CC BY
41
УДК 631.416.7(470.42)
ДИНАМИКА СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ УЛЬЯНОВСКОЙ ОБЛАСТИ
Е.А. Черкасов, к.с.-х.н., Б.К. Саматов, к.с.-х.н., О.Н. Цаповская
Станция агрохимической службы «Ульяновская», e-mail: [email protected]
Мониторинг плодородия почв составляет основную часть работы агрохимической службы России, т.к. конечная цель сельского хозяйства состоит в обеспечении населения экологически безопасной продукцией в условиях нарастающего техногенеза на планете. В работе представлены результаты изучения динамики изменений содержания подвижных форм тяжелых металлов в почвах Ульяновской области за 2004-2014 гг. установлено, что за исключением кадмия почвы области безопасны для ведения сельскохозяйственного производства. Локальное превышение ПДК общего содержания кадмия и прогрессирующее увеличение концентрации свинца в пахотном слое требует постоянного мониторинга растениеводческой продукции на экологическую безопасность по данным элементам.
Ключевые слова: тяжелые металлы, реперный участок, почвы (черноземы, серые лесные).
DYNAMICS OF HEAVY METALS CONTENT IN SOILS OF ULYANOVSK REGION
PhD. E.A. Cherkasov, PhD. B.K. Samatov, O.N. Zapovskaya
State Station of Agrochemical Service «Ulyanovskaya», e-mail: [email protected]
Soil fertility monitoring is main work of State agrochemical service of Russia because the final aim of agriculture is providing of ecologically safe output for people in conditions of increasing technogenic pressure. The paper presents the results of studying the dynamics of changes in the content of mobile forms of heavy metals in soils of the Ulyanovsk region for 2004-2014. Established that regional soils are safety for agriculture except cadmium. Local exceed of total cadmium MPC and progressive increasing concentration of lead in arable layer needs constant monitoring of agricultural output in current territories to ecological safety.
Keywords: heavy metals, reference site, soils (chernozems, grey forest).
В последние десятилетия возросло количество публикаций по проблеме техногенного загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами (ТМ) и получения экологически безопасной продукции [110]. Это обусловлено, с одной стороны, особой токсичностью ряда элементов, с другой - двояким поведением в системе «почва - растение» в зависимости от их концентраций [11]. В связи с этим в почву попадают жизненно важные для живых организмов элементы, которые получили название «микроэлементы»: медь, цинк, кобальт, марганец. Их роль заключается, прежде всего, в том, что они входят в состав большинства ферментов, катализирующих многие биохимические процессы, но они же в больших концентрациях могут ингибировать ферментные системы. Однако к особо токсичным металлам таким, как: свинец, кадмий, ртуть ни при каких концентрациях понятие «микроэлементы» не применяют [1, 12].
В почве ТМ претерпевают химические превращения, в результате чего их токсичность меняется в очень широких пределах. Наибольшую опасность представляют их подвижные соединения, которые наиболее доступны для живых организмов. По-
движность ТМ определяется гранулометрическим составом почв, содержанием органического вещества, кислотностью, окислительно-восстановительными условиями и т.д. Вышесказанное обусловливает необходимость мониторинга содержания ТМ в почвах сельскохозяйственных угодий и динамики их подвижных форм, с тем чтобы не допустить загрязнения сельскохозяйственной продукции.
Цель исследования - изучение содержания подвижных форм тяжелых металлов (кадмия, свинца, никеля, цинка и меди) в почвах Ульяновской области и их динамики за последние 2004-2014 гг.
Объектами исследования были почвы области различного гранулометрического состава и тяжелые металлы: кадмий, свинец, никель, цинк и медь.
Мониторинг содержания подвижных соединений ТМ проводили на стационарных (реперных) участках, расположенных на пахотных землях практически всех административных районов области и отражающих преобладающий тип почвы. Контроль состояния почв, включающий локальный мониторинг земель на стационарных участках, позволяет выявить изменения совокупности показателей почвы, оценить интенсивность и опасность антропоген-
ной нагрузки, предупредить и устранить негативные процессы, происходящие в природной среде.
Содержание подвижных форм Cd, Pb, №, Zn, ^ в пахотном слое определяли атомно-адсорбционным методом (ГОСТ 17.4.1.02-83, 17.4.2.01-81, 27593-88, 17.4.3.04-85, 17.4.4.02-84).
Результаты и обсуждение. Анализ данных таблиц 1 и 2 показывает, что в целом наблюдается общая тенденция снижения содержания ТМ в почвах. Это, по-видимому, обусловлено выносом соответствующих элементов сельскохозяйственными культурами за 10 лет и отсутствием источников (кроме локальных) загрязнения на ее территории [3], но ТМ могут поступать в почву с удобрениями, особенно органическими. Применение последних в Ульяновской области практически прекратилось, а минеральных - не превышает 24 кг д.в/га, на ре-перных участках - 14 кг д.в/га. Расчеты также показали, что дождевые и снеговые воды не являются значимым источником поступления ТМ в почву. Сказанное не касается свинца, содержание которого в почвах отдельных реперных участков остается на том же уровне или увеличилось от 1,4 до 2,7 раз. Это обусловлено резким увеличением автомобильного транспорта, являющегося одним из основных источников поступления свинца (причем повсеместным) в окружающую среду в отсутствие соответствующих промышленных предприятий. Хотя концентрация подвижного свинца в пахотном слое почв не превышает ПДК, тем не менее не исключа-
ется необходимость мониторинга сельскохозяйственной продукции по его содержанию. Это касается и кадмия: общая концентрация его в почвах области приближается к ОДК данного элемента (0,5 мг/кг) и в отдельных районах превышает ее [13]. Так, за период 2004-2014 гг. на территории области выявлено 5,1 тыс. га пашни, загрязненных кадмием в том числе: в Карсунском районе - 200 га, Майнском - 1600 га, Мелекесском - 2300 га, Старокулаткинском - 200 га. Повышенное содержание кадмия в почвах области обусловлено геохимическими особенностями территорий. При этом фактор почвообразующей породы занимает первое место, т.к. именно из нее почвы наследуют свой минералогический состав, а, следовательно, и естественное содержание большинства ТМ. Аккумуляция кадмия различными типами почв области имеет свои характерные особенности. Тяжелые металлы, имеющие техногенное происхождение, аккумулируются в первую очередь в дерново-карбонатных и серых лесных почвах, наименьшая их концентрация отмечена в аллювиальных дерново-насыщенных почвах, которые испытывают незначительную техногенную нагрузку. Черноземы по аккумуляции ТМ занимают средние позиции, так как они достаточно равномерно распределены по территории области, в разных частях которой они испытывают различную техногенную нагрузку [14, 15].
Как уже отмечалось выше, содержание ТМ в почвах, как правило, определяется гранулометри-
1. Содержание подвижных форм тяжелых металлов в почвах реперных участков _Ульяновской области в 2004 и 2014 гг. (черноземы), мг/кг_
Подтип № Гранулометриче- Кадмий Свинец Никель Цинк Медь
почвы участка ский состав 2004 г. 2014 г. 2004 г. 2014 г. 2004 г. 2014 г. 2004 г. 2014 г. 2004 г. 2014 г.
Оподзо- 4 легкосуглинистый 0,03 0,010 1,1 1,1 2,2 0,37 6,1 2,6 0,8 0,31
ленный
Выщело- 3 среднесуглинистый 0,04 0,013 0,9 0,9 2,3 0,56 7,7 1,9 1,1 0,25
ченный 5 среднесуглинистый - 0,010 - 1,7 - 0,54 - 2,3 - 0,22
9 среднесуглинистый 0,04 0,014 1,4 2,3 2,1 0,65 9,5 2,5 1,56 0,15
13 среднесуглинистый 0,03 0,014 1,5 2,1 1,3 0,35 9,3 2,5 0,5 0,16
14 среднесуглинистый 0,05 0,015 1,4 1,3 2,5 0,30 10,3 3,5 0,5 0,21
0,03- 0,010- 0,9-1,5 0,9-2,3 1,3-2,5 0,30- 6,1-10,3 1,9-3,5 0,5-1,56 0,15-
0,05 0,015 0,65 0,31
М±т 0,04± 0,0125± 1,2±0,3 1,6±0,7 1,9±0,6 0,475± 8,2±2,1 2,7±0,8 1,03± 0,23±
0,01 0,0025 0,175 0,53 0,08
V, % 25 20 25 44 32 37 26 30 51 35
Типич- 17 супесчаный 0,03 0,01 0,8 1,4 2,3 0,30 7,7 2,5 0,8 0,22
ный 6 легкосуглинистый 0,04 0,02 1,2 3,2 1,8 0,87 9,7 3,2 1,0 0,42
7 среднесуглинистый 0,03 - 1,6 - 1,4 - 10,1 - 0,9 -
15 легкосуглинистый 0,04 0,03 0,9 0,9 2,6 0,99 10,1 3,2 0,6 0,56
16 легкосуглинистый 0,05 0,02 0,7 1,9 2,6 0,67 6,8 2,3 0,6 0,41
12 глинистый 0,04 0,017 1,6 2,6 3,1 0,61 8,2 0,61 0,5 0,22
0,03- 0,01- 0,7-1,6 0,9-3,2 1,4-3,1 0,30- 6,8-10,1 0,61-3,2 0,5-1,0 0,22-
0,05 0,03 0,99 0,56
М±т 0,04± 0,02± 1,15± 2,05± 2,25± 0,645± 8,45± 1,905± 0,75± 0,39±
0,01 0,01 0,45 1,15 0,85 0,345 1,65 1,295 0,25 0,17
V, % 25 50 39 56 38 53 20 68 33 44
2. Содержание подвижных форм тяжелых металлов в почвах реперных участков
Подтип почвы № участка Гранулометрический состав Кадмий Свинец Никель Цинк Медь
2004 г. 2014 г. 2004 г. 2014 г. 2004 г. 2014 г. 2004 г. 2014 г. 2004 г. 2014 г.
Серые 10 легкосуглинистый 0,05 0,079 1,1 1,5 2,5 3,36 6,8 5,4 1,1 0,13
11 тяжелосуглинистый 0,03 0,016 0,8 1,4 2,2 0,43 7,3 2,9 0,4 0,26
Темно-серые 1 легкосуглинистый 0,05 0,011 2,5 2,7 1,3 0,49 3,5 2,0 0,7 0,26
2 среднесуглинистый 0,06 0,014 1,5 1,7 2,1 0,36 7,3 2,6 1,0 0,26
8 среднесуглинистый 0,06 0,016 1,3 2,7 1,6 0,6 10,3 2,2 1,0 0,22
lim 0,030,06 0,0110,079 0,8-2,5 1,4-2,7 1,3-2,5 0,363,36 3,5-10,3 2,0-5,4 0,4-1,1 0,130,26
M±m 0,045± 0,015 0,045± 0,034 1,65± 0,85 2,05± 0,65 1,9±0,6 1,86± 1,5 6,9±3,4 3,7±1,7 0,75± 0,35 0,195± 0,065
V, % 33 76 52 32 32 81 49 46 47 33
ПДК - 6,0 4,0 23,0 3,0
ОДК 0,5 - - - -
ческим и минералогическим составом, органическим веществом, окислительно - восстановительными условиями (в том числе кислотностью) и т.д. Однако в наших почвах четкой зависимости количества их в подвижной форме от гранулометрического состава не наблюдается. Последнее может быть связано с недостаточным объемом выборки (например, реперный участок с супесчаным гранулометрическим составом всего один - № 17), а также минералогическим составом, который не определяли.
Таким образом, анализ динамики подвижных форм тяжелых металлов в почвах Ульяновской
области (черноземов и серых лесных) позволил установить, что они характеризуются, за исключением кадмия, низким их содержанием и практически не увеличиваются во времени (кроме свинца). Следовательно, почвы области безопасны для ведения сельскохозяйственного производства. Локальное превышение ПДК общего содержания кадмия и прогрессирующее увеличение концентрации свинца в пахотном слое требует постоянного мониторинга растениеводческой продукции на экологическую безопасность по данным элементам.
Литература
1. Соколов О.А., Черников В.А. Экологическая безопасность и устойчивое развитие. Кн. 1, Атлас распределения тяжелых металлов в объектах окружающей среды. - Пущино, ОНТИ ПНЦ РАН, 1199. - 164 с.
2. Черников В.А., Алексахин Р.М., Голубев А.В. и др. Агроэкология / Под ред. В.А. Черникова, А.И. Черекеса. -М.: Колос, 2000. - 536 с.
3. Черкасов Е.А., Куликова А.Х., Саматов Б.К. Динамика содержания микроэлементов в почвах Ульяновской области по результатам локального мониторинга // Вестник Ульяновской ГСХА, 2013, № 4. - С. 31-36.
4. Панасин В.И., Шатохин А.Ю., Рымаренко Д.А. Агрохимические аспекты распространения меди в почвах агро-ландшафтов Калининградской области // Агрохимический вестник, 2015, № 2. - С. 9-14.
5. Просянников В.И. Оценка аккумуляции биогенных и токсичных микроэлементов в почвах пашни Кемеровской области // Агрохимический вестник, 2014, № 2. - С. 8-10.
6. Фирсов С.А. Экологический мониторинг безопасности почв посодержанию тяжелых металлов // Агрохимический вестник, 2014, № 3. - С. 5-7.
7. Савич В.И., Никиточкин Д.Н., Гукалов В.Н., Карауш П.Ю. Фракционный состав тяжелых металлов в дерново-подзолистых почвах и черноземах // Агрохимический вестник, 2014, № 2.- С. 22-23.
8. Черникова О.В., Карпов А.Н. Приемы восстановления плодородия черноземных почв, загрязненных тяжелыми металлами // Агрохимический вестник, 2014, № 2. - С. 24-25.
9. Автухович И.Е., Постников Д.А. Влияние ЭДТА на поведение металлов в субстрате и их накопление растениями // Агрохимический вестник, 2014, № 1. - С. 23-25.
10. Лой Н.Н., Санжарова Н.И., Миронова М.П., Фаттахов С.Г. Использование регуляторов роста при возделывании зерновых культур на загрязненной кадмием почве // Агрохимический вестник, 2014, № 5. - С. 32-35.
11. Орлов Д.С., Малинина М.С., Мотузова Г.В. и др. Химическое загрязнение почв и их охрана. - М., 1991. - 303 с.
12. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. - М.: Агропромиздат, 1987. - 142 с.
13. Черкасов Е.А., Саматов Б.К. Распределение тяжелых металлов в почвах Ульяновской области // Агромир Поволжье, 2011, № 3(3). - С. 53-55.
14. Васин Д.В. Геоэкологические особенности распределения тяжелых металлов в почвенном покрове Ульяновской области / Автореф. дисс. к.г.н. - М., 2007. - 18 с.
15. Цаповская О.Н. Содержание тяжелых металлов в почвах Ульяновской области / Материалы международной научно-практической конференции «Микроэлементы и регуляторы роста в питании растений: теоретические и практические аспекты». - Ульяновск: УГСХА, 2014. - С. 115-117.
