Содржина на тешки метали во почвата и растенијата. Список на користени извори

Соединенијата на Cr(VI) и Cr(III) во зголемени количини имаат канцерогени својства. Cr(VI) соединенијата се поопасни.

Навлегува во природните води како резултат на процесите на уништување и растворање на карпите и минералите што се случуваат во природата (сфалерит, цинцит, госларит, смитсонит, каламин), како и со отпадните води од фабриките за преработка на руда и продавниците за галванизација, производство на пергаментна хартија. , минерални бои, вискозни влакна и сл.

Во водата постои главно во јонска форма или во форма на неговите минерални и органски комплекси. Понекогаш се наоѓа во нерастворливи форми: како хидроксид, карбонат, сулфид итн.

Во речните води, концентрацијата на цинк обично се движи од 3 до 120 μg / dm 3, во морските води - од 1,5 до 10 μg / dm 3. Содржината во рудните води, а особено во рудните води со ниски pH вредности може да биде значајна.

Цинкот е еден од активните микроелементи кои влијаат на растот и нормалниот развој на организмите. Во исто време, многу соединенија на цинк се токсични, првенствено неговиот сулфат и хлорид.

Максималната дозволена концентрација во Zn 2+ е 1 mg/dm 3 (ограничувачкиот индикатор за штетност е органолептичен), максималната дозволена концентрација за Zn 2+ е 0,01 mg/dm 3 (граничниот индикатор за штетност е токсиколошки).

Тешките метали веќе го заземаат второто место по опасност, инфериорни во однос на пестицидите и значително пред познатите загадувачи како јаглерод диоксид и сулфур, а според прогнозата тие треба да станат најопасни, поопасни од отпадот од нуклеарните централи и цврсти отпад. Загадувањето со тешки метали е поврзано со нивната широка употреба во индустриското производство, заедно со слабите системи за прочистување, како резултат на што тешките метали навлегуваат во животната средина, вклучително и почвата, загадувајќи ја и труејќи ја.

Тешките метали се приоритетни загадувачи, чие следење е задолжително во сите средини. Во различни научни и применети трудови, авторите различно го толкуваат значењето на концептот „тешки метали“. Во некои случаи, дефиницијата за тешки метали вклучува елементи класифицирани како кршливи (на пример, бизмут) или металоиди (на пример, арсен).

Почвата е главниот медиум во кој влегуваат тешките метали, вклучително и од атмосферата и водната средина. Исто така, служи како извор на секундарно загадување на површинскиот воздух и водите кои од него се влеваат во Светскиот океан. Од почвата, тешките метали се апсорбираат од растенијата, кои потоа стануваат храна за поорганизираните животни.

3.3. Токсичност на олово

Во моментов, оловото е на прво место меѓу причините за индустриско труење. Ова се должи на неговата широка употреба во различни индустрии. Работниците кои ископуваат оловна руда, во топилници за олово, во производството на батерии, за време на лемењето, во печатниците, во производството на кристално стакло или керамички производи, оловен бензин, оловни бои итн., се изложени на олово.Загадување со олово на атмосферскиот воздух , почвата и водата во близина на таквите индустрии, како и во близина на главните автопатишта, претставуваат закана од изложеност на олово за населението што живее во овие области, а пред сè, за децата, кои се почувствителни на ефектите од тешките метали.

Со жалење треба да се забележи дека во Русија не постои државна политика за законско, регулаторно и економско регулирање на влијанието на оловото врз животната средина и јавното здравје, за намалување на емисиите (испуштања, отпад) на олово и неговите соединенија во животната средина, и целосно запирање на производството на бензин што содржи олово.

Поради крајно незадоволителна едукативна работа за објаснување на населението за степенот на опасност од влијанието на тешките метали врз човечкото тело, во Русија бројот на контингенти со професионален контакт со олово не се намалува, туку постепено се зголемува. Случаи на хронична интоксикација со олово се регистрирани во 14 индустрии во Русија. Водечките индустрии се електротехничката индустрија (производство на батерии), изработката на инструменти, печатењето и обоената металургија, во која интоксикацијата е предизвикана од надминување на максималната дозволена концентрација (MPC) на олово во воздухот на работната површина за 20 или повеќе. времиња.

Значаен извор на олово се издувните гасови од автомобилите, бидејќи половина од Русија сè уште користи оловен бензин. Сепак, металуршките погони, особено топилниците на бакар, остануваат главен извор на загадување на животната средина. И тука има лидери. На територијата на регионот Свердловск има 3 од најголемите извори на емисии на олово во земјата: во градовите Красноуралск, Кировоград и Ревда.

Оџаците на топилницата за бакар Красноуралск, изградени за време на годините на сталинистичката индустријализација и со користење на опрема од 1932 година, годишно исфрлаат 150-170 тони олово во градот со 34.000 жители, покривајќи сè со оловна прашина.

Концентрацијата на олово во почвата на Красноуралск варира од 42,9 до 790,8 mg/kg со максимална дозволена концентрација на MPC = 130 μ/kg. Мостри од вода во водовод на соседно село. Октјабрски, напојуван од подземен извор на вода, ја надмина максималната дозволена концентрација до два пати.

Загадувањето на животната средина со олово влијае на здравјето на луѓето. Изложеноста на олово го нарушува женскиот и машкиот репродуктивен систем. За жените на бремена и репродуктивна возраст, зголеменото ниво на олово во крвта претставува посебна опасност, бидејќи под влијание на олово се нарушува менструалната функција, предвремените породувања, спонтани абортуси и фетална смрт се почести поради пенетрација на олово низ плацентата. бариера. Новородените бебиња имаат висока стапка на смртност.

Труењето со олово е исклучително опасно за малите деца - влијае на развојот на мозокот и нервниот систем. Тестирањето на 165 деца од Красноуралск на возраст од 4 години и постари открило значително доцнење во менталниот развој кај 75,7%, а ментална ретардација, вклучително и ментална ретардација, била откриена кај 6,8% од испитаните деца.

Децата од предучилишна возраст се најподложни на штетните ефекти на оловото бидејќи нивниот нервен систем е во фаза на развој. Дури и при мали дози, труењето со олово предизвикува намалување на интелектуалниот развој, вниманието и способноста за концентрирање, заостанување во читањето и доведува до развој на агресивност, хиперактивност и други проблеми во однесувањето на детето. Овие развојни абнормалности можат да бидат долготрајни и неповратни. Ниската родилна тежина, заостанувањето и губењето на слухот исто така се резултат на труење со олово. Високите дози на интоксикација доведуваат до ментална ретардација, кома, конвулзии и смрт.

Белата книга објавена од руски експерти известува дека загадувањето со олово ја покрива целата земја и е една од бројните еколошки катастрофи во поранешниот Советски Сојуз што излегоа на виделина во последниве години. Поголемиот дел од територијата на Русија доживува оптоварување од таложење на олово што го надминува критичното оптоварување за нормално функционирање на екосистемот. Во десетици градови, концентрациите на олово во воздухот и почвата ги надминуваат вредностите што одговараат на максимално дозволените концентрации.

Највисоко ниво на загаденост на воздухот со олово, надминувајќи ја максимално дозволената концентрација, е забележано во градовите Комсомолск-на-Амур, Тоболск, Тјумен, Карабаш, Владимир, Владивосток.

Максималните оптоварувања на таложење на олово, што доведува до деградација на копнените екосистеми, се забележани во регионите на Москва, Владимир, Нижни Новгород, Рјазан, Тула, Ростов и Ленинград.

Стационарни извори се одговорни за испуштање на повеќе од 50 тони олово во форма на различни соединенија во водните тела. Истовремено, 7 фабрики за батерии испуштаат 35 тони олово годишно преку канализациониот систем. Анализата на дистрибуцијата на испуштањата на олово во водните тела во Русија покажува дека регионите Ленинград, Јарослав, Перм, Самара, Пенза и Орел се лидери во овој тип на оптоварување.

На земјата и се потребни итни мерки за намалување на загадувањето со олово, но засега економската криза во Русија ги засени еколошките проблеми. Во долготрајна индустриска депресија, Русија нема средства да го исчисти загадувањето од минатото, но ако економијата почне да закрепнува и фабриките се вратат на работа, загадувањето може само да се влоши.

10 најзагадени градови на поранешниот СССР

(Металите се наведени по опаѓачки редослед на приоритетното ниво за даден град)

1. Руднаја Пристан (регионот Приморие)	олово, цинк, бакар, манган+ванадиум, манган.
2. Белово (Кемеровски регион)	цинк, олово, бакар, никел.
3. Ревда (регион Свердловск)	бакар, цинк, олово.
4. Магнитогорск	никел, цинк, олово.
5. Глубокое (Белорусија)	бакар, олово, цинк.
6. Уст-Каменогорск (Казахстан)	цинк, бакар, никел.
7. Далегорск (Приморска територија)	олово, цинк.
8. Мончегорск (регион Мурманск)	никел.
9. Алаверди (Ерменија)	бакар, никел, олово.
10. Константиновка (Украина)	олово, жива.

4. Хигиена на почвата. Отстранување на отпад.

Почвата во градовите и другите населени места и нивната околина долго време се разликува од природната, биолошки вредна почва, која игра важна улога во одржувањето на еколошката рамнотежа. Почвата во градовите е подложна на истите штетни ефекти како урбаниот воздух и хидросферата, така што значително се деградира насекаде. На хигиената на почвата не и се посветува доволно внимание, иако нејзината важност како една од главните компоненти на биосферата (воздух, вода, почва) и биолошки фактор на животната средина е уште позначајна од водата, бидејќи количината на последната (првенствено квалитетот на подземните води) се определува според состојбата на почвата и невозможно е да се одделат овие фактори еден од друг. Почвата има способност за биолошко самопрочистување: во почвата доаѓа до разградување на отпадот што влегува во неа и негова минерализација; На крајот на краиштата, почвата ги компензира изгубените минерали на нивна сметка.

Тешките метали (ХМ) вклучуваат повеќе од 40 хемиски елементи од периодниот систем на Д.И. Менделеев, чија маса на атоми е над 50 единици на атомска маса (аму). Тоа се Pb, Zn, Cd, Hg, Cu, Mo, Mn, Ni, Sn, Co итн.

Воспоставениот концепт на „тешки метали“ не е строг, бидејќи HM често вклучува неметални елементи, на пример As, Se, а понекогаш дури и F, Be и други елементи чија атомска маса е помала од 50 amu.

Постојат многу елементи во трагови меѓу ХМ кои се биолошки важни за живите организми. Тие се неопходни и незаменливи компоненти на биокатализаторите и биорегулаторите на најважните физиолошки процеси. Сепак, вишокот на содржина на тешки метали во различни објекти од биосферата има депресивно, па дури и токсичен ефект врз живите организми.

Изворите на тешки метали кои влегуваат во почвата се поделени на природни (влијанија на карпите и минералите, процеси на ерозија, вулканска активност) и техногени (вадење и преработка на минерали, согорување гориво, влијание на возила, земјоделство итн.) Земјоделски површини, дополнително кон загадувањето преку атмосферата, НМ се исто така конкретно загадени, преку употреба на пестициди, минерални и органски ѓубрива, варовник и употреба на отпадни води. Неодамна, научниците посветија посебно внимание на урбаните почви. Последниве доживуваат значителен притисок предизвикан од човекот, од кој дел е и загадувањето со НВ.

Во табелата 3.14 и 3.15 ја прикажуваат дистрибуцијата на НВ во различни објекти од биосферата и изворите на влегување на НВ во животната средина.

Табела 3.14

Елемент	Почви	Свежи води	морските води	Растенија	Животни (во мускулното ткиво)
Мн	1000	0,008	0,0002	0,3-1000	0,2-2,3
Zn	90 (1-900)	0,015	0,0049	1,4-600	240
Cu	30 (2-250)	0,003	0,00025	4-25	10
Ко	8 (0,05-65)	0,0002	0,00002	0,01-4,6	0,005-1
Pb	35 (2-300)	0,003	0,00003	0,2-20	0,23-3,3
Cd	0,35 (0,01-2)	0,0001	-	0,05-0,9	0,14-3,2
Хг	0,06	0,0001	0,00003	0,005-0,02	0,02-0,7
Како	6	0,0005	0,0037	0,02-7	0,007-0,09
Се	0,4 (0,01-12)	0,0002	00,0002	0,001-0,5	0,42-1,9
Ф	200	0,1	1,3	0,02-24	0,05
Б	20 (2-270)	0,15	4,44	8-200	0,33-1
Мо	1,2 (0,1-40)	0,0005	0,01	0,03-5	0,02-0,07
Кр	70 (5-1500)	0,001	0,0003	0,016-14	0,002-0,84
Ни	50 (2-750)	0,0005	0,00058	0,02-4	1-2

Табела 3.15

Извори на загадување на животната средина ТМ

Крај на табелата. 3.4

НМ стигнуваат до површината на почвата во различни форми. Тоа се оксиди и разни соли на метали, растворливи и практично нерастворливи во вода (сулфиди, сулфати, арсенити итн.). Во емисиите на претпријатијата за преработка на руда и претпријатијата за обоена металургија - главен извор на загадување на животната средина со тешки метали - најголемиот дел од металите (70-90%) се во форма на оксиди.

Откако ќе се најдат на површината на почвата, HMs може или да се акумулираат или да се уништат, во зависност од природата на геохемиските бариери својствени за дадена област.

Повеќето од НМ кои пристигнуваат на површината на почвата се фиксирани во горните хумусни хоризонти. HM се сорбираат на површината на честичките на почвата, се врзуваат за органската материја на почвата, особено во форма на елементарни органски соединенија, се акумулираат во железни хидроксиди, формираат дел од кристалните решетки на глинените минерали, произведуваат свои минерали како резултат на изоморфни замена, а се во растворлива состојба во влажност на почвата и гасовита состојба во воздухот во почвата, се составен дел од почвената биота.

Степенот на мобилност на тешките метали зависи од геохемиската ситуација и нивото на техногеното влијание. Распределбата со големина на тешки честички и високата содржина на органска материја доведува до врзување на HM во почвата. Зголемувањето на pH вредностите ја зголемува сорпцијата на металите кои формираат катјони (бакар, цинк, никел, жива, олово итн.) и ја зголемува мобилноста на металите кои формираат анјони (молибден, хром, ванадиум итн.). Зголемувањето на оксидативните услови ја зголемува миграциската способност на металите. Како резултат на тоа, според нивната способност да ги врзуваат поголемиот дел од HMs, почвите ја формираат следната серија: сива почва > чернозем > бусен-подзолична почва.

Времетраењето на престојот на загадувачките компоненти во почвата е многу подолго отколку во другите делови на биосферата, а контаминацијата на почвата, особено со тешки метали, е речиси вечна. Металите се акумулираат во почвата и полека се отстрануваат преку лужење, потрошувачка на растенија, ерозија и дефлација (Кабата-Пендиас и Пендиас, 1989). Периодот на полу-отстранување (или отстранување на половина од почетната концентрација) на HM варира многу за различни елементи, но е прилично долги временски периоди: за Zn - од 70 до 510 години; за Cd - од 13 до 110 години; за Cu - од 310 до 1500 години и за Pb - 2 - од 740 до 5900 години (Садовскаја, 1994).

Контаминацијата на почвата со тешки метали има два негативни аспекти. Прво, навлегувајќи преку синџирите на исхрана од почвата во растенијата, а оттаму во телото на животните и луѓето, тешките метали предизвикуваат сериозни болести кај нив - зголемување на инциденцата на населението и намалување на животниот век, како и намалување на количината и квалитетот на реколтата на земјоделските растенија и сточарските производи.

Второ, акумулирајќи се во големи количини во почвата, HMs се способни да променат многу од неговите својства. Пред сè, промените влијаат на биолошките својства на почвата: се намалува вкупниот број на микроорганизми, се стеснува нивниот вид состав (разновидност), се менува структурата на микробиолошките заедници, се намалува интензитетот на основните микробиолошки процеси и активноста на ензимите на почвата итн. Тешката контаминација со тешки метали доведува до промени во поконзервативните карактеристики на почвата, како што се статусот на хумусот, структурата, pH вредноста на околината итн. Резултатот од ова е делумно, а во некои случаи и целосно губење на плодноста на почвата.

Во природата, постојат области со недоволна или прекумерна содржина на HMs во почвите. Абнормалната содржина на тешки метали во почвите се должи на две групи причини: биогеохемиските карактеристики на екосистемите и влијанието на техногените текови на материјата. Во првиот случај, областите каде што концентрацијата на хемиски елементи е повисока или пониска од оптималното ниво за живите организми се нарекуваат природни геохемиски аномалии или биогеохемиски провинции. Овде, аномалната содржина на елементите се должи на природни причини - карактеристиките на карпите што формираат почва, процесот на формирање на почвата и присуството на аномалии на рудата. Во вториот случај, териториите се нарекуваат вештачки геохемиски аномалии. Во зависност од размерот, тие се делат на глобални, регионални и локални.

Почвата, за разлика од другите компоненти на природната средина, не само што геохемиски ги акумулира компонентите на загадувањето, туку и делува како природен тампон кој го контролира трансферот на хемиски елементи и соединенија во атмосферата, хидросферата и живата материја.

Различни растенија, животни и луѓе бараат одреден состав на почва и вода за нивниот живот. На места на геохемиски аномалии, отежнат пренос на отстапувања од нормата во минералниот состав се јавува низ целиот синџир на исхрана.

Како резултат на нарушувања во минералната исхрана, промени во составот на видовите на фито-, зоо- и микробиоценози, болести на формите на дивите растенија, намалување на квантитетот и квалитетот на културите на земјоделски растенија и сточарски производи, зголемување на морбидитетот кај населението и се забележува намалување на животниот век (Табела 3.15). Механизмот на токсично дејство на HM е претставен во Табела. 3.16.

Табела 3.15

Физиолошки нарушувања кај растенијата со вишок и недостаток на содржина на HM во нив (според Kovalevsky, Andrianova, 1970; Kabata-pendias,

Пендас, 1989)

Елемент	Физиолошки нарушувања
Елемент	во случај на недостиг	во случај на вишок
Cu	Хлороза, венеење, меланизам, бели завиткани коронки, ослабена формација на паника, нарушена лигнификација, суви врвови на дрвја	Темно зелени листови, како кај хлорозата индуцирана од Fe; дебели, кратки или бодликава жица корени, инхибиција на формирање на пука
Zn	Интервеинална хлороза (главно кај едноколини), застој на растот, лисја од розета на дрвјата, виолетово-црвени точки на лисјата	Хлороза и некроза на врвовите на листовите, интервенална хлороза на млади листови, застој во растот на растението како целина, оштетени корени кои личат на бодликава жица
Cd	-	Кафени рабови на листовите, хлороза, црвеникави вени и ливчиња, завиткани лисја и кафеави неразвиени корени
Хг	-	Одредена инхибиција на никулци и корени, хлороза на листовите и кафени дамки на нив
Pb	-	Намалена стапка на фотосинтеза, темнозелени лисја, виткање на старите лисја, закржлавено зеленило, кафеави кратки корени

Табела 3.16

Механизам на дејство на токсичноста на HM (според Torshin et al., 1990)

Елемент	Акција
Cu, Zn, Cd, Hg, Pb	Ефект врз мембранската пропустливост, реакција со SH - групи на цистеин и метионин
Pb	Промена на тродимензионалната структура на протеините
Cu, Zn, Hg, Ni	Формирање на комплекси со фосфолипиди
Ни	Формирање на комплекси со албумин
	Ензимска инхибиција:
Hg2+	алкална фосфатаза, глуко-6-фосфатаза, лактат дехидрогеназа
Cd2+	аденозин трифосфатази, алкохол дехидрогенази, амилази, јаглеродни анхидрази, карбоксипептидази (пентидази), глутамат оксалоацетат трансаминази
Pb2+	ацетилхолинестераза, алкална фосфатаза, АТПаза
Ni2+	јаглеродна анхидраза, цитохром оксидаза, бензопирен хидроксилаза

Токсичниот ефект на тешките метали врз биолошките системи првенствено се должи на фактот дека тие лесно се врзуваат за сулфидрилни групи на протеини (вклучувајќи ензими), потиснувајќи ја нивната синтеза и со тоа го нарушуваат метаболизмот во телото.

Живите организми развија различни механизми на отпорност на HM: од редукција на HM јони во помалку токсични соединенија до активирање на системи за транспорт на јони кои ефикасно и специфично ги отстрануваат токсичните јони од клетката во надворешната средина.

Најзначајната последица од влијанието на тешките метали врз живите организми, што се манифестира на биогеоценотичното и биосферното ниво на организација на живата материја, е блокирањето на процесите на оксидација на органската материја. Ова доведува до намалување на стапката на нејзината минерализација и акумулација во екосистемите. Во исто време, зголемувањето на концентрацијата на органска материја предизвикува врзување на HM, што привремено го олеснува оптоварувањето на екосистемот. Намалувањето на стапката на распаѓање на органската материја поради намалувањето на бројот на организми, нивната биомаса и интензитетот на виталната активност се смета за пасивен одговор на екосистемите на загадувањето со HM. Активната отпорност на организмите на антропогени оптоварувања се манифестира само за време на животната акумулација на метали во телата и скелетите. За овој процес се одговорни најотпорните видови.

Отпорноста на живите организми, пред сè на растенијата, на покачени концентрации на тешки метали и нивната способност да акумулираат високи концентрации на метали може да претставува голема опасност за здравјето на луѓето, бидејќи овозможуваат навлегување на загадувачи во синџирите на исхрана. Во зависност од геохемиските услови на производство, човечката храна од растително и животинско потекло може да ги задоволи човечките потреби за минерални елементи, да биде дефицитарна или да содржи вишок од нив, да стане потоксична, предизвикувајќи болести, па дури и смрт (Табела 3.17).

Табела 3.17

Ефектот на HM врз човечкото тело (Ковалски, 1974; Концизна медицинска енциклопедија, 1989; Торшин и сор., 1990; Влијание врз телото.., 1997; Прирачник за токсикологија.., 1999)

Елемент	Физиолошки абнормалности
Елемент	во случај на недостиг	во случај на вишок
Мн	Болести на коскениот систем	Треска, пневмонија, оштетување на централниот нервен систем (манган паркинсонизам), ендемичен гихт, циркулаторни нарушувања, гастроинтестинални функции, неплодност
Cu	Слабост, анемија, леукемија, болести на скелетниот систем, нарушена координација на движењата	Професионални заболувања, хепатитис, Вилсонова болест. Влијае на бубрезите, црниот дроб, мозокот, очите
Zn	Намален апетит, деформација на коските, џуџест раст, долго зараснување на рани и изгореници, слаб вид, миопија	Намалена отпорност на рак, анемија, инхибиција на оксидативните процеси, дерматитис
Pb	-	Олово енцефалоневропатија, метаболички нарушувања, инхибиција на ензимски реакции, недостаток на витамини, анемија, мултиплекс склероза. Дел од скелетниот систем наместо калциум
Cd	-	Гастроинтестинални нарушувања, респираторни нарушувања, анемија, зголемен крвен притисок, оштетување на бубрезите, Итаи-итаи болест, протеинурија, остеопороза, мутагени и канцерогени ефекти
Хг	-	Лезии на централниот нервен систем и периферните нерви, инфантилизам, репродуктивна дисфункција, стоматитис, болест Минамата, предвремено стареење
Ко	Ендемична гушавост	-
Ни	-	Дерматитис, хематопоетско нарушување, канцерогеност, ембриотоксикоза, субакутна миело-оптичка невропатија
Кр	-	Дерматитис, канцерогеност
В	-	Болести на кардиоваскуларниот систем

Различните HM претставуваат закана за здравјето на луѓето во различен степен. Најопасни се Hg, Cd, Pb (Табела 3.18).

Табела 3.18

Класи на загадувачи според нивниот степен на опасност (ГОСТ 17.4.1.02-83)

Прашањето за регулирање на содржината на тешки метали во почвата е многу комплицирано. Нејзиното решение треба да се заснова на препознавање на мултифункционалноста на почвата. Во процесот на рационализирање, почвата може да се гледа од различни позиции: како природно тело; како живеалиште и супстрат за растенија, животни и микроорганизми; како предмет и средство за земјоделско и индустриско производство; како природен резервоар кој содржи патогени микроорганизми. Стандардизацијата на содржината на HM во почвата мора да се изврши врз основа на почвено-еколошки принципи, кои ја негираат можноста за изнаоѓање униформни вредности за сите почви.

Постојат два главни пристапи кон прашањето за санација на почвите контаминирани со тешки метали. Првата е насочена кон расчистување на почвата од ХМ. Прочистувањето може да се изврши со лужење, со екстракција на HM од почвата со помош на растенија, со отстранување на горниот контаминиран слој на почвата итн. Вториот пристап се заснова на фиксирање на HM во почвата, претворајќи ги во форми кои се нерастворливи во вода и недостапни за живите организми. За таа цел се предлага во почвата да се воведат органска материја, фосфорни минерални ѓубрива, јоноразменувачки смоли, природни зеолити, кафеав јаглен, варовник на почвата и др.. Меѓутоа, секој начин на фиксирање на HM во почвата има свој рок на важност. Порано или подоцна, дел од НВ повторно ќе почне да влегува во почвениот раствор, а оттаму во живите организми.

Така, тешките метали вклучуваат повеќе од 40 хемиски елементи, чија маса на атоми е над 50 а. јадете. Тоа се Pb, Zn, Cd, Hg, Cu, Mo, Mn, Ni, Sn, Co итн. Меѓу HMs има многу елементи во трагови, кои се неопходни и незаменливи компоненти на бикатализаторите и биорегулаторите на најважните физиолошки процеси. Сепак, вишокот на содржина на тешки метали во различни објекти од биосферата има депресивно, па дури и токсичен ефект врз живите организми.

Изворите на тешки метали кои влегуваат во почвата се поделени на природни (влијанија на карпите и минералите, процеси на ерозија, вулканска активност) и техногени (ископување и преработка на минерали, согорување гориво, влијание на моторниот транспорт, земјоделство итн.).

НМ стигнуваат до површината на почвата во различни форми. Тоа се оксиди и разни соли на метали, и растворливи и практично нерастворливи во вода.

Еколошките последици од контаминацијата на почвата со тешки метали зависат од параметрите на загадувањето, геохемиските услови и стабилноста на почвата. Параметрите на загадувањето ја вклучуваат природата на металот, односно неговите хемиски и токсични својства, содржината на метал во почвата, формата на хемиското соединение, периодот од моментот на загадување итн. Отпорот на почвите на загадување зависи од распределба на големината на честичките, содржината на органска материја, киселост алкални и редокс услови, активност на микробиолошки и биохемиски процеси итн.

При регулирање на содржината на тешки метали во почвата треба да се земе предвид мултифункционалноста на почвата. Почвата може да се смета како природно тело, како живеалиште и супстрат за растенијата, животните и микроорганизмите, како предмет и средство за земјоделско и индустриско производство, како природен резервоар кој содржи патогени микроорганизми, како дел од копнената биогеоценоза и биосферата како цело.

Тешки метали во почвата

Во последно време, поради брзиот развој на индустријата, се забележува значително зголемување на нивото на тешки метали во животната средина. Терминот „тешки метали“ се применува на метали или со густина поголема од 5 g/cm 3 или со атомски број поголем од 20. Иако, постои уште една гледна точка, според која над 40 хемиски елементи со атомска маса поголема од 50 се класифицирани како тешки метали на. единици Помеѓу хемиските елементи, тешките метали се најтоксични и се на второ место по пестицидите по нивното ниво на опасност. Во исто време, следните хемиски елементи се сметаат за токсични: Co, Ni, Cu, Zn, Sn, As, Se, Te, Rb, Ag, Cd, Au, Hg, Pb, Sb, Bi, Pt.

Фитотоксичноста на тешките метали зависи од нивните хемиски својства: валентност, јонски радиус и способност да формираат комплекси. Во повеќето случаи, елементите се распоредени по редослед на токсичност: Cu > Ni > Cd > Zn > Pb > Hg > Fe > Mo > Mn. Сепак, оваа серија може малку да варира поради нееднаквото врнење на елементите од почвата и преминувањето во состојба недостапна за растенијата, условите за растење и физиолошките и генетските карактеристики на самите растенија. Трансформацијата и миграцијата на тешките метали се случува под директно и индиректно влијание на реакцијата на сложеноста. При проценка на загадувањето на животната средина, неопходно е да се земат предвид својствата на почвата и, пред сè, гранулометрискиот состав, содржината на хумус и пуферскиот капацитет. Пуферниот капацитет се подразбира како способност на почвите да ја одржуваат концентрацијата на метали во почвениот раствор на константно ниво.

Во почвите, тешките метали се присутни во две фази - цврсти и во почвен раствор. Формата на постоење на метали се определува од реакцијата на околината, хемискиот и материјалниот состав на почвениот раствор и, пред сè, содржината на органски материи. Комплексните елементи кои ја загадуваат почвата се концентрирани главно во нејзиниот горен слој од 10 cm. Меѓутоа, кога почвата со низок пуфер е закиселена, значителен дел од металите од состојбата со апсорпција на размена поминува во растворот на почвата. Кадмиумот, бакарот, никелот и кобалтот имаат силна миграциска способност во кисела средина. Намалувањето на pH вредноста за 1,8-2 единици доведува до зголемување на мобилноста на цинкот за 3,8-5,4, кадмиумот за 4-8, бакарот за 2-3 пати.

Табела 1 Стандарди за максимално дозволена концентрација (MAC), позадинска содржина на хемиски елементи во почвите (mg/kg)

Елемент	Класа на опасност	MPC		UEC по почвени групи			Содржина во позадина
		Бруто содржина	Може да се извлече со пуфер од амониум ацетат (pH=4,8)	Песочна, песочна кирпич	Глинен, глинест
		Бруто содржина	Може да се извлече со пуфер од амониум ацетат (pH=4,8)	Песочна, песочна кирпич	pH x l< 5,5	pH x l > 5,5
Pb	1	32	6	32	65	130	26
Zn	1	-	23	55	110	220	50
Cd	1	-	-	0,5	1	2	0,3
Cu	2	-	3	33	66	132	27
Ни	2	-	4	20	40	80	20
Ко	2	-	5	-	-	-	7,2

Така, кога тешките метали влегуваат во почвата, тие брзо комуницираат со органски лиганди за да формираат сложени соединенија. Значи, при ниски концентрации во почвата (20-30 mg/kg), приближно 30% од оловото е во форма на комплекси со органска материја. Пропорцијата на сложени оловни соединенија се зголемува со зголемување на концентрацијата до 400 mg/g, а потоа се намалува. Металите исто така се сорбираат (заменливо или незаменливо) со седименти на железо и манган хидроксиди, глинени минерали и органска материја од почвата. Металите достапни за растенијата и способни за лужење се наоѓаат во почвениот раствор во форма на слободни јони, комплекси и хелати.

Апсорпцијата на HM од почвата во голема мера зависи од реакцијата на околината и од тоа кои анјони преовладуваат во почвениот раствор. Во кисела средина, бакарот, оловото и цинкот повеќе се сорбираат, а во алкална средина интензивно се апсорбираат кадмиумот и кобалтот. Бакарот преференцијално се врзува за органски лиганди и железни хидроксиди.

Табела 2 Подвижност на микроелементите во различни почви во зависност од рН на почвениот раствор

Почвените и климатските фактори често ја одредуваат насоката и брзината на миграцијата и трансформацијата на HM во почвата. Така, условите на почвените и водните режими на шумско-степската зона придонесуваат за интензивна вертикална миграција на НВ долж профилот на почвата, вклучително и можно пренесување на метали со проток на вода по пукнатини, коренски премини итн.

Никел (Ni) е елемент од групата VIII на периодниот систем со атомска маса од 58,71. Никелот заедно со Mn, Fe, Co и Cu спаѓа во таканаречените преодни метали, чии соединенија имаат висока биолошка активност. Поради структурните карактеристики на електронските орбитали, горенаведените метали, вклучувајќи го и никелот, имаат изразена способност да формираат комплекси. Никелот е способен да формира стабилни комплекси, на пример, со цистеин и цитрат, како и со многу органски и неоргански лиганди. Геохемискиот состав на изворните карпи во голема мера ја одредува содржината на никел во почвите. Најголемо количество никел има во почвите формирани од основни и ултрабазни карпи. Според некои автори, границите на вишок и токсични нивоа на никел за повеќето видови варираат од 10 до 100 mg/kg. Најголемиот дел од никелот е неподвижно фиксиран во почвата, а многу слабата миграција во колоидна состојба и во составот на механичките суспензии не влијае на нивната дистрибуција по вертикалниот профил и е доста униформа.

Олово (Pb). Хемијата на оловото во почвата се одредува со деликатната рамнотежа на спротивно насочени процеси: сорпција-десорпција, растворање-транзиција во цврста состојба. Оловото ослободено во почвата е вклучено во циклус на физички, хемиски и физичко-хемиски трансформации. Во почетокот доминираат процесите на механичко движење (честичките на олово се движат по површината и низ пукнатините во почвата) и конвективната дифузија. Потоа, како што се раствораат соединенијата на оловото во цврста фаза, се појавуваат посложени физички и хемиски процеси (особено, процеси на дифузија на јони), придружени со трансформација на оловните соединенија кои пристигнуваат со прашина.

Утврдено е дека оловото мигрира и вертикално и хоризонтално, при што вториот процес преовладува над првиот. Во текот на 3 години набљудувања во ливада со мешана трева, оловната прашина нанесена локално на површината на почвата се движеше хоризонтално за 25-35 cm, а длабочината на нејзиното навлегување во дебелината на почвата беше 10-15 cm. Биолошките фактори играат важна улога во миграцијата на олово: корените на растенијата апсорбираат јони метали; во текот на сезоната на растење тие се движат низ почвата; Кога растенијата умираат и се распаѓаат, оловото се ослободува во околната почвена маса.

Познато е дека почвата има способност да го врзува (сорбира) техногеното олово што влегува во неа. Се верува дека сорпцијата вклучува неколку процеси: целосна размена со катјони на комплексот за апсорпција на почвата (неспецифична адсорпција) и серија реакции на сложеност на олово со донатори на компоненти на почвата (специфична адсорпција). Во почвата, оловото е поврзано главно со органска материја, како и со глинени минерали, манган оксиди и железо и алуминиум хидроксиди. Со врзување на олово, хумусот ја спречува неговата миграција во соседните средини и го ограничува неговото влегување во растенијата. Од глинените минерали, илитите се карактеризираат со склоност кон сорпција на олово. Зголемувањето на pH вредноста на почвата за време на варењето доведува до уште поголемо врзување на оловото во почвата поради формирање на слабо растворливи соединенија (хидроксиди, карбонати, итн.).

Оловото, присутно во почвата во подвижни форми, со текот на времето се фиксира од компонентите на почвата и станува недостапно за растенијата. Според домашните истражувачи, оловото е најцврсто фиксирано во почвите од чернозем и тресет-тиња.

Кадмиум (Cd) Особеноста на кадмиумот, што го разликува од другите HM, е тоа што во почвениот раствор е присутен главно во форма на катјони (Cd 2+), иако во почва со неутрална реакциона средина може да формира слабо растворлив комплекси со сулфати и фосфати или хидроксиди.

Според достапните податоци, концентрацијата на кадмиум во почвените раствори на позадинските почви се движи од 0,2 до 6 μg/l. Во областите на загадување на почвата се зголемува на 300-400 µg/l.

Познато е дека кадмиумот во почвите е многу подвижен, т.е. е способен да се движи во големи количини од цврстата фаза во течната фаза и назад (што го отежнува предвидувањето на неговото влегување во фабриката). Механизмите кои ја регулираат концентрацијата на кадмиум во почвениот раствор се одредуваат со процесите на сорпција (под сорпција подразбираме самата адсорпција, таложење и комплексирање). Кадмиумот се апсорбира од почвата во помали количини од другите HMs. За да се карактеризира мобилноста на тешките метали во почвата, се користи односот на концентрациите на металите во цврстата фаза со онаа во растворот за рамнотежа. Високите вредности на овој сооднос укажуваат на тоа дека тешките метали се задржуваат во цврста фаза поради реакцијата на сорпција, додека ниските вредности укажуваат дека металите се во раствор, од каде што можат да мигрираат во други медиуми или да влезат во различни реакции (геохемиски или биолошки). Познато е дека водечкиот процес во врзувањето на кадмиумот е адсорпција од глини. Истражувањата во последните години ја покажаа и важната улога на хидроксилните групи, железните оксиди и органската материја во овој процес. Кога нивото на загадување е ниско, а реакцијата на околината е неутрална, кадмиумот се адсорбира главно од железни оксиди. А во кисела средина (pH=5), органската материја почнува да делува како моќен адсорбент. При пониски pH вредности (pH=4), функциите на адсорпција се префрлаат речиси исклучиво на органска материја. Минералните компоненти престануваат да играат каква било улога во овие процеси.

Познато е дека кадмиумот не само што се сорбира од површината на почвата, туку е фиксиран и поради врнежите, коагулацијата и меѓупакетната апсорпција од глинените минерали. Се дифузира во честичките на почвата преку микропори и други начини.

Кадмиумот се фиксира различно во различни типови почви. Досега, малку е познато за конкурентните односи на кадмиумот со другите метали во процесите на сорпција во комплексот што апсорбира почва. Според истражувањето на специјалисти од Техничкиот универзитет во Копенхаген (Данска), во присуство на никел, кобалт и цинк, апсорпцијата на кадмиум од почвата била потисната. Други студии покажаа дека процесите на сорпција на кадмиум од почвата се амортизираат во присуство на јони на хлор. Заситеноста на почвата со јони на Ca 2+ доведе до зголемување на сорпцијата на кадмиум. Многу врски на кадмиум со компонентите на почвата излегуваат како кревки; под одредени услови (на пример, кисела реакција на околината), тој се ослободува и се враќа во раствор.

Откриена е улогата на микроорганизмите во процесот на растворање на кадмиумот и неговата транзиција во мобилна состојба. Како резултат на нивната витална активност, или се формираат метални комплекси растворливи во вода, или се создаваат физичко-хемиски услови кои се поволни за премин на кадмиумот од цврста во течна фаза.

Процесите што се случуваат со кадмиумот во почвата (сорпција-десорпција, премин во раствор итн.) се меѓусебно поврзани и зависни; снабдувањето со овој метал на растенијата зависи од нивната насока, интензитет и длабочина. Познато е дека количината на сорпција на кадмиум од почвата зависи од pH вредноста: колку е поголема pH вредноста на почвата, толку повеќе кадмиум сорби. Така, според достапните податоци, во опсегот на pH од 4 до 7,7, со зголемување на pH за една единица, капацитетот на сорпција на почвите во однос на кадмиумот се зголеми приближно трипати.

Цинк (Zn). Недостатокот на цинк може да се манифестира и на кисели, високо подзолизирани лесни почви, и на карбонатни почви, сиромашни со цинк и на почви многу богати со хумус. Манифестацијата на дефицит на цинк се засилува со употреба на високи дози на фосфорни ѓубрива и силно орање на подземјето до обработливиот хоризонт.

Највисока содржина на бруто цинк има во почвите на тундра (53-76 mg/kg) и чернозем (24-90 mg/kg), а најмала во почвите со бусен-подзол (20-67 mg/kg). Недостатокот на цинк најчесто се јавува на неутрални и малку алкални карбонатни почви. Во кисели почви, цинкот е поподвижен и достапен за растенијата.

Цинкот во почвата е присутен во јонска форма, каде што се адсорбира со механизам за размена на катјони во кисела средина или како резултат на хемисорпција во алкална средина. Најподвижен јон е Zn 2+. Подвижноста на цинкот во почвата е главно под влијание на pH вредноста и содржината на глинените минерали. На pH вредност<6 подвижность Zn 2+ возрастает, что приводит к его выщелачиванию. Попадая в межпакетные пространства кристаллической решетки монтмориллонита, ионы цинка теряют свою подвижность. Кроме того, цинк образует устойчивые формы с органическим веществом почвы, поэтому он накапливается в основном в горизонтах почв с высоким содержанием гумуса и в торфе.

Тешки метали во растенијата

Според А.П. Влегувајќи во растението во мали количини и станувајќи составен дел или активатор на ензимите, микроелементите вршат услужни функции во метаболичките процеси. Кога невообичаено високи концентрации на елементи влегуваат во животната средина, тие стануваат токсични за растенијата. Навлегувањето на тешки метали во растителното ткиво во вишок количини доведува до нарушување на нормалното функционирање на нивните органи, а ова нарушување е посилно, толку е поголем вишокот на токсиканти. Продуктивноста паѓа како резултат. Токсичниот ефект на HMs се манифестира уште од раните фази на развојот на растенијата, но во различен степен на различни почви и за различни култури.

Апсорпцијата на хемиски елементи од растенијата е активен процес. Пасивната дифузија претставува само 2-3% од вкупната маса на апсорбираните минерални компоненти. Кога содржината на метали во почвата е на позадинско ниво, доаѓа до активна апсорпција на јоните, а ако се земе предвид малата подвижност на овие елементи во почвите, тогаш на нивната апсорпција треба да и претходи мобилизација на цврсто врзани метали. Кога содржината на тешки метали во коренскиот слој е во количини што значително ги надминуваат максималните концентрации во кои металот може да се фиксира со користење на внатрешните ресурси на почвата, такви количини метали влегуваат во корените што мембраните повеќе не можат да ги задржат. Како резултат на тоа, снабдувањето со јони или соединенија на елементи повеќе не е регулирано со клеточни механизми. На кисели почви има поинтензивна акумулација на HMs отколку на почви со неутрална или блиска до неутрална реакциона средина. Мерка за вистинското учество на HM јоните во хемиските реакции е нивната активност. Токсичниот ефект на високите концентрации на тешки метали врз растенијата може да се манифестира со нарушување на снабдувањето и дистрибуцијата на други хемиски елементи. Природата на интеракцијата на тешките метали со другите елементи варира во зависност од нивните концентрации. Миграцијата и влегувањето во растението се случува во форма на сложени соединенија.

За време на почетниот период на контаминација на животната средина со тешки метали, поради тампон својства на почвата, што доведува до инактивација на токсиканти, растенијата практично нема да доживеат негативни ефекти. Сепак, заштитните функции на почвата не се неограничени. Како што се зголемува нивото на загадување со тешки метали, нивната инактивација станува нецелосна и протокот на јони ги напаѓа корените. Фабриката е способна да претвори некои од јоните во помалку активна состојба дури и пред да навлезат во кореновиот систем на растението. Ова е, на пример, хелација со употреба на коренски секрети или адсорпција на надворешната површина на корените со формирање на сложени соединенија. Дополнително, како што покажаа вегетациските експерименти со очигледно токсични дози на цинк, никел, кадмиум, кобалт, бакар и олово, корените се наоѓаат во слоеви кои не се контаминирани со HM почви и во овие случаи нема симптоми на фототоксичност.

И покрај заштитните функции на кореновиот систем, тешките метали влегуваат во коренот под загадени услови. Во овој случај, стапуваат во игра заштитните механизми, благодарение на кои се јавува специфична дистрибуција на HM меѓу растителните органи, што овозможува да се заштити нивниот раст и развој што е можно поцелосно. Покрај тоа, содржината на, на пример, тешки метали во ткивата на корените и семињата во високо загадени средини може да варира за 500-600 пати, што укажува на големите заштитни способности на овој подземен растителен орган.

Вишокот на хемиски елементи предизвикува токсикоза кај растенијата. Како што се зголемува концентрацијата на тешки метали, растот на растенијата прво се забавува, потоа се јавува хлороза на листовите, која се заменува со некроза и, конечно, се оштетува кореновиот систем. Токсичниот ефект на HM може да се манифестира директно и индиректно. Директниот ефект на вишокот тешки метали во растителните клетки се должи на реакциите на сложеност, што резултира со блокирање на ензимите или таложење на протеини. Деактивирањето на ензимските системи се јавува како резултат на замена на ензимот метал со метал што загадува. Кога содржината на токсикантот е критична, каталитичката способност на ензимот е значително намалена или целосно блокирана.

Растенијата се хиперакумулатори на тешки метали

А.П. Виноградов (1952) идентификувал растенија кои се способни да концентрираат елементи. Тој посочи на два вида растенија - концентратори:

1) растенија кои концентрираат елементи на масовна скала;

2) растенија со селективна (видови) концентрација.

Растенијата од првиот тип се збогатуваат со хемиски елементи доколку вторите се содржани во почвата во зголемени количини. Концентрацијата во овој случај е предизвикана од еколошки фактор.

Растенијата од вториот тип се карактеризираат со постојано висока количина на еден или друг хемиски елемент, без оглед на неговата содржина во околината. Тоа е определено од генетски фиксирана потреба.

Со оглед на механизмот на апсорпција на тешки метали од почвата во растенијата, можеме да зборуваме за бариерни (неконцентрирачки) и без бариери (концентрирачки) типови на акумулација на елементи. Акумулацијата на бариерата е типична за повеќето повисоки растенија и не е типична за бриофити и лишаи. Така, во работата на М.А.Тоика и Л.Н.Потехина (1980), сфагнумот (2,66 mg/kg) е именуван како растение-концентратор на кобалт; бакар (10,0 mg/kg) - бреза, друпе, крин на долината; манган (1100 mg/kg) - боровинки. Леп и сор. (1987) откри високи концентрации на кадмиум во спорофорите на габата Amanita muscaria што расте во шумите од бреза. Во спорофорите на габата содржината на кадмиум изнесувала 29,9 mg/kg сува тежина, а во почвата на која растеле - 0,4 mg/kg. Постои мислење дека растенијата кои се концентратори на кобалт се исто така високо толерантни на никел и се способни да го акумулираат во големи количини. Тие вклучуваат, особено, растенија од фамилиите Boraginaceae, Brassicaceae, Myrtaceae, Fabaceae, Caryophyllaceae. Кај лековитите растенија се пронајдени и концентратори на никел и суперконцентратори. Суперконцентраторите вклучуваат дрво од диња, беладона беладона, жолт афион, срдечна бура, пасифлора и Thermopsis lanceolata. Видот на акумулација на хемиски елементи кои се наоѓаат во високи концентрации во хранливата средина зависи од фазите на раст на растенијата. Акумулацијата без бариери е карактеристична за фазата на расад, кога растенијата не ги разликуваат надземните делови во различни органи, а во последните фази од сезоната на растење - по созревањето, како и во периодот на зимски мирување, кога бариера -слободната акумулација може да биде придружена со ослободување на вишок на хемиски елементи во цврстата фаза (Ковалевски, 1991).

Растенијата што се акумулираат се среќаваат во фамилиите Brassicaceae, Euphorbiaceae, Asteraceae, Lamiaceae и Scrophulariaceae (Baker 1995). Најпознато и најпроучено меѓу нив е Brassica juncea (индиски сенф), растение кое развива голема биомаса и е способно да акумулира Pb, Cr (VI), Cd, Cu, Ni, Zn, 90Sr, B и Se (Nanda Kumar et Ал., 1995; Солт и сор., 1995; Раскин и сор., 1994 година). Од различните тестирани растителни видови, B. juncea имаше најизразена способност за транспорт на олово над земја, акумулирајќи повеќе од 1,8% од овој елемент во надземните органи (врз основа на сува тежина). Со исклучок на сончогледот (Helianthus annuus) и тутунот (Nicotiana tabacum), другите растителни видови кои не се Brassicaceae имале биолошки коефициент на навлегување помал од 1.

Според класификацијата на растенијата според нивниот одговор на присуството на тешки метали во нивната растечка средина, користена од многу странски автори, растенијата имаат три главни стратегии за раст на почви контаминирани со метали:

Метални исклучувачи.

Таквите растенија одржуваат постојана ниска концентрација на метал и покрај големите варијации во неговата концентрација во почвата, задржувајќи го главно металот во корените. Ексклузивните растенија се способни да ја менуваат пропустливоста на мембраната и капацитетот за врзување на метал на клеточните ѕидови или да ослободуваат големи количини на хелатни супстанции.

Метални индикатори.

Тие вклучуваат растителни видови кои активно акумулираат метал во надземните делови и генерално го одразуваат нивото на содржина на метал во почвата. Тие го толерираат постојното ниво на метална концентрација поради формирање на екстрацелуларни соединенија за врзување на метали (хелатори) или ја менуваат природата на металната преграда со складирање во области осетливи на метал. Растителни видови кои акумулираат метал. Растенијата што припаѓаат на оваа група можат да го акумулираат металот во надземната биомаса во концентрации многу повисоки од оние во почвата. Бејкер и Брукс ги дефинираа металните хиперакумулатори како растенија кои содржат повеќе од 0,1%, т.е. повеќе од 1000 mg/g бакар, кадмиум, хром, олово, никел, кобалт или 1% (повеќе од 10.000 mg/g) цинк и манган во сува тежина. За ретки метали, оваа вредност е повеќе од 0,01% во однос на сувата тежина. Истражувачите ги идентификуваат хиперакумулирачките видови со собирање растенија во области каде што почвите содржат метали во концентрации над позадинските нивоа, како што е случајот во контаминираните области или каде што се изложени рудни тела. Феноменот на хиперакумулација покренува многу прашања за истражувачите. На пример, какво е значењето на акумулацијата на метал во високотоксични концентрации за растенијата? Дефинитивен одговор на ова прашање сè уште не е добиен, но има неколку главни хипотези. Се претпоставува дека таквите растенија имаат засилен систем за апсорпција на јони (хипотеза за „ненамерно“ навлегување) за извршување на одредени физиолошки функции кои сè уште не се проучени. Исто така, се верува дека хиперакумулацијата е еден од видовите на растителна толеранција на висока содржина на метал во растечката средина.

Фиторемедијација на почви контаминирани со тешки метали

Присуството на покачени концентрации на метали во почвата доведува до нивна акумулација во дивата флора и земјоделските култури, што е придружено со контаминација на синџирите на исхрана. Високите концентрации на метали ја прават почвата несоодветна за раст на растенијата, а со тоа влијае на биолошката разновидност. Почвите контаминирани со тешки метали можат да се обноват со хемиски, физички и биолошки средства. Во принцип, тие можат да се класифицираат во две категории.

Методот ex-situ бара отстранување на контаминирана почва за третман на лице место или надвор од локацијата и враќање на третираната почва на првобитната локација. Редоследот на ex-situ методи кои се користат за санација на контаминираните почви вклучува ископување, детоксикација и/или деградација на загадувачот со физички или хемиски средства, што резултира со стабилизирање, таложење, имобилизирање, спалување или распаѓање на загадувачот.

Ин-situ методот вклучува чистење на контаминирана почва без нејзино ископување. Рид и сор. ги дефинираше технологиите за санација на лице место како деградација или трансформација на загадувачот, имобилизација за да се намали биорасположивоста и одвојување на загадувачот од почвата. In-situ методот се претпочита од ex-situ методот поради неговата ниска цена и нежниот ефект врз екосистемот. Традиционално, методот ex-situ вклучува отстранување на почвата загадена со тешки метали и нејзино закопување, што не е оптимален избор бидејќи закопувањето на контаминирана почва надвор од локацијата едноставно го пренесува проблемот со контаминација на друга локација; сепак, постои одреден ризик поврзан со транспортот на контаминирана почва. Со разредување на тешките метали до прифатливи нивоа со додавање чиста почва во контаминираната почва и нивно мешање, покривањето на почвата со инертен материјал може да биде алтернатива за чистење на почвата во контаминираната локација.

Имобилизацијата на неоргански загадувач може да се користи како метод за санација на почвите контаминирани со тешки метали. Тоа може да се постигне со комплексирање на загадувачи или со зголемување на pH вредноста на почвата преку варење. Зголемувањето на pH вредноста ја намалува растворливоста на тешките метали како Cd, Cu, Ni и Zn во почвата. Иако ризикот да бидат зафатени од растенијата е намален, концентрацијата на металите во почвата останува непроменета. Повеќето од овие традиционални технологии за чистење се скапи и предизвикуваат дополнително нарушување на веќе оштетената средина. Технологиите за биоремедијација, наречени фиторемедијација, вклучуваат употреба на зелени растенија и придружни микробиоти за in-situ прочистување на контаминирани почви и подземни води. Идејата за користење на постројки за акумулирање на метал за отстранување на тешки метали и други соединенија беше првпат предложена во 1983 година. Терминот фиторемедијација е составен од грчкиот префикс фито- (растение) прикачен на латинскиот корен remedium (обновување).

Ризофилтрацијата вклучува употреба на растенија (и копнени и водни) за адсорпција, концентрирање и депонирање на загадувачи во корените од загадени извори на вода со ниски концентрации на загадувачи. Овој метод може делумно да ги третира индустриските отпадни води, површинскиот истек од земјоделското земјиште и зградите или киселата дренажа од рудниците и рудниците. Ризофилтрацијата може да се примени на олово, кадмиум, бакар, никел, цинк и хром, кои главно се задржуваат од корените. Предностите на ризофилтрацијата ја вклучуваат неговата способност да се користи и „in-situ“ и „ex-situ“ и да користи растителни видови кои не се хиперакумулатори. Проучена е способноста на сончогледот, индискиот сенф, тутунот, 'ржта, спанаќот и пченката да го отстрануваат оловото од отпадните води, при што сончогледот покажал најголема ефикасност на отстранување.

Фитостабилизацијата се користи првенствено за третман на почви, седименти и отпадна тиња и зависи од способноста на корените на растенијата да ја ограничат подвижноста и биорасположивоста на загадувачите во почвата. Фитостабилизацијата се врши преку сорпција, таложење и комплексирање на метали. Растенијата ја намалуваат количината на вода што се пробива низ контаминираната почва, што ги спречува процесите на ерозија и пенетрацијата на растворените загадувачи во површинските и подземните води и нивното ширење во незагадени области. Предноста на фитостабилизацијата е што овој метод не бара отстранување на контаминираната растителна биомаса. Сепак, неговиот главен недостаток е зачувувањето на загадувачот во почвата, и затоа употребата на овој метод на чистење мора да биде придружена со постојано следење на содржината и биорасположивоста на загадувачите.

Фитоекстракцијата е најпогодна метода за отстранување на соли на тешки метали од почвите без да се уништи структурата и плодноста на почвата. Некои автори овој метод го нарекуваат фитоакумулација. Бидејќи растението апсорбира, концентрира и преципитира токсични метали и радионуклиди од контаминирани почви во биомаса, тоа е најдобриот начин да се исчистат областите со дифузна површинска контаминација и релативно ниски концентрации на загадувачи. Постојат две главни стратегии за фитоекстракција:

Фитоекстракција во присуство на хелати, или индуцирана фитоекстракција, во која додавањето на вештачки хелати ја зголемува мобилноста и апсорпцијата на металниот загадувач;

Секвенцијална фитоекстракција, во која отстранувањето на метал зависи од природната способност за прочистување на растенијата; во овој случај под контрола е само бројот на сеење (садење) растенија. Откривањето на хиперакумулирани видови дополнително придонесе за развојот на оваа технологија. За да се направи оваа технологија остварлива, растенијата мора да извлечат големи концентрации на тешки метали преку нивните корени, да ги преместат во надземна биомаса и да произведат големи количини растителна биомаса. Во овој случај, важни се факторите како стапката на раст, селективноста на елементите, отпорноста на болести и начинот на берба. Сепак, бавниот раст, плитко распространетиот корен систем и ниската продуктивност на биомаса ја ограничуваат употребата на хиперакумулирани видови за чистење на области контаминирани со тешки метали.

Фитоиспарувањето вклучува употреба на растенија за отстранување на загадувачите од почвата, нивно трансформирање во испарлива форма и транспирација во атмосферата. Фитоиспарувањето се користи првенствено за отстранување на живата, трансформирајќи го живиот јон во помалку токсична елементарна жива. Недостаток е што живата ослободена во атмосферата најверојатно ќе се рециклира назад преку таложење, а потоа повторно ќе влезе во екосистемот. Американските истражувачи открија дека некои растенија кои растат на супстрати богати со селен произведуваат испарлив селен во форма на диметил селенид и диметил диселенид. Има извештаи дека фитоиспарувањето е успешно применето на тритиум, радиоактивен изотоп на водород), кој се распаѓа до стабилен хелиум со полуживот од околу 12 години. Фитодеградација. Во фиторемедијацијата на органска материја, метаболизмот на растенијата е вклучен во обновувањето на загадувачите преку трансформирање, распаѓање, стабилизирање или испарување на загадувачите од почвата и подземните води. Фитодеградацијата е распаѓање на органски материи апсорбирани од растението во поедноставни молекули кои се инкорпорирани во растителното ткиво.

Растенијата содржат ензими кои можат да го разградат и претвораат отпадот од оружје, хлорирани растворувачи како трихлоретилен и други хербициди. Ензимите обично се дехалогенази, оксигенази и редуктази. Ризодеградацијата е разградување на органски соединенија во почвата преку микробна активност во коренската зона (ризосфера) и е многу побавен процес од фитодеградацијата. Дадените методи на фиторемедијација може да се користат на сеопфатен начин. Значи, од прегледот на литературата е јасно дека фиторемедијацијата во моментов е област на истражување што брзо се развива. Во текот на изминатите десет години, истражувачите од многу земји ширум светот добија експериментална потврда, вклучително и на терен, за ветувањето за овој метод за прочистување на контаминирани средини од органски, неоргански загадувачи и радионуклиди.

Овој еколошки и евтин метод за чистење на контаминираните области е вистинска алтернатива на традиционалните методи за обновување на нарушените и контаминирани земјишта. Во Русија, комерцијалната примена на фиторемедијација за почви контаминирани со тешки метали и разни органски соединенија, како што се нафтените производи, е во рана фаза. Потребни се големи истражувања насочени кон пребарување на брзорастечки растенија кои имаат изразена способност да акумулираат загадувачи од култивирани и диви видови карактеристични за одреден регион, експериментална потврда за нивниот висок потенцијал за фиторемедијација и проучување начини за негово зголемување. Посебна важна област на истражување е проучувањето на прашањето за рециклирање на контаминирана растителна биомаса со цел да се спречи повторна контаминација на различни компоненти на екосистемот и влегување на загадувачи во синџирите на исхрана

СОДРЖИНА

Вовед

1. Почвен капак и негова употреба

2. Ерозија на почвата (вода и ветер) и методи за борба против неа

3. Индустриско загадување на почвата

3.1 Кисели дождови

3.2 Тешки метали

3.3 Токсичност на олово

4. Хигиена на почвата. Отстранување на отпад

4.1 Улогата на почвата во метаболизмот

4.2 Еколошки односи помеѓу почвата и водата и течниот отпад (отпадна вода)

4.3 Граници на оптоварување на почвата со цврст отпад (ѓубре од домаќинство и улица, индустриски отпад, сува тиња по седиментација на канализацијата, радиоактивни материи)

4.4 Улогата на почвата во ширењето на разни болести

4.5 Штетните ефекти на главните видови загадувачи (цврст и течен отпад) што доведува до деградација на почвата

4.5.1 Неутрализација на течен отпад во почвата

4.5.2.1 Неутрализација на цврст отпад во почвата

4.5.2.2 Собирање и отстранување ѓубре

4.5.3 Конечно отстранување и правење безопасно

4.6 Отстранување на радиоактивен отпад

Заклучок

Список на користени извори

Вовед.

Одреден дел од почвата, и во Русија и во целиот свет, секоја година остава земјоделска употреба од различни причини, детално дискутирани во УИР. Илјадници или повеќе хектари земјиште страдаат од ерозија, кисели дождови, несоодветна обработка и токсичен отпад. За да се избегне ова, треба да се запознаете со најпродуктивните и најевтините мерки за мелиорација (За дефиниција на мелиорацијата, видете го главниот дел од работата) кои ја зголемуваат плодноста на почвената покривка, а пред се со негативното влијание врз самата почва и како да се избегне.

Овие студии даваат увид во штетните ефекти врз почвата и се спроведени преку голем број книги, написи и научни списанија кои се занимаваат со прашања на почвата и заштита на животната средина.

Проблемот со загадувањето и деградацијата на почвата отсекогаш бил релевантен. Сега на кажаното можеме да додадеме дека во наше време антропогеното влијание има силно влијание врз природата и само расте, а почвата е еден од главните извори на храна и облека за нас, а да не зборуваме за фактот дека ние оди по неа и секогаш ќе биде во близок контакт со неа.

1. Почвен капак и негова употреба.

Почвената покривка е најважната природна формација. Неговата важност за животот на општеството е одредена од фактот дека почвата е главен извор на храна, обезбедувајќи 97-98% од прехранбените ресурси на населението на планетата. Истовремено, почвената покривка е место на човекова активност на кое се наоѓа индустриското и земјоделското производство.

Истакнувајќи ја посебната улога на храната во животот на општеството, В.И. Ленин истакна: „Вистинските основи на економијата се фондот за храна“.

Најважната особина на почвената покривка е нејзината плодност, што се подразбира како збир на почвени својства кои обезбедуваат принос на земјоделските култури. Природната плодност на почвата е регулирана со снабдување со хранливи материи во почвата и нејзините водни, воздушни и топлински режими. Улогата на почвената покривка во продуктивноста на копнените еколошки системи е голема, бидејќи почвата ги храни копнените растенија со вода и многу соединенија и е суштинска компонента на фотосинтетската активност на растенијата. Плодноста на почвата зависи и од количината на соларна енергија акумулирана во неа. Живите организми, растенијата и животните кои ја населуваат Земјата ја бележат сончевата енергија во форма на фито- или зоомаса. Продуктивноста на копнените еколошки системи зависи од топлинската и водената рамнотежа на земјината површина, што ја одредува разновидноста на формите на размена на материјата и материјата во географската обвивка на планетата.

Анализирајќи ја важноста на земјата за општественото производство, К. Маркс идентификуваше два концепта: земја-материја и земја-капитал. Првиот од нив треба да се разбере земјата која настана во процесот на нејзиниот еволутивен развој без волја и свест на луѓето и е место на човечко населување и извор на неговата храна. Од моментот кога земјата, во процесот на развој на човечкото општество, станува средство за производство, таа се појавува во нов квалитет - капитал, без кој процесот на трудот е незамислив, „... затоа што му дава на работникот ... место на кое стои... , а неговиот процес - опсегот на дејствување...“. Токму поради оваа причина, земјата е универзален фактор во секоја човечка активност.

Улогата и местото на земјиштето се различни во различни сфери на материјалното производство, пред се во индустријата и земјоделството. Во преработувачката индустрија, градежништвото и транспортот, земјата е местото каде што се одвиваат работните процеси без оглед на природната плодност на почвата. Земјиштето игра поинаква улога во земјоделството. Под влијание на човечкиот труд, природната плодност од потенцијална се претвора во економска. Специфичноста на користењето на земјишните ресурси во земјоделството води до фактот дека тие дејствуваат во два различни квалитети, како предмет на трудот и како средство за производство. Маркс забележал: „Со самото ново инвестирање на капиталот во парцели... луѓето го зголемувале капиталот на земјата без никакво зголемување на материјата на земјата, т.е. просторот на земјата“.

Земјиштето во земјоделството делува како продуктивна сила поради неговата природна плодност, која не останува константна. Со рационално користење на земјиштето, таквата плодност може да се зголеми со подобрување на нејзините водни, воздух и топлински услови преку мелиорација и зголемување на содржината на хранливи материи во почвата. Напротив, со нерационално користење на земјишните ресурси, нивната плодност се намалува, што резултира со намалување на приносите во земјоделството. На некои места, одгледувањето на култури станува сосема невозможно, особено на солени и еродирани почви.

На ниско ниво на развој на производните сили на општеството, проширувањето на производството на храна се јавува поради вклучување на нови земјишта во земјоделството, што одговара на екстензивниот развој на земјоделството. Ова е олеснето со два услови: достапност на слободно земјиште и можност за земјоделство на прифатливо просечно ниво на капитални трошоци по единица површина. Оваа употреба на земјишните ресурси и земјоделството е типична за многу земји во развој во современиот свет.

За време на ерата на научната и технолошката револуција, постоеше остра разлика помеѓу земјоделскиот систем во индустријализираните и земјите во развој. Првите се карактеризираат со интензивирање на земјоделството користејќи ги достигнувањата на научната и технолошката револуција, во која земјоделството се развива не поради зголемувањето на површината на обработеното земјиште, туку поради зголемувањето на износот на капиталот инвестиран во земјата. . Добро познатото ограничување на земјишните ресурси за повеќето индустриски капиталистички земји, зголемената побарувачка за земјоделски производи ширум светот поради високите стапки на раст на населението и повисоката култура на земјоделството придонесоа за трансфер на земјоделството во овие земји назад во 50-тите години. на патот на интензивен развој. Забрзувањето на процесот на интензивирање на земјоделството во индустријализираните капиталистички земји е поврзано не само со достигнувањата на научната и технолошката револуција, туку главно со профитабилноста на инвестирањето на капиталот во земјоделството, кое го концентрираше земјоделското производство во рацете на големите земјопоседници и ги уништи малите земјоделците.

Земјоделството се развило на други начини во земјите во развој. Меѓу акутните проблеми со природните ресурси на овие земји, може да се идентификуваат: ниски земјоделски стандарди, кои предизвикаа деградација на почвата (зголемена ерозија, засолување, намалена плодност) и природна вегетација (на пример, тропски шуми), исцрпување на водните ресурси, опустинување на земји, особено јасно манифестирани во африканските земји.континент. Сите овие фактори поврзани со социо-економските проблеми на земјите во развој доведоа до хроничен недостиг на храна во овие земји. Така, на почетокот на 80-тите, во однос на обезбедувањето по лице со жито (222 кг) и месо (14 кг), земјите во развој беа инфериорни во однос на индустријализираните капиталистички земји, соодветно, неколку пати. Решавањето на проблемот со храната во земјите во развој е незамисливо без големи социо-економски трансформации.

Кај нас, основата на земјишните односи е националната (националната) сопственост на земјиштето, која настана како резултат на национализацијата на целото земјиште. Аграрните односи се градат врз основа на планови според кои во иднина треба да се развива земјоделството, со финансиска и кредитна помош од државата и набавка на потребниот број машини и ѓубрива. Плаќањето на земјоделските работници според квантитетот и квалитетот на работата стимулира постојано зголемување на нивниот животен стандард.

Користењето на земјишниот фонд во целина се врши врз основа на долгорочни државни планови. Пример за такви планови беше развојот на девствени и лопатари на истокот на земјата (средината на 50-тите), благодарение на што стана возможно да се воведат повеќе од 41 милион хектари нови површини во обработливо земјиште за краток временски период. . Друг пример е збир на мерки поврзани со спроведувањето на Програмата за храна, која предвидува забрзување на развојот на земјоделското производство засновано на подобрување на земјоделските стандарди, обемни активности за мелиорација, како и спроведување на широка програма за социо-економска реконструкција на земјоделските површини.

Светските земјишни ресурси како целина овозможуваат да се обезбеди храна за повеќе луѓе отколку што е моментално достапно и ќе биде случај во блиска иднина. Во исто време, поради растот на населението, особено во земјите во развој, се намалува количината на обработливо земјиште по глава на жител.

Тешки метали во почвата

	Класа на опасност		UEC по почвени групи
	Може да се извлече со пуфер од амониум ацетат (pH=4,8)	Песочна, песочна кирпич	Глинен, глинест
pH xl< 5,5	pH xl > 5,5

Табела 2 Подвижност на микроелементите во различни почви во зависност од рН на почвениот раствор

Познато е дека кадмиумот во почвите е многу подвижен, т.е. е способен да се движи во големи количини од цврстата фаза во течната фаза и назад (што го отежнува предвидувањето на неговото влегување во фабриката). Механизмите кои ја регулираат концентрацијата на кадмиум во почвениот раствор се одредуваат со процесите на сорпција (под сорпција подразбираме самата адсорпција, таложење и комплексирање). Кадмиумот се апсорбира од почвата во помали количини од другите HMs. За да се карактеризира мобилноста на тешките метали во почвата, се користи односот на концентрациите на металите во цврстата фаза со онаа во растворот за рамнотежа. Високите вредности на овој сооднос укажуваат на тоа дека тешките метали се задржуваат во цврста фаза поради реакцијата на сорпција, ниските вредности - поради фактот што металите се во раствор, од каде можат да мигрираат на други медиуми или да влезат во различни реакции (геохемиски или биолошки). Познато е дека водечкиот процес во врзувањето на кадмиумот е адсорпција од глини. Истражувањата во последните години ја покажаа и важната улога на хидроксилните групи, железните оксиди и органската материја во овој процес. Кога нивото на загадување е ниско, а реакцијата на околината е неутрална, кадмиумот се адсорбира главно од железни оксиди. А во кисела средина (pH=5), органската материја почнува да делува како моќен адсорбент. При пониски pH вредности (pH=4), функциите на адсорпција се префрлаат речиси исклучиво на органска материја. Минералните компоненти престануваат да играат каква било улога во овие процеси.