RSS подписка
Агрономия » Рациональное применение удобрений » Источники поступления тяжелых металлов в окружающую среду и способы снижения их накопления в растениеводческой продукции

Из большого числа разнообразных химических веществ, поступающих в окружающую среду из антропогенных источников, особое место занимают тяжелые металлы (ТМ). В связи с увеличивающимся загрязнением биосферы особый интерес и важное практическое значение имеет, с одной стороны, познание механизмов и закономерностей поведения и распределения ТМ в окружающей среде, с другой - тот факт, что свыше 90% всех болезней человека прямо или косвенно связаны с состоянием окружающей среды, которая является либо причиной возникновения заболеваний, либо способствует их развитию. ТМ вызывают сердечно-сосудистые расстройства, тяжелые формы аллергии, обладают эмбриотропным и канцерогенными свойствами. Они являются генетическими ядами, поскольку аккумулируются в организме с отдаленным эффектом действия, проявляющимся в наследственных заболеваниях, умственных расстройствах и т.д.
К ТМ относятся свыше 40 элементов, плотность которых больше 6 г/см3, а атомная масса превышает 40 атомных единиц. По токсичности и способности накапливаться в пищевых цепях лишь немногим более 10 элементов признаны приоритетными загрязнителями биосферы. Среди них выделяют ртуть, кадмий, свинец, медь, ванадий, олово, цинк, молибден, никель. Три элемента (ртуть, кадмий, свинец) считаются наиболее опасными.
Однако не все тяжелые металлы токсичны, так как в эту группу входят медь, цинк, молибден, кобальт, марганец, получившие название микроэлементов и имеющие важное биологическое значение в жизни теплокровных, растений и микроорганизмов. Поэтому справедливо использовать понятие “тяжелые металлы”, когда речь идет об опасных для живых организмов концентрациях элемента.
Основными источниками загрязнения почв тяжелыми металлами являются выбросы в атмосферу загрязняющих веществ. Значительный вклад при этом вносят автотранспорт, объекты энергетики и промышленные предприятия. Перечисленными источниками в 1997 году в Беларуси выброшено в атмосферу 2078,3 тыс. загрязняющих веществ, из которых 1654,8 тыс.тонн, или 79,6%, продуцировано автотранспортом (В.Ф. Логинов и др., 1997). В городах Беларуси ежегодно на очистных сооружениях образуется более 5 млн. м3 осадка, и его количество с каждым годом возрастает.
Главный источник атмосферного загрязнения — это тепловые электростанции (на их долю приходится 27% всех выбросов в атмосферу) и предприятия по добыче и изготовлению строительных материалов (8,1%). От 10 до 30% поступивших в атмосферу тяжелых металлов оседает в радиусе 10 км от промышленного предприятия. В Беларуси в атмосферу ежегодно выбрасывается 400 т никеля, 290 — мышьяка, 230 — урана, 174 — кобальта, 58 т свинца.
На концентрацию загрязняющих веществ экосистемы республики определенную роль оказывают периодические их переносы воздушными массами с Запада.
Крупномасштабного картирования на содержание кадмия, свинца, хрома, никеля и других токсичных элементов в почвах сельскохозяйственных угодий не проводилось. Однако выборочные исследования возле крупных городов показали появление очагов загрязнения почв тяжелыми металлами.
Основным элементом — загрязнителем пригородных почв является свинец. Повышенное его содержание наблюдается в пригородных зонах Минска, Гомеля, Могилева. Загрязнение почв свинцом на уровне ПДК (32 мг/кг) и выше отмечено локально, небольшими участками, по направлению господствующих ветров. На отдельных полях Минской овощной фабрики, где на протяжении ряда лет применялись в качестве удобрений твердые бытовые отходы, содержание свинца достигает 40 - 57 мг/кг почвы. На этих же полях содержание подвижных форм цинка и меди в почве составляет соответственно 65 и 15 мг/кг при предельном уровне для цинка 23 мг/кг и меди 5 мг/кг (И.М. Богдевич, Н.И. Смеян, В.А. Щербаков, 2000).
Вдоль автомагистралей почва сильно загрязнена свинцом и в меньшей степени кадмием. Загрязнение почв придорожных полос автомобильных дорог межгосударственного (Брест - Москва, Санкт - Петербург - Одесса), республиканского (Минск - Слуцк, Минск -Логойск) и местного (Заславль - Дзержинск, Жабинка - Б. Мотыкалы) значения наблюдается на расстоянии до 25 - 50 м от полотна дороги в зависимости от рельефа местности и наличия лесозащитных полос. Максимальное содержание свинца в почве отмечено на расстоянии 5 - 10 м от автотрассы. Оно выше фонового значения в среднем в 2 - 2,3 раза, но несколько ниже или близко к ПДК.
Содержание кадмия в почвах Беларуси находится на уровне фона (до 0,5 мг/кг). Превышение фона до 2,5 раз отмечено локально на расстоянии до 3 - 5 км от крупных городов и достигает 1,0 - 1,2 мг почвы при ПДК 3 мг/кг для стран Западной Европы (ПДК кадмия для почв Беларуси не разработана). Площадь почв в Беларуси от всех источников загрязнения свинцом в настоящее время ориентировочно оценивается в 100 тыс га, кадмия - 45 тыс. га (И.М. Богдевич, Н.И. Смеян, В.А. Щербаков, 2000).
В настоящее время проводится агрохимическое картирование на содержание меди и цинка в почвах Беларуси, в результате которого было установлено, что в республике 260,3 тыс. га сельскохозяйственных земель загрязнены медью и 179,3 тыс. га цинком (табл.9.3).
Среднее содержание подвижной меди в почвах пашни невелико и составляет 2,1 мг/кг, улучшенных сенокосных и пастбищных земель - 2,4 мг/кг. В целом по республике 34% пахотных и 36% сенокосных и пастбищных земель имеют очень низкую обеспеченность медью (менее 1,5 мг/кг) и остро нуждаются в применении медьсодержащих удобрений. На почвах с избыточным содержанием меди (3,3% сельскохозяйственных земель) использование любых форм удобрений, содержащих медь, должно быть исключено.
Тяжелые металлы в минеральных удобрениях являются естественными примесями, содержащимися в агрорудах. Поэтому количество их в минеральных удобрениях зависит от исходного сырья и технологии переработки. Из химических элементов, содержащихся в фосфорных удобрениях, наиболее опасен кадмий, который является составной частью фосфорной руды. В зависимости от геологического происхождения и географического распространения фосфатные руды содержат разное количество кадмия, который переходит в удобрения, изготавливаемые из концентратов этих руд. В фосфатном сырье из России, которое используется в Беларуси, содержание кадмия минимально, оно значительно ниже, чем в фосфоритах Марокко, США и тем более в фосфатном сырье из Сенегала.
Минимальное содержание кадмия отмечено в аммофосе произведенном Воскресенским заводом, а максимальное – Череповецким. Однако оно во всех удобрениях незначительно и не представляет опасности с точки зрения загрязнения окружающей среды.
Исследования А.А. Поповой по определению валового содержания тяжелых металлов в минеральных, органических и известковых удобрениях показали, что в аммиачной селитре в незначительных количествах содержится кадмий, медь, в несколько больших - цинк и свинец.
Более высокое содержание кадмия в фосфорных удобрениях и хлористом калии, цинка - в навозе. Потенциальными загрязнителями окружающей среды считаются удобрения, содержащие более 8 мг/кг кадмия. Кадмий в фосфорных удобрениях, которые производятся в странах СНГ, содержится в незначительных количествах и не представляет опасности для окружающей среды. Высокая концентрация кадмия отмечена в суперфосфате, произведенном в США.

Как показали исследования ВИУА, кафедры агрохимии БГСХА, НИГПИПА, других научно-исследовательских учреждений, количество ТМ, поступающих в почву с минеральными и органическими удобрениями, заметно не меняет природных уровней содержания тяжелых металлов в почвах и не представляет опасности с точки зрения загрязнения ими. Экологически опасными могут быть фосфорные удобрения, полученные из сырья африканских стран (Марокко, Сенегал и др.), а также из фосфоритов США. Серьезного внимания заслуживают сточные воды, компосты из твердых бытовых отходов, отличающиеся повышенным содержанием ТМ. Так, в осадках сточных вод Могилева содержалось ( в мг/кг сухого вещества): цинка — 300-1400, меди — 89 - 309, хрома — 142 – 264, никеля — 89 - 100, марганца — 640 - 961, свинца — 14 - 71, кобальта — 80 - 114, кадмия — 5 - 9. Присутствие ТМ в осадках сточных вод является главным препятствием их широкого использования в качестве удобрений.
Тем не менее вокруг промышленных предприятий накапливается большое количество отходов различной природы, которые занимают не только значительные площади, выводя их из хозяйственного использования, но и загрязняют окружающую среду вредными веществами. Одно из направлений утилизации — использование отходов в качестве нетрадиционных органических удобрений (НОУ), к которым относят твердые бытовые отходы (ТБО), осадок сточных вод (ОСВ), активный ил, кору и опилки, лигнин, сапропель, вермикомпост, гуматы. Наличие тяжелых металлов в составе НОУ при отсутствии контроля за их содержанием и при избыточном внесении в почву может привести к ее загрязнению. Основное достоинство нетрадиционных органических удобрений — наличие в их составе органического вещества, которое, в свою очередь, является активным сорбентом ТМ. Связывая их, органическое вещество препятствует миграции тяжелых металлов с почвенно-грунтовыми водами, снижает уровень их биологического поглощения и тем самым способствует получению продукции высокого качества. Это необходимо учитывать при разработке экологических нормативов на производство и применение нетрадиционных органических удобрений. Для использования отходов в качестве удобрений кроме прочих ограничений они регламентируются по содержанию ТМ. Содержание кадмия в них не должно превышать 20, хрома и свинца - 750, ртути - 16, никеля - 300, цинка - 2500, меди 1000 мг/кг (О.А. Соколов, В.А. Черников, 1999).
Поступление большого количества ТМ в почву с осадками сточных вод (ОСВ) имеет свои специфические особенности. Высокое содержание органического вещества способствует образованию металлорганических соединений различной природы, что изменяет растворимость тяжелых металлов в почве и их доступность растениям. Кроме того, металлорганические соединения тяжелых металлов легче включаются в пищевые цепи, чем их неорганические соединения, и поэтому являются наиболее опасными формами ТМ. Образование растворимых органических комплексов соединений тяжелых металлов ведет к снижению их адсорбции в почве.
Установить пределы безопасного содержания того или иного элемента в почве сложно. Уровень токсичности элементов зависит от гранулометрического состава почвы, ее кислотности, содержания гумуса, вида растений и т.д. Если культура снижает урожайность из-за присутствия в почве того или иного металла на 5 - 10%, то уровень его содержания в почве считается токсичным.

В ряде случаев на почвах, загрязненных ТМ, урожайность зерновых снижалась на 20 - 30%, сахарной свеклы - на 35, бобовых - на 40, картофеля - на 47%. По данным Н.А. Черных, В.Ф. Ладонина (1995), гибель зерновых культур наблюдается при содержании кадмия 20 мг/кг, цинка - 500, свинца - 500, меди – 350 мг/кг почвы.
Оценка уровней безопасного загрязнения почв ТМ проводится исходя из недопустимости превышения порога адаптационной возможности наиболее чувствительных групп населения (детей) и экологической адаптационной способности почв. Тяжелые металлы, поступающие в организм человека из почвы через сельскохозяйственную продукцию, не должны вызывать функциональных, биологических и структурных изменений в организме, опасных для здоровья человека и его потомства. Допустимые уровни загрязнения почвы ТМ не должны приводить к нарушению времени и скорости самоочищающей способности почв. Предельно допустимые уровни содержания ТМ в основных пищевых продуктах приведены в табл.9.13.
Снизить поступление тяжелых металлов в растения можно с помощью таких агротехнических приемов, как известкование, внесение органических и минеральных удобрений, применение природных цеолитов, а также использование биологических методов.
Достаточно действенным мероприятием для снижения поступления ТМ в растения является известкование. При снижении кислотности почвенного раствора снижается растворимость и подвижность кадмия и свинца, уменьшается потребление их растениями. То же самое относится к цинку и мышьяку. Это обусловлено тем, что известкование способствует образованию комплексных соединений органических веществ почвы с ТМ, при повышении рН тяжелые металлы (кроме As, Cd, Cr, Sr) выпадают в осадок в виде карбонатов, фосфатов. Следует также отметить, что при повышении рН и увеличении содержания кальция в почве снижается активность корневых систем растений в отношении поглощения ряда ТМ.
Особенно эффективно известкование для снижения накопления свинца в сельскохозяйственных культурах. В отдельных случаях известкование позволяет в несколько раз уменьшить накопление свинца в растениях. Однако прием известкования не универсален для снижения фитотоксичности ТМ. Такие элементы, как хром и молибден в нейтральных и слабощелочных почвах более подвижны, и известкование почв может привести к обратному эффекту.
Положительное влияние на снижение накопления ТМ в растениях оказывают навоз и другие органические удобрения. Органическое вещество способствует образованию металлорганических комплексов, которые являются малоподвижными или неспособными к преодолению клеточных мембран на границе почва - корень.
Исследования НИГПИПА показали, что внесение навоза в дозе 50 т/га на дерново-подзолистых почвах снижало подвижность цинка на фоне РК на 7, меди - на 8,1, а 5 т/га соломы - на 6 и 22% соответственно.
Снижается накопление ТМ в растениях и при применении минеральных удобрений. Цинк и свинец образуют с фосфатами труднорастворимые, малодоступные соединения.
По данным А.И. Фатеева (1996), локальное внесение удобрений в дозе N60Р60К60 снижало содержание кадмия и свинца в 1,3 - 1,8 раза в урожае овса и гороха, что, по-видимому, связано прежде всего с возрастанием урожайности этих культур в 1,3 - 1,5 раза при локализации удобрений.
Применение цеолитов позволяет до 30% снизить уровень загрязнения растениеводческой продукции тяжелыми металлами. Дозы их колеблются в пределах 40 - 75 т/га. Цеолиты (клиноптилолит) являются емкими ионообменниками, поглощают подвижные формы Cd, Pb, Cu, Zn и тем самым снижают поступление их в растения.
Среди биологических приемов следует выделить выращивание толерантных сортов и культур, используемых в качестве корма или в пищу, выращивание культур только на семена, возделывание технических и лесных культур, разведение цветов.
На загрязненных ТМ почвах нельзя выращивать листовые овощные культуры и корнеплоды, которые поглощают из почвы большое их количество. На загрязненных почвах целесообразно выращивать технические культуры: лен, коноплю, картофель (для переработки на крахмал и спирт), сахарную свеклу (для получения сахара). С целью предотвращения избыточного поступления тяжелых металлов в организм человека, их содержание в продуктах регламентировано (табл.9.13).
По нормам, разработанным ВОЗ, потребление тяжелых металлов с продуктами питания не должно превышать: свинца - 3 мг, кадмия – 0,4, ртути - 0,3 мг в неделю.
При сильном загрязнении почвы наиболее рациональнм средством является снятие верхнего слоя почвы и заменена его “чистой “ почвой.

Содержание тяжелых металлов в картофеле и овощах существенно снижается за счет их очистки и кулинарной обработки. Так, в результате очистки, промывки, снятия кожуры, протирки и бланшировки содержание свинца и ртути снижается на 50% в овощах и на 80 - 85% в картофеле, а кадмия – на 20%. Снижение содержания свинца при однократной промывке салата может достигать 30 - 40%.

По данным Алексеева Ю.В. (1987), содержание цинка в очищенных от кожуры клубнях снижается до 1,5 раза, свинца — в 2 - 6, кадмия — в 1,4 - 3,5 раза.
Главным направлением защиты земель от загрязнения тяжелыми металлами остается выявление и устранение источников поступления их в почву. В этом плане первостепенное значение приобретает организация мониторинга загрязнения почв ТМ и другими токсикантами и разработка комплексных общегосударственных мероприятий по охране земель.




Внимание! Копирование материалов допускается только с указанием ссылки на сайт Neznaniya.Net
Другие новости по теме:
Автор: Admin | Добавлено: 18-04-2012, 11:58 | Комментариев (0)
Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.
Разделы
Друзья
У нас разделка сетевого кабеля самая быстрая.
Тендеры на профильные трубы стальной Metal100, заказ на труба профильная Москва и область


Календарь
«    Сентябрь 2014    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30