, приводящих к снижению вредного (токсичного) воздействия ТМ или снижению содержания ТМ до фонового уровня. Санацию почв проводят методами очистки и детоксикации.

Очистка – совокупность приемов и методов, направленных на создание в почвах, подверженных загрязнению, условий, приводящих к снижению концентрации ТМ или уменьшающих содержание до фонового уровня. Она проводится путем промывок, извлечения ТМ из почвы посредством растений (фитомелиорация), удаления загрязненного слоя почвы и др.

Детоксикация – совокупность приемов и методов, приводящих к ослаблению или полному отсутствию токсического действия ТМ, а также направленных на создание в почвах условий, способствующих самоочищению. Она проводится с помощью агромелиоративных приемов (глубокая вспашка, рыхление, щелевание и т.д.), внесение органических и минеральных удобрений, сорбент-мелиорантов, композиционных смесей, а также микроорганизмов, переводящих ТМ в недоступные для растений формы.

Таблица 3 -Оценка почв сельскохозяйственного использования

Тяжелые металлы в почвах урбанизированных территорий Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

Аннотация научной статьи по экологическим биотехнологиям, автор научной работы — Байботаева А.Д., Кенжалиева Г.Д., Босак В.Н.

Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами является одной из основных экологических проблем на современном этапе развития общества. Накопление тяжелых металлов в биосфере ухудшает экологическую ситуацию и негативно сказывается на здоровье человека. В настоящее время основное загрязнение биосферы тяжелыми металлами происходит вследствие активной антропогенной деятельности в различных отраслях экономики (промышленность, энергетика, транспорт, сельское хозяйство). Определенные недоработки при строительстве и эксплуатации промышленных предприятий Туркестанской области и города Шымкент привели к накоплению тяжелых металлов в почве . Анализ накопления тяжелых металлов в почвах Шымкента показал, что город относится к населенным пунктам с классом повышенного уровня загрязнения , что делает актуальным разработку мероприятий по мониторингу и очистке почв от тяжелых металлов . Одним из направлений мониторинга почвенного загрязнения тяжелыми металлами является использования метода индикации с применением дождевых червей . Модельные исследования с различными концентрациями тяжелых металлов показали, что дождевые черви активно поглощают тяжелые металлы , которые ведут к значительным изменениям их пищеварительной системы. Увеличение концентрации тяжелых металлов ведет к частичной, а затем и к полной гибели попу-ляции дождевых червей . При применении сульфата меди полная гибель дождевых червей отмечена при 50 % концентрации, хлорида кобальта 40 %, сульфата железа 20 %, сульфата кадмия 10 % концентрации препарата. По степени негативного влияния на дождевых червей изучаемые химические элементы можно расположить следующим образом: Cd > Fe > Co > Cu > Zn.Environmental pollution by heavy metals is one of the main environmental problems at the present stage of development of society. The accumulation of heavy metals in the biosphere worsens the environmental situation and negatively affects human health. Currently, the main pollution of the biosphere by heavy metals occurs as a result of active anthropogenic activity in various sectors of the economy (industry, energy, transport, agriculture). Certain flaws in the construction and operation of industrial enterprises of the Turkestan region and the city of Shymkent led to the accumulation of heavy metals in the soil . Analysis of the accumulation of heavy metals in the soils of Shymkent showed that the city belongs to settlements with a class of high pollution levels, which makes it important to develop measures for monitoring and cleaning soils from heavy metals . One of the areas for monitoring soil pollution with heavy metals is the use of an indication method using earthworms . Model studies with various concentrations of heavy metals have shown that earthworms actively absorb heavy metals , which lead to significant changes in their digestive system. An increase in the concentration of heavy metals leads to a partial, and then to the complete death of the population of earthworms . When using copper sulfate, the complete death of earthworms was noted at 50% concentration, cobalt chloride 40%, iron sulfate 20%, cadmium sulfate 10% of the preparation concentration. According to the degree of negative impact on earthworms , the studied chemical elements can be arranged as follows: Cd> Fe> Co> Cu> Zn.

Текст научной работы на тему «Тяжелые металлы в почвах урбанизированных территорий»

ВЕСТНИК БЕЛОРУССКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ

АКАДЕМИИ № 4 2019

МЕЛИОРАЦИЯ И ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВО

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ПОЧВАХ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ А. Д. БАЙБОТАЕВА, Г. Д. КЕНЖАЛИЕВА

Южно-Казахстанский государственный университет им. М. Ауэзова, г. Шымкент, Республика Казахстан

УО «Белорусская государственная сельскохозяйственная академия», г. Горки, Республика Беларусь, 213407,e-mail: bosak1@tut.by

(Поступила в редакцию 09.09.2019)

Определенные недоработки при строительстве и эксплуатации промышленных предприятий Туркестанской области и города Шымкент привели к накоплению тяжелых металлов в почве. Анализ накопления тяжелых металлов в почвах Шым-кента показал, что город относится к населенным пунктам с классом повышенного уровня загрязнения, что делает актуальным разработку мероприятий по мониторингу и очистке почв от тяжелых металлов.

Одним из направлений мониторинга почвенного загрязнения тяжелыми металлами является использования метода индикации с применением дождевых червей. Модельные исследования с различными концентрациями тяжелых металлов показали, что дождевые черви активно поглощают тяжелые металлы, которые ведут к значительным изменениям их пищеварительной системы. Увеличение концентрации тяжелых металлов ведет к частичной, а затем и к полной гибели популяции дождевых червей. При применении сульфата меди полная гибель дождевых червей отмечена при 50 % концентрации, хлорида кобальта - 40 %, сульфата железа - 20 %, сульфата кадмия - 10 % концентрации препарата. По степени негативного влияния на дождевых червей изучаемые химические элементы можно расположить следующим образом: Cd > Fe > Co > Cu > Zn.

Ключевые слова: тяжелые металлы, почва, загрязнение, дождевые черви, окружающая среда.

Environmental pollution by heavy metals is one of the main environmental problems at the present stage of development of society. The accumulation of heavy metals in the biosphere worsens the environmental situation and negatively affects human health. Currently, the main pollution of the biosphere by heavy metals occurs as a result of active anthropogenic activity in various sectors of the economy (industry, energy, transport, agriculture).

Certain flaws in the construction and operation of industrial enterprises of the Turkestan region and the city of Shymkent led to the accumulation of heavy metals in the soil. Analysis of the accumulation of heavy metals in the soils of Shymkent showed that the city belongs to settlements with a class of high pollution levels, which makes it important to develop measures for monitoring and cleaning soils from heavy metals.

One of the areas for monitoring soil pollution with heavy metals is the use of an indication method using earthworms. Model studies with various concentrations of heavy metals have shown that earthworms actively absorb heavy metals, which lead to significant changes in their digestive system. An increase in the concentration of heavy metals leads to a partial, and then to the complete death of the population of earthworms. When using copper sulfate, the complete death of earthworms was noted at 50% concentration, cobalt chloride - 40%, iron sulfate - 20%, cadmium sulfate - 10% of the preparation concentration. According to the degree of negative impact on earthworms, the studied chemical elements can be arranged as follows: Cd> Fe> Co> Cu> Zn.

Key words: heavy metals, soil, pollution, earthworms, environment.

В последнее время человек оказывает значительное антропогенное воздействие на почвенный покров. Одним из видов негативного антропогенного воздействия на почву является ее загрязнение тяжелыми металлами, особенно урбанизированных территорий и городских ландшафтов, промышленных зон, придорожных территорий и т. д. 4.

Тяжелые металлы (свинец, медь, цинк, кадмий и др.) поступают в почву вследствие некоторых природных явлений, например выветривания минералов 13. Однако основное количество тяжелых металлов в окружающую среду поступает в результате различных видов антропогенной деятельности.

Источниками тяжелых металлов являются отходы промышленности (черная и цветная металлургия, химическая, целлюлозно-бумажная, строительная, машиностроительная, легкая и пищевая, энергетическая, нефтехимическая и нефтеперерабатывающая), энергетики, транспорта, сельскохозяйственной деятельности (пестициды, микроудобрения). Предприятия каждой из отраслей производят специфические отходы, для которых характерен «свой» набор загрязняющих веществ.

Тяжелые металлы, попадая в почву, оказывают различное негативное влияние на почвенные процессы. Они усиливают минерализацию органического вещества почвы, вызывая негативные изменения в почвенно-поглощающем комплексе. В почвах, загрязненных тяжелыми металлами, снижается ферментативная активность почвы и жизнеспособность многих полезных микроорганизмов, что приводит к деградации почвы и снижает ее способность к самоочищению.

В районах активной сельскохозяйственной деятельности тяжелые металлы из атмосферы и почвы переходят в растения, а затем - в организм сельскохозяйственных животных и человека. Многие тяжелые металлы даже в небольших количествах могут вызывать иммунологические, онкологические и другие виды заболеваний 17.

Негативные последствия загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами представляют в настоящее время реальную угрозу для биосферы.

Достаточно сложным является вопрос нормирования содержания тяжелых металлов в почве. В основе его решения должно лежать признание полифункциональности почвы. В процессе нормирования почва может рассматриваться с различных позиций: как естественное природное тело, как среда обитания и субстрат для растений, животных и микроорганизмов, как объект и средство сельскохозяйственного и промышленного производства, как природный резервуар, содержащий патогенные микроорганизмы. Нормирование содержания тяжелых металлов в почве необходимо проводить на основе почвенно-экологических принципов, которые отрицают возможность нахождения единых значений для всех почв.

По вопросу санации почв, загрязненных тяжелыми металлами, существует два основных подхода. Первый направлен на очищение почвы от тяжелых металлов. Очищение может производиться путем промывок, путем извлечения тяжелых металлов из почвы с помощью растений, путем удаления верхнего загрязненного слоя почвы и т. п. Второй подход основан на закреплении тяжелых металлов в почве, переводе их в нерастворимые в воде и недоступные живым организмам формы. Для этого предлагается внесение в почву органического вещества, фосфорных минеральных удобрений, ионообменных смол, природных цеолитов, бурого угля, известкование почвы и т. д. Однако любой способ закрепления тяжелых металлов в почве имеет свой срок действия. Рано или поздно часть тяжелых металлов снова начнет поступать в почвенный раствор, а оттуда в живые организмы.

Туркестанская область - один из промышленно развитых и густонаселенных регионов Республики Казахстан. Рост техногенной нагрузки на окружающую среду региона связан с интенсивным развитием промышленности во второй половине прошлого века. В связи с приоритетами, установленными для обеспечения валового объема производимой продукции, в проектировании промышленных объектов были допущены существенные просчеты. Не были предусмотрены проектные требования по обеспечению систем оборотного водоснабжения и водовозвращения для производств, деятельность которых связана с большим водопотреблением, не произведены детальные расчеты по определению возможной суммарной нагрузки вредных веществ для окружающей среды, поступающих дымовой эмиссией от большой концентрации промышленных предприятий. При определении пространственной изоляции производственных зон и мест складирования отходов и золоотвалов промышленных предприятий не были учтены возможные темпы развития населенных пунктов и близость поверхностных водных источников. Как следствие этих просчетов, в настоящее время промышленные и сани-тарно-защитные зоны большинства крупных промышленных предприятий оказались на территории крупных городов и населенных пунктов региона и являются хроническими источниками загрязнения окружающей среды. В связи с этим в настоящее время проблема очистки почв, территории промышленных зон от ионов тяжелых металлов стала одной из острых экологических проблем региона.

У населения, проживающего в районах, прилегающих к промышленным предприятиям, наблюдаются повышенный уровень онкозаболеваний и болезней эндокринной системы.

В данное время особую важность имеет оценка влияния изменения экологической ситуации на организм человека и разработка методов донозологической диагностики этих влияний. Шымкент -один из крупнейших промышленных центров Казахстана. По итогам мониторинга за 2018 год службой Казгидромет, Шымкент был отнесен к классу повышенного уровня загрязнения [19].

Вредные вещества в атмосферу поступают от предприятий нефтеперерабатывающей промышленности, энергетики, цветной металлургии. Однако анализ показал, что на сегодняшний день выбросы загрязняющих веществ от передвижных источников составляют более 70 % от общего валового выброса. Свалки бытового мусора также являются одной из проблем города. На свалке образуются ядовитые вещества от гниющих отходов, различные канцерогены, кроме того, при сжигании мусора выделяются токсичные вещества, вызывающие массу заболеваний. Поэтому весь бытовой мусор необходимо подвергать захоронению. Электронное изображение отходов г. Шымкент представлено на рис. 1, их элементный состав - на рис. 2 и табл. 1.

Пути поступления тяжелых металлов в почву

В последние десятилетия человек стал причиной быстрой деградации почв, хотя потери почв имели место на протяжении всей человеческой истории. Во всех странах мира сейчас распахивают около 1,5 млрд. га земель, а общие потери почв за историю человечества составили около 2 млрд. га, то есть потеряно больше, чем теперь распахивается, причем многие почвы перешли в разряд непригодных бросовых земель, восстановление которых или невозможно, или слишком дорого стоит. Насчитывают не менее 6 типов антропогенно-технических воздействий, которые могут вызвать разного уровня ухудшение почв. В их числе:

1) водная и ветровая эрозия,

2) засоление, подщелачивание, подкисление,

4) физическая деградация, включая уплотнение и коркообразование,

5) разрушение и отчуждение почвы при строительстве, добыче полезных ископаемых,

6) химическое загрязнение почв [10].

Одним из типов антропогенно-технических воздействий является загрязнения почвы тяжелыми металлами (ТМ). Этот вид загрязняющих веществ начали изучать одним из первых. К тяжелым металлам обычно относят элементы, которые имеют атомную массу более 50. Из атмосферы в почву тяжелые металлы попадают чаще всего в форме оксидов, где постепенно растворяются, переходя в гидрооксиды, карбонаты или в форму обменных катионов.

Если почва прочно связывает тяжелые металлы (обычно в богатых гумусом тяжелосуглинистых и глинистых почвах), это предохраняет от загрязнения грунтовые и питьевые воды, растительную продукцию. Но тогда сама почва постепенно становится все более загрязненной и в какой-то момент может произойти разрушение органического вещества почвы с выбросом тяжелых металлов в почвенный раствор. В итоге такая почва окажется непригодной для сельскохозяйственного использования. Общее количество свинца, которое может задержать метровый слой почвы на одном гектаре, достигает 500 — 600 т; такого количества свинца даже при очень сильном загрязнении в обычной обстановке не бывает. Почвы песчаные, малогумусные, устойчивы против загрязнения; это значит, что они слабо связывают тяжелые металлы, легко отдают их растениям или пропускают их через себя с фильтрующимися водами. На таких почвах возрастает опасность загрязнения растений и подземных вод [10].

В этом заключается одно из трудноразрешимых противоречий: легко загрязняющиеся почвы предохраняют окружающую среду, но почвы, устойчивые к загрязнению, не обладают защитными свойствами в отношении живых организмов и природных вод.

Источники эмиссии тяжелых металлов и пути их проникновения в окружающую среду весьма разнообразны, они могут носить как природный, так и онтропогенный характер. Большинство тяжелых металлов поступает в окружающую среду в результате деятельности человека. По данным O.J.Nriaga [14], источником природной эмиссии тяжелых металлов в окружающую среду является извержение вулканов, лесные пожары, морская вода и д.р. Главные антропогенные источники поступления тяжелых металлов в биосферу - топливные электростанции, предприятия по добычи и переработке цветных металлов, транспорт, машиностроительство, химическая промышленность, сельскохозяйственное производство. При этом общая масса металлов, поступающих от природных источников значительно ниже, чем от антропогенных: свинца- в 17,2 раза, кадмия-8,8.цинка -7,2 ,меди -3,никеля-1.9 [14]. Техногенное поступление тяжелых металлов в окружающую среду происходит в виде пыли газов и аэрозолей (возгонка металлов промышленных предприятий и автотранспорта), в составе сточных вод бытовых отходов.

Рисунок 8 - Трансформация и миграция тяжелых металлов в почве [9]

Загрязнение тяжелыми металлами может происходить и за счет сельского хозяйства, основными источниками которого является: использование в качестве удобрений сточных вод и их осадков, примеси тяжелых металлов в удобрениях (например, кадмий и уран в фосфорных удобрениях), использование пестицидов, отходы интенсивного птицеводства и животноводства [21].

Так из всех используемых в сельском хозяйстве удобрений самыми загрязненными являются фосфорные. Основным загрязнителем в них является кадмий. Исследования показали, что ТМ в удобрениях находятся в виде примесей, максимальное их количество находится в фосфорных удобрениях и доломитовой муке. Данные по содержанию тяжелых металлов в удобрениях представлены в таблице 1.

Таким образом, уровни содержания тяжелых металлов в почвах агроэкосистем формируется под воздействием антропогенных и природных факторов. ТМ, прежде всего, накапливаются в почвенном покрове, где они распределяются между твердой и жидкой фазой почвы. В одной и тоже почве металлы могут находиться в разной по растворимости и подвижности формах.

От того, как сильно ТМ поглощаются и удерживаются почвой и в, какой форме находятся, зависит их фототаксичность и аккумуляция в растениях. Если основной формой загрязнителя в почве является малоподвижная или неподвижная (в поглощенном состоянии, в виде нерастворимых или труднорастворимых соединений), угроза проявления токсических свойств металлов будет минимальна и наоборот. В свою очередь, свойства почвы определяют прочность фиксации соединений элементов и ее буферную способностьпо отношению к ТМ, влияют на токсичность для растений [14].

Чем больше и прочнее почва удерживает ТМ, тем активнее они удаляются из почвенного раствора в состав соединений твердой фазы, Поэтому изучение закономерностей поведения ТМ в почве и выявление факторов, влияющих на эти процессы, имеет важное агроэкологическое значение.

Поэтому в изучении путей поступления ТМ в почву имеет важное научно- практическое значение. Если почвы загрязнены тяжелыми металлами и радионуклидами, то очистить их практически невозможно. Пока известен единственный путь: засеять такие почвы быстрорастущими культурами, дающими большую зеленую массу; такие культуры извлекают из почвы токсичные элементы, а затем собранный урожай подлежит уничтожению. Но это довольно длительная и дорогостоящая процедура. Можно снизить подвижность токсичных соединений и поступление их в растения, если повысить рН почв известкованием или добавлять большие дозы органических веществ, например торфа. Неплохой эффект может дать глубокая вспашка, когда верхний загрязненный слой почвы при вспашке опускают на глубину 50 — 70 см, а глубокие слои почвы поднимают на поверхность. Для этого можно воспользоваться специальными многоярусными плугами, но при этом глубокие слои все равно остаются загрязненными. Наконец, на загрязненных тяжелыми металлами (но не радионуклидами) почвах можно выращивать культуры, не используемые в качестве продовольствия или кормов, например цветы [19].

Таблица 1 - Содержание тяжелых металлов основных удобрениях мелиорантах, применяемых в земледелии Беларуси, мг/кг натуральной влажности [21]

Источники тяжелых металлов

Самый длинный в Санкт-Петербурге подземный пешеходный переход начинается из наземного вестибюлястанции метро «Выборгская».

Влияние тяжёлых металлов на грибы и бактерии

Тяжёлые металлы — это элементы периодической системы химических элементов, Д.И. Менделеева, их более 40. Тяжелые металлы являются сильнейшими по отрицательному действию на живые организмы и наиболее распространенными химическими загрязнителями. Пищевые продукты и питьевая вода способствуют поступлению в организм почти всех химических элементов, в том числе и тех, что в определенных концентрациях, являются токсичными. В настоящее время под токсикантами окружающей среды понимают такие вредные вещества, которые распространяются в окружающей нас среде далеко за пределы своего первоначального местонахождения и в связи с этим оказывают скрытое вредное воздействие на животных или растения, а в конечном итоге, на человека. Это могут быть природные ядовитые вещества, например те, что рассеиваются при извержении вулканов, однако, подлинные токсиканты – это, как правило, те ядовитые вещества, которые сам человек неосмотрительно включает в круговорот веществ природы. К ним относятся пестициды и тяжелые металлы. Группа «тяжелых металлов» во многом совпадает с понятием «микроэлементы». Отсюда свинец, цинк, кадмий, ртуть, молибден, хром, марганец, никель, олово, кобальт, титан, медь, ванадий являются тяжелыми металлами.

В связи с развитием промышленности, транспорта, использования минеральных удобрений, количество тяжелых металлов в окружающей среде становится опасным для человека. Молодое поколение более подвержено токсическому воздействию тяжёлых металлов – ослабляется рост и развитие, нарушается деятельность нервной системы, возможно развитие аутоиммунитета, при котором иммунная система разрушает свои собственные клетки. В настоящее время все острее стоит проблема, связанная с отравлением людей тяжёлыми металлами. Меня заинтересовали вопросы, связанные с влияние тяжёлых металлов на живые организмы, которым я не придавал большого значения, но теперь эта тема для меня является очень интересной и познавательной, так как, изучая другие науки , я узнал, что происходит рост населения, развитии науки и техники, которые приводят к тому, что деятельность человека становится фактором разрушения окружающей среды, вмешательство человека в природные процессы обостряет проблемы, связанные со здоровьем человека.

Источники тяжелых металлов

Для понимания процессов миграции и аккумуляции тяжелых металлов важно учитывать и разграничивать источник их поступления в окружающую среду. В самом общем плане выделяют естественные (природные) и техногенные источники тяжелых металлов.

Первичное вместилище тяжелых металлов на планете - верхняя мантия, базальты и граниты, поэтому естественным источником тяжелых металлов для почв являются горные породы (осадочные, магматические, метаморфические), на продуктах выветривания которых сформировался почвенный покров. Осадочные породы, воды океана, живое вещество - уже вторичные резервуары, содержащие тяжелые металлы. Насыщенность разных горных пород тяжелыми металлами существенно различается, хотя в сравнении с другими химическими элементами их содержание в горных породах невелико.

Кроме горных пород, естественными источниками тяжелым металлов для основных компонентов биосферы являются термальные воды и рассолы (Br, Sr, As, Pb,V, Se, Cu и др.), космическая и метеоритная пыль, вулканические газы, вулканические извержения: например кадмий обнаружили сравнительно недавно в продуктах извержения вулкана Этна на острове Сицилия в Средиземном море.

Техногенное поступление тяжелых металлов в биосферу связано с разнообразными источниками. К важнейшим из них относятся:

1. Карьеры и шахты по добыче полиметаллических руд

2. Предприятия цветной и черной металлургии

3. Электростанции, сжигающие уголь

4. Сжигание различных отходов

5. Металлообрабатывающие предприятия

7. Минеральные и органические удобрения, сточные воды и отходы животноводческих комплексов

Внимание экологов к техногенным источникам поступления тяжелых металлов в биосферу объясняется все возрастающими объемами промышленных выбросов и отходов. Установлено, что загрязнение тяжелыми металлами превышает природные поступления: по Pb – в 18,3; по Cd – в 8,8; по Zn –в 7,2 раза.

Основными источниками атмосферного загрязнения являются тепловые электростанции (27%), предприятия черной металлургии (24,3%), предприятия по добыче и переработке нефти (15,5%), транспорт (13,1%), предприятия цветной металлургии (10,5%), а также предприятия по добыче и изготовлению строительных материалов (8,1%), химическая промышленность (1,3%). В почвенном покрове наиболее мощные потоки тяжелых металлов возникают вокруг предприятий черной и цветной металлургии, причем более 95 % их попадает в почвы в виде техногенной пыли, большая часть - в виде сухих осаждений, а 15-25% - с атмосферными осадками.

Подсчитано, металлургические предприятия ежегодно выбрасывают на поверхность земли более 150 тыс. тонн меди, 120 тыс. тонн цинка, около 90 тыс. тонн свинца, 12 тыс. тонн никеля, 1,5 тыс. тонн молибдена, около 800 тонн кобальта и около 30 тонн ртути. На 1 грамм черновой меди отходы медиплавильной промышленности содержат 2,09 тонн пыли, в составе которой содержится до 15% меди, 60% окиси железа и по 4% мышьяка, ртути, цинка и свинца. Отходы машиностроительных и химических производств содержат до 1 тыс. мг/кг свинца, до 3 тыс. мг/кг меди, до 10 тыс. мг/кг хрома и железа, до 100 г/кг фосфора и до 10 г/кг марганца и никеля. В Силезии вокруг цинковых заводов громоздятся отвалы с содержанием цинка от 2 до 12% и свинца от 0,5 до 3%, а в США эксплуатируют руды с содержанием цинка 1,8%.

С выхлопными газами на поверхность почв попадает более 250 тыс. тонн свинца в год; это главный загрязнитель почв свинцом.

Тяжелые металлы попадают в почву вместе с удобрениями, в состав которых они входят как примесь, а также и с биоцидами.

В дополнение к техногенным источникам тяжелых металлов, загрязняющих почву через атмосферу, часть их поступает в почвенный покров с удобрениями, пестицидами, осадками сточных вод, отходами промышленности и бытовым мусором.

Источники загрязнения почвы тяжелыми металлами

Загрязнение почв тяжелыми металлами имеет разные источники:

1. отходы металлообрабатывающей промышленности;

2. промышленные выбросы;

3. продукты сгорания топлива;

4. автомобильные выхлопы отработанных газов;

5. средства химизации сельского хозяйства.

Металлургические предприятия ежегодно выбрасывают на поверхность земли более 150 тыс. тонн меди, 120 тыс. тонн цинка, около 90 тыс. тонн свинца, 12 тыс. тонн никеля, 1,5 тыс. тонн молибдена, около 800 тонн кобальта и около 30 тонн ртути. На 1 грамм черновой меди отходы медеплавильной промышленности содержат 2,09 тонн пыли, в составе которой содержится до 15% меди, 60% окиси железа и по 4% мышьяка, ртути, цинка и свинца. Отходы машиностроительных и химических производств содержат до 1 г/кг свинца, до 3 г/кг меди, до 10 г/кг хрома и железа, до 100 г/кг фосфора и до 10 г/кг марганца и никеля. В Силезии вокруг цинковых заводов громоздятся отвалы с содержанием цинка от 2 до 12% и свинца от 0,5 до 3%, а в США эксплуатируют руды с содержанием цинка 1,8%.

С выхлопными газами на поверхность почв попадает более 250 тыс. тонн свинца в год; это главный загрязнитель почв свинцом. Тяжелые металлы попадают в почву вместе с удобрениями, в состав которых они входят как примесь.

Хотя тяжелые металлы иногда обнаруживаются в почвах в низких концентрациях, они формируют устойчивые комплексы с органическими соединениями и вступают в специфические реакции адсорбции легче, чем щелочные и щелочноземельные металлы.Вблизи предприятий естественные фитоценозы предприятий становятся более однообразными по видовому составу, так как многие виды не выдерживают повышения концентрации тяжелых металлов в почве. Количество видов может сокращаться до 2-3, а иногда до образования моноценозов.В лесных фитоценозах первыми реагируют на загрязнения лишайники и мхи. Наиболее устойчив древесный ярус. Однако длительное или высокоинтенсивное воздействие вызывает в нем сухостойкие явления.Восстановление нарушенного почвенного покрова требует длительного времени и больших капиталовложений.

Особенно трудной задачей является восстановление растительного покрова на отвалах вскрышных пород и хвостохранилищах (хвостах) выработок, где добывались руды металлов: такие хвосты обычно бедны элементами питания, богаты токсичными металлами и слабо удерживают воду. Серьезной проблемой для окружающей среды является ветровая эрозия рудниковых отвалов.

Нормирование содержания тяжелых металлов в почве

Нормирование содержания тяжелых металлов в почве и растениях является чрезвычайно сложным из-за невозможности полного учета всех факторов природной среды. Так, изменение только агрохимических свойств почвы (реакции среды, содержания гумуса, степени насыщенности основаниями, гранулометрического состава) может в несколько раз уменьшить или увеличить содержание тяжелых металлов в растениях. Имеются противоречивые данные даже о фоновом содержании некоторых металлов. Приводимые исследователями результаты различаются иногда в 5-10 раз.

Предложено множество шкал экологического нормирования тяжелых металлов. В некоторых случаях за предельно допустимую концентрацию принято самое высокое содержание металлов, наблюдаемое в обычных антропогенных почвах, в других - содержание, являющееся предельным по фитотоксичности. В большинстве случаев для тяжелых металлов предложены ПДК, которые превосходят реально допустимые значения концентраций металлов в несколько раз.

Для характеристики техногенного загрязнения тяжелыми металлами используется коэффициент концентрации, равный отношению концентрации элемента в загрязненной почве к его фоновой концентрации.

В таблице 1 приведены официально утвержденные ПДК и допустимые уровни их содержания по показателям вредности. В соответствие с принятой медиками-гигиенистами схеме нормирование тяжелых металлов в почвах подразделяется на транслокационное (переход элемента в растения), миграционное водное (переход в воду), и общесанитарное (влияние на самоочищающую способность почв и почвенный микробиоценоз).

Таблица 1. Предельно-допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почвах (по состоянию на 01.01.1991. Госкомприрода СССР, № 02-2333 от 10.12.90).

Предельно допустимые количества (ПДК) тяжелых металлов в почве
Элемент	ПДК, мг/кг почвы с учетом фона
Валовое содержание
Марганец	1500
Ванадий	150
Свинец	30
Мышьяк	2,0
Ртуть	2,1
Свинец и ртуть	2+1
Медь	55
Никель	85
Цинк	100
Подвижные формы
Медь	3,0
Никель	2,0
Цинк	23,0
Кобальт	5,0
Хром	6,0

Из материалов следует, что в основном предъявлены требования к валовым формам тяжелых металлов. Среди подвижных только медь, никель, цинк, хром и кобальт. Поэтому в настоящее время разработанные нормативы уже не удовлетворяют всем требованиям.

Валовое содержание является фактором емкости, отражающим в первую очередь потенциальную опасность загрязнения растительной продукции, инфильтрационных и поверхностных вод. Характеризует общую загрязненность почвы, но не отражает степени доступности элементов для растения. Для характеристики состояния почвенного питания растений используются только их подвижные формы.

Нормативы для подвижных форм: предложено несколько ориентировочных нормативных шкал. Ниже находится пример одной из шкал предельно допустимых подвижных форм тяжелых металлов.

Таблица 2. Предельно допустимое содержание подвижной формы тяжелых металлов в почве, мг/кг экстрагент 1н. HCl (Х. Чулджиян и др., 1988).

Читайте также:

Источники поступления тяжелых металлов в почву

Тяжелые металлы в почвах урбанизированных территорий Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

Аннотация научной статьи по экологическим биотехнологиям, автор научной работы — Байботаева А.Д., Кенжалиева Г.Д., Босак В.Н.

Похожие темы научных работ по экологическим биотехнологиям , автор научной работы — Байботаева А.Д., Кенжалиева Г.Д., Босак В.Н.

Текст научной работы на тему «Тяжелые металлы в почвах урбанизированных территорий»

Пути поступления тяжелых металлов в почву

Источники тяжелых металлов

Источники загрязнения почвы тяжелыми металлами