2.3 Мониторинг тяжелых металлов в почвах Кубани

Выбор пунктов мониторинга был определен необходимостью охвата различных типов почв, видов природопользования и ландшафтов. Наблюдения проводились в течение двух-трех лет. Изучались внутригодовые (до и после уборки урожая) и межгодовые (как в смежные, так и несмежные годы) изменения концентраций тяжелых металлов в валовой, сорбированной (1,0 н. HCl) и обменной (ААБ с рН 4,8) формах в самых разнообразных природно-техногенных условиях на 25 пунктах наблюдения. Использование вариационного критерия при оценке динамики ТМ позволило установить, что в изучаемом периоде размах как сезонных, так и годовых колебаний концентраций химических элементов во всех формах нахождения невелик и, как правило, менее 20 %, то есть находится в пределах точности анализа, что при отсутствии ярко выраженных закономерностей выходит на первый план. Такие элементы, как Pb и Cd более стабильны, чем Cu и Zn в связи с различиями в биофильности и технофильности. Их содержание в обменной форме иногда подвержено даже меньшим изменениям, чем в валовой. По вариабельности (V, %) содержаний химических элементов во всех формах нахождения можно построить следующие обобщенные ряды для валовых форм: Zn (3,7) < Pb (4,8) < Cu (5,9) < Cd (6,5), для сорбированных: Cd (8,8) < Pb (9,4) < Cu (12,8) < Zn (16,3), для обменных: Pb (10,0) < Cd (10,4) < Cu (18,0) < Zn (46,2). Таким образом, ранее выявленная последовательность форм соединений по степени геохимической дифференциации (обменные > сорбированные > валовые) сохраняется и в долгосрочной динамике. Как видно, наибольшей неравномерностью выделяется подвижный Zn, что обусловлено его геохимическими особенностями и характерно для других регионов. Во многом это объясняется чувствительностью Zn к особенностям увлажнения, поскольку для него характерен постоянный переход из обменного состояния в прочно сорбированное, вызванный дегидратацией обменных катионов и образованием более тесной связи с ППК. Процессу способствует переменное увлажнение и высушивание почв. Столь сильная изменчивость Zn в обменной форме складывается за счет резкого возрастания содержаний осенью одного из годов (2000) наблюдений в почвах богарных пашен – до 23 мг/кг. При этом на всех точках перед отбором проб зафиксировано очень неравномерное выпадение осадков. Но, в данном случае нельзя исключать и аналитические погрешности, поскольку ситуация не имеет аналогов за весь срок наблюдений. Без учета указанного периода варьирование количества обменного Zn составляет 33,3 %. Динамика содержаний тяжелых металлов в почвах техногенных, биогенных и антропогенных модификаций природных ландшафтов (пастбищных) отличается заметно, и в техногенных она сильнее. Роль техногенного фактора подчеркивается промежуточным положением пастбищных ландшафтов. Ряды элементов по вариабельности обменной формы имеют следующий вид для природных ландшафтов: Cd (3,9) < Pb (4,1) < Zn (22,5) < Cu (24,0), для пастбищных ландшафтов: Zn (4,8) < Pb (5,0) < Cd (6,0) < Cu (17,0), для техногенных ландшафтов: Pb (10,2) < Cd (10,7) < Cu (17,7) < Zn (47,2). Проявление техногенеза выражается, главным образом, в изменении баланса элементов (внесение с поливом, химикатами и отчуждение с урожаем). Однако все ландшафты независимо от степени техногенного преобразования находятся в определенных природных условиях. Поэтому значительный вклад в особенности динамики ТМ вносит гидротермический режим почв. На примере Cu в почвах богарных пашен, где декады перед опробованием характеризуются примерно одинаковыми средними температурами воздуха, особенно хорошо видно, что изменение содержания обменных форм коррелирует с количеством выпавших атмосферных осадков. Самые высокие концентрации Cu отмечены в период с их максимальным уровнем независимо от времени года, что характерно для всех ландшафтов (рис. 1). Это согласуется с мнением других исследователей, полагающих, что после больших дождей мобилизация Cu происходит как летом, так и осенью в связи с задержкой газообмена и накоплением CO₂ в почвах. Снижение обменной Cu при высыхании почвы было отмечено ранее для лугово-карбонатных рисовых почв края. В более дождливые периоды наблюдается повышение содержания Cu в растениях.

В целом результаты мониторинговых исследований как в Краснодарском крае, так и Ростовской области позволяют считать, что среднее содержание элементов в обменной форме, рассчитанное для конкретного ландшафта, является величиной относительно стабильной и к ней применимы такие понятия, как фоновое содержание и региональный кларк . ¹⁴

Рис. 1. Динамика содержаний обменной Cu в почвах ландшафтов богарных пашен: I и II – первый и второй годы наблюдений; 1 и 2 – первый и второй сроки отбора проб в течение года [15].