Формы техногенного зпгрязнения почв

Под техногенным загрязнением почвы обычно понимается связанное с производственной или иной деятельностью человека накопление в ней ряда веществ и организмов в количествах, снижающих технологическую, питательную и санитарно-гигиеническую ценность выращиваемых культур, ухудшающих качество других сопряженных с почвой природных объектов (поверхностных и подземных вод, атмосферы, биоценозов) и ведущих к деградации почвы. По масштабам проявления различают загрязнение почвы глобальное (общепланетарное), региональное (в пределах крупных территорий интенсивного хозяйственного освоения и использования) и локальное (вблизи одиночных или групповых источников загрязнения).

В зависимости от действующих агентов и опираясь на работы Н.Ф. Реймерса, можно предложить схему основных форм техногенного загрязнения почвы, предусматривающую выделение механической, физической, химической и биологической его форм (рис 5.5.). Одним из наиболее важных видов загрязнений, является загрязнение тяжелыми металлами.

Загрязнение тяжелыми металлами (ТМ) - избыточное накопление в почве группы экотоксичных химических элементов, в которую обычно включаются Pb, Cu, Zn, Cd, Cr, Ni, Co, Sb, Sn, Bi, Hg, Mo, V, Mn, Ti, W. Нередко к ним присоединяются «не тяжелые» металлы и некоторые металлоиды - Be, Tl, Sr, Ga, Ge, As, Se, B. Благородные и редкие элементы Н.Ф. Реймерс в группу тяжелых металлов не включает. Таким образом, понятие тяжелых металлов оказывается собирательным и не очень строгим [41].

Термин «тяжелые металлы» в ряде случаев совпадает с понятием микроэлементов - химических элементов, содержащихся в растениях и животных в количествах от n•10^-2 до n•10^-6 % мас., активно участвующих в биохимических процессах организмов и нередко жизненно необходимых им.

Помимо прямого токсического воздействия для многих ТМ характерны отдаленные эффекты токсичности, затрагивающие такие важнейшие функции живых организмов как воспроизводство и биопродуктивность. Тем самым загрязнение среды обитания ТМ создает угрозу не только для отдельных организмов, но и для целых поколений и популяций. В отличие от многих других загрязняющих веществ (например, нефтепродуктов, пестицидов или углеводородов) они не разрушаются и не преобразуются: в природе в процессах миграции меняются лишь формы их нахождения и концентрация. Для многих ТМ характерен кумулятивный эффект - суммирование вредного действия от отдельных загрязнителей.

Рис. 5.5. Основные формы техногенного загрязнения почв

В почвах ТМ сорбируются почвенным поглощающим комплексом, входят в состав различных минеральных новообразований, в том числе глинистых минералов, находятся в растворенном состоянии в почвенной влаге, входят в состав органических остатков и почвенной биоты, некоторые (Hg, B, As) находятся в газовой фазе в почвенном воздухе. В зависимости от форм нахождения в почвах различают легкодоступные (почвенные растворы, сорбаты) и труднодоступные (минеральные и органоминеральные соединения) формы ТМ. Токсичность ТМ в почвах определяется не столько их валовым содержанием, сколько доступностью для живых организмов. Последнее в значительной степени зависит от гранулометрического состава почв, физико-химических условий в почвенных растворах и интенсивности увлажнения.

Одним из путей поступления тяжелых металлов в почвы агроландшафтов связан с внесением в них нестандартных, загрязненных ТМ органических удобрений, в том числе компостов из бытового мусора и пастообразных осадков городских очистных сооружений, содержащих до 70 – 80 % органических веществ. После небольшой подготовки они могут быть использованы как нестандартные органические удобрения и такая тенденция отчетливо наметилась во всем мире. Однако здесь у России есть свои особенности - около 70 % промышленных предприятий сбрасывают сточные воды в систему коммунальной канализации [35]. Результат этого печален - образующийся на комплексах очистных сооружений осадок обогащен тяжелыми металлами и другими токсичными веществами и без специальной дорогостоящей подготовки не может быть использован в сельском хозяйстве. Более 200 млн.т таких осадков хранится в накопителях вблизи крупнейших городов страны.

Осадки сточных вод промышленных городов в десятки и сотни раз обогащены в сравнении с местными фоновыми почвами такими опасными загрязнителями, как Hg, Cd, Zn, Ag, Cr, Mo, Cu, несколько ниже концентрации Pb, Ni, Co, Bi, Sn. Осадки малопромышленных городов содержат меньше токсичных металлов, но и для них суммарный показатель загрязнения Z_c в среднем составляет 190 единиц (в промышленных городах около 500).

Кроме тяжелых металлов в осадках очистных сооружений обычно присутствуют и другие опасные загрязнители - бенз(а)пирен, устойчивые пестициды, нефтепродукты, СПАВ. Одновременно в осадках, наиболее обогащенных бенз(а)пиреном, установлены и повышенные концентрации нефтепродуктов - до 29,8 г/кг.

Отечественные нормативы на предельные содержания в осадках тяжелых металлов и других токсикантов отсутствуют. Они установлены в ряде зарубежных стран (США, Австрия, Нидерланды, Швейцария и др.). Обобщенное представление о них дает последний столбец таблицы, из которого видно, во-первых, что эти нормативы в отдельных случаях по странам существенно расходятся (например, кадмий в Австрии и Нидерландах - 10 мг/кг, в США - 50 мг/кг; никель в Нидерландах - 50 мг/кг, в Австрии и Швейцарии - 200 мг/кг), во-вторых, реальные максимальные концентрации ряда тяжелых металлов (Cr, Mo, Ni) в осадках очистных сооружений городов превышают самые оптимистические оценки их предельно возможной концентрации по мнению зарубежных специалистов, а для других металлов (Cd, Cu) - близки к ним (табл. 5.3.).

Использование осадков сточных вод городских очистных сооружений на практике сталкивается с рядом трудностей, связанных как с особенностями их состава, так и с отсутствием разработанных технологий внесения в почвы. Кроме того, нередко это сопровождается увеличением концентрации токсичных металлов в сельскохозяйственной продукции.

Таблица 5.3.