Свинец является одним из наиболее токсичных тяжелых металлов (ТМ). Считается, что до 85 % этого металла в организм человека поступает с продуктами питания. При этом около 90 % общего количества свинца в человеческом теле находится в костях. Свинец вызывает хронические отравления с весьма разнообразными клиническими проявлениями, поражает центральную и периферическую нервную систему, костный мозг и кровь, сосуды, нарушает синтез белка и генетический аппарат клетки, оказывает эмбриотоксическое действие. При тяжёлой форме свинцового отравления (сатурнизме) возникают малокровие, энцефалопатия, паралич. Свинцовое отравление занимает первое место среди профессиональных интоксикаций [2].

В природных условиях свинец присутствует во всех видах растений, однако его роль в метаболизме выявить не удается. Взаимодействие свинца с другими элементами в различных условиях среды не позволяет точно определить его токсичные для жизненных процессов концентрации. В то же время описаны эффекты торможения метаболизма растений при низких концентрациях свинца. Повышенные его концентрации в почве снижают содержание жизненно необходимых макроэлементов в растениях. В ряде работ описано токсичное действие свинца на фотосинтез, дыхание, митоз и водный обмен, но при этом специфических симптомов свинцового токсикоза у растений не установлено [10].

Антропогенные источники поступления свинца в почвы: выбросы металлургических предприятий, автомобильный транспорт, осадки коммунальных и промышленных сточных вод. Загрязнение природной среды свинцом происходит при сжигании бензина (60 %), производстве цветных металлов (22 %), железа, стали и ферросплавов – 11 % [3].

Уровень загрязнения растениеводческой продукции ТМ оценивают на основе утвержденных МДУ для кормов и ДУ для продовольственного сырья и пищевых продуктов. МДУ свинца превосходят соответствующие значения ДУ в десять раз.

Цель работы – провести агроэкологическую оценку содержания свинца в удобрениях, растениеводческой продукции и пахотных почвах лесостепной зоны Центрально-Черноземных областей (ЦЧО).

Материалы и методы исследования

Исследования проводили на двадцати реперных объектах, расположенных в Ивнянском районе Белгородской области, входящем в лесостепную зону ЦЧО. Почвенный покров представлен черноземами типичными и выщелоченными. Средневзвешенное содержание органического вещества в пахотном слое изучаемых почв составляет 5,4 %, рНсол – 5,25, Содержание подвижных форм фосфора (по Чирикову) составляет 123 мг/кг, подвижных форм калия – 106 мг/кг [5, 6].

Валовое содержание свинца и концентрацию подвижных форм этого элемента (извлекаемых ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН 4,8) определяли в соответствии с «Методическими указаниями по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства».

При статистической обработке данных локального мониторинга использовали расчеты доверительного интервала для среднего значения () и коэффициента вариации (V, %).

Для характеристики избирательного поглощения тяжелых металлов сельскохозяйственными культурами, применяли коэффициент биологического поглощения (КБП), который рассчитывается как отношение содержания элемента в золе растения к его содержанию в пахотном слое почвы. Содержание золы в абсолютно сухом веществе зерна пшеницы составляет в среднем 1,7 %, в соломе – 7,2 %, в зерне ячменя – 2,8 %, в соломе – 7,3 %.

Результаты исследования и их обсуждение

В результате обследования растениеводческой продукции произведенной на территории Ивнянского района установлено, что свинец в основном накапливается в побочной продукции зерновых культур. Аналогичная закономерность характерна для наиболее токсичных ТМ, например кадмия [4, 7]. Среднее содержание свинца в зерне озимой пшеницы составляло 0,34±0,018, в зерне ячменя – 0,27±0,019 мг/кг, а в побочной продукции этих культур содержание этого элемента было выше, соответственно, в 3,8 и 6 раз. Свинец можно охарактеризовать как элемент высокой интенсивности поглощения, так как величина КБП была, в основном, более 1, только для зерна ячменя величина КБП была менее 1 (табл. 1).

Таблица 1

Содержание свинца в сельскохозяйственных культурах, мг/кг абсолютно сухого вещества

Вынос свинца с урожаем зерна озимой пшеницы в 3,5 т/га составляет 1,02 г/га (с учётом соломы – 6,66 г/га), с урожаем зерна ячменя в 3 т/га – 0,7 г/га (с учётом соломы – 5,63 г/га).

В Белгородской области нет крупных стационарных источников выбросов и сбросов свинца, к которым относят предприятия цветной металлургии, стекольные и аккумуляторные заводы. Поступления свинца в окружающую среду с автомобильной эмиссией распространяется на расстояние до 50 м от крупных дорог. Основными источниками поступления ТМ в агроценозы Ивнянского района являются органические удобрения. В Белгородской области среднее содержание свинца в органических удобрениях следующее: навоз КРС (60 % влаги) – 2,34, компост соломопомётный (45 % влаги) – 1,43, стоки навозные (98 % влаги) – 0,27 мг/кг. В аммиачной селитре содержится 0,16, в азофоске (16:16:16) – 0,24 мг/кг свинца. В 2006-2010 гг. средняя доза внесения органических удобрений составила 2,2 т/га и с ней вносилось в почву 5,1 г/га свинца. Доза минеральных удобрений составляла N70P16K16 , что соответствует внесению 100 кг/га азофоски и 160 кг/га аммиачной селитры. С минеральными удобрениями в почву поступало свинца в среднем 0,05 г/га. В сумме с органическими и минеральными удобрениями свинца поступало в почву 5,15 г/га. Потери свинца в результате смыва в среднем составляли 12,1 г/га, что существенно превышало размеры поступления этого ТМ с удобрениями.

Свинец в почвах содержится в концентрациях обусловленных, как правило, наличием элемента в почвообразующих породах. Его миграция и конечное распределение в почвенном профиле происходят под действием факторов почвообразования и обусловлены интенсивностью биологического круговорота элемента. Свинец хорошо сорбируется почвенно-поглощающим комплексом почвы и с трудом вытесняется другими элементами. Сорбционные процессы удержания этого элемента почвами в значительной мере определяются содержанием в них органического вещества и глинистых минералов, однако ведущая роль принадлежит органическому веществу.

Потенциальная опасность интоксикации почв соединениями свинца наиболее высока для ассоциации сильнокислых почв с периодически восстановительным режимом. Она значительно меньше для ассоциации слабокислых почв с окислительным режимом. Наименее опасно загрязнение свинцом слабощелочных и щелочных почв, где его подвижность минимальна.

Кларк свинца в почве по Виноградову составляет 10 мг/кг. В почвах Русской равнины фоновое содержание этого ТМ изменяется от 2,6 до 43 мг/кг. Фоновый уровень валового содержания свинца для каштановых почв Ростовской области составляет 27, для чернозёмов – 21 мг/кг. В Ставропольском крае среднее валовое содержание свинца в пахотном слое чернозёмов типичных составляет 15,0, чернозёмов обыкновенных – 15,0, чернозёмов южных – 13,0, чернозёмов выщелоченных – 17,0 мг/кг [1, 10].

Заповедные почвы Белгородской области содержат в верхнем горизонте валового свинца в пределах 13,0-16,7 мг/кг, что выше кларка, установленного Виноградовым [8].

По данным сплошного агрохимического обследования пахотных почв области установлено, что на песчаных почвах средневзвешенное валовое содержание свинца составляет 9,48 мг/кг, на глинистых почвах с рНKCl<5,5 оно увеличивается в 1,45 раза и составляет 13,7 мг/кг, а на глинистых почвах с рНKCl>5,5 возрастает в 1,55 раза – до 14,7 мг/кг.

Для почв Борисовского, Грайворонского, Краснояружского, Ракитянского районов характерно пониженное содержание валового свинца (менее 13 мг/кг). Низкий уровень содержания свинца в этом случае обусловлен небольшим содержанием элемента в почвообразующих породах (суглинистых и супесчаных аллювиально-делювиальных отложениях).

Наибольшие концентрации элемента (16,6-17,2 мг/кг) приурочены к территориям Среднерусской лесостепной и степной провинций (Ровеньский, Новооскольский, Волоконовский районы), почвы которых отличаются высоким содержанием органического вещества и глинистых минералов, способствующих сорбции свинца [7, 9].

В пахотных почвах Ивнянского района среднее валовое содержание свинца в слое 0-20 см составляет 10,4±0,6 мг/кг. С увеличением глубины величина данного показателя существенно снижается. Видимо, для данного элемента характерно биофильное накопление в гумусовом горизонте, так как значительное содержание гумуса способствует образованию нерастворимых гуматов ТМ (табл. 2).

Фоновое содержание подвижных форм свинца (извлекаемых ААБ с рН 4,8) в верхнем горизонте заповедных почв составляет 1,10-1,47 мг/кг, что даже выше, чем среднее содержание подвижных форм этого элемента в пахотных почвах реперных участков Ивнянского района (1,14±0,05 мг/кг). С увеличением глубины почвенного профиля концентрация подвижных форм свинца снижалась.

Таблица 2

Содержание свинца в почвах, мг/кг

В почвах Ивнянского района не отмечено превышения ориентировочно допустимой концентрации этого элемента, которая в суглинистых и глинистых почвах с рНKCl<5,5 составляет 65 мг/кг, а в почвах с рНKCl>5,5 – 130 мг/кг. Также не наблюдалось превышения предельно допустимой концентрации подвижного свинца в почвах (6 мг/кг).

Заключение. Основным источником поступления свинца в изучаемые агроценозы являются органические удобрения. В современных условиях размеры поступления этого ТМ с удобрениями незначительны и не превышают размеров его отчуждения в результате смыва почвы.

Региональный кларк валового содержания свинца в пахотных почвах Ивнянского района составляет 10,4 мг/кг. С увеличением глубины почвенного профиля от 0-20 до 81-100 см валовое содержание свинца достоверно снижалось. Среднее содержание подвижных форм этого металла в пахотном слое составляет 1,14 мг/кг. Содержание свинца в изучаемых почвах не представляет опасности для производства экологически безопасной растениеводческой продукции.