Валовая и подвижная форма тяжелых металлов это

Обновлено: 18.05.2024

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.

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, превосходящие верхнюю норму в несколько раз.

тяжелыми металлами используется коэффициент концентрации, равный отношению концентрации элемента в загрязненной почве к его фоновой концентрации. При загрязнении несколькими тяжелыми металлами степень загрязнения оценивается по величине суммарного показателя концентрации (Zc). Предложенная ИМГРЭ шкала загрязнения почвы тяжелыми металлами преведена в таблице 1.

Таблица 1. Схема оценки почв сельскохозяйственного использования по степени загрязнения химическими веществами (Госкомгидромет СССР, № 02-10 51-233 от 10.12.90)

В таблице 2 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 2. Предельно-допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почвах и допустимые уровни их содержания по показателям вредности (по состоянию на 01.01.1991. Госкомприрода СССР, № 02-2333 от 10.12.90).

*- валовое содержание- ориентировочное.
**- противоречие; для мышьяка среднее фоновое содержание 6 мг/кг, фоновое содержание свинца обычно тоже превышает нормы ПДК.

Разработанные в 1995 г. ОДК для валового содержания 6 тяжелых металлов и мышьяка позволяют получить более полную характеристику о загрязнении почвы тяжелыми металлами, так как учитывают уровень реакции среды и гранулометрический состав почвы.

Таблица 3. Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) тяжелых металлов и мышьяка в почвах с различными физико-химическими свойствами (валовое содержание, мг/кг) (дополнение №1 к перечню ПДК и ОДК №6229-91).

Из материалов следует, что в основном предьявлены 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.

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.

Их определяют используя различные экстрагенты. Общее количество подвижной формы металла- применяя кислотную вытяжку (например 1н HCL). В ацетатно-аммонийный буфер переходит наиболее мобильная часть подвижных запасов тяжелых металлов в почве. Концентрация металлов в водной вытяжке показывает степень подвижности элементов в почве, являясь самой опасной и "агрессивной" фракцией.

Предложено несколько ориентировочных нормативных шкал. Ниже находится пример одной из шкал предельно допустимых подвижных форм тяжелых металлов.

Таблица 4. Предельно допустимое содержание подвижной формы тяжелых металлов в почве, мг/кг экстрагент 1н. HCl (Х. Чулджиян и др., 1988).

Взаимоотношение между валовыми и подвижными формами тяжелых металлов

В ходе проведения статистической обработки полученных данных по содержанию металлов в городских почвах отмечены явные корреляции между различными формами ионов (Pb, Cd, Zn, Ni). Регрессионные модели криволинейных и прямолинейных зависимостей между ионами валовых и подвижных форм металлов представлены в (Таблица 3.4).

Регрессионные модели зависимости между валовыми и подвижными формами тяжелых металлов в поверхностном горизонте почв г. Курска

Диапазон концентраций ТМ, мг/кг почвы

Коэффициент детерминации R“

у=29,787с' МШ72х

у=18,115е"' и4У,х

у=7,0801 х +12,67

у=1,6839 х +83,547

у=0,0022x^+0,0739х+3,0714

Регрессионное уравнение зависимости между валовыми и подвижными формами цинка представляет собой экспоненту (Рисунок 3.2)

Рис. 3.2. Графическая зависимость между концентрациями валовых и подвижных форм Zn2+

При увеличении подвижного свинца в почве так же, как и у цинка, отмечается экспоненциальный рост концентраций валовых форм этого металла (Рисунок 3.3). Показатели достоверности данной модели ниже, чем в случае с цинком, но в целом довольно высокие и приемлемы для моделей данного типа.

Рис. 3.3. Графическая зависимость между концентрациями валовых и подвижных форм РЬ2+

Для разработки моделей расчета валовых концентраций по содержанию подвижных форм никеля и кадмия имело смысл разбить получившийся тренд на несколько интервалов. Затем, локально, для каждого интервала выводилось регрессионное уравнение зависимости между формами металлов. Эта необходимость возникла ввиду нечеткой закономерности, отмеченной при описании всей выборки (Рисунок 3.4).

Рис. 3.4. Графическая зависимость между концентрациями валовых и подвижных форм Ni2+ при концентрации подвижного никеля в почве: A) (CNi2+) ? 8 мг/кг; В) (CNi2+) ? 10мг/кг

Рис. 3.5. Графическая зависимость между концентрациями валовых и подвижных форм Cd2+ при концентрации подвижного кадмия: A) (CCd2+) ? 1 мг/кг; В) (GCd2+) ? 1 мг/кг

Регрессионное уравнение зависимости между валовыми и подвижными формами ионов кадмия при концентрации подвижных форм ионов металла, не превышающей 1 мг/кг, имеет линейный вид, а при концентрации подвижных форм выше 1 мг/кг - квадратичный (Рисунок 3.5).

Отметим, что регрессионные модели у никеля при низких и высоких концентрациях, а также у кадмия при концентрации подвижной формы менее 1 мг/кг имеют самые высокие показатели достоверности.

В целом заметим, что все шесть вышеуказанных моделей имеют высокий уровень достоверности и значимости, применение этих моделей позволит подбирать меры по детоксикации загрязненных почв г. Курска. Причем при определении уровня валового загрязнения почв ТМ при отборе проб в весенний период времени можно руководствоваться, только данными по содержанию подвижных форм и полученными регрессионными уравнениями. Для установления подвижных форм применяется достаточно простая методика пробоподготов- ки - ацетатно-аммонийная почвенная вытяжка. В таком случае можно избежать весьма трудоемкого лабораторного измерения концентраций валовых форм металлов в почвах.

Важно отметить, что данные регрессионные модели применимы для городских почв, функционирующих на основе как серых лесных (Greyic Phaeozems), так и черноземов (Voronic Chernozems) и в целом могут быть адаптированы для других городов Центрального Черноземья.

Для меди отчетливые корреляционные связи между валовыми и подвижными формами металла не обнаружены, то есть при определении уровня загрязнения недостаточно руководствоваться только содержанием подвижной меди, а следует определять также и валовое содержание меди в загрязненной почве.

Соотношение валовых и подвижных форм ТМ в почвах г. Курска подчиняется приведенным в работе регрессионным моделям независимо от величин концентраций цинка и свинца, т.е. данные модели применимы как на загрязненных почвах, так и на почвах с фоновым содержанием металлов. Для кадмия и никеля при выборе модели расчета валовых концентраций металлов необходимо учитывать концентрацию подвижных форм в почве, так как при росте концентраций подвижных форм изменяется градиент валовых форм или происходит смена линейного роста валовых форм на экспоненциальное приближение. В тоже время нельзя считать эти модели универсальными, т.к. на соотношение форм металлов будет влиять большое количество факторов (гранулометрический состав почв, pH, Eh, количество и качество гумуса) и их сочетаний. Однако при учете физико-химических свойств почв полученные модели можно адаптировать и для почв других городов Центрального Черноземья.

Результаты мониторинга свидетельствуют о положительной динамике накопления валовых и подвижных форм ТМ в поверхностном слое почв г. Курска. Однако по отношению к никелю и кадмию темпы депонирования их почвой либо довольно низкие, либо депонирование не происходит вообще.

При оценке степени многокомпонентного загрязнения почв помимо превышения над фоном стоит учитывать еще и коэффициент токсичности элементов. Такой подход позволяет наиболее правильно классифицировать почвы по степени их загрязненности, так как во внимание принимается не только количественные параметры, но и качественные характеристики загрязняющего элемента. Применение среднего геометрического значения коэффициентов концентрации загрязняющих веществ исключает влияние чрезмерно высоких коэффициентов концентрации одного из учитываемых тяжелых металлов и, таким образом, значительно занижает общий уровень загрязнения. Поэтому целесообразность его использования довольно спорна. Результаты исследований свидетельствуют о том, что почвы САО г. Курска испытывают наибольшую техногенную нагрузку ввиду максимального сосредоточения действующих промышленных предприятий.

Форум для экологов

Почвенные исследования, исследования почв на загрязненность

Модератор: Ecolog-Julia

Почвенные исследования, исследования почв на загрязненность

Все зависит от цели исследований, при этом в соответствии с ГОСТ 17.4.2.02-83 "Охрана природы. Почвы. Номенклатура показателей пригодности нарушенного плодородного слоя почв для землевания" определяется как валовая, так подвижная форма.

Если для расчета суммарного показателя загрязнения почв, то только валовую. При разработке этого показателя учитывались валовые формы концентраций тяжелых металлов. Об этом же свидетельствует таблица из СП 11-102-97, где приведены эти же величины для ряда почвенных профилей, но в фоновых условиях. Подвижные формы металлов важны при оценках земель сельхозназначения, а также в зонах воздействия от объектов размещения отходов.

Советую всем: думайте, думайте, думайте! И ещё - если есть проблемы с обоснованиями обьемов исследований либо с ответами на вопросы экспертиз, то обращайтесь в личку или через контакты, что обозначены в профиле, и обсудим.

Это все зависит от экспертизы - вот честно! Объекты одного направления, но одну экспертизу устраивают валовая форма, вторую только подвижная, а в третьей должно быть и то и то. Грамотно объясняли, доказывали - нет, как я хочу.

Уважаемая Ecolog-Julia, здравствуйте!
В отношении валовых форм. В СП 11-102-97 (пункт 4.21) речь идет о использовании фоновых значений. А следом в п. 4.22 того же СП 11-102-97 объясняется как получить данные по фоновым концентрациям контролируемых химических веществ в почве. При этом одновременно ссылаются на таблицу 4.1 этого же СП 11-102-97, а там указаны именно валовые содержания тяжёлых металлов и мышьяка в почвах. Еще из истории. Суммарный показатель загрязнения разрабатывался в Москве именно по связи валовых концентраций тяжёлых металлов в почвах с гигиенической обстановкой населения. В конце 80-х начале 90-х годов прошлого века этим показателем активно этим занимался институт ИМГРЭ, а именно Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П. Ими в 1990 г. ещё выпущена монография "Геохимия окружающей среды". Точно уже не помню, но по моему там появился этот показатель и обоснования по его применению. Правда ими для расчета Zc учитывались несколько десятков тяжёлых металлов, определяемых спектральным методом анализа. А сейчас многие используют его чисто арифметически по пяти - семи - десяти элементам (кто сколько захочет!) без увязки с сутью тех исследований, когда появились критерии уровней Zc. Умудряются даже посчитать часть по валу, а часть по подвижным формам. Никто не задумывается, что бумага все стерпит, а результат по факту никому не нужен.
Что касается понятий почвенный профиль и тип почвы - извиняюсь, допустил оговорку. Речь шла именно о типах почв. Хотя по сути, сам показатель используют для расчета загрязнения разных горизонтов почвенного профиля (системы горизонтов).

В продолжение темы хотел бы рассмотреть такой вариант.
Первостепенным для оценки загрязнения у нас является ПДК, при его отсутствии мы используем ОДК. Но не на все стандартные компоненты есть ПДК в валовой форме, на свинец, цинк, медь, хром, никель и кобальта его нет, ПДК есть для подвижной формы. Так, может все таки для этих компонентов стоит проводить анализ по подвижной форме?
Вопрос этот щекотливый и беспокоит давно, и были случаи когда приходили замечания от экспертизы, с претензией - почему использовалось ОДК когда есть ПДК, и требовали переделать анализ и все пересчитать.

sfenvl , думаю, что контроль формы нахождения тяжелых металлов (ТМ) в почве в первую зависит от целей ее использования, а не от того есть - либо нет ПДК. Если земли для сельхозназначения, то в первую очередь определяют подвижные либо водорастворимый формы. Если жилье, соцкультбыт - то валовая вследствие возможности пыления почв и изымаемых грунтов. Если же объекты складирования отходов, то мы обычно делаем и те и другие формы нахождения ТМ. Что касается остальных случаев, то считаю первоначально валовая форма и уж если есть ее превышение, то в каких-то случаях и другие формы. Кстати то же надо бы делать и в донных осадках. Но никак объемы работ и геолого-экологическое опробование не могут зависеть от того - есть ПДК на данный тяжелый металл или нет (мое мнение). Собственно для этого и придумали ОДК, что пока не могут "порешать" с нормативами ПДК отдельных тяжелых металлов.

Кстати не понятно, почему Вы утверждаете, что на свинец в почвах нет ПДК? Еще почему в стандартный перечень включили кобальт, хром? Предлагаю посмотреть пункт 6.4 СанПиН 2.1.7.1287-03 о тяжелых металлах, включенных в стандартный перечень.

sfenvl писал(а): вопрос этот щекотливый и беспокоит давно, и были случаи когда приходили замечания от экспертизы, с претензией - почему использовалось ОДК когда есть ПДК, и требовали переделать анализ и все пересчитать.

А что надо пересчитывать? Ведь делается просто сопоставление полученного результата с тем или иным нормативом. По идее если есть и ПДК и ОДК (как у свинца и только - пока), то конечно надо сравнивать и то и другое.

Ну а с экспертами. - работайте, объясняйте и даже спорте (они же не законодатели) - пусть объясняют и свои позиции нормативными документами, а не "хотелками".

Со свинцом согласен, ПДК есть вал и подвижной формы, кобальт внесен потому, что он присутствует в таблице 4.1 СП 11-102-97, ну а хром для массовки :)

я имел ввиду, что пришлось заново отбирать пробы и проводить анализ требуемых показателей по подвижной форме. ПДК подвижной формы не натянешь на результаты по валу, и пересчитать вал в подвижную нельзя, зависимости нет.

Ну а с экспертами. - работайте, объясняйте и даже спорте (они же не законодатели) - пусть объясняют и свои позиции нормативными документами, а не "хотелками"

Согласен, работать с экспертами можно и нужно, и лесом их можно послать, но для этого нужно опираться на что-то, ГОСТ, СП, СанПиН и т.д. просто так не скажешь " вы не правы, потому что я считаю так".
Нашел вот что, приложение №3 ГН 2.1.7.2042-09:
- При контроле за состоянием почв преимущество следует отдавать ПДК.
- Для контроля за состоянием почв могут быть использованы нормативы, установленные для различных форм химических веществ в почве: валовых, подвижных или водорастворимых.
- При оценке состояния почв фактическое содержание вещества сравнивается с их ОДК (ПДК) для той формы вещества в почве, которая определялась при проведении исследования.
- При наличии аналитических данных по разным формам содержания вещества (валовые, подвижные, водорастворимые) оценку проводят по более «жесткому» нормативу

Если я правильно понял, то как хочешь так и делай, можно вал, можно подвижку, а можно и все вместе, но при этом ПДК главный :)

Эта таблица именуется как "Фоновые содержания валовых форм тяжелых металлов и мышьяка в почвах (мг/кг). Прямого отношения к контролю качества почв, нормируемому СанПиН 2.1.7.1287-03 для населенных мест и сельскохозяйственных угодий, она практически не имеет (кроме как исходник для расчета суммарного показателя и определения самого уровня фона)? Но именно в только что отмеченном СанПиН 2.1.7.1287-03 впервые установлено, что на стадии выбора земельного участка и выполнения проектных работ, а также строительства и приемки объекта в эксплуатацию контроль почв осуществляется с использованием стандартного перечня показателей. При этом стандартный перечень химических показателей включает определение содержания:
- тяжелых металлов: свинец, кадмий, цинк, медь, никель, мышьяк, ртуть;
- 3,4-бензапирена и нефтепродуктов;
- рН;
- суммарный показатель загрязнения.
Собственно они же все продублированы уже позже в п. 8.4.13 СП 47.13330-2012. И в обоих документах говорится, что этот стандартный перечень конечно может быть расширен, но с учетом санитарно-эпидемиологической ситуации и хозяйственного освоения территории. Если есть, например, предпосылки для хрома или кобальта - пожалуйста, а так "до кучи" - это не серьёзно либо у кого-то есть свои (не обсуждаемые здесь) мотивы.

sfenvl писал(а): Если я правильно понял, то как хочешь так и делай, можно вал, можно подвижку, а можно и все вместе, но при этом ПДК главный :)

Не правильно! Чуть выше уже говорил, что есть три документа: СП 11-102-97, СП 47.13330-2012, СанПиН 2.1.7.1287-03, которые включают также обязательность оценки загрязнения почв (грунтов) по суммарному показателю, но для расчета которого надо учитывать только валовые формы (смотрите мой пост в этой теме от 23.07.2015) и нигде не сказано о иных, то есть все остальное вторично. В подавляющем числе случаев изначально важно знать валовое содержание, а уже потом думать как его концентрации будут распределяться в подвижном и водорастворимом состоянии. Хотя, например, для корнеплодов и иных сельхоз. культур конечно первично как раз последнее. Если на участке застройки ничего не собираются высаживать, то каким образом подвижные формы металлов попадут в организм? А вот ветровой перенос валового содержания ТМ с пылью опасен, если их очень много. То есть нужно изначально знать характера землепользования и для чего проводится контроль почвенного загрязнения (смотрите п. 1.2 ГН 2.1.7.2041-06).

По свинцу еще есть и ОДК и именно его имел ввиду ранее, что надо сравнивать и то и другое, а не забегать вперед сразу к подвижным формам. Предлагаю обратить внимание на пункт 2 Примечания к таблице с нормативами ПДК из ГН 2.1.7.2041-06. Там, в документе для ПДК, прописано, что есть еще нормативы для свинца для разных типов почв, представленные как ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) в другом документе, а отсюда и следует, что их надо также учитывать.

sfenvl писал(а): Нашел вот что, приложение №3 ГН 2.1.7.2042-09:
- При контроле за состоянием почв преимущество следует отдавать ПДК.
- Для контроля за состоянием почв могут быть использованы нормативы, установленные для различных форм химических веществ в почве: валовых, подвижных или водорастворимых.
- При оценке состояния почв фактическое содержание вещества сравнивается с их ОДК (ПДК) для той формы вещества в почве, которая определялась при проведении исследования.
- При наличии аналитических данных по разным формам содержания вещества (валовые, подвижные, водорастворимые) оценку проводят по более «жесткому» нормативу

Этот документ утратил силу с 1 июля 2009 года на основании постановления Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 18 мая 2009 года N 32. Сейчас действует ГН 2.1.7.2511-09.

Нормирование содержания тяжелых металлов в объектах экосистем

Ряд элементов, таких как ртуть, свинец, кадмий, оказывают токсическое действие на экосистему в целом. Нулевым отсчетом по количеству тяжелых металлов в почвах является их естественное кларковое содержание. При этом за кларковое содержание принято среднее содержание элементов в земной коре (Алексеенко В.А., 2000; табл. 2).

Часто оценку степени загрязнения почвы проводят путем сопоставления валового содержания тяжелых металлов с их кларками по А.П. Виноградову. А.П. Виноградов (1993) для почв России приводит следующие кларковые значения: ртуть - 0,01 мг/кг; кадмий - 0,5 мг/кг; свинец -10.

Воздействие различных веществ на почву оценивается и по отношению к фону. Однако в современных условиях, учитывая дальность действия промышленных выбросов и других источников загрязнения, говорить об абсолютном фоне проблематично, поэтому чаще в качестве фона рассматривается относительный фон.

Фоновое количество химических веществ в почве характеризует и региональный фон, который образуется в результате совокупного действия всех факторов почвообразования в данном регионе, так как на фоновое содержание влияет комплекс факторов (Алексеенко В.А., 2000). Для каждого почвенного типа имеется свой фон (табл. 3).

Фоновое содержание тяжелых металлов в пахотном горизонте почв РФ по результатам локального мониторинга, мг/кг (Алексеенко В.А., 2000)

А.В. Кузнецов 1997; Г.Г. Аристархова, Е.В. Курганова 1999

В.А. Соколов, О.А. Черников 1999; В.Б. Ильин и др., 2003*

*- В.Б. Ильин и др. (2003) приводят фоновое содержание ртути для черноземов и серых лесных почв.

Фоновое содержание валовых форм тяжелых металлов и мышьяка в почвах, мг/кг (норматив Минприроды России)

Дерново-подзолистые, песчаные и супесчаные

Дерново-подзолистые, суглинистые и глинистые

Для серых лесных почв фоновое содержание по кадмию составляет 0,7 мг/кг, для черноземов - 0,5 мг/кг, а для каштановых - 0,4 мг/кг; по свинцу - 12,5 мг/кг, 13,2 и 10,0 мг/кг соответственно (Беус А.А. и др., 1976). В черноземах и серых лесных почвах юга Западной Сибири фоновое содержание для ртути составляет 0,02 - 0,03 мг/кг (Ильин В.Б и др., 2003).

Под предельно допустимой концентрацией тяжелых металлов следует понимать такую их концентрацию, которая при длительном воздействии на почву и на произрастающие на ней растения не вызывает каких-либо патологических изменений или аномалий в ходе биологических процессов, а также не приводит к накоплению токсичных элементов в сельскохозяйственных культурах и, следовательно, не может нарушить биологический оптимум для сельскохозяйственных животных и человека (Зырин Н.Г., Обухов А.И., 1983; Беспамятников Г.П., Кротов Ю.А., 1985) (Табл.4).

Предельно допустимые концентрации химических элементов в почвах, мг/кг

Элемент, химическое вещество

Сера (сернистые соединения)

Водорастворимая форма Фтор

В соответствии с принятой медиками-гигиенистами схемой, 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). Предельно допустимые концентрации для почв разработаны недостаточно. Это приводит к тому, что в зарубежной и отечественной литературе приводятся разные значения ПДК, причем отличающиеся друг от друга в десятки раз. Такой разброс данных обусловлен огромным разнообразием почвенноэкологических факторов, определяющих опасность действия токсиканта (таблица 5).

ПДК тяжелых металлов в почве, валовая форма

Н.Г. Зырин и др., 1980,1983; К. Реуцэ,

С. Кырстя, 1986; А.В.Староверова и др., 2000

О.А. Соколов, В.А. Черников, 1999

*ПДК разработаны для почв Приморья

В 1995 году для валового содержания тяжелых металлов были разработаны ориентировочно допустимые концентрации (ОДК). ОДК тяжелых металлов для разных типов почв имеют неодинаковые значения. Для песчаных и супесчаных почв ОДК кадмия составляет 0,5 мг/кг, а свинца - 32 мг/кг. А для почв, близких к нейтральным с pH > 5,5, ОДК кадмия уже составляет 2,0 мг/кг, а свинца - 130 мг/кг.

Для оценки масштаба загрязнения почв тяжелыми металлами важно знать и количество подвижной формы тяжелых металлов. Соединения, входящие в состав подвижной формы, наиболее доступны растениям. Именно они формируют поток тяжелых металлов из почвы в растения, способны мигрировать в почвенно-грунтовые воды (Ильин В.Б., 1991; табл. 6).

Предельно допустимое содержание подвижной формы тяжелых металлов в почве, мг/кг

Чулджиян и др., 1988

Майстренко и др., 1996

Накопленный аналитический материал по содержанию тяжелых металлов в пахотном горизонте почв Российской Федерации позволил Н.Г. Зырину, А.И.Обухову (1983) и А.В. Кузнецову (1997) построить шкалу экологического нормирования (табл.7) и оценить экологотоксикологическую обстановку на основе группировки почв.

Шкала экологического нормирования тяжелых металлов для геохимической ассоциации почв со слабокислой и кислой реакцией,мг/кг (Обухов, Ефремов, 1988; Кузнецов, 1997)

Уровень содержания: очень низкий

Согласно группировке почвы, отнесенные к первым трем группам (содержание тяжелых металлов находится в пределах от 1 до 2 ПДК для элементов 1 -го класса опасности или от 1 до 5 ПДК для элементов 2-го класса опасности), пригодны для возделывания всех сельскохозяйственных культур при обязательном контроле продукции на содержание тяжелых металлов. На почвах, отнесенных к 4-й и 5-й группам загрязнения (содержание тяжелых металлов выше 3-10 ПДК), можно возделывать только технические культуры по специальной технологии.

Широкое варьирование значений предельно-допустимых концентраций тяжелых металлов характерно и для растений. Так для кадмия определено ПДК в пределах 5-30 мг/кг, а для свинца этот показатель равняется 30 мг/кг (Кабата-Пендиас А., Пендиас X., 1989). О.А.Соколов и В.А. Черников (1999) приводят иные значения предельно допустимых концентраций. Для кадмия численные значения ПДК снижены до 4-10 мг/кг, ПДК свинца составляет 20-25 мг/кг (табл. 8).

Предельно допустимые концентрации содержания тяжелых металлов в растениях и в растительных кормах, мг/кг (Кабата-Пендиас, 1989; Соколов, Черников, 1999)

Валовая и подвижная форма тяжелых металлов это

Общую загрязненность почвы характеризует валовое количество тяжелого металла. Доступность же элементов для растений определяется их подвижными формами. Поэтому содержание в почве подвижных форм тяжелых металлов - важнейший показатель, характеризующий санитарно-гигиеническую обстановку и определяющий необходимость проведения мелиоративных детоксикационных мероприятий.
В зависимости от применяемого экстрагента извлекается различное количество подвижной формы тяжелого металла, которое с определенной условностью можно считать доступным для растений. Для экстракции подвижных форм тяжелых металлов используются различные химические соединения, обладающие неодинаковой экстрагирующей силой: кислоты, соли, буферные растворы и вода. Наиболее распространенными экстрагентами являются 1н HCl и ацетатно-аммонийный буфер с pH 4.8. В настоящее время еще накоплено недостаточно экспериментального материала, характеризующего зависимость содержания в растениях тяжелых металлов, экстрагируемых различными химическими растворами, от их концентрации в почве. Сложность этого положения обусловливается еще и тем, что доступность для растений подвижной формы тяжелого металла зависит во многом от свойств почвы и специфических особенностей растений. При этом поведение в почве каждого элемента имеет свои конкретные, присущие ему закономерности.
Для изучения влияния свойств почв на трансформацию соединений тяжелых металлов провели модельные опыты с резко различающимися по свойствам почвами (табл. 8). В качестве экстрагентов использовали сильную кислоту - 1н HNO3, нейтральную соль Ca(NO3)2, ацетатно-аммонийный буферный раствор и воду.

Решающую роль в распределении тяжелых металлов в системе почва-раствор играют процессы сорбции-десорбции на твердой фазе почвы, определяемые свойствами почвы и не зависящие от формы внесенного соединения. Образующиеся соединения тяжелых металлов с твердой фазой почвы термодинамически более устойчивы, чем внесенные соединения, и они определяют концентрацию элементов в почвенном растворе (Р.И. Первунина. 1983).
Почва мощный и активный поглотитель тяжелых металлов, она способна прочно связывать и тем самым снижать поступление токсикантов в растения. Активно инактивируют соединения металлов минеральные и органические компоненты почвы, но количественные выражения их действия зависят от типа почв (B A. Большаков и др., 1978, В.Б. Ильин, 1987).
Накопленный экспериментальный материал свидетельствует о том. что наибольшее количество тяжелых металлов из почвы извлекается 1 н кислотной вытяжкой. При этом данные близки к валовому содержанию элементов в почве. Эту форму элементов можно считать общим запасным количеством, способным переходить в мобильную подвижную форму. Содержание тяжелого металла при извлечении из почвы ацетатно-аммонийным буфером характеризует уже более мобильную подвижную часть. Еще более мобильной является обменная форма тяжелого металла. экстрагируемая нейтральным солевым раствором. В.С. Горбатов и Н.Г. Зырин (1987) считают, что наиболее доступной для растений является обменная форма тяжелых металлов, селективно извлекаемая растворами солей, анион которых не образует комплексов с тяжелыми металлами, а катион обладает высокой вытесняющей силой. Именно такими свойствами обладает Ca(NO3)2, используемый в нашем эксперименте. Наиболее же агрессивные растворители - кислоты, чаще всего используемые 1н HCl и 1н HNO3, извлекают из почвы не только усвояемые растениями формы, но и часть валового элемента, которые являются ближайшим резервом, для перехода в подвижные соединения.
Концентрация в почвенном растворе тяжелых металлов, извлекаемых водной вытяжкой, характеризует наиболее активную часть их соединений. Это самая агрессивная и динамичная фракция тяжелых металлов, характеризующая степень подвижности элементов в почве. Высокое содержание воднорастворимых форм TM может приводить не только к загрязнению растительной продукции, но и к резкому снижению урожая вплоть до его гибели. При очень высоком содержании в почве водно-растворимой формы тяжелого металла, она становиться самостоятельным фактором, определяющим величину урожая и степень его загрязненности.
В нашей стране накоплена информация о содержании в незагрязненных почвах подвижной формы TM, главным образом тех из них, которые известны как микроэлементы - Mn, Zn, Cu, Mo. Co (табл. 14). Для определения подвижной формы чаще всего использовались индивидуальные экстрагенты (по Пейве Я.В. и Ринькису Г.Я.). Как видно из таблицы 14, почвы отдельных регионов значительно различались по количеству подвижной формы одного и того же металла.

Причиной могли быть, как считает В.Б. Ильин (1991 г.), генетические особенности почв, прежде всего специфика гранулометрического и минералогического составов, уровень гумусированности, реакция среды. По этой причине могут сильно различаться почвы одного природного региона и более того, даже одного генетического типа в пределах этого региона.
Различие между встреченным минимальным и максимальным количеством подвижной формы может находиться в пределах математического порядка. Совершенно недостаточно сведений о содержании в почвах подвижной формы Pb, Cd, Cr, Hg и других наиболее токсичных элементов. Правильно оценить подвижность TM в почвах затрудняет использование в качестве экстрагента химических веществ, сильно различающихся по своей растворяющей способности. Так, например, 1 н HCl извлекала из пахотного горизонта подвижных форм в мг/кг: Mn - 414, Zn - 7,8 Ni - 8,3, Cu - 3,5, Pb - 6,8, Co - 5,3 (почвы Западной Сибири), тогда как 2,5% CH3COOH извлекала соответственно 76; 0,8; 1,2; 1,3; 0,3; 0,7 (почвы Томского Приобья, данные Ильина. 1991). Эти материалы свидетельствуют о том, что 1 н HCl извлекала из почвы за исключением цинка около 30% металлов от валового количества, а 2,5% CH3COOH - менее 10%. Поэтому экстрагент 1н HCl, широко используемый в агрохимических исследованиях и при характеристике почв, обладает высокой мобилизующей способностью в отношении запасов тяжелых металлов.
Основная часть подвижных соединений тяжелых металлов приурочена к гумусовому или корнеобитаемому горизонтам почвы, в которых активно происходят биохимические процессы и содержится много органических веществ. Тяжелые металлы. входящие в состав органических комплексов, обладают высокой мобильностью. В.Б. Ильин (1991) указывает на возможность накопления тяжелых металлов в иллювиальном и карбонатном горизонтах, в которые попадают мигрирующие из вышележащего слоя тонкодисперсные частицы, насыщенные тяжелыми металлами, и воднорастворимые формы элементов. В иллювиальном и карбонатном горизонтах металлосодержащие соединения выпадают в осадок. Этому в наибольшей степени способствует резкое повышение pH среды в почве указанных горизонтов, обусловленное наличием карбонатов.
Способность тяжелых металлов накапливаться в нижних горизонтах почв, хорошо иллюстрируют данные по профилям почв Сибири (табл. 15). В гумусовом горизонте отмечается повышенное содержание многих элементов (Sr, Mn, Zn, Ni и др.) независимо от их генезиса. Во многих случаях четко прослеживается увеличение содержания подвижного Sr в карбонатном горизонте. Общее содержание подвижных форм в меньшем количестве характерно для песчаных почв, в значительно большем - для суглинистых. То есть, имеется тесная связь между содержанием подвижных форм элементов и гранулометрическим составом почв. Аналогичная положительная зависимость прослеживается между содержанием подвижных форм тяжелых металлов и содержанием гумуса.

Содержание подвижных форм тяжелых металлов подвержено сильным колебаниям, что связано с изменяющейся биологической активностью почв и влиянием растений. Так, по данным исследований, проведенных В.Б. Ильиным, содержание подвижного молибдена в дерново-подзолистой почве и южном черноземе в течение вегетационного периода изменялось в 5 раз.
В некоторых научно-исследовательских учреждениях в последние годы изучаюсь влияние длительного применения минеральных, органических и известковых удобрений на содержание в почве подвижных форм тяжелых металлов.
На Долгопрудной агрохимической опытной станции (ДАОС, Московская область) проведено изучение накопления в почве тяжелых металлов, токсичных элементов и их подвижности в условиях длительного применения фосфорных удобрений на известкованной дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве (Ю.А. Потатуева и др., 1994 г.). Систематическое применение балластных и концентрированных удобрений в течение 60 лет, разных форм фосфатов в течение 20 лет и фосфоритной муки различных месторождений в течение 8 лет не оказало существенного влияния на валовое содержание в почве тяжелых металлов и токсических элементов (ТЭ), но привело к увеличению подвижности в ней некоторых TM и ТЭ. Содержание подвижных и водорастворимых форм в почве возрастало примерно в 2 раза при систематическом применении всех изученных форм фосфорных удобрений, составляя, однако, только 1/3 ПДК. Количество подвижного стронция возрастало в 4,5 раза в почве, получившей простой суперфосфат. Внесение сырых фосфоритов Кингисепского месторождения привело к увеличению содержания в почве подвижных форм (ААБ pH 4,8): свинца в 2 раза, никеля - на 20% и хрома на 17%, что составило соответственно 1/4 и 1/10 ПДК. Увеличение содержания подвижного хрома на 17% отмечено в почве, получавшей сырые фосфориты Чилисайского месторождения (табл. 16).

Сопоставление экспериментальных данных длительных полевых опытов ДАОС с санитарно-гигиеническими нормативами по содержанию подвижных форм тяжелых металлов в почве, а при их отсутствии с предлагаемыми в литературе рекомендациями, свидетельствует о том, что содержание подвижных форм этих элементов в почве было ниже допустимых уровней. Эти эксперементальные данные свидетельствуют о том, что даже очень длительное - в течение 60 лет применение фосфорных удобрений не привело к превышению уровня ПДК в почве ни в отношении валовых ни по подвижным формам тяжелых металлов. В то же время эти данные свидетельствуют о том, что нормирование тяжелых металлов в почве только по валовым формам недостаточно обосновано и должно быть дополнено содержанием подвижной формы, которая отражает как химические свойства самих металлов, так и свойства почвы, на которой выращиваются растения.
На базе длительного полевого опыта, заложенного под руководством академика Н.С. Авдонина на экспериментальной базе МГУ "Чашниково", проведено исследование влияния длительного в течение 41 года применения минеральных, органических, известковых удобрений и их сочетания на содержание подвижных форм тяжелых металлов в почве (В.Г. Минеев и др., 1994). Результаты исследований, проведенные в таблице 17, показали, что создание оптимальных условий для роста и развития растений существенно снижало содержание подвижных форм свинца и кадмия в почве. Систематическое же внесение азотно-калийных удобрений, подкисляя почвенный раствор и снижая содержание подвижного фосфора, удваивало коцентрацию подвижных соединений свинца и никеля и в 1,5 раза увеличивало содержание кадмия в почве.

Содержание валовых и подвижных форм TM в дерново-подзолистой легкосуглинистой почве Беларуси, изучалось при длительном применении осадков городских сточных вод: термофильно-сброженных с иловых полей (ТИП) и термофильно-сброженных с последующим механическим обезвоживанием (ТМО).
За 8 лет исследований насыщенность севооборота OCB составило 6,25 т/га (одинарная доза) и 12,5 т/га (двойная доза), что приблизительно в 2-3 раза выше рекомендуемых доз.
Как видно из таблицы 18, четко прослеживается закономерность повышения содержания валовых и подвижных форм TM в результате трехразового внесения ОСВ. Причем наибольшей подвижностью отличается цинк, количество которого в подвижной форме возросло в 3-4 раза по сравнению с контрольной почвой (Н.П. Решецкий, 1994 г.). При этом содержание подвижных соединений кадмия, меди, свинца и хрома изменялось не существенно.

Исследования ученых Белорусской с.-х. академии показали, что при внесении осадков сточных вод (СИП-осадок сырой с иловых полей, ТИП, ТМО) происходило заметное повышение содержания в почве подвижных форм элементов, но наиболее сильно кадмия, цинка, меди (табл. 19). Известкование практически не повлияло на подвижность металлов. По мнению авторов. использование вытяжки в 1 н HNO3 для характеристики степени подвижности металлов не является удачным, так как в нее переходит свыше 80%, от общего содержания элемента (А.И. Горбылева и др., 1994).

Следовательно, для снижения содержания в почве подвижных форм свинца и меди необходимо проводить повторное известкование почв.
Изучение подвижности тяжелых металлов в черноземах Ростовской области показало, что в метровом слое обыкновенных черноземов количество цинка, извлекаемого ацетатноаммонийной буферной вытяжкой с pH 4,8, колебалось в пределах 0.26-0,54 мг/кг. марганца 23,1-35,7 мг/кг, меди 0,24-0,42 (Г.В Агафонов, 1994), Сопоставление этих цифр с валовыми запасами микроэлементов в почве тех же участков показало, что подвижность различных элементов существенно различается. Цинк на карбонатном черноземе в 2,5-4,0 раза менее доступен растениям, чем медь и в 5-8 раз, чем марганец (табл. 21).

Таким образом, результаты проведенных исследований показывают. что проблема подвижности тяжелых металлов в почве является сложной и многофакторной. Содержание подвижных форм тяжелых металлов в почве зависит от многих условий. Главный прием, приводящий к уменьшению содержания этой формы тяжелых металлов - это повышение плодородия почв (известкование, увеличение содержания гумуса и фосфора и др.). В то же время общепринятой формулировки по подвижным металлам пока нет. Мы в этом разделе предложили наше представление о различных фракциях подвижных металлов в почве:
1) общий запас подвижных форм (извлекаемые кислотами);
2) мобильная подвижная форма (извлекаемая буферными растворами):
3) обменная (извлекаемая нейтральными солями);
4) воднорасторимая.

Читайте также: