Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
НАЗАРОВ 2006 дис / Диссертация Назарова. Ю. В., защита 9.11.06.doc
Скачиваний:
79
Добавлен:
25.03.2016
Размер:
5.4 Mб
Скачать

Тяжелых металлов в почвах

Тяжелый металл

Концентрация, мг/кг

Ванадий

Кадмий

Медь

Марганец

Марганец + Ванадий

Мышьяк

Никель

Ртуть

Свинец

Цинк

Хром

150

5,0

23,0

1500

1000+100

2,0

35,0

2,1

фон + 20

110

0,05

В зависимости от элемента величина ПДК колеблется от 0,05 мг/кг (для хрома) до 1500 мг/кг (для марганца). Учтено значение ПДК при совместном действии марганца и ванадия. ПДК для свинца определяется с учетом его фонового содержания в почве.

Тяжелые металлы поступают в почву в форме различных соединений (карбонатов, оксидов) с ограниченной растворимостью, поэтому только часть из них может быть усвоена растениями. Для растений представляет опасность доступная форма элемента, которая может быть усвоена непосредственно через корневую систему. Доступными считаются те формы соединений тяжелых металлов, которые переходят в вытяжку 2М азотной кислоты или 1 н. раствор соляной кислоты. Именно эти формы тяжелых металлов и поступают из почвы в растения, оказывая на них токсическое действие. Поступление тяжелых металлов в растения и микроорганизмы осуществляется в основном через почвенный раствор. Поэтому он является непосредственным источником тяжелых металлов для высших растений.

Выпадающие на поверхность земли тяжелые металлы аккумулируются в верхнем 2-5 см слое почвы и подразделяются на фиксируемую и мигрирующую часть. Миграционные формы частично или полностью трансформируются. Исходные формы меди и свинца переходят в менее подвижные, а кадмия и цинка – в более подвижные. Миграция тяжелых металлов по почвенному профилю приводит к тому, что с глубиной содержание их снижается, а на глубине 30 – 40 см выходит на фоновый уровень. Содержание в почвенном растворе органических соединений ведет к повышению миграционной способности металлов благодаря образованию органоминеральных комплексов. Содержание в почве в доступных формах кадмия, хрома, никеля и цинка в большей степени зависит от значения рН. Кадмий подвижен в кислых почвах с рН менее 5,5. Для сравнения и дальнейшего анализа приведем валовое содержание тяжелых металлов в пахотном слое различных типах почв России (табл. 5.16). Содержание цинка в пахотном слое почв России колеблется в пределах 5 – 80 мг/кг, содержание кадмия – 0,01 – 2,5 мг/кг.

.

Таблица 5. 16 - Содержание тяжелых металлов в почвах России, мг/кг

Тип почв

ТЯЖЕЛЫЙ МЕТАЛЛ

Hg

Pb

Cd

Cr

Co

Zn

Ni

Cu

Дерново-подзолистые

Серые – лесные

Черноземы

Каштановые

Красноземы

Торфяные

0,01-0,76

0,03-0,80

0,03-0,40

0,01-0,47

0,03-0,08

0,01-0,03

3-17

10-25

13-30

10-27

10-38

3-24

0,01-2,5

0,1-0,7

0,4-1,7

0,07-0,4

0,12-0,2

0,17-0,2

10-181

25-250

20-287

71-330

80-200

3-90

3-13

2-12

9-13

5-15

1-2

1-10

5-62

20-63

29-63

42-52

47-70

7-62

6-25

11-30

20-70

20-45

25-65

2-65

4-16

1-48

5-40

13-40

15-140

1-5

В незагрязненных районах распределение цинка в пахотном слое почв колеблется в пределах от 5 до 70, а кадмия от 0,01 до 2,5 мг/кг. Увеличение их количества в верхнем горизонте почвы свидетельствует об избыточном поступлении тяжелых металлов из атмосферного воздуха. Содержание ртути колеблется в пределах от 0,01 до 0,8 мг/ кг. Свинца, соответственно, - от 3 до 38, хрома - от 3 до 330, кобальта - от 1 до 15, никеля - от 2 до 70 и меди - от 1 до 140 мг / кг. Решение проблемы получения экологически безопасной продукции на загрязненных территориях невозможно без учета миграции и аккумуляции тяжелых металлов в почвенном профиле. Анализ их содержания в почвах указывает на характерную пространственную и вертикальную неоднородность почв.

Для условного контроля мы брали показатели имеющихся данных по содержанию тяжелых металлов в природных средах (табл. 5.17).

Таблица 5.17- Предельно-допустимые концентрации тяжелых металлов в природных средах

Металл

Воздух, мг/м3

Вода, мг/л

Почва, мг/кг

хозяйственно-бытового назначения

подвижная форма

валовая форма

Pb

Cd

Cu

Zn

Ni

Co

Hg

0,0003

0,0003

0,001

0,005

0,001

0,001

0,0003

0,03

0,001

1,0

1,0

0,1

0,1

0,0001

6,0

2,0

3,0

23,0

4,0

5,0

32,0

33,0

55,0

20,0

2,1

Валовое содержание цинка в серых лесных почвах значительно меньше, а в черноземных почвах – больше, чем в пойменных. Особенно существенными являются различия по его содержанию в верхнем двадцати - сантиметровом слое почвы. Подвижность цинка почти в 2 раза больше в верхних слоях почвы (0 – 60 см), чем в нижних слоях. Содержание никеля по профилю серых лесных почв убывает до глубины 80 см, а затем несколько возрастает на глубине от 80 до 100 см. Содержание меди в серых лесных почвах убывает по глубине профиля, а ее подвижность в верхних слоях почвы (0 – 40 см) в 2 раза выше, чем в нижних. Количество хрома в серых лесных почвах повышается на глубине от 0 до 80 см, а затем, в слое 80 – 100 см, выходит на уровень верхнего 20-сантиметрового слоя почвы. Подвижность хрома в серых лесных почвах невысок, в пределах 1,6 – 2 мг/кг.

Для большинства почв характерно наибольшее обогащение ртутью верхней части почвенного профиля (Скрипченко, Золотарева, 1981). Так, в каштановых почвах накопление ртути наблюдается во второй (иллювиальной) полуметровой части профиля. Миграция ртути за пределы почвенного профиля практически не происходит. Скорее происходит аккумуляция ее в верхних горизонтах почв при незначительном содержании в почвообразующих породах, на что необходимо обратить особое внимание. Наибольшее количество ртути накапливается в илистой и мелкопылеватой фракциях почв, что связано с прочным закреплением ртути гумусовыми веществами и глинистыми минералами.

Распределение кадмия по профилю почв хорошо согласуется с особенностями почвообразовательного процесса. В дерново-подзолистых почвах содержание кадмия всегда выше, чем в почвообразующих породах. Наиболее беден кадмием подзолистый горизонт этих почв, тогда как в гумусовом горизонте отчетливо проявляется его аккумуляция. В горизонтах более тяжелых по механическому составу содержание кадмия выше, чем в почвообразующих породах почвы дерново-подзолистой зоны более дифференцированы по профильному распределению кадмия, что связано с образованием ассоциаций с водными оксидами железа и алюминия.

Распределение мышьяка в почвенном профиле зависит от типа почвы. В тяжелосуглинистом черноземе он распределяется равномерно по всему профилю. В подзолистых и бурых горно-лесных почвах его распределение носит элювиально-иллювиальный характер, максимальное содержание находится в иллювиальных горизонтах. Для дерново-подзолистых почв характерно элювиальное распределение мышьяка. Накопление мышьяка в гумусовом горизонте не наблюдается. Характер распределения свинца по профилю почвы аналогичен распределению органического вещества. В кислых дерново-подзолистых почвах происходит перенос свинца в нижние горизонты. В дерново-подзолистых почвах иллювиальный горизонт содержит свинца больше, чем почвообразующие породы или верхние горизонты. Его максимальное содержание в серых лесных почвах отмечается в верхнем слое, что составляет около 40% его валовых запасов. В дерново-глеевых почвах основным барьером на пути передвижения свинца в условиях кислой реакции среды является глиняный горизонт, что связано с высоким содержанием в нем ила (Алексеев 1987).

Повышенное содержание тяжелых металлов в почве нарушает естественные процессы поглощения и передвижения элементов по трофическим цепям. Накопление тяжелых металлов в организмах приводит к развитию многих опасных заболеваний. До последнего времени на нормирование содержания тяжелых металлов в почвах практически не обращали внимания. Если и изучали содержание тяжелых металлов в почве, но не с целью предотвращения чрезмерного накопления, а, наоборот, с целью выявления недостаточности в почвах микроэлементов, таких как цинк, марганец, медь, молибден, кобальт, железо.

Необходимость определения ПДК тяжелых металлов возникла в связи с учащением сообщений об отрицательных последствиях загрязнения почв, проявляющихся в ухудшении гигиенического качества продукции, заболевании животных, и, в конечном счете, ухудшении здоровья человека. Загрязнение почв часто происходит не по вине сельскохозяйственных работников. Из атмосферного воздуха в окрестностях промышленных предприятий и оживленных автомагистралей в почву поступают загрязнители, в том числе и тяжелые металлы. В почвах тяжелые металлы поливалентны, образуют плохо растворимые соединения с фосфатами и гидроокисями, что способствует их постепенному накоплению. В связи с этим необходим постоянный мониторинг состояния почв, так как несущественные, на первый взгляд, количественные изменения, происходящие в результате поступления металлов, могу в определенный момент превысить предельно допустимые его концентрации и, в значительной мере, ухудшить экологическое состояние, особенно, урбанизированных территорий.