Экология /6. Экологический мониторинг

К.с.-х.н., доц. Яковишина Т.Ф.

Государственное высшее учебное заведение

“Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры”

Выбор формы соединения тяжелых металлов при проведении экологического мониторинга почв крупных промышленных агломераций

Экологический мониторинг тяжелых металлов (ТМ) в почвах крупных промышленных агломераций, как систематическая пространственно-временная оценка качества почвенной среды, в отличие от локальных одноразовых наблюдений может гарантировать адекватную оценку загрязнения с последующей выработкой рациональных управленческих решений по восстановлению экологических функций городских почв. Однако, прежде чем преступить к экологическому мониторингу ТМ в почвах промышленных агломераций, следует определиться с формой соединений данных поллютантов, по которой будет проводиться оценка загрязнения.

Известно [1], что ТМ находятся в почве в следующих формах: в кристаллической решетке первичных и вторичных минералов, поглощенные минеральными и органическими веществами; в органическом веществе, в форме хелатов; в виде водо-растворимых солей; поглощенные минеральными коллоидами почвы; в растительных остатках и микробных клетках; в форме труднорастворимых комплексов с органическим веществом и т.д.

В агрохимии, как правило, выделяют четыре формы: водо-растворимые формы; подвижные формы, показывающие доступность ТМ для корневой системы растений (элюент ацетатно-аммонийный буферный раствор (ААБ), рН 4,8); потенциально-подвижные или активные (элюент 1Н HCl) и валовое содержание, которое в незагрязненных почвах обуславливается наличием этих элементов в материнской породе и определяется генезисом, фациальными различиями, а также процессами почвообразования [2].

Валовое (общее) содержание ТМ свидетельствует о запасе этих элементов в городских почвах, который, может быть, как природного, так и техногенного происхождения. Точное определение валового содержания ТМ чрезвычайно трудоемко, требует полного разложения алюмосиликатов, удерживающих значительную часть этих элементов, путем сплавления пробы или разложения кислотами; однако в силу буферной способности почвы не является информативным показателем наличия реальной опасности загрязнения. Валовое содержание металлов обеспечивает первичную оценку состояния городской почвы с учетом регионального фонового уровня этих элементов, его изменения в зависимости от гранулометрического состава, содержания гумуса, реакции почвенной среды, наличия в почвообразующей породе, геоморфологического положения почв и других не менее важных факторов.

Валовое содержание ТМ в почвах городов Днепропетровской области превышает ПДК, так наибольший вклад в загрязнения почв г.Днепропетровска дают никель (4,0 ПДК), медь и кобальт (свыше 2,0 ПДК); г.Кривой Рог – никель (4,5 ПДК) и кадмий (3,0 ПДК); г.Никополь – марганец (5,7-8,1 ПДК); г.Днепродзержинск – цинк (4,7 ПДК), марганец (3,5 ПДК), никель, кадмий и свинец (1,5-2,0 ПДК).

Суммарный показатель загрязнения, рассчитанный по валовому содержанию ТМ, составляет для г.Днепропетровска – 12,4 баллов (слабый уровень); г.Кривого Рога – 18,9, г.Никополя – 28,4, г.Днепродзержинска – 17,8 (средний уровень загрязнения).

В агрохимии для оценки токсичности загрязненных почв сельскохозяйственных угодий определяют подвижные формы ТМ – компоненты гетерогенной почвенной системы соединений химических элементов, а именно: вещества почвенного раствора; соединения входящие в состав твердых фаз почвы, находящиеся в состоянии динамического равновесия с химическими элементами почвенного раствора [3]. Эти соединения могут растворяться корневыми экссудатами с рН 4,8 и поглощаться растениями в связи, с чем представляют угрозу избыточного накопления в продукции растениеводства.

Содержание подвижных форм ТМ в черноземных почвах Северной Степи Украины в наитивных условиях обычно невелико и редко достигает 1,0 % от валовых. Соотношение между выше перечисленными формами обуславливается реакциями сорбции – десорбции, осаждения – растворения, ионного обмена, комплексообразования, на которые существенное влияние оказывают: реакция почвенной среды; запасы гумуса; наличие глинистых минералов, полуторных оксидов, карбонатов кальция. Однако использование подвижных форм соединений ТМ для экологической оценки токсичности почв крупных промышленных агломераций проблематично, так как на подвижность ТМ очень сильное влияние оказывает реакция почвенной среды, которую могут изменять, подкисленные выбросами промышленный предприятий атмосферные, осадки. Приоритетными загрязнителями любого промышленного предприятия являются SO₂ и NO_x, они, в свою очередь, соединяясь с молекулами воды, образуют кислоты и в виде атмосферных осадков попадают в почву, в связи с чем, вокруг промышленных агломераций создаются техногенные полиэлементные ареалы, где загрязнению ТМ сопутствует понижение уровня рН, которое не в состоянии нивелироваться защитной буферной способностью почвы. Так, содержание подвижных форм (элюент ААБ, рН 4,8) свинца, цинка и меди в почвах промышленных зон городов Днепропетровской области в некоторых случаях в несколько десятков раз превышает, как фоновые значения, так и ПДК, и составляет свыше половины от их валового количества.

Наиболее эффективным показателем техногенного загрязнения городских почв являются потенциально-подвижные формы ТМ, т.к. они свидетельствуют о том количестве металла, которое может быть доступно для растения при возможном подкислении реакции почвенной среды. Разница между величинами подвижных и потенциально-подвижных форм ТМ в городских почвах может быть невелика, в отличие от фона за счет более кислой реакции почвенной среды. К примеру значение рН чернозема обыкновенного малогумусного тяжелосуглинистого на лессе (зональной почвы для Северной Степи Украины) составляет 6,75, в то время как у сформировавшегося на нем урбаноземе г.Днепропетровска колеблется в пределах 6,00-6,50. Содержание потенциально-подвижных форм ТМ в почвах спальных районах городов Днепропетровской области не превышало 32,0 %, а в промышленных зонах колебалось в пределах 70,0-75,0 % от валового содержания, что в условиях подкисленной реакции почвенной среды представляет значительную опасность накопления их растениями с последующей миграцией по трофическим цепям.

Подытожив выше изложенное, следует отметить, что более перспективным для почв крупных промышленных агломераций при проведении экологического мониторинга является определение потенциально-подвижных форм ТМ наряду с их валовым содержанием. Оценка потенциально-подвижных форм ТМ даст возможность установить опасность миграции в условиях подкисленной реакции почвенной среды, что гарантирует адекватную оценку опасности загрязнения и выработку рациональных решений по их детоксикации.

Литература:

1. Кадацкий В.Б., Васильева Л.И., Тановицкая Н.И., Головатый С.Е. Распределение форм тяжелых металлов в естественных ландшафтах Беларуси // Экология. – 2001. - №1. – С. 33-37.

2. Ладонин Д.В. Соединения тяжелых металлов в почвах – проблемы и методы изучения // Почвоведение. – 2002. - №6. – С. 682-692.

3. Мотузова Г.В. Экологический мониторинг почв / Г.В.Мотузова, О.С.Безуглова. – М.: Гаудеамус, 2007. – 237 с.