Особенности накопления элементов питания и тяжелых металов в почвах и растениях в условиях промышленного города

Особенности накопления элементов питания и тяжелых металлов в почвах и растениях в условиях промышленного города Тяжелые металлы (ТМ) — это биохимически активные техногенные вещества, воздействующие на живые организмы. К их числу относят: Cu, Zn, Mo, Co, Ni, Fe, Mn, Sb, Bi, Cd, Hg, Pb и др. Они относятся к стойким загрязнителям, так как поступают в почву со скоростью, значительно превышающей их выводимость из почвы. Однако, многие ТМ крайне необходимы живым организмам потому, что это ещё и «микроэлементы», активно участвующие в биохимических процессах. В естественных условиях и почвы и растения в обязательном порядке содержат определенное количество ТМ, но чрезмерное их накопление может оказаться причиной разрушения целостности природного комплекса.

На базе кафедры химии ПГУ проводится исследование химического состава почв и растений жилой и парковой зон г. Архангельска.

Все городские почвы в той или иной степени загрязнены ТМ, аккумуляции которых способствует накопление гумуса. Его содержание в почвах г. Архангельска колеблется от 0,55 до 7,59%, что в 2,5 раза выше, чем в естественных почвах. Такому увеличению содержания органического углерода в городских почвах могут способствовать особенности механического состава почвы и урбаногенные факторы: компоненты нефти, углеводородные выбросы и выбросы в атмосферу технического углерода — сажи.

В большей степени почвы г. Архангельска загрязнены свинцом — по валовому содержанию наблюдается превышение ПДК в 2,5−3,5 раза, а на отдельных почвах — до 32−48 раз; хотя по содержанию подвижного свинца показатели невелики и не выходят за уровень ПДК. Практически все почвы имеют довольно высокое содержание меди (более 7 мг/кг), которое превышает ПДК в 5−10 раз, но обеднены подвижными формами кобальта, никеля и цинка — их содержание составляет не более 0,4; 0,3 и 0,1 ПДК соответственно. Содержание железа в городских почвах колеблется от 5,5 до 22,6 г/кг в зависимости от типа почв: в урбоестественных почвах оно ниже, а в культуроземах гораздо выше, чем в дерновой естественной почве. Культуроземы и урбоестественные почвы загрязнены мышьяком, валовое содержание которого иногда достигает 2 ПДК. Среднее содержание кадмия и ртути на всех типах почв находится на уровне ПДК.

На закрепление ТМ в почвах влияет содержание обменных катионов (магния и особенно кальция) и в городских почвах составляет 31−39 мг/кг и 86−190 мг/кг соответственно. Это отражается на величине рН почв, сдвигая её в щелочную среду; так рН городских почв колеблется от 5,8 до 6,2, в то время как рН пригородных естественных почв составляет всего 4,8.

Степень химического загрязнения почв характеризует суммарный показатель концентрации химических элементов (СПК). По данному показателю урбаноземы и реплантоземы можно считать слабо загрязненными с относительно удовлетворительной оценкой экологической обстановки (СПК менее 16); культуроземы и особенно урбоестественные почвы (СПК 32 — 128) имеют высокий уровень загрязнения.

Наряду с ТМ важное значение для растения имеет содержание в почве элементов питания (N, P, K). Обеспеченность почв г. Архангельска подвижным фосфором оценивается как повышенная и высокая. Среднее его содержание колеблется от 246 мг/кг (урбоестественная почва) до 816 мг/кг (урбанозёмы). На отдельных пробных площадях содержание P2O5 в почвах доходит до 3778 мг/кг. Среднее содержание подвижного калия (в виде К2О) в реплантозёмах г. Архангельска составляет 102 мг/кг, что соответствует природным почвам, тогда как в урбанозёмах, культурозёмах и особенно в урбоестественных почвах оно в 1,5−2 раза выше и составляет 140−190 мг/кг, доходя на некоторых площадях до 407 мг/кг. Содержание других неметаллов (В, S, Se, Cl-, NO3-) не превышает допустимых значений и зависит от уровня антропогенной нагрузки.

В разнотравье, собранном в черте города, содержание всех поллютантов гораздо выше, чем в разнотравье, собранном в пригороде г. Архангельска: свинца — 3−15 раз; меди — 4−10 раз; цинка — 1,5−2 раза; кобальта — 3−7 раз; никеля — 1,5−8 раз. Это указывает на аэротехногенное загрязнение растительности данными поллютантами в черте города. Установлено, что более высокое содержание определяемых ТМ характерно для разнотравья, собранного с реплантозёмов, наименьшее — с культурозёмов. И действительно, на легких почвах, обедненных гумусом, имеет место достаточно высокое поступление ТМ в растения и коэффициент биологического поглощения (КБП) составляет: для Co — 4,12; Pb — 2,51; Ni — 2,31; Zn — 0,94; Cu — 0,63. На почвах с тяжелым механическим составом м высоким содержанием органического вещества КБП составляет: для Co — 1,39; Pb — 0,66; Zn — 0,55; Cu — 0,33. Высокое содержание подвижного фосфора способствует накоплению ТМ в почвах, в результате чего снижается КБП их в растения.

Выводы тяжелый металл техногенный почва загрязнение.

• · В городских почвах содержится значительное количество свинца, мышьяка, подвижной меди, но довольно мало подвижных форм железа, цинка, кобальта и никеля. По СПК большинство почв г. Архангельска можно отнести к слабо и средне загрязненным с напряженной оценкой экологической обстановки. Отдельные пробные площади имеют высокий уровень загрязнения почвенного покрова с кризисной оценкой экологической обстановки, категория загрязнения их довольно опасная.
• · Почвы города Архангельска можно считать довольно хорошо обеспеченными такими элементами питания как калий и фосфор. В них высокое содержание органического углерода. Все это способствует аккумуляции ТМ в почвах в формах не доступных растениям.
• · В условиях Севера уровень накопления ТМ в городских почвах и миграционная способность элементов в системе «почва-растения» зависят от механического состава почв, содержания в них органического вещества и труднорастворимых фосфатов.