0,3 (0,2)

УДК
ББК
Р
Рецензенты:
В.Г. Макарова, А.Р. Цыганов, В.А. Кирюшин, О.В. Коновалов, И.Р. Вильдфлуш, Ю.А.
Можайский, Т.Ф. Персикова, В.И. Желязко Экологические и медико-социальные аспекты охраны
природной среды и здоровья населения – Минск: БИТ «Хата», 2002
ISBN
В монографии предоставлены данные по загрязнению почв Рязанской области Российской
Федерации и Беларуси тяжелыми металлами и радионуклидами. Приведены результаты многолетних
исследований, проведенные учеными Рязанского медицинского института и Белорусской Государственной
сельскохозяйственной академии, а также обобщены данные других авторов по изучению приемов
снижения накопления тяжелых металлов и радионуклидов в растениеводческой продукции на загрязненных
почвах. Рассмотрены особенности регулирования водного режима на техногенно загрязненных землях.
Большое внимание уделяется влиянию неблагополучной экологической обстановки на здоровье населения.
Для научных работников и преподавателей вузов. Будет полезна аспирантам, студентам вузов, а также
широкому кругу читателей.
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Анализ экологического состояния культурных ландшафтов в условиях техногенного
загрязнения
1.1. Источники загрязнения природных систем тяжелыми металлами
1.2. Миграция и трансформация тяжелых металлов в культурных ландшафтах
1.3. Биологическая роль тяжелых металлов
Глава 2. Влияние антропогенной деятельности на загрязнение тяжелыми металлами почв
Рязанской области и Республики Беларусь
2.1. Почвенные условия культурного ландшафта Рязанской области
2.2.Техногенное загрязнение почв культурных ландшафтов Рязанской области
2.3. Трансформация и распределение тяжелых металлов по почвенному профилю основных
типов почв
2.4. Региональные классификации загрязненности почв тяжелыми металлами
2.5. Загрязнение тяжелыми металлами почв Беларуси
2.6. Мероприятия по реабилитации загрязненных тяжелыми металлами почв культурного
ландшафта
Глава 3. Основы организации регионального почвенно-экологического мониторинга
культурного ландшафта.
3.1. Концепция и принципы почвенно-экологического мониторинга.
3.2. Основные принципы организации регионального почвенно-экологического мониторинга
3.3. Цели и задачи регионального почвенно-экологического мониторинга
3.4. Формирование системы регионального почвенно-экологического мониторинга и этапы его
проведения.
Глава 4. Особенности регулирования водного режима на техногенно загрязненных землях
4.1. Нормирование загрязнения агроландшафтов тяжелыми металлами
4.2. Требования, предъявляемые растениями к факторам внешней среды
4.3. Водный режим почв и его регулирование при орошении
4.4. Водопотребление полевых культур
4.5. Экологически обоснованные нормы орошения полевых культур
4.6. Технологический регламент функционирования мелиорируемых ландшафтов в условиях
техногенного загрязнения почв
4.7. Мелиоративный биоканал для очистки загрязненных поверхностных и дренажных вод
3
4.8. Эколого-экономическое обоснование орошения в условиях техногенного загрязнения
почвы
Глава 5. Эколого-гигиенические аспекты оценки дозообразующих факторов облучения
населения.
5.1. Радиационная обстановка в Рязанской области
5.2. Радиационная обстановка в Республике Беларусь
5.3. Поведение радионуклидов в почвах и поступление их в растения
5.4. Прогнозирование уровня содержания радионуклидов в растениеводческой продукции
5.5. Приемы снижения поступления радионуклидов в растениеводческую продукцию
Глава 6. Экология и здоровье детей (на примере Рязанской области).
6.1. Влияние неблагополучной экологической обстановки на здоровье беременных, матерей и
новорожденных
6.2. Особенности патологии у детей, проживающих на загрязненных территориях
Заключение
Литература
4
ВВЕДЕНИЕ
В Российской Федерации и вокруг нее сформировался ряд регионов, где высокая концентрация
населения и разного рода производств резко ухудшили экологическую обстановку. Антропогенные
нагрузки в таких регионах достигли критической величины, при которой сопротивляемость
природных комплексов исчерпана полностью или близка к этому состоянию.
В этих условиях одним из самых приоритетных направлений развития сельского хозяйства
становится получение экологически чистой продукции. Особенно актуально данное направление для
хозяйств, земли которых в результате активного вмешательства человека в круговорот химических
веществ в биосфере загрязнены тяжелыми металлами (ТМ).
Загрязнению подвержены и территории многих хозяйств Рязанской области. Земельный фонд
области составляет 3,96 млн. га, из которых в сельскохозяйственном использовании находится 2,9
млн. га, в том числе пашни – 1,8 млн. га. На территории области функционируют 132 предприятия, в
выбросах которых наряду с традиционно регистрируемыми загрязнителями – сернистым ангидридом,
окисью углерода, окисью азота – зафиксировано значительное количество ТМ.
Большие экологические проблемы существуют и на территории Беларуси. Дополнительными
источниками загрязнения земель, воды и воздуха здесь стала авария на Чернобыльской АЭС.
В Беларуси 260,3 тыс. га сельскохозяйственных земель загрязнено медью, 179,3 тыс. га
цинком, 100 тыс. га свинцом, 45 тыс. га кадмием, 23 % территории радионуклидами.
Изменить создавшееся положение, устранить негативные последствия загрязнения
радионуклидами, ТМ и другими токсикантами, провести реабилитацию загрязненных почв помогут
организация регионального почвенно-экологического мониторинга, оценка антропогенной нагрузки
по районам и степени загрязнения основных типов почв.
Источником экологической опасности является радиационное загрязнение земли, воды и
воздуха, ставшее чрезвычайно значимым после аварии на Чернобыльской АЭС, в том числе и для
Рязанской области. Последствия загрязнения радионуклидами до сих пор оказывают влияние на
состояние земли, водных источников, здоровье населения Беларуси и Рязанщины. Оценка
дозообразующих факторов облучения человека – шаг на пути к решению проблемы нейтрализации
последствий чернобыльской аварии.
В последние годы под воздействием загрязнения окружающей среды существенно ухудшилось
состояние здоровья населения, особенно детей. Все меньше детей рождается без патологий, с
нормальным весом, растет число заболеваний детей в младенческом возрасте. Широко
распространенными стали болезни органов дыхания, нервной системы и органов чувств, повысилась
частота злокачественных новообразований.
Улучшить экологическую ситуацию – значит не просто найти пути решения отдельных задач:
провести реабилитацию земель, очистку воды, обеззараживание стоков, контролировать состояние
здоровья населения и т.д. Следует подойти к решению экологических проблем комплексно,
5
всесторонне оценить ситуацию, и только тогда можно будет принять необходимые меры и получить
обнадеживающие результаты, остановить приближающуюся экологическую катастрофу.
Глава 1. АНАЛИЗ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ КУЛЬТУРНЫХ ЛАНДШАФТОВ
В УСЛОВИЯХ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ
1.1. Источники загрязнения природных систем тяжелыми металлами
В настоящее время в России и граничащих с ней государствах складывается ситуация, при
которой формируются ландшафты с особой биогеохимической структурой и нарастает угроза
истощения земельных, водных и биологических ресурсов 5, 14, 18, 110, 114, 120, 212. В работах
многих авторов отмечается, что природные циклы как элементов-биофилов, так и ТМ, большая часть
которых по физиологической классификации является макро- и микроэлементами, претерпели
существенные изменения 4, 12,13, 14, 18, 58. Значительное их количество, поступающее из
антропогенных источников, сопровождается рядом нежелательных последствий, вызывающих
изменение в цикле «почва – вода – растение – животное – человек» 9, 54, 77, 140.
Увеличивается антропогенная нагрузка на культурные ландшафты. В связи с этим особое
внимание следует уделять ТМ, обладающим мутагенными и канцерогенными свойствами.
Загрязнение ТМ атмосферы, почвы, воды в культурных ландшафтах приводит к значительному
снижению продуктивности растений, в первую очередь сельскохозяйственных. Вода является
основным переносчиком вещества в ландшафтах: с поверхностным стоком, с грунтовыми водами ТМ
мигрируют с территории ландшафтов в водные объекты. Попадая в водоем, ТМ поглощаются
гидробионтами, аккумулируются в донных отложениях в концентрациях, значительно превышающих
исходную. ТМ способны реагировать с другими химическими соединениями, образуя устойчивые
конечные продукты, накапливаться в биологических объектах и через пищевую цепь попадать в
организм человека 3, 44, 62, 78, 117.
Источники поступления ТМ в ландшафты чрезвычайно разнообразны, они могут быть как
антропогенными, так и природными, причем интенсивность поступления элементов в окружающую
среду от этих источников различна. В районах активной производственной деятельности
антропогенная доля возрастает, в фоновых районах содержание ТМ в атмосфере определяется, в
основном, природной составляющей.
Главными антропогенными источниками поступления ТМ в атмосферу являются предприятия
по производству цветных металлов и сплавов, нефтепереработки, автомобильный транспорт,
химическая промышленность и др. Основные природные источники – это продукты деятельности
вулканов, пыль, морские соли и др. Частицы почвы, поступающие в атмосферу в результате эрозии,
содержат до 58 % цинка, имеющего природное происхождение. Вклад антропогенных факторов в
фоновое содержание ртути в атмосфере составляет от 30 до 50 %. Остальная ртуть поступает от
природных источников 4, 8, 16, 81, 90, 111.
6
Глобальное поступление кадмия из природных источников ежегодно составляет около 840 т,
поступление в атмосферу в результате промышленного производства – 7200 т. Общее ежегодное
поступление меди в атмосферу составляет 75 тыс. т. Около 75 % поступающей в атмосферу меди
имеет антропогенное происхождение, увеличившееся за последние 30 лет производственной
деятельности более чем в 3 раза. Поступление свинца из антропогенных источников значительно
превышает его поступление из природных источников и составляет 449 тыс. т и 24,5 тыс. т
соответственно 160, 234.
Значительное количество поллютантов поступает в пределы культурного ландшафта из
атмосферы. Территория России подвергается постоянно действующему атмосферному переносу
загрязнителей из стран Западной, Центральной и Восточной Европы, которые в большинстве своем
представляют ТМ, поступающие в составе аэрозолей 74. Над крупными городами и
индустриальными центрами располагаются участки тропосферы высотой до 3-4 км, загрязненные
аэрозолями, оседающими на поверхности почвы и представляющими угрозу для растительности,
поверхностных и почвенно-грунтовых вод, с которыми тесно связаны потоки веществ в почве 4, 8,
90.
В урбанизированных районах концентрация ТМ в воздухе заметно выше, чем в районах,
удаленных от антропогенного воздействия 219. Исследования С.И. Ковалева показали, что
наблюдаемое на картах-схемах распределение ртути в почве хорошо коррелирует с
интенсивностью загрязнения воздуха 121. Содержание меди и цинка в атмосфере некоторых
городов составляет 100-340 нг/м3 и 500-1200 нг/м3, а свинца – 120-2700 нг/м3 167.
Как отмечает ряд исследователей, многие отрасли промышленности (нефтеперерабатывающая,
химическая, черная и цветная металлургия, производство цемента, искусственного волокна, сжигание
топлива) загрязняют культурные ландшафты, в основном аэрозольным путем, свинцом, кадмием,
медью, цинком, никелем 22, 47, 170, 192. Исследования длительного воздействия атмосферных
выбросов ГМК «Печенганикель», проведенные Н.Г. Копцик с соавторами, показали, что в результате
этого произошло загрязнение почв Ni и Cu на площади более 3000 км2. Валовое содержание никеля и
меди в подстилках подзолов вблизи комбината составило 2000-2600 мг/кг, а содержание обменных
форм – 1000-1400 мг/кг. При таких концентрациях меди и никеля в корнеобитаемой зоне вероятна
возможность их токсического действия на растительность в радиусе 25-35 км от комбината 126.
Одним из постоянно действующих факторов миграции и круговорота веществ в природе
являются атмосферные осадки, в которых растворяется значительная часть газообразных веществ и
аэрозольных элементов. Средняя годовая минерализация атмосферных осадков составляет от 5-10 до
30-60 мг/л. Из атмосферы ТМ на 70-90 % удаляются за счет соударения и захвата каплей и на 10-30 %
– за счет образования капли на ядрах конденсации. На величину плотности выпадения ТМ влияют
как местонахождение региона, его удаленность от промышленных центров, так и область
выпадающих в нем осадков 32, 242, 252, 253. В результате исследований О.В. Митрохина выявлено,
что в Волгоградской области с атмосферными осадками за период с марта по октябрь выпадает до 15
7
кг/га токсических веществ 158. По степени насыщенности атмосферных осадков ТМ располагаются
в следующем порядке: Zn > Pb > Cd > Ni 139, 167. Кислая реакция дождевых и снеговых осадков
также усиливает мобильность ТМ в почве 32, 125
ТМ присутствуют в атмосфере в составе мельчайших техногенных частиц и в тех случаях,
когда метеоусловия благоприятны, могут переноситься в атмосфере на сотни и тысячи километров.
Почти 80 % частиц свинца в автомобильных выхлопах имеют диаметр менее 1 мкм, поэтому при
определенной синоптической ситуации они могут вовлекаться в межконтинентальный перенос 24.
От всей массы выбросов, по мнению многих исследователей, только 20-30 %, а по данным Д.С.
Аммосовой – 40-50 % Pb, Cu, Zn и до 100 % Hg фиксируется выпадениями, другая часть рассеивается
и попадает в региональные и глобальные миграционные циклы 8, 55.
Литературные данные о распространении пылегазовых выбросов ТМ неоднородны. Согласно
исследованиям Н.Г. Зырина влияние выбросов распространяется на 50-100 км, но интенсивность
загрязнения различными металлами неодинакова. В работе В.Б. Ильина отмечено, что выбросы
черной и цветной металлургии переносятся на 20-40 км от источника. Исследователи Почвенного
института им. В.В. Докучаева установили, что пылегазовые выбросы приводят к формированию
техногенных участков со сверхнормативным содержанием в почве ТМ в радиусе 5-6 км от источника
загрязнения 102, 109, 255.
В пределы агроландшафта ТМ поступают и от энергетических предприятий. При сжигании
бурого угля с летучей золой от ГРЭС поступает ежегодно: Zn – 8,68 т, Pb – 2,6 т, Cu – 1,16 т, Ni – 1,56
т. Исследования влияния выбросов Рязанской ГРЭС на окружающую среду показали превышение
ПДК в почве валовых форм ТМ на 56 (свинец) – 100 (марганец) % 23, 121. При изучении выбросов
Райчихинской ГРЭС, использующей бурые угли, было установлено, что в результате работы
электростанции в атмосферу поступает значительное количество ртути 218. При сжигании
каменного угля в атмосферу выделяется 10 % церия, кобальта, марганца, молибдена, селена, титана,
железа, хрома, свинца, серебра, 50 % – никеля, 90 % – кадмия, ртути, олова, цинка 271
Исследования, проведенные сотрудниками Уральского государственного института ветеринарной
медицины, показали, что одна тепловая электростанция в сутки выбрасывает: Cu – 17, 3 кг, Pb – 2,7
кг, Ni – 6, 6 кг и других ТМ 204. Летучая зола, образующаяся при сжигании углей, в виде аэрозолей
выпадает на поверхность почвы, в воду, что негативно отражается на состоянии окружающей среды
137, 231. В 1994 г. на Урале и в Предкавказье из подобных аэрозолей выпало более 2 кг/км2 цинка, в
Волгоградской, Тверской областях – от 39 до 500 г/км2 кадмия, в Московской области – до 7,8 кг/км2
свинца 10, 57, 104, 134, 138.
Многие исследователи в своих работах отмечают, что в пределы агроландшафтов в виде
техногенной пыли от предприятий черной и цветной металлургии поступает более 95 % количества
ТМ 36, 136, 188, 247. В таблице 1 представлено количество годовых выбросов ТМ от
металлургических предприятий.
8
Таблица 1
Выбросы промышленными предприятиями тяжелых металлов, т/год
Элемент
Золото
Кадмий
Медь
Мышьяк
Свинец
Селен
Серебро
Сурьма
Цинк
Усть-Каменогорский
комбинат
1,1-4,9  10-3
26-42
29-56
70-175
450-800
7,8-15
0,518-0,843
10,8-23,3
587-1020
Иртышский
медеплавильный завод
0,042
5,36-53,6
774
10-375
396
0,37-16,1
1,6
53-124
376
В процессе работы промышленных предприятий и животноводческих комплексов образуются
сточные воды, которые сбрасываются непосредственно в водоемы, чаще всего без достаточной
очистки. По данным за 1996 год, в поверхностные воды России было сброшено 35558,2 млн. м3
сточных вод, в том числе загрязненных – 7444 млн. м3, из них без очистки – 2123,22 млн. м3 45, 71,
107, 120, 150 В сточных водах промышленных предприятий рудничного и шахтного производств,
металлообрабатывающих и перерабатывающих заводов, химических, гальванических и других
предприятий наиболее часто встречаются следующие высокотоксичные ТМ: Mn, Ni, Cr, Zn, As, Cd,
Pb, Fe, Cu 76. От различных производств в поверхностные водотоки поступает (мг/л): Cr – 0,01, Cu
– 0,01-0,2, Zn – 0,05-0,2, As – 0,003, Sr – 0,05-1,0, Cd – 0,005-0,025, Hg – 0,001-0,005, Pb – 0,005 139.
Значительное количество ТМ поступает в окружающую среду от автомобильного транспорта
4, 28, 29, 46, 239, 260 Исследования, проведенные в г. Рязани В.П. Вороновым, показали, что на
долю автомобильного транспорта в 1997 г. приходилось 57,47 % общих выбросов 49 В работе Е.В.
Косыревой отмечается, что основным источником загрязнения воздуха свинцом в РФ является
автотранспорт, использующий свинецсодержащий бензин, выбросы которого превышают
промышленные 51 С выхлопными газами на поверхность земли ежегодно выпадает 250-260 тыс. т
свинца. При поступлении свинца от автотранспорта загрязняется полоса почвы от дороги шириной
50-100 и иногда до 300 м. Основное его количество концентрируется в слое 0-10 см. Исследованиями
А.А. Шапошникова было установлено, что в пробах почвы, отобранной в 30-100 м от автомобильной
трассы с интенсивным движением, концентрация свинца и кадмия была выше допустимого уровня в
2-5 раз, содержание ТМ было выше в почвенном слое 0-20 см, чем в слое 20-40 см 251 В.Н.
Майстренко в своей работе отмечает, что концентрация ТМ в снежном покрове около
автомагистралей в 5-6 раз выше, чем на участках, удаленных от автомобильных дорог, причем
содержание в нем ТМ увеличивается с возрастанием доли грузового автотранспорта 138 При
сжигании мазута и дизельного топлива освобождается и попадает в окружающую среду кадмий.
9
Повышенное содержание цинка и кадмия обнаруживается в почве вблизи автодорог, что связано с
истиранием шин 83, 84, 176, 259
Ряд исследователей отмечают, что используемые в сельском хозяйстве органические,
минеральные, известковые удобрения, сточные воды животноводческих комплексов содержат как
биофильные элементы, так и ТМ. Внесение удобрений в почву обеспечивает прибавки урожаев на 50
%, но не может не оказывать существенного влияния на химический состав почв, вод,
растениеводческой продукции 4, 61, 150, 155 
Необоснованное внесение минеральных и органических удобрений, орошение сточными
водами, внесение известковых материалов и пестицидов опасно не только как источник загрязнения
сельскохозяйственной продукции, почв и вод биофильными элементами, но и как дополнительный
источник поступления в окружающую среду ТМ 133 При внесении полной дозы минеральных
удобрений (N50 P45 K70) в почву поступает (г/га): Cu – 2,07, Zn – 2,21, Mn – 5,56, Ni – 0,7, Co – 1,71, Cd
– 0,13, Pb – 0,22. С внесением фосфорных удобрений в дозе 50 кг/га в почву в среднем попадает 3,5
г/га кадмия. По расчетам ЦИНАО, к 1990 г. в целом по стране (СССР), в почву было внесено с
фосфорными удобрениями 3200 т кадмия, 16633 т свинца, 553 т ртути. В работах многих
исследователей отмечается положительное влияние орошения сточными водами городов и
животноводческих комплексов на урожайность сельскохозяйственных культур, потенциальное
плодородие почвы, в то же время высокие нормы сточных вод представляют опасность вымывания
минеральных солей из почвы и накопления в пахотном слое меди, цинка, кадмия, свинца 64, 96,
122 В таблице 2 представлены основные сельскохозяйственные источники загрязнения
агроландшафтов ТМ 111.
Таблица 2
Сельскохозяйственные источники загрязнения почв тяжелыми металлами
(мг/кг сухой массы)
Элемент
Орошение
сточными
водами
Фосфатные
удобрения
Известковые
материалы
Азотные
удобрения
Органические удобрения
Кадмий
2–1500
0,1–170
0,04–0,1
0,05–8,5
0,3–0,8
-
Кобальт
2–260
1–12
0,4–3,0
5,4–12
0,3–24
-
Медь
50–3300
1–300
2–125
1–15
2–60
Марганец
60–3900
40–2000
40–1200
Свинец
50–3000
7–225
20–1250
2–27
6,6–15
60
Цинк
700–49000
50–1450
10–450
1–42
15–250
1,3–25
-
Пестициды
12-50
30–550
-
На металлургических, машиностроительных предприятиях, в энергетике, при производстве
строительных материалов образуются разнообразные по составу и количеству промышленные
отходы: зола, шлак, пыль, шламы, формовочные материалы. Они являются еще одним
10
дополнительным источником загрязнения окружающей среды такими ТМ, как Mn, Cr, B, Sr, Zn, Pb,
Cu, Co, Mo, Cd 22 ,78 Исследования состава жидкой фазы золошлаковых отходов Рефтинской
ГРЭС, проведенные В.И. Сергеевым, показали, что потенциальными загрязнителями подземных вод
являются As, Se, V 217 Под воздействием атмосферных осадков в результате биохимических и
физико-химических превращений внутри свалки может образовываться инфильтрат, содержащий
значительное количество ТМ, что представляет серьезную опасность для подземных и
поверхностных вод 61 В работе А.А. Фаухутдинова и С.К. Мустафина отмечается, что твердые
отходы, образующиеся в процессе работы предприятий горнорудного производства, способны
аккумулировать в 2638 тыс. т отходов: Cu – 1541 т, Cd – 7,6 т, Pb – 2111 т, As – 2076 т, Hg – 68,6 т. В
результате выдувания дисперсного материала отходов, как показали исследования авторов, в
атмосферном воздухе, пробах воды из скважин и поверхностных водоисточников, продуктах питания
и биопробах, взятых у животных и людей, находящихся в зоне техногенного воздействия
предприятий, выявлено существенное превышение соответствующих значений ПДК для ртути,
марганца, железа и кадмия 235
В нефти содержание таких ТМ, как Zn, Hg, Mo, Pb, значительно. На нефтяных промыслах
основная масса ТМ накапливается в шламонакопителях и нефтешламовых амбарах, которые
являются источником загрязнения поверхностных и подземных вод 157
Таким образом, антропогенная нагрузка на биосферу становится постоянно действующим
экологическим фактором. Техногенные загрязнители, поступающие из различных источников на
культурные ландшафты, оказывают негативное влияние на все его компоненты: почву, воду, биоту.
1.2. Миграция и трансформация тяжелых металлов в культурных ландшафтах
Главный фактор, определяющий содержание ТМ в почвах, – почвообразующая порода.
Существует тесная связь между содержанием ТМ в почве и составом почвообразующих пород,
который зависит от их гранулометрического состава и миграционной способности элементов. По
данным работ Н.А. Протасовой, наибольшее количество ТМ в почвообразующих породах ОкскоДонской равнины Среднерусской возвышенности найдено в покровных лессовидных тяжелых
суглинках и глинах, а минимальное содержание ТМ – в древнеаллювиальных и флювиогляциальных
песках и супесях 87, 100, 115, 198,199
Почва является емким акцептором для ТМ. При длительном их поступлении в почву может
накопиться количество ТМ, превосходящее их концентрацию в естественных геохимических
аномалиях. Но содержание ТМ в естественных геохимических аномалиях и на антропогенно
загрязненных территориях различно. В загрязненных почвах они концентрируются в верхнем слое,
преимущественно в металлической и оксидной формах. В геохимических аномалиях содержание ТМ
в гумусовом горизонте невелико, но прослеживается увеличение их концентрации с глубиной
почвенного профиля, где присутствуют металлсодержащие минералы – сульфиды, сульфаты,
карбонаты 79, 109
11
Потоки веществ в почве тесно связаны с растительностью, поверхностными и грунтовыми
водами, а также с приземной атмосферой. Поступающие в почву соединения активно
трансформируются, и ТМ претерпевают ряд химических превращений, в ходе которых их
токсичность изменяется в очень широких пределах 84, 99, 102, 103, 189.
Аккумуляция ТМ почвами агроландшафтов зависит от многих факторов, как природного, так и
техногенного характера. Основные из них: характер почвообразующих пород, климат,
растительность, рельеф местности, особенности расположения техногенных источников ТМ региона,
тип водного режима почв, метеорологические условия и др. 26, 55, 81
Основными почвенно-экологическими факторами, определяющими подвижность и
миграционную способность ТМ, являются: содержание гумуса, кислотность почв,
гранулометрический и минералогический состав, плотность почвы, окислительно-восстановительные
условия, макро- и микроэлементный состав 80, 81, 82, 120
В результате почвообразовательных процессов ТМ сорбируются глинистыми минералами,
гумусом, а также гидроксидами железа 66 М.Л. Кулешова отмечает, что глинистыми материалами
грунта устойчиво закрепляются Cd, Zn, Pb, Mo 131. Степень подвижности в почве у различных ТМ
неодинакова. Например, свинец менее подвижен, чем кадмий, так как комплексы свинца с
гуминовыми кислотами в 1509 раз прочнее, чем с кадмием. Свинец и ртуть мигрируют на
незначительную глубину и чаще накапливаются в поверхностном слое (до 10 см). Цинк обладает
наибольшей миграционной способностью. Медь, цинк и кадмий способны мигрировать на глубину
до 30 см. Ряд исследователей отмечают, что гумусовые горизонты почв загрязненных территорий
значительно обогащены ТМ, так как гумус является естественным барьером, сдерживающим
миграцию и прочно удерживающим их 39, 40, 79, 105
Гумус обладает высокими сорбционными свойствами, он может образовывать в почвах с
высоким содержанием ТМ сложные и комплексные соединения, менее доступные растениям.
Гуминовая кислота почвы, содержащая 4 % гумуса, способна связать в расчете на 1 га 1015 кг цинка,
17929 кг железа, 4500 кг свинца, 913 кг марганца, 1517 кг меди 157, 159, 184, 204 Почвы разного
генетического типа характеризуются разной сорбционной способностью. По способности удерживать
и видоизменять ТМ почвы располагаются в ряд: чернозем > дерново-подзолистая окультуренная >
неокультуренная. В черноземах содержание Cr, Zn, Co, B, Ba превышает кларковые значения. Серые
лесные почвы содержат ТМ меньше, чем кларковые величины, исключение составляют цинк и бор.
Почва в целом прочно фиксирует до 100 т/га свинца, подзолистые почвы – 2-6 т/га, а пахотный слой
чернозема – от 40 до 60 т/га 8, 55, 103, 173 В таблице 3 приведено содержание различных
микроэлементов в разных типах почв и их кларковые величины 55
Таблица 3
Глобальные, зональные и региональные оценки микроэлементов в почвах (мг/кг)
Элемент
Глобальные оценки
Зональные оценки
Московская
область
12
Co
Ni
Cu
Zn
Cd
Pb
Кларк
земной
коры
18,0
58,0
47,0
83,0
0,13
16,0
Почвы
мира
Подзолистые
10,0
40,0
20,0
50,0
0,5
10,0
Серые
лесные
8,4
23,2
15,3
41,3
0,7
11,5
12,4
30,0
23,5
60,0
0,7
12,5
Черноземы
13,2
72,0
29,8
62,0
0,5
13,2
Дерновоподзолистые
почвы
7,2
20,0
27
50,0
0,3
25
Подвижность ТМ уменьшается в почвах, имеющих реакцию среды, близкую к нейтральной.
Увеличение как кислотности почвы, так и щелочности, приводит к увеличению миграционной
способности ТМ. Значительной миграционной способностью и подвижностью обладают в кислой
среде Co, Cu, Cd, Ni, Zn, Pb. При уменьшении рН на 2 единицы увеличивается подвижность меди в 23 раза, цинка – в 3,8-5,4 раза, кадмия – в 4-8 раз, свинца – в 3-6 раз 4, 110, 200
Гранулометрический и минералогический состав почв оказывает влияние на емкость
катионного обмена, что влияет на миграционные свойства ТМ. Почвы тяжелого механического
состава имеют большую площадь поверхностных частиц, что повышает емкость катионного обмена и
уменьшает подвижность токсикантов. Уплотнение почв увеличивает подвижность ТМ. Это
доказывают опыты, проведенные на дерново-подзолистых почвах с различной антропогенной
нагрузкой. При увеличении плотности почвы с 0,6-1,0 г/см2 до 1,3-1,8 г/см2 подвижность свинца
увеличилась на 6 %, цинка – на 15,4 %, меди – на 13 %. На почвах с нарушенными окислительновосстановительными условиями (глеевых, глееватых) подвижность ТМ увеличивается, так как
избыток воды в почве способствует появлению металлов в более растворимой форме, с низкой
валентностью 101, 199, 267
Один из важнейших факторов, оказывающих влияние на миграцию и аккумуляцию ТМ в
почвах агроландшафтов, – искусственное орошение полей. В результате орошения усиливается
миграция ТМ, происходит их выщелачивание из верхних горизонтов в нижележащие. Исследования,
проведенные Г.А. Евдокимовой, показали, что никель вымывается из почвы на 96-98 %, а медь, в
основном, закрепляется в слое почвы 0-20 см. По данным Г.Н. Вяйзенен, наиболее загрязненный
почвенный горизонт находится на уровне 20-40 см, такому вымыванию ТМ способствуют осадки 6,
26, 50,86, 237
ТМ содержатся в почвах в водорастворимой, ионообменной и непрочно адсорбированной
формах. Водорастворимые формы представлены в основном сульфатами, нитратами, хлоридами и
органическими комплексными соединениями, которые составляют 99 % от общего количества
растворимых форм. Ионы ТМ могут являться частью кристаллической решетки минералов. Цинк в
большинстве случаев представлен в почве в виде изоморфных соединений в слюдах, обманках и
других минералах. Кадмий собственных минералов не образует, но может присутствовать в них в
виде примесей, кроме того, он практически не связывается гумусовыми веществами почв. Н.Г. Зырин
по степени доступности растениям выделил три формы ТМ, в которых они присутствуют в почве:
13
подвижные, являющиеся источником питания (водорастворимые, ионообменные,
слабофиксированные); фиксированные (прочнофиксированные, хемо-сорбированные ионы,
труднорастворимые, хелат-комплексы); содержащиеся в минералах 100
Из почвы основная масса химических соединений, в том числе и ТМ, мигрирует в растения.
Проведенные многочисленные исследования доказывают, что между химическим составом растений
и элементами, присутствующими в среде, существует тесная связь. Но растения способны выборочно
накапливать элементы, поэтому между валовым содержанием ТМ в почве и содержанием их в
растениях строгой зависимости не существует 4, 52, 108, 207
На поступление ТМ в растения влияют многочисленные факторы: тип почвы, ее физикохимические свойства (гранулометрический состав, рН, содержание органических веществ, емкость
поглощения катионов), форма, в которой находятся ТМ в почве, а также видовые особенности
растений. Так, например, по чувствительности к кадмию и способности его накапливать растения
располагаются по восходящему ряду: томаты  овес  салат  луговые травы  морковь  редька 
горох  фасоль  шпинат. Существенное влияние на миграцию ТМ в растения оказывает наличие
техногенных источников загрязнения агроландшафтов 4, 45, 73, 159, 202
ТМ могут мигрировать в растения корневым и фолиарным путем. Основным процессом,
посредством которого ТМ поступают в растения, является адсорбция корнями – метаболическая и
неметаболическая. Скорость поглощения ТМ корнями зависит от доступных – подвижных форм ТМ,
присутствующих в почве, контактирующей с корневой системой растений 4, 42, 110, 111, 254
В растения легко мигрируют кадмий, свинец, слабо доступны для растений Ca, Bi, Ba, Sc, Ti,
Se. По степени накопления элементов растениями – коэффициенту биологического поглощения Ах,
показывающему отношение содержания элемента в золе растений к содержанию этого элемента в
почве, А.И. Перельман выделил 5 рядов (табл. 4).
Наряду с поглощением ТМ из почвы существует и фолиарное поглощение. Избыточное
количество ТМ, поглощенных фолиарно, откладывается в корнях. Некоторое количество ТМ
выделяется с влагой при транспирации и смывается водой 42, 189 ТМ резервируются не только в
фитомассе агроландшафта, но довольно в большом количестве остаются и в пожнивных остатках
81, 89
Таблица 4
Коэффициенты биологического поглощения [189]
Элемент
Ах
P, S, Cl, I
n  10 - n  100
K, Ca, Mg, Na, Zn, Ag
Mn, Ba, Cu, Ni, Co, Mo,
As, Cd, Be, Hg, Se
Fe, Si, F, V
Ti, Cr, Pb, Ai
n 100 - n 101
n 10-1- n 100
n 10-1
n 10 - n 10-2
Ряды биологического
поглощения
Энергично накопляемые
элементы
Сильно накопляемые
Группы слабого
накопления и сильного захвата
Слабого захвата
Слабого и очень слабого
захвата
14
Мигрируя в растения, ТМ распределяются по органам и тканям. В работах некоторых авторов
указывается на аккумуляцию ТМ в надземных органах 81, 82 Содержание ТМ в надземных
органах: листьях, стеблях, плодах различно, что, по мнению ряда исследователей, связано со
свойствами элементов и видовой специфичностью растений 94, 129 Многие исследователи
отмечают депонирование ТМ в корнях. Связывание ТМ корнями растений выводит их из активной
биогеохимической миграции, а также приводит к накоплению ТМ в гумусовом слое почвы, где
находится основная масса тонких корней. Как отмечает в своей работе П.В. Елпатьевский,
концентрация ТМ увеличивается в ряду: древесина стволов  древесина толстых корней  древесина
однолетних побегов  репродуктивные органы  листья  кора корней  кора стволов  тонкие
корни. Установлено, что характер распределения ТМ по органам и тканям растений в течение
онтогенеза изменяется 89, 123, 210
ТМ способны мигрировать из почвы не только в растения, но и в грунтовые воды, а также с
поверхностным стоком с загрязненных территорий попадать непосредственно в водные объекты. В
водных системах ТМ включаются в существующие миграционные циклы. Они распространяются и
накапливаются во всех компонентах водной системы: воде, взвеси, донных отложениях, живых
организмах. Это приводит к нарушению взаимосвязей в водных экосистемах, изменяется их
структура, и возникают техногенные геохимические аномалии.
Таким образом, ТМ, поступившие в пределы агроландшафтов водных бассейнов, способны
оказать негативное влияние на все его компоненты: почву, воды внутрипочвенные и поверхностные,
биоту в результате их перемещения и трансформации, включения в миграционные циклы.
1.3. Биологическая роль тяжелых металлов
ТМ в окружающей среде играют двойную роль. Они являются неотъемлемым компонентом
нормальных физиологических процессов, но в то же время они токсичны при повышенных
концентрациях, приводящих к нарушению метаболизма и функционирования живых организмов на
любой стадии онтогенеза. Во многих случаях эти нарушения являются необратимыми и
смертельными. В токсичных концентрациях ТМ проявляют канцерогенные свойства, отрицательно
воздействуют на генетическую мембранную, ферментно-белковую систему клетки, вызывают
нарушение концентраций веществ, необходимых для энергетического метаболизма – АТФ, АДФ,
фосфоркреатина, изменяют активность ферментов, уровень содержания в клетках кальция и магния,
необходимых для нормального функционирования организма 30, 67, 76, 164, 169
Различные ТМ представляют неодинаковую опасность для живых организмов. Такие ТМ, как
Hg, Pb, Cd, As, Cu, V, Zn, Mo, Co, Ni, Sn, Sb, признаны приоритетными загрязнителями по степени
токсичности, распространенности и способности накапливаться в пищевых цепях. Наиболее опасные
из них Hg, Pb, Cd 257. Влияние металлических загрязнений нуждается в первоочередном
рассмотрении, контроле и оценке, так как рассеяние в среде обитания таких высокотоксичных
15
металлов, как ртуть и свинец, составляет 80-90 % от их годового производства 211 В работах Ю.В.
Алексеева, А. Кабата-Пендиас, Х. Пендиас 4, 111 дается классификация ТМ по уровню
токсичности:
– очень токсичные: Ag, Be, Hg, Sn, Co, Ni, Pb, Cr – оказывают вредное воздействие на биотест
при концентрации вещества 1 мг/л;
– умеренно токсичные: As, Se, Al, Cd, Cr, Fe, Mv, Zn – ингибируют биотест при концентрации
1-100 мг/л;
– слаботоксичные: Ca, Mg, Sr, Li – ингибируют биотест при концентрации более 1800 мг/л.
В условиях загрязнения среды обитания ТМ существует реальная возможность их попадания в
пищевые продукты, что представляет серьезную угрозу для здоровья человека 164 Наиболее
опасными являются лабильные формы ТМ, характеризующиеся высокой биохимической
активностью и способностью накапливаться в биосредах. По чувствительности к ним человека и
животных металлы можно расположить в следующий ряд: Hg>Cu>Zn>Ni>Pb>Cd>Cr>Sn>Fe>Mn>Al.
Для каждого металла существует свой механизм токсического действия, но, в основном, в
повышенных концентрациях ТМ являются тиоловыми ядами, воздействующими на отдельные этапы
углеводно-фосфатного и аминокислотного обмена. Они способны связывать сульфгидрильные
группы, являющиеся активными центрами многих ферментов, при этом происходит ингибирование
или полное прекращение окислительно-восстановительных реакций в клетках. Живые организмы
имеют механизм детоксикации в отношении ТМ – это синтез металлотионинов, обеспечивающих
связывание ионов металлов в прочные комплексы 139, 261
ТМ способны оказывать токсическое воздействие и на растения, которое может быть прямым и
косвенным. Косвенное воздействие – это ухудшение свойств почвы, снижение плодородия, угнетение
почвенной биоты, в результате чего ухудшается качество растительной продукции 22, 35, 39
Прямое влияние состоит в накоплении ТМ в растениях, что приводит к их отравлению. Наиболее
общие симптомы фитотоксичности, характерные для большинства растений, – это угнетение роста,
изменение окраски, хлороз, патология цветков, изменение формы листьев 23, 109, 150, 229, 233
А. Кабата-Пендиас, Х. Пендиас в своей работе выделяют основные реакции растительных
организмов, возникающие в результате токсического воздействия ТМ: изменение проницаемости
клеточных мембран, конкуренция за жизненно необходимые метаболиты, замещение жизненно
важных ионов, сродство с фосфатными группами и активными центрами АТФ и АДФ. В
многочисленных экспериментах доказано, что почти все растения в какой-либо степени способны
защищаться от токсического действия ТМ 111 В.Б. Ильин выделяет следующие механизмы
устойчивости растений к избытку ТМ в среде: задержка избыточного количества ТМ в корнях или за
пределами метаболически важных органов, создание обменных реакций, менее чувствительных к
действию ТМ, перевод избыточных ионов ТМ в инертные формы 109.
Ниже приводится характеристика биологических и токсикологических свойств некоторых ТМ.
16
Медь – биоэлемент, являющийся постоянным компонентом почв, растений. Медь имеется в
тканях животных и участвует в метаболических процессах 108, 111, 198, 256, 269 Основная
функция меди в организме человека и животных – участие в кроветворении и белковом обмене. Ю.В.
Алексеев отмечает, что при недостаточности содержания меди у растений наблюдается задержка
роста, хлороз листьев и потеря тургора, уменьшение урожая. Медь усиливает процесс фотосинтеза,
углеводный обмен, образование витаминов В и Р, повышает устойчивость к неблагоприятным
факторам внешней среды 4, 111, 124 Как указывает Ю.В. Алексеев, медь из почвы в растения
мигрирует слабо, активно поглощают медь картофель, морковь, гречиха. Обычно содержание меди в
растениеводческой продукции составляет 1-10 мг/кг, но при применении медьсодержащих удобрений
возрастает в 2-4 раза. По данным Р.Б. Сливинской, фитотоксичность меди выше, чем цинка, что
особенно выражено на легких почвах. Согласно М.Г. Опекуновой, существует антагонизм в
накоплении меди и марганца в корнях и надземных растительных органах 4, 116, 181, 220 В
токсичных концентрациях медь ингибирует активность ферментов: щелочной фосфатазы, каталазы,
оксидазы и рибонуклеазы. Соли меди в больших концентрациях оказывают на животные ткани
прижигающее действие вследствие свертывания ими белков, а также нарушении проницаемости
биомембран, что вызывает нарушение работы регуляторной системы клетки. Установлена связь
между частотой болезней органов дыхания и валовыми выбросами сульфата меди 4, 17, 261
Соли меди – хлориды и нитраты токсичны для рыб в концентрации 0,01-0,02 мг/л, причем их
токсичность проявляется сильнее в мягкой воде. Комбинация с цинком и кадмием усиливает
токсическое действие меди. При отравлении рыб наблюдается асфиксия. Простейшие водные
организмы переносят без вреда в течение более 48 часов концентрацию меди 0,1 мг/л.
Цинк в работах многих исследователей характеризуется как элемент, имеющий большое
биологическое значение и как активный участник многих биологических циклов, входящий в состав
80 ферментов 4, 108, 191, 256 В растительных клетках цинк концентрируется в ядре и
митохондриях, накапливается в листьях, репродуктивных органах 108, 191
В работе Ю.В. Алексеева показано, что цинк интенсивнее накапливается в злаках, чем в
бобовых культурах 4 J.G. Bockheim, J.E. Leide считают, что динамика содержания цинка различна у
разных растений 266 Цинк влияет на синтез белков и ауксинов, интенсифицирует процесс
фотосинтеза 108, 111, 256 При недостатке цинка в растительных организмах наблюдается
нарушение работы окислительных ферментов, углеводного и белкового обмена, уменьшение
образования хлорофилла, витаминов С, Р и группы В. Симптомами недостаточности цинка являются
хлороз и задержка роста 109, 110, 191, 256
В работах ряда исследователей указывается на слабую токсичность цинка для растений.
Токсичные концентрации цинка вызывают ослабление роста и хлороз, снижают урожай зерновых,
картофеля и свеклы. Многие растения обладают устойчивостью к избытку цинка в среде. В работе
Е.И. Гончарук показано, что растения семейства крестоцветных и гвоздичных обладают
способностью концентрировать цинк 4, 47, 65, 111, 191, 197, 198, 199, 256. Как отмечает К. Рейли,
17
токсичные дозы цинка действуют негативно на желудочно-кишечный тракт человека, вызывают
патологические изменения, связанные с дефицитом кальция 97, 124, 208, 262.
Кобальт – необходимый элемент для нормального функционирования живых организмов. В
работах Я.В. Пейве и Ф.Я. Сапрыкина указывается, что кобальт фитотоксичен при концентрации 30
мг/кг в почве, недостаток этого элемента растения испытывают при содержании его в почве менее 7
мг/кг 187, 215. Кобальт принимает участие в фотосинтезе, окислительно-восстановительных
процессах, энергетическом обмене, входит в состав витамина В12, карбамидных коферментов. По
данным М.Я. Школьника, кобальт интенсивнее накапливают злаковые, у бобовых он депонируется в
клубеньках, но основной накопитель данного элемента – водные растения. В работе В.Б. Ильина
отмечается, что в растениях кобальт влияет на процессы оплодотворения, накапливается в
генеративных органах 21, 108, 199, 256 В токсичных дозах этот элемент вызывает полицитемию.
Соли двухвалентного кобальта способны ингибировать окислительные ферменты. Установлено, что
избыток кобальта способствует развитию миокардита и заболеваний щитовидной железы 208, 240.
Марганец содержится в тканях всех растений, в максимальных количествах – в цитоплазме.
Растения испытывают недостаток марганца на известковых, карбонатных и торфяных почвах, что
проявляется появлением пятен вытянутой формы на листьях. В растительных организмах марганец
выполняет ряд функций: участвует в окислительно-восстановительных процессах, фотосинтезе,
ауксиновом обмене, выступает катализатором ряда реакций, входит в состав активных групп 10
ферментов 1, 21, 108, 110, 198, 241, 256.
Марганец токсичен для растений в кислой среде или на переизвесткованных почвах с
щелочной реакцией. В.В. Ковальский отмечает, что высокое содержание марганца в растительных
кормах вызывает у животных заболевания костной системы, поражает нервную систему. Марганец
способен вызвать нарушение состояния здоровья у новорожденных, проявляющееся патологической
желтухой 4, 111, 124, 170
Ртуть, свинец, кадмий имеют уникальные токсикологические характеристики и оказывают
негативное воздействие на живые организмы и окружающую среду в целом в следовых количествах
139.
Ртуть характеризуется только как токсичный элемент 4, 139, 145, 228, 258. При содержании
ртути в почве более 50 мг/кг нарушается рост растений, отравление растений происходит при
концентрации более 1000 мг/кг. Избыток ртути в среде вызывает у человека болезнь Миномата,
угнетает центральную нервную систему, нарушает работу почек и органов пищеварения, изменяет
биологические свойства тканевых белков, инактивирует ряд окислительных и гидролитических
ферментов 4, 24, 55, 208.
Кадмий – токсичный, тератогенный, канцерогенный ТМ 4, 139. Он негативно влияет на рост и
развитие растений. Высокая токсичность кадмия объясняется его антагонизмом по отношению к
цинку, т.е. кадмий способен замещать цинк в некоторых биохимических процессах и нарушать
работу ферментов, связанных с дыханием, белковым обменом и другими физиологическими
18
процессами 4, 47, 51, 120, 208, 258, 263. Как отмечает в своей работе Л.М. Кузнецова, при
содержании кадмия в почве более 5 мг/кг наблюдается снижение урожая 130. По данным А. Kloke,
Н. Schenke, загрязненные растения могут содержать более 400 мг/кг кадмия 270. Кадмий снижает
количество каротина и хлорофилла в растениях 110, 248. У человека избыток кадмия вызывает
анемию, все формы рака 23, 24, 120, 208, 238.
Свинец при повышенных концентрациях является опасным токсикантом глобального значения
4, 47, 208. Биологическая роль свинца довольно мала, установлено, что он входит в состав
некоторых биологически активных соединений 91, 120, 258, 268. Токсичность свинца невысока
вследствие малой растворимости его соединений и наличии в растениях системы инактивации
данного элемента. Основная часть свинца депонируется в корнях, и только 1-2 % переходит в
надземные органы. При высокой концентрации в почве свинец угнетает ростовые процессы
растений, вызывает нарушения в пигментных комплексах и уменьшает содержание хлорофилла в
тканях, витамина С и провитамина А 53, 232, 247. Наиболее токсичны для человека
алкилированные соединения свинца, использующиеся в качестве присадок к бензину. При свинцовых
отравлениях наблюдается поражение центральной нервной системы, желудочно-кишечного тракта,
половой системы животных и человека 31, 97 Характерный патологический процесс при
свинцовом отравлении – слабое использование железа эритробластами на синтез гемоглобина. Доза
свинца 100 мг/кг, по Г.В. Добровольскому, считается летальной. Выявлена корреляция между
содержанием свинца в кормах и крови крупного рогатого скота 83, 92, 204, 212, 214
Мышьяк опасен при поступлении в больших количествах в легкие почвы. Большинство
растений способно выводить данный элемент из тканей надземных органов, поэтому мышьяк в
больших количествах для растений не опасен. Мышьяк – протоплазматический яд, канцероген,
оказывает нейротоксическое действие, способен вызывать рак легких 4, 23, 24, 108, 110, 239
Никель хорошо мигрирует и накапливается в растениях. При содержании его в растительности
примерно 50 мг/кг проявляются признаки отравления. Данный элемент оказывает влияние на
углеводный обмен, окислительно-восстановительные процессы, он более токсичен для растений, чем
свинец, медь, хром, цинк 4, 262, 263
Никель относят к биологически активным элементам, взрослому человеку в сутки необходимо
0,2-0,6 мг никеля, но в то же время его избыток может вызвать у человека разнообразные
токсические, сенсибилизирующие, мутагенные, канцерогенные эффекты 33 При отравлении
никелем наблюдается поражение нервной системы и гипербилирубинемия у детей, экзема, чесотка,
снижение неспецифической устойчивости к бактериальным инфекциям, в результате снижения в
легочной жидкости содержания лизоцима, возможны случаи рака дыхательных органов, соли
двухвалентного никеля способны ингибировать окислительные ферменты. Избыток никеля в рационе
сельскохозяйственных животных приводит к изменению фракционного состава растворимых белков
мяса 33, 51, 72, 88, 141
19
Хром мало токсичен. Поглощается, в основном, корнями растений. Хром связан с ферментной
системой организма, является кофактором инсулина и необходим для оптимального использования
организмом глюкозы 51 Избыток хрома вызывает у растений нарушение развития и роста, у
человека может инициировать рак, ионы хрома способны образовывать прочные комплексы внутри
клетки с нуклеиновыми кислотами и протеинами, вызывая повреждение ДНК 4, 185, 208, 240
Таким образом, ТМ представляют серьезную опасность для окружающей среды. Исследования,
проводимые в этой области, будут представлять несомненный интерес для многих отраслей науки, а
их результаты помогут уменьшить давление «металлического пресса» на биосферу, а значит, будут
способствовать решению проблемы загрязнения ТМ окружающей среды.
Глава 2. ВЛИЯНИЕ АНТРОПОГЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НА ЗАГРЯЗНЕНИЕ
ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ ПОЧВ РЯЗАНСКОЙ ОБЛАСТИ И РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
2.1. Почвенные условия культурного ландшафта Рязанской области
Преобладающими почвами Рязанской области являются черноземы (44%), серые лесные почвы
(37 %), дерново-подзолистые (13,8%), пойменные (5%), торфяные почвы (4%).
В Рязанской области черноземы в основном представлены выщелоченными и оподзоленными.
Мощность гумусового горизонта выщелоченных черноземов колеблется от 69 до 110 см. Структура –
от зернистой до пористо-комковатой. Гранулометрический состав – средне- и тяжелосуглинистый.
Тип серых лесных почв разделяется на 3 подтипа: светло-серые, серые и темно-серые.
Мощность горизонта А составляет 31-38 см, зависит от смытости и рельефа. Структура – глыбистокомковато-порошистая. Много илистой фракции, высока липкость, поэтому на пашне образуется
корка.
Дерново-подзолистые почвы имеют разную степень оподзоленности и оглеения. У них
неглубокий гумусовый горизонт (20-39 см), маломощный иллювиальный горизонт (17-30 см) и
близко расположенные глеевые горизонты. Это почвы бесструктурные.
Северная часть области, расположенная в Мещере, представлена наряду с дерновоподзолистыми аллювиальными луговыми почвами. Они характеризуются слабой выраженностью
аллювиального процесса при неглубоком уровне залегания грунтовых вод. Агрохимические свойства
основных типов почв Рязанской области приведены в таблице 4.
Таблица 4
Агрохимическая характеристика основных типов почв Рязанской области
Тип, подтип, мех.
состав почвы
Глубина
взятия
образца, см
Р2О5
К2О
мг на 100 г почвы
рН (КСI)
20
2
3
4
5
6
Серая
0-20
30,9
50
7,2
лесная
20-40
5,8
50
6,0
среднесуг-
40-60
4,3
50
4,8
линистая
60-80
5,5
50
4,2
80-100
5,5
46
3,9
100-120
4,2
28,9
4,0
120-140
1,2
15,0
3,9
Чернозем
0-20
15,1
11,8
5,5
сильновыще-
20-40
44,0
50
6,6
лоченный
40-60
14,7
6,3
5,7
тяжелосуг-
60-80
6,9
6,0
5,5
линистый
80-100
7,1
6,0
6,4
100-120
0,6
3,6
7,0
120-140
0,5
2,8
7,2
Серая
0-20
14,0
9,0
5,1
лесная
20-40
13,2
8,8
5,2
тяжелосуг-
40-60
10,9
8,8
5,3
линистая
60-80
17,8
8,8
5,5
80-100
0,6
3,1
7,3
100-120
33,0
7,4
5,8
120-140
39,0
6,6
6,6
Чернозем
0-20
6,7
8,7
5,4
выщело-
20-40
6,2
6,9
5,4
ченный
40-60
9,3
7,8
5,6
тяжелосуг-
60-80
12,3
7,5
6,4
линистый
80-100
0,7
2,8
7,2
21
100-120
0,4
2,8
7,2
120-140
20,6
8,8
7,2
Аллювиальная
0-20
31,6
8,5
6,2
дерновая
20-40
26,1
5,2
6,6
легкосугли-
40-60
26,2
3,1
6,8
нистая
60-80
25,7
2,8
6,9
80-100
21,6
3,9
6,5
100-120
18,0
4,1
6,2
Дерново-
0-20
37,0
28,8
6,5
слабоподзо-
20-40
28,0
17,7
6,2
листая
40-60
17,2
5,0
5,8
песчаная
60-80
8,4
5,2
5,6
80-100
5,3
5,8
5,9
100-120
5,2
8,1
5,8
120-140
4,6
4,1
5,1
Аллювиальная
0-20
19,7
12,0
6,7
луговая
20-40
13,4
13,7
7,0
среднесуг-
40-60
8,7
4,1
6,0
линистая
60-80
2,0
3,6
5,2
80-100
0,9
3,6
3,7
100-120
2,5
2,0
4,9
Серая лесная
0-20
2,4
3,2
5,1
тяжелосуг-
20-40
2,6
2,3
5,0
линистая
40-60
3,5
2,9
5б2
60-80
12,9
3,9
5,6
Не опред.
Не опред.
2,0
7,1
80-100
100-120
Не опред.
1,7
22
Обеспеченность почв пахотного слоя подвижным Р и К очень высокая. Серая лесная почва
имеет свои природные особенности. Она отличается богатым содержанием подвижных фосфатов в
материнской породе, иллювиальном и гумусовом горизонтах. Черноземы обогащены фосфатами.
Питательный режим пахотных слоев этих разрезов отличается по содержанию кислоторастворимых
фосфатов и К вследствие внесения различных норм удобрений. Дерново-подзолистые почвы
систематически удобрялись и известковались, поэтому здесь очень высоко содержание подвижного Р
и обменного К, реакция почвенного раствора нейтральная. Аллювиальные почвы имеют
сравнительно хорошо окультуренный пахотный слой, достаточно обеспеченный фосфатами, с
нейтральной реакцией. Содержание К значительно меньше из-за большого выноса его овощными
культурами, поливными и грунтовыми водами. Структурно-агрегатный состав почв Рязанской
области представлен в таблице 5.
Таблица 5
Структурно-агрегатный состав почв
Почвы
Глубина, см
Структурные агрегаты, %
10 мм
Серая лесная
10-0,25 мм
0,25 мм
0-20
55,0
33,4/30,6
11,6/69,4
20-40
50,1
40,5/29,2
9,4/70,8
0-20
44,7
50,6/52,1
4,7/47,9
20-40
29б4
65,5/60,8
5,5/39,2
Дерново-подзолистая
0-20
2,1
46,5
51,4
Аллювиальная
0-20
10,5
84,0
5,5
Чернозем выщелоч.
Примечание: числитель – % агрегатов при сухом, знаменатель – при мокром рассеивании.
Важной характеристикой почвенного покрова является обеспеченность его гумусом.
Содержание его в почвах Рязанской области низкое и очень низкое Все типы почв содержат
фульватно-гуматный тип гумуса.
Все вышеперечисленные агрофизические и агрохимические свойства влияют на миграционные
процессы ТМ, поскольку геохимия миграционных форм ТМ обусловлена не свойствами ионов
металлов, а свойствами их носителей.
2.2. Техногенное загрязнение почв культурных ландшафтов Рязанской области
В разных участках земной поверхности поступление загрязнителей существенно различается.
Максимальным оно будет в местах концентрации промышленного производства, добычи полезных
ископаемых, работы теплоэлектростанций.
Основными источниками загрязнения экосистемы в Рязанской области являются 132
предприятия. Главные источники загрязнения ТМ – предприятия теплоэнергетики. Промышленные
23
предприятия Рязанской области по количеству выбрасываемых в атмосферу вредных веществ
расположились в следующий ряд: нефтехимические, станкоинструментальные, металлургические,
машиностроительные заводы и др. В их выбросах содержатся такие высокотоксичные элементы, как
свинец, мышьяк, кадмий, медь, и менее токсичные: олово, молибден, кобальт и др.
Антропогенная нагрузка в районах области неоднородна. При ее оценке учитывались все
работающие предприятия районов области. При наличии на территории административного района
промышленных предприятий (за каждое давался 1 балл) суммировались все баллы. В результате
получились совокупные баллы суммарной антропогенной нагрузки в целом по области. По данной
методике выработана шкала антропогенной нагрузки и составлена схема ее распределения по
территории административных районов Рязанской области (рис. 3).
В пяти южных районах области (Александро-Невском, Сараевском, Ухоловском,
Сапожковском и Чучковском) и в трех восточных районах (Пителинском, Кадомском, Ермишинском)
антропогенная суммарная нагрузка на биосферу очень низкая. Небольшая нагрузка воздействия
промышленности наблюдается в таких районах как Клепиковский, Рыбновский, Захаровский,
Пронский, Старожиловский, Кораблинский, Милославский, Ряжский, Шацкий. Остальные
агроландшафты области испытывают существенную локальную техногенную нагрузку.
Наибольшими загрязнителями экосистем являются промышленные комплексы г. Рязани (более 20
баллов), заводы г. Касимова, Спасска-Рязанского, Михайлова (16-20 баллов), Сасово (11-15 баллов) и
др. В составе выбросов работающих предприятий имеется большой спектр химических
загрязнителей, которые, попадая в воздушные потоки, загрязняют ТМ атмосферные осадки.
Дождевые осадки, выпадающие на территории Рязанской области, загрязнены ТМ более
значительно, чем снег. Среднегодовые нагрузки химических элементов с атмосферными
выпадениями на агроландшафт региона приведены ниже (табл. 6).
Таблица 6
Выпадение тяжелых металлов с атмосферными осадками на территории агроландшафта
Рязанской области (г/га в год)
Годы
Цинк
Медь
Свинец
Кадмий
1993
41,1
21,3
21,8
-
1994
291,1
1189,8
37,9
1,5
1995
156,8
22,4
89,6
5,6
1996
114,6
73,6
36,5
-
1997
173,6
16,8
99,1
8,4
1998
428,2
178,4
54,8
4,2
1999
63,3
13,9
35,5
4,0
24
В среднем
181,2
73,8
53,6
4,7
Величины поступления ТМ с осадками варьируют, что связано как с метеорологическими
условиями сезона, так и с различным влиянием неровностей земной поверхности. Максимальные
поступления с пылевыми выпадениями были отмечены по цинку, свинцу, кадмию, а с жидкой
фракцией – по меди.
Одним из основных загрязнителей агроландшафта Рязанской области являются промышленные
комплексы Рязани, на территории которой располагаются следующие предприятия: тепловой
энергетики (Дягилевская и Ново-Рязанская ТЭЦ), нефтепереработки и нефтехимии (АО «РНПЗ», АО
«Виско-Р»), цветной металлургии (завод «Рязцветмет»), машиностроения и металлообработки
(Рязанский завод автоагрегатов, АО «Тяжпрессмаш», АООТ «Центролит» и другие). По данным
Городского комитета охраны окружающей среды, на долю перечисленных отраслей производства
приходится 99% всех загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу города.
Территориальное расположение промышленных предприятий позволяет выделить в городе
несколько промышленных зон: северо-западную, центральную, южную и восточную. Особенностью
структуры города Рязани является периферийное размещение площадок промышленных предприятий.
Исключительно высокой насыщенностью предприятиями химической, металлургической,
энергетической промышленности характеризуется южная промышленная зона. В результате
проведенной Городским комитетом охраны окружающей среды комплексной эколого-медицинской
оценки было установлено, что на долю южного промышленного комплекса приходится почти 85%
общего количества вредных выбросов по г. Рязани, суммарный индекс загрязнения в данном районе
равен 35,6. Если учесть, что именно в этом районе сосредоточены предприятия теплоэнергетики,
нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, то, естественно, территория южного
промышленного комплекса подвержена загрязнению тяжелыми металлами.
Другой центр скопления предприятий, являющихся крупными источниками техногенных
выбросов в атмосферу города, расположен на северо-западе Рязани. Здесь расположены предприятия
теплоэнергетической, машиностроительной и станкоинструментальной промышленности.
Атмосферный воздух здесь загрязняется в основном теми же соединениями, что и в юго-восточной
зоне, но в значительно меньших объемах. Суммарный индекс загрязнения атмосферного воздуха
составил 19,8.
Статистические данные ежегодных Государственных докладов о состоянии окружающей среды
отражают информацию о выбросах промышленных предприятий в атмосферу за 1994–1997 гг. и
свидетельствуют о постоянном сокращении их объемов. Результаты анализа выбросов загрязняющих
веществ в атмосферу, выполненный С.В. Гальченко, представлен на рисунке 4. Однако данный факт
обусловлен не столько проведением природоохранных мероприятий, сколько общим спадом в
экономике страны. В 1998 году на фоне незначительного экономического роста сразу же наметилась
тенденция к увеличению выбросов техногенных веществ в атмосферу.
25
100
80
60
40
20
0
1994
1995
1996
1997
1998
Рис. 4. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу г. Рязани от стационарных источников.
Наибольшее количество загрязняющих веществ поступает в атмосферу города Рязани от
предприятий теплоэнергетики, цветной металлургии, нефтеперерабатывающей и нефтехимической
промышленности.
Современный транспорт – особый источник воздействия на природу и человека . Он относится к
так называемым передвижным источникам загрязнения окружающей среды. Из всех видов транспорта в
наибольшей степени загрязняет окружающую среду автомобильный транспорт. На долю
автотранспорта в суммарном объеме техногенных выбросов г. Рязани приходится более 50 %. Кроме
того, если в условиях экономического спада наблюдается некоторое уменьшение выбросов
загрязняющих веществ от стационарных источников, то процент вклада от передвижных источников
постоянно растет (рис. 5). Это связано прежде всего с ростом количества единиц автотранспорта и
концентрацией его в городах. По данным Городского комитета по охране окружающей среды, в Рязани
количество автомашин только с 1995 по 1998 год возросло более чем в 2 раза.
26
стационарные
источникм
автотранспорт
1994
1995
1996
1997
Рис. 5. Доля выбросов загрязняющих веществ в атмосферу г.Рязани от стационарных и
передвижных источников.
Автомобильный парк в городе сильно изношен, его эксплуатация часто сопряжена с нарушениями
экологической безопасности. Появление на городских улицах старых автомобилей, в том числе и
зарубежного производства, способствует еще большему загрязнению воздушного бассейна.
Для Рязани, как и для большинства старинных русских городов, характерно слабое развитие
уличной городской сети, плохое состояние дорожного покрытия улиц, что приводит к частому
использованию режима принудительного холостого хода и малой скорости движения автотранспорта.
Известно, что при малых скоростях движения и при режиме холостого хода в атмосферу выбрасывается
гораздо больше выхлопных газов (наиболее опасным веществом в них является свинец), чем при других
режимах работы автомобильного двигателя. С 1995 г. в Рязани запрещено распространять
этилированные бензины, но на территории города могут находиться и иногородние автомашины,
которые не следуют этому запрету. Переход на использование неэтилированных бензинов не решает
полностью проблему предотвращения загрязнения городской среды высокоопасными токсикантами –
тяжелыми металлами. Исследованиями последних лет установлено, что в составе самих нефтей и
продуктов их переработки содержится более 50 ТМ. В составе бензинов и дизельного топлива
находятся такие элементы, как медь, цинк, бром, свинец, кадмий, марганец, ванадий, никель и др.
Период полувыведения тяжелых металлов из почв в среднем составляет для свинца – от 740 до 5900
лет, для кадмия – 13-100 лет, цинка – 70-510, меди – 310-1500 лет. Тяжелые металлы
автотранспортного происхождения поступают в окружающую среду не только в результате работы
собственно автотранспортных средств, но и в результате эксплуатации автодорожного покрытия.
Таким образом, г.Рязань является крупным источником ТМ, которые, включаясь в атмосферную
миграцию, становятся загрязнителями культурных ландшафтов территории области.
27
2.3.Трансформация и распределение тяжелых металлов по почвенному профилю
основных типов почв
Для решения задач мониторинга ТМ на региональном уровне важно знать особенности
геоморфологических профилей в распределении, трансформации и аккумуляции токсичных элементов.
Кроме того, необходимо уточнение природной геохимической основы концентрации ТМ в
почвообразующих породах.
Серые лесные почвы Рязанской области аккумулируют в верхних слоях цинк, марганец,
черноземы – кобальт, бор, ванадий, дерново-подзолистые (тяжелые) – медь, свинец, кадмий, молибден,
олово (табл. 7, 8, 9, 10, 11). Внутрипрофильное распределение рассматриваемых ТМ характеризуется
присутствием четко выраженных максимумов. Во всех почвах (кроме серых лесных) наблюдается
биохимическая аккумуляция меди, марганца, никеля, свинца и кобальта – первый максимум. Второй
максимум цинка, меди, свинца, кобальта, никеля – в слоях 40-60, 60-80, 80-100 см, что связано с
утяжелением механического состава и аккумуляцией металлов в иллювиальных горизонтах, то есть на
геохимическом барьере. Олово и молибден практически равномерно распределяются по почвенным
слоям профиля.
Таблица 7
Глубина, см
0-10
10-20
20-40
40-60
60-80
80-100
100-120
120-140
140-160
Zn
50,5
44,5
33,6
47,2
52,0
62,4
45,1
45,1
50,1
Распределение тяжелых металлов по профилю дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы, мг/кг
Cu
Pb
Cd
Cr
Co
B
Mn
V
Ni
42,3
24,6
0,31
100
15
33
1100
93
30
39,7
20,2
0,26
93
10
30
867
87
23
39,6
16,9
0,33
87
12
37
667
87
20
37,5
17,2
0,21
93
12
33
400
93
20
37,6
21,8
0,18
100
12
33
433
117
27
40,3
20,0
0,26
100
15
30
500
100
23
40,5
22,2
0,26
93
13
33
467
100
27
40,6
25,2
0,29
93
12
33
433
117
30
43,2
24,7
0,21
100
13
33
533
100
30
Sn
3,3
2,7
3,0
2,7
3,0
3,0
3,0
3,0
3,3
Mo
1,0
0,9
0,8
0,8
1,0
0,7
0,8
0,9
0,7
Таблица 8
Глубина, см
0-10
10-20
20-40
40-60
60-80
80-100
100-120
120-140
140-160
Zn
12,5
10,8
11,8
7,0
5,7
5,6
6,6
5,3
7,8
Распределение тяжелых металлов по профилю дерново-подзолистых песчаных и супесчаных почв, мг/кг
Cu
Pb
Cd
Cr
Co
B
Mn
V
Ni
Sn
14,5
5,7 0,07
16,7
2,3 13,3
600 20,0
6,7 1,7
14,6
7,3 0,08
20,0
2,7 12,7
500 23,3
7,7 1,9
11,0
4,2 0,07
16,7
3,0 13,3
467 26,7
8,3 20,0
15,4
4,1 0,05
20,0
2,0 9,3
233 20,0
8,3 0,7
13,8
4,1 0,03
23,3
2,0 8,7
267 23,3
18,7 0,7
15,4
4,4 0,04
21,7
2,3 11,0
267 162,7
10,0 1,3
15,7
2,1 0,05
16,7
2,7 13,3
267 23,3
13,3 1,0
13,8
2,4 0,04
10,0
2,0 8,7
200 16,7
9,3 11,3
13,9
2,3 0,04
2,0 11,7
167 26,7
9,0 1,0
Mo
0,9
1,3
0,9
0,9
0,7
0,9
0,7
0,7
0,7
30
Таблица 9
Глубина, см
0-10
10-20
20-40
40-60
60-80
80-100
100-120
120-140
140-160
Распределение тяжелых металлов по профилю серых лесных почв, мг/кг
Pb
Cd
Cr
Co
B
Mn
V
Zn
Cu
67,0
55,2
50,3
31,5
49,1
44,1
41,6
33,8
16,5
36,7
33,5
31,6
20,2
26,7
19,4
24,2
22,3
20,9
15,3
15,0
14,6
13,9
12,7
12,2
10,9
11,9
13,4
Cu
28,6
31,6
30,1
28,8
29б3
28,0
25,9
26,8
Распределение тяжелых металлов по почвенному профилю черноземов, мг/кг
Pb
Cd
Cr
Co
B
Mn
V
18,7
0,26
72 15,0
34
780
110
15,4
0,29
68 11,6
30
600
92
12,4
0,30
68 12,0
30
620
96
16,9
0,28
72 14,0
32
560
96
15,1
0,27
76 14,0
30
520
96
11,6
0,24
70 12,0
32
500
100
12,1
0,24
72 10,6
28
400
98
11,8
0,20
65 9,5
25
360
85
0,22
0,19
0,16
0,21
0,18
0,17
0,14
0,14
0,16
46,7
46,7
50,0
53,3
56,7
53,3
60,0
53,3
65,0
9,3
7,6
9,7
8,7
9,0
9,1
7,3
9,0
7,7
30
30
30
30
30
30
30
30
-
1167
1000
500
400
366
400
366
400
466
87
80
103
100
93
93
100
100
110
Ni
16,7
13,3
15,0
16,7
13,3
13,3
16,7
16,7
23,3
Sn
Mo
2,7
2,0
2,7
2,3
2,7
2,0
2,3
2,3
2,3
0,7
0,9
0,5
0,5
0,5
0,6
0,5
0,7
0,9
Таблица 10
Глубина, см
0-10
10-20
20-40
40-60
60-80
80-100
100-120
120-140
Zn
55,7
45,8
48,4
69,8
58,4
40,4
34,7
35,2
Ni
22
18
20
23
19
21
14
-
Sn
3,2
2,6
3,0
3,0
3,4
3,2
2,4
2,2
Mo
0,8
0,6
0,7
0,6
0,7
0,9
0,7
0,8
31
Таблица 11
Глубина, см
0-10
10-20
20-40
40-60
60-80
80-100
100-120
120-140
Zn
65,8
63,8
63,1
60,1
62,9
62,0
58,3
42,1
Cu
30,7
28,9
27,1
31,2
24,6
26,4
26,0
33,1
Распределение тяжелых металлов по профилю аллювиально-луговых почв почвы, мг/кг
Pb
Cd
Cr
Co
B
Mn
V
Ni
18,6
0,33
65
10
35 1100
103
20
16,8
0,28
60
12
35 1000
103
23
15,5
0,27
58
12
35 925
103
20
13,6
0,23
63
13
38 1050
117
20
14,8
0,25
70
17
38 1275
117
28
12,8
0,25
68
14
35 1200
93
26
114,8
0,17
65
15
40 550
100
24
19,9
93
10
43 567
100
23
Sn
3,5
3,5
3,0
4,8
2,8
3,0
4,8
3,3
Mo
0,70
0,63
0,68
0,65
0,78
0,75
0,80
0,90
В пойменных ландшафтах велика роль воды в процессах миграции, перераспределения и
накопления ТМ по профилю почв. Жизненно важные и токсичные элементы, не удержавшиеся в
биологическом круговороте на водоразделах, с грунтовыми и поверхностными водами поступают в
поймы, где частично закрепляются в почвах.
В аллювиальных луговых почвах наблюдается относительно равномерное распределение
цинка, кадмия, хрома, марганца в метровой толще их профиля в связи со сравнительной
однородностью гранулометрического и минералогического состава. Нарушение происходит под
влиянием биогенной аккумуляции меди, марганца, цинка, свинца, кадмия в верхней части гумусового
горизонта (табл. 11).
Подвижные формы ТМ наиболее реакционны и легкодоступны для растений. Содержание
подвижного цинка по всем почвам колебалось от 0,26 до 2,14 мг/кг. В серых лесных и дерновоподзолистых почвах подвижный цинк максимально накапливался в гумусовых слоях. В профилях
черноземов отмечалось практически равномерное распределение цинка, с некоторым увеличением в
иллювиальных горизонтах. В более гумифицированных черноземных почвах выявлено
незначительное количество подвижной меди, так как она связана здесь в основном с гуминовыми
кислотами гумуса. Относительно небольшое количество, от 0,3 до 4,3 %, марганца находится в
подвижной форме. Никель в почвах региона представлен равномерно по слоям.
Таким образом, разнообразие почвенных условий в Рязанской области предопределяет
особенности накопления в пахотном слое почвы токсических элементов из антропогенных выбросов.
Наибольшая аккумуляция ТМ происходит в условиях распространения черноземов и серых лесных
почв. Особенно это характерно для биофилов свинца, меди, марганца. В среднем приоритетный ряд
ТМ в Рязанской области выглядит следующим образом: Cu>Pb=V>Mn>Zn.
2.4. Региональные классификации загрязненности почв тяжелыми металлами
В работах различных авторов можно выделить два методических подхода к индикации
антропогенного воздействия на компоненты окружающей среды, основанных на сравнении
концентраций элементов в ландшафтах, подверженных антропогенному воздействию:
1) по отношению к кларкам почв по А.В. Виноградову;
2) по отношению к фоновым геохимическим характеристикам.
Многие исследователи считают, что второй путь наиболее точен. Известно, что состав
почвообразующих пород – главный фактор, определяющий содержание ТМ в почвах.
Большая часть черноземных, серых лесных и часть дерново-подзолистых почв Рязанского
региона, за исключением Мещерской низменности, сформирована на покровных лессовидных
глинах, суглинках и на морене в атмосферных условиях. В гидроморфных условиях образовались
аллювиальные, торфяные почвы разных подтипов. Глинистые отложения по своим химическим
свойствам близки к почвообразующим породам тяжелого гранулометрического состава. Порода,
содержащая незначительное количество главного концентратора ТМ – тонкодисперсной фракции ,
передает по наследству этот фактор почвам. Поэтому содержание элементов в почвообразующих
33
породах может рассматриваться как региональный фон ТМ. Химический состав почвообразующих
пород представлен в таблице 12.
На основе вышеприведенных результатов определения элементного состава почвообразующих
пород, на которых сформированы почвы исследуемого региона, и статистических расчетов
вариационных рядов введен региональный геохимический фон элементов-загрязнителей почвы
(табл. 13).
Таблица 13
Классификация почв по валовому содержанию элементов-загрязнителей (мг/кг)
и суммарному индексу загрязнения
Элементы
Региональный фон
Градация уровней загрязнения почв
Zn
353
1
незагрязненная
35
Cu
274
<27
27-54
54-81
81-116
116-151
Pb
120,8
<12
12-24
24-36
36-48
48-60
Cd
0,180,02
0,18-0,36
0,36-0,54
0,54-0,72
0,72-0,90
Cr
617
<61
61-122
122-183
183-244
244-305
Co
91
<9
9-18
18-27
27-36
36-45
B
271
<27
27-54
54-81
81-116
116-151
Mn
40035
400-800
800-1200
1200-1600
1600-2000
V
835
<83
83-166
166-249
249-332
332-415
Ni
202
<20
20-40
40-60
60-80
80-100
Sn
2,60,3
<2,6
2,6-5,2
5,2-7,8
7,8-10,4
10,4-13,0
Mo
0,70,07
<0,7
0,7-1,4
1,4-2,1
2,1-2,8
2,8-3,5
Zc
1
1-13
13-25
24-37
37-49
<0,18
<400
1
низкий
уровень
35-70
2
3
средний
уровень
70-105
4
повышенный уров.
105-140
высокий
уровень
145-175
5
Для оценки загрязнения разработаны группировки, согласно которым почвы, имеющие
содержание ТМ, равное или меньшее регионального, считаются незагрязненными и по предложенной
классификации относятся к первой группе. Низкий уровень загрязнения имеют почвы второй группы,
содержащие два фона, третью (уровень загрязнения – средний) – три фона и т.д.
Таблица 12
Содержание тяжелых металлов в почвообразующих породах Рязанской области, мг/кг
Элементы
Тяжелые суглинки
Покровные суглинки, глины
Древнеаллювиальные,
современные отложения
Морена
Zn
4110
Лессовидные
Карбонатные
Бескарбонатные
Глинистые
Среднее для
тяжелых пород
Песчаные
338
423
385
467
72
424
Cu
277
2710
238
238
209
1,20,3
305
Pb
164
141
81
142
133
30,7
172
Cd
0,230,08
0,290,09
0,150,02
0,220,5
0,220,7
Cr
778
8715
436
8410
777
163
748
Co
101
100
71
122
101
30,4
111
B
238
278
283
323
386
112
332
0,030,1
0,20,02
Mn
43377
43353
3332
46950
55710
22057
44742
V
12557
8026
9010
1051
1001
212
1006
Ni
177
1,237
10
276
282
111
233
Sn
2,30,8
238
2,00,6
3,10,3
3,22
1,30,4
2,30,4
Mo
0,80,1
0,90,2
0,60,1
0,80,1
0,80,1
0,70,1
0,80,1
Во время взаимодействия различных элементов также происходит наложение действия одних
элементов на действие других, при этом возможно усиление токсичности загрязнителей. Суммарное
действие 12 изучаемых элементов было классифицировано. В качестве основного критерия
экологического нормирования взят суммарный индекс загрязнения почвы ТМ (Zc).
В таблице 14 представлены результаты расчета суммарного индекса загрязнения по средним
показателям почвенного мониторинга, а в таблице 15 – по максимальным. Градации уровней
загрязнения установлены по результатам осреднения характеристик почвенных образцов с площади
более 1 км2.
В зависимости от Zc выделены следующие уровни загрязнения почвы:
1 – незагрязненная (Zc = 1);
2 – низкий уровень загрязнения (Zc = 1-13);
3 – средний (Zc = 13-25);
4 – повышенный (Zc = 25-37);
5 – высокий (Zc = 37 и более).
По результатам расчетов составлена карта-схема, дающая представление об уровнях
загрязнения территории Рязанской области. Представленное на рисунке 3 районирование суммарной
загрязненности получено по средним значениям элементов-загрязнителей. С учетом перспектив
развития региона есть все основания предполагать, что антропогенные нагрузки на агроландшафт
будут возрастать. Прогнозируемая оценка загрязнения почвы, учитывающая возрастающую
антропогенную нагрузку, уже подтверждена результатами почвенного мониторинга, так как в
настоящее время в отдельных образцах отмечены высокие концентрации загрязняющих элементов.
Представленное районирование территории Рязанской области по суммарному загрязнению
почв ТМ может быть взято за основу при разработке конкретных планов использования земельных
ресурсов, оно может послужить основой для прогнозирования качества сельскохозяйственной
продукции.
Таблица 14
Суммарные индексы загрязнения почв Рязанской области (современное состояние)
№ точки
Cu
Zn
1
1
2
3
4
26
28
27
6
23
24
5
40
8
11
7
9
59
57
69
54
76
87
32
80
57
55
75
11
53
49
64
63
148
150
17
21
59
66
74
73
39
35
38
24
100
41
84
101
Pb
4
30
27
28
10
24
34
28
33
12
15
20
13
16
15
19
15
12
19
17
18
14
15
30
29
10
21
22
16
13
85
50
76
93
80
54
54
54
51
56
54
76
73
36
46
41
100
82
67
64
86
58
58
64
75
105
36
12
20
37
36
32
29
47
16
36
29
36
16
2
3
Mo
5
6
0,8
0,9
1,3
1,3
0,7
0,5
0,9
1,8
1,3
1,9
0,6
1,8
1,1
1,2
1
675
1966
1130
525
761
400
1500
812
529
600
660
719
1060
1094
575
1373
0,9
0,7
0,6
0,9
0,9
0,8
0,6
0,6
0,9
0,9
0,6
5
0,8
850
400
472
1100
850
665
1998
1893
953
1300
496
856
1060
Содержание в почве, мг/кг
Mn
B
Co
6
7
8
48
11
42
12
45
6
18
2,4
28
6,8
22
13
90
8
37
10
16
6,7
24
4,5
26
6
21
2,3
35
11
31
6
29
8
30
10
48
22
30
30
35
43
22
22
35
37
39
39
37
11
9
9
10
18
12
9
9
11
9
9
16
10
Zc
Cr
9
70
82
55
115
119
84
117
100
121
100
114
13
38
50
379
61
Ni
10
34
31
12
10
17
34
65
18
21
20
20
7
20
27
22
7
V
11
275
220
200
40
143
83
80
267
147
138
162
51
153
44
124
133
Sn
12
6,2
7,4
5,4
2,6
5,7
2,6
2
5
5
5
4,2
2,6
3,1
2,6
4,1
4,1
13
21,1
16,3
11,0
1,5
9,0
7,4
11,9
11,5
6,3
5,4
8,1
1,7
8,8
4,3
12
8,3
75
61
46
43
70
29
61
61
31
22
51
68
47
30
20
27
27
25
28
39
37
21
20
29
27
14
238
83
133
130
281
178
83
83
150
128
107
270
130
3,6
2,6
2,2
3,4
4
4,7
35
35
3
3,6
3,3
6,6
4,8
10,9
2,1
4,6
10,8
12,6
8,5
21,5
23,2
5,8
8,2
5,9
19
8,5
37
25
39
41
42
81
41
31
40
46
48
42
53
42
22
8,6
9,3
0,9
1
0,7
0,7
754
984
400
400
45
32
22
22
14
13
9
9
76
97
61
61
24
27
20
20
280
90
83
83
4,2
3
2,6
2,6
12
6,6
1,0
1,7
Таблица 15
Суммарные индексы загрязнения почв Рязанской области (прогнозируемое состояние)
Содержание в почве, мг/кг
№
точки
Cu
300
300
300
30
150
150
80
80
50
50
60
100
200
60
200
Pb
4
50
50
50
20
50
57
45
40
20
20
30
30
20
30
50
Mo
5
10
1,5
1
3
3
0,7
0,5
1
2
2
4
2
2,5
1,5
3
70
104
16
100
50
40
1
1
2
3
4
26
28
27
6
23
24
5
40
8
11
7
100
100
100
80
100
120
50
88
60
80
100
80
60
60
100
9
12
Zn
2
3
Mn
6
1200
2000
2000
600
1500
400
1600
840
800
800
1500
2000
3000
3000
1000
B
7
50
50
50
24
38
22
32
40
20
30
50
80
40
40
40
Co
8
20
20
10
3
20
15
10
14
8
6
30
10
25
15
15
1,1
1610
32
4,5
1000
50
Zc
Cr
9
150
150
80
150
200
100
250
115
200
112
150
50
50
80
100
Ni
10
50
50
20
20
40
40
72
20
30
22
30
50
30
30
40
V
11
300
300
210
60
300
83
88
300
300
200
300
100
200
150
300
Sn
12
10
10
6
3
8
2,6
2,5
6
10
6
8
2,6
4
5
15
13
40,6
30,4
23,4
8,0
26,1
13,7
13,2
14,5
14,2
10,5
23,6
16,4
21,5
16,1
41,6
12
61
17
160
6,7
11,6
15
100
30
300
4
19,6
0
38
1
19
17
18
14
15
30
29
10
21
22
16
13
50
80
100
100
60
60
60
60
60
60
100
100
19
50
100
100
80
100
100
80
80
100
100
200
4
12
30
50
50
40
30
50
20
40
30
50
30
5
0,7
1
1
1
1
0,7
0,7
1,5
4,5
0,6
2
2
400
600
1500
1000
1500
2660
2170
1500
2000
500
1500
1500
7
22
40
30
40
50
22
22
40
40
60
50
50
8
9
10
10
20
15
9
9
15
10
10
20
15
9
61
50
50
80
550
61
61
50
60
300
150
60
10
20
30
30
30
40
40
40
30
24
30
30
30
Продолжение таблицы 15
11
12 13
150
2,6 3,0
150
3
8,0
400
4
17,0
200
6
16,2
83
5
12,7
83
37 25,4
200
37 27,3
150
3
10,8
150
5
18,1
400
4
16,3
300
15 25,1
300
6
20,8
25
39
41
42
100
60
31
40
60
60
42
53
60
30
8,6
9,3
1,5
1
0,7
0,7
1000
1500
400
400
50
40
22
22
30
15
9
9
100
100
61
61
40
30
20
20
300
100
83
83
2
3
6
6
4
2,6
2,6
20,2
10,9
1,0
1,7
.
2.5. Загрязнение тяжелыми металлами почв Республики Беларусь
Загрязнение окружающей среды в республике вызывает особое беспокойство ее жителей,
усилившееся после сообщений из Японии о заболеваниях минамата и итай-итай. Первое из них
было вызвано употреблением в пищу отравленной ртутью рыбы. Наиболее тяжелые случаи
заболевания заканчивались параличом, слепотой, расстройством психики и речи. Не менее опасна и
вторая болезнь, вызываемая отравлением кадмием и проявляющаяся страшной болью в суставах, что
и определило ее название.
В связи с увеличивающимся загрязнением биосферы особый интерес и важное практическое
значение имеет, с одной стороны, познание механизмов и закономерностей поведения и
распределения ТМ в окружающей среде, с другой – тот факт, что свыше 90% всех болезней человека
прямо или косвенно связаны с состоянием окружающей среды, которая является либо причиной
возникновения заболеваний, либо способствует их развитию. ТМ вызывают сердечно-сосудистые
расстройства, тяжелые формы аллергии, обладают эмбриотропным и канцерогенными свойствами.
Они являются генетическими ядами, поскольку аккумулируются в организме с отдаленным
эффектом действия, проявляющимся в наследственных заболеваниях, умственных расстройствах и
т.д.
Несбалансированность микроэлементного состава кормов и пищевых продуктов приводит к
нарушению минерального обмена, что является причиной и механизмом возникновения многих
заболеваний, в том числе сердечно-сосудистых, онкологических и других. Например, первичный
дефицит меди, а также неблагоприятное соотношение этого элемента с цинком приводит к
биохимическим сдвигам, которые можно рассматривать в качестве факторов риска ишемической
болезни сердца. Имеющиеся данные указывают на то, что необходимо обратить внимание на
нормирование питания человека в отношении цинка, меди и селена. Систематическое потребление
этих микроэлементов с пищей и лекарственными препаратами в будущем станет одним из путей
профилактики ишемической болезни сердца и атеросклероза.
Интересен опыт Финляндии по улучшению качества продуктов питания. Анализ
сельскохозяйственной продукции в масштабах этой страны показал, что содержание в ней селена
в несколько раз меньше, чем в аналогичной продукции, производимой в других странах.
Следствием этого стало широкое распространение среди населения некоторых заболеваний
кровеносной системы, сердца и др. В Финляндии с 1984 г. стали добавлять по 6–16 мг селена на 1 кг
минеральных удобрений, что позволило увеличить его содержание в продуктах питания до
расчетного уровня и снизить заболеваемость населения.
Основными источниками загрязнения почв ТМ являются выбросы в атмосферу загрязняющих
веществ автотранспортом, объектами энергетики и промышленными предприятиями. В 1997 г. в
Беларуси было выброшено в атмосферу 2078,3 тыс. т загрязняющих веществ, из которых 1654,8 тыс.
т, или 79,6%, – автотранспортом (В.Ф. Логинов и др., 1997). Ежегодно в городах Беларуси на
40
очистных сооружениях образуется более 5 млн. м3 осадка, и его количество с каждым годом
возрастает.
Мощный источник атмосферного загрязнения – тепловые электростанции (27% всех выбросов
в атмосферу) и предприятия по добыче и изготовлению строительных материалов (8,1%). От 10 до
30% поступивших в атмосферу тяжелых металлов оседает в радиусе 10 км от промышленного
предприятия. В Беларуси в атмосферу ежегодно выбрасывается 400 т никеля, 290 – мышьяка, 230 –
урана, 174 – кобальта, 58 т свинца.
На концентрацию загрязняющих веществ в экосистеме республики определенное влияние
оказывают периодические их переносы воздушными массами с запада.
Крупномасштабного картирования с учетом содержания кадмия, свинца, хрома, никеля и
других токсичных элементов в почвах сельскохозяйственных угодий не проводилось. Однако
выборочные исследования вблизи крупных городов показали появление очагов загрязнения почв
тяжелыми металлами.
Основным элементом-загрязнителем пригородных почв является свинец. Повышенное его
содержание наблюдается в пригородных зонах Минска, Гомеля, Могилева. Загрязнение почв
свинцом на уровне ПДК (32 мг/кг) и выше отмечено локально, небольшими участками, по
направлению господствующих ветров. На отдельных полях Минской овощной фабрики, где на
протяжении ряда лет применялись в качестве удобрений твердые бытовые отходы, содержание
свинца достигает 40-57 мг/кг почвы. На этих же полях содержание подвижных форм цинка и меди в
почве составляет соответственно 65 и 15 мг/кг при предельном уровне для цинка 23 мг/кг и меди 5
мг/кг [20].
Вдоль автомагистралей почва сильно загрязнена свинцом и в меньшей степени кадмием.
Загрязнение почв придорожных полос автомобильных дорог межгосударственного (Брест - Москва,
Санкт-Петербург - Одесса), республиканского (Минск - Слуцк, Минск - Логойск) и местного
(Заславль - Дзержинск, Жабинка - Б. Мотыкалы) значения наблюдается на расстоянии до 25-50 м от
полотна дороги в зависимости от рельефа местности и наличия лесозащитных полос. Максимальное
содержание свинца в почве отмечено на расстоянии 5-10 м от автотрассы. Оно выше фонового
значения в среднем в 2-2,3 раза, но несколько ниже или близко к ПДК [230].
Содержание кадмия в почвах Беларуси находится на уровне фона (до 0,5 мг/кг). Превышение
фона до 2,5 раза отмечено локально на расстоянии до 3-5 км от крупных городов и достигает 1,0-1,2
мг почвы при ПДК 3 мг/кг для стран Западной Европы (ПДК кадмия для почв Беларуси не
разработана). Площадь почв в Беларуси, загрязненных от различных источников свинцом в
настоящее время ориентировочно составляет 100 тыс. га, кадмием – 45 тыс. га [20].
В настоящее время производится агрохимическое картирование на содержание меди и цинка в
почвах Беларуси, и уже установлено, что в республике 260,3 тыс. га сельскохозяйственных земель
загрязнены медью и 179,3 тыс. га – цинком (табл.16).
41
Таблица 16
Сельскохозяйственные земли Беларуси, загрязненные медью, тыс. га [19]
Области
Брестская
Витебская
Гомельская
Гродненская
Минская
Могилевская
Всего по Беларуси
Всего загрязнено
85,2
15,9
60,8
43,9
37,0
17,5
260,3
В том числе по содержанию Сu, мг/кг
5,1-7,0
7,1-15,0
15,1-30,0
более 30
59,8
25,3
0,1
11,7
3,9
0,2
0,1
38,3
20,1
2,4
26,3
16,0
1,4
0,2
22,6
13,3
1,1
10,4
7,1
169,1
85,7
5,2
0,3
Среднее содержание подвижной меди в почвах пашни невелико и составляет 2,1 мг/кг,
улучшенных сенокосных и пастбищных земель – 2,4 мг/кг. В целом по республике 34% пахотных и
36% сенокосных и пастбищных земель имеют очень низкую обеспеченность медью (менее 1,5 мг/кг)
и остро нуждаются в применении медьсодержащих удобрений. На почвах с избыточным
содержанием меди (3,3% сельскохозяйственных земель) использование любых форм удобрений,
содержащих медь, должно быть исключено.
В Беларуси выявлено 179 тыс. га сельскохозяйственных земель с избыточным содержанием
цинка, в том числе в опасной степени загрязнено этим элементом (более 16 мг/кг почвы) 39 тыс. га,
или 0,5%, главным образом в Гомельской, Минской и Могилевской областях (табл.17). Тем не менее
большая часть сельскохозяйственных земель (55% пахотных и 52% улучшенных сенокосов и
пастбищ) слабо обеспечены цинком (менее 3,0 мг/кг почвы).
Таблица 17
Сельскохозяйственные земли Беларуси, загрязненные цинком, тыс. га
Области
Всего загрязнено
В том числе по содержанию Zn, мг/кг
10,1-16,0
16,1-30,0
30,1-50,0
более 50
Брестская
35,1
34,4
0,7
Витебская
3,5
2,9
0,5
0,1
Гомельская
44,9
33,9
10,4
1,3
0,2
Гродненская
24,4
20,0
4,0
0,4
Минская
45,5
34,9
8,9
1,2
0,5
Могилевская
25,9
14,8
10,9
0,2
Всего по Беларуси
179,3
140,0
35,4
3,2
0,7
Тяжелые металлы в минеральных удобрениях являются естественными примесями,
содержащимися в агрорудах, поэтому их количество в минеральных удобрениях зависит от
исходного сырья и технологии переработки. Из химических элементов, содержащихся в фосфорных
удобрениях, наиболее опасен кадмий, который является составной частью фосфатной руды. В
зависимости от геологического происхождения и географического распространения фосфатные
руды содержат разное количество кадмия, который переходит в удобрения, изготавливаемые из
концентратов этих руд. В фосфатном сырье из России, которое используется в Беларуси, содержание
кадмия минимально, оно значительно ниже, чем в фосфоритах Марокко, США и тем более в
фосфатном сырье из Сенегала (табл.18).
42
Таблица 18
Среднее содержание кадмия в фосфатном сырье разных стран
Страны
Р2О5, мг/кг
Cd, мг/кг
США
32,5
8
Марокко
31,7
22
Россия
39,4
1
Сенегал
33,0
75
Южная Африка
36,5
3
Сирия
30,6
8
Содержание примесей в фосфорсодержащих удобрениях, производимых в странах СНГ,
приведено в таблице 19.
Таблица 19
Содержание примесей в фосфорсодержащих удобрениях, мг/кг
[156]
Завод, производящий
удобрения
Mn
Fe
Ni
Co
Cu
Zn
Pb
Аммофос
Воскресенский
250
3000
5,0
8,0
9,0
13,0
5,0
Кингисеппский
150
2500
7,5
9,8
28,0
38,0
5,5
Уваровский
250
5500
5,0
12,5
46,0
90,0
5,0
Череповецкий
204
5200
13,7
12,5
75,0
135,0
5,0
Нитроаммофоска
Череповецкий
105
2500
11,0
10,0
15,0
36,0
10,0
Нововоскресенский
102
900
1,6
7,5
4,0
6,0
7,5
Cd
0,06
0,65
1,0
1,3
0,1
0,03
Минимальное содержание кадмия отмечено в аммофосе, произведенном Воскресенским
заводом, а максимальное – Череповецким. Однако оно во всех удобрениях незначительно и не
представляет опасности с точки зрения загрязнения окружающей среды.
Исследования А.А. Поповой по определению валового содержания тяжелых металлов в
минеральных, органических и известковых удобрениях показали, что в аммиачной селитре в
незначительных количествах содержится кадмий, медь, в несколько больших – цинк и свинец (табл.
20).
Таблица 20
Среднее содержание тяжелых металлов в минеральных удобрениях, г/т д.в. [156]
Удобрения
Cu
Zn
Cd
Pb
Ni
Cr
Азотные
51
63
1,23
21
6,8
0,38
Фосфорные
122
164
3,6
34
92
121
Калийные
0,4
20
1,05
28
9,1
0,89
Все минеральные
59
77
1,62
26
30
33
Более высокое содержание кадмия в фосфорных удобрениях и хлористом калии, цинка – в
навозе. Потенциальными загрязнителями окружающей среды считаются удобрения, содержащие
более 8 мг/кг кадмия. Кадмий в фосфорных удобрениях, которые производятся в странах СНГ,
содержится в незначительных количествах и не представляет опасности для окружающей среды.
Высокая концентрация кадмия отмечена в суперфосфате, произведенном в США (50-100 мг/кг) [62].
Среднее содержание тяжелых металлов в минеральных удобрениях приведено в таблице 21.
43
Таблица 21
Содержание тяжелых металлов в удобрениях и извести
( Н.А. Черных, В.Ф. Ладонин, 1995)
Удобрения
Cd
Pb
Zn
Cu
Ni
Двойной суперфосфат
3,70
39,0
48,0
14,4
29,0
Фосфоритная мука
5,40
16,0
183,0
27,0
Хлористый калий
3,90
14,0
11,0
3,6
21,0
Мочевина
1,3
6,0
0,8
Аммиачная селитра
0,20
18,0
7,1
1,0
8,0
Известковая мука
0,18
28,0
22,0
6,3
24,0
Навоз
0,20
4,0
112,0
22,0
7,2
Как показали исследования ВИУА, кафедры агрохимии БГСХА, НИГПИПА, других научноисследовательских учреждений, количество ТМ, поступающих в почву с минеральными и
органическими удобрениями, заметно не меняет природных уровней содержания тяжелых металлов в
почвах и не представляет опасности с точки зрения загрязнения. Экологически опасными могут быть
фосфорные удобрения, полученные из сырья африканских стран (Марокко, Сенегала и др.), а также
из фосфоритов США. Серьезного внимания заслуживают сточные воды, компосты из твердых
бытовых отходов, отличающиеся повышенным содержанием ТМ. Так, в осадках сточных вод
Могилева содержалось (в мг/кг сухого вещества): цинка – 300-1400, меди – 89-309, хрома – 142-264.
никеля – 89-100, марганца – 640-961, свинца – 14-71, кобальта – 80-114, кадмия – 5-9. Присутствие
ТМ в осадках сточных вод является главным препятствием их широкого использования в качестве
удобрений.
Вокруг промышленных предприятий накапливается большое количество отходов различного
происхождения, которые занимают не только значительные площади, выводя их из хозяйственного
использования, но и загрязняют окружающую среду вредными веществами. Одно из направлений
утилизации отходов – использование их в качестве нетрадиционных органических удобрений (НОУ),
к которым относят твердые бытовые отходы (ТБО), осадок сточных вод (ОСВ), активный ил, кору и
опилки, лигнин, сапропель, вермикомпост, гуматы. Наличие тяжелых металлов в составе НОУ при
отсутствии контроля за их содержанием и при избыточном внесении в почву может привести к ее
загрязнению. Основное достоинство нетрадиционных органических удобрений – наличие в их
составе органического вещества, которое, в свою очередь, является активным сорбентом ТМ.
Связывая их, органическое вещество препятствует миграции тяжелых металлов с почвенногрунтовыми водами, снижает уровень их биологического поглощения и тем самым способствует
получено продукции высокого качества. Это необходимо учитывать при разработке экологических
нормативов на производство и применение нетрадиционных органических удобрений. При
использовании отходов в качестве удобрений, кроме прочих ограничений, они регламентируются по
содержанию ТМ. Содержание кадмия в них не должно превышать 20 мг/кг, хрома и свинца – 750,
ртути – 16, никеля – 300, цинка – 2500, меди –1000 мг/кг [224].
Предельно допустимые уровни содержания тяжелых металлов в сточных водах и предельно
допустимые уровни внесения ТМ в почву с осадками сточных вод приведены в таблицах 22, 23.
44
Таблица 22
Предельно допустимые уровни содержания тяжелых металлов в сточных водах [224]
Тяжелые металлы
ПДУ, мг/л
Кадмий
0,01
Медь
0,20
Никель
0,20
Свинец
5,0
Хром
0,1
Цинк
2,0
Поступление большого количества ТМ в почву с осадками сточных вод (ОСВ) имеет свои
специфические особенности. Высокое содержание органического вещества способствует
образованию металлорганических соединений различной природы, что изменяет растворимость
тяжелых металлов в почве и их доступность растениям. Кроме того, металлорганические
соединения тяжелых металлов легче включаются в пищевые цепи, чем их неорганические
соединения, и поэтому являются наиболее опасными формами ТМ. Образование растворимых
органических комплексов соединений тяжелых металлов ведет к снижению их адсорбции в почве. В
связи с этим, регламентируются уровни внесения ТМ в почву с осадками сточных вод (табл. 23).
Таблица 23
Предельно допустимые уровни (ПДУ) внесения ТМ в почву с осадками сточных водах [224]
Тяжелые металлы
ПДУ, мг/л
Марганец
13
Медь
2
Никель
1
Свинец
0,5
Цинк
9
Хром
5
В Беларуси разработана группировка почв по содержанию подвижных форм меди, цинка
кадмия и свинца (табл. 24).
Таблица 24
Градация дерново-подзолистых суглинистых почв по содержанию
и степени загрязнения валовых и подвижных форм (в 1М НС1) тяжелых металлов
Уровни
содержания ТМ
в почве
кадмий
Фоновый
Повышенный
Высокий
Избыточный
менее 0,12
0,13-0,40
0,41-0,60
более 0,60
Фоновый
Повышенный
Высокий
Избыточный
менее 0,04
0,05-0,25
0,25-0,40
более 0,40
Содержание, мг/кг почвы
свинец
цинк
Валовые формы
Менее 15,0
15,0-30,0
30,1-60,0
Более 60,0
Подвижные формы
менее 5,0
5,1-15,0
15,1-25,0
Более 25,0
медь
менее 40,0
40,1-60,0
60,1-80,0
более 80,0
менее 12,0
12,1-50,0
50,1-90,0
более 90,0
менее 3,0
3,1-5,0
5,1-10,0
более 10,0
менее 1,5
1,6-3,0
3,1-5,0
более 5,0
45
Установить пределы безопасного содержания того или иного элемента в почве сложно.
Уровень токсичности элементов зависит от гранулометрического состава почвы, ее кислотности,
содержания гумуса, вида растений и т.д. Если культура снижает урожайность из-за присутствия в
почве того или иного металла на 5-10%, то уровень его содержания в почве считается токсичным.
В ряде случаев на почвах, загрязненных ТМ, урожайность зерновых снижалась на 20-30%,
сахарной свеклы – на 35, бобовых – 40, картофеля – на 47%. По данным Н.А. Черных, В.Ф. Ладонина
(1995), гибель зерновых культур наблюдается при содержании кадмия 20 мг/кг, цинка – 500, свинца –
500, меди – 350 мг/кг почвы.
На кафедре агрохимии Белорусской государственной сельскохозяйственной академии для
изучения влияния различных уровней загрязнения дерново-подзолистых легкосуглинистых почв
свинцом, медью, цинком, кадмием на урожайность яровой пшеницы, яровой тритикале, картофеля,
горохо-овсяной смеси, их накопление в зерне, соломе, клубнях, ботве, зеленой массе, а также для
разработки мероприятий по снижению поступления тяжелых металлов в растения был заложен
опыт с искусственно смоделированными уровнями загрязнения почвы ТМ.
При сильном загрязнении почвы медью урожайность однолетних трав снижалась на 20%,
яровой пшеницы на 26%, яровой тритикале на 18% и картофеля на 69%. Таким образом, при
сильном загрязнении почвы медью наиболее сильно снижалась урожайность картофеля (табл. 25,
26).
Цинк был менее токсичным для изучаемых сельскохозяйственных культур, чем медь. При
сильном загрязнении почвы цинком урожайность однолетних трав снижалась на 24%, яровой
пшеницы на 17%, яровой тритикале на 16% и картофеля на 15%. В то же время цинк более активно
поступал в растения. Установлены следующие ряды по накоплению меди и цинка изучаемыми
культурами с учетом МДУ:
для меди: горохо-овсяная смесь < яровая пшеница < картофель < яровая тритикале;
для цинка: картофель< яровая пшеница < яровая тритикале < горохо-овсяная смесь.
Таблица 25
Влияние уровней загрязнения почвы медью на урожайность культур
и накопление меди в растениеводческой продукции
Уровни
содержания
подвижного Сu,
мг/кг почвы
Горохо-овсяная
смесь
(среднее за 1996 –
1997 гг.)
Урожай,
з/м, кг/м2
1. 1,4 (фон)
2. 9,2
3. 26,1
4. 32,1
5. 103,2
6.137,8
7.78,3 (СаСО3)
4,93
4,92
4,62
4,35
4,14
3,95
4,55
Яровая пшеница
(среднее за 1996 –
1998 гг.)
Содержа- Урожай,
ние Сu в з/м, г/м2
з/м, мг/кг
3,8
4,0
5,3
5,9
8,5
9,2
6,14
316
327
362
312
296
234
244
Яровая тритикале
(среднее за 1998 –
2000 гг.)
Содержа- Урожай,
ние Сu в з/м ,г/м2
з/м, мг/кг
3,4
3,8
4,6
5,1
5,5
6,0
5,4
406
420
441
390
375
335
386
Картофель
(среднее за 1999 –
2000 гг.)
Содержа- Урожай,
ние Сu в з/м,кг/м2
з/м, мг/кг
3,47
4,5
5,0
6,2
6,7
7,1
6,7
2,46
3,01
3,10
2,98
2,74
5,24
2,72
Содержание Сu в
з/м, мг/кг
3,4
3,9
4,8
7,3
8,1
5,8
4,6
46
8.39,8 (2 СаСО3)
4,78
6,06
287
5,0
411
6,0
2,93
9.50,7 (Навоз 50 4,30
6,53
240
5,0
381
6,2
2,96
т/га)
10.40,7 (Навоз 50 4,30
5,71
261
4,6
386
5,9
3,30
т/га +СаСО3 )
11.50,9 (Биогумус 4,04
7,09
248
4,8
379
6,2
2,91
5 т/га)
ОДК и МДУ
30
10
10
Известкование в двойной дозе на гидролитической кислотности снижало токсическое
6,3
5,1
4,5
5,6
18
действие на растения однолетних трав и яровой тритикале сильного загрязнения почвы медью, и их
урожайность в этом варианте не отличалась от фоновой. Наиболее эффективным приемом,
устранявшим отрицательное действие на урожайность клубней картофеля сильного загрязнения
почвы медью, было сочетание известкования с внесением 50 т/га навоза.
С увеличением уровня загрязнения почвы медью накопление ее в зеленой массе горохоовсяной смеси, зерне яровой пшеницы и яровой тритикале, клубнях картофеля возрастало, но его
содержание не выходило за пределы допустимого (ОДК и МДУ).
Следовательно, горохо-овсяная смесь, яровая пшеница, яровая тритикале и картофель являются
культурами, которые накапливают мало меди в товарной части урожая и их можно возделывать
даже на сильно загрязненных этим металлом почвах.
Цинк хотя и был менее токсичным для изучаемых культур, но на сильно загрязненных
почвах его накопление в продукции значительно превышало ОДК и МДУ. На загрязненных цинком
дерново-подзолистых легкосуглинистых почвах получение зеленой массы горохо-овсяной смеси и
зерна яровой пшеницы с допустимым содержанием этого тяжелого металла было возможным при
сочетании известкования с внесением 50 т/га навоза. Для картофеля эффективными приемами,
позволяющими получить клубни с допустимым уровнем содержания цинка, было внесение 50 т/га
навоза, известкование по гидролитической кислотности в одинарной или двойной дозе, а также
применение 5 т/га биогумуса. Ни один из названных приемов не позволил получить зерно
яровой тритикале с допустимым уровнем содержания в зерне цинка, поэтому такую культуру не
следует выращивать на сильно загрязненных цинком почвах.
Таблица 26
Влияние уровней загрязнения почвы цинком на урожайность культур
и его накопление в растениеводческой продукции
Уровни
содержания
подвижного Zn,
мг/кг, почвы
Горохо-овсяная
смесь
(среднее за 1996 –
1997 гг.)
Урожай,
з/м, кг/м2
1. 5,2 (фон)
2. 9,4
3. 37,2
4. 79,0
5. 119,3
5,04
5,06
5,07
5,05
4,53
Яровая пшеница
(среднее за 1996 –
1998 гг.)
Содержа- Урожай,
ние Zn, в з/м кг/м2
з/м, мг/кг
16,5
38,8
48,1
69,5
81,4
320
332
316
300
304
Яровая тритикале
(среднее за 1998 –
2000 гг.)
Содержа- Урожай,
ние Zn, в з/м кг/м2
з/м, мг/кг
5,6
7,9
24,0
27,9
47,6
404
416
430
384
352
Картофель
(среднее за 1999 –
2000 гг.)
Содержа- Урожай,
ние Zn, в з/м кг/м2
з/м, мг/кг
12,0
23,1
45,7
62,6
68,0
3,0
3,1
2,9
2,8
2,7
Содержание Zn в
з/м, мг/кг
9,1
15,4
19,8
23,6
27,9
47
6. 291,9
3,84
113,5
268
63,5
339
87,2
2,6
41,5
7. 226,7(СаСО3)
4,76
69,1
309
54,6
384
62,2
2,7
22,8
8.128,4(2 СаСО3)
5,05
61,2
345
43,0
435
60,6
2,0
20,7
9.286,9 (Навоз 50 4,12
51,4
296
59,5
415
64,8
2,9
22,8
т/га)
10.267,2 (Навоз 50 4,21
39,6
314
43,2
432
58,9
3,3
21,2
т/га +СаСО3 )
11.280,3
4,35
52,8
297
59,6
409
62,6
2,9
22,6
(Биогумус 5 т/га)
ОДК и МДУ
50,0
50,0
50,0
36,0
Наиболее существенное влияние на снижение подвижности меди и цинка в почве оказало
известкование в двойной дозе по гидролитической кислотности (табл. 26).
На почвах с сильным загрязнением почвы свинцом урожайность зерна яровой пшеницы
снижалась на 23% и клубней картофеля на 17% (табл. 27).
Таблица 27
Влияние уровней загрязнения почвы свинцом на урожайность культур
и накопление в растениеводческой продукции
Содержание подвижного свинца
Яровая пшеница
Картофель
в почве, мг/кг
(среднее за 1996–1998 гг.)
(среднее за 1998 – 2000 гг.)
урожайность
содержание Pb в
урожайность
содержание Pb в
зерна, г/м2
зерне, мг/кг
клубней, кг/м2
зерне, мг/кг
1. 1,5(фон)
317
0,18
2,98
1,55
2. 18,5
322
0,19
2,87
26,15
3. 43,3
310
0,28
2,80
39,96
4. 105,9
264
0,37
2,72
104,42
5. 108,4
260
0,50
2,16
151,19
6. 196,7
244
0,55
2,47
193,07
7. 136,1(СаСО3)
281
0,37
2,70
160,76
8.71,9(2 СаСО3)
300
0,23
2,94
129,77
9.117,5 (Навоз 50 т/га)*
251
0,39
3,40
116,52
10.78,0 (Навоз 50 т/га +СаСО3 )
264
0,37
3,26
124,25
11.146,0 (Биогумус 5 т/га)*
269
0,44
3,38
115,81
МДУ
0,5
0,5
Примечание.* Под картофель в 9-м варианте вместо навоза применялось 60 т/га мелиоранта, а в 11-м
вместо биогумуса – 60 т/га торфа.
Наиболее эффективным приемом смягчения отрицательного влияния сильного загрязнения
почвы свинцом на урожайность картофеля было известкование в двойной дозе по гидролитической
кислотности.
Отрицательное влияние сильного загрязнения почвы свинцом на урожайность клубней
полностью устранялось внесением 50 т/га навоза, 60 т/га мелиоранта (органогенный
48
композиционный материал, разработанный Белорусским институтом проблем использования
природных ресурсов и экологии) и 60 т/га торфа (табл. 27).
На почве, сильно загрязненной свинцом, его содержание в зерне превышало допустимые
пределы. Известкование в одинарной и двойной дозе по гидролитической кислотности, внесение
50 т/га навоза, 5 т/га биогумуса и сочетание известкования с внесением 50 т/га навоза давали
возможность получать зерно пшеницы с допустимым содержанием свинца даже при очень сильном
уровне загрязнения почвы этим элементом (табл. 27).
На почвах, сильно загрязненных кадмием, урожайность зерна яровой пшеницы снижалась на
33%, яровой тритикале – на 18% и клубней картофеля на 21% (табл. 28).
Таблица 28
Влияние загрязнения почвы кадмием на урожайность культур и его накопление
в растениеводческой продукции
Содержание подвижного Cd,
мг/кг почвы
Яровая пшеница
Яровая тритикале
Картофель
(среднее за 1996 – (среднее за 1998 –
(среднее за 1999 –
1998 гг.)
2000 гг.)
2000 гг.)
Урожай, Содержан Урожай, Содержан Урожай, Содержан
зерна, г/м2 ие Cd, г/кг зерна г/м2 ие Cd, г/кг клубней ие
Cd,
кг/м2
мг/кг
1. 0,23
350
0,150
401
0,173
2,96
0,029
2. 1,03
334
0,208
392
0,228
2,90
0,302
3. 1,83
320
0,267
384
0,278
2,81
0,556
4. 2,05
311
0,379
358
0,339
2,69
0,854
5. 3,82
274
0,606
350
0,477
2,56
1,025
6.5,39
236
0,829
330
0,582
2,36
1,666
7.4,90 (СаСО3)
287
0,673
368
0,503
0,63
0,989
8.4,60 (2 СаСО3)
312
0,651
400
0,436
2,90
0,622
9.4,74 (Навоз 50 т/га)*
293
0,705
382
0,495
3,33
0,550
10.4,33 (Навоз 50 т/га +СаСО3 )
326
0,633
393
0,419
3,19
0,569
11.4,83 (Биогумус 5 т/га)*
308
0,669
385
0,427
3,31
0,562
ОДК и МДУ
0,1
0,1
0,1
Применение. * Под картофель в 9-м варианте вместо навоза применялось 60 т/га
мелиоранта, а в 11-м вместо биогумуса – 60 т/га торфа.
Наиболее эффективным приемом снижения отрицательного влияния на урожайность зерна
яровой пшеницы и яровой тритикале сильного загрязнения почвы кадмием было известкование в
сочетании с внесением 50 т/га навоза. Полностью устраняло отрицательное влияние на урожайность
клубней сильного загрязнения кадмием применение 60 т/га мелиоранта, сочетание известкования с
внесением 50 т/га навоза и 60 т/га торфа.
Кадмий наиболее активно поступал в растениеводческую продукцию, и ни один из
изучаемых приемов на яровой пшенице и яровой тритикале, а также картофеле не дал возможности
получить зерно и клубни с допустимым содержанием кадмия.
Наиболее сильно снижалось накопление кадмия в зерне яровой пшеницы и яровой тритикале
при сочетании известкования с внесением 50 т/га навоза, а в клубнях картофеля – при использовании
49
60 т/га мелиоранта. Эти приемы оказали и самое сильное действие на снижение подвижности
кадмия в почве (табл. 28).
Оценка уровней безопасного загрязнения почв ТМ проводится исходя из недопустимости
превышения порога адаптационной возможности наиболее чувствительных групп населения (детей)
и экологической адаптационной способности почв. Тяжелые металлы, поступающие в организм
человека из почвы через сельскохозяйственную продукцию, не должны вызывать функциональных,
биологических и структурных изменений в организме, опасных для здоровья человека и его
потомства. Допустимые уровни загрязнения почвы ТМ не должны приводить к нарушению времени
и скорости самоочищающей способности почв. Предельно допустимые уровни содержания ТМ в
основных пищевых продуктах приведены в таблице 29.
С целью предотвращения избыточного поступления тяжелых металлов в организм человека
регламентировано их содержание в продуктах (табл. 29) и в кормах (табл. 30).
Таблица 29
Санитарно-гигиенические нормативы Беларуси максимально допустимого уровня содержания
(МДУ) ТМ в продуктах питания
Продукты
Кадмий
Медь
Свинец
Цинк
Зерно, крупа
0.1 (0.03)
10.0
0.5 (0.3)
50.0
Мука
0.1 (0.03)
10.0
0.5 (0.3)
50.0
Крахмал
0.1
10.0
0.5
30.0
Бараночные и сухарные изделия
0.1
10.0
0.5
30.0
Конфеты
0.1
15.0
1.0
30.0
Сахар
0.05
1.0
1.0
3.0
Хлеб
0.05
5.0
0.3
2.5
Соль
0.1
3.0
2.0
10.0
Молоко, кисломолочные продукты
0.03 (0.02)
1.0
0.1 (0.05)
5.0
Молоко сгущенное
0.1
3.0
0.3
15.0
Масло сливочное, жиры животные
0.03
0.5
0.1
5.0
Маргарины
0.05
1.0
0.1
10.0
Масло растительное
0.05
0.5
0.1
5.0
Сыр, творог
0.2
4.0
0.3
50.0
Овощи и картофель
0.03
5.0
0.3
50.0
Консервы овощные
0.03
5.0
0.5**
10.0
Фрукты и виноград
0.03
5.0
0.4
10.0
Консервы фруктовые и ягодные
0.03
5.0
0.4
10.0
Ягоды
0.03
5.0
0.4
10.0
Грибы
0.1
10.0
0.5
20.0
Орехи
0.1
15.0
0.5
100
Специи и пряности
0.2
5.0
Чай
1.0
100.0
10.0
Мясо и птица
0.05
5.0
0.5
70.0
Колбасы
0.05 (0.03)
0.5 (0.3)
70 (50)
Яйца
0.01
3.0
0.03
50.0
Рыба
0.2
10.0
1.0
40.0
Минеральные воды
0.01
1.0
0.1
5.0
Пиво, вино и др. спиртные напитки
0.03
5.0
0.3
10.0
Продукты детского питания:
на молочной основе
0.02
1.0
0.05
5.0
на зерно-молочной основе
0.02
5.0
0.1
10.0
50
овощемолочные и плодо-молочные смеси
0.02
5.0
0.3
10.0
мясные консервы
0.03
5.0
0.3
50.0
рыбные консервы
0.1
10.0
0.5
30.0
плодоовощные консервы
0.02
5.0
0.3
10.0
Примечание.* В скобках указаны МДУ в сырье, предназначенном для производства детских и
диетических продуктов; ** в стеклянной таре.
По нормам, разработанным ВОЗ, потребление тяжелых металлов с продуктами питания не
должно превышать: свинца – 3 мг, кадмия – 0,4, ртути – 0,3 мг в неделю.
Таблица 30
Ветеринарно-санитарный норматив МДУ содержания тяжелых металлов (свинца, кадмия и
цинка) в кормах для крупного рогатого скота (мг/кг корма естественной влажности)
Вид корма
Для молочного скота
Для откорма
Свинец
кадмий
цинк
свинец
кадмий
цинк
Комбикорм
3,0 (1,5)
0,3 (0,2)
75
5,0 (2,0)
0,4 (0,2)
100 (50)
Зерно
2,5 (1,5)
0,3 (0,2)
50
4,0 (2,0)
0,3 (0,2)
50 (50)
Жмыхи, шроты
2,5 (1,5)
0,3 (0,2)
50
4,0 (2,0)
0,3 (0,2)
50 (50)
Отруби
2,5 (1,5)
0,3 (0,2)
75
4,0 (2,0)
0,3 (0,2)
150 (50)
Сено
1,0 (0,5)
0,25 (0,15)
30
2,0 (1,0)
0,3 (0,2)
30 (20)
Солома
1,0 (0,5)
0,20 (0,10)
20
1,5 (0,8)
0,2 (0,1)
20 (15)
Сенаж
0,8 (0,5)
0,20 (0,12)
15
1,5 (0,8)
0,2 (0,1)
15 (10)
Силос
0,6 (0,3)
0,15 (0,10)
10
1,0 (0,5)
0,1 (0,07)
10 (10)
Корнеклубне0,6 (0,3)
0,10 (0,07)
10
0,6 (0,5)
0,1 (0,07)
10 (10)
плоды
Жом
0,6 (0,3)
0,10 (0,07)
10
0,6 (0,5)
0,1 (0,07)
10 (10)
Морковь
0,6 (0,3)
0,10 (0,07)
10
0,6 (0,5)
0,1 (0,07)
10 (10)
Зеленые корма
0,6 (0,3)
0,10 (0,07)
10
1,0 (0,5)
0,1 (0,07)
10 (10)
Допустимая
28 (15)
5,5 (3,5)
550
40 (25)
4,5 (3,0)
450 (350)
суточная доза в
рационе (мг)
Примечание. В скобках указаны МДУ в кормах для производства продукции детского питания.
Главным направлением защиты земель от загрязнения тяжелыми металлами остается
выявление и устранение источников их поступления в почву. В этом плане первостепенное значение
приобретает организация мониторинга загрязнения почв ТМ и другими токсикантами и разработка
комплексных общегосударственных мероприятий по охране земель. Уменьшить поступление
тяжелых металлов в растения можно с помощью разнообразных агротехнических приемов.
2.6. Мероприятия по реабилитации загрязненных тяжелыми металлами почв
культурного ландшафта
Токсичность (ТМ) в почвах приводит как к снижению урожайности, так и к загрязнению
продукции. Для уменьшения этих негативных последствий необходимо проводить следующие
мероприятия:
- выращивание специальных технических видов растений на загрязненных ТМ землях;
- выращивание сельскохозяйственных культур (в первую очередь овощных) в защищенном
грунте (теплицах), так как основное загрязнение почвы ТМ происходит в результате выпадения
загрязненных атмосферных осадков и пылевых выбросов;
51
- удаление ТМ из корнеобитаемого слоя почвы.
Фитотоксичность ТМ в значительной мере зависит от их подвижности в почве, а она, в свою
очередь, – от почвенных свойств, вида солей металлов, а также от их формы (анионы, катионы,
амфотерные элементы, которые в зависимости от рН почвы могут быть заряжены положительно или
отрицательно, нейтральные формы металлов). Поэтому, исходя из конкретных условий, можно
применять такие агротехнические приемы, как известкование, внесение органических и
минеральных удобрений, применение природных цеолитов, а также использование биологических
методов.
Известкование влияет на подвижность ТМ в результате комплекса изменений в почвенной
системе на разных уровнях (физическом, химическом и биологическом). При уменьшении
кислотности почвенного раствора снижается растворимость и подвижность кадмия и свинца,
уменьшается потребление их растениями. То же самое относится к цинку и мышьяку. Это
обусловлено тем, что известкование способствует образованию комплексных соединений
органических веществ почвы с ТМ, при повышении рН тяжелые металлы (кроме As, Cd, Cr, Sr)
выпадают в осадок в виде карбонатов, фосфатов; при повышении рН и увеличении содержания
кальция в почве снижается активность корневых систем растений в отношении поглощения ряда ТМ.
Особенно эффективно известкование для снижения накопления свинца в
сельскохозяйственных культурах. В отдельных случаях известкование позволяет в несколько раз
уменьшить накопления свинца в растениях. Однако этот прием не универсален для снижения
фитотоксичности ТМ. Такие элементы, как хром и молибден, в нейтральных и слабощелочных
почвах более подвижны, и известкование почв может привести к обратному эффекту.
Снижается накопление ТМ в растениях и при применении минеральных удобрений. Цинк и
свинец образуют с фосфатами труднорастворимые, малодоступные соединения.
По данным А.И. Фатеева (1996), локальное внесение удобрений в дозе N60Р60К60 снижало
содержание кадмия и свинца в 1,3-1,8 раза в урожае овса и гороха, что, по-видимому, связано прежде
всего с возрастанием урожайности этих культур в 1,3-1,5 раза при локализации удобрений.
Применение цеолитов позволяет до 30% снизить уровень загрязнения растениеводческой
продукции тяжелыми металлами. Дозы их колеблются в пределах 40-75 т/га. Цеолиты
(клиноптилолит) являются емкими ионообменниками и поглощают подвижные формы Cd, Pb, Cu,
Zn и тем самым снижают поступление их в растения.
Внесение в почву органического вещества повышает плодородие почвы, органическое
вещество выступает как хороший адсорбент катионов и анионов, повышает буферность почвы и
снижает концентрацию солей в почвенном растворе. Исследования НИГПИПА показали, что
внесение навоза в дозе 50 т/га на дерново-подзолистых почвах снижало подвижность цинка на фоне
РК на 7, меди – на 8,1, а 5 т/га соломы – на 6 и 22% соответственно.
Химическое осаждение основано на внесении в почву веществ, способствующих образованию
труднорастворимых солей ТМ. Наиболее эффективен этот способ при сильном загрязнении почв, так
52
как для образования нерастворимого осадка необходима определенная концентрация ТМ,
обеспечивающая образование насыщенного раствора соли осаждаемого металла. Способ
эффективен в тех случаях, когда можно ожидать соединения ТМ с анионом кислоты, образующей
соль с очень низким произведением растворимости. Такими свойствами обладают большинство
солей ортофосфорной кислоты с многовалентными металлами. Используются растворимые
соединения ортофосфорной кислоты, что также улучшает условия внесения их в почву, обогащает ее
фосфором, повышая плодородие. Некоторые ТМ образуют труднорастворимые соли с анионами
серной кислоты. Иногда нерастворимые (или малорастворимые) соли образуются при
взаимодействии различных форм ТМ (например, при взаимодействии свинца с анионами хромовой и
молибденовой кислот).
Использование антагонизма ионов химических аналогов основано на том, что при
повышении в питательном растворе концентрации одного иона наблюдается снижение поглощения
растением другого иона – «антагониста». Обычно используется антагонизм легких и тяжелых
металлов (кальций – стронций, калий – цезий и т.д.). Способ эффективен только при определенных,
относительно небольших концентрациях ионов.
Оказывая влияние на почвенный поглощающий комплекс (ППК), направленное на снижение
подвижности металлов, нельзя добиться положительного эффекта в отношении всех форм металлов,
присутствующих в почвах. В частности, в почвах Нечерноземной зоны преобладает катионный тип
обмена ионов. Их ППК удерживает катионные и амфотерные и не удерживает анионные и
нейтральные формы ТМ. Поэтому для уменьшения токсичности ТМ можно использовать и другие
мероприятия, например, выращивание специальных видов растений.
При этом учитывается следующее:
- различные ТМ в разной мере влияют на разные растения – как в плане урожайности, так и в
плане накопления металлов в тканях растений;
- в различных тканях растении накапливается различное количество ТМ. В целом, наиболее
загрязненные корни, затем листья, стебли, травы или зерно. Наиболее слабо ТМ накапливают томаты,
картофель;
- при невозможности получения продукции с допустимым содержанием ТМ в товарных частях
растений можно выращивать технические культуры, а также идущие на переработку (картофель – на
крахмал, спирт; сахарную свеклу – на сахар и т.д.).
Содержание тяжелых металлов в картофеле и овощах существенно снижается за счет их
очистки и кулинарной обработки. Так, в результате очистки, промывки, снятия кожуры, протирки и
бланшировки содержание свинца и ртути снижается на 50% в овощах и на 80-85% в картофеле, а
кадмия – на 20%. Снижение содержания свинца при однократной промывке салата может достигать
30-40%. По данным Ю.В. Алексеева, содержание цинка в очищенных от кожуры клубнях снижается
до 1,5 раза, свинца – в 2-6 раза, кадмия – в 1,4-3,5 раза [4].
Вынос ТМ из почвы с растительной продукцией способствует ее самоочищению.
53
Наиболее кардинальный способ ликвидации последствий загрязнения почвы – удаление из
корнеобитаемого слоя ТМ. Возможны следующие способы проведения этого мероприятия.
Удаление загрязненного слоя почвы с осваиваемых площадей требует больших затрат. Поэтому
он применим при относительно небольших площадях загрязненных участков и при неглубоком
проникновении основной массы загрязняющих веществ в почву – обычно при атмосферном
загрязнении за счет аварийных выбросов промышленных предприятий. Следует отметить, что его
реализация приводит к существенной потере плодородия почвы, которое также требуется
восстанавливать (в первую очередь внесением органических удобрений).
Перемещение загрязненного слоя почвы в почвенные слои, подстилающие корнеобитаемый
слой, ппроизводится путем глубокой вспашки плантажными плугами. Реализация этого способа
также приводит к существенной потере плодородного слоя.
Эти два способа целесообразно применять при условии исключения повторного загрязнения.
Перераспределение ТМ по почвенному профилю достигается промывкой почвы при условии
распределения ТМ относительно равномерно по всему плодородному слою почвы. Однако
применение этого способа связано с рядом трудностей, возникающих в связи с относительно плохой
растворимостью большинства ТМ, а при промывке почвы требуется достаточно большой
промежуток времени для перехода их в почвенный раствор. Промывные нормы должны быть
небольшими, достаточными только для вытеснения почвенного раствора с ТМ в слои почвы,
подстилающие расчетный активный корнеобитаемый слой. Это позволит также избежать загрязнения
грунтовых вод, так как основная масса соединений ТМ будет фиксироваться почвенным
поглощающим комплексом подстилающего слоя. Большие промывные нормы могут привести к
загрязнению грунтовых вод не столько соединениями ТМ, сколько другими легкорастворимыми
загрязнителями, плохо фиксирующимися почвой – нитратами и т.д. Промывка должна
осуществляться через достаточно большие промежутки времени для насыщения почвенного раствора
ТМ (например, промывку можно приурочить к поливу сельскохозяйственных культур). Скорость
промывки можно существенно (в несколько раз) увеличить, применяя специальные вещества,
увеличивающие растворимость ТМ (подробно данный метод изложен в рекомендациях по
регулированию водного режима и баланса тяжелых металлов при антропогенных нагрузках,
разработанных МФ ВНИИГиМ 209).
Реабилитация загрязненных тяжелыми металлами почв должна быть тщательно подготовлена и
проведена с учетом данных, полученных при выявлении степени загрязнения, количества и свойств
загрязнителей и другой необходимой информации, которую можно получить с помощью
экологического мониторинга земель.
54
Глава 3. ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ РЕГИОНАЛЬНОГО
ПОЧВЕННО-ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА
КУЛЬТУРНОГО ЛАНДШАФТА
3.1. Концепция и принципы почвенно-экологического мониторинга
Осознание человеческим обществом серьезных изменений в окружающей среде,
обусловленных его хозяйственной деятельностью, привело к пониманию необходимости проведения
мониторинга (слежения).
Цель мониторинга состоит в своевременном выявлении критических уровней контролируемых
показателей, которые станут основанием для принятия экстренных мер по предотвращению или
регулированию неблагоприятных процессов. Если же те или иные показатели не достигли
критического уровня, но будет установлена тенденция их к неблагоприятной динамике, то станет
очевидной необходимость внесения изменений в технологические процессы.
И.П. Герасимов [56] отмечает, что мониторингом следует называть систему наблюдений за
антропогенными изменениями (загрязнением) в окружающей природной среде. Основной задачей
экологического мониторинга являются наблюдения за факторами воздействия и откликами
(реакцией) экосистем и оценка наблюдаемых изменений в биосфере, связанных с этими
воздействиями в настоящем и будущем на различных уровнях [104].
В соответствии с уровнями изменения природных процессов в зависимости от
территориального охвата земель различают глобальный, региональный и локальный мониторинги.
Глобальный мониторинг проводится согласно с международной геосферно-биосферной
программы (МГБП) «Глобальные изменения» [120].
Региональный мониторинг земель осуществляется в соответствии с программой Комитета РФ
по земельным ресурсам и землеустройству на пространствах, ограниченных физикогеографическими, экономико-географическими, административными или иными рубежами, то есть
охватывает крупные территории.
Локальный мониторинг ведется на территориальном уровне ниже регионального в рамках
программы Комитета РФ по земельным ресурсам и землеустройству [43, 104].
По направленности, задачам, комплексу методов, объектам и составу наблюдений биосферный
мониторинг может быть подразделен на: почвенно-экологический мониторинг по Н.А. Муромцеву
[161, 162]; агроэкологический мониторинг по ВИУА [276]; мониторинг загрязнения почв по М. С.
Соколову и В. И. Терехову [222] – это мониторинги существующих систем биосферы.
В понятиях этих терминов указывается на то, что это сложная проблема и ее следует понимать
как научную информационную. Информация должна быть базовой, оперативной и сигнальной [128].
Более расширенно толкует мониторинг К. Рейли [208]: это не только оценка, контроль и прогноз
состояния компонентов биосферы, но и аргументированные рекомендации, и действенные меры по
предотвращению нежелательных последствий хозяйственной деятельности человека. Научной базой
55
для проведения мониторинговых исследований являются экополигоны на базе стационарных опытов
[132].
До недавнего времени в качестве важнейших загрязняющих веществ рассматривались, главным
образом, пыль, угарный и углекислый газы, оксиды серы и азота, углеводороды; в меньшей степени
тяжелые металлы. В настоящее время интерес к ним повысился в связи с фактами острых токсичных
эффектов, вызванных промышленным загрязнением Hg, Cd, Se, Pb в системе «воздух – почва – вода –
растение – человек» [55, 95, 154].
На земле не остается территорий, которые в той или иной степени не подвергались бы
загрязнению химическими элементами. Около 15% территории России относится к зонам
экологического неблагополучия. Наиболее объективным критерием, по которому можно отличить
благополучную местность от территории кризиса, является здоровье человека. Там, где растет
заболеваемость – зоны экологического неблагополучия, а если растет смертность – это уже зоны
бедствия [264].
Из 92 встречающихся в природе химических элементов 81 обнаружен в организме человека.
Микроэлементы Fe, J, Cu, Zn, Co, Cr, Mo, Ni, Se, Mn, As, F, Si, Li признаны эссенциональными, то
есть жизненно необходимыми. Предполагают, что Cd, Pb, Ru, Sn также жизненно необходимы.
Любой элемент в зависимости от концентрации может положительно или отрицательно влиять на
здоровье человека [124, 264]. Металлы, поступая в клетку в концентрациях, превышающих
биотические, оседают на поверхности хромосом, индуцируя при этом химические и
электрохимические процессы, которые вызывают изменения в структуре нуклеиновых кислот [11,
124, 222], могут изменять ход нейрохимических процессов, вызывать изменения в эндогенных
биохимических процессах [238].
В программе глобального мониторинга [34, 272], принятого ООН, в начале фигурировали Pb,
Cd, Hg. Уже в 1975 г. было рекомендовано, помимо трех указанных выше металлов, вести
наблюдения за Cu, Zn, Ni, Co, Ag, Cr, Mn, V, Mo [4]. В 1980 г. к ним добавлены Sn, W, Sb, As, Se. Ю.
В. Алексеев [14] считает наиболее опасными Hq, Cd, Pb, Ni, Cr. Б.Я. Ягодин с соавторами [264]
отмечают, что биофильные микроэлементы Cu, Zn, Mo, Mn в высоких концентрациях становятся
токсичными не только для растений. Они имеют особое экологическое, биологическое и
здравоохранительное значение.
При организации глобального (биосферного) экологического мониторинга используются
следующие основные фундаментальные принципы [25, 60, 151, 152, 165, 193]:
1. Комплексность, которая включает регулярные долговременные наблюдения за уровнем
загрязнения природных сред и сопутствующие физико-химические, биологические, агрохимические
и другие виды исследований, а также предусматривает изучение оценки ответной реакции биоты на
антропогенное воздействие.
2. Блочность организации и построения мониторинга состоит в том, что применяется единая
методика и исследования ведутся на стационарных (реперных) участках, где представлены основные
56
типы почв. Учитываются взаимодействия блок-компонентов агросистемы «грунтовые воды – почва –
растения – вода – животные – человек».
Существуют три вида загрязнения земель: агрогенный, гидрогенный и аэрогенный.
Аэрогенный перенос загрязнений является самым мощным способом воздействия на
экосистему, так как он непрерывно действующий.
На схеме (рис.6) отображено воздействие антропогенных факторов на экосистему. Она
подчеркивает сложность взаимосвязанных процессов, требует контроля взаимодействующих
компонентов биосферы: атмосферы, педосферы, гидросферы, естественного и агробиоценоза.
При проведении мониторинга следует учитывать все эти факторы загрязнения в комплексе.
Применение
в качестве
удобрений
Средства
химизации:
удобрения,
мелиоранты,
ядохимикаты
Загрязнение
рекреационных
ландшафтов
Загрязнение
сельскохозяйстве
нных угодий,
почв,
растений
Твердые
отходы:
промышленные,
хозяйственнобытовые
Депонирование
на свалках
Сточные воды:
промышленные,
хозяйственнобытовые,
животноводческие и др.
Аэрогенные
выбросы
загрязнителей от
стационарных
источников
Загрязнение почвенно-грунтовых вод
и гидрографической сети
Формирование
почвенных
аномалий
Загрязнение
сельскохозяйственной
продукции, снижение
количества и качества
урожая
Орошение
Накопление
загрязнителей
гидробионтами,
уменьшение их
количества
Накопление загрязнителей
животными и человеком,
рост заболеваемости
Рис. 6. Схема взаимодействия компонентов экосистемы.
57
В процессе изучения экосистемы важно определить, какое ее состояние следует принять за
первоначальное: осредненные «фоновые» величины в настоящее время или до начала существенного
антропогенного воздействия. Ю.А. Израэль [104] указывает на необходимость различать
региональные и глобальные фоновые состояния элементов биосферы на всех уровнях.
В настоящее время нет достаточно надежных данных о фоновом содержании многих тяжелых
металлов [38, 163]. Основной причиной значительных локальных изменений в валовом содержании
тяжелых металлов, кроме возможного техногенного загрязнения, является их различная
концентрация в почвообразующих породах [174, 163]. Именно их состав определяет геохимический
фон тяжелых металлов в почвенном покрове региона [85].
Итак, концепция и принципы глобального почвенно-экологического обследования требуют
разработки регионального геохимического фона, создают предпосылки организации и проведения
наблюдений на региональном уровне.
3.2. Основные принципы организации регионального
почвенно-экологического обследования культурного ландшафта
Загрязнение земледельческой территории – это зло, которое возникло в результате высокой
антропогенной нагрузки на окружающую среду и приобрело большие масштабы в Нечерноземной
полосе. Не исключением стала и Рязанская область. На ее агроландшафтной территории имеется
около 40 тыс. га орошаемых земель, а водные ресурсы подвергаются загрязнению вредными стоками
различных водоемких производств. Большая часть отработанных и недостаточно хорошо очищенных
вод может быть направлена на орошение и стать потенциальным источником локального появления
особо опасных очагов загрязнения тяжелыми металлами и другими полютантами.
Кроме того, интенсивность процессов загрязнения агроландшафта усиливается рядом
природно-хозяйственных условий региона, в частности, за счет промышленно развитых и
урбанизированных территорий. Поэтому эффективность мер по повышению плодородия почв
агроландшафта невозможна без планирования и проведения целого ряда мелиоративных
мероприятий, которые способствовали бы как улучшению неблагоприятных природных и
технологических условий, так и обеспечению оздоровления экологической обстановки.
Концепция планирования эколого-мелиоративного состояния агроландшафта – это синтез
экологического и технологического подходов в земледелии, где экология занимается вопросами
устранения негативного воздействия на почву, а мелиорация обеспечивает технологическую
реабилитацию произошедших в ней изменений. Так как именно почве присуща развитая по иерархии,
природе и механизмам взаимосвязанные части: структурная и функциональная организации. Наряду
с синтезом подходов под концепцией эколого-мелиоративного агроландшафта понимается
совокупность взаимосвязанных положений, отражающих цели оптимизации его функционирования.
58
Согласно позиции В.А. Николаева [171] «агроландшафт должен быть сопоставим с
естественным ландшафтом в его региональной трактовке». Поэтому понятие «агроландшафт»
обозначает территорию региональной размерности, сформированную в рамках естественного
ландшафта в результате его земледельческого освоения и постоянно поддерживаемую в
продуктивном состоянии.
Данным определением, на наш взгляд, во-первых, подчеркивается тесная сопряженность
аграрного и естественного ландшафтов; во-вторых, возможность адаптивного сближения первого со
вторым.
Таким образом, при рассмотрении агроландшафта как целостной, внутренне неоднородной
природно-сельскохозяйственной территории, включающей как обрабатываемые угодья, так и угодья
иного функционального профиля, обязательным условием должно быть ведение наблюдений за
загрязнением почвы на естественном, антропогенно-природном и сельскохозяйственном ландшафтах.
Расположение точек наблюдений на территории должно быть довольно разнообразным и
охватывать все природные зоны региона, подверженного антропогенному воздействию
промышленных выбросов.
Перенос и превращения химических веществ формируются под влиянием сложного
взаимодействия физико-географических и физико-химических факторов, которые можно разделить
на три группы. Первая группа объединяет гидрометеорологические факторы, к которым, главным
образом, относятся осадки, солнечная радиация, температура воздуха и почвы, испарение с
поверхности воды, почвы, скорость ветра. Ко второй группе относятся факторы, характеризующие
подстилающую поверхность, учитывающие строение водосбора, почвенный и растительный покров,
площадь, уклон, рельеф и форму водосбора, скорость движения воды, содержание химических, в том
числе и загрязняющих веществ. Третья группа характеризует физико-химические свойства
загрязняющих веществ. Это, как правило, растворимость, коэффициент адсорбционного
распределения, их миграционные способности.
Гидрометеорологические факторы и факторы подстилающей поверхности определяют
движение водных потоков и вещества на водосборе: стекание по поверхности, перенос в почве в
растворенном или сорбированном виде. Роль химических свойств загрязняющих веществ становится
наиболее существенной на границе раздела «воздух – почва – вода».
Отсюда высокая мера зависимости агроландшафта от природной среды, роль которой в
сельскохозяйственном производстве неоспорима. Вместе с тем в условиях нарастающего
общеземного экологического кризиса все больший вес приобретают идеи адаптивного –
ландшафтного земледелия, ориентирующие растениеводство на максимальную мобилизацию
естественного потенциала возделываемых земель при разумном сокращении антропогенного
давления и недопущения загрязнения земель поллютантами.
Концептуально организация регионального почвенно-экологического обследования может
быть представлена как формирование геоинформационной системы, включающей:
59
1 – карту природной организации территории и антропогенных нагрузок;
2 – базу данных по результатам полевых обследований, типам использования почвы,
аэрогенным техногенным нагрузкам;
3 – базу данных по улучшению экологической обстановки загрязненных земель.
База данных предназначена для хранения информации в систематизированном виде. Она
состоит из информационных блоков сбора, обработки, хранения и передачи пользователю.
Информация в базе данных должна отражать исходное состояние природно-ресурсной основы
агроландшафта. Схематично ее можно представить (рис. 7) следующим образом. Левая часть схемы
отображает уровни природной организации определенной территории, правая – уровни описания
базы данных, используемые для структурирования информации и ее обработки.
Почвенно-экологическое районирование
Уровни районирования
Уровни описания блоков
I уровень –
Почвенно-геохимический
регион
(Pb, Cd, Cu, Zn, Ni, Cr,…)
II уровень –
каскадно-водосборные системы
III уровень –
провинции
Гидрохимический
(Pb, Cd, Zn, Ni, Cr,…)
IV уровень –
Типы, виды
тип использования почвы
сельскохозяйственных угодий
V уровень –
Антропогенное воздействие
почвенно-геохимическая катена
(степень распаханности, нормы
удобрений и мелиорантов, севооборот,
оросительная система, промышленное
загрязнение, степень урбанизации и
заселенности, виды промышленности)
Рис. 7. Структура базы данных.
60
Предложенная структура базы данных позволяет обосновать экологическое нормирование
антропогенных нагрузок для предотвращения техногенного загрязнения и возможных
неблагоприятных воздействий.
Весь набор показателей, участвующих в оценке, должен быть разделен на две категории. К
первой относятся показатели, характеризующие состояние природных экосистем и их компонентов,
ко второй – показатели негативного воздействия на экосистемы.
Основные составляющие формируемой геоинформационной системы следующие.
Производственная сфера на уровне региона – промышленные узлы, транспортная сеть,
сельскохозяйственное производство, базовые свалки и по следствия не организованной в селах и
поселках мусороуборки для местного населения – рассредоточена по территории неравномерно.
Наблюдается концентрация промышленного производства и накопление бытовых отходов вокруг
крупных городов, поселков рабочего типа.
Сельскохозяйственная деятельность ведется на всей территории, но загрязнение ее отходами не
повсеместное, а локальное и не такое опасное, как загрязнение от многочисленных бытовых свалок,
насыщенных химически опасным мусором. Очевидно, что последствия деятельности
производственной сферы грозят экологической опасностью, в частности внесением в почву
химически вредных веществ.
Следовательно, смысл регионального почвенно-экологического обследования заключается в
осуществлении двух взаимосвязанных функций – наблюдения (слежения) и предупреждения.
Обследование нацелено на фиксацию отрицательных последствий хозяйственных действий и их
вторичных эффектов и, таким образом, обладает некоторым прогнозным потенциалом.
Фундаментальные принципы глобального мониторинга в приложении к региональному
обследованию уточнены в связи со слабой контролируемостью и тяжелой экологической
обстановкой. В условиях неучитываемых последствий современного антропогенного воздействия
выделяем следующие принципы регионального почвенно-экологического обследования. Важнейшим
из них является принцип проблемной организации. Программа исследований и наблюдений в
настоящее время может быть подстроена под определенную экологическую проблему, например в
данной работе под загрязнение почв ТМ. Проблемный принцип организации регионального
почвенно-экологического мониторинга оставляет возможность для введения новых проблем и
развертывания новых программ и, таким образом, развивать всю систему слежения.
Принцип организации мониторинга – приоритет управления. В блоке «управление»
разрабатываются целевые установки и намечается контур проблемы, под которую будут строиться
наблюдения. Одним из результатов почвенно-экологического обследования являются знания,
передаваемые для принятия решения. Таким образом, развиваемая исследовательским коллективом
система мониторинга становится открытой не только для развития, но и для различных
пользователей (экологов, специалистов сельского хозяйства, управленцев, предпринимателей,
системы образования и др.).
61
Принцип оперативности относится не столько к технической стороне дела – переработке и
выдаче информации (это является обязательством исследователей), сколько к области принятия
оперативных решений в критических ситуациях.
Профилактический принцип обеспечивает устранение причин, вызывающих загрязнение
культурного ландшафта особо опасными и опасными загрязнителями. Для его выполнения
необходимы: изучение географии загрязнения территории и характера его интенсивности,
проведение полевых и лабораторных исследований, направленных на выявление приоритетных
загрязнителей культурного ландшафта.
Охранительный принцип предусматривает допустимые нагрузки при орошении и удобрении
земель, защите растений. Система мелиоративных мероприятий должна быть конкретна для каждой
региональной территории.
Принцип соответствия учитывает степень биологического поглощения элементовзагрязнителей растениями. Существует понятие коэффициента биологического поглощения
химических элементов под влиянием орошения. Для этого важно знать фоновое содержание
загрязнителей, степень подвижности и степень интенсивности их накопления (выноса).
Компенсационно-оздоровительный принцип направлен на устранение нарушения обмена
веществ в культурном ландшафте.
Структурные свойства почвы – это морфология, элементный состав, физико-химические и
агрохимические свойства почв. Структурная устойчивость зависит от буферности почвы, состава
почвенного поглощающего комплекса. Функциональные свойства почвы зависят от их режима:
водного, питательного и др. Мелиорация как раз решает задачу согласования структурных и
функциональных свойств почвы, а значит, способствует устойчивости культурного ландшафта.
Таким образом, при организации регионального почвенно-экологического обследования на
орошаемых угодьях следует планировать принципиальные основания его проблемной организации.
При этом нужно делать акцент на контроль экологического состояния культурного ландшафта и
оценку современного антропогенного районированного воздействия в системе «воздух – почва –
растения – вода», а также проводить с учетом прогнозирования загрязнений агроландшафта
разработки практических действий по реабилитации земель или недопустимости загрязнения
территорий.
3.3. Цели и задачи регионального
почвенно-экологического обследования
Основные цели мониторинга – обеспечить информацией о тенденциях складывающейся
экологической ситуации на региональном и локальном уровнях; показать ареалы с острой
экологической обстановкой и наметить пути улучшения экологического состояния в
агроландшафтах, снижения их загрязненности. Для сельского хозяйства важно определить зону
приемлемого экологического риска, отметить территорию, где сельскохозяйственная деятельность
62
экономически целесообразна и экологически безопасна. Этих целей можно достичь на основе
проведения стационарных многолетних исследований, а выявить ареалы с устойчивой опасной
экологической ситуацией – с помощью полевых обследований атмосферных осадков, почвы и
растений, поверхностных и дренажных вод. Предлагаемое направление исследований экологической
ситуации агроландшафта прежде всего исходит из теоретических предпосылок – естественного
круговорота веществ и обмена биогенных элементов в агроэкосистемах.
Работа должна выполняться с учетом природообусловленной дифференциации региона,
поэтому еще целью слежения является прикладное районирование. Эколого-ландшафтногеохимическое районирование крупных регионов с учетом их природно-вещественного разнообразия,
специфики хозяйственного использования и размещения источников загрязнения среды обеспечивает
географическую ориентацию комплексных работ.
Конечная цель почвенно-экологического мониторинга состоит в создании территориальных
схем рационального природопользования, в проектировании моделей восстановления, охраны и
оптимизации ландшафтной сферы, а с ней – и агроландшафта, на основе принципов сотворчества с
природой. Последнее включает информирование населения о биогеохимической среде, мероприятия
по ее нормализации и в целом гарантирование экологической безопасности.
Приоритетность загрязняющих веществ устанавливается по их количеству, поступающему в
окружающую среду в результате антропогенной деятельности, их подвижности, токсичности,
способности накапливаться в природных объектах, трансформироваться в более опасные соединения.
В зависимости от региональной специфики могут выделяться целевой и аналитический блоки.
В первом блоке отражаются основные цели оптимизации агроландшафта. Конечная цель
планирования – обеспечить в региональном агроландшафте оптимальное и устойчивое развитие
эволюции агроэкосистем, а также осуществить снижение негативной нагрузки и оздоровление уже
нарушенной структурной и функциональной организации почвы. Целью аналитического блока
является анализ внутренних и внешних условий, формирующих эколого-мелиоративное состояние
агроландшафта в зависимости от качественных изменений окружающей среды.
Наблюдения должны проводиться в таких точках экополигона, которые максимально
подходили бы для решения следующих основных задач:

выявления систематичности миграции загрязняющих веществ от источников загрязнения
до точек наблюдений и участков экополигонов;

изучения качества атмосферных осадков;

проведения полевого экологического обследования сельскохозяйственных угодий (отбор
почвенных проб следует проводить на глубину пахотного слоя, а растения исследовать по основной и
побочной продукции);

установления гидрометрических постов для сбора внутрипочвенных вод;

изучения системы земледелия в различных точках и участках полигонов и выявления
экологических особенностей системы ведения хозяйства, источников антропогенного воздействия;
63

установления закономерностей формирования техногенных потоков с учетом результатов
мониторинга;

разработки научно обоснованной, ресурсосберегающей и экологически безопасной
системы орошения;

разработки мероприятий по окультуриванию и оздоровлению почв, водоемов для мест
повышенного загрязнения, с последующей оценкой их эффективности.
При решении задач должны соблюдаться следующие требования:

своевременность, достоверность и наглядность информации о состоянии агроландшафта;

обеспечение пользователей всех уровней полной текущей и прогнозной информацией,
характеризующей состояние агроландшафта.
Организация и проведение обследований, как правило, осуществляются в два этапа:
предварительный и этап проведения наблюдений.
Предварительный этап включает рекогносцировочное обследование и анализ экологической
обстановки на агроландшафте. Его результаты позволяют выработать предложения по структуре,
расположению и режиму функционирования наблюдательной сети, а также по организации хранения
и обмена информацией, полученной в процессе наблюдений.
Для того чтобы считать подготовительный этап завершенным, необходимо как минимум
создать наблюдательную сеть, подготовить к работе инструменты, организовать метрологическое
обеспечение планируемых измерений и отбор проб, количественный анализ, работу со средствами
автоматизированного контроля, обработку данных анализов и прогноз изменений.
Информационно-экологический мониторинг помогает решению многообразных задач,
характеризующих экологическую обстановку. Это создает значительные трудности при попытке
структурировать этап проведения мониторинга во времени. Поэтому наиболее распространенным
является «средовой» подход, когда проводятся наблюдения, оценка и прогноз состояния отдельных
объектов окружающей природной среды и источников воздействия на нее. Однако главной
особенностью регионального почвенно-экологического обследования является необходимость
совместного анализа данных об источниках загрязнения и данных о загрязнении объектов
окружающей природной среды.
3.4 Формирование системы регионального
почвенно-экологического обследования и этапы его проведения
Экологическая безопасность является составной частью национальной системы безопасности.
Более того, с каждым годом ее значимость возрастает и в недалеком будущем она, несомненно, будет
иметь приоритетное значение. Основания для этого очевидны: прогрессирующее ухудшение
глобальной экологической ситуации и возрастание вероятности природно-антропогенных
катаклизмов: повышение значимости и стоимости экологических ресурсов (вода, воздух,
местообитание) и продуктов питания (по оценкам специалистов, 90% всех токсикантов, попадающих
64
в организм жителя России, поступает с пищей и водой). В связи с этим можно отметить, что в
концепции национальной безопасности в XXI веке стержневой проблемой станет экологическая.
Объектом почвенно-экологического обследования является агроландшафт. Среди многих видов
антропогенных ландшафтов агроландшафты по своим структурным и функциональным свойствам
наиболее близки к ландшафтам естественным. Главным звеном их функционирования является
естественный процесс фотосинтеза, обеспечивающий существование и биосферы, и земной
цивилизации.
Возникновение региональных экологических проблем обусловливается обычно негативным
эффектом дисбаланса между совокупностью природных процессов и влиянием техногенных потоков
вещества, вызывающим их трансформацию. Возрастающее вмешательство человека в
функционирование природных преобразований зачастую приводит к нежелательным последствиям,
которые нарушают естественные тенденции развития гео- и агросистем. Поэтому именно
совместимость природных и техногенных потоков вещества, а также результат их взаимодействия
могут служить критерием оптимальности (или хотя бы рациональности) намечаемых программ
экологического состояния агроландшафта.
Сходство ландшафтных характеристик полигонов, опорных участков и большинства
территорий с высокой антропогенной нагрузкой позволяет говорить о репрезентативности почвенноэкологических наблюдений. Кроме того, избранный метод применим не только для конкретных
условий полигона, но и для зон влияния других антропогенных территорий региона.
В настоящее время в России проводится работа по паспортизации неблагоприятных в
экологическом отношении регионов, выявлению техногенных биохимических аномалий. Оценка
состояния экосистем осуществляется с помощью большого числа разновеликих и
трудносопоставимых параметров. До сих пор в природопользовании и охране природы России
господствует экологическая концепция безопасности, основанная на учете ПДК, ОДК, ПДС, ПДВ и
других норм, нормативов антропогенного воздействия на природу. Ее результативность, к
сожалению, оказалась невысокой прежде всего из-за разного понимания «нормы» и многочисленных
«лазеек», позволяющих обойти ее. Рекомендации Минздрава СССР и Госкомсанэпиднадзора России
ПДК и ОДК представлены в таблице 31.
Таблица 31
Предельно и ориентировочно допустимые концентрации тяжелых металлов в почве
Элементы
ПДК, 1987 год
ОДК, 1994 год
Класс опасности
Медь
Фон+35
2 – умеренно опасный
Цинк
Фон+50
Свинец
Фон+20
А) 33
Б) 66
В) 132
А) 55
Б) 110
В) 220
А) 32
Б) 65
В) 130
1 – высокоопасный
1 – высокоопасный
65
Кадмий
_
Никель
Фон+45
Мышьяк
2
А) 0,5
Б) 1,0
В) 2,0
А) 20
Б) 40
В) 80
А) 2
Б) 5
В) 10
1 – высокоопасный
2 – умеренно опасный
1 – высокоопасный
Примечание. Для почв а) песчаных и супесчаных; б) кислых (суглинистых и глинистых); в) близкие к
нейтральным, нейтральные (суглинистых и глинистых).
Однако для региональной оценки загрязненности агроландшафта необходимо базироваться на
местном (локальном или региональном) фоне. В таблице 32 представлена градация почв по валовому
содержанию ТМ в почвообразующих породах региона и с учетом индекса суммарного загрязнения.
На основании регионального фона тяжелых металлов и индекса суммарного загрязнения проводят
экологическое районирование агроландшафта.
Таблица 32
Группировки почв по валовому содержанию химических элементов-загрязнителей, мг/кг
Элементы
Cr
Ni
Cu
Zn
Pb
Co
Фон
(кларк)
200
40
20
50
10
8
Группы почв и градаций уровней загрязненности
1
очень
низкий
400
80
40
100
20
16
2
3
низкий
600
120
60
150
30
24
средний
800
160
80
200
40
32
4
повышенный
1000
200
100
250
50
40
5
высокий
1200
140
120
300
60
48
6
очень
высокий
1400
280
140
350
70
56
Для получения более полной картины складывающейся экологической ситуации на
региональном и локальном уровнях следует применять концепцию экологического риска, которая
даст возможность выйти из создавшегося тупика. Концепция риска включает два ключевых момента
– оценку риска и управление им.
Оценка риска – научный анализ причин его появления и масштабов загрязнения в конкретной
ситуации. Оценка риска должна характеризовать вероятность его наступления как самого
неблагоприятного и опасного события, например, следствием загрязнения продуктов могут стать
тяжелое заболевание и гибель людей. В связи с этим большой интерес может представлять выявление
экологического риска по последствиям: для здоровья и жизни населения, для природных ресурсов,
для структурно-функциональных характеристик агроландшафта (в частности – почвы).
Управление риском – анализ «рисковой» ситуации и принятие решения (в том числе и в форме
правового акта: закона, постановления и т.д.), направленного на уменьшение риска.
66
Знание экологической обстановки, тенденций ее развития – существенный элемент управления
экологическим риском. Выявление экологически опасных территорий следует проводить с помощью
ранжирования территории региона по интегральной оценке степени опасности риска. Критерием
установления ранга для территории, подверженной экологической опасности, являются данные о
расположении промышленных и сельскохозяйственных предприятий. По суммарной оценке (в
баллах) выделяются территории наибольшей степени риска (загрязненности).
По утверждению академика В.М. Котлякова, каждая региональная экологическая проблема
неповторима и требует индивидуального изучения, проектирования и набора мероприятий по
предупреждению, ликвидации и компенсации нежелательных экологических изменений. Это
объективно обуславливает необходимость проведения целенаправленных исследований
экологических проблем.
Проведению обследования предшествует подготовительный этап, который можно разделить на
два подэтапа.
Подэтап 1. Предварительный анализ экологической ситуации.
Анализируется имеющаяся информация об экологической обстановке на локальном и
региональном уровнях эколого-мелиоративного состояния агроландшафтов.
Для этого следует использовать данные, информацию о проводившихся ранее экологических
исследованиях; сведения о фоновом и очаговом загрязнении объектов агроландшафта, как
природных, так и сельскохозяйственных. Следует обратить внимание на экологические паспорта
предприятий, в которых отмечаются техногенные особенности промышленных выбросов. Знание
почвенного покрова, эрозионных процессов на данной территории, гидрогеологических и
гидрологических характеристик метеорологических условий, систем севооборотов, удобрений,
защиты растений, удаления и хранения отходов животноводства позволит предварительно выявить
нарушения экологического равновесия в агроландшафте.
Результаты предварительного анализа дадут возможность в общих чертах оценить
экологическую обстановку и ее динамику, а также выявить приоритетные загрязнители, установить
пути их миграции и трансформации в агроландшафте. Проведение эколого-ландшафтногеохимического районирования региона с учетом природно-вещественного разнообразия, специфики
хозяйственного использования и размещения источников загрязнения среды обеспечит
географическую ориентацию источников загрязнения. Картографирование экологического состояния
ландшафтной среды и ее дифференциация по степени техногенной опасности должны быть
включены в базу данных почвенно-экологического мониторинга, его начального этапа
предварительного анализа.
Подэтап 2. Рекогносцировочное обследование.
Разработка программы и методик исследований.
Программа исследований разрабатывается под определенную экологическую проблему в связи
с тем, что часто не хватает средств охватить исследованиями все возможные загрязнители. Поэтому
67
вырабатываются определенные цели и задачи исследований и намечаются принципиальные основы
ведения регионального (или локального) почвенно-экологического мониторинга агроландшафта.
В состав работ включается обследование объектов агроландшафта:

выбор полевых маршрутов на полигонах и точках наблюдений;

закладка почвенных разрезов, гидрометрических постов, определение точек отбора
атмосферных осадков, природных вод, растений;

уточнение кратности отбора, количества проб на объектах наблюдения;

подготовка полевого журнала, приборов, инструментов, посуды и емкостей для
исследования с учетом чистоты анализа;

отбор почвенных и растительных образцов, проб атмосферных осадков, вод
(поверхностных и дренажных), донных отложений, водных растений;

подбор групп населения для изучения влияния экологической обстановки на здоровье
людей.
На основе аналитических исследований и камеральных работ составляют предварительный
отчет по оценке современного эколого-мелиоративного состояния агроландшафта. Вырабатываются
рекомендации для дальнейшей научно-исследовательской работы по региональному (а возможно и
локальному) почвенно-экологическому мониторингу. Разрабатываются предварительные
предложения по улучшению экологической ситуации в агроландшафтах.
Вещественно-балансовые характеристики среды и ее экологические качества, параметры
самоочищающих возможностей и, соответственно, потенциала устойчивых природных систем
(основы агроландшафта), равно как и признаки их трансформации, подчинены пространственной
дифференциации. Поэтому задача исследований на этапе рекогносцировочного ландшафтногеохимического анализа и районирования территории состоит в обоснованном выборе
репрезентативного с ландшафтно-динамической точки зрения или нескольких исследуемых районов.
Результаты предварительных исследований дают информацию по экологической ситуации
агроландшафта и позволяют аппроксимировать данную информацию на территорию отдельных
ландшафтов. Поэтому для разрабатываемого регионального почвенно-экологического обследования
большое значение приобретает полнота информационного обеспечения, и на этом этапе следует
создавать компьютерную базу данных. (Структура базы данных приведена выше).
База данных должна включать следующие материалы:

литературные материалы, поясняющие информацию о природных объектах, о влиянии
различных загрязнителей на объекты агроландшафта;

данные, характеризующие виды антропогенной нагрузки (промышленные, коммунальные,
сельскохозяйственные), ее количественные и качественные показатели;

критерии классификации (градации) эколого-географического, эколого-мелиоративного,
гидрохимического состояния агроландшафта;
68

данные полевых исследований почвенных профилей и пахотных слоев, естественной и
сельскохозяйственной растительности, поверхностных водоисточников и грунтовых вод, снежных и
дождевых осадков, привязанные к определенным географическим точкам и статистически
объединяемые по уровням: почвенно-геохимические катены, каскадно-водосборные системы,
ландшафтные провинции;

практические рекомендации по реабилитации загрязненной почвы, водных источников.
На основании лабораторных и камеральных исследований составляются карты загрязнения
территории агроландшафта, согласно которым планируют использование пашни и других
сельскохозяйственных территорий. При этом на землях повышенного и высокого уровней
загрязнения располагают технические культуры. Угодья, которые характеризуются низким и средним
уровнем загрязнения целесообразно отводить под кормовые культуры. Овощные и полевые
культуры, используемые непосредственно человеком, следует по возможности размещать на
незагрязненных землях.
После составления структуры угодий разрабатывают систему земледелия; определяют дозы
органических и минеральных удобрений, применяемых средств защиты растений и т.д. В зонах с
неустойчивым увлажнением разрабатывают нормативы режима орошения сельскохозяйственных
культур.
Этап ведения почвенно-экологического обследования направлен на изучение компонентов
биосферы: атмосферы, педосферы, гидросферы и агробиоза.
Основными техногенными потоками являются выбросы в атмосферу загрязняющих веществ
различными предприятиями, а также сточные воды и их осадки. К этому следует добавить, что
источниками поступления загрязняющих веществ являются минеральные и органические удобрения,
применяемые в растениеводстве средства химизации. Орошение земель как фактор повышения
продуктивности сельскохозяйственных угодий оказывает влияние на водно-воздушный и солевой
режимы почвы. Нормативы режима орошения, установленные для конкретной культуры и
определенных почвенно-климатических условий, могут оказывать положительное и отрицательное
воздействие на окружающую природную среду. Показатели загрязнения, которые имеют место при
орошении земель, как правило, обусловлены системой земледелия на объекте мониторинга.
Поскольку загрязнение почвы отражается на качестве растениеводческой продукции, при
мониторинге мелиорируемых земель необходимо уделять ее качеству особое внимание. Система
показателей состояния орошаемых земель включает:
1.
Показатели средней устойчивости, характеризующие краткосрочные изменения свойств
почв и обеспечивающие текущий контроль за ее состоянием. Для этого целесообразно использовать
катионно-обменные свойства почвы, содержание доступных для растений форм элементов питания,
растворимых форм соединений кальция, магния, железа, аммония, подвижных форм соединений
тяжелых металлов, скорость деструкционных процессов, мощность и запасы подстилки, групповой и
69
фракционный состав гумуса. Измерение и определение этих показателей должны проводиться через
2-5 лет.
2.
Показатели долгосрочной диагностики нарушений почвообразования при загрязнении
объектов антропогенной нагрузки (промышленные предприятия, объекты инфраструктуры и т.п.).
Эти показатели включают элементный состав почв, в том числе валовое содержание тяжелых
металлов, состав почвенных минералов, содержание и запасы гумуса, морфологические и физические
свойства почв (плотность, структурное состояние, водопроницаемость, гранулометрический состав),
т.е. фундаментальные свойства почв. Оценка этих показателей необходима как точка отсчета, как
исходная характеристика почв на предварительном или исходном этапе мониторинга. Учитывая
длительное влияние указанных загрязнителей на почвообразовательные процессы, измерения
требуется проводить через 10 лет и более. На почвах, подверженных воздействию кислотных дождей,
необходимо контролировать кислотность почв (рН, обменную и гидролитическую кислотность,
катионно-обменные свойства почв) (табл. 33).
При проведении исследований учитываются и постоянно уточняются границы полей,
севооборотов, участков с группой близких по водопотреблению культур, орошаемых массивов,
землевладений, землепользователей, населенных пунктов, земель запаса, рекреационного назначения,
земель лесного и водного фондов, береговой линии водоприемника в паводковый и меженный
период, а также административно-территориальных образований, бассейнов рек и озер.
Таблица 33
Комплексная система показателей наблюдений
состояния почв при загрязнении
Свойства почвы
Степень загрязнения
Необходимые показатели
Общее содержание загрязняющих веществ, мг/кг.
Коэффициенты накопления
Физико-химические
РН; гидролитическая кислотность, мг.экв/100 г;
окислительно-восстановительный потенциал
Общие
Сумма поглощенных оснований, мг.экв/100 г;
микроагрегатный и механический состав
Миграционные
Содержание химических загрязнителей, мг/л;
транслокация в растения; миграция по профилю
Агрохимические
Общее содержание гумуса, %; общее содержание азота,
фосфора, калия
Наблюдения на орошаемых землях включают полевое обследование, лабораторный анализ и
обобщение полученных результатов. При этом решаются следующие основные задачи:

выявление закономерностей пространственного и внутрипочвенного распределения
загрязненности земель; изменений водно-физических и агрохимических свойств;
70

установление степени загрязненности природных вод (поверхностных, почвенно-
грунтовых, подземных);

исследование качественных показателей растениеводческой продукции, ее токсичности
для животных и человека;

разработка системы природоохранных (агротехнических, агромелиоративных,
лесомелиоративных, гидромелиоративных и др.) мероприятий по ликвидации последствий
загрязнения.
В связи с тем, что почвы находятся под влиянием различных техногенных источников
загрязнения, основными загрязняющими ингредиентами являются микроэлементы: Cu, Zn, Pb, Hg, V,
Co, Cd, Mn, Be, B и другие.
Особенно опасны тяжелые металлы, которые аккумулируются в верхних, самых плодородных
слоях почвы, в растительной продукции. Чаще всего в высоких концентрациях встречаются: Pb, Zn,
Cu, Cd, Ni, Cr, Hg, As.
Обследование земель, удобряемых осадками сточных вод, базируется на определении
содержания тяжелых металлов в почвах. Для этого отбираются смешанные образцы тростьевым
буром из расчета одна: проба с постоянного элементарного участка площадью 10 га. Отбор проб
производится перед каждым повторным внесением ОСВ. Кроме почвенных проб, анализу на
содержание тяжелых металлов в обязательном порядке подлежит используемый как удобрение
осадок сточных вод.
Проведение обследования осуществляется в системе: «почва – почвенно-грунтовые и
дренажные воды – растения» на стационарных ключевых участках и в маршрутной форме.
Ключевые участки и мониторинговые маршруты (не менее одного от каждого ключевого
участка) закладываются на наиболее типичных почвенно-ландшафтных территориях. При этом
ключевые участки закладываются непосредственно на полях систематического орошения, а
мониторинговые маршруты должны прокладываться от ключевых участков до территорий, не
испытывающих влияния по наиболее вероятным направлениям миграции подвижных ингредиентов
загрязнителей.
На мониторинговом маршруте должно быть от 2 до 5 пунктов отбора проб почвы, почвенногрунтовых, дренажных вод и растений. Пункты отбора проб отмечаются на плане местности. На
ключевых участках и мониторинговых маршрутах ежегодно один раз в сезон (зимой, весной, летом,
осенью) ведутся наблюдения за содержанием наиболее динамичных ингредиентов в почвах,
почвенно-грунтовых, дренажных водах и растениях. Кроме этого, на ключевых участках в момент их
закладки изучаются все свойства почв по полной программе производственного мониторинга.
Динамичными ингредиентами, за которыми должны вести систематические наблюдения по
сезонам года, являются: фосфор, калий, кальций, магний, натрий, цинк, медь, бор, молибден, свинец,
кадмий, марганец, а также ионы аммония, нитратов, нитритов, сульфатов, гидрокарбонатов и хлора.
71
Содержание биогенных элементов – фосфора, калия, а также аммонийного и нитратного азота
по сезонам года определяется в пахотном и подпахотном слоях до глубины 40 см, остальные
ингредиенты – только в пахотном слое.
Система показателей контроля почвы мелиорируемых агроландшафтов приведена в таблице 34.
Поэтому в установлении техногенного загрязнения для детализации экологической обстановки
в региональном почвенно-экологическом мониторинге агроландшафта можно использовать ПДК и
ОДК тяжелых металлов, разработанные Минздравом СССР и Госкомсанэпиднадзором России (табл.
31), но более правильный результат дает оценка загрязненности почвы, базирующаяся на местном
фоне (табл. 35).
Таблица 34
Система показателей контроля почвы
Показатели
Баланс
питательных
веществ
Параметры
Содержание N, P, K и Ca в почвах, удобрениях, возделываемых культурах,
семенах, атмосферных осадках, химических мелиорантах.
Поступление биологического азота (симбиотическая и несимбиотическая
азотфиксация).
Потеря элементов питания при вымывании – горизонтальные и
вертикальные стоки.
Баланс
гумуса
Содержание гумуса в исходных объектах (до начала слежения) и
периодическое (по окончании ротации) его изменение.
Скорость минерализации и гумификации органического вещества.
Кислотный
режим
Физическое
рН, гидролитическая кислотность, емкость катионного обмена. Степень
насыщенности основаниями.
Плотность, порозность, показатели водного режима, температура.
состояние
Пищевой
режим
Содержание подвижных соединений элементов питания: C, N, P, K и
микроэлементов.
Биологическая
Биологическая токсичность и степень активности микроорганизмов.
активность
Численность некоторых видов микроорганизмов. Определение активности
ферментов.
72
Таблица 35
Оценка результатов мониторинговых наблюдений за изменением
агрохимических свойств почв [148]
№Показатели
Едини-
Критерии оценки состояния по показателям
№
ца изме
Оптимальное
п/п
рения
(нормальное)
2
1Кислотность
1.
3
6,0-6,7
песчаные
5,5-5,8
3.
основаниями:
глинистые и
суглинистые
супесчаные
песчаные
3Содержание Р2О5:
глинистые и
суглинистые
5,8-6,2
80-95
75-90
75-85
200-250
песчаные
150-200
5
6
7
5,0-6,0
6,7-7,0
5,0-5,8
6,2-6,5
5,0-5,5
5,8-6,0
ниже 5,0
выше 7,0
ниже 5,0
выше 6,6
ниже 5,0
выше 6,0
ниже 4,5
выше 7,5
ниже 4,5
выше 7,0
ниже 4,5
выше 6,5
55-80
50-75
45-75
ниже 55
ниже 50
ниже 45
ниже 40
ниже 40
ниже 40
100-250
300-400
100-200
250-300
100-150
200-250
ниже 100
выше 380
ниже 100
выше 300
ниже 100
выше 250
ниже 60
выше 400
ниже 60
выше 320
ниже 60
выше 270
140-200
300-400
140-170
250-300
100-140
150-250
ниже 140
выше 380
ниже 140
выше 300
ниже 140
выше 250
ниже 80
выше 400
ниже 80
выше 300
ниже 80
выше 250
60-150
300-400
60-120
150-350
60-80
100-300
ниже 60
выше 400
ниже 60
выше 350
ниже 60
выше 300
ниже 50
выше 450
ниже 50
выше 400
ниже 50
выше 350
мг/кг
глинистые и
суглинистые
200-300
супесчаные
170-250
песчаные
100-150
5Содержание MgO:
5.
рительное
мг/кг
250-300
4.
Критическое
%
супесчаные
4Содержание К2О:
Неудовлетво-
рН
рН в КСl:
глинистые и
суглинистые
супесчаные
2Насыщенность
2.
4
Допустимое
мг/кг
глинистые и
суглинистые
150-300
супесчаные
120-150
песчаные
80-100
73
6Содержание CaO:
мг
глинистые и
суглинистые
6.
/кг
1200-1600
супесчаные
1000-1200
песчаные
800-1200
Гумус:
глинистые и
суглинистые
супесчаные
песчаные
7
7.
500-1200
1600-1800
500-1000
1200-1600
500-800
1200-1400
ниже 500
выше 1800
ниже 500
выше 1600
ниже 500
выше 1400
ниже 400
выше 2000
выше 400
выше 1800
ниже 400
выше 1600
%
2,5-3,0
2,0-2,5
1,8-2,2
1,0-2,5
1,0-2,0
1,0-1,8
0,8-1,0
0,8-1,0
0,8-1,0
ниже 0,8
ниже 0,8
ниже 0,8
90-110
70-90
70-90
менее 1,1
50-90
50-70
50-70
1,2-1,3
ниже 50
ниже 50
ниже 50
1,4-1,5
ниже 45
ниже 45
ниже 45
более 1,5
глинистые и
суглинистые
супесчаные
песчаные
8Плотность – An
т/га
9Порозность – An
%
60-53
53-47
47-42
менее 42
1Мощность – An
см
более 30
20-30
10-20
менее 10
г/см3
8.
9.
10.
При оценке показателей, приведенных в таблице 35, следует понимать под:

нормальным (оптимальным) критерием состояния земель такое состояние, при котором
содержание химических веществ в почве находится на уровне фонового;

допустимым – содержание загрязняющих веществ в почвах не превышает ПДК, но выше
естественного фона;

неудовлетворительным – содержание загрязняющих веществ в почвах превышает ПДК
без видимых изменений в свойствах почв;

критическим – содержание загрязняющих веществ в почвах в несколько раз превышает
ПДК, что существенно снижает ее физико-механические и биологические характеристики.
Параметры качества растительной продукции предполагают определение содержания
элементов, влияющих на ее пищевую ценность. К ним относятся сырой протеин, сырая клетчатка,
жир, каротин, фосфор, кальций, обменная энергия и т.д. Наряду с этим необходимо определить
содержание загрязнителей (тяжелые металлы, нитраты, нитриты).
Из приведенных параметров некоторые являются приоритетными, поскольку определяют
показатели процессов, протекающих на орошаемом массиве. К таким показателям относятся
параметры, которые характеризуют санитарно-гигиеническое состояние земель, вод и качество
продукции. Система показателей контроля качества растений приведена в таблице 36.
74
Таблица 36
Система показателей контроля растений
Показатели
Рост и развитие
Параметры
Фенологическая оценка (сроки наступления этапов
органогенеза, фаз развития).
Фотосинтез
Дыхание
Водный режим
Площадь ассимиляционной поверхности.
Содержание сахаров. Интенсивность дыхания.
Оводненность тканей.
Соотношение свободной воды в тканях.
Минеральное питание
N, P, K и др. элементы в органах онтогенеза.
Соотношение белкового и небелкового азота. Соотношение
органического и минерального фосфора.
Изучение загрязненности водных объектов включает:

установление химического состава сточных вод и оценку их пригодности для орошения;

изучение происходящих изменений химического состава поверхностных, дренажных и
подземных вод.
При составлении программы наблюдений необходимо собрать и проанализировать следующую
информацию: местоположение и площади орошения; карту гидрографической сети; схемы
орошаемых полей с указанием мест, где происходит сбор дренажных вод; режим, сроки и способы
орошения; гидрогеологическую характеристику территории и условия залегания подземных вод.
После сбора и обработки указанной выше информации проводятся рекогносцировочные
наблюдения. Цель этих исследований заключается в уточнении ранее собранных сведений и
предварительной оценке химического состава вод.
На основании рекогносцировочных наблюдений разрабатывается программа систематических
наблюдений. При этом первоочередным является составление карты-схемы размещения
наблюдательных створов.
Контролируемыми параметрами при этом являются следующие: параметры состояния
водоприемников и качества воды, состояние откосов; засорение; минерализация, рН и химический
состав солей в воде; содержание неорганических загрязнителей в воде; наличие подпора; содержание
органических загрязнителей;

параметры режима и качества грунтовых вод: уровни грунтовых вод; минерализация, рН
и химический состав солей; содержание загрязнителей (тяжелых металлов, пестицидов, нитратов);

параметры качества оросительных и сбросных вод: минерализация, рН и химический
состав солей; органолептические (запах, привкус, мутность, цветность); содержание загрязнителей;
75

параметры функционирования оросительных систем: объем водосбора; режим орошения
(нормы и сроки полива; объем водоотведения; объем водопотребления и влагообмена –
ежедекадный);

параметры состояния прилегающих территорий: глубина залегания грунтовых вод;
минерализация, рН и химический состав солей грунтовых вод; содержание неорганических
загрязнителей в грунтовых водах; пораженность линейной эрозией.
Чтобы определить влияние орошения на загрязнение речных вод, пробы отбирают в створах,
расположенных выше орошаемого массива на 0,2 км и ниже на 1 км. Отбор проб поверхностных вод
делают весной один раз, летом – 2-3 раза, осенью – один раз.
Для контроля влияния орошения на подземные воды отбор проб осуществляют из сети
наблюдательных скважин, расположенных на участке орошения и вне его. Отбирают пробы из
скважин в начале снеготаяния, во время интенсивных поливов, через 10 дней после полива, осенью в
период затяжных дождей.
Различают простую и смешанную пробы. Вид отбираемой пробы определяется целями
исследования. Простая проба характеризует состав воды в данный момент времени в данном месте.
Ее получают однократным отбором требуемого количества воды. Смешанная проба характеризует
средний состав воды за определенный промежуток времени в определенном объеме. Ее получают
смешением простых проб, взятых одновременно в одном и том же месте через определенные
промежутки (усреднение по времени).
При проведении массовых анализов различают среднесменную, среднесуточную и
среднепропорциональную смешанные пробы. Среднесменная, или среднесуточная, проба готовится
смешением равных по объему проб, отобранных через равные промежутки времени.
Среднепропорциональная проба готовится смешением объемов воды, пропорциональных величине
расхода, отобранных через равные промежутки времени.
Методика выполнения анализов соответствует действующим ГОСТам, а оценка наблюдений за
изменением содержания химических веществ в природных водах проводится по действующим
нормативным документам. Имея параметры контроля, можно таким образом определить показатели
свойств, качества, режимов и т.д. в контролируемых объектах.
В таблице 37 приведена система показателей контроля воды, получаемых на основе параметров
контроля агроэкологического обследования.
Таблица 37
Система показателей контроля воды
Показатели
Атмосферные осадки
Параметры
Сезонность осадков в году.
Среднемноголетнее количество осадков.
Содержание загрязняющих веществ.
Внутрипочвенные
Коэффициент просачивания.
76
Содержание химических веществ.
Механический состав.
Физико-химические,
химические,
микробиологические
свойства
Содержание минеральных соединений:
N-NO, N-NH4, H, K, Ca и др.
Содержание органических соединений:
бензопирен, фенол, ПАУ, ПАВ, НА.
Содержание тяжелых металлов (Pb, Hg, Ca, Sr, As, Ni, Se и др.).
По полученным контрольным показателям в агроэкологических наблюдениях отслеживается
качественное изменение показателей в динамике. Полученные контрольные параметры сравниваются
с параметрами допустимой концентрации загрязнителей. На основе полученных показателей делается
прогноз, и вырабатываются практические рекомендации по снижению загрязнения водных ресурсов.
Таким образом, региональное почвенно-экологическое обследование является центральным
звеном, синтезирующим разноуровневую информацию в целях принятия нестандартных решений и
рекомендаций на основе статистико-информационной базы, подкрепленной непрерывными
полевыми наблюдениями. Высокое качество исследований позволяет определить первоочередность и
состав технолого-агрохимических мероприятий на участках с экологическими отклонениями.
-