Тяжелые металлы представляют серьезную угрозу для плодородия почв. Их избыточное накопление приводит к деградации земельных ресурсов и наносит вред окружающей среде. Давайте разберемся, откуда появляются опасные вещества в почве и как они влияют на экосистемы.
Источники поступления тяжелых металлов в почвы
Основные источники загрязнения почв тяжелыми металлами:
- Промышленные предприятия (металлургия, машиностроение, химическая промышленность)
- Выбросы от сжигания ископаемого топлива на ТЭС и в котельных
- Выхлопные газы автотранспорта, содержащие свинец
- Сельское хозяйство (удобрения на основе фосфоритов)
- Горнодобывающая промышленность
- Мусорные полигоны и несанкционированные свалки
По оценкам специалистов, ежегодно в результате сжигания 5 млрд. тонн ископаемого топлива в атмосферу попадает до 500 г тяжелых металлов на тонну сожженного топлива. Эти вещества затем оседают на поверхность почвы.
Наиболее опасны по степени загрязнения тяжелыми металлами почвы многогумусовые, глинисто-суглинистые с щелочной реакцией среды: темно-серые лесные, черноземы и темно-каштановые — почвы, обладающие высокой аккумулятивной способностью.
К тяжелым металлам относят 58 элементов с атомной массой более 50. Наиболее токсичные из них - ртуть, свинец, кадмий.
Механизмы накопления и миграции тяжелых металлов в почвах
Поведение тяжелых металлов в почве зависит от форм их соединений, кислотно-щелочных условий и окислительно-восстановительных процессов.
На подвижность тяжелых металлов влияют такие факторы, как:
- pH почвы
- Состав почвообразующей породы и почвенных коллоидов
- Наличие органического вещества
- Степень увлажнения почвы
Тяжелые металлы активно взаимодействуют с компонентами почвы, прежде всего с гумусом, глинистыми минералами, гидроксидами Fe и Al. Происходит их сорбция, осаждение в малорастворимые формы, закрепление в кристаллических решетках.
Тяжелые металлы в почве задерживаются на геохимических барьерах, которые усиливают или ослабляют миграцию загрязняющих веществ по профилю почвы. В зависимости от условий металлы либо накапливаются в определенных горизонтах, либо выносятся за пределы почвы с водным потоком.
Распределение тяжелых металлов по профилю почв разных типов
Характер распределения тяжелых металлов в почве по глубине зависит от особенностей почвообразования.
Можно выделить несколько групп почв по локализации максимального накопления токсичных элементов в профиле:
- Почвы с накоплением тяжелых металлов преимущественно в верхних горизонтах (черноземы, серые лесные)
- Почвы со срединным максимумом (бурые лесные, дерново-карбонатные)
- Почвы с двумя пиками концентрации тяжелых металлов по профилю
- Почвы зоны многолетней мерзлоты, где происходит криогенная консервация загрязнителей
В условиях интенсивного выщелачивания (подзолистые почвы) наблюдается вынос токсичных веществ за пределы корнеобитаемого слоя.
| Почвы | Локализация тяжелых металлов в профиле |
| Подзолистые | Вынос за пределы корнеобитаемого слоя |
| Черноземы | Верхний гумусовый горизонт |
| Бурые лесные | Средняя часть профиля |
В почвах речных пойм из-за периодического подтопления создаются специфические окислительно-восстановительные условия, что влияет на миграцию тяжелых металлов в почве.
Тяжелые металлы в почвах речных пойм
Из-за периодического затопления пойменных территорий в этих почвах формируется специфический гидрологический режим. Продолжительность и интенсивность половодья и паводков определяют характер окислительно-восстановительных процессов и подвижность химических элементов.
При кратковременных весенних паводках в пойменных почвах преобладают окислительные условия. Это приводит к фиксации тяжелых металлов в слабоподвижные формы оксидов и гидроксидов.
При затоплении поймы на длительный период устанавливается восстановительная обстановка. Происходит переход тяжелых металлов в раствор и их вынос в составе взвесей и коллоидов.
Загрязнение пахотных почв тяжелыми металлами
Наиболее масштабному воздействию подвергаются почвы сельскохозяйственных угодий. До 50% тяжелых металлов поступает с применением минеральных удобрений, содержащих примеси токсичных элементов.
Степень загрязнения пахотных почв зависит от их состава и свойств. Например, наибольшую опасность представляют черноземы и темно-каштановые почвы, отличающиеся высоким содержанием гумуса.
По результатам эколого-токсикологической оценки 1,7% сельхозугодий России загрязнено тяжелыми металлами 1 класса опасности, 3,8% - 2 класса опасности.
Воздействие тяжелых металлов на экосистемы
Накопление избыточных концентраций тяжелых металлов в почвах оказывает негативное влияние на компоненты наземных и водных экосистем.
Происходит нарушение процессов круговорота веществ, снижается численность и видовое разнообразие почвенных микроорганизмов, что ведет к уменьшению плодородия почв.
Тяжелые металлы поступают в растения, вызывая их угнетение и гибель. Через пищевые цепи токсиканты попадают в организмы животных и человека, оказывая вредное воздействие на здоровье.
Локальное загрязнение почв тяжелыми металлами
Наиболее высокие концентрации тяжелых металлов наблюдаются в зонах влияния промышленных предприятий, на территориях городов и вдоль автомагистралей.
Для восстановления локально загрязненных участков применяются различные технологии: от промывки и замены почвы до фиторемедиации с использованием растений-гипераккумуляторов.
Методы контроля и охраны почв от загрязнения
Для оценки уровня загрязнения почв тяжелыми металлами используют лабораторные исследования с помощью атомно-абсорбционного или масс-спектрометрического анализа.
Основные меры по защите почв от избыточного накопления токсичных элементов включают контроль выбросов промпредприятий, очистку сточных вод, утилизацию отходов, внедрение безотходных технологий.
