Деятельность в сфере земельных отношений
Особенности загрязнения почвы кадмием
11.03.2021
Среди многочисленных загрязнителей окружающей среды одно из главных мест занимают тяжелые металлы, которые отличаются высокой токсичностью и способностью по пищевым цепям поступать в организм человека и животных, тем самым представляя серьезную угрозу их здоровью.
Одним из наиболее токсичных металлов для всех живых организмов считается кадмий. В Ростовской области кадмий может попадать в почву при сжигании и переработке материалов, его содержащих, особенно изделий из пластмасс, куда он добавляется для прочности, и кадмиевых красителей, широкого применения высоких доз фосфорных удобрений и гербицидов, а также осадков сточных вод, содержащих в своем составе кадмий. Сжигание мазута и дизельного топлива является дополнительным источником кадмиевого загрязнения. Загрязнение кадмием представляет угрозу вследствие его высокой миграционной способности в почве, что существенно ограничивает использование загрязненных им земель для выращивания продовольственных культур, поскольку он не только поглощается корнями растений, но и способен перемещаться в надземные органы, в том числе в плоды и семена. Опасность кадмия усугубляется ещё и тем, что он накапливается в растении и сохраняет токсические свойства в течение длительного времени.
Согласно СанПин 1.2.3685-21 кадмий относится к веществу 1 класса опасности. ОДК данного вещества в почве - 0,5 мг/кг – для песчаных и супесчаных почв, 1,0 мг/кг – для кислых почв и 2,0 мг/кг – для близких к нейтральным и нейтральных почв. Кадмий поступает в растения, в основном, за счет почвы. По результатам проведенных исследований, показано, что больше всего кадмия накапливается в предкавказских черноземах, менее в приазовских и южных, еще менее в каштановых почвах, и совсем малая доля закрепляется черноземами обыкновенными. Количество подвижных форм кадмия от валовой концентрации в слое почвы 0-5 см достигает в среднем 72,5% и тесно связано с содержанием органического вещества. С глубиной содержание подвижных форм кадмия снижается в 3,5-4 раза, что доказывает низкую вертикальную миграцию данного металла. Среди других тяжелых металлов (цинк, свинец, медь) кадмий характеризуется наибольшей мобильностью.
Значительная доля кадмия, попадающего в почву, связывается с почвенными химическими комплексами, усваиваемыми растениями. В процессах образования кадмийорганических соединений участвует и почвенная микрофлора. В отличие от других токсичных элементов, кадмий легко поглощается корнями растений, поскольку находится в подвижных формах. Кадмий наиболее подвижен в кислых почвах при кислотности рН = 4,5-5,5. Для растительного организма кадмий очень токсичен. Он легко всасывается из почвы через корневую систему, а также поступает из атмосферы, накапливаясь в большей степени в корнях и в меньшей - в стеблях, черешках и главных жилках листьев.
По данным ряда исследователей в присутствии ацетата кадмия в высоких концентрациях рост и развитие однолетних злаков уже на начальных этапах онтогенеза прекращается. Закладки и формирования новых органов не происходит. При воздействии высоких концентраций нарушается процесс избирательного поглощения ионов, поток токсичных ионов кадмия беспрепятственно поступает в растения, и механизмы детоксикации уже не могут справиться с ним. В результате останавливается деление клеток, наблюдается нарушение основных физиологических процессов, вследствие чего, очевидно, происходит перераспределение пластических и энергетических ресурсов в растении. Рост и развитие злаков прекращается и в дальнейшем наступает их гибель.
Изменение условий среды также способствует переходу элементов в легкодоступное для растений состояние, что может привести к чрезмерному накоплению кадмия в сельскохозяйственных культурах и, в конечном итоге, представлять опасность для животных и человека. Кадмий довольно легко проникает через корни и проводящие органы в листья, где идет его накопление. В запасающих органах содержание элемента может увеличиваться в несколько раз. Пределы накопления кадмия в сельскохозяйственных культурах значительно колеблются и обусловлены общей экологической обстановкой, геохимическими особенностями почвы и видовой принадлежностью растения. Вертикальное распределение кадмия в почвах характеризуется аккумуляцией в основном в гумусовом горизонте или в степном войлоке. В остальном, поведение элементов подчиняется характерной для них закономерности слабого уменьшения концентраций с глубиной.
Токсичность кадмия для растений проявляется в нарушении активности ферментов, торможении фотосинтеза, нарушении транспирации, ингибировании восстановления NО2 до NО, затруднении поступления и метаболизма в растениях ряда элементов питания. Внешние симптомы - задержка роста, повреждение корневой системы, хлороз листьев. Кроме того, в метаболизме растений он является антагонистом ряда элементов питания. По фитотоксичности и способности накапливаться в растениях в ряду тяжелых металлов он занимает первое место (кадмий > медь > цинк > свинец).
Изучение всей характерной для территории Ростовской области сельскохозяйственной растительности показало, что наименьшие средние содержания кадмия выявлены в зернах ржи, наибольшие - в подсолнечнике. Средние содержания кадмия уменьшаются в следующем порядке: подсолнечник > кукуруза > ячмень > пшеница > рожь. Многолетнее применение минеральных удобрений и мелиорантов способно вносить изменения в круговорот кадмия. Это объясняется высокой подвижностью элемента, которая способна возрастать в результате интенсивного ведения сельскохозяйственного производства.
Выявлены различия в устойчивости растений к кадмию в зависимости от их видовой принадлежности. Так, свекла может накапливать до 22 раз больше кадмия, чем фасоль. Возможность накопления кадмия в почве сельскохозяйственными культурами до фитотоксичного уровня невелика, однако при существующем уровне загрязнения почв имеется реальная опасность накопления кадмия в продовольственных культурах до уровней, представляющих опасность для здоровья человека. При поступлении кадмия в высоких концентрациях он может по пищевым цепям проходить от внешних источников в почву, затем в растения, к животным и человеку, оказывая свое негативное воздействие на все звенья.
Материал подготовлен специалистами отдела защиты растений, агрохимии, качества и безопасности растениеводческой продукции ФГБУ «Ростовский референтный центр Россельхознадзора».