Экологическая оценка эффективности использования осадка сточных вод в качестве удобрений

данный элемент в количестве 0,9 кг, что практически позволит удовлетворить

нужды растениеводства. Однако, при современной технологии очистки сточных

вод, достигается максимум половинный отбор фосфора (Goker E.G., 1983).

Обобщая литературные данные, можно констатировать, что ОСВ обладает

высоким удобряющим эффектом при выращивании сельскохозяйственных

культур и все же при их применении должны учитываться климатические условия

региона, типы почв, виды осадка и конкретно вид выращиваемой культуры.

Тяжелые металлы в определенных случаях могут выступать в роли ведущего

экологического фактора, определяющего направление и характер развития

биогеоценозов. Массированное загрязнение ими внешней среды может приводить

к катастрофическим токсикозам растений, животных и людей, и поэтому

диагностируется сравнительно легко и быстро. Более сложно оценить

токсическое действие относительно невысоких концентраций тяжелых металлов,

внешне медленно и малозаметно влияющих на окружающую среду. Между тем,

загрязнения именно такого рода, действуя длительное время, способны вызвать

сдвиги в существующем биологическом равновесии. Почва является той

биологической средой, в которой происходит накопление тяжелых металлов в

результате антропогенной деятельности. Основная масса техногенно рассеянных

металлов, хотя и выбрасывается в воздух, очень быстро поступает на

поверхность почвы (Абрамовский Б.П., 1976). Значительная часть тяжелых

металлов включается в почвообразовательные процессы (сорбируется почвенным

поглощающим комплексом, связывается с органическим веществом,

перераспределяется по профилю). Некоторая часть поглощается

растительностью. В результате получаются техногенные геохимические аномалии

тяжелых металлов (Добровольский В.В., 1980).

1.3. ОСВ как источник микроэлементов

Микроэлементами, как известно, называют химические вещества,

содержащиеся в организме человека, животных и растениях в ничтожно малых

количествах: бор, марганец, йод, медь, цинк, кобальт, молибден,

естественные радиоактивные элементы и др.

Указанные элементы, несмотря на их малое содержание, играют

чрезвычайно важную роль в живой природе.

Многочисленными точными физиологическими опытами, проведенными в нашей

стране (Школьник М.Я., 1950, Виноградов А.П., 1952, Пейве Я.В., 1954 и др.)

доказано, что растительные и животные организмы при отсутствии отдельных

микроэлементов не могут нормально развиваться, а при недостатке

подвергаются эндемическим (свойственным данной местности) заболеваниям.

Выдающаяся роль в этом отношении, как отмечает А.П. Виноградов (1952),

принадлежит великому естествоиспытателю нашего времени В.И. Вернадскому

(1863-1945), впервые обобщившему имеющиеся опытные данные о химическом

составе живых организмов и о роли в их функционировании микроэлементов. Он

показал, что из 92 известных ему природных химических элементов,

содержащихся в земной коре, более 60 тесно связаны с живыми организмами. К

ним относятся: H, Li, Be, B, C, N, D, F, No, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Co,

Se, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Cu, Zn, Gd, As, Sl, Br, Rb, Sr, Nb, Zr, Mo, Ag, Cd,

Sn, J, Ba, Ld, Au, Hg, Pb, Rn, U, Po, Ac и другие.

В.И. Вернадский впервые пришел к выводу, что несмотря на ничтожно

малое содержание многих химических элементов в окружающей среде, они

присутствуют в растительных и животных организмах постоянно и не случайно.

Особенно необходим для нормального развития и животных йод. При его

недостатке в пище нарушается обмен веществ и развивается заболевание,

получившее название зоба. Йод входит в состав гормона щитовидной железы-

тироксина.

При отсутствии другого элемента - бора, растения погибают, а при его

недостатке у них отмирают верхние точки роста, не образуются репродуктивные

органы, у свеклы появляется гниль сердечка, что резко снижает урожай и

качество корнеплодов.

Медь в одинаковой степени необходима для нормального развития и

растений и животных. При ее недостатке болеют и отмирают листья растений,

не образуются семена. Заболевание получило название белой чумы или болезни

обработки. Надежными способом борьбы с ним является внесение в почву

медесодержащих микроудобрений. Наиболее резко недостаток меди проявляется

на торфянистых почвах. Медь входит в состав ферментов - оксидаз,

полифелоноксидаз, лактазы и др. Животные при недостатке меди заболевают

лизухой. Добавление малых количеств меди в пищу излечивает болезнь.

Опытами доказано, что кобальт также является необходимым питательным

элементом для животных организмов. При недостатке кобальта в кормах

животные болеют злокачественной анемией или сухоткой. Наиболее часто этому

заболеванию подвергаются крупный рогатый скот, овцы и козы. Введение малых

количеств кобальта в пищу позволяет успешно вести борьбу с сухоткой.

Кобальт входит в состав витамина В12, который играет важную роль в

кроветворении и обрывает течение ряда анемий.

При дефиците марганца появляются светло-зеленые пятна,

поражающие в течение нескольких дней растения. Растения быстро

поправляются, если их подкормить препаратами, содержащими этот элемент. У

животных организмов в случае недостатка марганца наблюдается задержка в

формировании скелета и замедляется рост. Марганец входит в состав

окислительных ферментов - оксидаз, повышает активность ферментов-фосфатазы

и др.

Внесение малых доз молибдена дополнительно к основным питательным

веществам резко повышает урожай бобовых и других растений, их устойчивость

к неблагоприятным условиям зимовки. Особенно богаты молибденом

развивающиеся на корнях бобовых клубеньки, которые играют важную роль в

усвоении атмосферного азота. Молибден принимает деятельное участие в

редукции нитратов и синтезе белков.

Для нормального развития растений и животных организмов необходим и

цинк. Дефицит его - причина таких заболеваний, как пятнистый хлороз,

крапчатость, мелколисточность цитрусовых, побеление верхушек кукурузы и др.

Цинк повышает морозостойкость растений, усиливает действие гормонов,

связанных с процессами размножения и роста животных, входит в состав

карбоногидразы, уреазы и некоторых других ферментов, играющих важную роль в

жизненных процессах.

Редкоземельные элементы - церий, лантан, неодим, празеодим, самарий, и

др. - постоянно содержатся в почвах, растениях и животных организмах. Они

имеются в количестве от 0,7 до 3,5% в виде примесей в фосфорнокислых

удобрениях. Значение редкоземельных элементов в жизни растительных и

животных организмов недостаточно изучено. Однако имеющиеся опытные данные

показывают, что от внесения малых количеств редких земель дополнительно к

основным питательным веществам заметно повышается урожай и улучшается

качество растений. Элементы редкоземельные у животных концентрируются

преимущественно в костях (Дробков А.А., 1958).

В почве много содержится титана, но он находится в ней в

труднорастворимой форме. В растениях его ничтожно мало. Титан обнаружен в

крови и костях человека и животных. Какую роль играет титан в жизни

организмов, выяснено также недостаточно.

Биологическая активность микроэлементов в организмах наиболее тесно

связана с такими органическими соединениями, которые играют важную роль в

обмене веществ и в регулировании жизненных процессов, как например,

ферментами, некоторыми витаминами, дыхательными пигментами, гормонами и

т.д. Указанные соединения тесно связаны в эндокринной системой органов:

щитовидной железой, гипофизом, поджелудочной железой и т.д. Развитие

исследований в этом направлении крайне необходимо. Весьма актуально также

изучение роли и значения таких мало изученных в биологии микроэлементов,

как стронций, кадмий, хром, цирконий, цезий, ванадий, мышьяк, олово,

висмут, теллур и др.

При возделывании сельскохозяйственных культур наряду с основными

элементами питания, происходит и вынос микроэлементов с урожаем. Г.Н. Попов

и др. (1984) установили, что в условиях Среднего Поволжья повышен вынос

микроэлементов сахарной свеклой, подсолнечником и бобовыми культурами.

Абсолютное содержание их в сахарной свекле в 4-8 раз больше, чем в урожае

яровой пшеницы. Подсолнечник потребляет особенно много бора, меди, цинка и

молибдена. Люцерна и горох выносят с 1 га из почвы 82-398 г бора и 4,5-7,3

г молибдена. Зерновые культуры накапливают эти элементы в гораздо меньших

количествах: 20-30 г/га бора, 0,9-1,7 г молибдена. Таким образом, по выносу

микроэлементов применительно к Среднему Поволжью установлены те же

закономерности, которые известны агрономической науке в отношении

макроэлементов: технические культуры поглощают их в гораздо больших

количествах, чем зерновые.

Общий вынос микроэлементов и расход их на единицу продукции могут

изменяться в значительных пределах в зависимости от урожайности

сельскохозяйственных культур, количества и соотношения питательных веществ

в почвенном растворе, влажности почвы и ее важнейших агрономических

свойств, уровня агротехники и других факторов.

Почвенный покров Поволжья неоднороден. По направлению с севера на юг

сменяются: дерново-подзолистые и серные лесные почвы, черноземы

оподзоленные, выщелоченные, типичные, обыкновенные и южные, темно-

каштановые, каштановые, светло-каштановые и бурые почвы. Среди каштановых и

бурых почв имеется много солонцов.

Наиболее низким содержанием большинства микроэлементов

характеризуется дерново-подзолистые и серные лесные почвы. Как правило, в

них мало бора, меди, кобальта, молибдена. Марганца и цинка в этих почвах

больше, чем в обыкновенных и типичных черноземах.

В лесостепной зоне Поволжья низкая обеспеченность

микроэлементами характерна для черноземов оподзоленных, а в ряде случаев и

выщелоченных. Вместе с дерново-подзолистыми, серыми лесными почвами и

черноземами карбонатными они нуждаются в первоочередном применении

микроудобрений.

Одним из источников пополнения почв необходимыми

микроэлементами могут быть осадки городских сточных вод. По литературным

данным (Ильин В.Б. и др., 1991) содержание микроэлементов в ОСВ колеблется

в достаточно широких пределах: медь 50-4000, цинк 70-40000, марганец 60-

4000, кобальт 2-300 мг на 1 кг сухого вещества.

Установлено (Попов Г.П. и др., 1984), что с урожаями

сельскохозяйственных культур на уровне 30-35 ц зерновых, 200-300 ц

картофеля и 50-60 ц сена с 1га ежегодно выносится по 100-600 г цинка и

марганца, 30-200 г меди, 1-6 г кобальта, 3-15 г молибдена. Расчеты

показывают, что внесение 1-4 т сухого вещества ОСВ с содержанием указанных

элементов на уровне ПДК может на 8-10 лет обеспечить бездефицитный баланс

микроэлементов в севообороте. Это очень важно, поскольку почвы с низкой

обеспеченностью микроэлементами составляют в различных районах страны от 10

до 40% пашни, а промышленное производство микроудобрений весьма ограничено.

1.4. Гигиенические аспекты применения ОСВ

В последнее время в специальной научной и сельскохозяйственной

литературе появился термин "тяжелые металлы", который сразу же приобрел

негативной звучание. С ним связано представление о чем-то токсичном,

опасном для живого, будь то животные или растения. Тяжелые металлы - группы

химических элементов, имеющих плотность более 5 г /куб. см. Термин

заимствован из технической литературы, где металлы классифицируются на

легкие и тяжелые. Для биологической классификации правильнее

руководствоваться не плотностью, а атомной массой, т.е. к тяжелым относить

металлы с атомной массой более 40 (Алексеев Ю.В., 1987). Представление об

обязательной токсичности тяжелых металлов является заблуждением, так как в

эту же группу попадают медь, цинк, молибден, кобальт, марганец, железо-

элементы, большое позитивное биологическое значение которых давно

обнаружено и доказано. Важны концентрации в которых они необходимы живым

организмам. Справедливее использовать термин "тяжелый металл" в случае,

когда речь идет об опасных для животных организмов концентрациях элемента с

относительной массой более 40. Микроэлементом он становится тогда, когда

находится в почве, растении, организме животных и человека в нетоксичных

концентрациях или используется в малых количествах как удобрение или

минеральная добавка к корму.

Однако, имеется группа металлов, за которыми закрепилось только одно

негативное понятие - «тяжелые», в смысле «токсичные». Такая группа включает

ртуть, кадмий и свинец. По общему мнению их считают наиболее вероятными и

опасными загрязнителями окружающей среды, так как они широко используются в

промышленности и на транспорте.

В культурном ландшафте наибольшее распространение имеют цинк, свинец,

ртуть, кадмий, хром. Набор металлов, поступающих в ландшафт, зависит прежде

всего от характера человеческой деятельности в данном регионе. При сильном

развитии автомобильного транспорта и при наличии густой сети автомобильных

дорог, реально ожидать обогащения ландшафта свинцом, поступающим в

окружающую среду от двигателей внутреннего сгорания.

Поступление в среду кадмия может быть связано с широким использованием

в сельском хозяйстве фосфатов, содержащих указанный элемент в виде примеси.

Ртуть в культурном ландшафте появляется в результате использования ее

соединений в качестве фунгицидов и при производстве целлюлозы. Не исключено

попадание ртути в почву с компостом из бытового мусора, содержащего

использованные люминесцентные лампы.

Хром оказывается в окружающей среде в результате применения в качестве

удобрений осадков сточных вод канализации городов с развитой часовой,

кожевенной и тяжелой промышленностью, а также при известковании почв

шлаками металлургических производств, содержащих этот элемент.

Обогащение ландшафта цинком может произойти при

систематическом использовании в качестве органических удобрений осадков

сточных вод городов, а также при сжигании на полях отходов резины.

Уран, торий, радий могут поступать в растения из почвы за счет

фосфатных минеральных удобрений, а также из атмосферы в местах, где в

больших количествах сжигается каменный уголь. Стабильный стронций поступает

в ландшафт с простым суперфосфатом и фосфогипсом, полученными из апатитов.

Заметное загрязнение среды медью наблюдается в местах

интенсивного виноградства, где этот элемент широко используется для борьбы

с заболеваниями растений. В ландшафтах, практически не затронутых

хозяйственной деятельностью, содержание тяжелых металлов незначительное.

Кадмий сопутствует цинку и часто обнаруживается вместе с ним, образует

многочисленные основные, двойные и комплексные соединения. В загрязненных

почвах он содержится в количествах, равных десятым долям миллиграмма на

килограмм.

Ртуть относится к весьма редким элементам и в природе мигрирует

преимущественно в газообразном состоянии и в водных растворах. В ландшафте,

в основном, рассеивается и лишь в незначительном количестве может

сорбироваться глинами и илами. В чистых почвах ее содержание составляет

сотые доли миллиграмма на килограмм, а в почвах интенсивного хозяйственного

использования достигает миллиграммов.

Свинец является наиболее распространенным элементом. В

агроландшафте он преимущественно мигрирует в бикарбонатной форме, а также в

органических комплексах. Свинец легко адсорбируется глинами, и в них его

содержание повышено. В условиях промывного типа водного режима (в таежных и

других ландшафтах влажного климата) наблюдается некоторая подвижность

свинца, но значительно меньшая, чем кадмия, цинка и меди.

Знание природных концентраций тяжелых металлов в почвах и растениях

дает возможность судить о состоянии чистоты или загрязненности и принимать

меры, направленные на сохранение почвенного плодородия и качества

растениеводческой продукции. В.П. Цемко с соавторами (1980) предлагает

следующую группировку почв по степени загрязнения: к слабо загрязненным

относятся почвы с содержанием элемента от 2 до 10 кларков, к средне - от 10

до 30 кларков, к сильно - свыше 30 кларков.

Известно, что техногенное загрязнение оказывает влияние не только на

биоту почв, но и на их физические, физико-химические и химические свойства.

Почвы в неодинаковой степени инактивируют поступающие элементы -

токсиканты, а наличие разных форм токсикантов в почве затрудняет выбор той

из них, которая была бы наиболее пригодной для целей нормирования (Ильин

В.Б., 1985; Важенин И.Г., 1985; Зырин Н.Г., Каплунова Е.В., 1985; Кочуров

Б.И., Зайцев В.Я., 1987).

По мнению Н.Г. Зырина (1985), в условиях кислой неокультуренной

дерново-подзолистой почвы уровень кадмия в 2,5 мг/кг (10 раз больше

фонового), цинка - 125 мг/кг (5раз больше фонового) уже можно считать

опасным. Этими авторами выявлено также пороговое значение содержания

тяжелых металлов в почве, приводящее к их накоплению в растениях, в

количестве выше, чем ПДК. Для свинца - 150, кадмия - 0,2, цинка - 85 мг/кг

для неокультуренной дерново-подзолистой почвы.

Соответственно, для дерново-подзолистой окультуренной - свинца -650,

кобальта - 2,5, цинка - 80; для типичного чернозема: кобальта - 5,0, цинка

- 115 мг/кг. В исследованиях Р.И. Первухиной (1983) была дана оценка

трансформации соединений техногенных металлов в почве и доступность их для

растений. Результаты эксперимента показали, что внесение кадмия в составе

пыли металлургического предприятия снижает урожайность ячменя на дерново-

подзолистой неокультуренной почве при содержании кадмия 10 мг/кг, на

слабоокультуренной - 20 мг/кг.

Экспериментальными исследованиями, проведенными на кафедре

коммунальной гигиены Днепропетровского медицинского института

установлено, что повышенное содержание химических веществ в почве

существенно влияет на самоочищение почвы. Уровень предельной концентрации

по железу - до 5000 мг/кг, марганцу - 1000 мг/кг.

В растениях, выращенных в зоне действия промышленных выбросов,

содержание железа в зерне - до 300 мг/кг или в 2 раза больше;

содержание железа в свекле колебалось от 465 до 705 мг/кг, это в 8,2-

12,4% больше, чем в контроле (Шелюг М.Я., 1983).

На почвах разного типа тяжелые металлы при одних и тех же

концентрациях оказывают на растения различное действие. Это обусловлено

разной кинетикой и превращением этих веществ в почве. В опытах с

суглинистой почвой, торфом и черноземом внесение ртути в дозе 10 мг/кг

практически не вызывало изменений в элементном составе зерновых. Внесение

той же дозы в песчаную почву и супесчаный суглинок привело к накоплению

ртути в соломе пшеницы до 5,7 мг/кг сухой массы и невызреванию овса

(Покровская С.Ф., 1987).

Работами Зимакова И.Е. (1979) было исследовано действие нитрата ртути

на опесчаненной дерново-подзолистой почве на горох, кукурузу, овес, рожь и

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5