Обзор экотоксикологических характеристик подвижных и валовых форм тяжелых металлов в грунте. Рассматриваются пути техногенного поступления свинца, цинка и меди в верхние горизонты почв, нормативные пределы концентраций и атомно-абсорбционные методы лабораторного анализа.
Химическая природа тяжёлых металлов и их миграция в почвенном профиле
Тяжёлые металлы относятся к наиболее опасным и стойким загрязнителям окружающей среды и способны накапливаться в биологических объектах и передаваться по трофическим цепям. Попадая в почвенную толщу с выбросами металлургических и машиностроительных производств, транспортными выбросами, минеральными удобрениями и отходами, элементы первого и второго классов опасности связываются с органической и минеральной фракциями грунта. Их потенциальная биодоступность и экотоксичность определяются не только валовым содержанием, но и соотношением водорастворимых, обменных, связанных и подвижных форм. В кислой среде подвижность многих металлов возрастает, что усиливает их поглощение корневыми системами растений и повышает риск вторичного загрязнения подземных и поверхностных вод.
Токсикологические свойства и анализ свинцового загрязнения
Свинец является высокотоксичным элементом первого класса опасности и не выполняет известных полезных биологических функций в организме человека. Анализ на свинец в почве и грунте целесообразно проводить на территориях, прилегающих к интенсивным автомагистралям, автосервисам, аккумуляторным производствам, плавильным цехам и объектам размещения отходов. Исторически значимыми источниками загрязнения были выхлопные газы, содержавшие тетраэтилсвинец, и промышленные выбросы. В грунте свинец образует труднорастворимые карбонаты, фосфаты и органоминеральные комплексы и часто концентрируется в верхнем гумусовом слое. Для оценки результатов следует учитывать форму определяемого элемента и действующие гигиенические нормативы: значения для валового содержания и подвижной формы различаются. Переход свинца в более подвижное состояние усиливается при закислении почвы.
Биологическая роль цинка и исследование его содержания
В отличие от свинца, цинк является жизненно важным микроэлементом для растений и микроорганизмов, однако при избыточном содержании проявляет фитотоксические свойства, вызывая хлороз листьев, замедление развития корневых систем и угнетение активности почвенной биоты. Лабораторный анализ на цинк в почве и грунте проводят при обследовании сельскохозяйственных угодий, придорожных полос, парковых зон, промышленных и жилых территорий. К техногенным источникам цинка относятся продукты износа автомобильных шин, оцинкованные металлические конструкции и отходы гальванических производств. ОДК валового содержания цинка зависят от гранулометрического состава почвы и значения pH, а для подвижной формы установлен отдельный норматив.
Закономерности накопления соединений меди в органоминеральном комплексе
Медь является необходимым микроэлементом и входит в состав ферментов, участвующих в окислительно-восстановительных реакциях. Токсичное накопление меди возможно вследствие длительного применения медьсодержащих пестицидов и фунгицидов, в том числе бордоской жидкости, а также из-за выбросов предприятий цветной металлургии. Анализ на медь в почве и грунте позволяет оценить степень техногенного загрязнения земель; кислотность почвы при этом определяют отдельным измерением pH. Медь обладает высоким сродством к органическому веществу почвы и образует прочные комплексы с гуминовыми и фульвокислотами. Нормативы для подвижной формы и валового содержания меди различаются, а ОДК валового содержания зависят от типа почвы и её кислотности.
Современные методы лабораторного анализа: атомная абсорбция и ИСП-ОЭС
Количественное определение малых концентраций свинца, цинка и меди в почвенных вытяжках и минерализатах выполняют с применением высокоселективных методов физико-химического анализа. Наибольшее распространение получили пламенная и электротермическая атомно-абсорбционная спектрометрия (ААС), а также оптико-эмиссионная спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ИСП-ОЭС). Эти методы требуют предварительного перевода пробы в растворённое состояние. В зависимости от методики используют кислотную минерализацию и микроволновые системы разложения с подходящими реагентами. Высокая чувствительность оборудования позволяет определять элементы на уровне долей миллиграмма на килограмм сухого вещества.
