Общие сведения о почве

Почвой называется поверхностный слой суши, возникший в результате изменения торных пород под воздействием живых и мертвых организмов (растительных, животных и микроорганизмов), солнечного тепла и атмосферных осадков. Практически почва - это относительно тонкий (до нескольких десятков сантиметров или, в редких случаях, до 1 метра и более) слой между атмосферой и подстилающими породами. Именно этот слой является сосредоточением жизни, средой обитания многих живых организмов, началом большинства пищевых цепей.

Почва является связующим звеном между атмосферой, гидросферой, литосферой и живыми организмами и играет важную роль в процессах обмена веществ и энергией между компонентами биосферы. Она представляет собой особое природное образование, обладающее только ей присущими строением, составом и свойствами. Поверхностные горизонты горных пород (литосферы), подвергаясь воздействию многих поколений организмов, испытывая длительное и глубокое влияние атмосферы и гидросферы, преобразуются в почвенный покров, обладающий способностью производить фитобиомассу. Важнейшим свойством почвы является ее плодородие, т.е. способность обеспечивать рост и развитие растений. Плодородие почвы определяет ее использование человеком как основного средства сельскохозяйственного производства.

Основной единицей классификации почв, применяемой в России, является отнесение почв к типу. Тип почв развивается в однотипно-сопряженных биологических, климатических и гидролитических условиях и характеризуется ярким проявлением основного процесса почвообразования. Примеры типов почв - подзолистые, черноземы, сероземы и т.д. Таким образом, основные черты почвенного типа определяются единообразностью:

1) поступления органических веществ, процессов их разложения и превращения в гумус;

2) характера миграции и аккумуляции веществ;

3) строения почвенного профиля и генетических почвенных горизонтов;

4) мероприятий по повышению и поддержанию плодородия почв.

Почва живет, почва дышит. В почве постоянно и одновременно протекают процессы ферментивного каталитического окисления, восстановления, гидролиза. В результате происходит обогащение почвы неорганическими и органическими веществами, круговорот веществ - сущность развития почвы н ее плодородия.

Почва, в отличии от воды и воздуха, не обладает подвижностью, и ее необходимо воспринимать как структурно-биокостный компонент биосферы.

Для оценки экологического состояния почвы большое значение имеет ее изучение как целого и компонентов - почвенных воздуха и раствора, химического состава, чужеродных и естественных включений, почвенной биоты и других экологических свойств. Потеря из поля зрения каких-либо экологических свойств почвы создает опасность однобокой оценки с преобладанием агрохимических, фенологических, агроэкологических и др. подходов.

4.2. Основные свойства почвы

1. Физические свойства почв.

Физические свойства почв включают: механический состав, структуру, удельный и объемный вес, плотность, порозность, окраску, влажность, температуру и т.д.

Механический состав почвы отражает соотношение песка (частиц с диаметром от 2 до 0.02 мм), пыли (0.02-0.002 мм) и ила (менее 0.002 мм) или физической глины (менее 0.01 мм).

Минеральные частицы крупнее песка (более 2 мм) составляют скелет почвы. Структура почвы отражает характер слипания первичных частиц (песок, пыль, ил) в комочки различных размеров, форм.

Показателями рыхлого или плотного состояния почвы служит объемный вес, т.е. масса почвы в единице объема (включает как отдельные частички, так и пространство пор). Плотность частичек (удельный вес) представляет только вес твердых частиц. Высокий объемный вес – результат уплотнения почвы или высокого содержания в ней песка.

Площадь пустот или пор представляет часть почвы, не занятую почвенными частицами. Объем пор зависит от способа упаковки твердых частиц, определяющего степень порозности почвы. Порозность – одно из значительных свойств почвы, обуславливающее водный и воздушный режимы. От величины пор зависит передвижение воды в почве, водопроницаемость. Порозность почв варьирует в зависимости от природы и величины первичных твердых частиц, содержания и состава органического вещества, механического состава, условий дренажа и биологической деятельности. Порозность почвы влияет и на другие свойства почвы, такие, как влагоемкость, количество необходимой для растений воды, степень выщелачивания и доступность различных элементов и веществ (включая загрязнители) для корней растений, плодородие почв. В лесопарках, садах, где почва почти не подвергается уплотнению, порозность колеблется от 45 до 75%, а для поверхностных горизонтов городских почв характерна средняя величина порового пространства 36%, так как для природной почвы она составляет 50%.

С порозностью связаны влагоемкость и воздухоемкость почв. С ухудшением водно-физических свойств уменьшается накопление в ней влаг, особенно в летние месяцы, составляя на уплотненных участках до 14% влагоемкости. Сильное уплотнение почвы ведет к созданию в корнеобитаемом слое условий, близких к анаэробным, особенно в период продолжительных дождей весной и осенью.

2. Химические свойства.

К химическим свойствам почв относят растворимость и доступность элементов, включая питательные элементы, реакцию почвы (pH), ионный обмен и т.д.

Реакция почвы определяется концентрацией ионов водорода Н+ в почвенном растворе. Реакция почв (pH) варьирует от 3.5 (сильно кислая) – 7 (нейтральная) и до 11 (сильнощелочная).

От ионного обмена зависит состав почвенного раствора (см. выше).

Одним из важнейших химических свойств почвы является накопление в верхней части почвенного профиля гумуса (перегноя) – продукта векового существования и отмирания растений, почвенных животных, микроорганизмов. Гумус окрашивает верхние горизонты почвенного профиля в темный цвет, содержит органические вещества, элементы и соединения, необходимые для питания растений (азот, фосфор, сера, калий).

3. Биологические свойства почв.

Биологические свойства почв определяются почвенной фауной и микроорганизмами.

Почва, особенно ее верхний горизонт, - место обильного поселения микрофауны и микрофлоры, а также макрофауны и макрофлоры, последняя из которых представлена высшими растениями. Хотя жизнь почвы представлена организмами очень малых размеров, численность их очень велика. Например, численность бактерий может достигать 7-8 млрд. в 1 г продуктивной почвы. Популяция живых организмов достигает 11-12 т/га.

Почвенная фауна выполняет значительную механическую работу, выражающуюся в тонком измельчении растительных остатков и их перемещении на различную глубину, что играет очень важную роль в круговороте воды и воздуха в почве. Фауна, тесно взаимодействуя с микроорганизмами, играет не менее важную роль в формировании гумуса.

По характеру воздействия микроорганизмов на почву (простейшие, водоросли, грибы, актиномицеты, бактерии) выделяются три группы деятельности:

- ферментная, с которой связана эволюция всех элементов в почве: круговорот углерода и гумификация, круговорот азота, серы, фосфора и т.д.;

- по установлению биологического равновесия почвы;

- симбиозная.

Макрофауна улучшает аэрацию и структуру почвы, например, дождевые черви способствуют плодородию и производительности почв. Некоторые бактерии фиксируют атмосферный азот – важный питательный элемент для роста растений.

4. Плодородие почвы.

Важнейшим свойством почвы является ее плодородие, т.е. способность обеспечивать рост и развитие растений. Это свойство почвы представляет исключительную ценность для жизни всех живущих на суше организмов, в том числе и для человека, поэтому плодородие является глобальной экологической функцией почв. Плодородие почвы определяет ее использование человеком как основного средства сельскохозяйственного производства. И естественные почвы, и преобразованные человеком почвы агроэкосистем производят важнейшую органическую продукцию, необходимую для всего живого на планете и для человека.

Основными факторами, вызывающими снижение плодородия почв, являются переувлажнение, засоление, закисление (защелачивание), уплотнение.

4.3.Типы почв

Основной единицей классификации почв, применяемой в России, является отнесение почв к типу.

Тип почв развивается в однотипно-сопряженных биологических, климатических и гидрологических условиях и характеризуется ярким проявлением основного процесса почвообразования.

Примеры типов почв – подзолистые, черноземы, сероземы, каштановые и т.д. Таким образом, основные черты почвенного типа определяются единообразностью:

a) поступление органических веществ, процессов их разложения и превращения в гумус;

b) характера миграции и аккумуляции веществ;

c) мероприятий по повышению и поддержанию плодородия почв.

Выделяют также подтипы почв, или группы почв в пределах типа, качественно отличающиеся по проявлению основного и налагающихся процессов почвообразования. Обычно подтипы выделяются как переходные образования между близкими типами почв. Примерами подтипов почв являются дерново-подзолистые, оподзоленные черноземы, светло-каштановые почвы и т.д.

4.4. Экологические свойства городских почв

Городские почвы выполняют разнообразные экологические функции, главными из которых являются: пригодности для произрастания зеленых насаждений, способность сорбировать в толще загрязняющие вещества и удерживать их от проникновения в почвенно-грунтовые воды, а также от поступления пыли в городской воздух.

Роль почвы в городе существенна и разнообразна (рис 4.4.1).

мезофауна

Почва Депонирует Соли, ТМ, орг. В-во H20, O2, Органич. В-во

Пром.

Быт.

Микроорга- низмы

мусор

Пыль, ТМ,

Раститель- ность

Пат.м/о

Грунтовые воды, водоемы, стоки

Рис 4.4.1. Роль почвы в городских экосистемах.

Выполняя важные средообразующие функции, почва изменяет химический состав атмосферных осадков и подземных вод, она является универсальным биологическим сорбентом, поставщиком и регулятором содержания CO₂, O₂, N₂ в воздухе.

В крупных городах – мегаполисах происходит значительная деградация экологических функций городских почв.

Почва в городе является хорошим поглотительным барьером газовых примесей, в том числе от автотранспорта. Прямое участие почвы в преобразовании состава воздуха определяется во многом живущими в ней микроорганизмами, видовой состав и численность которых сильно изменяются по сравнению с природными условиями. От почвы зависит динамика тепла и влаги в приземных слоях воздуха города.

Благодаря определенным биогеохимическим свойствам и огромной активной поверхности тонкодисперсной части, почва превращается в “депо” токсических соединений и одновременно становится одним из важнейших биогеохимических барьеров для большинства соединений на пути их миграции из атмосферы города в грунтовые воды и речную сеть. Почва переводит поверхностные сточные воды в грунтовые и их очищает, а также выполняет функцию защитного сорбционного барьера от загрязнения пресных вод и водоемов.

В крупных городах до 70 – 90% поверхности почвы запечатано асфальтобетоном или жилыми и промышленными постройками, следствием чего большая доля загрязненных осадков минует почвенное тело и непосредственно уходит через канализацию в водоемы и речную сеть.

Благодаря своим специфическим свойствам почва во многом определяет условия жизни человека в городе через выполнение ею санитарных и рекреационных функций.

Антропогенные нарушения почвенного покрова приводят к серьезным нарушениям и деградации всего природного комплекса, что в конечном итоге создает угрозу здоровью и жизни человека в городе.

4.5. Основные виды нарушений почв

Антропогенное воздействие на почвы носит прямой и косвенный характер и, как правило, приводит к нарушениям почвы, т.е. к изменению состава и свойств почвы как динамической системы, выражающимся в нарушении равновесных экологических процессов. Практически всегда нарушения почв является сложным, имеющего черты как прямого, так и косвенного воздействий. Нарушения почв могут быть вызваны и природными процессами – пожарами, сезонными климатическими явлениями, вулканическими процессами и др.

По признакам изменений различают следующие основные типы нарушений почв:

1. Полное уничтожение почвы, т.е. удаление почвенного слоя, выход на поверхность почвообразующих пород.

2. Перекрытие почвенного профиля различными материалами – отходами, дорогами, покрытиями, застройками, затоплениями. Только под города и прочие населенные пункты изъято из естественного биосферного процесса около 5% почвенного покрова, и эта величина постоянно растет. Подсчитано, что в результате этого процесса ежегодно в мире теряется до 6-7 млн. гектаров почв.

3. Механические нарушения – уплотнение, переувлажнение (подтопление), иссушение, образование плотных корок, пирогенные нарушения (являются результатом пожаров).

Уплотнение почв происходит под действием тяжелой сельскохозяйственной техники. По этой причине разрушается структура почвы, ухудшается аэрация, снижается водопроницаемость, нарушается водный и тепловой режимы – все это значительно снижает урожай сельскохозяйственных культур.

Избыток воды в почвах при переувлажнеии создает условия для изменения состава и свойств почвы. При этом помимо отсутствия кислорода, в почве обнаруживается ряд токсичных соединений, что затрудняет жизнь микроорганизмов и питание растений, вследствие чего происходит частичная или полная потеря урожая.

4. Эрозия почв – разрушения почв и вынос рыхлых компонентов почвенного материала водой и ветром.

Водная эрозия происходит под воздействием поверхностного стока, дождевых и талых вод.

Ветровая эрозия (дефляция) – представляет собой выдувание мелкозема из верхних почвенных горизонтов, особенно в засушливые периоды, при сильных ветрах. Отсутствие растительности приводит к усилению негативных последствий дефляции.

По характеру проявления эрозионных процессов различают нормальную (или геологическую) и ускоренную (или антропогенную) эрозию.

Нормальная эрозия протекает повсеместно под лесной и травянистой растительностью. Она проявляется очень слабо, и происходящая при этом потеря почвы полностью восстанавливается в течение года благодаря почвообразующим процессам.

Ускоренная эрозия развивается там, где естественная растительность уничтожена и территория используется без учета ее природных особенностей, в результате чего процесс ускоряется во много раз.

Эрозия – враг плодородия. От смыва, размыва и выдувания почв урожаи всех сельскохозяйственных культур в среднем снижаются на 20-40%. Образование на поверхности почвы промоин, ложбин и оврагов затрудняет обработку земель и снижает производительность почвообрабатывающей и уборочной техники. Эрозия почвы приводит к нарушению сложившегося биологического равновесия в природных комплексах.

4. Загрязнения почв – накопление и распространение в них веществ, не связанных с почвообразованием, относящихся к естественным компонентам (соли, закисляющие вещества, нефть и нефтепродукты, некоторые минеральные удобрения и др.), так и загрязнителей-токсикантов (тяжелые металлы, радионуклиды и т.д.).

По характеру воздействия на объекты окружающей среды выделяют следующие группы нарушений почвы, приведенные в таблице 4.5.1.

Таблица 4.5.1

Основные группы нарушений почвы.

4.6. Загрязнение почв города

Загрязнение почвы по современной экологической концепции означает любое действие, вызывающее нарушение нормального функционирования почвы посредством физического, химического или биологического ее разрушения или снижения плодородия, приводящее к качественному и количественному уменьшению биомассы.

Если по отношению к воде и воздуху термин “загрязнение” утвердился давно, то к почве – после Всемирной конференции ООН по охране окружающей среды (Стокгольм, 1972 г.).

Понятия загрязнения почвы и загрязнения воздуха или воды различаются. Загрязнение воздуха или воды – более простых и однородных компонентов – означает проникновение в их массу некоторых веществ или элементов, оказывающих токсическое действие на окружающую среду и человека. После очистки и удаления загрязнителя состав воздуха и воды довольно быстро возвращается в первоначальное состояние. Совсем иная картина наблюдается при загрязнении почвы, которая представляет комплексную систему, где основные факторы находятся в определенном равновесии, достигнутом в течение длительного периода времени. Это равновесие, нарушенное при загрязнении, не может восстановиться так быстро (как в случае воды и воздуха) даже при устранении причин, вызвавших его. Кроме того, загрязнение почвы – это не только проникновение некоторых элементов из вне, как случается с воздухом и водой, но и повреждение одного из компонентов почвы, приводящее к снижению плодородия и нарушению нормального ее функционирования.

В результате загрязнения почв снижается плодородие почвы, а сама почва может стать губительной средой для существующих в ней (и находящихся в контакте с ней) организмов. Загрязнение почв сопровождается распространением загрязнений в другие среды и объекты окружающей среды – живой и косной природы.

Проблема загрязнения почв города имеет громадное значение и напрямую связана со здоровьем населения, а следовательно со стоимостью недвижимости, платой за землю в том или ином районе. Состояние почв должно учитываться при планировании развития города, размещения детских и медицинских учреждений.

Различают прямое и косвенное загрязнение почв. К прямым относят загрязнения:

§ отходами промышленных производств, свалками, очистными шламами, а также отдельными, особо опасными, образцами бытовых или промышленных отходов – например, отработанными аккумуляторами, батарейками и др.;

§ пестицидами и химикатами в результате широкого, недостаточно контролируемого и экологически необоснованного их применения в сельском хозяйстве;

§ различными, токсичными продуктами в результате аварий на транспорте.

К косвенным относят загрязнения, обусловленные переносом загрязнений из других сред в почву, в частности:

§ с атмосферными выпадениями и осадками в почву попадают тяжелые металлы, кислотные (щелочные) агенты и др., содержавшиеся в воздухе в растворенном или взвешенном состоянии;

§ с талыми, поверхностными и грунтовыми водами в почву попадают и разносятся загрязнения, содержавшиеся на поверхности территорий техногенных зон, автодорог (главным образом водорастворимые загрязнения).

По распространенности и токсилогическому воздействию различается загрязнение почв неорганическими и органическими токсикантами.

В таблице 4.6.1 приведены степени загрязненности почвы.

Таблица 4.6.1

Степень загрязненности почв.

Почему-то считают, что почвы не оказывают влияние на здоровье человека, им уделяют неоправданно мало внимания. Для убеждения в значимости почв для оценки экологического состояния той или иной территории достаточно привести следующие доводы:

1. Учитывая, что почвы являются основой депонирующей средой, куда токсиканты поступают с выпадениями из атмосферы, лиственным опадом, отмершими частями растений и т.д., они должны рассматриваться как интегральный индикатор многолетнего процесса загрязнения всей окружающей среды. По химическому составу определяется качество всех сопредельных природных сред, что и отражено в различных нормативных документах Госсанэпиднадзора и Минприроды РФ.

2. Кроме того, загрязненные почвы могут сами являться источником вторичного загрязнения приземного слоя воздуха: образование паров ртути в летнее время, подъем пыли с высокими содержаниями металлов при ветре. При дыхании вышеназванные токсичные вещества попадают в организм человека. При смыве верхнего – наиболее загрязненного слоя почво-грунтов происходит загрязнение поверхностных и грунтовых вод.

Возможно и прямое попадание токсичных веществ из почвы в организм: по данным специалистов, в течение дня ребенок потребляет до 200 мг почвы, играя на улице. Таким образом, перемножая этот объем почвы с содержанием в ней свинца, кадмия и т.д. легко можно определить количество токсикантов ежесуточно поступающих в организм ребенка.

3. Почвы являются начальным звеном пищевых цепей. По правилам трофической пирамиды органическое вещество каждого из последующих звеньев пищевой цепи прогрессивно уменьшается, количество же поглощенного металла сохраняется, и, следовательно, его концентрация последовательно возрастает. Конечно, в центральной части города почвы не используются для выращивания сельскохозяйственной продукции, но в краевых частях Санкт-Петербурга этот аспект проблемы загрязнения почв достаточно актуален.

Произрастая на загрязненных грунтах, растения производят как бы селективное извлечение ряда тяжелых металлов и накапливают их в листве. В случае захоронения лиственного опада этой растительности тут же на месте происходит еще большее загрязнение почв.

Почва – своеобразный фильтр, поглощающий и до некоторой степени обезвреживающий токсичные выбросы, попадающие в атмосферу от различных источников. Химические реакции и микробиологические процессы в почве обуславливают трансформацию токсичных соединений или закрепление их в малоподвижной форме. Однако буферная способность почв по отношению к загрязнителям небеспредельна. Накопление в почве токсикантов и продуктов их взаимодействия с минеральными и органическими компонентами приводит к изменению ее химического состава и физико-химических свойств, изменению активности микробиологической трансформации веществ в почве. В результате таких изменений почва сама может стать средой токсичной для роста и развития растений, источником загрязнения выбросов и продуктами их трансформации других компонентов биосферы, в первую очередь биоты, поверхностных и грунтовых вод, припочвенного слоя воздуха.

Существенным источником неблагополучного экологического состояния городской среды и соответственно здоровья человека является наличие патогенных микроорганизмов в пылевых частицах, поднимающихся в воздух с поверхности почвы.

Загрязненная почва, характерная для городских территорий, представляет благоприятную среду для сохранения жизнеспособных патогенных микроорганизмов, для яиц гельминтов и личинок насекомых, отдельные группы которых могут обусловить возникновение или передачу заболеваний различной этиологии. Быстрота гибели в почве разных микроорганизмов неодинакова. Некоторые болезнетворные бактерии могут длительное время сохраняться и даже размножаться в почве. К ним относятся возбудители столбняка, газовой гангрены, сибирской язвы, ботулизма и некоторые другие микробы.

Таким образом, при загрязнении почвы создается возможность одновременного комплексного и комбинированного воздействия на оргпнизм человека, что повышает риск возникновения хронических инфекций и эпидемиологических заболеваний.

Городскую территорию с разнообразными категориями земель необходимо рассматривать как единую целостную систему, имеющую взаимодействие всех природных и антропогенных сред (вода, грунты, растительность, воздух и человек), в которой почва является базовой составляющей, обеспечивающей продуктивность системы, ее функционирование, устойчивость и биоразнообразие. Именно поэтому почвы, функционирующие в среде городских участков, являются важным фактором экологического и санитарного состояния городов.

От сохранения природных экологических свойств городских почв во многом зависит и состояние здоровья городского населения.

Различные почвенные загрязнения, большинство из которых антропогенного характера, можно разделить по источнику их поступления в почву.

1. С атмосферными осадками.

Многие химические соединения, попадающие в атмосферу, затем растворяются в капельках атмосферной влаги и с осадками попадают в почву. Это в основном газы – оксиды серы, углерода, азота и др. Большинство из них не просто растворяются, а образуют химические соединения с водой, имеющие кислотный характер.

2. Осаждаются в виде пыли и аэрозолей.

Твердые и жидкие соединения при сухой погоде обычно оседают непосредственно в виде пыли и аэрозолей. Такие загрязнения можно наблюдать визуально. Зимой снег чернеет, покрываясь частицами сажи.

3. При непосредственном поглощении почвой газообразных соединений.

В сухую погоду газы могут непосредственно поглощаться почвой, особенно влажной.

4. С растительным опадом.

Различные вредные соединения в любом агрегатном состоянии поглощаются листьями через устьица или оседают на поверхности. Затем, когда листья опадают, все эти соединения поступают опять-таки в почву.

Почва активно поглощает окислы серы и азота из атмосферы. Соединения азота разной степени окисленности неодинаково поглощаются почвой: NO₂ быстро адсорбируется почвой и окисляется до нитратов; окись азота, поглощаясь почвой, быстро окисляется до NO₂ и затем до нитратов. Интенсивность поглощения окиси азота зависит от химического состава почвы. Почва, насыщенная кальцием и магнием, слабее поглощает окись азота, но в ней она сохраняется дольше и может закрепляться в почве в результате химического взаимодействия с органическим веществом.

SO₂ поглощается лесными подстилками менее интенсивно, чем минеральными горизонтами.

На поверхности почвы аккумулируется большое количество техногенной пыли, происходит абсорбция газообразных соединений из воздуха. Все это в конечном счете попадает в почвенный раствор. В составе почвенного раствора может отмечаться повышение концентраций ионов Н⁺, SO₄^2-, Al³⁺, Mn²⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ и тяжелых металлов. Почвенные растворы как непосредственная среда корневого питания растений ответственны за нормальное функционирование растительных сообществ.

4.7. Загрязнение почв тяжелыми металлами

Среди неорганических токсикантов особое место занимают тяжелые металлы.

Термин “тяжелые металлы” связан с высокой относительной атомной массой свыше 50. Одним из признаков, который позволяет относить металлы к тяжелым, является их плотность. К тяжелым металлам относят химические элементы с относительной плотностью больше 6 г/см³. Таких элементов свыше 40. Число наиболее опасных тяжелых металлов, если учитывать их токсичность, стойкость и способность накапливаться во внешней среде, а также масштабы распространения, значительно меньше. Это ртуть(Hg), свинец(Pb), кадмий(Cd), кобальт(Co), никель(Ni), цинк(Zn), медь(Cu), молибден(Mo), олово(Sn), мышьяк(As).

Тяжелые металлы относятся к микроэлементам; некоторые из них выполняют важные биологические функции, находясь в микроколичествах в почве, растениях, организме человека и животных (медь, цинк, кобальт, марганец, стронций, молибден, никель), в то же время, такие элементы как свинец, кадмий, ртуть, мышьяк даже в очень малых концентрациях обладают сильным токсическим эффектом.

Среднее содержание микроэлементов по Северо-Западу приведен в таблице 4.7.1.

Таблица 4.7.1

Региональный фон содержания микроэлементов в почвах Северо-Запада РФ.

Выхлопные газы транспортных средств, орошение сточными водами, отходы, остатки и выбросы при эксплуатации шахт и промышленных площадок, внесение фосфорных и органических удобрений – все это привело к увеличению концентрации тяжелых металлов в почве.

Основным источником загрязнения почв тяжелыми металлами является сжигание ископаемого топлива. Ежегодно сгорает 5 млрд. тонн горючих ископаемых. В золе угля и нефти содержатся практически все металлы в суммарной концентрации до 500 г на тонну топлива. Вместе с золой в почву поступили миллионы тонн тяжелых металлов. Значительная их часть аккумулирована в верхних горизонтах почвы.

От выхлопных газов автомобильных двигателей, работающих на этилированном бензине, выбрасывается на поверхность почвы более 250 тысяч тонн свинца в год. Тормозные колодки автомобилей, истираясь, вносят в почвы вблизи автомагистралей 200 тысяч тонн металлов.

Считается, что среди химических элементов тяжелые металлы являются наиболее токсичными, т.к., во-первых, обладают большим сродством с физиологически важными органическими соединениями и способны инактивировать последние, а во-вторых, способны к медленному накоплению в организме, вызывая не только явно выраженное специфическое действие, но и хронические неспецифические действия.

Опасность загрязнения почв тяжелыми металлами связана с тем, что она не так очевидна, как к примеру, такие виды деградации почв как эрозия или засоление. Передаваясь по пищевым цепям, они загрязняют воду, растения, воздух. Почвы являются мощным аккумулятором и депонентом тяжелых металлов, обладая очень слабой самоочищающей способностью, в отличие от воды и воздуха. Поэтому последствия загрязнения почв тяжелыми металлами устраняются с трудом, и разработка мероприятий по снижению негативных экологических последствий загрязнения почв с целью получения чистой растеневодческой продукции является актуальной проблемой.

Самоочищение почвы от тяжелых металлов происходит крайне медленно. Зоны загрязнения почвы тяжелыми металлами, как правило, соответствуют расположению основных промышленных районов и крупных предприятий, свалок, автомагистралей. В Санкт-Петербурге наиболее распространены олово, свинец, хром, висмут, вольфрам, а по России – свинец, кадмий, ртуть, никель.

Тяжелые металлы, поступающие на поверхность почвы, накапливаются в почвенной толще, особенно в верхних гумусовых горизонтах, и медленно удаляются при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии. Процесс накопления тяжелых металлов в почве идет быстрее, чем их удаление. Период полуудаления из почвы цинка – 500 лет, кадмия – 1100 лет, меди – 1500 лет, свинца – несколько тысяч лет.

На характер перераспределения тяжелых металлов в профиле почвы оказывает влияние комплекс почвенных факторов: гранулометрический состав почв, реакция среды, содержание органического вещества, катионообменная способность, наличие геохимических барьеров, дренаж.

Гранулометрический состав оказывает непосредственное влияние на закрепление тяжелых металлов и их высвобождение; почвы тяжелеого гранулометрического состава прочнее связывают тяжелые металлы, и поэтому они меньше попадают в растения и грунтовые воды.

Поглощение тяжелых металлов почвами существенно зависит от реакции среды, а также от состава анионов почвенного раствора. В кислой среде преимущественно сорбтируются свинец, цинк, медь, в щелочной – кадмий, кобальт.

Тяжелые металлы способны образовывать сложные комплексные соединения с органическим веществом почвы, поэтому в почвах с высоким содержанием гумуса они менее доступны для поглощения.

Катионообменная способность зависит от минералогического состава илистой фракции, а также количества органического вещества. Чем выше емкость катионного обмена, тем больше тяжелых металлов удерживает почва и тем меньше тяжелых металлов поступает в растения и живые организмы.

Избыток влаги в почве способствует переходу тяжелых металлов в низшие степени окисления и в более растворимые формы.

Анаэробные условия повышают доступность тяжелых металлов растениям. Поэтому дренажные системы, регулирующие водный режим, способствуют преобладанию окисленных форм тяжелых металлов и тем самым снижению их миграционной способности.

Интенсивность процесса связывания тяжелых металлов в почве зависит от их специфики. Наиболее прочно закрепляются ртуть и свинец, образующие устойчивые органо-минеральные соединения с гумусовыми веществами почвы. В противоположность этим элементам очень слабо закрепляются цинк и кадмий. Медь занимает промежуточное положение. Существенное значение имеет связывание тяжелых металлов глинистыми минералами, которые наиболее интенсивно фиксируют элементы, имеющие небольшой ионный радиус: хром, медь, никель, цинк.

Различные типы почв в зависимости от содержания в них гумуса и глинистых частиц по-разному фиксируют тяжелые металлы. Наиболее подвижны тяжелые металлы в почвах с низким содержанием гумуса, кислой реакцией среды и незначительной буферностью.

Значительно меньшая подвижность и большая фиксация характерны для почв тяжелого механического состава с реакцией среды, близкой к нейтральной. Закрепляя тяжелые металлы в верхнем почвенном горизонте и переводя их в связанное и недоступное для растений состояние, почва пр