Проблемы загрязнения сельскохозяйственных угодий тяжелыми металлами

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПРОБЛЕМЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ УГОДИЙ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

почва загрязнение металл тяжелый

Витищенко И.Ю., Тимофеев М.М., Черепов В.А.

Значительная концентрация промышленности в Донецкой области и связанное с ней загрязнение через дымовые выбросы и стоки предприятий предопределили формирование локальных и крупномасштабных "наложенных" геохимических ареалов. В результате хозяйственной деятельности человека происходит загрязнение окружающей среды различными химическими веществами, в том числе тяжелыми металлами (ТМ).

Тяжелые металлы являются наиболее опасными ингредиентами, поступающими на сельхозугодья, так как имеют высокую физиологическую активность и узкий диапазон концентраций перехода от положительного к отрицательному действию на живые объекты. Загрязнение ТМ почвы, воды и атмосферы ухудшает гигиеническое качество среды обитания человека, включая и качество продукции сельского хозяйства.

Накапливаясь в значительных количествах в почве и растениях ТМ могут оказывать токсичное действие на животных и человека. Рекогносцировочные исследования загрязнения Донецкого региона свинцом, кадмием, медью и показали следующую картину [1]. Свинец относится к первому классу опасности, ПДК для почвы 100-300 мг/кг. Фоновый уровень для области достигает 18-20 мг/кг почвы. В Енакиевско-Дзержинском промузле концентрация свинца в почве составляет 50 мг/кг. Загрязнение в основном исходит от Енакиевского и Горловского коксохимзаводов. В Краматорско-Константиновском промузле свинцом загрязнено около 60% территории. На полях его содержится до 46, в населённых пунктах до 93, а в городах до 287 мг/кг, т.е. приближается к верхней границе ПДК. В Донецко-Макеевском промузле загрязнено Pb до 10% территории (50-70 мг/кг), а в Артёмовском районе до 30%. Основным источником загрязнения почв свинцом выступает и автомобильный транспорт. Полезность Pb для растений и животных не обнаружена. Максимальная толерантная концентрация свинца для животных считается 10мг/кг сухого веса корма, а токсичной 15 мг/кг [2]. Кадмий также относится к первому классу опасности.

В микродозах он необходим человеку, но при повышенных концентрациях сильно токсичен [3]. Фоновый уровень его в Донецкой области равен 0,5 мг/кг. ПДК для почвы составляет 3-5 мг/кг [4]. Локальные загрязнения кадмием обнаружены во многих хозяйствах часто за счет орошения сточными водами. Кроме того, кадмий попадает в почву с суперфосфатом и фунгицидами. Наиболее высокий уровень локального загрязнения кадмием обнаружен в совхозе Дзержинский Первомайского района - 70 мг/кг, а в колхозе "Путь к коммунизму" - 30 мг/кг почвы. Медь относится ко второму классу опасности, она менее токсична, чем Pb и Cd, в микродозах необходима растениям и животным, но в высоких концентрациях оказывает вредное воздействие, снижает ферментативную активность почв и урожай растений. Фоновый уровень в черноземах Донецкой области 30 мг/кг. ПДК для почвы 100 мг/кг. В растениях содержится меди от 1,5 до 8,5 мг/кг. В корме для животных оптимум 4-10 мг/кг. Верхний критический предел для растений 150 мг/кг. Животные страдают как от недостатка Cu в кормах, так и от избытка.

Основным загрязнителем почв медью является цветная металлургия, транспорт, медьсодержащие удобрения, пестициды. В Артемовском промузле основной загрязнитель - завод цветных металлов. Концентрация Cu в почвах возле Артемовска колеблется от 150 до 500 мг/кг. Превышение фона в 1,5-2 раза распространено вокруг городов Краматорска, Константиновки, Дружковки, Тореза, Мариуполя [5]. Цинк относится к первому классу опасности. Фоновое содержание в почвах области 95 мг/кг. Цинк как микроэлемент крайне необходим растениям и животным.

При его содержании в кормах менее 20-30 мг/кг развивается цинковая недостаточность. Нормальным содержанием Zn в растениях считается 50-60 мг/кг, а избыточным 60-100 мг/кг с.м., в зависимости от вида растений [6]. На черноземах токсическое действие цинка происходит через дымовые выбросы в атмосферу при сжигании каменного угля. Наибольшие площади загрязнения почв Zn находятся в Константиновском, Славянском и Артемовском районах, вокруг г. Мариуполя. Там превышение фона на сельхозугодьях составляет 1,5-3 раза, а в городах достигает 5. Локальное превышение фона в 1,5-2 раза разбросано по всей территории Донецкой области, но более всего в ее центральной зоне вокруг промузлов. Анализ поступления ТМ на орошаемые земли вследствие сброса в реки сточных вод промышленных предприятий показал следующее [7].

Из реки Казенный Торец в Славянском районе орошаются земли совхозов "Красный молочар" - 840 га, "Крупской" - 1800 га, "Орджоникидзе" - 358 га, где на гектар за сезон (2800 м/га) приносится железа - 1,59, меди - 0,58, цинка - 0,23, марганца - 0,42 кг/га. В Новоазовском районе из реки Кальмиус орошаются земли колхоза им. Карла Маркса- 1475 га. На гектар орошаемой земли за сезон привнесено: железа - 2,54, меди - 0,46, цинка - 0,102, марганца - 0,40, хрома - 0,005 кг/га. Подобная ситуация прослеживается во всех промышленных районах. В настоящее время проблема накопления ТМ в почвах и растительной продукции стоит довольно остро, поскольку превышение предельно допустимых концентраций влечет за собой негативные последствия для растений животных и человека [3].

Длительное и интенсивное применение в сельском хозяйстве минеральных удобрений может загрязнять почвы тяжелыми металлами, в том числе цинком, медью, свинцом и кадмием. Так, например, суперфосфат простой содержит свинца - 0,8, меди - 3,75, серебра - 18,1, ртути - 3,62, кадмия - 0,02 мг/кг, а суперфосфат боратовый свинца - 0,9, меди - 47,7, серебра - 16,2, ртути - 4,25, кадмия - 0,76 мг/кг. Аммофос белый содержит свинца - 0,75, ртути - 0,64, серебра - 12,2, а кадмия - 0,3 мг/кг. В мочевине обнаружено свинца - 1,5, меди -19,9, серебра -16,1, ртути - 1,37, кадмия - 0,39 мг/кг и т.д. [8].

В настоящее время недостаточно изучен вопрос влияния вносимых в почву удобрений на накопление ТМ в пахотном слое сельхозугодий и поступление их в растения. В связи с этим нами была поставлена задача выявить влияние длительного применения минеральных удобрений на содержание Cu, Zn, Pb, Cd в почве и некоторых сельхозкультурах. Исследования проводились на полевом стационаре Донецкого института агропромышленного производства, который существует с 1976 года. Пробы почв отбирались с горизонта 0-20 см. Схема опыта: В - контроль (без удобрений); Б - органическое удобрение; А - NPK+органическое удобрение. На опытных участках выращивался ячмень в севообороте: 1 - черный пар; 2 - озимая пшеница; 3 - зерновые; 4 - кукуруза на зерно; 5 - ячмень; 6 - горох; 7 - зерновые; 8 - кукуруза на силос; 9 - зерновые; 10 - подсолнечник. Схема полного удобрения севооборота: 1 - навоз 40т Р60 К30; 2 - не вносятся; 3 - N60 P45 K30; 4 - N45 P60 K30; 5 - N60 P45 K30; 6 - N30 P45 K30; 7 - N60 P45 K308; 8 - навоз 50т P60 K30; 9 - N60 P45 K30; 10 - N45 P90 K60. В севообороте без минерального удобрения вносился навоз под ячмень 30 т/га и кукурузу на силос 50 т/га. Отобранные образцы почв анализировались на содержание валовых форм Zn, Cu, Cd, Pb методом хронопотенциометрии на анализаторе М-ХА 1000. В табл. 1 приводятся данные по содержанию исследуемых ТМ на удобренных и не удобренных фонах.

Содержание меди в пахотном слое в 1,5-1,6 раза выше регионального фона. На варианте с полным удобрением содержание Cu выше, чем на не удобренном на 3,4%, а при внесении только органики на 1,7%. Содержание свинца в 1,5 раза выше регионального фона. На удобренных делянках по сравнению с контролем содержание Pb на 8,3% и на 3,8% выше. По цинку превышение регионального фона наблюдается в 2-2,5 раза. Накопление Zn на вариантах А и Б выше, чем на В соответственно на 22,9% и на 7,2%. На удобренном фоне с полным внесением удобрений (А) содержание кадмия выше, чем в контроле на 20,6%, а на фоне с органикой на 3,4%.

Превышение регионального фона по Cd по сравнению с другими элементами наибольшее - в 6-7 раз. Параллельно почвенным образцам отбирались растения ячменя в фазе молочной спелости, у которых выделялись органы: корень, стебель, лист и колос. В полученных образцах также определялось накопление Zn, Cu, Pb, Cd на анализаторе тяжелых металлов М-ХА 1000. В табл. 2 приводятся данные по содержанию ТМ в корнях, стеблях и колосьях ячменя. Наибольшее количество металлов накапливается в корнях, наименьшее - в колосьях. В корнях на удобренном фоне незначительное повышение содержания Cu, Zn, Pb и Cd по сравнению с контролем (В). Существенно снижается содержание меди в колосьях на не удобренном фоне. Тенденция к снижению содержания ТМ в колосе на варианте (В) прослеживается также и по остальным исследуемым металлам.

Исходя из данных табл. 1 и 2, были рассчитаны коэффициенты биологического поглощения (КБП), которые представляют собой соотношения содержания ТМ (корни: почва и колос: почва). КБП по меди составил для корней 0,14-0,15, различие по вариантам практически не существует. Для свинца он равен 0,12 и также не различается по вариантам. КБП для кадмия колеблется в пределах 0,23-0,27, причем наблюдалась тенденция к его увеличению на не удобренном фоне.

Самый высокий КБП в системе почва: корни получен по цинку 0,40-0,46, где также прослеживалась тенденция к его возратанию от варианта А к варианту Б и В. КБП почва: колос по Cu получен в пределах 0,043-0,056, причем на удобренном фоне (вариант А) он был максимальным, а на контроле - минимальным. Для Pb данный коэффициент был получен 0,057-0,060, причем слабо прослеживалась тенденция к его увеличению на контроле (вариант В). КБП для цинка значительно выше, чем для меди и свинца, и составил 0,19-0,23, причем на варианте В он был несколько выше, чем на А и Б.

По кадмию коэффициент биологического поглощения равен 0,16- 0,19, варьируя незначительно. Кроме того, на основании таблиц 1 и 2 получены коэффициенты инактивации (КИ), которые представляют собой соотношение содержания ТМ в корнях к колосу, отражая снижение активности передвижения металлов из корней в надземные части растений. КИ по меди на варианте А равен 2,6, на варианте Б3,0 и на варианте В- 3,4, то есть наблюдается снижение интенсивности передвижения металлов на не удобренных и слабо удобренных фонах по сравнению с полностью удобренным. КИ по свинцу практически одинаков для всех вариантов и равен 2,0-2,1. КИ по цинку колеблется от 1,9 до 2,4 и максимален на варианте Б. КИ по кадмию очень слабо изменяется по вариантам и составляет 1,3-1,4. На основании вышеизложенного можно сделать предварительные обобщения.

С удобрением в почву приносится ТМ ( Zn, Cu, Pb, Cd), причем наибольшая разница между удобренным и не удобренным фонами наблюдаются по цинку и кадмию, а наименьшая - по меди. В фазе молочной спелости ячмень более интенсивно поглощает из почвы цинк и кадмий, чем медь и свинец. Наиболее интенсивно происходит у ячменя инактивация меди по сравнению с другими металлами, а слабее всего инактивируется кадмий.

Список литературы

1. Комплексная оценка региональных техногенных изменений гидрогеохимических условий Донецкой области. Книга 1. - Артемовск, 1990. - 96 с.

2. Кабата-Пендиас А, Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. - М.: Мир, 1989. - С. 439.

3. Рудакова Э.В., Каракис К.Д. Физиолого-биохимические подходы при изучении загрязнения сельскохозяйственных растений тяжелыми металлами. // Микроэлементы в окружающей среде. - Киев: Наукова думка, 1990. - С.20-24.

4. Добровольский Г.В., Гришина Л.А. Охрана почв. - М.: Изд-во Моск. унта, 1985. - С. 86.

5. Ковальский В.В., Раецкая Ю.А., Грачева Г.И. Микроэлементы в растениях и кормах.- М.: Колос, 1987. - С.29.

6. Минеев .Г. Экологические проблемы агрохимии.- М.: Из-во Моск. унта, 1987. - С. 285.

7. Государственный водный кадастр. Ежегодные данные о качестве поверхностных вод суши. - 1989 -1991.

8. Попович А.Л. О правильном использовании минеральных удобрений // Химизация сельского хозяйства. - 1992. - № 2 - С.15-17.

Размещено на Allbest.ru