научная статья по теме ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ И МЕТАЛЛОИДАМИ И ИХ ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОПАСНОСТЬ (АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР) Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ И МЕТАЛЛОИДАМИ И ИХ ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОПАСНОСТЬ (АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР)»

ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2013, № 7, с. 872-881

ДЕГРАДАЦИЯ, ВОССТАНОВЛЕНИЕ И ОХРАНА ПОЧВ

УДК 631.41:631.453

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ И МЕТАЛЛОИДАМИ И ИХ ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОПАСНОСТЬ (АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР)

© 2013 г. Ю. Н. Водяницкий

Факультет почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, 119234, Москва, Ленинские горы, 1

e-mail: yu.vodyan@mail.ru Поступила в редакцию 17.01.2011 г.

Согласно современным экотоксикологическим данным опасные тяжелые металлы/металлоиды в почве образуют ряд: Se > Tl > Sb > Cd > V > Hg > Ni > Cu > Cr > As > Ba. Этот ряд отличается от известного ряда опасности тяжелых элементов, в котором опасность Pb и Zn преувеличена, а опасность V, Sb, Ba недооценена. В список опасных элементов в почве также должен быть включен Tl. В настоящее время упор сделан на исследования тяжелых металлов/металлоидов не в городских, а в сельскохозяйственных почвах, с которых поступает загрязненная продукция, отравляющая животных и человека. Основными источниками загрязнения почв опасными тяжелыми элементами являются: аэральные выпадения из стационарных источников и средств передвижения; гидрогенное загрязнение от поступления промышленных сточных вод в водоемы; осадки сточных вод; органические и минеральные удобрения и средства защиты растений; отвалы золы, шлака, руд, шламов. Кроме влияния на растения и на почвенно-грунтовые воды, тяжелые металлы/металлоиды негативно влияют и на саму почву. Очень восприимчивы к воздействию тяжелых элементов почвенные микроорганизмы.

Ключевые слова: тяжелые элементы, аэральные выпадения, гидрогенное загрязнение, сточные воды, отвалы.

Б01: 10.7868/80032180X13050171

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в рамках проблемы "Тяжелые металлы в почвах" сформулированы следующие основные задачи: 1) изучить поступление металлов в почвы сельскохозяйственного назначения; 2) изучить биологическую доступность металлов в составе ила сточных вод, используемого как источник питания растений, в первую очередь фосфором; 3) изучить химические аспекты поведения металлов в почвах — закрепление, перераспределение, высвобождение [65]. Таким образом, налицо ориентация на исследование и контроль сельскохозяйственных, а не городских почв. Это объяснимо, так как именно из сельскохозяйственных почв поступает загрязненная продукция, отравляющая животных и человека. Не удивительно также, что в тех странах, где дифференцированно нормируют содержание тяжелых металлов/металлоидов в зависимости от использования земель, ПДК для пахотных почв гораздо строже, чем для городских почв на офисных и рекреационных участках.

Перед исследователем неизбежно встает вопрос об изучении наиболее опасных поллютан-тов. Всего существует 57 тяжелых металлов/ме-

таллоидов [12, 13], степень опасности которых сильно варьирует и ответа на этот вопрос нет.

Цель работы: обновить список наиболее опасных тяжелых металлов/металлоидов в почве, выявить главные источники их поступления, охарактеризовать влияние поллютантов на почвы, в особенности сельскохозяйственного назначения.

Определение степени опасности тяжелых металлов и металлоидов в почвах. В Программе глобального мониторинга, принятой в ООН в 1973 г., фигурировали всего три тяжелых металла: РЬ, Сё и Щ (цит. по [23]). Позже в докладе исполнительного директора Программы ООН по окружающей среде (ЮНЕП) к наиболее опасным были добавлены семь тяжелых металлов: Си, 8п, V, Сг, Мо, Со, N1 и три металлоида: 8Ь, А и 8е [55].

Данные рекомендации до сих пор служат основой для мониторинга тяжелых элементов в почве [18]. Министерство природных ресурсов и экологии РФ контролирует валовое содержание в почвах девяти тяжелых металлов [19]. Для одних металлов установлены ПДК (V Мп, РЬ), для других — ОДК (Сё, Си, N1, Zn), для третьих, у которых нормативов нет, степень загрязнения почвы оценива-

ется по эмпирическому критерию — превышению четырех фоновых значений. Иногда отсутствие нормативов на тяжелые металлы в почвах рассматривают как указание на их пассивность, и Ва и 8гв относят к малотоксичным металлам, а Ga, 8е, Л§ — к условно токсичным [48].

Отметим важный недостаток ПДК/ОДК: для оценки загрязнения почв используют фиксированные значения концентраций тяжелых металлов и металлоидов (цит. по [10]), не разделяя их природные и техногенные доли. Это приводит к завышению опасности загрязнения на территории положительной геохимической аномалии и к занижению опасности на площади отрицательной природной аномалии. Как видно, фиксированные значения нормативов не учитывают природно-климатические и геохимические особенности регионов [9, 44]. Эти особенности могут быть очень контрастными. Фоновое содержание Ля варьирует от 0.1 мг/кг в подзолах Кольского п-ова до 100—150 мг/кг в черноземах Алтая [42]. Высокое содержание тяжелого элемента в почве (выше ПДК/ОДК), еще не означает ее загрязненность. Наконец, нормативы не учитывают такой важный фактор, как возраст загрязнения, хотя часто со временем подвижность и, следовательно, опасность поллютанта уменьшается [26].

Предпосылки к более правильному подходу были созданы еще в 1987 г., когда Минздрав СССР утвердил СанПиН 42-128-4433-87 для нескольких тяжелых металлов, используя "гибкие" ПДК и применяя уравнение: ПДК = фон + ПДД, где второе слагаемое позднее получило обозначение ПДД — предельно допустимая добавка тяжелого металла как поллютанта (цит. по [58]). Величина ПДД характеризует степень опасности данного тяжелого металла. Этот принцип выражения ПДК, основанный на различении переменной природной и техногенной допустимой долей металлов/металлоидов, позволяет определить локальное значение ПДК и устранить недостатки нормативов, связанные с применением фиксированных чисел.

Гибкий поход к нормированию получил позже развитие в Нидерландах [63, 78]. В этой стране новые значения ПДД получены в результате многочисленных и разнообразных экотоксикологи-ческих исследований: проведена большая работа по установлению значений ПДД для 17 тяжелых металлов и металлоидов. Исследовали влияние водных вытяжек из почв, загрязненных данными элементами, на разные типы организмов (не менее четырех): растений, а также бактерий и других микроорганизмов, то есть учитывали токсическое влияние на почвенную биоту, а не прямое влияние тяжелых металлов/металлоидов на здоровье человека при вдыхании пыли и потреблении питьевой воды. После этого была проведена

"гармонизация" полученных величин ПДД [63]. Полученные значения ПДД металлов/ металлоидов в почве образуют ряд: 8е > Т1 > 8Ъ > Сё > V >

> Н > N1 > Си > Сг > Ля > Ва > 2п > Со > 8п > Се >

> РЪ > Мо. Этот ряд отражают степень опасности химических элементов в почвах по отношению к биоте. К сожалению, приведенный в таблице набор из 17 элементов недостаточно широк, учитывая, что всего имеется 57 тяжелых элементов. Явно ощущается отсутствие ПДД урана, техногенная доля которого после II Мировой войны стремительно возросла, а сомнений в его токсичности нет [14]. Таким образом, чрезвычайно полезные исследования ПДД должны быть распространены на другие тяжелые металлы/металлоиды в почвах.

Нидерландские значения ПДД приведены для почвы, содержащей 25% илистых частиц (<2 мкм) и 10% гумуса. Условность величин ПДД очевидна: не учитывается разнообразие минералогических и химических форм поллюантов, с разной прочностью закрепляющихся в почвах с разным минералогическим составом. Хотя в зависимости от техногеохимических условий, значения ПДД каждого их тяжелых металлов/металлоидов будут варьировать, найденные соотношения между ними в основном сохранятся и их можно использовать в качестве меры опасности элементов. Элементы с низким ПДД являются опасными, а с высокими — нет.

Величины нидерландских ПДД металлов/металлоидов варьируют очень широко: от 0.11 мг/кг для 8е — максимально токсичного тяжелого элемента — до 253 мг/кг для Мо (минимально токсичный элемент). Широкое варьирование отражает различие в степени опасности элементов в почве.

Прежде всего, отметим существенное различие в значениях ПДД металлов, данных в СанПиНе 42-128-4433-87 и в значениях ПДД, предложенных позднее нидерландскими экологами. Для одних металлов эти значения (в мг/кг) увеличились: для РЪ 55 вместо 20, для Ля 4.5 вместо 2, а для других уменьшились: для Си 3.5 вместо 35, для N1 2.6 вместо 35. Таким образом, согласно новым данным в почвах РЪ считается менее опасным металлом, а Си и N1, наоборот, — более опасными, чем прежде.

Степень опасности тяжелых металлов/металлоидов определяется тем, что элементы опасные для человека при прямом контакте, становятся менее опасными в почвах. В особенности это касается свинца и цинка. Свинец в почве сильно инактивируется и теряет токсичность [26]. Со временем металлы постепенно удаляются из почвы за счет потребления растениями, выщелачивания, эрозии. Установлено, что у свинца рекордно высокий период полуудаления из почв: от 740 до

5900 лет, по сравнению с более опасными кадмием (13-110 лет) и медью (310-1500 лет) [29]. Самоочищение супесчаной дерново-подзолистой почвы характеризуется различиями в сохранности разных металлов: за 12 лет достоверно снизилось содержание Сё, Си, N1, но не РЪ [51]. Это связано во многом с быстрым снижением подвижности внесенного в почву свинца. В другом опыте в каштановой почве токсическая доза свинца достигает 200 мг/кг [24]. Устойчивость в почвах свинца повлекла за собой резкое увеличение его ПДК в западных странах. Значения ПДК свинца в городских почвах в Англии составляют 300, в Канаде 500 и 1000, в США - 2000 мг/кг [8].

Небольшая опасность цинка тоже не должна удивлять. Цинк является важным микроэлементом, необходимым для растений. Он активно участвует во многих биохимических процессах. Техногенный Zn в почвах в значительной степени закрепляется с помощью (гидр)оксидов железа, фосфатов, входит в состав филлосиликатов [12, 68, 69]. Характерно, что в отличие от Сё, Со, N1, ТЪ, достоверно усиливающих эмиссию СО2 в загрязненной почве, влияние РЪ и Zn было не значимым [46].

Напротив, опасность других металлов/металлоидов в России недооценена. Например, это относится к ванадию. Его следует отнести к группе высоко опасных элем

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком