Ляшенко Г.М. Загрязнение почв и растений свинцом в придорожных агроценозах чернозема обыкновенного приазовской зоны ростовской области
Подождите немного. Документ загружается.
оплетки и чехлы), внутренняя облицовка сернокислых ванн, изготовление пуль
и снарядов, типографических шрифтов. По-прежнему используются свинцовые
краски, особенно свинцовый сурик. По-прежнему соли (в основном исиликат
свинца) расходуются при глазуровании керамических изделий. Соли
свинца применяются при производстве стеклянных изделий,
высококачественного хрусталя, телевизионных трубок, флуоресцентных
ламп, в качестве стабилизаторов в производстве поливинилхлорида.
3. Электростанции, сжигающие уголь (Барбье М., 1978; Ахундова
А.Б., 1989; Бондарев Л.Т., 1976; Глазовская М.А., 1981; Зайцев В.А., 1984;
Израэль Ю.А., 1984; Ильин В. Б., 1991; Кирпатовский И.П., 1974; Цемко
В.П., 1980; Lantry R. S., 1979; Lick D.J., 1972; Valerio F., 1989).
4. Сжигание различных отходов (Большаков В.А., 1978; Дмитриев
М.Г., 1989).
5. Металлообрабатывающие предприятия (Алексеев Ю.В., 1987;
Ильин В.Б., 1991; Матвеев Н. М.., 1985; Прохорова Н.В., 1998).
6. Автотранспорт (Алексеев Ю.В., 1987; Ильин В.Б., 1991; Кабата-
Пендиас А.,1989; Урушадзе Т.Ф., 1989; Обухов А.И., 1988; Луканин В.Н.,
2001; Valeriо F., 1989 и др.). С начала 20-х годов нашего столетия свинец как
тетраэтилсвинец стал широко использоваться в качестве антидетонационных
добавок к жидкому топливу в двигателях внутреннего сгорания. За последние 40
лет примерно 10 млн т свинца переработано в тетраэтилсвинец (Герлах С.,
1985). Около 75% металлического свинца, содержащегося в бензине,
поступает с выхлопными газами в виде аэрозолей. Сгорание содержащих
свинец добавок к бензину привело к значительному загрязнению
придорожных полос (Брукс Р. Р., 1982).
7. Минеральные и органические удобрения, сточные воды и отходы
животноводческих комплексов (Алексеев Ю.В., 1987; Влияние..., 1990;
Иванова А.С., 1987; Ильин В.Б., 1991; Кабата-Пендиас А., 1989; Карпова
Е.А., 1990; Ковда В.А., 1985; Сериков В.Н., 1991; Foy С.D., 1978). В
11
фосфоритах содержится до 0,01% свинца. Поэтому свинец может поступать в
почву при внесении в нее фосфатных удобрений. Загрязнение почвы свинцом
из промышленных источников атмосферного загрязнения может привести к
накапливанию его в поверхностном горизонте (Дуглас П. Ормрод, 1988).
Свинец является приоритетным загрязнителем, так как его накопление
в среде идет наиболее высокими темпами (Ильин В.Б., 1991).Основные руды,
содержащие свинец - галенит, англезит, церрусит, пироморфит, миметит.
Свинец поглощается органическими и минеральными коллоидами почвы,
прочно удерживается гумусом (Алексеев Ю.В., 1987; Эмсли Д., 1993).
Компонент физиологически активных соединений, мутаген, терратоген
(Еремин В.М., 1989; Ковда В.А., 1985; Назаров А.Г., 1980; Тойкка М.А., 1981;
Cierber С.В., 1980; Donnelly J.R., 1990). В ходе эколого-биохимических
исследований важно учитывать и разграничивать источники поступления
химического элемента в окружающую среду и техногенные источники
металла (Алексеев Ю.В., 1987; Ильин В.Б., 1991; Кабата-Пендиас А., 1989;
Bheemalingeswara К., 1991 и др.).
Аэрозоли, содержащие свинец, образуются в основном в результате
промышленной деятельности, сжигания угля и нефти, химических реакций
между «газообразными микроэлементами» (Брукс Р.Р., 1982). Свинец в
атмосферу поступает в основном в результате антропогенной деятельности.
Свинец содержится в частицах аэрозоля разного диаметра. Более крупные
частицы быстро возвращаются на землю путем осаждения, что приводит к их
меньшей дисперсии по сравнению с мелкими частицами, которые могут
подниматься восходящими и турбулентными потоками на большую высоту,
что приводит к значительному рассеиванию.
Возможное выведение свинца с дождем или при гравитационном
оседании на растительность, почву и водную поверхность приводит к
естественному очищению атмосферы (Clarkson T.W., 1977). Атмосферные
потоки способствуют переносу свинца, находящегося в дыме и пыли, на
12
значительное расстояние, что приводит к загрязнению растительности.
Внимание экологов к техногенным источникам поступления тяжелых
металлов в биосферу объясняется все возрастающими объемами
промышленных выбросов и отходов.
1.2. Нормирование содержания тяжелых металлов в почвах и
растениях
Нормирование содержания металлов в почвах предусматривает
установление их предельно допустимых количеств. Под предельно
допустимыми количествами (ПДК) 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.
Сохранить почву в наитивном состоянии в современных условиях
практически невозможно, так как вся поверхность земного шара в той или
иной мере подвержена воздействию антропогенных продуктов. Ранее уже
было отмечено, что отдельные виды загрязнителей распространены
глобально (радионуклиды стронция и цезия и др.). Следовательно, вопрос
состоит не в том, чтобы иметь чистую почву, а в том, чтобы уровни
содержания тяжелых металлов антропогенного происхождения находились в
почвах сельскохозяйственного использования в количествах, не приводящих
к негативным последствиям.
Чтобы решить, какое содержание тяжелых металлов можно допустить в
почвах сельскохозяйственного использования, необходимо в эксперименте
создать условия, наиболее контрастно проявляющие негативные последствия
13
загрязнения корнеобитаемого слоя. Лучшими субстратами в этом случае
являются песок или песчаная и супесчаная почвы с кислой реакцией и
низким содержанием органического вещества. Из растений необходимо
брать виды, наиболее чувствительные к загрязнению почв тяжелыми
металлами. Фитотоксичным считается такое содержание металла в почве,
которое снижает продуктивность растений на 10% по сравнению с чистым
контролем.
Другим критерием может служить предельно допустимое количество
металла в растениеводческой продукции. Если при выращивании
сельскохозяйственных культур на почве, содержащей тяжелые металлы, их
концентрация в растениях в фазу технической спелости меньше ПДК,
установленной для продуктов питания, то такую почву можно считать
условно чистой, а содержание металлов в ней будет характеризовать уровень,
не достигший предельного значения. Такой подход к определению ПДК
является более целесообразным, так как для почв с их многообразием
физико-химических свойств практически нельзя установить единое значение
ИДК.
Выбор песчаной почвы в качестве среды, на которой отрабатываются
предельно допустимые загрязнения, обусловлен очень низкой способностью
ее поглощать ионы из почвенного раствора, небольшой буферностью и
хорошей дренированностью (водопроницаемостью). Следовательно,
загрязнение таких почв металлами создает весьма благоприятные условия
для поступления их в корневые системы растений, с одной стороны, и мало
препятствует вертикальной водной миграции элементов в почве с другой.
Установление предельных концентраций металлов на песках дает
определенную гарантию их надежности для всех остальных почвенных
разностей.
Однако вряд ли будет верным руководствоваться предельной концентрацией,
установленной этим способом, так как она значительно ограничивает
14
возможности использования некоторых видов коммунальных и
промышленных отходов в сельском хозяйстве. Видимо, правильнее
руководствоваться дифференцированными предельно допустимыми
концентрациями, разработанными для различных типов почв и почвенных
разностей.
По мнению И. Г. Важенина, под нормированием следует понимать такую
антропогенную нагрузку, которая при длительном (многолетнем)
воздействии на почву не вызывает каких-либо патологических изменений в
почвенной биоте и в свойствах ее абиотической части, особенно в почвенном
поглощающем комплексе. Нормирование содержания, в частности, металлов
в почвах предусматривает установление их предельно допустимых количеств
(ПДК). Под ПДК тяжелых металлов следует понимать такие их
концентрации, которые при длительном воздействии на почву и
произрастающие на ней растения не вызывают каких-либо патологических
изменений или аномалий в ходе биологических почвенных процессов, а
также не приводят к накоплению токсичных элементов в
сельскохозяйственных культурах и, следовательно, не могут нарушить
биологический оптимум для животных и человека.
Различают следующие виды экологического нормирования:
ландшафтное, биотическое, почвенное. Нормирование содержания любого
ингредиента для почвенно-растительного покрова встречает огромные
трудности в связи с тем, что в отличие от сравнительно гомогенных водной и
воздушной сред биота, почва, ландшафт являются гетерогенными
компонентами биосферы в пространстве и во времени. Нормирование
осуществляется для контроля за сохранением в почве ее естественных
свойств и процессов и для обеспечения получения гигиенически пригодной
растительной продукции. При сохранении в почве естественных свойств и
процессов гарантируется сохранность природных сред, контактирующих и
взаимодействующих с почвенным покровом.
15
Загрязнение почв характеризуют разными показателями. В начале 80-х
годов декларированы ПДК семи элементов (As, Cr, Mn, Hg, Pb, Sb, V) по их
валовому содержанию (Беспамятов Г.П., 1985). Без знания уровня загрязнения
обменными соединениями ТМ почв основных регионов РФ нельзя обеспечить
соответствие получаемой продукции требованиям объединенной комиссии
ФАО и ВОЗ по пищевому кодексу (Кунцевич А.Д., 1991; Федеральная
целевая …, 1992). Нормативные и некоторые другие подходы к оценке
загрязнения почв были рассмотрены В. Г. Граковским, А. С. Фрид, С. Е.
Сорокиным (1997) и др.
В разработанном И. Г. Важениным (1987) подходе предлагается
определять уровни загрязненности почвенного покрова (загрязненность по
ГОСТу) по отношению к местному фоновому или к кларковому (Виноградов
А.П., 1957) содержанию загрязняющих веществ для валового содержания или
подвижных соединений этих веществ их в почве. Уровни загрязненности кратны
фону.
Согласно методическим указаниям Минздрава и Госкомприроды
(Методические указания …, 1987;О выполнении работ …, 1990) степень
загрязнения почв предлагается оценивать по отношению к ПДК и четырем
показателям вредности (транслокационному, миграционным, водному и воздуш-
ному, общесанитарному). При этом можно использовать содержание, как
валового количества, так и подвижных соединений. Этот подход не учитывает
классы опасности элементов, что относится к числу его недостатков.
В разработанном под руководством Ю. Е. Саета (1990) в Институте
минералогии, геохимии, кристаллохимии редких элементов, предлагается шкала
оценки загрязненности территории, включая атмосферный воздух, почву,
снеговой покров, выпадение пыли. При этом совместно используются нормативы
различного характера: ПДК и фон для атмосферного воздуха, суммарный
показатель для загрязнения почв и снегового покрова, среднесуточное выпадение
пыли и др.
16
Согласно разработанным Минэкологией критериям оценки
экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной
экологической ситуации и зон экологического бедствия фактические
содержания в почве сравниваются как с фоном, так и с ПДК (Критерии оценки
…, 1992).
Согласно разработанной под руководством В. В. Снакина (1983) в
Институте почвоведения и фотосинтеза и в Институте охраны природы система
оценки деградации почв загрязнение токсикантами предлагается оценивать по
отношению к ПДК или другому нормативному значению. При этом надо
учитывать группу токсичности (класс опасности) загрязняющего вещества.
По мнению В. Б. Ильина отечественные гигиенические ПДК ТМ в
почве разработаны слабо. Поэтому понятен интерес к нормативам,
применяющимся в других странах. На западе широкое распространение
получили нормативы, разработанные в ФРГ, которые недавно были
уточнены (Kloke A., 1991). В отличие от отечественных нормативов они
более мягкие, отчего обладают меньшей прочностью.
Для оценки качества продуктов питания рекомендуется пользоваться
набором допустимого остаточного количества (ОДК) ТМ, а также
рекомендовать возделывание сельскохозяйственных культур, способных
накапливать металлы в количествах, не превышающих, их предельно
допустимые уровни на загрязненных почвах (Ильин В.Б., 1994).
В практике санитарной гигиены большое значение придается
нормированию содержания токсических веществ, поиску так называемой
предельно допустимой концентрации (ПДК), превышение которой ведет к
отрицательным последствиям. Работы в этом направлении позволили
разработать ПДК для многих загрязнителей при нахождении последних в
воздухе и в воде, однако их ПДК для почвы не установлены. Причина -
опосредованное влияние почвы на живые организмы. М.А. Глазовская
(1978), применительно к почве, предлагает ввести понятие «показатель
17
нормального функционирования» почвенной системы, который определяется
количеством и качеством создаваемой биомассы.
Используемые показатели предельно допустимых концентраций для
почвы достаточны для ограничения доступа загрязняющих веществ в
организм человека, но недостаточны для прогнозирования изменений,
происходящих в самой почве, которые могут привести к потере почвенного
плодородия.
Среди обширной литературы, посвященной загрязнению окружающей
среды, внимание привлекают работы, в которых рассматриваются подходы к
нормированию тяжелых металлов в почве (Важенин Н. Г., 1987; Глазовская
М.А., 1978; Зырин Н.Г., 1983; Обухов А.И., 1980).
Необходимо иметь в виду, что попадающие в почву, а затем из нее в
растения тяжелые металлы претерпевают ряд превращений и
перераспределений, в результате чего предполагающийся токсический
эффект становится меньше или даже вовсе устраняется (Ильин В. Б, 1980;
1985).
Силу токсикантов снижает буферная способность почвы, переводящая
активную форму тяжелого металла в пассивную, и защитный механизм
растений, тормозящий поступление ядовитых для него ионов в важнейшие
органы (Ильин В. Б., 1992). Также следует помнить, что ТМ имеют
неодинаковую токсичность. Различия в токсичности вызваны неодинаковой
стабильностью их внутрикомплексных соединений (Альберт Э., 1971).
Допускается возможность слежения за состоянием самоочищающей
способности почвы по количеству подвижной формы элемента-токсиканта
(Ильин В.Б., 1980). Но непосредственное измерение в почвах концентраций
ТМ в целях ведения экологического мониторинга имеет ряд серьезных
трудностей. Так как применительно к почвенным условиям, необходимо
пользоваться понятием активности, а не концентрации и именно активная, а
не общая аналитическая концентрация ТМ в растворе наилучшим образом
18
характеризует уровень его загрязнения и потенциальной опасности для
растений и микроорганизмов, а также служит мерой реального участия в
химических реакциях ионов. Экстенсивный характер развития современного
производства привел к нарушениям экологической обстановки в природных
экосистемах. В настоящее время и в обозримом будущем не представляется
возможным полностью нейтрализовать негативную роль человека в биосфере,
поэтому на первый план выдвигается научное обоснование допустимых
пределов антропогенного воздействия на природные комплексы и их
отдельные элементы (Безель В. С., 1992; Ильин В.Б., 1991; 1992;
Биогеохимические основы..., 1993).
До последнего времени нормирование загрязняющих веществ в
природных экосистемах базируется на санитарно-гигиенических принципах и
нормах и приоритетности защиты человека. Ограниченность
антропоцентрической направленности экологического нормирования давно
обсуждается, поэтому в последнее время наметились определенные пути
разрешения возникающих противоречий. В этой связи большой интерес
представляют комплексные подходы к экологическому нормированию, в
основу которых положены природная биогеохимическая организованность
экосистем, рассматриваемая с физиологических и ландшафтно-
биогеохимических позиций (Биогеохимические основы ..., 1993).
Нормирование содержания свинца в почвах и растениях является важным
разделом мониторинга окружающей среды, испытывающей техногенное
воздействие. Для почв оно исходит из многообразия их функций (почва -
природное тело, объект и средство производства, среда обитания). Для
растений - учитывает агрономический (урожай) и санитарно-гигиенический
(качество урожая) аспекты в производстве растительной продукции (Алексеев
Ю. В., 1987; Ильин В. Б., 1991). Свинец обладает способностью передаваться
по цепям питания, накапливаться в тканях растений, животных и человека
(Ивлев А. М., 1985).
19
Исследования разных авторов показали определенную корреляцию
содержания свинца в почвах и растениях, поэтому считается целесообразным
в первую очередь осуществлять нормирование свинца именно в почве. Оно
предусматривает установление предельно допустимых концентраций (ПДК) и
фоновых количеств (Алексеев Ю. В., 1987; Ильин В. Б., 1991). Необходимо
отметить, что ПДК является антропоцентрическим показателем. Оценка
современных ПДК тяжелых металлов для почв представлена в ряде работ
(Израэль Ю.А., 1984; Пинский Д.Л., 1991; Ильин В.Б., 1991, 1992, 1995).
ПДК по свинцу для почв разными авторами определяются в широком
диапазоне - 32-130 мг/кг (Ильин В.Б., 2002).
Чаше всего нормирование преследует три цели: агрономическую,
санитарно-гигиеническую и почвенно-экологическую (Израэль Ю.А.,
1984; Пинский Д.Л., 1991).
Гигиенисты предлагают оценивать ПДК, исходя из 4 показателей
вредности: транслокационного (переход тяжелых металлов из почвы в
растения через корни), миграционного водного, миграционного
воздушного и общесанитарного (Методические рекомендации ..., 1982).
Многие авторы отмечают, что современное положение с
нормированием тяжелых металлов в почвах нельзя назвать
удовлетворительным из-за недостаточной разработанности их принципов и,
как следствие этого, слабой обоснованности рекомендованных
нормативов (Ильин В.Б., 1991; Экспериментальная экология, 1991).
Очевидно поэтому ПДК по свинцу для почв, разработанные в разных странах,
значительно отличаются. Отмечается, что ПДК тяжелых металлов в почвах в
нашей стране и других странах рассматриваются специалистами как
непостоянные относительные величины, зависящие от почвенно-
экологических условий конкретного региона (Алексеев Ю.В., 1987; Обухов
А.И., 1988; Пинский Д.Л., 1991 и др.).
Нормативы по фоновым (нормальным) и предельно допустимым
20