Исследование загрязнения почв сельскохозяйственного назначения тяжелыми металлами

Почва, как поверхностный слой литосферы Земли, формирует химический состав потребляемых человеком продуктов питания, питьевой воды и, в определенной мере и атмосферного воздуха. Таким образом, почва играет важнейшую роль в биогеоценозе. В природе свободно встречаются около 80 тяжелых металлов, общая масса от массы литосферы не превышает 1,2%. Многие тяжелые металлы являются активными загрязнителями почв. В то же время, часть металлов относятся к микроэлементам, поскольку необходимы растениям в небольших количествах. В зависимости от буферности почвы имеют различную стойкость к загрязнению тяжелыми металлами. Почвы с высокой адсорбционной способностью и соответственно высоким содержанием глины, а также органического вещества могут удерживать эти элементы, особенно в верхних горизонтах.

Антропогенное влияние на почвенный покров обычно носит как прямой характер, следствием чего является изменение структуры почвенного покрова и разрушение естественного сложения почвенных горизонтов, так и опосредованную форму, в результате которого происходит накопление вредных отходов промышленных производств в почве и водных объектах [1].

При воздействии тяжелых металлов в почве наблюдается снижение биологической активности ее компонентов, частичное или полное вымирание почвенных микроорганизмов. Опасность за­грязнения почв тяжелыми металлами заключается в том, что тяжелые металлы являются стойкими загрязнителями и самоочищение почв от них протекает очень медленно. Поэтому тяжелые металлы по-разному влияют на растениеводческую и животноводческую продукцию [2].

Стойкость почв к загрязнению тяжелыми металлами разная, в зависимости от их буферности. Более высокую адсорбционную способность имеют глинистые минералы и органические вещества почвы [3].

Морфологический анализ исследований загрязнения почв тяжелыми металлами приводит к выводу о существенной неоднородности размещения загрязнителей даже на ограниченных участках территории. Пространственное размещение загрязнителя и новые приобретенные свойства почвы являются функциями морфологической неоднородности территорий.

В целом, в цепи круговорота загрязняющих веществ почва является наиболее опасным звеном в виду наибольшей подверженности антропогенному воздействию и вовлеченности в обеспечение продуктивности биосферы. Почва находится на пересечении всех транспортных путей миграции химических элементов и выступает наиболее чутким индикатором геохимической обстановки ландшафте.

Из-за низкой скорости самоочищения, почва выступает концентратором химических элементов, фиксирующим статические контуры загрязнения и отражающим кумулятивный эффект многолетнего воздействия [4].

Исследование загрязнения почв сельскохозяйственного назначения Акмолинской области, выполненные на растровом электронном микроскопе Jeol  JSM-6490LV (Япония) с использованием системы энергодисперсионного микроанализа INCA Energy (Oxford Instruments, Великобритания), показали, что по почвенному покрову уровень загрязнения во времени меняется с незначительным снижением концентраций загрязняющих веществ (незначительные увеличения концентраций находятся в рамках допустимой корреляции распределения тяжелых металлов в почве).

Растровый электронный микроскоп JSM-6490LV  предназначен для измерения масштабного коэффициента видеоизображения при помощи получения изображения поверхности объекта с высоким пространственным разрешением, а также для элементного анализа и элементного картирования при малых увеличениях (рисунок 1).

Рисунок 1 – Результаты микрозондового анализа почв (c. Акмол, Акмолинской области)

Экологическое состояние почв как по превышению ПДК загрязняющих веществ, так и по суммарному показателю загрязнения почв оценивается как допустимое. По результатам исследований выявлено незначительное загрязнение почв медью и кадмием, что возможно связано с длительным эмиссионным воздействием источников загрязнения (выхлопных газов транспорта, загрязненность удобрений, воздействие промышленных предприятий и т.д.), обусловившим накопление в почвенном покрове значительных концентраций тяжелых металлов.

К радикальным мерам по предотвращению загрязнения почв тяжелыми металлами относится удаление поверхностного загрязненного слоя почвы, покрытия его, незагрязненным слоем не менее 30 см, который бы исключал перемещение металлов из почвы в растения. Возможно также применение некоторых растений, которые осаждают и обезвреживают избыток тяжелых металлов в почве.

К агротехническим приемам борьбы с загрязненностью почв тяжелыми металлами принадлежат известкование и внесение органических удобрений. Благодаря известкованию удается несколько уменьшить содержание свинца в сельскохозяйственных культурах. Известь также эффективна на почвах, загрязненных кадмием. Высокими свойствами детоксикации характеризуются также перегной, торф, компосты, цеолит. Большую роль в локализации тяжелых металлов играют зеленые насаждения, что также подтверждает целесообразность посадки декоративных растений вдоль автомагистралей.

К радикальным мероприятиям борьбы из загрязнения почв принадлежит удаление поверхностного загрязненного слоя почвы, покрытия его, незагрязненным слоем не менее 30 см, который бы исключал перемещение металлов из почвы в растения. Возможно также применения некоторых растений, которые осаждают и обезвреживают избыток тяжелых металлов в почве.

К агротехническим приемам борьбы с загрязненностью почв тяжелыми металлами принадлежат известкование и внесение органических удобрений. Благодаря известкованию удается в несколько раз уменьшить содержание свинца в сельскохозяйственных культурах, которые выращивают на загрязненных почвах. Известь наиболее эффективна на почвах, загрязненных кадмием. Высокими свойствами детоксикации характеризуются гной, торф, компосты, а также цеолит. Большую роль в локализации тяжелых металлов играют зеленые насаждения. Да, посадка вдоль автомагистралей сплошной полосы из боярышника и клена полевого снижает содержание свинца в овощах, которые выращивают в зоне влияния автострад, на 30-50%. Существует и ряд биологических методов, например: выращивания растений, которые слабо реагируют на избыток тяжелых металлов в почве; выращивание на загрязненных почвах культур, которые не употребляют животные и люди. Наиболее загрязненные участки необходимо отводить под посадку леса и выращивание декоративных растений.