Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 11
1.1.Общая постановка проблемы 11
1.2. Утилизация осадков городских сточных вод в России 16
1.3. Концептуально методологические принципы, методы и критерии 19
1 4.Законодательства, регулирующие внесение осадков в почву с учётом природоохранных требований 42
1.5. Санитарно-гигиенические критерии применения осадков 49
1.6. Методы экологически безопасного использования осадков 61
2. Условия проведения опытов, объекты и методы исследований 64
2.1. Краткая характеристика почвенных условий 64
2.1.1. Серая лесная почва 65
2.1.2. Чернозем выщелоченный 70
2.2. Агроклиматические ресурсы 71
2.3. Объекты исследований 73
2.4. Методы исследований 76
3. Эколого-геохимическая оценка территорий, используемых для почвенной утилизации осадков 81
3.1. Серая лесная почва 82
3.2. Чернозём выщелоченный 86
3.3 Картограммы геохимического состава исследуемых пахотных почв 92
3.4 Определение доз и периодичности внесения осадков 94
4. Влияние осадков сточных вод на экологические свойства почв 101
4.1 Влияние осадков сточных вод на микроэлементный состав почв 106
5. Влияние осадков сточных вод на сельскохозяйственные культуры... 123
5.1. Влияние ОСВ на продуктивность сельскохозяйственных культур и их качественные показатели в условиях чернозема выщелоченного 123
5.2. Влияние ОСВ и микробиологического препарата «Бак-Сиб-ЭМ» на продуктивность и качественные показатели сельскохозяйственных культур в условиях серой лесной почвы 132
5.2.1. Яровая пшеница 132
5.2.2. Кормовые культуры 141
5.2.3. Гречиха 144
5.2.4. Овощные культуры 151
5.3. Влияние ОСВ на микроэлементный состав растений 153
6. Технологические аспекты применения осадков сточных вод под сельскохозяйственные культуры 169
6.1. Технология производства компостов на основе осадков сточных вод 175
6.2. Хранение, транспортировка и внесение в почву осадков городских сточных вод и компостов на их основе 179
6.3. Технология применения осадков и компостов под основные сельскохозяйственныекультуры 180
6.4. Применение осадков сточных вод на малоплодородных почвах и при рекультивации нарушенных земель 186
6.5. Экологический мониторинг осадков городских сточных вод, сельскохозяйственных угодий и качества растениеводческой продукции... 187
6.6. Влияние ОСВ на технологические качества зерна 189
6.7. Биоэнергетическая и эколого-экономическая оценка 192
6.8. Определение ориентировочной стоимости осадков сточных вод г. Новосибирска 200
Заключение 201
Выводы 204
Предложения производству 207
Библиографический список 208
Приложения 243
- Краткая характеристика почвенных условий
- Серая лесная почва
- Влияние осадков сточных вод на микроэлементный состав почв
Введение к работе
Актуальность темы. Оптимизация взаимодействия человека и природы в
настоящее время остро актуальна, и решение этой проблемы имеет большое
значение в улучшении окружающей среды. Интенсивное развитие
промышленности и сельскохозяйственного производства, бурное развитие
городов порождают огромное количество отходов, что приводит к локальному
или масштабному загрязнению окружающей среды и ухудшению здоровья
человека. Образование отходов в экономике России составляет около 7 млрд т в
год, в том числе 30 млн т в год составляют осадки сточных вод (ОСВ) очистных
сооружений [36,39, 43,55,119].
Вопросы обработки и утилизации осадков городских очистных сооружений
остро актуальны для всех крупных водоканалов России и представляют
серьезную проблему. Значительная часть их концентрируется на иловых
площадках очистных сооружений, не оборудованных гидроизоляцией. Условия
размещения ОСВ во многих случаях не соответствуют экологическим
требованиям и принятым в мире стандартам. Накапливаясь вблизи очистных
сооружений на иловых площадках, заполняя очистные сооружения и водоемы,
переполняя пруды-накопители, осадки формируют крупные очаги загрязнения
прилегающих территорий, поверхностных и подземных вод, так как воздействие
мест накопления ОСВ на окружающую среду часто превышает установленные
ПДК. В настоящее время острыми и нерешенными являются вопросы
складирования, сортировки, переработки и утилизации осадков сточных вод.
Сжиганию ОСВ, производству на их основе строительных материалов и другой
продукции препятствует отсутствие соответствующего оборудования. В
настоящее время в России нет ни одной организации, которая отвечала бы за
утилизацию отходов в регионах. Для решения вопроса экологически грамотной
утилизации ОСВ нет необходимой базы данных, статистической отчетности по
количеству образующихся ОСВ, нет экономического стимулирования в их
использовании. По ряду причин в России перерабатывают около 10 % осадков
сточных вод, а в качестве удобрений используют не более 4-6 %. Использование
5 ОСВ городов позволяет одновременно решать комплекс актуальных задач:
развитие пригородных хозяйств, санитарно-гигиенический и экологический
аспекты, рациональное использование отходов органических веществ.
Зарубежный опыт свидетельствует, что 70-80 % осадков сточных вод можно
использовать в качестве удобрения, при этом значительно увеличивается
продуктивность выращиваемых культур [195, 226, 246, 258, 272, 287]. Почвенная
утилизация ОСВ - один из способов, который позволит решить ряд проблем:
предотвратить загрязнение биосферы; ликвидировать угрозу дефицита пресной
воды; увеличить производство и применение органических удобрений,
превратить очистные сооружения в рентабельные самоокупаемые предприятия.
Эффективное использование осадков в настоящее время находится в
неудовлетворительном состоянии, хотя ОСВ обладают полезными
составляющими. Например, 10 млн т ОСВ по содержанию сухого вещества,
основных элементов питания растений и удобрительной ценности равноценны
примерно 50 млн т навоза [40, 56, 74, 100]. Для сохранения почвенного
плодородия объемы внесения традиционных видов органических удобрений
недостаточны. Их дефицит особенно велик в пригородных хозяйствах.
Остродефицитный баланс питательных веществ, в том числе азота и фосфора,
приводит к дальнейшему истощению почвенного плодородия и снижению
продуктивности выращиваемых культур. Для безопасности экосистемы особенно
важным является совершенствование приемов и методов возврата органического
вещества осадков. Однако применение осадков на удобрения сдерживается
наличием в них тяжелых металлов [287, 335, 339, 340, 343, 344] и возможным
загрязнением почв и продукции, то есть эта проблема имеет разноплановые
аспекты и неотделима от экологических последствий и сохранения почв. При
безграмотной почвенной утилизации они могут стать источником загрязнения
почв, сельскохозяйственных культур опасными химическими веществами и
тяжелыми металлами (ТМ). Поэтому решение проблемы безопасного применения
ОСВ в качестве органо-минерального удобрения в разных почвенно-
экологических условиях заключается в дифференцированном подходе к оценке
доз внесения, влияния на почву, растения, грунтовые воды. В настоящее время эколого-экономический подход к использованию природных ресурсов требует довести утилизацию отдельных видов органических отходов до 95-100 %, расширить использование осадков, скопившихся вблизи очистных сооружений.
Цель работы - развитие экологических основ безопасного применения осадков городских сточных вод в сельскохозяйственном производстве Сибири, разработка технологии (рекомендаций) применения и получения экологически безопасной растениеводческой продукции, обеспечивающей повышение продуктивности сельскохозяйственных культур, сохранение экологической чистоты почв и окружающей среды.
Задачи исследований:
Изучить химический состав, дать комплексную оценку и обосновать возможность почвенной утилизации осадков городских сточных вод.
Определить влияние осадков городских сточных вод и микробиологического препарата «Бак-Сиб-ЭМ» на экогеохимические показатели почв.
Выявить эффективность действия и последствия внесения ОСВ отдельно и в сочетании с микробиологическим препаратом «Бак-Сиб-ЭМ» на агрохимические, биологические свойства почв, а также на рост, продуктивность и экологические показатели качества сельскохозяйственной продукции.
Установить основные закономерности накопления и распределения экологически опасных соединений тяжелых металлов в различных органах зерновых, кормовых и овощных культур при использовании ОСВ и микробиологического препарата «Бак-Сиб-ЭМ».
Разработать технологические критерии применения осадков сточных вод под сельскохозяйственные культуры.
Провести биоэнергетическую и эколого-экономическую оценку использования ОСВ.
7 Научная новизна. Впервые по результатам многолетних комплексных
исследований на наиболее характерных почвах Западно-Сибирского региона дана комплексная экологическая оценка осадков городских сточных вод по их составу и свойствам. На основе экспериментальных исследований обоснована возможность экологически безопасного использования ОСВ в сельскохозяйственном производстве. Теоретически определены и практически подтверждены экологические основы почвенной утилизации ОСВ совместно с эффективными микроорганизмами (ЭМ), выделенными из сибирских почв и засеянными на пшеничные отруби, в зависимости от их состава и свойств, региональных почвенно-климатических условий. Впервые исследования проведены с использованием микробиологического препарата «Бак-Сиб-ЭМ». Изучена эффективность ЭМ - технологии, которая дает наиболее высокий эффект на фоне органических веществ ОСВ. Установлена положительная роль ОСВ и их совместного использования с микробиологическим препаратом «Бак-Сиб-ЭМ» на экологию почв, биологическую активность, обогащение органическими веществами, макро- и микроэлементами с учетом конкретных доз применяемых осадков. Выявлено влияние ОСВ и микробиологического препарата «Бак-Сиб-ЭМ» на рост, развитие, качество, продуктивность, устойчивость к заболеваниям и поступление тяжелых металлов на примере зерновых, кормовых, овощных культур. Обоснована экологическая безопасность почвенной утилизации осадков городских сточных вод в сельскохозяйственном производстве, при мелиорации земель, в озеленении и лесном хозяйстве, а также даны рекомендации по их использованию. Показана биологическая безопасность применения осадков совместно с микробиологическим препаратом «Бак-Сиб-ЭМ». Выявлено, что их совместное внесение снижает содержание тяжелых металлов в различных органах растений и повышает их устойчивость к заболеваниям. Предложены оптимальные технологические критерии и рекомендации по применению осадков городских сточных вод. В аналитических исследованиях для метода инверсионной вольтамперометрии получено авторское свидетельство.
8 Практическая значимость. Полученные данные в региональных условиях
позволяют учитывать видовую и сортовую специфику сибирских
сельскохозяйственных культур, природную обстановку, особенно элементный
химический состав и свойства почвы.
Разработанные оптимальные нормы и технологии безопасного применения осадков городских сточных в качестве удобрения в разных почвенно-экологических условиях на основе дифференцированного подхода к оценке доз внесения, влиянию их на почву и растения, обеспечивают получение экологически безопасной сельскохозяйственной продукции со значительным одновременным увеличением ее продуктивности.
Рекомендации по применению осадков городских сточных вод и микробиологического препарата « Бак-Сиб-ЭМ» в качестве удобрения, с учетом природоохранных требований, использованы в хозяйствах Новосибирской области. Это способствовало росту уровня рентабельности производства зерна яровой пшеницы с 44,5 до 95 %, кукурузы - с 33,8 до 43 %, уменьшению себестоимости производства зерна яровой пшеницы на 24 %, при этом окупаемость 1 руб. затрат составила по яровой пшенице и кукурузе 3,16 и 2,92 руб. соответственно в ценах 2004 г.
Результаты исследований использованы при разработке научно-исследовательской темы 01.200.118539 «Экологическая оценка осадка сточных вод г. Новосибирска и его влияние на экогеохимические свойства почв и сельскохозяйственные культуры», прошли производственные испытания в ЗАО «Обский» и ОНО ОПХ «Элитное» Новосибирской области, реализованы на МУП «Горводоканал» г. Новосибирска.
Материалы диссертации в форме учебных пособий широко используются в учебном процессе аграрных вузов РФ и при повышении квалификации руководителей и специалистов Сибири по экологически безопасному и рентабельному производству сельскохозяйственной продукции.
9 Апробация работы. Материалы диссертации апробированы на
международной научно-практической конференции «Экологические проблемы
мелиорации» (Пенза, 2001), международной научно-практической конференции
«Проблемы и перспективы развития агропромышленного комплекса регионов
России» (Уфа, 2002), научно-практической конференции «Социально-
экономические и технические проблемы Сибирского региона» (Новосибирск,
2002), 2-м российско-украинском симпозиуме «Новые информационные
технологии в решении проблем производства, строительства, коммунального
хозяйства, экологии, образования, управления и права» (Пенза, 2002),
международной научно-практической конференции «Проблемы и
перспективы развития агропромышленного комплекса регионов России» (Уфа,
2002), VI международном научно-техническом симпозиуме KORUS 2002
(Новосибирск, 2002), международной конференции «Экология и жизнь» (Великий
Новгород, 2002), 6-м российско-корейском международном симпозиуме по науке
и технологии (Новосибирск, 2002), юбилейной международной научно-
практической конференции (Барнаул, 2003), международных научно-
практических конференциях «Пища. Экология. Качество» (Новосибирск, 2003,
2004), межрегиональной научно- практической конференции «Повышение
устойчивости и эффективности агропромышленного производства в Сибири:
наука, техника, практика» (Кемерово, 2003), международной научно-
практической конференции «Тяжелые металлы, радионуклиды и элементы-
биофилы в окружающей среде» (Семипалатинск, 2004), на VI-м съезде
Докучаевского общества почвоведов (Новосибирск, 2004), международной
биогеохимической школе (Семипалатинск, 2005)
Защищаемые положения:
1.Обоснование экологической целесообразности и практическое решение утилизации осадков городских сточных вод в сельскохозяйственном производстве.
2.0садки городских сточных вод оказывают существенное влияние на показатели потенциального плодородия исследуемых типов почв, особенно серых
10 лесных. При их применении повышается содержание гумуса, увеличивается
ёмкость катионного обмена, рН среды смещается к слабощелочной, почва
обеспечивается необходимым набором макро- и микроэлементов. При
совместном внесении в почву ОСВ и микробиологического препарата «Бак-Сиб-
ЭМ» повышается биологическая активность почв, улучшается азотное и
минеральное питание микроорганизмов почв и растений, что отражается на
продуктивности культур.
*i 3. Выявлены особенности изменения экологических свойств почв и растений
( при использовании ОСВ отдельно, а также совместно с экологически безвредным
( микробиологическим препаратом «Бак-Сиб-ЭМ».
4.0боснована эколого-экономическая эффективность утилизации осадков
і городских сточных вод в сельскохозяйственном производстве.
/у Публикация результатов исследований. Основные положения
^ диссертации опубликованы в 6 рецензируемых журналах, в материалах
международных симпозиумов, конгрессах, международных научно-практических
конференциях, съезде Докучаевского общества почвоведов, трудах СО РАСХН.
Всего по теме диссертационной работы опубликовано 43 научных и научно-
/ ^ методических работы, в том числе 1 монография.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав,
выводов и предложений производству, списка литературы и приложений. Работа
изложена на 299 страницах машинописного текста, содержит 73 таблицы, 28
рисунков, 32 приложения. Список литературы включает 372 наименования, из
них 156 - на иностранных языках.
Краткая характеристика почвенных условий
Новосибирская область занимает значительную часть Обь - Иртышского междуречья и территорию между отрогами Салаирского кряжа и правым берегом р. Обь. Северная часть области лежит в пределах южной подтайги и граничит с Васюганскими болотами. Это заболоченная подтаежная подзона. К югу область переходит в зону лесостепей, которую в пределах Новосибирской области делят на две подзоны: заболоченную засоленную лесостепь и солонцовую лесостепь [32].
Почвенный покров Новосибирской области исключительно разнообразен по составу и сложен по комплексности почвенных разностей, поэтому считается трудным для исследований и сельскохозяйственного освоения. На севере области распространены дерново-подзолистые почвы и подзолисто-глеевые. Для лесостепной зоны характерно развитие черноземов с подтипами оподзоленных, выщелоченных и серых лесных почв. В степной зоне распространены черноземы, представленные подтипами южных и частично обыкновенных. Основной зональный тип почв лиственно-лесной зоны - серые лесные.
На основании природно-мелиоративных условий почвенного покрова Западно-Сибирского района для эколого-геохимических исследований использования ОСВ были выбраны два наиболее характерных типа почв: черноземы выщелоченные, развитые на лессовидном суглинке в условиях северной лесостепи в ЗАО «Обский» Новосибирского района Новосибирской области, и серые лесные.
Серые лесные почвы, занимают промежуточное положение между оподзоленными черноземами и дерново-подзолистыми и являются типичными для лесостепной зоны области. Эти почвы формируются под воздействием древесной (мелколиственной), а также в значительной степени травянистой растительности.
Для серых лесных почв характерно наличие двух ведущих процессов, которые определяют их морфологические особенности и основные свойства.
Первый из этих процессов возникает под пологом леса и связан с воздействием на толщу почв, особенно на минеральный ее субстрат, нисходящих токов влаги, значительно обогащенной кислыми продуктами разложения растительных остатков. В результате этого происходит перемещение вниз по профилю, а часто и за пределы его образующихся в процессе почвообразования растворимых не только органических соединений, но и многих минеральных компонентов почвы (особенно соединений железа, алюминия, кальция и магния).
Второй процесс, по направлению противоположный первому, связан с аккумулирующей деятельностью травянистой растительности, которая обогащает верхний слой почвы гумусом, азотом и зольными элементами.
Валовые запасы пищевых веществ в почве характеризуют ее потенциальное у плодородие. Содержание азота и фосфора связано с запасами почвенного гумуса.
В справочнике [155, 168] приводится валовое содержание гумуса, фосфора, азота в пахотном слое разных типов почв Для серых лесных почв: 3-5 гумус; 0,1-0,18 Рг05; 0,12-0,2 N. Содержание подвижного калия составляет 29,7-38,4 мг/кг, их можно отнести к средне - и даже высокообеспеченным почвам.
Запасы непосредственно доступных растениям минеральных соединений азота (нитратов, нитритов, водорастворимого и обменного аммония) и фосфора в серых лесных почвах невелики, при этом лишь 10-20 % .относительно доступны растениям, 50-60 % - слабодоступны, 20-40 % - практически недоступны [74].
Серые лесные почвы составляют основной фон почвенного покрова в северо-западной и центральной части правобережья и довольно часто встречаются в его южной части. По данным Института почвоведения и агрохимии (ИПА СО РАН), серые Лесные почвы занимают около 41% всей площади правобережной части.
Гранулометрический состав серых лесных почв преимущественно крупнопьшеватыи, средне- и тяжелосуглинистый. Серые лесные почвы практически не засолены легкорастворимыми солями. Плотный остаток в них колеблется от 0,05 % до 0,1 %. В составе водорастворимых соединений присутствует значительное количество гумуса и очень мало солей, среди которых имеются в основном бикарбонаты и сульфаты кальция, магния. Гумуса по сравнению с серыми лесными почвами больше, чем в светло-серых. В гумусово-аккумулятивном горизонте А его было 5-7 %. Вниз по профилю содержание гумуса падало, но не столь резко, как это наблюдается в светло-серых почвах. В серых лесных почвах правобережья основная часть азота (99,0-99,5 %) находится в органической и лишь 0,5-1,0 % - в минеральной форме. Минеральный азот представлен аммиаком и нитратами, содержание нитратов ничтожное.
В верхнем слое 0-10 см количество валового фосфора колеблется от 0,180 до 0,268 %, снижаясь соответственно до 0,115 и 0,207 % на глубине 40-50 см. В перегнойно-аккумулятивных горизонтах лесных темно-серых почв более половины валового фосфора падает на органически связанную форму. В этом случае фосфорная кислота прочно удерживается в структуре гумусовых веществ и практически не доступна для растений. Вниз по профилю в связи с сокращением поступления гумусовых веществ содержание органического фосфора быстро уменьшается. С глубины более 50 см валовой фосфор на 90 % и более представлен минеральными формами.
Подвижность фосфорных соединений (отношение кислоторастворимого фосфора к валовому его содержанию) в серых лесных почвах значительная и обычно тем больше, чем сильнее их оподзоленность.
Содержание подвижного фосфора (по методу Кирсанова) в серых лесных почвах в большинстве случаев колеблется от 5 до 10 мг на 100 г почвы в перегнойно-аккумулятивном горизонте и от 15 до 20 мг в нижележащих слоях. Постепенное возрастание содержания подвижного фосфора с глубиной тесно связано с характером распределения по профилю органического и минерального фосфора.
Серая лесная почва
Серые лесные почвы представляют собой основной зональный тип почв лесостепной и лесной зоны, занимают 51% ее площади и широко распространены в правобережных районах Новосибирского Приобья и в Кузнецкой котловине, где занимают соответственно 32 и 50% площади сельскохозяйственных угодий [82].
Морфологическое описание почвенного профиля серой лесной почвы участка представлено в приложении 13.
В зависимости от складывающихся кислотно-щелочных и окислительно-восстановительных условий, а также от направленности мигрирующей влаги в почвенном покрове и в профиле почв было сформировано пространственное и внутрипрофильное распределение микроэлементов. К основным факторам, влияющим на подвижность микроэлементов, относятся гумус, глины, реакция среды (рН) и другие. Реакция среды в серых лесных почвах кислая. Величина рН водной суспензии во всей выщелоченной толще почвы равна 5,5-6,0. В карбонатном горизонте реакция среды щелочная (рН водной суспензии 7,8-7,9).
Емкость поглощения серых лесных почв несколько выше, чем светлосерых. Это объясняется более высоким содержанием в них гумуса и отчасти более тяжелым гранулометрическим составом.
Водопрочность структуры и водопроницаемость почвы невысокие, поэтому она склонна к уплотнению и заиливанию. Реакция почвы пахотного слоя (рН) меньше 5,0, а с глубиной несколько возрастает. В пахотном слое довольно значительна величина гидролитической кислотности и сумма обменных оснований, насыщенность почв основаниями возрастает по профилю. Величина гидролитической кислотности соответствует почвам средней нуждаемости в известковании. Обеспеченность подвижными формами фосфора и калия высокая и повышенная, поэтому они не являются лимитирующим фактором.
Агрохимическая характеристика серой лесной почвы до полевых опытов приведена в таб. 12.
Так как такого типа почвы испытывают дефицит в широком спектре макро-и микроэлементов, то сбалансированное применение осадков городских сточных вод позволит повысить не только продуктивность культур, но и улучшить их питательные качества. При использовании только макроудобрений, что обычно практикуется в Новосибирской области, происходит уменьшение насыщенности растительных тканей микроэлементами, наблюдается нарушение биохимических процессов и снижение устойчивости растений к неблагоприятным факторам внешней среды, ухудшение показателей качества продукции. Поэтому проблема повышения плодородия этого типа почй через интенсивное земледелие с высокими нормами внесения необходимых для растений удобрений в действительности более тесно связана с экогеохимическими проблемами, чем это принято считать.
Следует также отметить, что серые лесные почвы хорошо самоочищаются всем слоем аэрации, занимая ландшафтную нишу с благоприятной гидрогеологомелиоративной и экологической обстановкой, при которой почвы находятся в автоморфном режиме (УГВ от 5 м и более).
Жидкая фаза почвы является непосредственным источником воды и питательных веществ для растений. Этим определяется ее важнейшая роль в питании растений. Данные водных вытяжек дают хороший сравнительный материал по содержанию и составу водорастворимых веществ в почве, поэтому этот метод находит применение для генетической характеристики многих почв. Методом водных вытяжек пользуются также при исследовании динамики почвенных процессов, изучении режима питательных веществ, выявлении присутствия в почве вредных для растений солей и для решения многих других практических задач. Состав и концентрация почвенного раствора зависят от целого ряда процессов: биологических, физико-химических, химических и физических, которые протекают по-разному в зависимости от температуры, влажности и аэрации. Между жидкой и твердой фазами почвы постоянно существует динамическое адсорбционное равновесие. Все это делает состав и концентрацию почвенного раствора подвижными и приводит к необходимости изучения их в динамике. Наши данные свидетельствуют о том, что количество НСОз" в почвенном растворе сильно варьирует в зависимости от интенсивности процессов окисления органического вещества и образования углекислоты (жизнедеятельность микроорганизмов, дыхание корневой системы растений). В начальный период роста растений, когда в почвенной среде не активизировались биологические процессы и корневая система была маломощной, содержание НСОз" в почве было невысоким.
Влияние осадков сточных вод на микроэлементный состав почв
Некоторые ученые предлагают следующую группировку почв по степени загрязнения: к слабозагрязненным относятся почвы с содержанием элемента от 2 до 10 кларков, к среднезагрязненным - от 10 до 30 кларков, к сильнозагрязненным - свыше 30 кларков [193].
Так как почвы наследуют уровень валового содержания тяжелых металлов в почвообразующих породах, то и для почвенного покрова области характерна высокая естественная концентрация As, Mn, Mo, Zn, Sr. В процессе почвообразования возможно дальнейшее биогенное накопление Mn, Zn, Си и других элементов в гумусовом слое ПОЧВ.
Тяжелые металлы, внесенные с осадками в почву, при их минерализации большей частью задерживаются в верхнем почвенном слое, главным образом в виде малоподвижных соединений. В результате различных биологических и физико-химических процессов тяжелые металлы частично поступают в почвенный раствор и транслоцируются в растения или подвергаются вымыванию
Исключительно важное значение при изучении тяжелых металлов в почве приобретают сведения об их подвижности, т.е. способности переходить из состава твердой фазы почвы в жидкую. Становясь мобильными, химические элементы способны мигрировать по профилю почвы вплоть до грунтовых вод, а также переходить в форму, более доступную для поглощения растениям. Ее основной резерв - ионы, содержащиеся в почвенном растворе и находящиеся в обменном состоянии в почвенном поглощающем комплексе. Поэтому избыточное количество подвижных ионов в почве вызывает загрязнение растительной продукции и грунтовых вод. Однако органическая форма химических элементов в почве может являться источником пополнения фонда подвижных соединений, в том числе доступных растениям. Например, известно, что насыщенность гумуса тяжелыми металлами сильно колеблется: на долю органической формы в черноземе выщелоченном Новосибирского Приобья приходится: Со и РЬ - 1-5, Мп - до 10, Си - до 75 % от валового содержания, причем большая часть их сосредоточена в фульвокислотах, меньшая - в гуминовых [67].
Почва - геохимический аккумулятор всех элементов; она удерживает и предохраняет их вынос со стоком. Гумус - главное богатство почвы, основа ее важнейших функций, обеспечивающих стабильность экосистем.
При возможном загрязнении окружающей среды важен вопрос об оценке защитных возможностей (буферных свойств) почвы по отношению к тяжелым металлам, так как ущерб, наносимый загрязнением, будет в большой степени зависеть от свойств почвы, которые влияют на подвижность тяжелых металлов, на их доступность растениям и способность к миграции.
Высокая буферность по отношению к физическим и химическим воздействиям придает почве стабильность. Будучи устойчивой динамической системой, с установившимся обменом веществ, она способна противостоять антропогенным нагрузкам. Чем выше защитные возможности почвы, тем большее количество тяжелых металлов она в состоянии переводить в малодоступные для корней и слабомигрирующие соединения, так как в инактивации избыточных ионов преимущественно участвуют гумусовые кислоты, глинистые тонкодисперсные частицы, оксиды железа и алюминия, карбонаты и реакция среды (рН).
Буферная способность почв (серых лесных и черноземов выщелоченных) в пригородней зоне г. Новосибирска оценивается как средняя.
Главное влияние на уровень буферности оказывают количество тонкодисперсных минеральных частиц, карбонатов, гумуса и реакция среды. Повышенная буферность черноземов и серых лесных почв будет наблюдаться только в случае систематического внесения органических веществ в почву, а также при повышении реакции среды (рН) за счет подщелачивающего действия осадков городских сточных вод. В случае с тяжелыми металлами проявляется буферная способность почвы, позволяющая переводить их в малоподвижную (малоактивную) форму, делая тем самым безопасным существование почвенной биоты и возделывание сельскохозяйственных культур.
Многими исследованиями доказано, что в инактивации избыточных ионов тяжелых металлов преимущественно участвуют гумусовые кислоты, тонкодисперсные частицы, оксиды железа и алюминия, карбонаты, а также реакция среды. При сельскохозяйственном использовании почвы теряют значительные количества гумуса и тонкодисперсных частиц в результате дефляции или водной эрозии, вследствие этого происходит облегчение гранулометрического состава и уменьшение валового содержания микроэлементов в гумусовом горизонте. Процесс деградации земель может быть столь сильным, что в пахотном слое исчезают результаты биогенной аккумуляции
Успешное выращивание растений и производство полноценной по минеральному составу растительной продукции во многом зависит от содержания в почвах доступной для растений формы микроэлементов. При этом огромное влияние на содержание микроэлементов в почве оказывает органическое вещество разложившихся и в разной степени гумифицированных остатков растительных и животных организмов. При поступлении в пахотный слой почвы энергетического материала в форме свежего органического вещества осадков идет ферментативное взаимодействие микроорганизмов с ОСВ. В результате следует ожидать интенсивный рост численности аммонизирующих бактерий и грибной флоры, поскольку они получают в этих реакциях углерод и энергию для биосинтеза.
Гумусовые вещества почв действуют как важный регулятор аккумуляции и подвижности микроэлементов в почве. Взаимодействия между органическим веществом почв и микроэлементами разнообразны: ионный обмен, сорбция на поверхности, хелатообразование, коагуляция и пептизация. В связи с наличием у гуминовых кислот большого числа функциональных групп, имеющих сродство с ионами металлов, многие микроэлементы-катионы образуют с ними комплексные соединения. При взаимодействии гумусовых веществ с микроэлементами образуются как нерастворимые, так и водорастворимые соединения. Комплексы микроэлемент - фульвбкислота, а также микроэлементы, связанные с аминокислотами, считаются более мобильными и доступными для корней растений и почвенной биоты, чем соединения микроэлементов с гуминовыми кислотами.
При возделывании сельскохозяйственных культур наряду с основными элементами питания происходит вынос из почвы микроэлементов. Особенно повышен вынос микроэлементов сахарной свеклой, подсолнечником и бобовыми культурами.
