ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ПОЧВЕ

В таблице 2 представлены ПДК в почве исследованных в настоящей работе элементов.

Таблица 2

ПДК элементов в почве (мг/кг почвы)

Одна из важнейших особенностей техногенеза металлов заключается в переводе их в неустойчивые геохимические формы, такие как свободные металлы. Они подвергаются окислению, их растворимость резко возрастает. Растворимые соединения вовлекаются в биологическую миграцию. В биологической миграции ТМ не включаются в процесс самоочищения. Их концентрации могут лишь разбавляться в ходе миграции. Они подвергаются всем типам миграции и биологическим круговоротам, загрязняя жизнеобеспечивающие среды: воду, воздух, пищу (Торшин и др., 1990; Соколов, Черников, 1999; Перязева, 2001).

Источники поступления ТМ в почву делятся на природные и техногенные (табл. 2). Природными источниками является выветривание горных пород и минералов, эрозионные процессы, вулканическая деятельность. К техногенным источникам относятся добыча и переработка полезных ископаемых, сжигание топлива, влияние автотранспорта, сельского хозяйства и др. (Бондарев, 1976; Алексеев, 1987; Ильин, 1991; Орлов и др., 1991; Бирагова, 2003). Сельскохозяйственные земли, помимо загрязнения через атмосферу, загрязняются ТМ еще и специфически, при применении пестицидов, минеральных и органических удобрений, известковании, использовании сточных вод (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989; Торшин и др., 1990).

В последнее время, особое внимание ученые уделяют городским почвам. Последние, безусловно, испытывают значительный техногенный пресс, составной частью которого является загрязнение ТМ (Приваленко, 1993; Ларина и др., 1996; Ладонина и др., 1999; Ильин и др., 2000 и др.; Кадацкий и др., 2001; Ильин, 2002; Хамитова, Степанова, 2004).

На поверхность почвы ТМ поступают в различных формах. Это оксиды и различные соли металлов, как растворимые, так и практически нерастворимые в воде (сульфиды, сульфаты, арсениты и др.). В составе выбросов предприятий по переработке руды и предприятий цветной металлургии — основного источника загрязнения окружающей среды ТМ — основная масса металлов (70-90 %) находится в форме оксидов (табл. 3) (Горбатов, 1983; Цаплина, 1994).

Таблица 3

Источники поступления ТМ в окружающую среду (Вредные химические вещества, 1988)

Окончание таблицы 3

Попадая на поверхность почв, ТМ могут либо накапливаться, либо рассеиваться в зависимости от характера геохимических барьеров, свойственных данной территории.

Влияние ТМ на живые организмы зависит, прежде всего, от концентрации подвижной формы металла в почве. Степень подвижности ТМ зависит от геохимической обстановки и уровня техногенного воздействия (Ладонин и др., 1994). Тяжелый гранулометрический состав и высокое содержание органического вещества приводят к связыванию ТМ почвой. Рост значений pH усиливает сорбированность катионообразующих металлов (медь, никель, свинец, ртуть, цинк, и др.) и увеличивает подвижность анионообразующих (хром, молибден, ванадий и др.). С другой стороны усиление окислительных условий увеличивает миграционную способность металлов (Касимов, 1983; Добровольский, Гришина, 1985). В итоге по способности связывать большинство ТМ, почвы образуют следующий ряд: серозем > чернозем > дерново-подзолистая почва (Горбатов, Обухов, 1989).

Большая часть ТМ, поступивших на поверхность почвы, закрепляется в верхних гумусовых горизонтах. ТМ сорбируются на поверхности почвенных частиц, связываются с органическим веществом почвы, в частности в виде элементно-органических соединений, аккумулируются в гидроксидах железа, входят в состав кристаллических решеток глинистых минералов, дают собственные минералы в результате изоморфного замещения, находятся в растворимом состоянии в почвенной влаге, и газообразном состоянии в почвенном воздухе, являются составной частью почвенной биоты (Александрова, 1980; Глазовская, 1988; Кулматов, 1988; Ильин, 1991; Орлов и др., 1991; Добровольский, 1997; Водяницкий, Добровольский, 1998; Мотузова, 1999: Травникова и др., 2000; Brummer et al., 1983).

С составляющими твердой фазы почвы ТМ связаны как прочными хемосорбционными связями, так и связями, допускающими катионный обмен. Обменные формы металлов составляют незначительную часть общей массы металлов, находящихся в почве (Добровольский, 1997). Основным процессом, контролирующим уровень концентрации ТМ в почвенных растворах, является не осаждение труднорастворимых соединений, а различные адсорбционные механизмы (Горбатов, 1988). Со временем в почвах происходит уменьшение содержания водорастворимой, обменной и иепрочносвязаииой форм соединений ТМ вне зависимости от того поступили ТМ в почву в виде оксида или растворимой в воде соли (Алексеев, 1979; Тихомиров и др., 1979; Горбатов, Обухов, 1989).

Продолжительность пребывания загрязняющих компонентов в почве значительно больше, чем в других частях биосферы, и загрязнение почвы, особенно ТМ, практически вечно. Металлы, накапливающиеся в почве, медленно удаляются при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии и дефляции (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989). Период полуудаления (или удаления половины от начальной концентрации) ТМ сильно варьирует для различных элементов, но составляет достаточно продолжительные периоды времени: для Zn — от 70 до 510 лет; для Cd — от 13 до 110 лет; для Си — от 310 до 1500 лет и для РЬ — от 740 до 5900 лет (Садовникова, 1994).

Важной функцией почвы является то, что она, в отличие от других компонентов природной среды, не только геохимически аккумулирует компоненты загрязнений, но и выступает как природный буфер (или даже фильтр), контролирующий перенос химических элементов и соединений в атмосферу, гидросферу и живое вещество.