Тяжелые металлы, выделяемые антропогенными источниками, поступают в окружающую среду и вовлекаются в сложившиеся биогеохимические циклы. Одним из путей выявления и предупреждения негативных последствий антропогенных изменений в агроценозах является организация мониторинга, который включает систему наблюдений как за живой, так и за неживой частями биосферы.
Мониторинг ставит следующие основные задачи:
наблюдение за состоянием почвы и растений или биосферы в целом;
оценка и прогноз этого состояния;
оценка опасности антропогенного воздействия на окружающую среду, и в частности, на агроценозы, выявление источников загрязнения;
разработка мероприятий (рекомендаций), направленных на снижение опасности загрязнения среды и негативного влияния на животных и человека, а также своевременное прогнозирование и предупреждение нежелательных последствий, связанных с загрязнением.
Важной составной частью мониторинга антропогенных изменений в биосфере является мониторинг загрязнения почв тяжелыми металлами.
Почвенный покров не только геохимически аккумулирует компоненты загрязнений, но и выступает как природный буфер, существенно снижающий токсичное действие тяжелых металлов и регулирующий поступление химических элементов в растение и, как следствие, в организм животных и человека. В отличие от атмосферы и гидросферы, где наблюдаются процессы периодического самоочищения от тяжелых металлов, почва практически не обладает такой способностью. Металлы, накапливающиеся в почвах, удаляются крайне медленно лишь при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии и дефляции. В этой связи разработка агротехнических мероприятий, снижающих поступление тяжелых металлов в сельскохозяйственные растения, приобретает большую агроэкологическую значимость. Все это требует детального изучения характера распределения и путей трансформации подвижных и неподвижных форм соединений тяжелых металлов в почве и контроля за их поведением в агроценозах.
С одной стороны, металлы-микроэлементы, оказывая непосредственное влияние на формирование урожаев сельскохозяйственных культур и качество продукции, являются важным компонентом почв; с другой стороны, чрезмерное поступление тяжелых металлов в биосферу в результате хозяйственной деятельности вызывает загрязнение почвы и растений вследствие накопления их выше допустимых концентраций, опасных для здоровья животных и человека. В настоящее время фоновым уровнем содержания тяжелых металлов в почвах принято считать естественное содержание металлов с учетом металлов антропогенного происхождения как следствие глобального переноса загрязнителей от источников их выброса в окружающую среду. Вероятно, наиболее правильно под «фоновым» следовало бы понимать содержание элемента в почвах, находящихся на большом удалении от источников загрязнения.
Валовое содержание тяжелых металлов в естественных незагрязненных почвах обусловлено содержанием элементов в материнской породе и определяется генезисом, петрографией и процессами почвообразования. Количество подвижных форм химических элементов в почвах связано с реакцией среды, содержанием в почве органического вещества, гранулометрическим составом, биологическим круговоротом элементов, растительным покровом и процессами миграции металлов в почвенном профиле (табл. 152).
| 152. Содержание тяжелых металлов, мг/кг | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Показатель | | Си | Zn | Pb | Cd | Ni |
| Литосфера | 47 | 83 | 16 | 0,13 | 58 |
| Почвы мира | 6-60 | 10-300 | 2-200 | 0,1-1,5 | 1-100 |
| Почвы России | 7-50 | 20-150 | 10-70 | оот4^ | 5-80 |
| Дерново-подзолистые почвы | 10-20 | 10-100 | 10-50 | ©тО | 10-20 |
Кадмий обладает более высокой, чем свинец, миграционной способностью (соединения кадмия примерно в 100 раз более растворимы, чем соединения свинца, и соответственно он более подвижен в почве). Почвы одного и того же типа могут различаться по содержанию кадмия в 10—50 раз. Причем фоновые уровни содержания кадмия в почве, как правило, не превышают 0,5 мг/кг, поэтому более высокое его значение свидетельствует об антропогенном загрязнении пахотного слоя почвы.
Для оценки доступности тяжелых металлов сельскохозяйственным растениям и их миграционной способности по профилю почвы проводят определение подвижности элементов или их соединений в почвах, т. е. их способности переходить из твердой фазы почвы в почвенный раствор. Подвижность металлов обусловливается их природой, минералогическим составом почвы, содержанием органического вещества, реакцией почвенного раствора.