ТЕХНОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВ ЧЕЛЯБИНСКОЙ ОБЛАСТИ И ИХ МОНИТОРИНГ

С ростом населения и технической вооруженности всех отраслей народного хозяйства, в т.ч. сельскохозяйственной отрасли, антропогенные нагрузки на педосферу с каждым годом увеличиваются, а возможности для расширения сельскохозяйственных угодий практически исчерпаны.

Так, например, анализ объемов количества применяемых химических средств защиты растений за период с 1965 по 1997 гг. показал, что в среднем по Челябинской области за 1965-1979 гг. ежегодно применялось 2028 тонн в год, в период с 1980 по 1989 гг. применение пестицидов увеличилось до 3383 тонн в год. Начиная с 1990 г. применение пестицидов значительно снизилось и составило в 1995 г. – 1165 тонн, а в 1996 – 1052 тонны в год. Условная количественная доза внесенных пестицидов на 1 га пахотной площади области при этом составляла в среднем: в период с 1965 по 1979 гг. – 0,6 кг/га, с 1979 по 1989 гг. – 1,0 кг/га, с 1990 по 1994 гг. – 0,4 кг/га, в 1995 г. – 0,2 кг/га, а в 1996 г. – 0,18 кг/га. То есть  нагрузка пестицидов на обработанную площадь постепенно снижалась. Считается, что при нагрузке пестицидов на 1 га пашни меньше 4 кг опасность загрязнения почв и других природных объектов остатками пестицидов является минимальной [5]. Судя по показателям доз внесения пестицидов на 1 га площади посевов, не было нарушений допустимых гигиенических норм. В последние годы также не отмечено нарушений норм.

Загрязнение почв может осуществляться не только пестицидами, но и токсикантами промышленного происхождения. Так, по данным космических съемок, по Челябинской области суммарная площадь загрязнения составляет 29,5 тыс. кв. км. Если прибавить сюда площадь, загрязненную радионуклидами, а также территории, занятые техногенными отходами, то суммарная площадь загрязнения будет равна 50 тыс. кв. км, или 56% территории области. Отмечается загрязнение тяжелыми металлами (ТМ).

В условиях высоких техногенных нагрузок мониторинг земель на содержание в почве ТМ важен для выявления тенденций загрязнения ими территорий, разработки и осуществления комплекса мер по получению экологически чистой продукции земледелия, установлению границ микрозон, где содержание ТМ превышает предельно-допустимые концентрации. Мониторинг земель на содержание ТМ начат в 1992 г. на основе выборочных и сплошных обследований хозяйств.

Сплошное обследование сельскохозяйственных земель осуществляется Центром химизации и сельскохозяйственной радиологии области в Сосновском, Красноармейском и Аргаяшском районах лесостепной зоны Челябинской области, близко расположенных от наиболее мощных источников загрязнения – предприятий черной и цветной металлургии гг. Челябинска и Карабаша. По результатам проведенной работы в трех указанных районах на общей площади 111,4 тыс. га выявлены сельскохозяйственные угодья, где содержание некоторых ТМ превышает ПДК. Из пяти обследованных хозяйств Сосновского района общей площадью 28358 га в трех загрязнены тяжелыми металлами 2278 га сельскохозяйственных угодий (8,1%). Выявлено загрязнение выше ПДК никелем на площади 622 га (2,2%), хромом на 467 га (1,6%), кобальтом на 2200 га (7,8%).

В Красноармейском районе из семи обследованных хозяйств общей площадью 44,4 тыс. га загрязнены ТМ 2034 га сельскохозяйственных угодий (4,6%). Выявлено загрязнение выше ПДК цинком на площади 1297 га (2,9%), свинцом – на 737 га (1,7%). В четырех хозяйствах Аргаяшского района обнаружено 6000 га (19,5 обследованной площади) сельскохозяйственных угодий, где содержание тяжелых металлов выше ПДК, в том числе: на 2617 га (8,5%) медью, на 200 (0,7%) – цинком, на 230 га (0,7%) – хромом, на 2973 га (9,6%) – марганцем. Выявление источников загрязнения тяжелыми металлами почвы некоторых хозяйств позволит отличить техногенное загрязнение от фонового содержания и аномалий геохимического происхождения.

Повышенный фон ТМ обычно свойствен тяжелым по гранулометрическому составу почвам (глинистым и тяжелосуглинистым), хорошо гумусированным, пониженный – легким (песчаным и супесчаным). Это различие объясняется тем, что тонкодисперсные минеральные частицы и гумусовое вещество почвы обладают высокой способностью депонировать ТМ.

На территории Челябинской области распространены разнообразные комплексы горных пород, содержащих в повышенных концентрациях токсичные металлы. При неглубоком залегании эти комплексы активно участвуют в почвообразовании, что приводит к высоким значениям содержания ТМ в почве. Естественная природная особенность накладывает определенные требования на использование земель в сельскохозяйственном производстве. Высшие растения, произрастая в почвах с повышенным содержанием ТМ, способны без каких либо признаков отравления и патологических изменений накапливать опасные для животных и человека концентрации ТМ. Особенность ТМ заключается в том, что они не подвергаются процессам естественного разрушения и, попадая в почву, становятся константным фактором [7, 11].   Высокие концентрации ТМ приводят к дисбалансу компонентов питания в растениях и отрицательно влияют на синтез и функции многих биологически активных соединений. Например, избыточное содержание в почве кадмия приводит к уменьшению в растениях количества фосфора, кальция, магния, железа, цинка, меди [12].

По данным В.В. Степанюка и С.П. Голенецкого [10], при увеличении в почве цинка в органах растений повышалось содержание калия, марганца, свинца, но уменьшалось содержание стронция. Высокие дозы техногенных элементов вызывают снижение содержания железа в растениях, что способствует развитию в них хлороза.

Железо, как считает Ю.В. Алексеев [2], малотоксичный ТМ. Его соли в почве, наоборот, способствуют увеличению подвижности других ТМ по профилю почвы. Токсичность железа проявляется при избыточном поглощении его растениями. При наличии в почве железа в токсичных концентрациях его усваивается около 1500 мг/кг сухого вещества. Токсичность железа ослабляется по мере обеспеченности растений элементами – антогонистами, такими, как кальций, фосфор, марганец, медь, цинк. На Урале расположен ряд месторождений железа и крупнейших предприятий черной металлургии. Только в Челябинской области находятся такие гиганты, как Магнитогорский МК, Челябинский МК и ЧЭМК, Златоустовский, Ашинский, Чебаркульский и другие металлургические предприятия, выпускающие 19% чугуна и стали страны. Загрязнение воздушного бассейна и территорий вокруг них достигает десятков километров.

Все они потребляют большое количество воды, и при сбросе отработанных стоков даже через систему очистки происходит глобальное загрязнение рек, пойменных лугов и пастбищ, а также почв для производства сельскохозяйственных культур не только солями железа, но и сопутствующими элементами (хром, никель, вольфрам, кобальт и др.).

Хром в объектах окружающей среды является одним из самых опасных и высокотоксичных загрязнителей, так как он поливалентен. Особенно токсичными являются его шестивалентные соединения [6]. Загрязнение хромом происходит за счет выбросов пыли цементным заводом вокруг предприятий черной и цветной металлургии.

С удобрениями и химическими мелиорантами, отходами промышленности и коммунального хозяйства крупных промышленных городов в почву могут попадать стронций, кадмий, свинец. Стронций является аналогом кальция, он обладает большей подвижностью и поэтому в растения через корни поступает более интенсивно [2]. Стронций в почву попадает в основном с суперфосфатом.

Устойчивость растений к ТМ различна, и об этом свидетельствует коэффициент усвоения ТМ. Наименьший коэффициент усвоения ТМ у свинца, максимальный – у цинка [13].

 Хорошим щитом от излишнего поступления ТМ в растения является высокое содержание гумуса в почве. Отсюда становится понятным важность содержания гумуса в почве и вносимых органических удобрений.

Например, данные П.Г. Адерихина [1] свидетельствуют о том, что на фоне органических удобрений эффективность фосфорных удобрений увеличивается, особенно при совместном внесении их с азотными и калийными удобрениями. В опытах В.Г. Минеева [9] система органических и минеральных удобрений в сочетании с периодическим известкованием почвы снизила подвижность кадмия в пахотном слое почвы в 2 раза, а свинца в 4 раза. В земной массе растений вики в этих вариантах также содержание кадмия было в 3,5 раза, а свинца – 2 раза меньше, чем в контроле.

Иные результаты получены А.В. Гришиной и В.Ф. Ивановой [4]. Согласно их данным, подвижность кадмия была высокой даже на фоне извести, затем по степени уменьшения подвижности в ряд они ставят следующие химические элементы: цинк, медь, свинец.

При попадании в почву практически все ТМ связываются почвенными компонентами, при этом происходит либо осаждение в виде труднорастворимых соединений, либо адсорбция на почвенных коллоидах, либо как для хрома, валентные трансформации, которые изменяют подвижность элемента, токсичность и доступность его растениям и микроорганизмам [6].

Источником ТМ, как известно, может служить не только естественный фон с повышенным их содержанием и загрязненный воздушный бассейн. ТМ могут попасть в почву с компостами из бытового мусора, с органическими и минеральными удобрениями в виде естественных примесей, со сточными водами, при сжигании каменного угля, с аэрозолями, при добыче и переработке нефти, с транспортными выбросами и т.д. Среди загрязнителей окружающей среды наиболее опасными считаются ртуть, кадмий и свинец.

На подвижность в почве и их фитотоксичность в значительной степени оказывает влияние валентность металлов, которая в свою очередь определяется окислительно-восстановительными условиями, складывающимися в почве.

Челябинская область имеет огромную загрязненную площадь, особенно вблизи крупных городов (рис.1).

Изучение содержания ТМ  (Cu, Zn, Pb, Ni, Co, Fe, Mn, Cd, Cr) в почве на угодьях с различным удалением от города Челябинска (1997 г.) показало, что распределение их на территории было крайне неравномерно.

Если сравнить полученные данные содержания ТМ на изучаемых почвах со средним химическим составом твердой фазы почвы по А.П. Виноградову [3], то можно отметить, что по свинцу, кадмию, цинку и кобальту почти по всем наблюдаемым объектам было превышение средних показателей. Сравнение полученных данных по содержанию ТМ в почве с данными ПДК по A. Kloke [14] показало, что они были в пределах нормы.

Однако следует понимать, что почва является наименее подвижной природной средой, которая, в отличие от воздуха и воды, непосредственно не поступает в организм человека. Поэтому долгое время считалось, что антропогенное загрязнение этой среды не представляет прямой опасности для человека. Эта концепция относительной безопасности загрязнения почв

Рис. 1. Схема хронических загрязнений воздушной среды над территорией   Челябинской области (в сравнении с нормальным фоном).

предполагает их безграничную очистительную способность, обеспечиваемую микроорганизмами. На самом деле все не так. Почва служит мощным геохимическим барьером для потока загрязняющих веществ, но лишь до определенного предела. Возрастающие антропогенные нагрузки на почву приводят к уменьшению ее способности к самоочищению. Почва может выступать как долговременный, а порой и мощный источник вторичного загрязнения окружающей среды веществами, оказывающимися в конечном итоге либо в питьевой воде, либо в сельскохозяйственных продуктах [8].

Поэтому проведение мониторинга сельскохозяйственных земель промышленного района Урала необходимо для своевременного выявления неблагоприятных свойств почв при различных видах их использования и развитии естественных почвообразовательных процессов.

Мониторинг должен включать систематические наблюдения за уровнем загрязнения почв, процессами миграции химических веществ, динамикой показателей почвенного плодородия в пространстве и во времени. Однако он не может ограничиваться лишь анализом проб почв. Почва важный компонент ландшафта, поэтому ее исследование неотделимо от изучения других его компонентов, всех путей накопления загрязняющих веществ, как в природных, так и в антропогенных комплексах.

Список литературы:

1. Адерихин П.Г. Фосфор в почвах и в земледелии Центрально-черноземной полосы/ Адерихин П.Г. – Воронеж: Изд-во ВГУ, 1970. – С. 248.
2. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях / Ю.В. Алексеев. – Л.: Агропромиздат, 1987. – 142 с.
3. Виноградов А.П. Основные закономерности в распределении микроэлементов между растениями и средой / Виноградов А.П. // Микроэлементы в жизни растений и животных. – М., 1952. – С. 7-20.
4. Гришина А.В., Транслокация тяжелых металлов и приемы детоксикации почв /А.В. Гришина, В.Ф. Иванова //Агрохим. вестн. – 1997. – № 3. –  С. 36-41.
5. Комплексный доклад о состоянии окружающей среды Челябинской области в 1996 году. – Челябинск, 1997. – 302 с.

6. Краснокутская О.Н. Хром в объектах окружающей среды /О.Н. Краснокутская, М.А. Кузьмич, Л.П. Выродова //Агрохимия. – 1990. – № 2. – С. 128-140.
7. Манторова Г.Ф. Распределение тяжелых металлов по профилю почвы / Г.Ф. Манторова, Ю.В. Аниканов, Н.Н. Казаченок, Ю.К. Нечаева // Ученые записки естественно-технологического факультета ЧГПУ. Сб: науч. работ. – Челябинск: Изд-во ЧГПУ, 2001. – С. 257-270.
8. Манторова Г.Ф. Тяжелые металлы в почве и растительной продукции в условиях техногенного загрязнения / Г.Ф. Манторова // Агро XXI. – 2010. – 1-3. – С. 52-54.
9. Минеев В.Г. Экологические функции агрохимии / Минеев В.Г. // Агрохим. вестн. – 1998. –  № 3. – С. 14-16.
10. Степанок В.В. Влияние высоких доз цинка на элементарный состав растений/ В.В. Степанок, С.П. Голенецкий // Агрохимия. – 1991. –  № 7. – С. 60-66.
11. Стрнад В., Влияние внесения водорастворимых солей свинца, кадмия и меди на их поступление в растения и урожайность некоторых сельскохозяйственных культур / В. Стрнад, Б.Н. Золотарева, А.Е.Лисовских // Агрохимия. – 1991. – № 4. – С. 76-83.
12. Черных Н.А. Изменение содержания ряда химических элементов в растениях под действием различных количеств тяжелых металлов в почве / Н.А. Черных // Агрохимия. – 1991. – № 3. – С. 68-76.
13. Шафронов О.Д., Титова В.И., Варламова Л.Д. Экологические аспекты внесения фосфорных удобрений / О.Д. Шафронов, В.И. Титова, Л.Д. Варламова // Агрохим. вестн., – 1997. – № 4. – С. 42-43.
14. Kloke A. Richtwerte 80. Orientirungsdaten fur tolerierbare Gesamtgehalte einiger Elemente in Kulturboden // Mitteilungen. – VDLUFA, 1980. – H. 1-3.[schema type=»book» name=»ТЕХНОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВ ЧЕЛЯБИНСКОЙ ОБЛАСТИ И ИХ МОНИТОРИНГ» description=»Проведен анализ загрязнения сельскохозяйственных почв ТМ в результате возрастающих антропогенных нагрузок на почву в процессе производства и других причин. Для своевременного выявления и устранения неблагоприятных воздействий на почву необходим регулярный мониторинг.» author=»Манторова Галина Филипповна, Зайкова Лариса Александровна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-04-14″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.04.2015_4(13)» ebook=»yes» ]