Вміст важких металів у чорноземах лісостепової зони

Шаповал А.В.

Європейський університет

Вивчення результатів антропогенного забруднення навколишнього середовища в даний час придбало надзвичайно важливе значення, оскільки накопичення хімічних інгредієнтів в повітрі, воді і ґрунтах небезпечне для живих організмів. Надзвичайної уваги заслуговує техногенне накопичення важких металів, особливо в ґрунтах - початковій ланці харчового ланцюга.

Значна територія України, внаслідок високого рівня техногенного навантаження на природне середовище, забруднена токсичними хімічними сполуками, радіонуклідами та важкими металами. Максимальне залучення до господарського використання землі, водойми, ліси, мінерально-сировинних ресурсів також поглиблює проблему, що пов’язана із забрудненням територій важкими металами.

В системі геоекологічних досліджень ґрунти розглядаються як важливі буферні системи, що спроможні регулювати і, в цілому, знижувати техногенне забруднення зони аерації, рослинності, поверхневих та підземних вод. На сучасному етапі розвитку цивілізації ґрунти зазнають колосального негативного комплексного впливу з боку людини. Впершу чергу цей вплив виражається забрудненні ґрунтів важкими металами.

Важкі метали відносяться до пріоритетних забруднюючих речовин, спостереження за якими обов'язкове у всіх середовищах. Термін важкі метали, що характеризує широку групу забруднюючих речовин, набув останнім часом значного поширення. У різних наукових і прикладних роботах автори по-різному трактують значення цього поняття. У зв'язку з цим кількість елементів, що відносяться до групи важких металів, змінюється в широких межах. В якості критеріїв приналежності використовуються численні характеристики: атомна маса, густина, токсичність, поширеність у природному середовищі, ступінь залученості в природні та техногенні цикли. У деяких випадках під визначення важких металів потрапляють елементи, які відносяться до крихких (наприклад, вісмут) чи металоїдів (наприклад, миш'як). У роботах, присвячених проблемам забруднення навколишнього природного середовища та екологічного моніторингу, на сьогоднішній день до важких металів відносять більше 40 металів періодичної системи з атомною масою понад 50 атомних одиниць: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi та ін. При цьому важливу роль у категоріюванні важких металів відіграють такі умови : їх висока токсичність для живих організмів у відносно низьких концентраціях, а також здатність до біоакумуляції і біомагніфікації. Практично всі метали, які потрапляють під це визначення (за винятком свинцю, ртуті, кадмію та вісмуту, біологічна роль яких на даний момент невідома), активно беруть участь у біологічних процесах, входять до складу багатьох ферментів. За класифікацією Н. Реймерса, важкими слід вважати метали з густиною більше 8 г/см³. Таким чином, до важких металів відносяться Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg.

Важкі метали, які потрапляють у ґрунт у вигляді різних хімічних сполук, можуть накопичуватись в ньому до високих рівнів, що небезпечно для нормального функціонування ґрунтової біоти. У малих концентраціях метали, як мікроелементи, необхідні для нормальної життєдіяльності мікроорганізмів. У високих концентраціях важкі метали негативно впливають на структуру і функції природних екосистем, змінюють ґрунтовий біоценоз, функціонування якого підтримує родючість ґрунту. Під впливом важких металів відбуваються порушення в структурі комплексу ґрунтових мікроорганізмів, пригнічення їх біохімічної діяльності, інгібування активності цілого ряду ферментів — фосфатаз, протеаз, дегідрогеназ, інвертаз та ін. [2, 5].

В ґрунтових розчинах з чорнозему звичайного суглинистого на нікель у формі Ni²⁺ припадає 1,6 % від загальної його концентрації в розчині, у формі NiCO₃ — 1,3; NiFA — 79,6, Ni(OH)FA — 17,1. Кобальт в цих розчинах мігрує у формі, %: Co²⁺ — 58,4; CoHCO₃ —15,1; CoFA — 15,8; CoSO₄ — 10,2; мідь — у формі Cu(OH)₂FA^–2 — 47,7, CuHA —43,9; цинк у формі Zn²⁺ — 53,6 і ZnFA — 41,4. Свинець в ґрунтових розчинах виявлено в техногенно-забруднених ґрунтах, у вигляді Pb²⁺ (від 25,3 до 32,4 %), PbCO₃ ( від 36,3 до 50,2 %) і PbFA (від 1,5 до 22,3 ).

Підвищення концентрації металів у ґрунтових розчинах збільшує кількість форм міграції їх у вигляді вільних катіонів. У розчинах чорнозему звичайного вона становить, %: нікель -59,1, кобальт -76,3, мідь-24,3, цинк -94,3. Класифікація ґрунтів за вмістом важких металів в них приведена в таблиці 1.1[7].

Таблиця 1.1 Класифікація ґрунтів за вмістом важких металів та наслідками забруднення (за даними В.І. Кисіля, 1997)

Клас оцінки	Кларк	МДР відносно кларку	Урожай, %	Наслідки та рекомендації
І	1 – 2	< 0, 5	100	Можливе вирощування продукції для дитячого хзарчування
ІІ	2 – 3	0, 5 – 1, 0	100 – 95	Якість харчування відповідає санітарно – гігієнічним вимогам
ІІІ	3 – 4	1, 0 – 1, 5	95 – 90	Забороняється вирощування кормових і овочевих (зелений і листових) культур
IV	4 – 5	1, 5 – 2, 0	90 – 85	Якість урожаю кукурудзи, цукрових буряків, соняшника і картоплі нижче санітарно-гігієнічних вимог
V	5 – 6	2, 0 – 2, 5	85 – 70	Допускається вирощування окремих культур для використання продукції в технічних цілях
VI	> 6	> 2, 5	< 70	Забороняється вирощування сільськогосподарських культур

Оцінюючи екотоксикологічний стан ґрунтів за вмістом важких металів, слід зважити на ту обставину, що нині проектно-розвідувальні станції хімізації сільського господарства України мають дані лише щодо шести токсичних елементів — Zn, Cd, Pb, Cu, Cr, Hg, визначаються як рухомі їхні форми в ґрунті, так і валовий вміст у рослинних зразках. Тому наводимо відповідні нормативи (табл. 1.2). [7].

Таблиця 1.2 Максимально допустимий рівень вмісту важких металів у ґрунтах і рослинній продукції (за даними В.І.Кисіля, 1997)

Метал	МДР рухомих форм у ґрунті, мг/кг	МДР валового вмісту в рослинній продукції, мг/кг сухої речовини
Цинк (Zn)	≤23	≤10
Кадмій (Cd)	≤0, 7	≤0, 003
Свинець (Pb)	≤2	≤0, 5
Мідь (Cu)	≤3	≤5
Хром (Cr)	≤6	≤0, 3
Ртуть (Hg)	0	≤0, 02

Основними шляхами потрапляння важких металів в грунт є:

1) Сільське господарство: мінеральні добрива, пестициди, хімічні засоби захисту рослин є джерелами забруднення ґрунту свинцем, ртуттю, цинком, манганом

2) З атмосферними опадами. Багато хімічні сполуки, що потрапляють в атмосферу в результаті роботи підприємств, потім розчиняються в крапельках атмосферної вологи і з опадами випадають у грунт.

3) З рослинним листопадом. Різні шкідливі сполуки, в будь-якому агрегатному стані, поглинаються листям через продихи або осідають на поверхні. Потім, коли листя опадає, всі ці сполуки надходять знову-таки в грунт.

4) Транспорт: при роботі двигунів внутрішнього згорання інтенсивно виділяються оксиди азоту, вуглеводні та інші речовини, які осідають на поверхні ґрунту або поглинаються рослинами. Значні кількості свинцю викидаються у атмосфері з вихлопними газами автомобілів. У кінцевому результаті сполуки свинцю з опадами потрапляють у ґрунти і водойми.

Самоочищення ґрунтів практично не відбувається, або відбувається дуже повільно. Токсичні речовини накопичуються, що сприяє поступовим змінам хімічного складу ґрунту, порушенню єдності геохімічного середовища та живих організмів. З ґрунту токсичні речовини можуть надходити до організму рослин, тварин та людей і викликати небажані наслідки. У промислових районах вміст свинцю у ґрунтах у 25-27 разів вищий, ніж у сільськогосподарських. Техногенне надходження в довкілля міді і цинку щорічно складає 35 та 27 кг/км² відповідно. Підвищений вміст цих металів у ґрунтах веде до уповільненого росту рослин та зниження врожайності.

Слід зазначити, що у сільському господарстві і дотепер безсистемно вносять у ґрунт як органічні, так і неорганічні добрива. Тому спостерігається їх перенасичення у ґрунті. Негативні наслідки безконтрольного використання мінеральних добрив пов'язують з тим, що вони, крім поживних елементів в мінеральній формі N, P, K, також можуть мати у своєму складі значну кількість шкідливих домішок та природних радіонуклідів. Небезпечними токсикантами мінеральних добрив і вапняків є важкі метали (Cd, Cu, Pb, Ni, Zn, Mo, Co, Cr) та інші токсичні елементи (As, F, B). [3, 6].

Потужний негативний вплив на ґрунти здійснюється шляхом індустріального та транспортного навантаження (розвиток урбанізованих територій, шахти, кар’єри, промислові підприємства, автомагістралі, трубопроводи та інші). Окремим важливим актуальним питанням є радіаційно забруднені території (атомні електростанції, наслідки Чорнобильської катастрофи) та місця поховань радіаційних відходів. До цієї групи ґрунтів відносяться і території , що використовують як сміттєзвалища та полігони для випробовування різноманітних типів зброї. Такі території залишатимуться непридатними для сільського господарства сотні років. [1]. В таблиці 1.3 приведені дані по вмісту деяких важких металів і нітратів в ґрунтах і воді на території міста Пирятин (один з районних центрів лісостепової зони)

Таблиця 1.3 Вміст деяких елементів в ґрунтах і воді на території м. Пирятин

	Нітрати	Залізо	Марганець
Ґрунт	3,0	3,08	0,007
Вода	168	0,11	0,54

Висновки

У ґрунт шкідливі речовини можуть потрапляти різними шляхами: із атмосфери у вигляді грубодисперсних фракцій аерозолів, які входять у склад викидів промислових підприємств, а також з дощем та снігом. З атмосферними опадами можуть випади нітратна та сульфатна кислоти, сульфати, нітрати та інші речовини, опадаючим листям рослин. Забруднюючі речовини можуть бути внесені у ґрунт і у вигляді добрив, пестицидів, засобів боротьби зі шкідниками, а також за умов поливу забрудненою водою. Впершу чергу небезпечним є забруднення ґрунтів важкими металами.

ЛІТЕРАТУРА

1. Биндич Т.Ю., Мурза І.Ф. Міграційні здібності важких металів при поліелементному складі забруднювачів // Агрохімія і ґрунтознавство. - Спец. Випуск до V з’їзду УТГА, 6-10 липня 1998, м. Рівне. - Харків, 1998. - Ч. 4.

2. Захарова М.А. Вміст важких металів у зрошуваних чорноземах звичайних // Вісник ХНАУ. - 2002. - №1. - С. 72-74.

3. Евдокимова Г.А. Микробиологическая активность почв при загрязнении тяжелыми металами // Почвоведение. —1982. —N 6. —С. 125—132.

4. Другов Ю.С. Анализ загрязненной почвы и опасных отходов: Практическое руководство / Ю.С. Другов, А.А. Родин. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. – 424 с.

5. Засєкін Д. Вміст важких металів у ґрунтах та можливість виникнення токсикозів у тварин // Ветеринарна медицина України. – 1999. - № 10. – С. 12-13.

6. Косинова Л.Ю. Изменение структуры микробоценозов и ферментативной активности некоторых почв под влиянием свинца и кадмия // Микробоценозы почв при антропогенном воздействии. —Новосибирск: Наука, 1985. —С. 29—47

7. Химическое загрязнение почв и их охрана: Словарь-справочник / Д.С. Орлов, М.С. Малинина, Г.В. Мотузова и др. – М.: Агропромиздат, 1991. – 303 с.

8. Національний аграрний університет books.nauu.kiev.ua