Агрохимия

Загрязнение почвы тяжелыми металлами отрицательно влияет не только на растительные, но и на микробиологические ценозы. Среди различных биологических критериев оценки токсичности тяжелых металлов в почве, по-видимому, наиболее перспективно использование биохимических и микробиологических показателей активности почв. При этом особую ценность представляют данные о напряженности биохимических процессов в почве — азотфиксации, нитрификации, минерализации растительных остатков.

Установлено, что на высокогумусированных почвах негативное действие ионов тяжелых металлов значительно снижается вследствие связывания их в органо-минеральные комплексы, что приводит к образованию малотоксичных и нетоксичных хелатов. Именно этим объясняется меньшая токсичность тяжелых металлов на богатом органическим веществом черноземе.

Важный критерий плодородия почвы — ее ферментативная активность. По данным Г. Д. Белецкой (1985), содержание кадмия 7 мг/кг в дерново-подзолистых почвах Московской области способствовало заметному снижению дегидрогеназной активности, а при 15 мг/кг инвертазная активность почвы тормозилась. Аналогичное действие на этой почве оказывали свинец, цинк и медь в концентрациях соответственно 200, 500 и 5 мг/кг почвы. Увеличение концентрации этих металлов соответственно до 500, 1000 и 10 мг/кг полностью блокировало ферментативную активность почвы.

В разных почвах тяжелые металлы оказывают неодинаковое действие на микрофлору и протекающие в почвах биохимические процессы. По данным Н. Г. Зырина (1989), при содержании кобальта в дерново-подзолистой окультуренной почве 100 мг/кг активность амилазы, инвертазы, протеазы и дегидрогеназы была в 2 раза ниже, чем на контроле (на контроле 8 мг/кг почвы), каталазная активность снизилась на 25 %. Внесение свинца в количестве 1000 мг/кг почвы лишь незначительно снижало ферментативную активность почвы.

Техногенное воздействие на почву солей тяжелых металлов в течение нескольких лет, как правило, приводит к заметным изменениям численности основных групп микроорганизмов. Исследования Г. А. Евдокимовой и др. (1988) показали, что загрязнение почвы медью (в 2—3 раза выше фоновых) существенно изменяет микробиологические сообщества. Наиболее чувствительны сапрофитные микроорганизмы и актиномицеты, вызывающие минерализацию растительных остатков. На загрязненных тяжелыми металлами почвах происходит относительное увеличение олиго-трофных микроорганизмов и грибов.

Добавление в богатую органическим веществом почву свинца в количестве 0,1 и 0,3 % от ее массы снижало рост бактерий в среднем соответственно на 50 и 70 %. Установлено, что у большинства микроорганизмов, длительно обитавших в экстремальных условиях загрязнения почвы тяжелыми металлами, выработались механизмы адаптации к верхним пороговым концентрациям солей по сравнению с микрофлорой незагрязненных регионов.

Микробиологический эффект, проявляющийся в угнетении роста микроорганизмов, явно выражен на дерново-подзолистых почвах при 5—6-кратном превышении концентрации тяжелых металлов в почве по сравнению с фоном, а на черноземах — при 7—9-кратном (Скворцова, 1990). По данным некоторых авторов, внесение свинца и кадмия в виде Pb(N0₃) и CdS0₄ в количестве, в 2—3 раза превышающем их фоновое содержание в почве (10— 20 мг/кг), задерживает развитие многих микроорганизмов.

Следует отметить, что влияние солей тяжелых металлов не ограничивается только тем, что они проявляют фитотоксичность. Почва является многокомпонентной функциональной системой со сложными взаимозависимыми отношениями, поэтому блокирование или существенное угнетение одной из систем непосредственно отразится на всей системе, нарушая ее нормальное функционирование.

Свинец и кадмий отличаются высокой кумулятивной способностью в организмах теплокровных животных и человека. Поэтому в результате загрязнения этими металлами почвы и растений наибольшей опасности подвергаются конечные звенья пищевой цепи, в том числе человек. Одним из наиболее вредных токсикантов является кадмий. Попадая в почву, он абсорбируется корневой системой растений, накапливается в них и по пищевым цепям может поступать в организм животных и человека. У млекопитающих он накапливается в основном в печени, почках, костях, шерсти (Захаров, 1975). Дозы кадмия (значительно ниже полулеталь-ных) вызывают у животных гибель половых клеток и стерильность. Соединения кадмия обладают явно выраженными тератогенным и мутагенным эффектами, что проявляется уже при концентрации CdCl₂ 2 • 10~⁵ мг/л (Козаченко и др., 1987).

Кадмий, ртуть и свинец практически невозможно изъять из почвы, поэтому они все больше накапливаются в ней и различными путями попадают в организм человека. Основной путь уменьшения содержания тяжелых металлов в растительной продукции — разработка совершенных технологических приемов снижения их подвижности в почве.