Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П. Геохимия окружающей среды

Подождите немного. Документ загружается.

элементов в г/т

2п

6,8

0,1

7,31

2,74

0,1

21,4

0,8

27,5

0,6

51,9

0,8

62,18

79,09

0,7

24,03

12,27

0,3

127,0

33,92

1,5

—

8,2

15,86

4,56

9,3

20,0

18,4

23,8

—

15,0

27,2

9,3

26,2

33,0

15,4

48,5

24,5

28,5

Зг

565

9,81

1,6

87,24

33,70

0,3

160

90,5

0,5

5,24

0,05

450

1,3

1095,9

274,2

3,2

1751,6

881,47

5,2

1278,5

24,27

3,8

91,1

10,2

3,1

74,17

12,37

2,6

84,5

15,84

2,9

—

0,4

10,8

2,2

134,87

65,81

4,7

281,38

20,26

9,7

66,8

7,0

2,3

2г

20,9

0,3

22,37

9,23

0,1

9,4

0,1

5,73

0,06

3,74

0,2

54,0

29,31

0,4

120,9

24,35

0,7

123,1

12,6

0,7

МЬ

6,04

1,2

18,49

22,56

0,9

2,48

0,3

4,7

0,4

5,4

0,5

11,06

5,39

0,6

26,9

6,26

1,4

5,0

2,84

0,2

Сс1

0,2

—

1,5

0,24

0,16

1,8

0,9

0,5

9,2

0,5

—

3,8

0,5

—

3,8

0,5

3,8

0,5

—

3,8

0,65

0,47

5,0

5п

8,7

2,5

3,4

7,59

3,63

3,0

—

4,0

5,41

5,2

—

4,0

9,56

1,45

3,8

10,22

1,17

4,0

10,0

—

4,0

Ва

1,92

0,04

7,18

1,13

0,01

30,6

0,1

1,8

0,04

117

9,4

0,2

472

116,95

0,6

546,45

44,76

0,8

160

10,5

0,2

Ьа

143

4,8

120,3

44,2

4,0

23,22

7,4

0,8

—

0,2

34,83

1,0

113,4

3,8

350,3

98,74

62,0

4,2

2,0

Се

260

4,3

203,31

75,24

3,4

14,03

5,8

0,2

—

0,1

27,3

0,5

88,4

1,5

658,22

137,6

9,4

120

—

2,0

РЬ

0,84

0,12

8,65

13,09

0,5

14,9

1,2

16,8

1,4

34,6

3,2

12,5

22,76

1,6

20,6

16,17

1,3

74,0

12,6

4,6

отклонение,

(

— коэффициент концентрации

элемента

относительно

кларка

земной

Рис. 74. Соотношение поступления и биоло-

гического поглощения элементов-примесей

удобрений.

Крпост/Крпогч

— соотношение уровней поступ-

ления и поглощения элементов примесей по

сравнению с фосфором

растений, тогда как вместе с удобре-

ниями они приносятся в значитель-

но более доступных формах.

Сравнение потребления элемен-

тов растениями и их поступления с

удобрениями показывает, что V,

ТК,

Аз,

СА

по сравнению с фосфором

поступают в количествах в 1000 и

более раз больших, чем

используют

261

Рис. 75. Увеличение содержаний эле-

ментов-примесей в почвах при внесении

удобрений. По О. В.

Кайдановой.

Сплошная

линия

—

доза

М|8оР|8оК|во,

пунктир — доза

МиоРноКмо

Рис. 76. Химические элементы в дер-

ново-подзолистых

легкосуглинистых

почвах хозяйств, применяющих мине-

ральные (сплошная линия) и органи-

ческие (пунктир) удобрения

ся

растениями. Для фтора поступление с удобрениями в сотни

раз больше потребления растениями. Для

Зг,

РЬ,

Мп

величина

этого показателя около 1 (уровень поступления сбалансирован

с фосфором), для

2п

—

меньше 1 (общеизвестен дефицит этого

элемента в дерново-подзолистых почвах, который, естественно,

не покрывается стандартными фосфорными

удобрениями).

Таким образом, с одной стороны, уровень поступления эле-

ментов-примесей с удобрениями настолько низок, что при су-

ществующих дозах внесения загрязнение почв не всегда может

надежно фиксироваться из-за природной вариации содержаний

и аналитической ошибки. С другой стороны, даже при таком

уровне внесения экологическая значимость элементов-примесей

может оказаться очень значительной.

Действительно, даже в условиях строгого дозирования опыта,

увеличение содержания элементов-примесей в почвах невелико

и не всегда хорошо улавливается (рис.

75).

Из элементов-примесей фосфорных удобрений лучше всего

исследовано поведение фтора. В хорошо известных работах

Ю.

А.

Потатуевой

установлено, что при очень больших дозах

внесения содержание фтора в растениях возрастает от 2 до

мг/кг.

Это происходит, главным образом, на второй год

после внесения. Этот уровень считается в агрохимии неопасным

для животных (допустимое содержание фтора в кормах

30—

50 мг/кг). Однако оценка его опасности для самих растений

осталась неясной.

Авторам удалось изучить почвы серии хозяйств, различаю-

щихся по интенсивности использования минеральных

удобре-

262

ний

(рис. 76). Для почв хозяйств, интенсивно использующих

минеральные удобрения, мы видим небольшие, но устойчивые

прибавки элементов-примесей удобрений

(Мп,

Р,

У, 5г) и эле-

ментов-примесей выхлопа транспортных средств

(№,

РЬ).

Для почв с внесением преимущественно органических удобре-

ний (район животноводческого комплекса) аномальны только

элементы выхлопа.

Влияние удобрений на геохимические особенности сельско-

хозяйственных территорий выражается не только в приносе

элементов-примесей, но и в изменении физико-химической обста-

новки миграции, обусловливающей подвижность всех химичес-

ких элементов почвы.

Э.

И.

Гапонюк

с коллегами (1982) показала, что внесение

фосфорных удобрений в дерново-подзолистую

среднесуглинистую

почву способствует резкому увеличению подвижности 2п

(с 83 до

220—330

мг/кг

элемента, экстрагируемого 0,1

соляной

кислотой), Мп (с 300 до 670 мг/кг),

Аз

(с 1,5 до

3—4

мг/кг)

и водорастворимого органического вещества (с 1,62 до

2,3—

3,3%).

По многим данным азотные удобрения повышают в почвах

подвижность

N1,

Сг

— элементов, загрязняющих почву в ходе

агротехнического воздействия. По материалам Г. А. Соловьева

и других, повышение норм внесения азота привело к росту

содержания никеля в корнеплоде свеклы с 1,6 мг/кг сухого

вещества до 8,9 мг/кг.

Мобилизация микроэлементов из почв в результате приме-

нения удобрений отмечается достаточно часто. В этой связи

большое значение приобретает природная

ландшафтно-геохими-

ческая

дифференциация сельскохозяйственных территорий. Это

самостоятельная область исследований, подробно разрабатывае-

мая почвоведением и геохимией ландшафта [13,

36].

Важно

отметить, что в большинстве случаев четко прослеживается

зависимость в дифференциации суммарного накопления элемен-

тов от природных факторов: рельефа,

почвообразующих

пород.

Обычно по сравнению с почвами автономных ландшафтов (водо-

раздельных пространств) интенсивнее загрязнены сельскохозяй-

ственные почвы более тяжелого механического состава транс-

элювиально-аккумулятивных (склоны) и

транссупераквальных

(поймы) ландшафтов. Высокая загрязненность пойменных почв

микроэлементами обусловлена геохимически подчиненной пози-

цией, сочетающейся с

типоморфным

для условий исследован-

ных

южнотае'жных

ландшафтов развитием в долинах

сорбционно-

глеевого

геохимического барьера. Все это делает пойменные

угодья своеобразной линейной геохимической аномалией (рис.

77).

Дифференцирующее воздействие природных факторов на пе-

рераспределение в почвах химических

элементов,

принесенных

с минеральными удобрениями, прослеживается и на уровне

263

Рис. 77. Распределение химических элементов в сельскохозяйственных почвах

с минеральными удобрениями (на примере южнотаежных ландшафтов Русской

равнины):

—

дерново-подзолистые

(а—сильно,

—

средне, в — слабо) почвы,

—

пой-

менные

почвообразующие

породы, 3 — безвалунные суглинки, 4 —

древнеаллю-

виальные

супесчано-песчаные отложения, 5 — современные аллювиальные

сугли-

нисто-глинистые

отложения;

6—9

— кривые распределения элементов. 6 — фтора,

7—

группы железа

(Мп,

Со, N1, Т1, V, Сг),

— редких элементов (5с,

Ьа,

V, УЬ,

2г),

—

суммы химических элементов (Сг, 2п,

РЬ,

V, Си, Мп, Со,

А§,

N1, 5с,

5п, 5г, 2г, У, УЬ,

№.

Т!,

В,

Ва,

1.а,

Мо,

Р)

микроструктуры ландшафта, который в ходе геохимических ис-

следований обычно не фиксируется и рассматривается как есте-

ственная вариация в целом однородного ландшафта. Так, слож-

ная структура распределения концентраций микроэлементов

формируется в пахотном горизонте почв под влиянием микро-

рельефа, перераспределяющего их миграционные потоки, а также

264

Рис. 78. Распределение подвижных форм микроэлементов в пахотном горизонте

почв в зависимости от форм микрорельефа

определяющего различное увлажнение и различные окислитель-

но-восстановительные условия (рис. 78). Детальное исследо-

вание (с шагом опробования 10

м)

участка пахотных почв

позволило выявить чередование зон высокой обеспеченности

микроэлементами питания

(Мп,

Со, 2п, Си), приуроченных к

микроложбинам, где происходит аккумуляция элементов на

сорб-

ционно-глеевом

барьере в условиях периодического поверхност-

ного переувлажнения, и зон низкой обеспеченности — на повы-

шенных элементах микрорельефа.

Различная обеспеченность почв химическими элементами

обусловливает и различное поступление их в сельскохозяйст-

венные растения. Так, в многолетних травах, выращенных в

условиях высоких содержаний элементов на пойменных почвах

супераквальных

ландшафтов, в сравнении с травами на бедных

дерново-подзолистых песчаных почвах автономных ландшафтов

водоразделов выявлено накопление многих химических элемен-

тов (табл. 74). Отмечено 9-кратное превышение общей суммы

поглощенных элементов, а также 10-процентное увеличение

зольности исследованных растений. Озимая пшеница,

выра-

265

Таблица

74. Содержания микроэлементов в многолетних травах, выращен-

ных в условиях элювиальных и

супераквальных

ландшафтов

Элемент

Бор

Титан

Ванадий

Хром

Марганец

Никель

Медь

Цинк

Стронций

Молибден

Серебро

Олово

Барий

Свинец

Зольность, %

Элювиальные

водоразделы

мг/кг

сухой массы

1,1

19,6

1,3

1,2

18,8

0,6

8,5

3,3

9,6

0,4

0,005

0,1

17,7

1,4

8,7

Супераквальные

микродолины

мг/кг

сухой массы

1,3

13,1

0,4

0,7

19,1

0,7

16,7

14,4

13,3

0,6

0,010

0,2

14,0

1,4

9,3

1,2

0,7

0,3

0,6

1,0

1,2

2,0

4,4

1,4

1,5

2,0

0,8

1,0

1,1

^илопи1_1о,

/о

о,/

а,о

1,1

Примечание.

— коэффициент

концентрации,

рассчитанный по отношению к содержа

нию

элемента в элювиальном ландшафте.

щенная

в зоне высокой обеспеченности элементами в области

микроложбин, в сравнении с растениями в зоне низкой обеспе-

ченности на микроповышениях увеличила уровень биологичес-

кого поглощения ряда элементов (табл. 75). Суммарное превы-

шение их концентраций составляет: для

зерна

—

410%, для

стеблей —

440%,

для корней — 60%. Биологическая урожайность

также оказалась выше на 4 ц (в пересчете на га), в микролож-

бинах — 26,5 ц/га, на микроводоразделах — 22,6 ц/га.

Микроудобрения и ядохимикаты характеризуются неболь-

шими объемами применения и значимость их как источников

химических элементов уже по этой причине много меньше, чем

других мелиорантов.

Многие годы в составе ядохимикатов широко использовались

исключительно токсичные

ртутьсодержащие

соединения. Неко-

торые пестициды и сейчас являются

органо-минеральными

сое-

динениями, содержащими

2п,

Си,

Мп,

В. Медь широко исполь-

зуется в виде чистых солей. В ГДР, например, ежегодно расхо-

дуется 7,5 т ртути в сельском хозяйстве, в Японии — 1000 т,

в США — 400 т. Часть этих данных обобщена в работе

[2].

Большей частью ртуть накапливается в верхних частях

разреза почвы. Росс и Стюарт (данные

Хайниш

и др., 1979)

на участке, где 21 раз проводилась обработка плодовых насаж-

дений, через 5 лет обнаружили в слое

0—5

см—1,8

мг/кг;

5—10

см — 0,3 мг/кг;

10—15

см — следы.

266

Таблица

75. Содержание химических элементов в озимой пшенице в

агро-

ландшафтах

с различной их обеспеченностью

Химический

элемент

Бор

Хром

Марганец

Кобальт

Никель

Медь

Цинк

Молибден

Олово

Барий

Свинец

Урожайность,

ц/га

Микроводоразделы с низ-

кой обеспеченностью почв

микроэлементами

зерно

36,0

7,8

2400,0

0,4

24,0

150,0

800,0

7,8

1,6

320,0

14,0

—

22,6

стебли

30,0

11,6

840,0

0,8

24,0

130,0

66,0

5,4

2,2

780,0

40,0

—

корни

120,0

130,0

3200,0

18,0

56,0

130,0

100,0

2,5

5,0

420,0

80,0

—

Микродолины с высокой обеспеченностью

почв микроэлементами

зерно

35,0

17,5

2500,0

1,0

35,0

187,5

650,0

9,5

1,8

425,0

11,3

—

26,5

К,

1,0

2,2

1,0

2,5

1,5

1,3

0,8

1,2

1,1

1,3

0,8

5,1

—

стебли

57,5

12,5

1625,0

1,0

37,5

137,5

132,5

8,3

1,5

775,0

40,0

—

К,

(

1,9

1,1

1,9

1,3

1,6

1,1

2,0

1,5

0,7

1,0

5,4

—

корни

150,0

127,5

2750,0

20,0

57,5

100,0

3,0

4,8

187,5

57,5

—

Ко

0,9

0,8

1,0

0,5

0,7

1,6

—

Примечания. В обоих примерах обеспеченность

Мп

высокая, С — содержание в

мг/кг

золы;

—

коэффициент

концентрации,

— суммарный показатель загрязнения

И. А.

Мырлян

показал,

что применение медьсодержащих

препаратов на виноградниках Молдавии в десятки раз увеличи-

вает концентрацию меди на

почвенно-геохимических

барьерах,

создавая специфические «медные» ландшафты.

Как правило, ядохимикаты и

удобрения применяются совмест-

но

Авторам удалось провести

сравнение распределения химиче-

ских элементов в почвах с поле-

выми (пшеница, картофель) и са-

дово-огородными (дачные участ-

ки, частные огороды) севооборо-

тами (рис. 79).

Уровни концентраций химиче-

ских элементов удобрений во всех

севооборотах примерно одинако-

вы. Резко отличается характер

Рис. 79. Интенсивность накопления хими-

ческих элементов в почвах с полевым се-

вооборотом (минеральные удобрения) и в

садах и огородах (минеральные удобрения

и-

ядохимикаты)

267

распределения ртути и цинка — химических элементов, входящих

в состав ядохимикатов, широко используемых в садово-огород-

ных севооборотах. Содержания этих элементов в почвах садов и

огородов резко повышены. Прибавка цинка составляет от 90 до

280% сверх природного запаса, прибавка ртути — от 200 до

550%. Особенно резко выделяются почвы личных огородов и

дачных участков. Таким образом, частные хозяйства, где при-

менение средств химизации не регламентируется, с геохимиче-

ских позиций наиболее опасны.

4.2.

АГРОТЕХНОГЕННЫЕ

ГЕОХИМИЧЕСКИЕ АНОМАЛИИ

В последние годы наблюдается отчетливая тенденция к росту

использования бытовых и промышленных отходов в качестве

удобрений и

мелиорантов.

Это связано с многочисленными мате-

риалами по довольно высокой удобрительной ценности отходов.

Речь идет прежде всего о повсеместно распространенных

органо-

минеральных

отходах (осадки сточных вод городских очистных

сооружений крупных предприятий типа целлюлозно-бумажных

комбинатов, бытовой мусор), применяемых вместо остродефи-

цитных органических удобрений (навоз,

торф).

Известны попыт-

ки применения в сельском хозяйстве извести и

гипссодержащих

отходов

(фосфогипс,

металлургические шлаки), используемых

в качестве

почвоулучшителей.

Отмеченная тенденция связана

также с желанием утилизировать объемные виды отходов,

занимающие большие и ценные земли в пригородных зонах.

Масштабы

применения

отходов в сельском хозяйстве несопоста-

вимо меньше, чем стандартных удобрений. Тем не менее

эколого-

Таблица

76 Химические элементы в компосте из бытового мусора крупных

промышленных городов

Элемент

Ртуть

Серебро

Цинк

Сурьма

Висмут

Свинец

Кадмий

Медь

Стронций

Вольфрам

Молибден

Никель

Бор

Кобальт

Суммарный показатель загряз-

нения

Пределы содержаний,

мг/кг

2—7,5

1,1—4,7

1144—1997

5—70

6—10

158—646

108—535

73—351

3—6

1—4

6—38

50—61

3—11

—

Коэффициент концентрации

относительно

кларка

200—750

11—43

23—40

2,5—35

20—33

6—25

6—23

4—20

3—12,5

3—6

1—4

0,3—2

1,3—1,6

0,4—1,5

270—984

268

Таблица 77 Содержание химических элементов в осадке городских сточных

вод

Элемент

Ртуть

Кадмий

Серебро

Хром

Молибден

Цинк

Медь

Вольфрам

Олово

Никель

Свинец

Стронций

Кобальт

Бор

Фтор

Барий

Висмут

Суммарный показа-

тель загрязнения (без

учета серебра)

Осадок

промышленных

городов

С„

1,29—1,77

33,64—46,60

13,42—36,23

792,14—1260,39

28,2—29,9

258,6—1818,0

503,5—518,3

22,7—25,9

45,29—58,26

91,2—210,5

191,57—235,8

145,2—184,1

2,1 —

15,0

44,0—76,3

450,0

147,4- 302,6

2,5

К,

129-

177

112—165

134—362

17—27

28-29

5- 35

18 -19

23—26

9—12

5—11

7-9

5,2—6,6

0,3

-2,2

1,2

-2,0

0,6—1,3

370—610

Осадок

малопро

мышлснных

городов

С,,

0,75

3,25

13,03

423,78

14,79

117,3

220—2240

22,8

30,98

391

201,3

42,4

4,8

43,0

—

227,9

—

Кс

130

2,3

8—83

1,5

0,7

1,2

—

0,9

190

Нормы на со

держание

тя

желых

метал-

лов (по

чару

бежным

дан-

с\хого

осадка

10—50

—

500—1000

1500-3000

500—1000

—

50-200

500—1000

—

20-100

—

Примечание

ср

— вариации средних содержаний, кг/кг,

— коэффициент концент-

рации

геохимическая оценка этого воздействия исключительно важна,

в пригородных зонах оно затрагивает наиболее уязвимые виды

сельскохозяйственной продукции, овощеводство и производство

кормов.

агротехногенным

воздействиям относится также полив

сельскохозяйственных угодий загрязненными речными водами,

что также в основном распространено в пригородных зонах.

Проблема загрязнения химическими элементами бытовых и

промышленных отходов, используемых в сельском хозяйстве,

широко обсуждается в агрохимии. Многочисленные полевые и

вегетационные опыты дают достаточно противоречивые резуль-

таты прежде всего из-за плохой сопоставимости данных различ-

ных исследователей и недостаточной комплексности самих иссле-

дований.

В табл. 76, 77 приведены материалы по вариации средних

содержаний в удобрениях из бытовых отходов городов с различ-

ной промышленной нагрузкой. Мы видим, что они сильно загряз-

нены химическими элементами и прежде всего токсичными

тяжелыми металлами.

269

Для

компостов

из бытового мусора (которые производятся

только в крупных промышленных городах с очень разнообраз-

ными источниками компостируемого материала, не исключаю-

щими участие промышленного мусора) суммарное содержание

тяжелых металлов более чем в 250 раз (до 1000 раз) выше, чем

в природных почвах. В таких

компостах

особенно много ртути,

что связано с

ртутными

лампами и гальваническими элемен-

тами (см. табл.

76).

Осадок сточных вод также в большинстве случаев сильно

загрязнен (см. табл. 77). В промышленных городах суммарный

показатель концентрации

химических

элементов в осадках в сотни

и тысячи раз, а в малопромышленных городах почти в десятки

и сотни раз больше, чем в почвах. В промышленных городах

высокий суммарный показатель обусловлен, прежде всего, такими

токсичными элементами, как

Сс1,

Н§,

Сг,

Си,

2п,

А§,

в меньшей

степени

Мо,

Ш,

5п,

N1,

РЬ.

В непромышленных городах показа-

тель загрязнения обусловлен медью, частично ртутью и в очень

небольшой степени другими элементами. По литературным дан-

ным, осадок сточных вод загрязнен не только тяжелыми метал-

лами, но и синтетическими органическими веществами, в част-

ности токсичными и трудноразлагаемыми пестицидами,

бенза-

пиреном,

нефтепродуктами.

Отечественные нормы на содержание в осадках тяжелых

элементов не разработаны. Однако во многих странах такие

нормы есть (табл. 78). Сравнение данных по составу осадков

и компостов показывает, что осадки промышленных городов по

степени загрязненности находятся у верхних пределов норм или

значительно превосходят их по

Н§,

Сс1,

2п, Си, Сг,

N1.

Загрязне-

ние всегда комплексно, и в большинстве случаев бытовые отходы

достаточно токсичны.

Дозы внесения отходов, определяемые по их удобрительной

ценности и агрохимическому эффекту, строго не регламенти-

руются и широко варьируют в зависимости от типа почвы

и возделываемой культуры. В результате отечественных и зару-

бежных агрохимических опытов рекомендуется применение от

Таблица 78 Нормы на содержание тяжелых металлов по зарубежным дан-

ным (в

мг/кг

сухого вещества осадка)

Элемент

Цинк

Медь

Хром

Свинец

Никель

Кадмий

Ртуть

Кобальт

Молибден

США

1500

750

500

150

—

Австрия

2000

500

200

100

—

Нидерланды

2000

500

—

Швейцария

3000

1000

200

270