Процессы урбанизации сопровождаются загрязнением биосферы токсикантами промышленного происхождения, органическими отходами животноводческих и городских очистных сооружений, утилизация и размещение которых представляют серьезную, прежде всего экологическую проблему [4]. Необходимо постоянное проведение комплексного мониторинга воды, почвы, растений, сельскохозяйственной продукции в разных географо-климатических условиях [3]. Для предотвращения возможных изменений в агросистеме важно предвидеть результат этих воздействий [4], знать предельно допустимые величины нагрузок, а также механизмы адаптации и уровни устойчивости слагаемых агросистемы к природным и антропогенным нагрузкам. Одним из таких воздействий является возможность применения осадков сточных вод и отходов промышленности в качестве удобрений [4]. Основное препятствие к утилизации отходов в качестве удобрения связано с присутствием в них ряда элементов из группы «тяжёлых металлов» (ТМ) [1, 2]. Отечественный и зарубежный опыт показывает, что экологическая опасность при использовании отходов возникает лишь тогда, когда их применяют бесконтрольно [2]. Тем не менее существует проблема поступления токсичных элементов в организм человека по пищевым цепочкам [5]. Последнее обусловливает необходимость обоснования применения промышленных и бытовых отходов в каждом конкретном случае, как в годы внесения удобрения, так и в последующие годы для выращивания экологически чистой продукции [2, 4, 6, 7].

Целью исследования являлось изучение влияния осадков сточных вод городских очистных сооружений и доломитовой пыли на содержание тяжёлых металлов в почве.

Материалы и методы исследования

Лабораторные исследования. Отборы почвенных проб проводились по ГОСТ 28168-89. Собранные пробы обрабатывались в соответствии с общепринятыми методами ГОСТ 28168-89; ГОСТ 292269- 91.

Валовое содержание микроэлементов и тяжёлых металлов в почвах определялось атомно-абсорбционным методом на спектрометре «Квант-2А». Атомно-абсорбционный метод определения содержания микроэлементов в почвах выполнен при минерализации образцов в герметических сосудах с помощью азотной кислоты и измерении величины атомного поглощения микроэлементов при введении полученных растворов в пламя.

Общая площадь каждой делянки 70 м2, учётная – 50 м2. Повторность трёхкратная. Первый вариант – контроль, второй вариант – внесение ОСВ, третий вариант – внесение известкованного ОСВ в тех же количествах. Общая площадь под опытом (с защитными полосами) 700 м2, общая учётная площадь – 450 м2. Осадки сточных вод вносили один раз в первый год закладки опыта 12 тонн на га (расчеты были сделаны на основании санитарно-гигиенических норм и экологических условий произрастания овощных культур). Опыт с доломитовой пылью был проведен по той же схеме. Доза рассчитывалась по гидролитической кислотности и составила на 1 га 1 тонну (0,25 Hr). Для сравнения использовали известняковую муку (ГОСТ 14050-68, нейтрализующая способность CaCО3 – 98 %) в той же дозе.

Результаты исследований и их обсуждение

Оценка полиэлементных аномалий проводилась по суммарному показателю согласно методике [3], который рассчитывали по формуле

Zc = SКК – (n – 1),

где Zc – суммарный показатель концентрации элементов; КК – коэффициент концентрации ТМ > 1; n – число химических элементов с КК > 1.

Выявлено, что в первый год действия применения ОСВ содержание ТМ достоверно выше контрольных показателей при tфакт > tтеор: Zn – на 5,68 мг/кг (НСР0,05 – 4,0), Cu – на 4,73 мг/кг (НСР0,05 – 2,0), Ni – на 2,41 мг/кг (НСР0,05 – 2,14). В последующие годы их концентрация значительно снижается.

При внесении осадка сточных вод в первый год отмечена тенденция к увеличению в пахотном слое ряда ТМ: цинка, меди, никеля, свинца, хрома – их значения КК составили 1,01–1,22. При этом в варианте с известкованным ОСВ величина КК этих металлов становится меньше, а хрома ‒ ниже 1. На третий год и в последующие годы величина КК цинка, меди, никеля, свинца, хрома значительно снижалась, а в вариантах с известкованным ОСВ, кроме свинца и никеля, становилась < 1. Уровень загрязнения почв по величине КК в варианте с ОСВ соответствует минимальному уровню – КК > 1, но < 1,5. За нижний порог аномальности предлагается принять содержание с коэффициентом концентрации, равным 1,5 (величина превышения над фоном превосходит возможную величину ошибки приближенно-количественного спектрального определения).

Уровень загрязнения почвы по величине суммарного показателя концентрации (Zc) по всем вариантам опыта минимальный, > 1, но < 2. При разовом внесении осадка сточных вод уровень Zc составил – 1,56, а на седьмой и девятый годы последействия – 1,33 и 1,20 соответственно.

При почвенной утилизации доломитовой пыли выявлено, что все показатели валового содержания тяжелых металлов в опыте были ниже ПДК. Внесение извести также не оказало значительного увеличения концентрации ТМ. В вариантах с доломитовой пылью, отмечается увеличение валового содержания ТМ: Zn на 5,31 мг/кг (НСР0,05 – 4,3); Ni на 2,77 мг/кг (НСР0,05 – 2,73); Co на 1,78 мг/кг (НСР0,05 – 1,45); Cr на 6,14 мг/кг (НСР0,05 – 3,86); по сравнению с контролем (табл. 1).

Таблица 1

Влияние химических мелиорантов на содержание тяжелых металлов в почве

Таблица 2

Влияние известковых удобрений на величину коэффициента концентрации валовых форм тяжелых металлов в пахотном горизонте серых лесных почв

В третий год, хотя и осталась тенденция к увеличению – Zn на 3,73 мг/кг, Co на 0,27 мг/кг; Cr на 0,3 мг/кг, Cd на 0,055 по сравнению с контролем, но концентрация этих элементов намного снизилась. Мы предполагаем, что это связано с тем, что почва как природное тело обладает способностью к самоочищению: поступающие материалы антропогенного происхождения с течением времени рассеиваются и поглощаются почвенной биотой. При внесении доломитовой пыли в первый год коэффициенты концентрации тяжёлых металлов составили от 1,07 до 1,20 (табл. 2).

На третий год – величина КК цинка, кобальта, хрома значительно снижалась, а никеля становилась < 1. Уровень загрязнения почв по величине КК в варианте с ОСВ соответствует минимальному уровню – КК > 1, но < 2.

Уровень загрязнения почвы по величине суммарного показателя концентрации (Zc) по всем вариантам опыта минимальный КК > 1, но < 2. При разовом внесении доломитовой пыли уровень Zc составил – 1,76, а на третий год последействия – 1,23. При этом происходит снижение Zc на третий год на 30,11 %, по сравнению с первым годом действия.

Таким образом, применение нетрадиционных удобрений различной природы в экологически обоснованных дозах не оказывает значительного пролонгированного действия на свойства пахотного горизонта серых лесных почв. Тем не менее для обеспечения экологической безопасности почв и сохранения их санитарного статуса необходимо строгое соблюдение норм внесения мелиорантов и организацию биогеохимического мониторинга содержания тяжелых металлов в почвах и сельскохозяйственной продукции.

Наплекова Н.Н., д.б.н., профессор кафедры агроэкологии, ФГБОУ «Новосибирский государственный аграрный университет», г. Новосибирск;

Петухов В.Л., д.б.н., профессор кафедры ветеринарной генетики, ФГБОУ «Новосибирский государственный аграрный университет», г. Новосибирск.

Работа поступила в редакцию 06.03.2015.