Тяжелые металлы, почва, растения, животные, человек

ПОЧВА И ДОННЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ КАК ИНДИКАТОРЫ
ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ТЕРРИТОРИЙ
(Аналитический обзор)
Н.К. Кулданбаев
Общественный фонд «Реласкоп», г. Бишкек, Кыргызская Республика
Топурак жана чөкмө катмарлар территориянын булгануусундагы индикаторлор
(Аналитикалык обзор)
Корутунду: Обзордук макала топуракты жана чөкмө катмарларды территориянын
булгануусун баалоо үчүн экологиялык -гигиеналык изилдөөдө индикаторлор катарында
колдонууга арналган. Топурак жана чөкмө катмарлар аркылуу оор металдардын сорулуп
кирүүсү алар дын биологиялык баалуулугун, өзүн өзү тазалоо жөндөмдүүлүгүн
төмөндөтөт жана узакка созулган таасирден улам топурак (чөкмө катмар) - өсүмдүк –
жаныбарлар – адам же топурак (чөкмө катмар) - өсүмдүк – адам чынжырлуу реакциясын
пайда кылуу аркылуу адамдардын ден соолугун начарлоого алып келиши мүмкүн.
Негизги сөздөр : топурак, чөкмө катмарлар, оор металлдар, экология, гигиена,
мониторинг, адамдын ден соолугу.
Soil and sediments as indicators of environmental media contamination (Review)
Abstract: The review considers a usage of soil and sediments as indicators of chemical
contamination of the environment for ecologic-hygienic studies. Sorption of heavy metals by soil
and sediments brings to a decline of their biological value, its natural purification capability and
causes a chain reaction which leads to human health deterioration during long-term exposure
through soil (sediments) – plant – animal – human chain or soil (sediments) – plant – human.
Keywords: soil, sediments, heavy metals, ecology, hygiene, monitoring, human health.
Непрекращающееся
увеличение
и
использование
химических
соединений в промышленности, сельском хозяйстве, медицине и быту
изменило климат Земли и создало опасную среду обитания для человека,
растений и животных. Поэтому на протяжении многих десятилетий
исследование вредных веществ в объектах окружающей среды представляют
большой интерес для ученых различных дисциплин.
Одним из наиболее изучаемых объектов являются почва и донные
отложения. Почва является ключевой средой наземных экосистем и
универсальным адсорбентом, она отражает уровень многолетнего, как
естественного, так и антропогенного воздействия. При насыщении почвы
1
химическими элементами, она может стать источником вторичного
загрязнения продуктов питания, кормов животных, воды водоемов и
атмосферного воздуха. Почва, в отличие от других сред, не может быстро
очиститься, и загрязнители могут сохраняться в ней долгие годы [1].
Почвы выполняют роль связывающего звена всех компонентов
биосферы и биогеохимического барьера. Вследствие проявления ими
рефлекторности и сенсорности почвы необходимо использовать как
объективный информационный блок оценки геохимического состояния всего
биогеоценоза. Отсюда вытекает гигиеническая роль почв и почвенного
покрова [2].
Значение почвы как одного из основных комплексов биосферы (воздух,
вода, почва) и биологического фактора окружающей среды больше, чем
воды, так как количество и качество последней определяется состоянием
почвы. Ухудшение качества почвы, снижение ее биологической ценности,
способности к самоочищению вызывают цепную реакцию, которая в случае
продолжительного
неблагоприятного
воздействия
может
привести
к
ухудшению здоровья населения [3].
Сегодня технологические выбросы от стационарных и передвижных
источников загрязнения окружающей среды поступают в атмосферу и,
выпадая на земную поверхность, накапливаются в верхних горизонтах почвы
и далее вновь включаются в различные миграционные циклы. Среди прочих
загрязнителей тяжелые металлы являются наиболее опасными для здоровья
людей, которые вовлекаясь в биологический круговорот и, в конечном счете,
попадают в человеческий организм.
В работе [4] проведен анализ химического состава природных почв под
влиянием
города.
Установлено
снижение
рН
почвы,
повышение
карбонатности минеральной части почвы, увеличение содержания в
почвенном поглощающем комплексе обменных катионов (Ca2+, K+, Na+),
снижение уровня макроэлементов (N, P, K), аккумуляция тяжелых металлов
(Pb, Cd, Zn, Ni, Mn, Co, Fe, Cr), а также сульфатов. При этом автор отмечает,
2
что
негативные
изменения
биогеохимических
характеристик
более
выражены в почвах города, расположенных вдоль магистралей, особенно в
районах с высокой интенсивностью движения.
Е.А. Гладков (2007) отмечает, что городские почвы представляют
собой
сложные
и
быстро
развивающиеся
природно-антропогенные
образования [5]. От природных почвы они отличаются интенсивным
накоплением антропогенных отложений («культурного слоя») особого
состава и строения. В городских почвах загрязнение тяжелыми металлами
(ТМ) превышает природные поступления: по Pb – 18,3 раза; по Cd – в 8,8 раз;
по Zn – в 7,2 раза [6, 7, 8].
Н.А. Романенко и соавт. (2004) в своей работе ссылаются на
исследования Г.А. Шестаковой, которой было установлено, что в результате
выбросов
предприятий
цветной
металлургии,
в
суточном
рационе
растительного происхождения содержится более 0,7 мг свинца, более 16 мг
цинка, более 2,3 мг меди и более 0,5 мг мышьяка. Систематическое
поступление данных микроэлементов в организм человека обуславливает ряд
физиологических сдвигов, которые клинически проявляются в виде
различных нервных заболеваний, изменений картины крови и др. [1].
Согласно [9, 10], донные отложения являются чувствительными
индикаторами для мониторинга загрязнителей водных экосистем. Донные
отложения могут быть загрязнены опасными и токсическими субстанциями
различными путями, при этом ТМ представляют наибольший интерес.
Депонирование ТМ в донных отложениях может идти от сточных вод,
впадающих рек, несущих химикаты от городской, индустриальной и
сельскохозяйственной деятельности, а также от атмосферных осадков [10,
11].
На основе исследований химического состава донных отложений
дается оценка эколого-гигиенического состояния прибрежных зон отдыха
[12, 13]. Согласно F. Galgani и соавт. (2006), изучая прибрежные отложения,
отобранные на различных глубинах (от нескольких сантиметров на
3
поверхности и более), можно оценить степень и время загрязнения. При этом
наряду с отложениями могут быть отобраны животные и водоросли, которые
живут в них, и которые также являются хорошими индикаторами качества
окружающей среды.
Практика выброса необработанных сточных вод в реки, моря и океаны
применяется многими странами уже на протяжении многих лет. В работе [15]
было проведена оценка содержания Fe, Mn, Cd, Cu и Ni в донных отложениях
курортной прибрежной зоны заливов Abu-Qir и Suez. Высокие концентрации
по кадмию были установлены в обоих заливах, при этом авторы отмечают,
что данный элемент имеет индустриальное, антропогенное происхождение, в
связи с чем, очистке сточных вод должно быть уделено повышенное
внимание.
В последние годы приобретает особую популярность применение
осадков
сточных
вод
в
качестве
удобрений
или
использование
непосредственно самой сточной воды для орошения сельскохозяйственных
угодий [3, 16].
Как известно, в сточных водах содержатся различные детергенты –
синтетические поверхностно-активные вещества (ПАВ). При значительном
загрязнении почвы тяжелыми металлами, нитратами и присутствии
детергентов,
последние
повышают
подвижность
токсикантов
по
вертикальному профилю почвы и их переходу с почвы в растениеводческую
продукцию [2]. При этом сами детергенты при наличии других загрязнителей
в почве, в частности металлов, также мигрируют в грунтовые воды и
транслоцируются в сельхозкультуры в больших количествах, чем в случае
присутствия ПАВ в почве в изолированном виде.
Эти же данные подтверждают исследования A.R.A. Usman и соавт.
(2006), которые изучали распределение тяжелых металлов в почвенном
профиле, где сточные воды применялись для краткосрочного орошения
сельскохозяйственных угодий. Необработанная сточная вода может сама
явиться источником различных токсических веществ в почве и далее по
4
трофическим цепочкам достигать человека. Согласно авторам, содержание
Cu, Zn, Cd и Pb в почве не превышало допустимых норм, тем не менее,
использование сточных вод приводило к неустойчивости металлов в
поверхностных слоях почвы и к депонированию солей в ней. Поэтому эта
причина может явиться ограничением применения сточных вод для
орошения аридных и полуаридных земель [16].
Таким
образом,
и
почва,
и
донные
отложения
являются
чувствительными и достоверными индикаторами загрязнителей окружающей
среды, они хорошо аккумулируют различные поллютанты, к тому же, легки
для отбора и проведения исследований. На основе изучения химического
состава почв и донных отложений можно убедительно проследить пути
распространения загрязнителей от их источника до конечного объекта
исследования, а также провести текущий анализ их вредного воздействия и
сделать прогноз ожидаемых негативных эффектов в будущем.
Однако для сопоставимости данных, единого обобщения полученной
информации,
ранжирования
территорий
по
степени
загрязненности
необходимо унифицировать методологию исследований почв и донных
отложений. В своей работе Н.А. Романенко и соавт. (2004) отмечают, что
существующая нормативная база не обеспечивает эффективного контроля за
состоянием почв, особенно техногенно загрязненных. На сегодняшний день в
России обоснованы ПДК (ОДК) только для 11 тяжелых металлов, 9
химических веществ и соединений различной химической природы и 6
комбинаций
загрязнителей.
Поэтому
сегодня
стоит
необходимость
расширения исследований по обоснованию регламентов для приоритетных
химических загрязнителей и по пересмотру ряда химических веществ с
учетом современного уровня знаний.
Литература
1. Романенко Н.А., Крятов И.А., Тонкопий Н.И. Методология оценки качества почвы для
социально-гигиенического мониторинга // Гигиена и санитария. – 2004. - №5. – С. 1718.
5
2. Мудрый И.В. Эколого-гигиеническая оценка микробиологических процессов в почве
при загрязнении анионными поверхностно-активными веществами и тяжелыми
металлами // Гигиена и санитария. – 2002. - №1. – С. 22-25.
3. Мудрый И.В. Эколого-гигиеническое значение детергентов при возникновении
чрезвычайных ситуаций химического происхождения (обзор) // Гигиена и санитария. –
2004. - №4. – С. 18-21.
4. Неверова О.А. Биогеохимическая оценка городских почв (на примере Кемерова) //
Гигиена и санитария. – 2004. - №2. – С. 18-21.
5. Гладков Е.А. Влияние комплексного взаимодействия тяжелых металлов на растения
мегаполисов // Экология. – 2007. - №1. – С. 71-74.
6. Дмитриев М.Т., Казнина Н.И., Клименко Г.А. Загрязнение почв и растительности
тяжелыми металлами. – М.: Изд-во МГУ, 1989. 95 с.
7. Алексеенко В.А., Алещукин Л.В., Безпалько Л.Е. и др. Цинк и кадмий в окружающей
среде. - М.: Наука, 1992. - 200 с.
8. Обухов А.И., Попова А.А. Баланс тяжелых металлов в агроценозах дерновоподзолистых почв и проблемы мониторинга // Вестник МГУ, Почвоведение. – 1992. –
Сер. 17, №3. – С. 31-39.
9. Alemdaroglu T., Onur E., Erkakan F. Trace metal levels in surface sediments of Lake
Manyas, Turkey and tributary rivers // Int. J. Environ. Stud. – 2003. - №60. – P. 287-298.
10. Heyvaert A.C., Reuter J.E., Sloton D.G., Goldman C.R. Paleo-limnological reconstruction of
historical atmospheric lead and mercury deposition at Lake Tahoe, California-Nevada //
Environ. Sci. Tech. – 2000. - №34. – P. 3588-3597.
11. Park S., Kang H. Impact of invasive plant and environmental conditions on denitrification
potential in urban riparian ecosystems // Chemistry and Ecology. – 2010. - Vol. 26, №5. - P.
353-360.
12. Claisse D. Chemicals contamination of French coast: the results of a ten year mussel watch //
Mar. Pollut. Bull. – 1989. - №20. – P. 523-528.
13. Cicero A.M., Nonnis O., Romano E. et al. Detection of tributylin (TBT) residues in Italian
marine sediments // Chem. Ecol. – 2004. – Vol. 20, №1. – P. 319-331.
14. Galgani F., Chiffolleau J.F., Orsoni V. et al. Chemical contamination and sediment toxity
along the coast of Corsica // Chemistry and Ecology. – 2006. - Vol. 22, №4. - P. 299-312.
15. Youssef D.H., El-Said G.F. A comparative study between the levels of some heavy metals in
the sediments of two Egyptian contaminated environments //Chemistry and Ecology. – 2010.
- Vol. 26, №3. - P. 183-195.
16. Usman A.R.A., Kuzyakov Y., Stahr K. Effect of clay minerals on extractability of heavy
metals and sewage sludge mineralization in soil // Chemistry and Ecology. – 2004. - Vol. 20,
№2. - P. 123-135.
Контактные данные: Кулданбаев Нурбек Кудайбергенович, Кыргызская Республика, г.
Бишкек, 720075, 8 мкр., 16-50; тел.: +996 312 50-83-26 \ +996 772 433-911; e-mail:
[email protected]
6