Изучение влияния тяжелых металлов в системе почва-растение

Загрязнение природной среды тяжелыми металлами в настоящие время является одним из наиболее распространенных следствий техногенного воздействия на экосистемы. Основными загрязнителями являются промышленные и топливно-энергетические предприятия, автомобильный транспорт. Суммарные выбросы по Российской Федерации в 2008 году составили 14949,82 тыс. тонн. Только выбросы транспорта в г. Омске в 2009 году составили 263,9 тыс. тонн. Доля энергетики составила 132,1 тыс. тонн, нефтеперерабатывающей промышленности 60,3 тыс. тонн /1/.

Термин «тяжелые металлы» по отношению к микроэлементам может применяться в случаях, когда те встречаются в экзогенных, повышенных концентрациях и могут оказывать на растения, человека и животных токсическое воздействие. Часть из них выведена в группу веществ, способных попадать в почву из выбросов, сбросов и отходов (техногенное загрязнение) и подразделена на три класса опасности. В первый класс опасности включены мышьяк, кадмий, ртуть, свинец, цинк и другие элементы (ГОСТ 17.4.1.02–83. Охрана природы. Почвы. классификация химических веществ для контроля загрязнения) /4/.

Тяжелые металлы относятся к числу наиболее опасных загрязнителей. Результаты их действия проявляются не столько очевидно, как другие виды загрязнений почв, но тяжелые металлы передаются по трофическим цепям с выраженным кумулятивным эффектом. Максимальную опасность эти элементов представляют для человека, находящегося на вершине цепи питания, где он может получать продукты с концентрацией токсикантов в 100-1000 раз более высокой, чем в почвах.

Одним из источников поступления элементов – загрязнителей в агроэкосистеме считается атмосфера. Качественный и количественный состав компонентов непостоянен и зависит от целого ряда факторов: близости индустриальных центров, заводов и фабрик, наличия ТЭЦ, расстояния от автомагистралей и авиалиний, розы ветров, количества осадков, рН почвы и так далее. вблизи индустриальных центров, как правило, создаются антропогенные аномальные зоны с повышенным содержанием ртути, кадмия, свинца /6/.

Так, исследованиями показано, что загрязнение почвы в районах промышленных выбросов свинцом – в 3, а цинков – в 2 раза больше фонового содержания. В этом случае аккумуляция тяжелых металлов сельскохозяйственными растениями в 1,5-2 раза превышала ПДК. Выбрасываемые в воздух промышленными предприятиями соединения металлов виде пыли оседали на почву и растения на расстоянии 10-40км от источников загрязнения. В почвах (черноземах) и сельскохозяйственных растениях отмечалось ежегодное накопление свинца во всех исследуемых районах. Так, превышение ПДК по свинцу составляет в почвах 2-5,4 раза, а в растениях 1,5-2,8 раза. За счет атмосферных выбросов предприятий цветной металлургии в почвенном покрове накапливается большое количество цинка, свинца и кадмия. Наиболее сильное загрязнение наблюдается в радиусе 3-4км от предприятия /1/.

Минеральные и органические удобрения, а также мелиоранты являются приоритетными факторами воздействия на агроэкосистему в сельскохозяйственных ландшафтах. Из всех видов минеральных удобрений наибольшее количество тяжелых металлов содержат фосфорные удобрения, наименьшее - азотные и калийные. Комплексные удобрения занимают промежуточное положение. Осадки сточных вод в отличие от обычных органических удобрений характеризуются высоким содержанием тяжелых металлов. Поэтому при их применении в почву необходим постоянный контроль в системе почвы - растение /2/.

Почвенный покров является мощным аккумулятором веществ, загрязняющих природную среду и практически не теряет их со временем. Обладая буферностью, почва способна снижать их токсичность, переводя в труднорастворимые, недоступные растениям соединения. С другой стороны, тяжелые металлы способны нарушать ряд процессов, воздействуя на свойства почвы: величину рН, течение микробиологических процессов, образование гумуса и другое. В литературе имеется недостаточно данных, чтобы судить об ухудшении различных почвенных характеристик при аккумуляции тяжелых металлов /3/.

Нарушение биологической активности почв в условиях загрязнения тяжелыми металлами считается установленным, однако данных, позволяющих судить о его масштабами значимости, еще недостаточно. Помимо косвенного воздействия на почвенные характеристики, тяжелые металлы оказывают и прямое воздействие на почвенную массу. Имеются данные о консервации органического вещества в загрязненных почвах, что связано с ограниченной доступностью комплексов тяжелых металлов с гумусовыми кислотами для минерализации микроорганизмами. Свинец и кадмий, являясь антагонистами ряда элементов питания, ограничивают их поступление в растения. Так, кадмий, находясь в почвенном растворе, снижает доступность фосфора, кальция, магния, железа, цинка; свинец ограничивает поступление фосфора, кальция, железа, меди, цинка. При увеличении концентрации тяжелых металлов в почве наблюдается подкисление почвенного раствора /5/.