CC BY
114
АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ НА СВОЙСТВА ПОЧВ АГРОЦЕНОЗА И ЕГО БИОЛОГИЧЕСКУЮ ПРОДУКТИВНОСТЬ
© Высоцкая Е.А.*
Воронежский государственный педагогический университет, г. Воронеж
Проблема загрязнения окружающей среды в последнее время привлекает большое внимание. Из антропогенных источников загрязняющие вещества поступают в природную среду, почвы, часть из которых поглощается сельскохозяйственными культурами, создавая опасность для здоровья человека их потребляющего, часть остается в природной среде, нарушая естественный баланс экосистем.
Основная масса техногенно-рассеянных тяжелых металлов очень быстро поступает на поверхность почвы. Значительная их часть включается в почвообразовательный процесс, некоторое количество поглощается растительностью и выносится с поверхностным и грунтовым стоком. В результате образуются техногенные геохимические аномалии, характеризующиеся быстрым убыванием концентрации металлов от источника загрязнения к периферии. Особую научную значимость приобретает разработка научно обоснованных программ проведения широкомасштабных рекультивацион-ных работ на загрязненных сельскохозяйственных территориях, сочетающих различные способы и средства мелиорации, выбор которых основан на результатах специальных исследованиях поведения тяжелых металлов в системе почва - мелиорант - растение [3].
К тяжелым металлам относится более 40 химических элементов периодической системы Д.И. Менделеева, масса атомов которых составляет более 50 атомных единиц. Эта группа элементов, активно участвующих в биологических процессах, входит в состав многих ферментов [4, 5].
Важной особенностью металлов является то, что они относятся к классу неспецифических веществ, т.е. в отличие от специфических загрязнителей, как пестициды, чуждых геохимическому фону, металлы в фоновых концентрациях присутствуют в различных компонентах экосистем. Нарушение этой «нормы» вызывает не только прямое токсичное воздействие, но и отдаленные последствия в виде воспроизводства и биопродуктивности организмов, т.е. проявляется на уровне популяций и поколений. Еще одно отличие микроэлементов от многих загрязняющих веществ состоит в том, что при миграции они меняют лишь уровень содержания или формы нахождения и не включаются в процессы самоочищения. У элементов группы тяжелых металлов
* Доцент кафедры Безопасности жизнедеятельности и медицинских знаний, кандидат географических наук, доцент.
очень узок оптимальный и безвредный интервал концентрации - в этом их опасность [5].
Микроэлементы, поступающие из различных источников, попадают в конечном итоге на поверхность почвы, и их дальнейшая судьба зависит от ее химических и физических свойств. Интенсивное загрязнение атмосферного воздуха и почвы происходит за счет транспорта, и прежде всего автомобильного. Среди загрязнителей на расстоянии до 30-50 м от дорог, обнаруживаются: марганец, цинк, олово, медь, свинец, кадмий, кобальт, никель [5].
Основными источниками поступления тяжелых металлов в почву агро-ценозов Воронежской области являются выбросы промышленных предприятий, транспорта и средства химизации растений [6].
В настоящее время установлено, что избыток тяжелых металлов в почве оказывает неблагоприятное воздействие на почвенные микроорганизмы, тормозятся процессы минерализации органического вещества, аммонификации и нитрификации [8].
Почвы агроценозов могут содержать неодинаковое количество элементов: нормальное, избыточное и недостаточное. Это зависит от состава материнских пород, растительности, степени окультуренности почв и поступления микроэлементов извне в виде различных органических и минеральных удобрений и осадков [13].
Гранулометрический состав почв агроценозов оказывает прямое влияние на закрепление тяжелых металлов и их высвобождение. Глинистые почвы в связи с высоким процентным содержание частиц малого диаметра и, соответственно, высоким потенциалом на их поверхности, обладают большей способностью к сорбции атомов тяжелых металлов. Содержание микроэлементов в них находится в большой зависимости от реакции почвенного раствора. Свинец, медь, никель, цинк подвижны в кислой среде (при рН < 6.5-6.7), кадмий подвижен при рН 4.5-5.5, марганец - в восстановительной среде (рН 8.5), кобальт - также в восстановительной (рН > 6.8) [7].
Наличие разнообразных путей поступления тяжелых металлов в флористический компонент агроценозов предполагает существование двух ведущих факторов формирования элементного химического состава растений: генетического и экологического. Долевое участие каждого меняется в зависимости от изменений условий среды. При соответствии геохимической обстановки фитоценозов трофическим требованиям растений их элементный состав в основном отражает работу генетического контроля. В таких условиях выдерживается избирательное и характерное для конкретного агрофита поглощение ионов металлов растительными тканями. Экологический фактор препятствует этому в тех случаях, когда среда обитания обогащена подвижными формами тяжелых металлов [4, 5].
Работы многих исследователей свидетельствуют, что между химическим составом растений и элементным составом среды существует несомненная
связь, а основная масса химических элементов поступает во флористический компонент агроценоза из почвы [1, 5-8].
Минеев В.Г. (1990), Обухов А.И. (1990) и другие, основываясь на анализе литературных материалов, отмечают, что формирование химического состава сельскохозяйственных растений, в частности, определенных уровней содержания в них тяжелых металлов, обусловливается несколькими факторами:
- общим содержанием отдельных тяжелых металлов в почвах конкретного агроценоза;
- относительным содержанием в почвах агроценоза усвояемых растениями форм химических соединений, в которые входят конкретные тяжелые металлы;
- физиологической ролью каждого тяжелого металла и, в связи с этим, характером распределения их по органам растений.
Между тем, некоторые авторы (Ладонин В.Ф., 1995; и др.) утверждают, что применение минеральных удобрений и извести снижает содержание тяжелых металлов в растениях за счет повышения урожайности сельскохозяйственных культур, а, следовательно, и биоразбавления на единицу массы.
Таким образом, создание оптимальных условий для питания растений подбором соответствующих минеральных и органических удобрений является важным приемом улучшения почв, загрязненных различными токсичными металлами [11, 14].
Обобщение результатов опытов с удобрениями, проведенных Географической сетью, показало, что в целом имеется достаточно тесная связь между содержанием подвижных форм тяжелых металлов в почвах и накоплением их в растениях. Это свидетельствует о необходимости систематического мониторинга тяжелых металлов в растениях при использовании повышенных доз удобрений [9].
Тяжелые металлы претерпевают в почве химические превращения, в ходе которых их токсичность изменяется в широких пределах. Физико-химические свойства тяжелых металлов обусловливают их большее или меньшее воздействие на агрофиты агроценозов.
Общую загрязненность почвы характеризует валовое количество тяжелого металла. Доступность же элементов для сельскохозяйственных растений определяется их подвижными формами. Поэтому содержание в почве подвижных форм тяжелых металлов - важнейший показатель, характеризующий санитарно-гигиеническую обстановку и определяющий необходимость проведения мелиоративных детоксикационных мероприятий.
К факторам, загрязняющим агроценозы, можно отнести химизацию земледелия, в первую очередь применение минеральных, а также известковых и органических удобрений.
Среди минеральных удобрений более высоким содержанием металлов характеризуются фосфорные удобрения. Почти все они отличаются высоким содержанием стронция (нерадиоактивного).
За подвижными и особенно водно--растворимыми формами тяжелых металлов в почве необходим контроль, т.к. соединения этих элементов в составе минеральных удобрений в форме хлоридов, нитратов и отчасти сульфатов отличаются хорошей растворимостью и поэтому высокой подвижностью. Кроме того, минеральные удобрения, увеличивая кислотность среды в почве, способствуют переводу соединений тяжелых металлов, содержащихся в почве и удобрениях, в растворимые и более подвижные формы.
Тяжелые металлы в минеральных удобрениях являются естественными примесями, содержащимися в агрорудах. Поэтому количество их в минеральных удобрениях зависит от исходного сырья и технологии его переработки. Наиболее существенными как по набору, так и по концентрациям примесей, тяжелых металлов являются фосфорные удобрения, а также удобрения, получаемые с использованием экстракционной ортофосфорной кислоты (аммофо-сы, аммофоски, нестрафосы, нестрафоски, двойные суперфосфаты). В простом суперфосфате содержится хром (60-243 мг/кг), кобальт (90 мг/кг), медь (4-79 мг/кг), свинец (7-92 мг/кг), никель (732 мг/кг), ванадий (70-180 мг/кг), цинк (150-1430 мг/кг). Особого внимания заслуживает поступления в почву стабильного стронция в составе простого суперфосфата [2].
Следовательно, применение удобрений может стать фактором загрязнения и токсикации почв агроценозов тяжелыми металлами.
Список литературы:
1. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях / Ю.В. Алексеев. - М.: Агропромиздат, 1987. - С. 2-36.
2. Безуглов В.Г. Применение гербицидов в интенсивном земледелии / В.Г. Безуглов. - М.: Росагропромиздат, 1988. - С. 14-52.
3. Галиулин Р.В. Инвентаризация и рекультивация почвенного покрова агроландшафтов, загрязненного различными химическими веществами. Тяжелые металлы / Р.В. Галиулин // Агрохимия. - 1994. - № 7-8. - С. 132-143.
4. Ильин В.Б. О предельно допустимой концентрации тяжелых металлов в почве / В.Б. Ильин // Химия в сельском хозяйстве. - 1982. - № 3. - С. 5-7.
5. Ильин В.Б. Влияние тяжелых металлов на рост, развитие и урожайность с.-х. культур / В.Б. Ильин, Г. А. Гармаш, Н.Ю. Гармаш // Агрохимия. -1985. - № 6. - С. 90-100.
6. Ильин В.Б. Загрязнение тяжелыми металлами огородных почв и культур в городах Кузбасса / В.Б. Ильин // Агрохимия. - 1991. - № 7. - С. 67-69.
7. Кабата-Пендиас А. Микроэлементы в почвах и растениях / А. Кабата-Пендиас, X. Пендиас. - М.: Мир, 1989. - С. 166-180.
8. Ковальский В.В. Методы определения микроэлементов в органах и тканях животных, растениях и почвах / В.В. Ковальский, А.Д. Гололобов. -М.: Колос, 1969. - С. 11-32.
9. Ладонин В.Ф. Влияние комплексного применения средств химизации на содержание тяжелых металлов в почвах и растениях / В.Ф. Ладонин // Химия в сельском хозяйстве. - 1995. - № 4. - С. 18.
10. Минеев В.Г. Агрохимия и биосфера / В.Г. Минеев. - М.: Колос, 1984.
11. Минеев В.Г. Агрохимия, биология и экология почвы / В.Г. Минеев, Е.Х. Ремпе. - М.: Росагропромиздат, 1990. - С. 9-41.
12. Обухов А.И. Экологические последствия загрязнения почв тяжелыми металлами и мероприятия по их устранению / А.И. Обухов // Поведение поллютантов в почвах и ландшафтах. - Пущино: Институт почвоведения и фотосинтеза, 1990. - С. 52-55.
13. Самохвалов С.Г. Методические указания по атомно-абсорбционному определению микроэлементов в вытяжках из почв и в растворах золы кормов и растений / С.Г. Самохвалов, Н.А. Чеботарева. - М.: ЦИНАО, 1977. -34 с.
14. Ягодин Б.А. Тяжелые металлы в системе почва - растение / Б.А. Ягодин, В.В. Кидин // Химия в сельском хозяйстве. - 1996. - № 5. - С. 17.
