Турекельдиева Р.Т., Койшан М.

Таразский государственный университет им. М.Х.Дулати, Казахстан

О ПРОБЛЕМЕ НАКОПЛЕНИЯ СВИНЦА В СИСТЕМЕ

«ПОЧВА-РАСТЕНИЕ»

Современный этап развития человечества связан с огромным влиянием антропогенной деятельности на миграцию и перераспределение химических элементов в биосфере. В результате хозяйственной деятельности человека и несовершенства технологических процессов происходит загрязнение окружающей среды различными химическими средствами интенсификации сельскохозяйственного производства, твердыми, газообразными и жидкими отходами промышленности, отходами предприятий ядерного топливного цикла, животноводческих комплексов, крупных городов, детергентами, продуктами сгорания топлива и др.

Воздействие человека на биосферу носит как глобальный, так и локальный характер. Так, общеизвестно пагубное влияние промышленности среднеевропейских стран на растительность и животный мир Скандинавии. Следовательно, среда, в которой мы обитаем, постоянно химически изменяется в результате хозяйственной деятельности человека, которые в основном носят пролонгированный характер и обнаруживаются с помощью современных методов исследований, позволяющих уловить возникающие изменения в начальный период и принять соответствующие меры.

Одним из опасных поллюрантов являются токсичные химические элементы, которые во второй половине XX века вошли в специальную научную литературу под названием «тяжелые металлы» и сразу приобрели негативное звучание. С этим термином связано представление о чем-то токсичном, опасном для живых организмов: будь то растение или животное.

Свинец является наиболее встречаемым среди тяжелых металлов. Среднее содержание в земной коре свинца 16 мг/кг. Он присутствует в различных минералах, среди которых экономически наиболее важными являются галенит (PbS), церуссит (PbCO₃) и англезит (PbSO₄). Если естественный поток поступления свинца в биосферу составляет 4,6·10⁴ т/год, то антропогенный превышает его - 5·10⁵ т/год. Даже в чистых районах планеты, удаленных от источников техногенных выбросов, из атмосферы на поверхность земли поступает в год на гектар 60-180 г свинца в хорошо доступной растениями усвояемой форме. Это сопоставимо с дозами некорневой обработки растений микроудобрениями [1].

Процессы биогенной аккумуляции питательных веществ в почвах обуславливают их роль как основного источника микроэлементов для растений. Так, естественное содержание свинца в почвах – 10 мг/кг. Концентрация свинца в почвах может изменяться от 2 до 200 мг/кг.

Характеризуя почвообразовательный процесс А.А. Роде писал [2], что высшие растения через свой опад «вызывают… восходящее движение минеральных веществ и азота из глубоких слоев почвы на ее поверхность, определяя при этом и состав этого потока».

По мнению Ю. Одума [3], процесс биогенного накопления химических элементов в большей мере характерен для развивающегося биоценоза, чем биоценоза в климакс-фазе, который находится в равновесии с окружающей средой и не перекачивает элементы питания из нижних горизонтов в верхний.

Элементный химический состав (ЭХС) растительных тканей рассматривается сейчас как генетический показатель, изменяющийся при различных условиях геохимической среды. ЭХС растений формируется в соответствии с физиологическими потребностями растений, т.е. находятся под генетическим контролем. Разные семейства растений и отдельные виды внутри них отличаются по-своему ЭХС. Однако, генетический контроль поэтому показателю не жесткий и может в определенных пределах изменяться в зависимости от геохимической среды.

В естественных условиях аккумуляция микроэлементов в растениях связана с содержанием их в почвообразующих породах, минералогическим составом и типом почв, рельефом, уровнем грунтовых вод, морфологическими особенностями растений, их вегетационным периодом и другими условиями.

В.В. Ковальский отмечает, что особенность микроэлементов, как компонентов биосферы, заключается в том, что их положительное физиологическое действие проявляется только при определенных оптимальных концентрациях, а избыток или недостаток их в почве сказывается резко отрицательно на нормальном течении физиологических процессов. Им установлены пороговые концентрации микроэлементов в почвах при нормальной регуляции организма человека. Сопоставляя Кларковое содержание микроэлементов в почвах с их пороговыми концентрациями можно заключить, что для кобальта, цинка и молибдена границы нормальной регуляции функций организма совпадают с Кларком этих элементов в почвах. Аналогичная зависимость наблюдается для свинца и кадмия при среднем содержании их в почвах в естественных условиях. Для меди и марганца верхний предел пороговых концентраций в 2-3 раза выше Кларкового содержания, что может явиться причиной дефицита этих металлов для организма.

Проявлением аномальных концентраций микроэлементов в почвах являются биогеохимические эндемии, т. е. заболевания животных и человека, характерные для местности, где содержание микроэлементов в почве значительно отличается от «фонового». Геохимические аномалии образовываются под влиянием как естественных, так и антропогенных факторов. Примерами естественных биохимических провинций в Западном Казахстане богаты бором.

С усилением темпов НТР с естественным неравномерным распределением микроэлементов в биосфере в огромных масштабах происходит и искусственное перераспределение их. Впервые оценку геохимической деятельности человека сделал А. Е. Ферсман: «Хозяйственная и промышленная деятельность человека по своему масштабу и значению сделалась сравнимой с процессами самой природы. Вещество и энергия не беспредельны в сравнении с растущими потребностями человека…; природные геохимические законы распределения и концентрирования элементов сравнимы с законами технохимии…». Подчеркивая роль влияния человека в перераспределении химических элементов в земной коре, он заключает: «Человек геохимически переделывает мир», а геохимическую деятельность человека предложил называть «техногенезом».

Для оценки техногенного загрязнения почв применяются разные подходы, которые разработаны в разное время в различных ведомствах, учреждениях и государствах.

Проблема нормирование содержание тяжелых металлов, особенно их ПДК в почвах и в системе почва-растение, продолжает обсуждатся с принципиально разных позиции исследователями, занимающимися этими вопросами. Поэтому нельзя говорить об установившемся едином мнении по поводу ПДК тяжелых металлов в почве и в системе почва-растение.

Для сравнения уровней загрязнения почв свинцом в таблице 1 приводим фоновые, предельно-допустимые (ПДК) и ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) свинца. В дальнейшем мы будем полагаться на ОДК, которые в силу своей взвешенности не вызывают особо резкой критики со стороны исследователей.

Таблица 1 - Фоновые, предельно допустимые и ориентировочно допустимые концентрации свинца почвах сельскохозяйственных земель, мг/кг

Эле-мент	Фон			ПДК		ОДК^**
	Валовое		подвижное	Директива ЕЭС
	«Кларк»*	колебания
Pb	10	3-45,8	<0,8-1,43	100	20^****	130
Примечания: 1- ^*по Виноградову А.П; 2 – ^**валовое содержание для почв близких к нейтральным, нейтральным, суглинистым, глинистым, рНKCl >5,5; 3 - ^****транслокационный;

По О.А. Алипбеки [4] были определены размеры накопления свинца, из двух объектов цветной металлургии Казахстана. Как видно из таблицы 2 в техногенно- загрязненных почвах, расположенной в зоне сероземов обыкновенных ОДК изменяется относительно слабо – от 0,3 до 2,7 раза.

Таблица 2 - Изменения ОДК в почвах от разных источников загрязнения

Элемент	ОДК, мг/кг	Пределы колебания ОДК
		серозем обыкновенный	чернозем южный
Pb	130	0,3-2,7	1,7-25,4

В почвах же черноземной зоны колебания этого показателя происходят в пределах от 1,7 до 25,4. Т.е. налицо существенное превышение существующих санитарно-гигиенических норм свинца в изучаемых техногенно-загрязненных почвах.

Уровень биогенного или техногенного накопления валового количества микроэлементов в почвах не может являться показателем обеспеченности растений ими, так как физиологическое и агрономическое значение имеет содержание их «подвижных» форм. Понятие «подвижность» носит условный характер, потому что с точки зрения геохимии в течение геологического периода времени в биосфере подвижны все химические элементы. По определению Н. Г. Зырина и др. подвижными формами микроэлемента следует считать то его количество, которое способно мигрировать в профиле почв, ландшафтах, системах почва-раствор и почва-растение. Значение этого показателя особенно важно, так как подвижные, а следовательно, более растворимые формы соединений микроэлементов содержатся в почвах в 2-3 раза, а иногда в 5-10 раз меньших количествах, чем их валовое содержание. Критерием подвижности является корреляционная зависимость между содержанием микроэлементов в растениях и их количеством, извлекаемым из почв тем или иным экстрагентом. Н. Г. Зырин выделяет десять форм извлекаемых соединений микроэлементов в почвах (водно-растворимые, обменные, легкорастворимые, углесоли, соединения с органическим веществом и др.).

Г.Я.Ринькис и В.Ф. Ноллендорф систематизируя микроэлементы по доступности к растениям их разделил на несколько основных групп, которые для наглядности приведены в таблице 3. Из которой следует, что химические элементы необходимо группировать следующим образом: недоступные, труднодоступные, доступные и легкодоступные растениям.

Таблица 3- Характеристика доступности почвенных элементов для растений

Формы соединений		Доступность для растений
1. Кристаллическая решетка почвенных минералов		Без разложения минералов не доступны
2. Труднодоступные окиси, гидроокиси и соли		Недоступны или труднодоступны
3. Органические соединения:	Отмершие остатки растений и животных	Без минерализации недоступны
	почвенный гумус
	живые клетки обитателей почвы (микроорганизмы, черви и т.д)
4. В поглощенном состоянии на поверхности минеральных и органических коллоидов и почвенных частиц		Доступны или труднодоступны
5. Легкорастворимые соли, ионы почвенного раствора		Легко доступны

Для характеристики обеспеченности почв микроэлементами используют градации, принятые ЦИНАО: некарбонатные почвы – по методу Пейве-Ринькиса, карбонатные – по методу Крупского-Александровой, а также по методу Ринькиса [4].

Группировка почв по содержанию подвижных форм свинца, определяемых различными методами, приведена в таблице 4. Несмотря на различный характер экстрагентов градации содержания микроэлементов в каждой группе являются величинами одного порядка, что позволяет, в определенной мере, сопоставлять их друг с другом.

Таблица 4 - Группировка почв по содержанию подвижных форм свинца (мг/кг почвы)

Элемент	По методу Крупского-Александровой			По методу Ринькиса
	содержание			содержание
	низкое	среднее	высокое	низкое	среднее	высокое
Pb	<0,20	0,21-0,50	>0,51	03-0,5	2,0-3,0	4,0-7,0

Достоверная оценка обеспеченности почв различных регионов страны подвижными формами микроэлементов позволит обоснованно определить потребность земледелия в микроудобрениях.

Литература:

1. Добровольский В. В. Тяжелые металлы: загрязнение окружающей среды и глобальная геохимия // Тяжелые металлы в окружающей среде. - М.: Изд-во МГУ, 1980. - С. 3-12.

2. Роде А. А. Почвообразовательный процесс и эволюция почв. М., 1947. - 141 с.

3. Одум Ю. Основы экологии. М.: Мир, 1975. - 740 с.

4. Алипбеки О.А. Научные основы регулирования миграции искусственных радионуклидов (( ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs,¹⁴⁷ Pm) в системе почва-растение: дисс. … доктора. биол. наук. - Алматы, 2005. - 233с.

5. Ринькис Г.Я., Ноллендорф В.Ф. Сбалансированное питание растений макро- и микроэлементами. – Рига: Зинатне, 1982. - 304с.