Агрохимия

Валовое содержание тяжелых металлов в естественных незагрязненных почвах обусловлено содержанием элементов в материнской породе и определяется генезисом, петрографией и процессами почвообразования. Количество подвижных форм химических элементов в почвах связано с реакцией среды, содержанием в почве органического вещества, гранулометрическим составом, биологическим круговоротом элементов, растительным покровом и процессами миграции металлов в почвенном профиле (табл. 152).

152. Содержание тяжелых металлов, мг/кг
Показатель	| Си	Zn	Pb	Cd	Ni
Литосфера	47	83	16	0,13	58
Почвы мира	6-60	10-300	2-200	0,1-1,5	1-100
Почвы России	7-50	20-150	10-70	оот4^	5-80
Дерново-подзолистые почвы	10-20	10-100	10-50	©тО	10-20

Кадмий обладает более высокой, чем свинец, миграционной способностью (соединения кадмия примерно в 100 раз более растворимы, чем соединения свинца, и соответственно он более подвижен в почве). Почвы одного и того же типа могут различаться по содержанию кадмия в 10—50 раз. Причем фоновые уровни содержания кадмия в почве, как правило, не превышают 0,5 мг/кг, поэтому более высокое его значение свидетельствует об антропогенном загрязнении пахотного слоя почвы.

Для оценки доступности тяжелых металлов сельскохозяйственным растениям и их миграционной способности по профилю почвы проводят определение подвижности элементов или их соединений в почвах, т. е. их способности переходить из твердой фазы почвы в почвенный раствор. Подвижность металлов обусловливается их природой, минералогическим составом почвы, содержанием органического вещества, реакцией почвенного раствора.

Из дерново-подзолистых почв, не подверженных антропогенному загрязнению, ацетатно-аммонийным буферным раствором (pH 4,8) извлекается: цинка 0,12—0,20 мг/кг, меди 0,05—2,0, свинца 0,5—1,0, кадмия 0,05—0,12 мг/кг. Среднее содержание подвижных форм тяжелых металлов в дерново-подзолистой почве составляет: свинца 0,5 мг/кг, кадмия 0,06, цинка 0,8, меди 0,05, никеля 0,2 мг/кг (Обухов, 1987; Попова, 1992).

Для оценки последствия загрязнения тяжелыми металлами важное значение имеют определение уровня естественного (исходного) содержания и изучение закономерностей их миграции.

Тяжелые металлы довольно значительно различаются по способности взаимодействовать с различными компонентами твердой фазы почвы. Концентрация металлов, имеющих ионный радиус 0,5—0,8 A (Mn²⁺, Zn²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺) и координационное число 6, имеет положительную корреляцию с содержанием илистой фракции почвы. Они могут вступать в реакции изоморфного замещения с алюминием и другими металлами (Fe, Mg) в октаэдрах алюмосиликатов. В илистой части дерново-подзолистых почв содержание тяжелых металлов в 2—4 раза выше, чем в почве в целом. Элементы с большим радиусом (свинец, кадмий) не способны к изоморфному замещению в октаэдрах. Они более активно связываются органическим веществом почвы. Их концентрация в почве положительно коррелирует с содержанием гумуса.

Помимо обменного поглощения гумусовые вещества образуют с тяжелыми металлами многообразные комплексные органо-минеральные соединения (фульваты и гуматы), что значительно снижает их миграционную способность и доступность растениям. Устойчивость комплексов тяжелых металлов с гуминовыми и фуль-вокислотами возрастает с увеличением заряда и уменьшением размера ионов. Наиболее устойчивые комплексы образуют металлы, е-оболочки которых заполнены Cu²⁺, Ni²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺ или же р- и ^-подуровнями (Zn²⁺, Cd²⁺).

По прочности связи металлокомплексов в дерново-подзолистой почве они располагаются в следующем порядке:

pH 5,0 Си > Pb > Fe > Ni > Mn > Zn > Cd;

pH 8,0 Си > Pb = Zn > Mn = Cd.

Тяжелые металлы могут выступать в роли ведущего экологического фактора, определяющего направленность и характер развития агробиоценозов. Массовое загрязнение ими окружающей среды приводит к явно выраженным токсикозам растений, животных и человека и поэтому сравнительно легко диагностируется.

Более сложно оценить воздействие относительно невысоких концентраций тяжелых металлов, которые без внешних признаков токсичности растений медленно и малозаметно отрицательно влияют на здоровье человека и окружающую среду в целом. Однако именно такое загрязнение встречается наиболее часто. Длительные загрязнения вызывают существенные сдвиги в биологическом равновесии.

Почва — основная среда, в которой накапливаются тяжелые металлы в результате антропогенной деятельности. Основная масса техногенно-рассеянных металлов, хотя и выбрасывается в атмосферу, довольно быстро поступает на поверхность почвы. Значительная часть их включается в почвообразовательные процессы (сорбируется ППК, связывается органическим веществом и т. д.); некоторая часть металлов поглощается сельскохозяйственными культурами и отчуждается с урожаем.