Нарушение экологического равновесия на землях, загрязненных тяжелыми металлами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Нарушение экологического равновесия на землях, загрязненных тяжелыми металлами

Безуглов В.Г.*, Синиговец М.Е.*, Кузьмич М.А.**, Эзрохин Л.М.*

*«ВНИИ Агроэкоинформ»

**Московский НИИСХ «Немчиновка»

Аннотация

В статье проводится анализ данных последних лет по основным источникам поступления тяжелых металлов в почву, их влиянию на живые организмы и мерам по снижению воздействия на почву и растения.

Ключевые слова: тяжелые металлы, токсичность, почвы, промышленные и транспортные выбросы, минеральные и органические удобрения, сельскохозяйственные культуры

Проблема тяжелых металлов (ТМ) в агроэкосистемах в условиях возрастающего загрязнения окружающей среды требует к себе пристального внимания ученых и практических работников аграрного сектора всех государств мира, ибо это касается здоровья людей, да и в целом жизни на нашей планете.

Для полноценной жизни каждого человека на Земле, реализации его физических и умственных способностей необходимы, прежде всего, высококачественная пища, чистый воздух и вода, то есть благоприятная экологическая среда.

Однако в современном мире неразумная экономическая конкуренция, антогонизм идеологий, стремление к лидерству в мире нередко приводят к использованию новых, недостаточно научно проработанных технических решений и технологий. В результате нарастает техногенное загрязнение биосферы, ухудшается экологическая ситуация в мире, что ведет человечество к непредсказуемым катастрофическим последствиям. Чрезвычайная экологическая ситуация складывается во многих регионах мира. В большинстве государств можно обнаружить районы экологического бедствия.

Например, в России ежегодно вредные выбросы в атмосферу от деятельности транспортно-дорожного комплекса различных отраслей промышленности составляют десятки миллионов тонн, а объем загрязненных стоков - миллиарды кубических метров [1]. Немалую долю в загрязнение окружающей среды вносят твердые отходы, составляющие в России десятки миллиардов тонн и занимающие сотни тысяч гектаров земельной площади.

В большинстве выбросов в атмосферу, в загрязненных стоках и в твердых отходах содержатся значительные количества токсических соединений, в том числе и ТМ.

Большинство ТМ в значительных количествах являются сильными ядами, а в малых дозах необходимы, так как уменьшение их содержания в организме человека ниже критической величины вызывает тяжелые функциональные расстройства.

Наиболее опасны для человека и растений восемь элементов - мышьяк, ртуть, стронций, кобальт, свинец, кадмий, цинк, медь. Некоторые из них в низких концентрациях жизненно необходимы человеку (для ртути, кадмия и свинца это не так или, по крайней мере, не доказано), но при накоплении в организме могут привести к нарушениям. Так, избыток цинка и кадмия провоцирует заболевания зубов и опорно-двигательного аппарата (из-за вызываемого ими дефицита кальция), избыток никеля и кадмия повышает риск злокачественных опухолей и заболеваний кожи, отравление свинцом вызывает симптомы умственной отсталости, ртутью - приводит к расстройствам психики.

Согласно оценке Международного агентства по изучению рака, канцерогенными для человека являются соединения хрома, вызывающие рак легких, никеля - рак носоглотки и легких и кадмия - рак предстательной железы. Злокачественные опухоли у животных индуцируют некоторые соединения свинца, кобальта, цинка, марганца, железа и ртути [1, 2, 3].

ТМ нарушают нормальный ход биологических процессов, влияют на процессы синтеза и функции многих активных соединений: ферментов, гормонов, транспортных и других белков [4, 5].

При этом возникают мутации, аллергии, болезни нервной, кровеносной систем, нарушается деятельность печени, почек, мозга. ТМ не подвергаются биодеградации, в отличие от таких токсикантов, как фенолы, нефтепродукты, пестициды, детергенты. Прочное связывание с биохимическими структурами обусловливает их способность накапливаться в организме [3, 6].

В среднем, по некоторым данным [4], поступление ТМ в организм человека происходит следующим образом: по цепи питания - 40-50%, с водой - 20-40%, с воздухом - 20-70%. С продуктами питания растительного происхождения в организм человека поступает в среднем 70% вредных химических веществ [5, 7].

Отрицательное влияние ТМ на почву зависит от их подвижности, то есть растворимости.

Пока ТМ прочно связаны с составными частями почвы и трудно доступны, их отрицательное влияние на почву и другие среды будет незначительным. Однако ТМ, удерживаемые органической и коллоидной частями почвы, значительно ограничивают биологическую деятельность, ингибируют процессы нитрификации, которые имеют важное значение для сохранения физико-химического равновесия в почве [8].

В результате меняется структура почвы, деградирует гумус, и, в конечном итоге, почва теряет плодородие.

Доступность ТМ для растений существенно варьирует от одного вида растений к другому и зависит от почвенных и климатических условий.

К почвенным факторам, влияющим на доступность ТМ, относятся: гранулометрический состав, рН почвы, содержание органического вещества, катионо-обменная способность и окислительно-восстановительный потенциал [2]. Для снижения до минимума доступности токсического металла необходимо поддерживать рН почвы близким к 6,5.

В настоящее время в России общая площадь почв, загрязненных различными токсикантами, превышает 74,3 млн. га. Особую опасность представляет загрязнение почв ТМ, не включающимися в процессы самоочищения почв, при этом каждый 50-й гектар пашни земель сельскохозяйственного назначения загрязнен медью, каждый 60-й - свинцом, каждый 100-й - кобальтом [7].

Эколого-токсикологическая оценка почв сельскохозяйственных угодий, проведенная агрохимической службой Минсельхоза России [9], выявила 1,4 млн. га, загрязненных медью, по 0,5 млн. га - никелем и свинцом, по 0,3 млн. га - цинком и кобальтом, около 0,2 млн. га - кадмием (табл. 1).

Таблица 1. Доля загрязненных тяжелыми металлами и мышьяком почв сельскохозяйственных угодий

Площадь почв неудовлетворительного экологического состояния по содержанию кадмия составляет 37,5% от общей загрязненной площади; по остальным загрязняющим элементам как 1-го класса, так и 2-го класса опасности доля таких почв выше и колеблется от 77 до 100 %. Отсутствуют территории, представляющие зону чрезвычайной экологической ситуации по кобальту и зону экологической катастрофы по кобальту и никелю.

Анализ обследованных почв показывает, что почвы сельскохозяйственных угодий, в основном, загрязнены медью (3,8%) и никелем (2,8%), пахотные почвы - медью (2,0%) и свинцом (1,7%).

Содержание вышеуказанных элементов на абсолютном большинстве пахотных почв не превышает ПДК, за исключением локально загрязненных участков (табл. 2).

Таблица 2. Загрязнение почв пахотных угодий тяжелыми металлами

Если предположить, что уровень загрязнения почв ТМ для всех сельскохозяйственных угодий и пашни страны в среднем соответствует уровню загрязнения на обследованных территориях, то в России только ТМ 1 класса опасности загрязнено, соответственно: свинцом - 3,7 млн. га, цинком - 1,9 млн. га, кадмием - 1,4 млн. га сельскохозяйственных угодий (табл. 2). Такое загрязнение, по нашему мнению, весьма существенно.

Наиболее загрязненные тяжелыми металлами почвы сосредоточены:

по свинцу - в Читинской области - более 40% от всей обследованной площади, Республике Бурятия и Приморском крае - свыше 20%, Республике Мордовия и Челябинской области - свыше 11%;

по меди - в Республике Карелия - свыше 60% обследованных земель, в Оренбургской области - около 40%, в Республике Коми - более 20%, около 10% - в Республиках Бурятия и Мордовия, в Новгородской области;

по мышьяку - в Республике Коми - 30%, Краснодарском крае и Читинской области - около 20%, Липецкой и Вологодской областях - около 9% от обследованной площади [10, 11, 12, 13].

Как уже отмечалось, весомая доля антропогенного загрязнения обусловлена промышленными выбросами, транспортом, твердыми отходами и т.д. Но, кроме того, существуют и сельскохозяйственные источники поступления тяжелых металлов: минеральные и органические удобрения, известь, пестициды, орошение земель сточными водами.

Удобрения как источник питания и увеличения урожайности изучают давно, а как фактор, влияющий на содержание ТМ в почве и растениях, - сравнительно недавно.

Общепризнано, что наибольшим количеством ТМ отличаются фосфорные (табл. 3), а наименьшим - азотные удобрения, калийные удобрения близки по уровню к азотным, но превышают их по уровню содержания свинца.

Таблица 3. Сельскохозяйственные источники загрязнения почв тяжелыми металлами (в мг/кг сухой массы)

Содержание металлов в извести, как правило, не превышает их концентраций в фосфорных удобрениях. Органические удобрения также характеризуются невысокими концентрациями большинства ТМ [14].

Однако следует учитывать, что органические удобрения применяются в гораздо более высоких дозах, особенно в зоне влияния предприятий индустриального птицеводства и животноводства. Так, в навозе и навозной жиже содержание токсичных элементов может составлять: кадмия - до 40 мг/кг, свинца - 15 мг/кг воздушно-сухого вещества [15]. При дозе органических удобрений 50 т/га в почву может поступать свинца 38 г/га, кадмия 2,3 г/га [16].

Для всех крупных животноводческих комплексов характерно накопление огромных количеств жидкого навоза и навозных стоков, а это неизбежно ведет к загрязнению окружающей среды: высокому насыщению почвы, поверхностных и грунтовых вод различными веществами, ухудшению санитарного состояния территории ферм и населенных пунктов, загазованности воздуха. Жидкий навоз из-за текучести, неспособности задержаться на поверхности почвы при уклоне местности загрязняет окружающую среду значительно больше, чем подстилочный.

Промышленный комплекс по производству мяса КРС на 100 тысяч голов по возможности загрязнения природы равен городу с 1 млн. жителей. Навоз свиней обладает еще большей загрязняющей способностью, вызывая к тому же изменения в почвенно-поглощающем комплексе и увеличивая долю натрия до 4,3% от суммы поглощенных оснований.

Учитывая экологическое неблагополучие геохимически загрязненных территорий, необходимо разрабатывать экологически безопасные технологии в сельскохозяйственном производстве, рекомендовать некоторые агромероприятия и выращивание на загрязненных почвах барьерных растений.

В зависимости от наличия ТМ почвы классифицируются по уровню их содержания и степени загрязнения по установленной градации (табл. 4).

Таблица 4. Классификация почв по содержанию и степени загрязнения тяжелыми металлами (мг/кг воздушно-сухой почвы, общее содержание для почв с кислой и слабокислой реакцией)