Согласно одним данным, непрерывная минерализация органического фосфора ОСВ способствует содержанию усвояемого фосфора в почве на относительно высоком уровне в течение нескольких лет. Однако, по другим данным, усвояемый фосфор постоянно фиксируется почвой. По некоторым данным зарубежных ученых обработанные известью осадки могут значительно повысить фиксирующую способность почвы по отношению к фосфатам. Что касается его потерь, то в аноксичных условиях значительное количество фосфора некоторых видов ОСВ может быть внесено в органической форме. В обычных условиях использование фосфора растениями значительнее, чем потери в результате перколяции [2,13].
Внесение ОСВ в почву может существенно изменить ее физико-химические свойства. Выявлено, что некоторые металлы могут блокировать активные участки гуминовых кислот, препятствуя тем самым образованию подвижных органических соединений, их минерализации и накоплению в почве элементов питания. ТМ ослабляют и разрушают связь гуминовых кислот с минеральной частью почвы, что способствует вымыванию илистого материала и частичным потерям гумуса. Известны высокие нейтрализующие свойства осадков, обработанных с добавлением извести, и обратное действие ОСВ. При удобрении посевов осадками, имеющих нейтральную и слабощелочную реакцию, проявляются его нейтрализующее действие. Это их свойство имеет особенно большое значение при улучшении малоплодородных земель. Внесение осадка отражается также и на других физико-химических свойствах почвы. В частности возрастает сумма поглощенных оснований и степень насыщенности ими почвы, снижается гидролитическая кислотность, меняется электропроводимость почвенного раствора [21, 28].
Осадки оказывают положительное влияние и на структуру почвы, но в меньшей степени, чем солома и навоз. Флокулирование известью отходов вызывает более значительное улучшение структуры почвы, чем не флокулированные. Исследование зарубежных ученых выявили положительное влияние ОСВ и компостов на их основе, особенно в смеси с городским мусором, на агрегатное состояние почв, подверженных эрозии. Это связано с присутствием в них органического вещества, повышающего оструктуренность почвы, а также наличие грубых частиц и кальция, улучшающих водно-физические свойства почвы. При этом увеличивается общая порозность почв, по мнению одних ученых. А по результатам исследования других – разложение органического вещества компостов может привести к ухудшению физических свойств почвы [23, 28].
ОСВ являются одним из источников антропогенного загрязнения почвенного покрова. В Дании 90% кадмия поступает в почву с ОСВ в дозе 5т/га сухого вещества, остальные 8% идут из атмосферы и 2% - с минеральными удобрениями. При продолжительном внесении осадка происходит постепенное накопление в почве ТМ, не пропорциональное дозам ОСВ, что указывает на некоторую иммобилизацию ТМ со временем почвой. Через 2 года после внесения отмечалось увеличение концентрации ТМ на глубине 20 и 40см [13].
Подвижность ТМ в почвах, их поведение в системе почва-растение, а также способность их к миграции находятся в зависимости от сорбционной способности почвы. Она в свою очередь определяется такими факторами, как почвенная кислотность, концентрация органического вещества, его свойства, гранулометрический и минералогический состав и некоторые другие. Поэтому ввиду многообразия факторов и их сочетания можно выявить закономерности миграции и поступление ТМ ОСВ из почвы в растения. Речь может идти пока в основном об общих чертах данного процесса. В частности с увеличением кислотности почвы подвижность металлов и их способность к транслокации в растение возрастет независимо от источника ТМ. Так при снижении кислотности почвы на 1,0 активность цинка и стронция возрастает в 100 раз. В кислой среде кадмий, свинец также более подвижны. В то же время, по данным зарубежных ученых подвижность кадмия и цинка в почвах, удобренных осадком, снижалась при рН 6,4. Известкование глинистых почв, обработанных ОСВ, также уменьшает подвижность цинка, никеля, меди и кадмия. Однако, по мнению других зарубежных ученых при повышении рН сорбция металлов понижается. В частности содержание водорастворимого кадмия в вариантах с различными дозами внесения ОСВ в карбонатных почвах было выше, чем в кислых [37].
Следует отметить, что для металлов, вносимых в почву вместе с ОСВ, часто создаются дополнительные условия изменения подвижности. Это определяет специфику накопления токсикантов в почве. Так минерализация и нитрификация азота ОСВ приводила к снижению кислотности почвы. Внесение осадка обогащенного нитратами, повышает кислотность почв, создает условия для растворения металлов и поглощение их растениями. Накопление ТМ быстрее происходит в почвах с высоким содержанием органического вещества. При этом переход их в малоподвижную форму идет тем сильнее, чем больше в состав гумуса гуминовых кислот. В частности свинец образует наиболее стабильные комплексы с гуминовыми кислотами. Взаимодействие ТМ с желатоподобными соединениями может наоборот послужить причиной увеличения подвижности металлов в почве.
Подготовка ОСВ к внесению в почву также влияет на накопление в ней металлов. Так сырой осадок способствовал более значительной аккумуляции металлов в почве, чем компостированный. Исключение составляет кадмий. Его содержание в почвах, обработанных технологически разнородными осадками, находилось примерно на одном уровне.
Таким образом, химизм ТМ в почве является сложным процессом, зависящим от ряда факторов. Образующиеся в почве соединения на основе ТМ имеют различную степень подвижности, что влияет на способность металлов транслокации в растения. В настоящее время во многих странах, в том числе и РФ, существует педельно-допустимые концентрации (ПДК) ряда ТМ в почве. При этом среди исследователей нет единого мнения, как в отношении методического подхода к разработке ПДК, так и количественном их уровне по элементам и типам почв. При известном уровне содержания ТМ в ОСВ можно расчетным путем на основе ПДК ТМ в почве определить дозы внесения осадка. Рациональное их применение уменьшит уровень загрязнения почвы, а, следовательно, и растений ТМ. Вопрос об удобрении почв с повышенным содержанием металлов решается в каждом конкретном случае соответствующими компетентными органами. При расчете доз ОСВ, обычно исходят, из данных об их составе, свойствах почв, эрозионной опасности и вида растений. Различные сельскохозяйственные культуры отличаются друг от друга по способности аккумулировать металлы, что также особенно должно учитываться при расчете доз осадков [34, 36].
При помощи ТМ активизируются ряд ферментов. Их влияние может оказывать решающую роль на биохимические процессы, протекающие в растениях, определяя тем самым урожай культуры и их качество. Так осадки, содержащие медь, повышают урожайность зерновых культур на торфяно-болотных и песчаных почвах. Марганец и цинк способствуют росту урожайности сахарной свеклы, кукурузы и других культур. Из-за дефицита железа наблюдается явление хлороза цитрусовых. Но в то же время все эти элементы в больших дозах оказывают токсичное действие на растения.
Кадмий, никель не требуются растениям и вместе с такими металлами, как свинец, ртуть, хром, мышьяк опасны для растений и их органов в связи с их способностью транслокироваться из почвы в растения. При высоких концентрациях этих ТМ в растительных тканях защитные возможности растений исчерпываются, что приводит к нарушению процессов их жизнедеятельности и снижению урожайности культур. В то же время применение больших доз ОСВ за 2 года (200т/га по СВ.) не вызвало депрессионного действия на растения и при этом происходит даже значительное увеличение биомассы [9, 22].
В настоящее время разработаны ПДК ТМ в растительной биомассе (таблица3).
3. Предельно допустимые концентрации ТМ в растительной ткани
| ТМ | ПДК мг/кг | |
| для растений | для корма | |
| CdCoCrCuHgNiPbSeZn | 5-1010-201-215-200,5-0,120-3010-2020-30150-200 | 0,5-0,110-5050-30030-1001,050-6010-305500 |
Чтобы правильно оценить возможность использования осадков в качестве удобрения и разработать дозы их внесения, необходимо учитывать факторы, влияющие на перенос элементов из почвы в растения. Прежде всего, содержание ТМ в растениях зависит от общей концентрации их в почве. Повышение содержания в ней металлов чаще всего вызывает увеличение содержания их в растениях.
Существует ряд факторов, регулирующих поступление и накопление металлов культурами. Один из основных – кислотность. Поглощение ТМ растениями значительно выше в кислых почвах. Наиболее высокое содержание металлов в растениях наблюдалось при рН<4,8. Известкование глинистых почв понижало концентрацию Zn, Cu, Ni в растение салата-латука. И для уменьшения подвижности большинства поступающих с ОСВ металлов (свинец, цинк, кадмий, никель) необходимо поддерживать рН почвы выше 6,5. Перевод поступающих в почву ТМ в малоподвижную форму и снижение их доступности растениям происходит также за счет поглощения металлов глинистыми минералами. Активность ТМ в почвах тяжелого гранулометрического состава также снижается, становясь менее доступным для корневой системы растений [14, 18].
Доступность ТМ для растений зависит и от вида осадка. Наибольшее количество металлов поступают в растения при внесении в почву жидкого анаэробносброженного осадка, в нем металлы находятся в растворимой форме. В то же время в компостах ТМ менее доступны для растений, чем ТМ в осадке. Следовательно, один из возможных путей снижения подвижности ТМ, попадающих в почву вместе с ОСВ – их применение в качестве удобрения в сочетании с навозом, торфом, различными компостами и фосфорными удобрениями.