ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МЕТОДОВ ДЕТОКСИКАЦИИ ПОЧВЫ ЗАГРЯЗНЕННОЙ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

Яковишина Татьяна Федоровна

канд. с.-х. наук, доцент, ГВУЗ «ПГАСА», г. Днепропетровск

E-mail: t_yakovyshyna@ukr.net

Проблема выбора метода детоксикации тяжелых металлов связана, во-первых, с неоднородностью почвенного покрова, значительной вариабельностью агрохимических и эколого-биологических свойств его плодородия, а, во-вторых, с уровнем техногенной нагрузки на почвы, что и обусловило необходимость анализа существующих мероприятий с привязкой к конкретному уровню загрязнения.

При толерантном уровне загрязнения почвы, которому соответствует 1—2 ПДК по В.Б. Ильину [1] среди методов физической детоксикации целесообразно использовать глубокую плантажную вспашку и промывание почвы, а среди методов фиторемедиации (биологической детоксикации) — фитостабилизацию (табл. 1).

В первом случае ведущим фактором определяющим целесообразность выбора и эффективность проведенных мероприятий будут выступать гранулометрический состав почв, форма химического соединения и доза загрязнителя, во втором биологические особенности растений, обуславливающиемеханизм толерантности или внутренние защитные приспособления к токсическому действию тяжелых металлов по Дж. Антоновичу (1971), а именно: компартментация тяжелых металлов в клеточных стенках или вакуолях, связывание их тиолсодержащими белками, пептидами и органическими кислотами; связывание катионов тяжелых металлов металлотионеи-нами и фитохелатинами, которые посредством меркаптидных комплексов осуществляют детоксикацию; усиление экскреции тяжелых металлов из растений при гуттации и отторжении вегетативных органов; развитие в организме растений адаптивных изменений, как то: поиск альтернативных метаболических реакций, изменение структуры ферментов.

Таблица 1.

Методы детоксикации почвы в зависимости от уровня загрязнения тяжелыми металлами

В результате глубокой плантажной вспашки количество тяжелых металлов будет перераспределяться на больший объем почвы и тем самым произойдет уменьшение их концентрации в пахотном слое.

При относительно равномерном распределении тяжелых металлов в плодородном слое почвы рекомендуется применять технологию промывания с целью вытеснения тяжелых металлов с почвенным раствором и последующей их фиксацией ППК грунтов, подстилающих активный корнеобитаемый слой [3]. Однако этот метод сопряжен с рядом трудностей: во-первых, растворимость большинства соединений тяжелых металлов весьма слабая, поэтому необходим значительный период времени для перехода их в почвенный раствор и, во-вторых, большие промышленные промывные нормы воды могут привести к загрязнению грунтовых вод, причем не только соединениями тяжелых металлов, но и другими легкорастворимыми, плохо фиксирующимися почвой загрязнителями, например, нитритами.

Для фитостабилизации используют толерантные к токсическому действию тяжелых металлов растения. Интенсивность проявления симптомов токсичности, вызываемых избытком катионов тяжелых металлов_, варьирует в зависимости от вида сельскохозяйственных культур. По свидетельству А.И. Фатеева (2001) по отношению к Znи Niона снижается в ряду: пшеница — овес — редис, а к Cd: пшеница — редис — овес. Снижение устойчивости к накоплению Сrв товарной части овощных культур происходит в ряде: капуста → картофель → морковь → свекла столовая → петрушка → укроп; Сd— капуста → картофель → столовая свекла → морковь → кукуруза → петрушка → укроп; Рb— картофель → капуста → кукуруза → кормовая свекла → столовая свекла; Zn— капуста → картофель → кукуруза → столовая свекла ®кормовая свекла ®салат ®петрушка ®укроп [4]. Толерантность зерновых культур, которую оценивают по факторам максимально возможная урожайность при высоких показателях качества зерна и содержании тяжелых металлов в товарной продукции в пределах ПДК, изменяется в ряде просо >озимые зерновые >горох >яровые зерновые [6].Сильными фитостабилизаторами являются многолетние травы (люцерна, козлятник).

При опасном уровне загрязнения почвы тяжелыми металлами в 2—5 ПДК по В.Б. Ильину (1995) используют методы химической детоксикации, которые основываются на взаимодействии загрязняющих веществ с компонентами почв за счет реакций гидролиза, окисления — восстановления, химической сорбции и т. д. В качестве мелиорантов применяют различные химические соединения: органические вещества, хелаты, ионообменные смолы, бурый уголь, известь, гипс, мел, карбонаты и сульфид калия, минеральные и органические удобрения, иными словами соединения, основной целью, которых является сорбция загрязнителей и снижение их транслокации в растение.

Значительное влияние на целесообразность выбора и эффективность проведенных мероприятий будут оказывать химический состав ППК, содержание гумуса, агрохимические показатели почвенного плодородия (наличие подвижного фосфора, карбонатов кальция, реакция почвенной среды). К примеру, применение мела на почвах с нейтральной реакцией среды рН 7,0, как то чернозем обыкновенный, не эффективно и, напротив, в кислых почвах содержание подвижных форм тяжелых металлов уменьшается практически в 2 раза (М.А. Кузьмич, 2000).

Очень опасный уровень загрязнения по В.Б. Ильину свыше 5 ПДК требует кардинального решения проблемы, а именно удаления металла-загрязнителя из почвы, что можно достичь путем физической детоксикации (электрохимическая ремедиация, удаление загрязненного слоя почвы) или за счет фитоэкстракции — технологии непрерывного выращивания растений, способных извлекать и концентрировать в надземной биомассе значительное количество тяжелых металлов с последующей их переработкой.

Электрохимическая ремедиация основывается на миграции ионов металлов под действием внешнего электрического поля [2]. Применение этого метода ограничивается небольшой скоростью очистки, формированием фронта рН и, как следствие, увеличением энергозатрат и нежелательными для почвы побочными реакциями.

Для фитоэкстракции используют специально подобранные виды растений-гипераккумуляторов, таких как бурачок стенной(Alyssummurale), резуха Галлера (Cardaminopsishalleri), горчица сарептская (Brassicajuncea), петрушка кучерявая (Petroselinum crispum) и др. При этом коэффициент накопления металлов в растениях увеличивают за счет внесения в почву эффекторов фитоэкстракции (ЭДТА, ДДДА, ДТПА) и регуляторов роста растений, например препарата «Корневин» [5].

Подытожив выше изложенное, следует отметить, что существующий уровень техногенной нагрузки, которая определяется валовым содержанием тяжелого металла относительно ПДК, обосновывает целесообразность выбора метода и эффективность конкретного мероприятия детоксикации тяжелых металлов в почве.

Список литературы:

1. Ильин В.Б. Система показателей для оценки загрязненности почв тяжелыми металлами // Агрохимия. 1995. № 1. С. 94—99.
2. Лысенко Л.Л., Пономарев М.И., Корнилович Б.Ю. Перспективы решения проблемы загрязнения почв тяжелыми металлами // Экотехнологии и ресурсосбережение. 2001. № 4. С. 58—63.
3. Мажайский Ю.Ф. Восстановление земель, загрязненных тяжелыми металлами // Мелиорация и окружающая среда. 2001. № 2. С. 34—36.
4. Плеханова И.О., Кутукова Ю.Д., Обухов А.И. Накопление тяжелых металлов сельскохозяйственными растениями при внесении осадков сточных вод // Почвоведение. 1992. № 12. С. 1530—1536.
5. Спосіб вилучення важких металів з техногенно забрудненого грунту : пат. 60784 Украина. № u2010153156 ; заявл. 20.12.2010; опубл. 25.06.2011, Бюл. № 12. 3 с.
6. Яковишина Т.Ф. Детоксикация загрязненных тяжелыми металлами черноземов обыкновенных северной Степи Украины : дис. … канд. с.-х. наук. Днепропетровск, 2006. С. 74—98.