Причины низкого уровня биодоступности тяжелых металлов в системе компост из ТБО - почва - растение

Основной продукт биотермической переработки твердых бытовых отходов - компост загрязнен солями тяжелых металлов. Причина - отсутствие системы селективного сбора отходов и глубокой сортировки. В связи с этим в настоящее время применение компоста для повышения плодородия почв ограничено.

Наши исследования показывают, что при внесении компоста из ТБО в почву большая часть тяжелых металлов длительное время (как минимум 4-5 лет) остается в труднодоступныз для растений формах (Витковская, 2000; Вит-ковская, Дричко, 2002).

Выход углерода и освобождение микроэлементов из растительных остатков идут параллельно и осуществляются преимущественно в первую стадию гумификации. В это время в окружающую среду переходит около 50% исходного содержания микроэлементов. (Степанова, 1976).

В результате сдвига равновесия или деградации органической молекулы металл может высвобождаться в ионной форме. Как положительное, так и отрицательное влияние катионов металлов на биологические процессы в почве и общая адаптация экосистемы к тяжелым металлам зависят, прежде всего, от соотношения между различными водорастворимыми, нерастворимыми и коллоидными формами металла и от кинетики реакций, ведущих к перераспределению металлов между этими формами. Распределение металлов между различными состояниями зависит от рН и Бп почвы, содержания органического вещества и ряда микробных взаимодействий (Тейт, 1991).

Органическое вещество может связывать металлы путем адсорбции, ионного обмена и комплексообразования, включая внутренние комплексы - хела-ты, не исключено и совместное осаждение гидороксидов металлов и гуминовых кислот.

Способность химических элементов образовывать комплексные соединения определяется строением электронной оболочки их атомов, ионными радиусами, валентностью и степенью поляризации. В зависимости от рН среды внун-трикомплексные соединения гуминовых кислот со многими металлами приобретают подвижность или образуют прочные нерастворимые в воде соединения (Дроздова, 1963). При этом гуминовые кислоты образуют комплексные соединения с металлами преимущественно в области низких значений рН, тогда как фульвокислоты - в нейтральных и щелочных средах (Попов, 2004).

Растениям наиболее доступны положительно заряженные простые ионы, поступающие в корневую систему путем катионного обмена. Вовлечение в биологический круговорот металлов, находящихся в составе комплексных соединений, значительно сложнее и недостаточно изучено. Металлорганические комплексы в большинстве случаев не способны преодолевать клеточные мембраны на контакте почва - корень.

По мнению некоторых авторов (Попов, Чертов, 1996; Попов, 2004), гуми-новые вещества могут поглощаться и усваиваться растениями. Однако низкий уровень биодоступности тяжелых металлов при внесении компоста из ТБО в почву свидетельствует либо об очень незначительных масштабах этого явления, либо об его отсутствии.

Устойчивость металлорганических комплексов, растворимость и подвижность неорганических соединений ТМ в значительной степени зависят от рН среды. По данным Д. С. Орлова (1990), соединения гумусовых кислот с катионами агрегативно неустойчивы и обладают двумя областями растворимости - в кислом и щелочном диапазонах.

Интервалы рН для осаждения водных оксидов химических элементов неодинаковы и зависят от свойств ионных форм каждого элемента. Обычно доля подвижных соединений максимальна при пониженных значениях рН и пониженном окислительно-восстановительном потенциале (Кабата-Пендиас, Пенди-ас, 1989).

Многие авторы приводят данные, свидетельствующие о значительном положительном эффекте известкования кислых почв с целью инактивации избыточных количеств тяжелых металлов. При известковании почв тяжелые металлы образуют малоподвижные соединения гидроксидов, карбонатов и гидрокарбонатов. При этом снижается доступность растениям железа, меди, цинка, марганца, алюминия, никеля. В почвах с высоким содержанием карбонатов (НСО₃ , СО₃ ) отсутствует опасность загрязнения грунтовых вод медью, цинком, марганцем, хромом и никелем (Otero е1 а1., 1987).

Обобщая результаты исследований, изложенные в настоящей монографии, и литературные данные, низкий уровень биодоступности тяжелых металлов, присутствующих в компосте из ТБО, можно объяснить следующими причинами:

• Тяжелые металлы в компосте находятся преимущественно в составе органических соединений.
• В процессе трансформации органического вещества компоста тяжелые металлы переходят в раствор в основном в составе растворимых органических комплексов.
• Компост оказывает нейтрализующее действие на почвенную кислотность. При высоких значениях рН катионы тяжелых металлов образуют с анионами почвенного раствора малорастворимые соединения (гидрокси-ды, карбонаты, фосфаты) и прочные комплексы с органическими лиган-дами.

При оценке агроэкологических последствий использования биотермиче-ски переработанных ТБО следует также учтывать, что окислительно - восстановительные свойства почв оказывают существенное влияние на мобильность соединений тяжелых металлов, подвижность многих из них возрастает в анаэробной среде (Ковда 1985; Han, Banin, 2000; Бердяева, 2001; Анцифирова, 2003: Шихова, 2005).