Влияние почв на загрязнение токсическими веществами
од, кальций, калий, азот, кремний, марганец и т.д.);
2. физико-химические барьеры:
1) окислительные – железные или железно-марганцевые (железо,
марганец), марганцевые (марганец), серный (сера);
2) восстановительные – сульфидный (железо, цинк, никель, медь,
кобальт, свинец, мышьяк и др.), глеевый (ванадий, медь,
серебро, селен);
3) сульфатный (барий, кальций, стронций);
4) щелочной (железо, кальций, магний, медь, стронций, никель и
др.);
5) кислый (оксид кремния);
6) испарительный (кальций, натрий, магний, сера, фтор и т.д.);
7) адсорбционный (кальций, калий, магний, фосфор, сера, свинец и
др.);
8) термодинамический (кальций, сера).
3. механические барьеры (железо, титан, хром, никель и др.);
4. техногенные барьеры.
Геохимические барьеры существуют не изолированно, а в сочетании друг с
другом, образуя сложные комплексы. Они регулируют элементный состав потоков
веществ, от них в большей мере зависит функционирование экосистем.
Продукты техногенеза в зависимости от их природы и той ландшафтной
обстановки, в которую они попадают, могут либо перерабатываться природными
процессами, и не вызывать существенных изменений в природе, либо
сохраняться и накапливаться, губительно влияя на все живое.
И тот и другой процесс определяются рядом факторов, анализ которых
позволяет судить об уровне биохимической устойчивости ландшафта и
прогнозировать характер их изменений в природе под влиянием техногенеза. В
автономных ландшафтах развиваются процессы самоочищения от техногенного
загрязнения, так как продукты техногенеза рассеиваются поверхностными и
внутрипочвенными водами. В аккумулятивных ландшафтах накапливаются и
консервируются продукты техногенеза.
Содержание тяжелых металлов в компонентах биосферы
|Элемент |Промышленные |Почва, |Растения,|Вода |Воздух, |ПДК в |
| |стоки, кг/л |мг/кг |мг/кг |питьевая,|мг/м3 |крови |
| | | | |мг/л | |человека,|
| | | | | | |мг/л |
|Ртуть |0,01 |0,1 |0,0001-10|0,005 |0,01 |0,02 |
| | | |0* | | | |
|Свинец |0,7 |0,1-2 |10 |0,05 |0,01 | |
| | |10-7600 |10-1000* | |0,3* |0,6 |
|Кадмий | |0,06 |0,06 | | | |
* У автострад в зависимости от интенсивности движения и расстояния до
автострады
Всевозрастающее внимание к охране окружающей среды вызвал особый
интерес к вопросам воздействия на почву тяжелых металлов.
С исторической точки зрения интерес к этой проблеме появился с
исследованием плодородия почв, поскольку такие элементы, как железо,
марганец, медь, цинк, молибден и, возможно, кобальт, очень важны для жизни
растений и, следовательно, для животных и человека.
Они известны и под названием микроэлементов, потому, что необходимы
растениям в малых количествах. К группе микроэлементов относятся также
металлы, содержание которых в почве довольно высокое, например, железо,
которое входит в состав большинства почв и занимает четвертое место в
составе земной коры (5%) после кислорода (46,6%), кремния (27,7%) и
алюминия (8,1%).
Все микроэлементы могут оказывать отрицательное влияние на растения,
если концентрация их доступных форм превышает определенные пределы.
Некоторые тяжелые металлы, например, ртуть, свинец и кадмий, которые, по
всей видимости, не очень важны для растений и животных, опасны для здоровья
человека даже при низких концентрациях.
Выхлопные газы транспортных средств, вывоз в поле или станции очистки
сточных вод, орошение сточными водами, отходы, остатки и выбросы при
эксплуатации шахт и промышленных площадок, внесение фосфорных и
органических удобрений, применение пестицидов и т.д. привели к увеличению
концентраций тяжелых металлов в почве.
До тех пор, пока тяжелые металлы прочно связаны с составными частями
почвы и труднодоступны, их отрицательное влияние на почву и окружающую
среду будет незначительным. Однако, если почвенные условия позволяют
перейти тяжелым металлам в почвенный раствор, появляется прямая опасность
загрязнения почв, возникает вероятность проникновения их в растения, а
также в организм человека и животных, потребляющие эти растения. Кроме
того, тяжелые металлы могут быть загрязнителями растений и водоемов в
результате использования сточных ила вод. Опасность загрязнения почв и
растений зависит: от вида растений; форм химических соединений в почве;
присутствия элементов противодействующих влиянию тяжелых металлов и
веществ, образующих с ними комплексные соединения; от процессов адсорбции и
десорбции; количества доступных форм этих металлов в почве и почвенно-
климатических условий. Следовательно, отрицательное влияние тяжелых
металлов зависит, по существу, от их подвижности, т.е. растворимости.
Тяжелые металлы в основном характеризуются переменной валентностью,
низкой растворимостью их гидроокисей, высокой способностью образовывать
комплексные соединения и, естественно, катионной способностью.
К факторам, способствующим удержанию тяжелых металлов почвой
относятся: обменная адсорбция поверхности глин и гумуса, формирование
комплексных соединений с гумусом, адсорбция поверхностна и окклюзирование
(растворяющие или поглощающие способности газов расплавленными или твердыми
металлами) гидратированными окислами алюминия, железа, марганца и т.д., а
также формирование нерастворимых соединений, особенно при восстановлении.
Тяжелые металлы в почвенном растворе встречаются как в ионной так и в
связанной формах, которые находятся в определенном равновесии (рис. 1).
[pic]
Рис. 1
На рисунке Лр – растворимые лиганды, какими являются органические
кислоты с малым молекулярным весом, а Лн – нерастворимые. Реакция металлов
(М) с гумусовыми веществами включает частично и ионный обмен.
Конечно, в почве могут присутствовать и другие формы металлов, которые
не участвуют непосредственно в этом равновесии, например, металлы из
кристаллической решетки первичных и вторичных минералов, а также металлы из
живых организмов и их отмерших остатков.
Наблюдение за изменением тяжелых металлов в почве невозможно без
знания факторов, определяющих их подвижность. Процессы передвижения
удержания, обуславливающие поведение тяжелых металлов в почве, мало чем
отличаются от процессов, определяющих поведение других катионов. Хотя
тяжелые металлы иногда обнаруживаются в почвах в низких концентрациях, они
формируют устойчивые комплексы с органическими соединениями и вступают в
специфические реакции адсорбции легче, чем щелочные и щелочноземельные
металлы.
Миграция тяжелых металлов в почвах может происходить с жидкостью и
суспензией при помощи корней растений или почвенных микроорганизмов.
Миграции растворимых соединений происходит вместе с почвенным раствором
(диффузия) или путем перемещения самой жидкости. Вымывание глин и
органического вещества приводит к миграции всех связанных с ними металлов.
Миграция летучих веществ в газообразной форме, например, диметила ртути,
носит случайный характер, и этот способ перемещения не имеет особого
значения. Миграция в твердой фазе и проникновение в кристаллическую решетку
являются больше механизмом связывания, чем перемещения.
Тяжелые металлы могут быть внесены или адсорбированы микроорганизмами,
которые в свою очередь, способны участвовать в миграции соответствующих
металлов.
Дождевые черви и другие организмы могут содействовать миграции тяжелых
металлов механическим или биологическим путями, перемешивая почву или
включая металлы в свои ткани.
Из всех видов миграции самая важная – миграция в жидкой фазе, потому
что большинство металлов попадает в почву в растворимом виде или в виде
водной суспензии и фактически все взаимодействия между тяжелыми металлами и
жидкими составными частями почвы происходит на границе жидкой и твердой
фаз.
Тяжелые металлы в почве через трофическую цепь поступают в растения, а
затем потребляются животными и человеком. В круговороте тяжелых металлов
участвуют различные биологические барьеры, вследствие чего происходит
выборочное бионакопление, защищающее живые организмы от избытка этих
элементов. Все же деятельность биологических барьеров ограничена, и чаще
всего тяжелые металлы концентрируются в почве. Устойчивость почв к
загрязнению ими различна в зависимости от буферности.
Почвы с высокой адсорбционной способностью соответственно и высоким
содержанием глин, а также органического вещества могут удерживать эти
элементы, особенно в верхних горизонтах. Это характерно для карбонатных
почв и почв с нейтральной реакцией. В этих почвах количество токсических
соединений, которые могут быть вымыты в грунтовые воды и поглощены
растениями, значительно меньше, чем в песчаных кислых почвах. Однако при
этом существует большой риск в увеличении концентрации элементов до
токсичной, что вызывает нарушение равновесия физических, химических и
биологических процессов в почве. Тяжелые металлы, удерживаемые органической
и коллоидной частями почвы,
| |  скачать работу |
Влияние почв на загрязнение токсическими веществами |
