Педохимические показатели состояния загрязненных почв

Эти показатели состояния почв проявляют связь с соединениями загрязняющих веществ в почвах. Их назы­вают еще косвенными. С одной стороны, свойства почв, которые характеризуют эти показатели, могут изменяться под влиянием загрязняющих веществ и тем самым вызы­вать ухудшение состояния микроорганизмов и растений.

Контроль косвенных показателей химического за­грязнения может быть эффективным как при выявлении деградации почв, так и при характеристике устойчивости почв к загрязнению и прогнозе последствий загрязнения почв.

К педохимическим показателям относятся показатели важнейших химических свойств почв: показатели гумусного состояния почв, кислотно-основных свойств, катионно­обменных, в отдельных случаях окислительно-восстанови­тельных свойств почв.

Изменение гумусного состояния загрязненных почв по сравнению с незагрязненными почвами непосредственно связано с ухудшением состояния микробоценоза, что мо­жет приводить к ослаблению разложения органических остатков и к их накоплению, к снижению скорости мине­рализации гумуса. Вследствие изменившихся процессов трансформации органических веществ в почве меняется их групповой и фракционный состав. Например, в загряз­ненных дерново-подзолистых почвах по сравнению с ана­логичными фоновыми наблюдается повышение количества фульвокислот и снижение содержания свободных гуминовых кислот и водорастворимых органических веществ, а в составе водорастворимых соединений — уменьшение содержания углеводов. Есть данные о понижении общего содержания углерода подзолистых почв при загрязнении металлами (предположительно за счет увеличения миграции органо­минеральных веществ).

Вследствие загрязнения почв металлами и металлоидами в них меняется состав обменных катионов: увеличивается доля ионов металлов, снижается содержание обменных катионов Са²⁺ и Мд²⁺, чему могут способствовать не толь­ко поглощенные металлы, а и протон, и ионы алюминия. Вследствие изменения гумусного состояния возможно уменьшение ЕКО. Примером является снижение ЕКО в чер­ноземах, загрязненных газо-пылевыми выбросами медного комбината, уменьшение содержания обменных ионов Са²⁺ и Мд²⁺, изменение степени насыщенности ППК основаниями. В почвах нефтегазоносных райнов, напротив, появились лег­корастворимые соли, увеличился pH почвенного раствора, а в составе ППК повысилась доля обменного натрия.

С загрязнением почв может быть связано изменение их кислотно-основных свойств. Причиной могут быть кислот­ные осадки, действие которых на биосферу проявляется в глобальном масштабе. Возрастает объем выпадений оксидов серы и азота. Увеличение содержания сульфатов в осад­ках до 4—15 мг/л вызывает закисление осадков. Уровень pH осадков, в естественных условиях равный 5 и более, в техногенной зоне снижается до 4,2 —4,5.

Подкисление почв может быть вызвано поступлением оксидов металлов и их кислотного гидролиза, внесением физиологически кислых удобрений. Повышение pH в техногенных почвах может происходить вследствие загряз­нения их боратами, фторидами, сульфидами. За счет этих процессов меняются уровни pH Н₂О, pH КС1, обменной и гидролитической кислотности.

Изменение кислотно-основных условий существенно меняет многие химические процессы в почве:

1. В почвах меняется структура кислотности.

2. Подкисление ведет к изменению подвижности многих химических элементов, в том числе типоморфных элемен­тов, элементов питания, самих загрязняющих веществ:

а) подкисление ведет к накоплению аморфных форм А1 и

Fe, которое происходит за счет высвобождения Fe и А1 из структуры алюмосиликатов, выпадения их в осадок в форме коллоидов и аморфных соединений высокой степени дисперсности. Возможно также преобразо­вание ранее окристаллизованных форм в аморфные несиликатные соединения Fe и А1;

б) происходит изменение подвижности элементов питания растений за счет повышения растворимости соедине­ний, содержащих азот, фосфор, калий. Например, под­кисление почв ведет к росту доступности растениями фосфатных удобрений;

в) изменение мобилизации соединений металлов и неме­таллов.

3. Кислотность почвенного раствора влияет на формиро­вание подвижных соединений поллютантов. От кислотности раствора зависят форма нахождения, знак и величина заряда частиц в растворе, заряд коллоидных частиц, на поверхности которых происходит поглощение загрязняющих веществ, растворимость осадков соединений поллютантов.

4. Форма нахождения, знак и величина заряда частиц в растворе являются важными факторами, обусловливаю­щими и количество поглощенных почвенными частицами ионов, и прочность их фиксации. В кислой среде относи­тельно выше доля свободных ионов металлов Си²⁺ и Zn²⁺, с увеличением pH растет доля гидроксокомплексов, кото­рые поглощаются твердыми фазами (в том числе и за счет ионного обмена) менее прочно, чем свободные ионы.

5. Кислотно-основные условия влияют на поглотитель­ную способность твердых фаз почвы амфолитоидной при­роды. Это происходит прежде всего потому, что ионизация функциональных групп, обеспечивающих ионный обмен, протекает по-разному, в зависимости от pH. У органических и минеральных коллоидов амфолитоидной природы с уве­личением pH растет отрицательный заряд, а с уменьшением pH — положительный заряд. Величина pH — зависимого заряда органических веществ обусловлена присутствием в их составе протеинов, содержащих как кислотные СООН, так и основные NH₂ групп. Заряд оксидов и гидроксидов Fe и А1 формируется за счет отдачи или присоединения протона при разных уровнях pH. В результате изменения заряда поверхности белков, несиликатных соединений Fe и А1 поглощение поллютантов в анионной форме растет с понижением pH и снижается в щелочной среде, для поллютантов в катионной форме зависимость обратная. Снижение поглощения металлов в кислой среде сопро­вождается ростом конкуренции протонов за обменные позиции в почвенном поглощающем комплексе.

Например, поглощение дерново-подзолистой почвой пестицида атразина, преимущественно находящегося в почве в форме аниона, при pH 2 — 5 почти в 20 раз выше, чем при pH 7. Однако не во всех случаях поглощения за­грязняющих веществ состав почвенного поглощающего комплекса играет ведущую роль. Например, поглощение арсенат ионов при pH 8,2 превышает его поглощение при pH 4,5 в связи с преобладанием двухзарядных ионов HAsO²' над однозарядными и незаряженными. Падение с повышением pH положительного заряда на поверхно­сти почвенных амфолитоидов отстает от роста количеств двухзарядных арсенат ионов в растворе и существенного влияния на поглощение мышьяка не оказывает.

Важные экологические последствия имеют выводы, полученные при исследовании закономерностей поглоще­ния ртути от уровня pH. Установлено, что максимальное количество ртути поглощается при pH 4,5 —6,5.

6. Кислотно-основные условия влияют на растворимость осадков, в состав которых входят загрязняющие вещества. Влияние обусловлено процессами протонизации и комплек­сообразования, по-разному протекающими в зависимости от pH. Например, повышение pH ведет к увеличению де­протонизации анионов многоосновных кислот, например мышьяковой, и к усилению комплексообразования металлов в растворе.

Изменение ОВП почв возможно за счет загрязнения органическими веществами, которые влияют на биоту и биологическую активность почв, могут менять водно-воз­душный режим почв (например нефтепродукты).

Итак, для контроля изменения свойств почв в результате загрязнения рекомендуется перечень следующих косвенных показателей загрязнения: кислотно-основные свойства (pH Н₂О, pH КС1, обменная, гидролитическая кислотность), содер­жание подвижных соединений Р, N, К, показатели фермен­тативной активности, показатели гумусного состояния почв (общее содержание гумуса, групповой состав, водораствори­мые вещества), ионообменные свойства (ЕКО, состав обмен­ных катионов), содержание легкорастворимых солей, ОВП.

10.1.3.