Дубовик В.А. Приемы и механизм снижения загрязнения почв / В.А. Дубовик // Садоводство и виноградарство, №6, 2011 г. — с. 11-12.

В.А. Дубовик,
Российский государственный аграрный заочный университет

Показано влияние тяжелых металлов на продуктивность сельскохозяйственных культур и качество получаемой продукции. Проанализированы взаимодействие тяжелых металлов с глинистыми минералами и роль органических удобрений в изменении степени подвижности ТМ. Указаны приемы снижения фитотоксичности почв и защиты растений от загрязнения ТМ.

Ключевые слова: тяжелые металлы, органичекое удобрение, сельскохозяйственные культуры, фитотоксичность.

The effect of heavy metals on crop productivity and production’s quality is shown. The interaction of heavy metals with clay minerals and the role of organic manure on the mobility of the TM are presented. The techniques of reducing the phytotoxicity of soil and plant protection from contamination of TM are given.
Key words: heavy metals, organic fertilizer, crops, phytotoxicity.

Загрязнение почв тяжелыми металлами (ТМ) относится к необратимым видам деградации. Практически невозможно снизить валовое содержание ТМ в загрязненных почвах. Однако, можно значительно снизить их подвижность и сделать менее доступными для растений. Среди основных приемов детоксикации и рекультивации почв, загрязненных ТМ, выделяют известкование, внесение органических и минеральных удобрений, применение цеолитов, глинование, подбор устойчивых сельскохозяйственных растений, снижающих подвижность тяжелых металлов, закрепляющих их в почве. Это приводит к уменьшению их доступности для растений, снижению токсичности и сокращению их накоплений в биомассе растений. Несмотря на разногласия в том, какой процесс преимущественно контролирует подвижность ТМ в почвах, адсорбция — поглощение ионов тяжелых металлов или образование труднорастворимых соединений, наблюдения разных авторов показывают, что они наименее подвижны при нейтральной и слабощелочной реакции среды. Известкование почвы приводит к снижению подвижности тяжелых металлов за счет образования труднорастворимых соединений, а также сорбции их оксидами и гидроксидами железа и марганца. Наибольший эффект обеспечивает внесение только очень высокой дозы извести, соответствующей 30 т/га СаС03. Снижение поступления ТМ в растения под влиянием известкования наблюдается вплоть до применения дозы известковой муки, соответствующей 40 т/га СаСО3. Положительное влияние известкования как детоксиканта может проявляться и в почвах с оптимальной для роста и развития растений реакцией среды. При достижении с помощью известкования реакции почвенного раствора в интервале рН 6,0-6,5 большинство ТМ образуют труднорастворимые соединения в виде карбонатов. Одновременно резко возрастает содержание водорастворимого и обменного кальция, в результате чего уменьшается способность корневой системы растений к поглощению ряда металлов [3].
На черноземах обыкновенных к наиболее эффективным и малозатратным агроприемам, повышающим насыщение ППК кальцием и блокирование подвижности ТМ, относятся кальцийсодержащие соединения (карбонат кальция, дефекат, фосфогипс, внесенные по 5 т/га за ротацию севооборота).
Кроме химических превращений при известковании почв, сопровождающихся изменением валентности и подвижности металлов, их фитотоксичности, транслокации в растения, существуют другие механизмы. Они влияют на поведение металлов в системе почва-растение, из которых на первое место выступает живой организм. Например, обнаружено, что корневые выделения растений семейства злаковых способны переводить некоторые металлы из неподвижных в очень подвижные соединения. По всей вероятности, это связано с органо-минеральными комплексами. Уменьшение кислотности почвы способствует усилению поглощения ТМ дикорастущими и луговыми растениями [1]. Есть виды растений, обладающие супераккумулятивными способностями по отношению к определенным тяжелым металлам. Они могут быть использованы для выращивания с целью очистки загрязненных почв от элементов, представляющих опасность при употреблении в пищу животными и человеком.
Этот прием получил название фиторемедиация. Растение-фиторемедиатор, кроме супераккумулирующей способности, должно развивать большую вегетативную массу и иметь высокий биологический коэффициент поглощения металлов в широком интервале рН. Очистка почв с помощью растений эффективна, когда уровень загрязнения невысок, а элемент-загрязнитель представляет большую опасность для пищевых целей и имеет низкие уровни допустимых концентраций для почвы и продуктов питания. По данным Ю.В. Алексеева [1], такие растения как одуванчик, лютик едкий, клевер ползучий на кислой почве содержали кадмия больше, чем на почве нейтральной, несмотря на то, что этого элемента в кислой почве было вдвое меньше, чем в слабокислой. Среди культурных средоулучшителей, в первую очередь, используются многолетние бобовые травы и их смеси со злаковыми.
Уменьшение токсического действия ТМ наблюдается при внесении фосфатов в почву. Внесение диаммонийфосфата приводит к значительной фиксации кадмия. Фосфатообразование часто является преимущественным процессом, контролирующим переход ТМ из жидких фаз в твердые.
Одно из важнейших мест в детоксикации ТМ занимает внесение органических удобрений, которые выступают как хорошие адсорбенты катионов и анионов, повышают буферность почвы, понижают концентрацию солей в почве благодаря высокой реакционной способности, обусловленной значительной емкостью обмена. При внесении органических удобрений в загрязненную почву можно ожидать уменьшения подвижности ТМ вследствие образования различных органоминеральных комплексов, обладающих низкой растворимостью. Однако надо иметь в виду, что при этом образуются водорастворимые низкомолекулярные органические комплексы, увеличивающие миграционную способность металлов. Так, внесение в почву свежего навоза и слаборазложившейся соломы способствует росту подвижности ТМ [4]. Органическое вещество обладает высокой реакционной способностью за счет большой удельной поверхности (300-600 м2/г). Гуминовые вещества в силу неоднородности своей структуры и поливалентности могут взаимодействовать с ионами тяжелых металлов путем ионного обмена, поверхностной адсорбции, комплексообразования и коагуляции. Органические удобрения и кальцийсодержащие мелиоранты способствуют закреплению элементов в почве, образуя комплексные соединения и тем самым уменьшая их доступность для растений.
В современных условиях черноземы выщелоченные подверглись значительной деградации, выраженной в потере кальция из ППК и увеличении кислотности почвенного раствора. Например, в северной части Тамбовской равнины количество этих почв с кислой реакцией достигло 95 %. В них возрастает активность подвижных форм тяжелых металлов и пестицидов, приводящих к увеличению их в выращиваемой продукции и снижению продуктивности сельскохозяйственных культур до 40 % из-за блокирования жизнедеятельности почвенной микробиоты. Поэтому на этом подтипе чернозема эффективнее вносить высокие дозы мелиорантов.
Изучение взаимодействия ТМ с глинистыми минералами позволило сделать предположение, что для снижения фитотоксичности можно использовать природные цеолиты, которые являются не только хорошими сорбентами вредных веществ, но и источником питательных элементов. Природные цеолиты характеризуются высокой селективностью поглощения по отношению к ТМ. По нашим данным, внесение цеолита — клиноптилолита в почву в дозе 15 т/га приводит к увеличению емкости поглощения на 15-25 %, последействие прослеживается в течение 5-7 лет.
Высокая сорбционная способность цеолитов объясняется большой общей площадью поверхности 720-880 м2/г и высокой емкостью катионного обмена, которая может достигать 100 мг-экв./100 г [1,2].
Все приемы снижения фитотоксичности почв можно подразделить на предупредительные и способствующие ликвидации уже существующего загрязнения. Основное мероприятие по защите почв и растений от загрязнения ТМ — предотвращение загрязнения, которое базируется на совершенствовании технологий производства, создании замкнутых технологических систем, на контроле внесения в почву отходов промышленности в качестве удобрений и мелиоратов.

Литература
1. Алексеев Ю.В., Лепкович И.П. Кадмий и цинк в растениях луговых фитоценозов //Агрохимия. — 2003, № 9. — С. 66-69.
2. Немцев Н.С. Технологические приемы, направленные на восстановление загрязненных тяжелыми ме¬таллами почв // Вест.РАСХН. — 2003, №1. — С. 13-15.
3. Овчаренко М.М., Шильников И.А., Полякова Д.К. Влияние известкования и кислотности почвы на поступление в растения тяжелых металлов // Агрохи¬мия. — 1996, № 1. — С. 74-84.
4. Herms V., Brummer G. Influence of different types of natural organic matter on the solubility of heavy metals in soils // Environ. Effect. Org. and Jnorg. Contam. Sewage Sludge. Рос. Work. Stevenage. — 1983. — P. 209-214.