Viena stipriausių ir labiausiai paplitusių cheminių taršų yra sunkiųjų metalų tarša.
Sunkieji metalai yra periodinės cheminių elementų lentelės elementai, kurių molekulinė masė viršija 50 atominių vienetų. Ši elementų grupė aktyviai dalyvauja biologiniuose procesuose, yra daugelio fermentų dalis. „Sunkiųjų metalų“ grupė iš esmės sutampa su mikroelementų grupe. Kita vertus, sunkieji metalai ir jų junginiai turi žalingą poveikį organizmui. Tai: švinas, cinkas, kadmis, gyvsidabris, molibdenas, chromas, manganas, nikelis, alavas, kobaltas, titanas, varis, vanadis.
Sunkieji metalai, patekę į organizmą, lieka ten amžinai, juos galima pašalinti tik su pieno baltymų pagalba. Be to, kad jie patys nuodija žmogaus kūną, jie dar ir grynai mechaniškai jį užkemša – sunkiųjų metalų jonai nusėda ant geriausių organizmo sistemų sienelių ir užkemša inkstų bei kepenų kanalus, taip sumažindami šių organų filtravimo galimybes. Atitinkamai tai lemia mūsų organizmo ląstelių toksinų ir atliekų kaupimąsi, t.y. organizmo apsinuodijimas savaime, nes Būtent kepenys yra atsakingos už toksinių medžiagų, patenkančių į mūsų kūną, ir organizmo atliekų perdirbimą, o inkstai – už jų pašalinimą iš organizmo.
Sunkiųjų metalų šaltiniai skirstomi į natūralus(uolienų ir mineralų oro sąlygos, erozijos procesai, vulkaninis aktyvumas) ir žmogaus sukurtas(naudingųjų iškasenų gavyba ir perdirbimas, kuro deginimas, eismas, žemės ūkio veikla).
Dalis žmogaus sukeltų teršalų, patenkančių į natūralią aplinką smulkių aerozolių pavidalu, yra pernešami dideliais atstumais ir sukelia pasaulinę taršą.
Kita dalis patenka į bevandenius rezervuarus, kuriuose kaupiasi sunkieji metalai ir tampa antrinės taršos šaltiniu, t.y. pavojingų teršalų susidarymas vykstant fiziniams ir cheminiams procesams, vykstantiems tiesiogiai aplinkoje (pavyzdžiui, susidarymas iš netoksiškų).
Sunkieji metalai vandens telkinius dažniausiai patenka su kasybos ir metalurgijos įmonių, taip pat chemijos ir lengvosios pramonės įmonių nuotekomis, kur jų junginiai naudojami įvairiuose technologiniuose procesuose. Pavyzdžiui, iš odos rauginimo gamyklų išleidžiama daug chromo druskų, metalo gaminių paviršiams galvanizuoti naudojamas chromas ir nikelis. Vario, cinko, kobalto, titano junginiai naudojami kaip dažikliai ir kt.
Galimi biosferos taršos sunkiaisiais metalais šaltiniai: juodosios ir spalvotosios metalurgijos įmonės (aerozolių emisijos, mechanikos inžinerija (variavimo vonios, nikeliavimas, chromavimas), akumuliatorių perdirbimo gamyklos, kelių transportas.
Be antropogeninių aplinkos taršos sunkiaisiais metalais šaltinių, yra ir kitų natūralių, pavyzdžiui, ugnikalnių išsiveržimų. Visi šie taršos šaltiniai sąlygoja metalo teršalų kiekio padidėjimą biosferoje ar jos komponentuose (oras, vanduo, dirvožemis, gyvi organizmai), lyginant su natūraliu, vadinamuoju foniniu lygiu.
Pusės pašalinimo arba pusės pradinės koncentracijos pašalinimo laikotarpis yra ilgas: cinkui - nuo 70 iki 510 metų, kadmiui - nuo 13 iki 110 metų, variui - nuo 310 iki 1500 metų, o švinui - nuo 740–5900 metų.
Sunkieji metalai pasižymi dideliu gebėjimu atlikti įvairias chemines, fizikines ir chemines bei biologines reakcijas. Daugelis jų turi kintamą valentingumą ir dalyvauja redokso procesuose.
Vandens telkiniuose kaip toksiškos medžiagos dažniausiai aptinkamos: gyvsidabris, švinas, kadmis, alavas, cinkas, manganas, nikelis, nors žinomas didelis kitų sunkiųjų metalų toksiškumas – kobaltas, sidabras, auksas, uranas ir kt. Apskritai didelis toksiškumas gyvoms būtybėms yra būdinga sunkiųjų metalų junginių ir jonų savybė.
Tarp sunkiųjų metalų kai kurie yra nepaprastai reikalingi žmonių ir kitų gyvų organizmų gyvybei palaikyti ir priklauso vadinamiesiems biogeniniams elementams. Kiti sukelia priešingą poveikį ir, patekę į gyvą organizmą, sukelia jo apsinuodijimą arba mirtį. Šie metalai priklauso ksenobiotikų klasei, tai yra, svetimi gyviems daiktams. Tarp toksiškų metalų nustatyta prioritetinė grupė: kadmis, varis, arsenas, nikelis, gyvsidabris, švinas, cinkas ir chromas, kaip pavojingiausi žmonių ir gyvūnų sveikatai. Iš jų nuodingiausi yra gyvsidabris, švinas ir kadmis.
Toksišką sunkiųjų metalų poveikį organizmui sustiprina tai, kad daugelis sunkiųjų metalų pasižymi ryškiomis kompleksą formuojančiomis savybėmis. Taigi vandeninėje terpėje šių metalų jonai yra hidratuoti ir gali sudaryti įvairius hidrokso kompleksus, kurių sudėtis priklauso nuo tirpalo rūgštingumo. Jeigu tirpale yra kokių nors organinių junginių anijonų ar molekulių, tai sunkiųjų metalų jonai sudaro įvairius skirtingos struktūros ir stabilumo kompleksus.
Pavyzdžiui, gyvsidabris tirpaluose ir organizme lengvai sudaro junginius ir kompleksus su organinėmis medžiagomis, gerai pasisavinamas organizmų iš vandens ir perduodamas maisto grandine. Pagal pavojingumo klasę gyvsidabris priklauso pirmajai klasei (ypač pavojinga cheminė medžiaga). Gyvsidabris reaguoja su baltymų molekulių SH grupėmis, tarp kurių yra organizmui būtinų fermentų. Gyvsidabris taip pat reaguoja su baltymų grupėmis – COOH ir NH 2, sudarydamas stiprius kompleksus – metaloproteinus. O kraujyje cirkuliuojantys gyvsidabrio jonai, kurie ten patenka iš plaučių, taip pat sudaro junginius su baltymų molekulėmis. Normalaus fermentų baltymų veikimo sutrikimas sukelia gilius sutrikimus organizme, o ypač centrinėje nervų sistemoje, taip pat inkstuose.
Gyvsidabrio išmetimas į vandenį yra ypač pavojingas, nes dėl dugne gyvenančių mikroorganizmų veiklos susidaro toksiški organiniai gyvsidabrio junginiai, tirpūs vandenyje, kurie yra daug toksiškesni nei neorganiniai. Ten gyvenantys mikroorganizmai juos paverčia dimetilgyvsidabriu (CH 3) 2 Hg – viena nuodingiausių medžiagų. Tada dimetilgyvsidabris lengvai virsta vandenyje tirpiu katijonu HgCH 3 +. Abi medžiagos yra absorbuojamos vandens organizmų ir patenka į mitybos grandinę; pirmiausia jie kaupiasi augaluose ir smulkiuose organizmuose, vėliau – žuvyse. Metilintas gyvsidabris iš organizmo pasišalina labai lėtai – mėnesius žmonėms ir metus žuvims.
Sunkieji metalai į gyvus organizmus prasiskverbia daugiausia per vandenį (išimtis yra gyvsidabris, kurio garai yra labai pavojingi). Patekę į organizmą, sunkieji metalai dažniausiai nepatiria jokių reikšmingų virsmų, kaip tai atsitinka su organinėmis toksinėmis medžiagomis, o patekę į biocheminį ciklą iš jo išeina itin lėtai.
Svarbiausias buveinių kokybės rodiklis yra paviršinių vandenų grynumo laipsnis. Toksiškas metalas, patekęs į rezervuarą ar upę, pasiskirsto tarp šios vandens ekosistemos komponentų. Tačiau ne kiekvienas metalo kiekis sukelia ekosistemos sutrikimus.
Vertinant ekosistemos gebėjimą atsispirti išoriniam toksiniam poveikiui, įprasta kalbėti apie ekosistemos buferinę talpą. Taigi gėlavandenių ekosistemų buferinė talpa sunkiųjų metalų atžvilgiu suprantama kaip toks toksiško metalo kiekis, kurio tiekimas reikšmingai nesutrikdo visos tiriamos ekosistemos natūralaus funkcionavimo.
Tokiu atveju pats toksiškas metalas pasiskirsto į šiuos komponentus:
Metalas ištirpusio pavidalo;
Sorbuojamas ir kaupiamas fitoplanktono, tai yra augalų mikroorganizmų;
Sulaikomos dugno nuosėdose dėl suspenduotų organinių ir mineralinių dalelių nusėdimo iš vandens aplinkos;
Adsorbuojamas ant dugno nuosėdų paviršiaus tiesiai iš vandens aplinkos tirpioje formoje;
Adsorbuota forma randama ant suspenduotų dalelių.
Be metalų kaupimosi dėl adsorbcijos ir vėlesnės sedimentacijos, paviršiniuose vandenyse vyksta ir kiti procesai, atspindintys ekosistemų atsparumą toksiniam tokių teršalų poveikiui. Svarbiausias iš jų – metalų jonų surišimas vandeninėje aplinkoje ištirpusiomis organinėmis medžiagomis. Tokiu atveju bendra toksiškos medžiagos koncentracija vandenyje nekinta. Tačiau visuotinai priimta, kad hidratuoti metalų jonai yra labiausiai toksiški, o susijungę į kompleksus yra mažiau pavojingi ar net beveik nekenksmingi. Specialūs tyrimai parodė, kad nėra aiškaus ryšio tarp bendros toksiško metalo koncentracijos natūraliuose paviršiniuose vandenyse ir jų toksiškumo.
Natūraliuose paviršiniuose vandenyse yra daug organinių medžiagų, iš kurių 80 % yra labai oksiduoti polimerai, pavyzdžiui, humusinės medžiagos, kurios prasiskverbia į vandenį iš dirvožemio. Likusios vandenyje tirpios organinės medžiagos yra organizmų atliekos (polipeptidai, polisacharidai, riebalų rūgštys ir aminorūgštys) arba antropogeninės kilmės priemaišos, panašios cheminėmis savybėmis. Visi jie, be abejo, patiria įvairių transformacijų vandens aplinkoje. Tačiau tuo pat metu visi jie yra savotiški kompleksą formuojantys reagentai, kurie metalų jonus sujungia į kompleksus ir taip sumažina vandens toksiškumą.
Skirtingi paviršiniai vandenys įvairiais būdais suriša sunkiųjų metalų jonus, pasižymėdami skirtinga buferine talpa. Pietinių ežerų, upių ir rezervuarų vandenys, kuriuose gausu natūralių komponentų (humusinių medžiagų, huminių rūgščių ir fulvo rūgščių) ir jų didelės koncentracijos, yra pajėgūs efektyviau natūraliai detoksikuoti, palyginti su šiaurinių telkinių vandenimis. ir vidutinio klimato zona. Todėl vandenų, kuriuose yra teršalų, toksiškumas priklauso ir nuo gamtinės zonos klimato sąlygų. Pažymėtina, kad paviršinių vandenų buferinę talpą toksiškų metalų atžvilgiu lemia ne tik ištirpusių organinių ir skendinčių medžiagų buvimas, bet ir hidrobiontų akumuliacinės savybės, taip pat metalų jonų sugerties kinetika. visų ekosistemos komponentų, įskaitant kompleksų susidarymą su ištirpusiomis organinėmis medžiagomis. Visa tai rodo paviršiniuose vandenyse vykstančių procesų sudėtingumą, kai į juos patenka metalo teršalai.
Kalbant apie šviną, pusė viso šio toksiško kiekio į aplinką patenka deginant benziną su švinu. Vandens sistemose švinas daugiausia siejamas su adsorbcija su suspenduotomis dalelėmis arba yra tirpių kompleksų su humusinėmis rūgštimis pavidalu. Biometilinant, kaip ir gyvsidabrio atveju, švinas galiausiai susidaro tetrametilšvinas. Neužterštuose paviršiniuose žemės vandenyse švino kiekis paprastai neviršija 3 µg/l. Pramoninių regionų upėse švino lygis yra didesnis. Sniegas gali sukaupti šią toksinę medžiagą reikšmingai: didžiųjų miestų apylinkėse jo kiekis gali siekti beveik 1 mln. μg/l, o tam tikru atstumu nuo jų ~1-100 μg/l.
Vandens augalai šviną kaupia gerai, bet įvairiai. Kartais fitoplanktonas jį išlaiko iki 105, kaip ir gyvsidabrio. Švinas žuvyse kaupiasi nežymiai, todėl šioje trofinės grandinės grandyje yra santykinai mažiau pavojingas žmogui. Metilinti junginiai įprastomis vandens sąlygomis žuvyse randami gana retai. Regionuose, kuriuose yra pramoninių išmetamųjų teršalų, tetrametilšvinas žuvų audiniuose kaupiasi efektyviai ir greitai – ūmus ir lėtinis švino poveikis pasireiškia esant 0,1-0,5 μg/l užterštumo lygiui. Žmogaus kūne švinas gali kauptis skelete, pakeisdamas kalcį.
Kitas svarbus vandens telkinių teršalas yra kadmis. Šio metalo cheminės savybės yra panašios į cinko. Jis gali pakeisti pastarąjį aktyviuose metalų turinčių fermentų centruose, todėl smarkiai sutrikdomas fermentinių procesų veikimas.
Kadmis paprastai yra mažiau toksiškas augalams nei metilo gyvsidabris, o toksiškumas yra panašus į šviną. Kai kadmio kiekis yra ~0,2-1 mg/l, sulėtėja fotosintezė ir augalų augimas. Įdomus yra toks užfiksuotas poveikis: kadmio toksiškumas pastebimai sumažėja esant tam tikram cinko kiekiui, o tai dar kartą patvirtina prielaidą, kad šių metalų jonai gali konkuruoti organizme dėl dalyvavimo fermentiniame procese.
Gėlavandenėms žuvims kadmio ūmaus toksiškumo slenkstis svyruoja nuo 0,09 iki 105 μg/l. Didėjant vandens kietumui, padidėja organizmo apsaugos nuo apsinuodijimo kadmiu laipsnis. Yra žinomi atvejai, kai žmonės sunkiai apsinuodijo per trofines grandines į organizmą patekusiu kadmiu (Itai-Itai liga). Kadmis iš organizmo pasišalina ilgą laiką (apie 30 metų).
Vandeninėse sistemose kadmis jungiasi su ištirpusiomis organinėmis medžiagomis, ypač jei jų struktūroje yra sulfhidrilo SH grupių. Kadmis taip pat sudaro kompleksus su aminorūgštimis, polisacharidais ir humino rūgštimis. Kaip ir gyvsidabrio ir kitų sunkiųjų metalų atveju, kadmio jonų adsorbcija dugno nuosėdose labai priklauso nuo aplinkos rūgštingumo. Neutralioje vandeninėje aplinkoje laisvąjį kadmio joną beveik visiškai sorbuoja dugno nuosėdų dalelės.
Paviršinių vandenų kokybei stebėti sukurtos įvairios hidrobiologinio stebėjimo tarnybos. Jie stebi vandens ekosistemų užterštumo būklę veikiant antropogeninei įtakai.
3 MODULO TESTO KLAUSIMAI
1. Kas lemia Pasaulio vandenyno, kaip pagrindinės biosferos grandies, vaidmenį?
2. Apibūdinkite hidrosferos sudėtį.
3. Kaip hidrosfera sąveikauja su kitais Žemės apvalkalais?
4. Kuo gyviems organizmams svarbūs vandeniniai tirpalai?
5. Išvardykite hidrosferoje dažniausiai pasitaikančius cheminius elementus.
6. Kokiais vienetais matuojamas jūros vandens druskingumas?
7. Kokiais principais grindžiamas natūralių vandenų klasifikavimas?
8. Natūralių vandenų cheminė sudėtis.
9. Paviršinio aktyvumo medžiagos vandens telkiniuose.
10. Izotopinė vandens sudėtis.
11. Rūgščių lietų įtaka hidrosferos objektams.
12. Natūralių rezervuarų buferinė talpa.
13. Sunkiųjų metalų, pesticidų, radionuklidų bioakumuliacija organizmuose, gyvenančiuose vandens aplinkoje.
14. Horizontalūs ir vertikalūs vandens masių judėjimai.
15. Pakilimas.
16. Natūralus vandens ciklas.
17. Oksidacijos ir redukcijos procesai natūraliuose vandens telkiniuose.
18. Natūralių vandenų tarša nafta.
19. Antropogeninė hidrosferos tarša.
20. Faktai, apibūdinantys vandens baseino būklės blogėjimą?
21. Pateikite vandens kokybės rodiklių charakteristikas.
22. Požeminio vandens oksidacija.
23. Pagrindinės fizinės vandens savybės.
24. Vandens fizikinių savybių anomalijos.
25. Paaiškinkite pasaulinio vandens ciklo diagramą?
26. Išvardykite pagrindines užterštų nuotekų rūšis.
27. Vandens kokybės vertinimo principai?
FEDERALINĖ JŪRŲ IR UPĖS TRANSPORTO AGENTŪRA
FEDERALINIO BIUDŽETO ŠVIETIMO INSTITUCIJA
AUKŠTESIS PROFESINIS IŠSILAVINIMAS
JŪRŲ VALSTYBĖS UNIVERSITETAS
pavadintas admirolo G.I. Nevelskis
Aplinkos apsaugos departamentas
SANTRAUKA
disciplinoje „Fizikiniai-cheminiai procesai“
Dirvožemio užteršimo sunkiaisiais metalais ir radionuklidais pasekmės.
Mokytojo patikrinta:
Firsova L.Yu.
Baigė studentas gr. ___
Khodanova S.V.
Vladivostokas 2012 m
TURINYS
Įvadas
1 Sunkieji metalai dirvožemyje
Išvada
Naudotų šaltinių sąrašas
ĮVADAS
Dirvožemis yra ne tik inertiška terpė, kurios paviršiuje vyksta žmogaus veikla, bet ir dinamiška besivystanti sistema, apimanti daug organinių ir neorganinių komponentų, turinčių ertmių ir porų tinklą, o juose, savo ruožtu, yra dujų ir skysčių. . Šių komponentų erdvinis pasiskirstymas lemia pagrindinius žemės rutulio dirvožemių tipus.
Be to, dirvožemyje yra daugybė gyvų organizmų, jie vadinami biota: nuo bakterijų ir grybų iki kirminų ir graužikų. Dirvožemis susidaro ant pirminių uolienų, kartu veikiant klimatui, augmenijai, dirvožemio organizmams ir laikui. Todėl bet kurio iš šių veiksnių pokyčiai gali sukelti dirvožemio pokyčius. Dirvožemio formavimasis yra ilgas procesas: 30 cm dirvožemio sluoksnio susidarymas trunka nuo 1000 iki 10 000 metų. Vadinasi, dirvožemio formavimosi tempai yra tokie maži, kad dirvožemį galima laikyti neatsinaujinančiu ištekliu.
Žemės dirvožemio danga yra svarbiausias Žemės biosferos komponentas. Būtent dirvožemio apvalkalas lemia daugelį biosferoje vykstančių procesų. Svarbiausia dirvožemių svarba – organinių medžiagų, įvairių cheminių elementų, energijos kaupimas. Dirvožemio danga veikia kaip biologinis įvairių teršalų sugėriklis, naikintojas ir neutralizatorius. Jei ši biosferos grandis bus sunaikinta, esamas biosferos funkcionavimas bus negrįžtamai sutrikdytas. Todėl itin svarbu ištirti pasaulinę dirvožemio dangos biocheminę reikšmę, esamą būklę ir pokyčius veikiant antropogeninei veiklai.
1 Sunkieji metalai dirvožemyje
- Sunkiųjų metalų, patenkančių į dirvą, šaltiniai
Tarp HM yra daug mikroelementų, kurie yra biologiškai svarbūs gyviems organizmams. Jie yra būtini ir nepakeičiami biokatalizatorių komponentai ir svarbiausių fiziologinių procesų bioreguliatoriai. Tačiau sunkiųjų metalų perteklius įvairiuose biosferos objektuose turi slegiantį ir net toksišką poveikį gyviems organizmams.
Į dirvožemį patenkantys sunkiųjų metalų šaltiniai skirstomi į natūralius (uolienų ir naudingųjų iškasenų atmosferos reiškiniai, erozijos procesai, vulkaninis aktyvumas) ir technogeninius (naudingųjų iškasenų kasyba ir perdirbimas, kuro deginimas, transporto priemonių įtaka, žemės ūkis ir kt.) Žemės ūkio paskirties žemes, be to. iki taršos per atmosferą, HM taip pat užteršiami specialiai naudojant pesticidus, mineralines ir organines trąšas, kalkinant ir naudojant nuotekas. Pastaruoju metu mokslininkai ypatingą dėmesį skiria miestų dirvožemiams. Pastarosiose vyksta reikšmingas technogeninis procesas, kurio neatsiejama dalis yra HM tarša.
HM dirvos paviršių pasiekia įvairiomis formomis. Tai oksidai ir įvairios metalų druskos, tirpios ir praktiškai netirpios vandenyje (sulfidai, sulfatai, arsenitai ir kt.). Rūdos perdirbimo įmonių ir spalvotosios metalurgijos įmonių – pagrindinio aplinkos taršos sunkiaisiais metalais šaltinio – emisijose didžioji dalis metalų (70-90%) yra oksidų pavidalu.
Patekę į dirvožemio paviršių, HM gali kauptis arba išsisklaidyti, atsižvelgiant į tam tikroje srityje būdingų geocheminių barjerų pobūdį.
Dauguma į dirvos paviršių patenkančių HM yra fiksuoti viršutiniuose humuso horizontuose. HM sorbuojasi ant dirvožemio dalelių paviršiaus, jungiasi su dirvožemio organinėmis medžiagomis, ypač elementarių organinių junginių pavidalu, kaupiasi geležies hidroksiduose, sudaro molio mineralų kristalinių gardelių dalį, dėl izomorfinių medžiagų gamina savo mineralus. pakeitimas ir yra tirpios būsenos dirvožemio drėgmei ir dujinės būsenos dirvožemio ore, yra neatskiriama dirvožemio biotos dalis.
Sunkiųjų metalų mobilumo laipsnis priklauso nuo geocheminės situacijos ir technogeninio poveikio lygio. Dėl didelio dalelių dydžio pasiskirstymo ir didelio organinių medžiagų kiekio dirvožemyje jungiasi HM. Padidėjus pH vertėms, padidėja katijonus sudarančių metalų (vario, cinko, nikelio, gyvsidabrio, švino ir kt.) sorbcija ir padidėja anijonus sudarančių metalų (molibdeno, chromo, vanadžio ir kt.) mobilumas. Didėjant oksidacinėms sąlygoms, padidėja metalų migracijos gebėjimas. Dėl to, atsižvelgiant į jų gebėjimą surišti daugumą HM, dirvožemiai sudaro tokią seriją: pilkas dirvožemis > chernozem > velėninis-podzolinis dirvožemis.
- Dirvožemio užterštumas sunkiaisiais metalais
Antra, dideliais kiekiais kaupiasi dirvožemyje, HM gali pakeisti daugelį jo savybių. Visų pirma, pokyčiai veikia dirvožemio biologines savybes: mažėja bendras mikroorganizmų skaičius, siaurėja jų rūšinė sudėtis (įvairovė), keičiasi mikrobų bendrijų struktūra, mažėja pagrindinių mikrobiologinių procesų intensyvumas, dirvožemio fermentų aktyvumas ir kt. . Dėl didelio užterštumo sunkiaisiais metalais pasikeičia konservatyvesnės dirvožemio savybės, tokios kaip humuso būklė, struktūra, pH ir kt. Dėl to iš dalies, o kai kuriais atvejais ir visiškas dirvožemio derlingumo praradimas.
- Natūralios ir žmogaus sukeltos anomalijos
Dirvožemis, skirtingai nei kiti gamtinės aplinkos komponentai, ne tik geochemiškai kaupia taršos komponentus, bet ir veikia kaip natūralus buferis, kontroliuojantis cheminių elementų ir junginių pernešimą į atmosferą, hidrosferą ir gyvąją medžiagą.
Įvairūs augalai, gyvūnai ir žmonės savo gyvenimui reikalauja tam tikros dirvožemio ir vandens sudėties. Geocheminių anomalijų vietose pasunkėjęs mineralinės sudėties nukrypimų nuo normos perdavimas vyksta visoje maisto grandinėje. Dėl mineralinės mitybos sutrikimų, fito, zoologijos ir mikrobų bendrijų rūšinės sudėties pokyčių, laukinių augalų formų ligų, žemės ūkio augalų ir gyvulininkystės produktų pasėlių kiekio ir kokybės sumažėjimo, sergamumo padidėjimo. tarp gyventojų ir pastebima gyvenimo trukmės mažėjimas.
Toksinį HM poveikį biologinėms sistemoms pirmiausia lemia tai, kad jie lengvai jungiasi su baltymų sulfhidrilinėmis grupėmis (įskaitant fermentus), slopindami jų sintezę ir taip sutrikdydami medžiagų apykaitą organizme.
Gyvi organizmai sukūrė įvairius atsparumo HM mechanizmus: nuo HM jonų redukavimo į mažiau toksiškus junginius iki jonų transportavimo sistemų, kurios efektyviai ir specifiškai pašalina toksiškus jonus iš ląstelės į išorinę aplinką, aktyvavimo.
Reikšmingiausia sunkiųjų metalų poveikio gyviems organizmams pasekmė, pasireiškianti biogeocenotiniame ir biosferiniame gyvųjų medžiagų organizavimo lygmenyse, yra organinių medžiagų oksidacijos procesų blokavimas. Dėl to sumažėja jo mineralizacijos ir kaupimosi ekosistemose greitis. Tuo pačiu metu organinių medžiagų koncentracijos padidėjimas sukelia jos surišimą HM, o tai laikinai sumažina ekosistemos apkrovą. Organinių medžiagų skilimo greičio sumažėjimas dėl organizmų skaičiaus, jų biomasės ir gyvybinės veiklos intensyvumo mažėjimo laikomas pasyviu ekosistemų atsaku į HM taršą. Aktyvus organizmų atsparumas antropogeninėms apkrovoms pasireiškia tik metalams kaupiantis kūnuose ir griaučiuose visą gyvenimą. Už šį procesą atsakingos atspariausios rūšys.
Gyvų organizmų, pirmiausia augalų, atsparumas padidintai sunkiųjų metalų koncentracijai ir gebėjimas kaupti dideles metalų koncentracijas gali kelti didelį pavojų žmonių sveikatai, nes leidžia teršalams prasiskverbti į mitybos grandines.
- Sunkiųjų metalų kiekio dirvožemyje standartizavimas ir dirvožemio valymas
Yra du pagrindiniai sunkiaisiais metalais užteršto dirvožemio valymo būdai. Pirmasis skirtas išvalyti dirvožemį nuo HM. Valymas gali būti atliekamas išplaunant, išgaunant HM iš dirvos augalų pagalba, pašalinant viršutinį užterštą dirvos sluoksnį ir kt. Antrasis metodas pagrįstas HM fiksavimu dirvožemyje, paverčiant juos į vandenyje netirpias ir gyviems organizmams nepasiekiamas formas. Tam pasiekti į dirvą siūloma įterpti organinių medžiagų, mineralinių fosforo trąšų, jonų mainų dervų, natūralių ceolitų, rusvųjų anglių, kalkinti dirvą ir kt. Tačiau bet koks HM fiksavimo dirvožemyje būdas turi savo galiojimo laiką. Anksčiau ar vėliau dalis HM vėl pradės patekti į dirvožemio tirpalą, o iš ten į gyvus organizmus.
- Radionuklidai dirvožemyje. Branduolinė tarša
Dirvožemyje yra beveik visi gamtoje žinomi cheminiai elementai, įskaitant radionuklidus.
Radionuklidai yra cheminiai elementai, galintys spontaniškai skilti, susidarant naujiems elementams, taip pat susidarę bet kokių cheminių elementų izotopai. Branduolinio skilimo pasekmė yra jonizuojanti spinduliuotė alfa dalelių (helio branduolių, protonų srauto) ir beta dalelių (elektronų srauto), neutronų, gama spinduliuotės ir rentgeno spindulių srauto pavidalu. Šis reiškinys vadinamas radioaktyvumu. Cheminiai elementai, galintys savaime skilti, vadinami radioaktyviais. Dažniausiai vartojamas jonizuojančiosios spinduliuotės sinonimas yra radioaktyvioji spinduliuotė.
Jonizuojanti spinduliuotė yra įkrautų arba neutralių dalelių ir elektromagnetinių kvantų srautas, kurio sąveika su terpe sukelia jos atomų ir molekulių jonizaciją ir sužadinimą. Jonizuojanti spinduliuotė yra elektromagnetinė (gama ir rentgeno spinduliuotė) ir korpuskulinė (alfa spinduliuotė, beta spinduliuotė, neutroninė spinduliuotė).
Gama spinduliuotė yra elektromagnetinė spinduliuotė, kurią sukelia gama spinduliai (diskretieji pluoštai arba kvantai, vadinami fotonais), jei po alfa arba beta skilimo branduolys lieka sužadintas. Gama spinduliai ore gali nukeliauti didelius atstumus. Didelės energijos gama spindulių fotonas gali prasiskverbti per žmogaus kūną. Intensyvi gama spinduliuotė gali pažeisti ne tik odą, bet ir vidaus organus. Nuo šios spinduliuotės apsaugo tankios ir sunkios medžiagos, geležis ir švinas. Gama spinduliuotę galima dirbtinai sukurti užkrėstų dalelių (mikrotronų) greitintuvuose, pavyzdžiui, greitųjų greitintuvo elektronų gama spinduliuotę, kai jie pasiekia taikinį.
Rentgeno spinduliuotė yra panaši į gama spinduliuotę. Kosminius rentgeno spindulius sugeria atmosfera. Rentgeno spinduliai gaminami dirbtinai ir patenka į apatinę elektromagnetinės spinduliuotės energijos spektro dalį.
Radioaktyvioji spinduliuotė yra natūralus biosferos veiksnys visiems gyviems organizmams, o patys gyvi organizmai turi tam tikrą radioaktyvumą. Iš biosferos objektų dirvožemiai turi didžiausią natūralų radioaktyvumo laipsnį. Tokiomis sąlygomis gamta klestėjo daugybę milijonų metų, išskyrus išskirtinius atvejus dėl geocheminių anomalijų, susijusių su radioaktyviųjų uolienų, pavyzdžiui, urano rūdos, nuosėdomis.
Tačiau XX amžiuje žmonija susidūrė su radioaktyvumu, kuris buvo nepaprastai didesnis nei natūralus, taigi ir biologiškai nenormalus. Pirmieji nuo per didelių radiacijos dozių nukentėjo didieji mokslininkai, atradę radioaktyviuosius elementus (radžio, polonio), sutuoktiniai Marie Sklodowska-Curie ir Pierre'as Curie. Ir tada: Hirosima ir Nagasakis, atominių ir branduolinių ginklų bandymai, daugybė nelaimių, įskaitant Černobylį ir kt.
Reikšmingiausi biosferos objektai, lemiantys visų gyvų būtybių biologines funkcijas, yra dirvožemiai.
Dirvožemio radioaktyvumas atsiranda dėl juose esančių radionuklidų kiekio. Yra natūralus ir dirbtinis radioaktyvumas.
Natūralų dirvožemio radioaktyvumą sukelia natūralūs radioaktyvieji izotopai, kurių dirvožemiuose ir dirvožemį formuojančiose uolienose visada yra įvairiais kiekiais. Gamtiniai radionuklidai skirstomi į 3 grupes.
Pirmajai grupei priklauso radioaktyvieji elementai – elementai, kurių visi izotopai yra radioaktyvūs: uranas (238
ir tt................
Sunkieji metalai dabar gerokai lenkia tokius gerai žinomus teršalus kaip anglies dioksidas ir siera, o prognozėse turėtų tapti pavojingiausiais, pavojingesniais už atominių elektrinių atliekas ir kietąsias atliekas. Sunkiųjų metalų tarša siejama su plačiu jų naudojimu pramoninėje gamyboje kartu su silpnomis valymo sistemomis, dėl kurių į aplinką patenka sunkieji metalai. Dirvožemis yra pagrindinė terpė, į kurią patenka sunkieji metalai, įskaitant iš atmosferos ir vandens aplinkos. Jis taip pat tarnauja kaip antrinės paviršinio oro ir vandenų, patenkančių iš jo į Pasaulio vandenyną, taršos šaltinis. Iš dirvožemio augalai pasisavina sunkiuosius metalus, kurie vėliau tampa maistu labiau organizuotiems gyvūnams.
Terminas sunkieji metalai, apibūdinantis plačią teršalų grupę, pastaruoju metu įgijo didelį populiarumą. Įvairiuose moksliniuose ir taikomuosiuose darbuose autoriai nevienodai interpretuoja šios sąvokos reikšmę. Šiuo atžvilgiu sunkiųjų metalų elementų kiekis labai skiriasi. Daugybė charakteristikų yra naudojamos kaip narystės kriterijai: atominė masė, tankis, toksiškumas, paplitimas natūralioje aplinkoje, dalyvavimo natūraliuose ir žmogaus sukeltuose cikluose laipsnis.
Darbuose, skirtuose aplinkos taršos ir aplinkos monitoringo problemoms, šiandien D.I. daugiau nei 40 periodinės lentelės metalų yra priskiriami sunkiųjų metalų kategorijai. Mendelejevas, kurio atominė masė viršija 50 atominių vienetų: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi ir tt Šiuo atveju yra šios sąlygos. svarbus vaidmuo skirstant į kategorijas sunkiuosius metalus: didelis jų toksiškumas gyviems organizmams santykinai mažomis koncentracijomis, taip pat gebėjimas bioakumuliuotis ir biologiškai didėti.
Pagal N. Reimerso klasifikaciją sunkiaisiais laikytini metalai, kurių tankis didesnis nei 8 g/cm3. Taigi, sunkieji metalai apima Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg.
Formaliai sunkiųjų metalų apibrėžimas atitinka daugybę elementų. Tačiau, pasak mokslininkų, užsiimančių praktine veikla, susijusia su aplinkos būklės ir užterštumo stebėjimų organizavimu, šių elementų junginiai toli gražu nėra lygiaverčiai teršalams. Todėl daugelyje darbų sunkiųjų metalų grupės apimtis siaurinama, vadovaujantis prioritetiniais kriterijais, kuriuos lemia darbo kryptis ir specifika. Taigi, dabar jau klasikiniuose Yu.A. Izraelis cheminių medžiagų, kurios turi būti nustatomos natūralioje aplinkoje foninėse stotyse biosferos rezervatuose, sąraše, sunkiųjų metalų skyriuje įvardijami Pb, Hg, Cd, As. Kita vertus, sunkiųjų metalų emisijų darbo grupės, dirbančios prie Jungtinių Tautų Europos ekonomikos komisijos ir renkančios bei analizuojančios informaciją apie Europos šalyse išmetamų teršalų, sprendimu, tik Zn, As, Se ir Sb. buvo klasifikuojami kaip sunkieji metalai.
Sunkiųjų metalų kiekio dirvožemyje ir augaluose standartizavimas yra labai sunkus, nes neįmanoma visiškai atsižvelgti į visus aplinkos veiksnius. Taigi, pakeitus tik dirvožemio agrochemines savybes (vidutinę reakciją, humuso kiekį, prisotinimo laipsnį bazėmis, granulometrinę sudėtį), sunkiųjų metalų kiekis augaluose gali sumažėti arba padidėti kelis kartus. Yra prieštaringų duomenų net apie kai kurių metalų foninį kiekį. Mokslininkų rasti ir nurodyti rezultatai kartais skiriasi 5-10 kartų.
Teršiančių metalų pasiskirstymas erdvėje yra labai sudėtingas ir priklauso nuo daugelio veiksnių, tačiau bet kuriuo atveju būtent dirvožemis yra pagrindinis sunkiųjų metalų technogeninių masių imtuvas ir kaupėjas.
Sunkiųjų metalų patekimas į litosferą dėl technogeninės dispersijos vyksta įvairiais būdais. Svarbiausios iš jų – emisijos aukštos temperatūros procesų metu (juodųjų ir spalvotųjų metalų metalurgija, cemento žaliavų skrudinimas, mineralinio kuro deginimas). Be to, biocenozių taršos šaltinis gali būti drėkinimas vandeniu, kuriame yra daug sunkiųjų metalų, dumblo iš buitinių nuotekų patekimas į dirvą kaip trąša, antrinė tarša dėl sunkiųjų metalų pašalinimo iš metalurgijos įmonių vandeniu ar oru. srautus, didelių sunkiųjų metalų kiekių patekimą nuolat naudojant dideles organinių, mineralinių trąšų ir pesticidų dozes. Priedas Nr. 1 atspindi technogeninės taršos šaltinių ir metalų teršalų atitikimą.
Technogeninei taršai sunkiaisiais metalais apibūdinti naudojamas koncentracijos koeficientas, lygus elemento koncentracijos užterštoje dirvoje ir jo foninės koncentracijos santykiui. Esant užterštumui keliais sunkiaisiais metalais, užterštumo laipsnis vertinamas bendrojo koncentracijos indekso (Zc) dydžiu.
1 priede šiuo metu Komsomolsko prie Amūro teritorijoje veikiančios pramonės šakos paryškintos spalvotai. Lentelėje matyti, kad tokiems elementams kaip cinkas, švinas, kadmis reikalauja privalomos MPC lygio kontrolės, ypač atsižvelgiant į tai, kad jie yra įtraukti į pagrindinių sunkiųjų metalų teršalų sąrašą (Hg, Pb, Cd, As – pagal Yu.A. Izraelis), daugiausia dėl to, kad jų technogeninis kaupimasis aplinkoje vyksta dideliu greičiu.
Remdamiesi šiais duomenimis, atidžiau pažvelkime į šių elementų ypatybes.
Cinkas yra vienas iš aktyvių mikroelementų, turinčių įtakos organizmų augimui ir normaliam vystymuisi. Tuo pačiu metu daugelis cinko junginių yra toksiški, visų pirma jo sulfatas ir chloridas.
Didžiausia leistina koncentracija Zn 2+ yra 1 mg/dm 3 (ribinis žalos rodiklis – organoleptinis), Zn 2+ didžiausia leistina koncentracija – 0,01 mg/dm 3 (ribinis žalos rodiklis – toksikologinis) (Biogeocheminės savybės Žr. 2 priedą).
Šiuo metu švinas užima pirmąją vietą tarp pramoninio apsinuodijimo priežasčių. Taip yra dėl to, kad jis plačiai naudojamas įvairiose pramonės šakose (1 priedas).
Švino yra metalurgijos įmonių, kurios dabar yra pagrindinis taršos šaltinis, išmetamuose teršaluose, metalo apdirbimo, elektrotechnikos ir naftos chemijos pramonės įmonėse. Reikšmingas švino šaltinis yra švino turintį benziną naudojančių transporto priemonių išmetamosios dujos.
Šiuo metu automobilių skaičius ir jų eismo intensyvumas ir toliau didėja, o tai taip pat didina švino išmetimą į aplinką.
Savo veikimo metu Komsomolsko prie Amūro baterijų gamykla buvo galingas švino taršos šaltinis miesto vietovėse. Elementas per atmosferą nusėdo ant dirvožemio paviršiaus, kaupėsi ir dabar iš jo praktiškai nepašalinamas. Šiandien vienas iš taršos šaltinių yra ir metalurgijos gamykla. Toliau kaupiasi švinas kartu su anksčiau nelikviduotais „rezervais“. Kai švino yra 2-3 g 1 kg dirvožemio, dirvožemis apmirs.
Rusijos ekspertų paskelbtoje baltojoje knygoje rašoma, kad tarša švinu apima visą šalį ir yra viena iš daugelio ekologinių nelaimių buvusioje Sovietų Sąjungoje, kurios paaiškėjo pastaraisiais metais. Didžioji dalis Rusijos teritorijos patiria švino nusėdimo apkrovą, kuri viršija kritinę apkrovą normaliam ekosistemos funkcionavimui. Dešimtyse miestų jau devintajame dešimtmetyje švino koncentracijos ore ir dirvožemyje viršijo vertes, atitinkančias didžiausias leistinas koncentracijas. Šiandien, nepaisant techninės įrangos tobulinimo, situacija nepasikeitė iš esmės (3 priedas).
Aplinkos tarša švinu veikia žmonių sveikatą. Cheminė medžiaga patenka į organizmą įkvėpus švino turinčio oro ir švino nurijusi per maistą, vandenį ir dulkių daleles. Cheminė medžiaga kaupiasi organizme, kauluose ir paviršiniuose audiniuose. Paveikia inkstus, kepenis, nervų sistemą ir kraujodaros organus. Švino poveikis sutrikdo moterų ir vyrų reprodukcinę sistemą. Nėščioms ir vaisingo amžiaus moterims padidėjęs švino kiekis kraujyje kelia ypatingą pavojų, nes jo įtakoje dėl švino prasiskverbimo pro placentos barjerą sutrinka menstruacijų funkcija, dažniau gimsta priešlaikiniai gimdymai, persileidimai ir vaisiaus mirtis. Naujagimių mirtingumas yra didelis. Mažas gimimo svoris, sustingimas ir klausos praradimas taip pat atsiranda dėl apsinuodijimo švinu.
Mažiems vaikams apsinuodijimas švinu yra itin pavojingas, nes neigiamai veikia smegenų ir nervų sistemos vystymąsi. Net ir vartojant mažas dozes, ikimokyklinio amžiaus vaikų apsinuodijimas švinu sukelia intelekto išsivystymo, dėmesio ir gebėjimo susikaupti susilpnėjimą, skaitymo atsilikimą, sukelia agresyvumo, hiperaktyvumo ir kitų vaiko elgesio problemų vystymąsi. Šie vystymosi sutrikimai gali būti ilgalaikiai ir negrįžtami. Didelės intoksikacijos dozės sukelia protinį atsilikimą, komą, traukulius ir mirtį.
Ribuojantis kenksmingumo rodiklis yra sanitarinis-toksikologinis. Didžiausia leistina švino koncentracija – 0,03 mg/dm 3, didžiausia leistina švino koncentracija – 0,1 mg/dm 3.
Antropogeniniai kadmio šaltiniai, patenkantys į aplinką, gali būti suskirstyti į dvi grupes:
- § vietinės emisijos, susijusios su pramoniniais kompleksais, gaminančiais (įskaitant daugybę chemijos įmonių, ypač gaminančių sieros rūgštį) arba naudojančius kadmį.
- § pasklidę įvairios galios šaltiniai visoje Žemėje, pradedant šiluminėmis elektrinėmis ir varikliais, baigiant mineralinėmis trąšomis ir tabako dūmais.
Dvi kadmio savybės lemia jo svarbą aplinkai:
- 1. Santykinai aukštas garų slėgis, užtikrinantis lengvą garavimą, pavyzdžiui, lydant ar degant anglims;
- 2. Didelis tirpumas vandenyje, ypač esant žemoms rūgštinėms pH vertėms (ypač esant 5).
Į dirvožemį patenkantis kadmis daugiausia yra judrios formos, o tai turi neigiamą reikšmę aplinkai. Judanti forma lemia santykinai didelį elemento migracijos gebėjimą kraštovaizdyje ir padidina medžiagų srauto iš dirvožemio į augalus užteršimą.
Dirvožemio užterštumas Cd išlieka ilgą laiką net ir nustojus tiekti šį metalą. Iki 70% kadmio, patenkančio į dirvą, yra susijęs su dirvožemio cheminiais kompleksais, kuriuos augalai gali pasisavinti. Dirvožemio mikroflora taip pat dalyvauja formuojant kadmio-organinius junginius. Priklausomai nuo dirvožemio cheminės sudėties, fizikinių savybių ir gaunamo kadmio formos, jo transformacija dirvožemyje baigiasi per kelias dienas. Dėl to kadmis kaupiasi jonine forma rūgščiuose vandenyse arba netirpaus hidroksido ir karbonato pavidalu. Jis taip pat gali būti dirvožemyje sudėtingų junginių pavidalu. Vietose, kuriose dirvožemyje yra daug kadmio, jo koncentracija antžeminėse augalų dalyse padidėja 20-30 kartų, palyginti su augalais neužterštose vietose. Pastebimi simptomai, kuriuos sukelia padidėjęs kadmio kiekis augaluose, yra lapų chlorozė, jų kraštų ir gyslų raudonai ruda spalva, taip pat augimo sulėtėjimas ir šaknų sistemos pažeidimas.
Kadmis yra labai toksiškas. Didelis kadmio fitotoksiškumas paaiškinamas jo cheminėmis savybėmis, panašiomis į cinką. Todėl kadmis gali pakeisti cinką daugelyje biocheminių procesų, sutrikdydamas daugelio fermentų funkcionavimą. Kadmio fitotoksiškumas pasireiškia jo slopinamu poveikiu fotosintezei, transpiracijos ir anglies dioksido fiksacijos sutrikimu, taip pat ląstelių membranų pralaidumo pokyčiais.
Konkreti kadmio, kaip mikroelemento, biologinė reikšmė nenustatyta. Kadmis į žmogaus organizmą patenka dviem būdais: darbe ir su maistu. Padidėjusio dirvožemio ir vandens telkinių kadmio užterštumo vietose susidaro kadmio pasisavinimo maisto grandinės. Kadmis mažina virškinimo fermentų (tripsino ir kiek mažiau pepsino) aktyvumą, keičia jų veiklą, aktyvina fermentus. Kadmis veikia angliavandenių apykaitą, sukelia hiperglikemiją, slopina glikogeno sintezę kepenyse.
Didžiausia leistina koncentracija in – 0,001 mg/dm 3, didžiausia leistina koncentracija v – 0,0005 mg/dm 3 (ribinis žalos požymis – toksikologinis).
Sunkieji metalai, kurie į aplinką patenka dėl žmogaus gamybinės veiklos (pramonės, transporto ir kt.), yra vieni pavojingiausių biosferos teršalų. Elementai, tokie kaip gyvsidabris, švinas, kadmis ir varis, yra klasifikuojami kaip „kritinė medžiagų grupė – aplinkos streso rodikliai“. Skaičiuojama, kad vien metalurgijos įmonės kasmet į Žemės paviršių išmeta daugiau nei 150 tūkst. tonų vario; 120 – cinko, apie 90 – švino, 12 – nikelio ir apie 30 tonų gyvsidabrio. Šie metalai linkę fiksuotis atskirose biologinio ciklo dalyse, kauptis mikroorganizmų ir augalų biomasėje, trofinėmis grandinėmis patekti į gyvūnų ir žmonių organizmą, neigiamai veikiant jų gyvybines funkcijas. Kita vertus, sunkieji metalai daro tam tikrą poveikį ekologinei situacijai, slopindami daugelio organizmų vystymąsi ir biologinį aktyvumą.
Sunkiųjų metalų poveikio dirvožemio mikroorganizmams problemos aktualumą lemia tai, kad būtent dirvožemyje koncentruojasi didžioji dalis visų organinių liekanų mineralizacijos procesų, užtikrinančių biologinio ir geologinio ciklo sujungimą. Dirvožemis yra ekologinis biosferos jungčių mazgas, kuriame gyvosios ir negyvosios medžiagos sąveika vyksta intensyviausiai. Dirvožemyje užsidaro medžiagų apykaitos procesai tarp žemės plutos, hidrosferos, atmosferos ir sausumoje gyvenančių organizmų, tarp kurių svarbią vietą užima dirvožemio mikroorganizmai.
Iš ilgalaikių Roshydromet stebėjimų duomenų žinoma, kad pagal bendrą dirvožemio užterštumo sunkiaisiais metalais indeksą, apskaičiuotą teritorijoms, esančioms penkių kilometrų zonoje, 2,2% Rusijos gyvenviečių priklauso kategorijai „labai pavojingas“. tarša“, 10,1 % – „pavojinga tarša“, 6,7 % – „vidutiniškai pavojinga tarša“. Daugiau nei 64 milijonai Rusijos Federacijos piliečių gyvena vietovėse, kuriose oro tarša yra per didelė.
Po 90-ųjų ekonomikos nuosmukio per pastaruosius 10 metų Rusijoje pramonės ir transporto išmetamų teršalų lygis vėl padidėjo. Pramoninių ir buitinių atliekų perdirbimo greitis kelis kartus atsilieka nuo susidarymo dumblo saugyklose; Sąvartynuose ir sąvartynuose sukaupta daugiau nei 82 milijardai tonų gamybos ir vartojimo atliekų. Vidutinis atliekų panaudojimo ir šalinimo rodiklis pramonėje yra apie 43,3 %, beveik visos kietosios buitinės atliekos yra tiesiogiai laidojamos.
Šiuo metu Rusijos pažeistų žemių plotas siekia daugiau nei 1 mln. Iš jų žemės ūkis sudaro 10%, spalvotoji metalurgija - 10, anglių pramonė - 9, naftos pramonė - 9, dujos - 7, durpės - 5, juodoji metalurgija - 4%. Su 51 tūkst. hektarų atkurtos žemės kasmet tiek pat patenka į pažeistų kategoriją.
Taip pat itin nepalanki situacija formuojasi ir miestų bei pramonės teritorijų dirvožemiuose kaupiantis kenksmingoms medžiagoms, nes šiuo metu visoje šalyje atsižvelgiama į daugiau nei 100 tūkst. iš anksto nustato labai aukštą technogeninės taršos ir nelaimingų atsitikimų dėl didelio masto labai toksiškų medžiagų išmetimo riziką.
Ariamos dirvos užterštos tokiais elementais kaip gyvsidabris, arsenas, švinas, boras, varis, alavas, bismutas, kurie į dirvą patenka kaip pesticidų, biocidų, augalų augimo stimuliatorių ir struktūros formuotojų dalis. Netradicinėse trąšose, gaminamose iš įvairių atliekų, dažnai yra daug įvairių teršalų didelėmis koncentracijomis.
Mineralinių trąšų naudojimas žemės ūkyje yra skirtas padidinti augalų maistinių medžiagų kiekį dirvožemyje ir padidinti žemės ūkio augalų derlių. Tačiau kartu su pagrindinių maisto medžiagų veikliąja medžiaga su trąšomis į dirvą patenka daug įvairių cheminių medžiagų, tarp jų ir sunkiųjų metalų. Pastaroji priežastis yra nuodingų priemaišų buvimas žaliavoje, netobulos trąšų gamybos ir naudojimo technologijos. Taigi kadmio kiekis mineralinėse trąšose priklauso nuo žaliavos, iš kurios gaminamos trąšos, rūšies: Kolos pusiasalio apatituose jo yra nežymiai (0,4-0,6 mg/kg), Alžyro fosforituose - iki 6, o marokietiškuose - daugiau 30 mg/kg. Švino ir arseno buvimas Kolos apatituose yra atitinkamai 5–12 ir 4–15 kartų mažesnis nei Alžyro ir Maroko fosforituose.
A.Yu. Aydievas ir kt. pateikia šiuos duomenis apie sunkiųjų metalų kiekį mineralinėse trąšose (mg/kg): azotas - Pb - 2-27; Zn - 1-42; Cu - 1-15; Cd - 0,3-1,3; Ni - 0,9; fosforo - atitinkamai 2-27; 23; 10-17; 2,6; 6,5; kalio - atitinkamai 196; 182; 186; 0,6; 19,3 ir Hg – 0,7 mg/kg, t.y., trąšos gali būti dirvožemio-augalo sistemos taršos šaltinis. Pavyzdžiui, įvedant mineralines trąšas žieminių kviečių monokultūrai ant tipinio chernozemo N45P60K60 doze, dirva kasmet gauna Pb – 35133 mg/ha, Zn – 29496, Cu – 29982, Cd – 1194, Ni – 5563. mg/ha. Per ilgą laiką jų kiekis gali pasiekti reikšmingas vertes.
Iš technogeninių šaltinių į atmosferą išleidžiamų metalų ir metaloidų pasiskirstymas kraštovaizdyje priklauso nuo atstumo nuo taršos šaltinio, nuo klimato sąlygų (vėjų stiprumo ir krypties), nuo reljefo, nuo technologinių veiksnių (atliekų būklės, metodo). atliekų išleidimo į aplinką, įmonės vamzdžių aukščio).
Dirvožemio tarša atsiranda, kai technogeniniai metalų ir metaloidų junginiai patenka į aplinką bet kokios fazės būsenoje. Apskritai planetoje vyrauja aerozolinė tarša. Šiuo atveju didžiausios aerozolio dalelės (>2 mikronai) patenka į taršos šaltinio greta (keleto kilometrų atstumu), sudarydamos didžiausios teršalų koncentracijos zoną. Taršą galima atsekti dešimčių kilometrų atstumu. Užterštos teritorijos dydį ir formą lemia minėtų veiksnių įtaka.
Pagrindinės teršalų dalies kaupimasis stebimas daugiausia humuso kaupimosi dirvožemio horizonte. Dėl įvairių sąveikos reakcijų jie jungiasi su aliumosilikatais, nesilikatiniais mineralais, organinėmis medžiagomis. Kai kurie iš jų yra tvirtai laikomi šių komponentų ir ne tik nedalyvauja migracijoje pagal dirvožemio profilį, bet ir nekelia pavojaus gyviems organizmams. Neigiamos dirvožemio taršos pasekmės aplinkai yra susijusios su judriais metalų ir metaloidų junginiais. Jų susidarymas dirvožemyje vyksta dėl šių elementų koncentracijos kietų dirvožemio fazių paviršiuje dėl sorbcijos-desorbcijos, kritulių-tirpimo, jonų mainų, kompleksinių junginių susidarymo reakcijų. Visi šie junginiai yra pusiausvyroje su dirvožemio tirpalu ir kartu sudaro dirvožemyje judrių įvairių cheminių elementų junginių sistemą. Sugertų elementų kiekis ir jų sulaikymo dirvožemiuose stiprumas priklauso nuo elementų savybių ir dirvožemio cheminių savybių. Šių savybių įtaka metalų ir metaloidų elgsenai turi ir bendrųjų, ir specifinių bruožų. Absorbuotų elementų koncentraciją lemia smulkūs molio mineralai ir organinės medžiagos. Rūgštingumo padidėjimą lydi metalo junginių tirpumo padidėjimas, tačiau metaloidinių junginių tirpumo apribojimas. Nesilikatinių geležies ir aliuminio junginių įtaka teršalų įsisavinimui priklauso nuo rūgščių-šarmų sąlygų dirvose.
Išplovimo sąlygomis realizuojamas potencialus metalų ir metaloidų mobilumas, jie gali būti pernešami už dirvožemio profilio ribų, tapdami antrinės požeminio vandens taršos šaltiniais.
Sunkiųjų metalų junginiai, kurie yra smulkiausių aerozolių dalelių (mikronų ir submikronų) dalis, gali patekti į viršutinius atmosferos sluoksnius ir būti gabenami dideliais atstumais, matuojamais tūkstančiais kilometrų, t.y. dalyvauti pasauliniame medžiagų pernešime.
„Vostok“ meteorologinės sintezės centro duomenimis, Rusijos teritorijos užterštumas švinu ir kadmiu kitose šalyse yra daugiau nei 10 kartų didesnis nei šių šalių užterštumas teršalais iš Rusijos šaltinių, kurį lemia vakarų-rytų oro masės dominavimas. perkėlimas. Švino nusėdimas Rusijos europinėje teritorijoje (ETP) kasmet sudaro: iš Ukrainos šaltinių - apie 1100 tonų, Lenkijos ir Baltarusijos - 180-190, Vokietijoje - daugiau nei 130 tonų kadmio nusėdimo ant ETP iš Ukrainos šaltinių per metus tonų, Lenkija - beveik 9 , Baltarusija - 7, Vokietija - daugiau nei 5 tonos.
Didėjanti aplinkos tarša sunkiaisiais metalais (TM) kelia grėsmę natūraliems biokompleksams ir agrocenozėms. Dirvožemyje besikaupiančius TM augalus iš jos ištraukia ir trofinėmis grandinėmis didėjančios koncentracijos patenka į gyvūnų organizmą. Augalai kaupia TM ne tik iš dirvožemio, bet ir iš oro. Priklausomai nuo augalo rūšies ir ekologinės situacijos, dominuoja dirvožemio ar oro taršos įtaka. Todėl TM koncentracija augaluose gali viršyti arba būti mažesnė už jų kiekį dirvožemyje. Ypač daug švino iš oro pasisavina lapinės daržovės (iki 95%).
Pakelės vietose motorinės transporto priemonės labai teršia dirvą sunkiaisiais metalais, ypač švinu. Kai jo koncentracija dirvožemyje yra 50 mg/kg, maždaug dešimtadalį šio kiekio sukaupia žoliniai augalai. Augalai taip pat aktyviai pasisavina cinką, kurio kiekis juose gali būti kelis kartus didesnis nei jo kiekis dirvožemyje.
Sunkieji metalai daro didelę įtaką dirvožemio mikrobiotos skaičiui, rūšinei sudėčiai ir gyvybinei veiklai. Jie slopina dirvožemiuose vykstančius įvairių medžiagų mineralizacijos ir sintezės procesus, slopina dirvožemio mikroorganizmų kvėpavimą, sukelia mikrobiostatinį poveikį ir gali veikti kaip mutageninis faktorius.
Dauguma sunkiųjų metalų padidintose koncentracijose slopina fermentų aktyvumą dirvožemyje: amilazės, dehidrogenazės, ureazės, invertazės, katalazės. Remiantis tuo, buvo pasiūlyti į gerai žinomą LD50 rodiklį panašūs indeksai, kuriuose efektyvia laikoma teršalo koncentracija, kuri sumažina tam tikrą fiziologinį aktyvumą 50 ar 25 %, pavyzdžiui, CO2 išmetimo per dirvožemį mažinimas. - EkD50, dehidrogenazės aktyvumo slopinimas - EC50, invertazės aktyvumo slopinimas 25%, geležies geležies redukcijos aktyvumo sumažėjimas - EC50.
S.V. Levinas ir kt. Toliau pateikti pasiūlyti kaip skirtingo dirvožemio užterštumo sunkiaisiais metalais rodikliai realiomis sąlygomis. Žemas užterštumo lygis turėtų būti nustatytas viršijant sunkiųjų metalų foninę koncentraciją, naudojant priimtus cheminės analizės metodus. Vidutinį užterštumo lygį aiškiausiai liudija inicijuotos dirvožemio mikrobų bendruomenės narių persiskirstymo nebuvimas papildomai įvedus teršalo dozę, lygią dvigubai didesnei už koncentraciją, atitinkančią neužteršto dirvožemio homeostazės zonos dydį. Kaip papildomus indikatorinius požymius tikslinga naudoti azoto fiksavimo dirvožemyje aktyvumo sumažėjimą ir šio proceso kintamumą, dirvožemio mikroorganizmų komplekso rūšinio turtingumo ir įvairovės sumažėjimą bei toksinų dalies padidėjimą. -formuojančias formas, epifitinius ir pigmentinius mikroorganizmus. Norint nurodyti aukštą taršos lygį, patartina atsižvelgti į aukštesniųjų augalų reakciją į taršą. Papildomi požymiai gali būti tam tikram teršalui atsparių mikroorganizmų formų didelio populiacijos tankio aptikimas, atsižvelgiant į bendrą dirvožemio mikrobiologinio aktyvumo sumažėjimą.
Visoje Rusijoje visų nustatytų TM vidutinė koncentracija dirvožemyje neviršija 0,5 MAC. Tačiau atskirų elementų variacijos koeficientas yra 69-93%, o kadmio jis viršija 100%. Vidutinis švino kiekis priesmėlio ir priesmėlio dirvose yra 6,75 mg/kg. Vario, cinko, kadmio kiekis yra 0,5-1,0 ODC ribose. Kiekvienais metais kiekvienas dirvožemio paviršiaus kvadratinis metras sugeria apie 6 kg cheminių medžiagų (švino, kadmio, arseno, vario, cinko ir kt.). Pagal pavojingumo laipsnį TM skirstomi į tris klases, iš kurių pirmoji priskiriama labai pavojingoms medžiagoms. Jį sudaro Pb, Zn, Cu, As, Se, F, Hg. Antrajai vidutiniškai pavojingai klasei atstovauja B, Co, Ni, Mo, Cu, Cr, o trečiajai (mažo pavojaus) klasei – Ba, V, W, Mn, Sr. Informacija apie pavojingas TM koncentracijas pateikiama analizuojant judrias jų formas (4.11 lentelė).
Sunkiaisiais metalais užteršto dirvožemio valymui naudojami įvairūs metodai, vienas iš jų – natūralių ceolitų arba sorbentinių meliorantų panaudojimas. Ceolitai pasižymi dideliu selektyvumu daugeliui sunkiųjų metalų. Atskleistas šių mineralų ir ceolito turinčių uolienų efektyvumas surišant sunkiuosius metalus dirvožemyje ir mažinant jų patekimą į augalus. Paprastai dirvožemyje ceolitų yra nedideliais kiekiais, tačiau daugelyje pasaulio šalių natūralių ceolitų telkiniai yra plačiai paplitę, o jų naudojimas dirvožemio detoksikacijai gali būti ekonomiškai nebrangus ir ekologiškai efektyvus dėl pagerėjusių dirvožemio agrocheminių savybių. .
Panaudojus 35 ir 50 g/kg heulandito dirvožemio iš Pegassky telkinio (frakcija 0,3 mm) ant užterštų chernozemų šalia daržovėms skirtos cinko lydyklos sumažėjo judrių cinko ir švino formų kiekis, tačiau tuo pačiu ir azoto bei pablogėjo augalų iš dalies fosforo-kalio mityba, dėl to sumažėjo jų produktyvumas.
Pasak V.S. Belousova, į sunkiaisiais metalais užterštą dirvą (10-100 kartų daugiau nei fonas), prisidėjo prie TM kaupimosi augaluose sumažėjimo: vario ir cinko iki 5–14 kartų, švino ir kadmio – iki 2–4 kartų. Jis taip pat atskleidė, kad akivaizdžios koreliacijos tarp CSP adsorbcijos savybių ir metalo inaktyvacijos poveikio nebuvimas, išreikštas, pavyzdžiui, santykinai mažesniu švino kiekio sumažėjimu bandomose kultūrose, nepaisant labai didelės CSP absorbcijos adsorbcijos metu. eksperimentų, yra gana tikimasi ir yra augalų rūšių skirtumų dėl gebėjimo kaupti sunkiuosius metalus pasekmė.
Augalijos eksperimentuose velėniniuose-podzoliniuose dirvožemiuose (Maskvos sritis), dirbtinai užterštuose švinu 640 mg Pb/kg, o tai 10 kartų viršija didžiausią leistiną koncentraciją rūgštiniuose dirvožemiuose, buvo naudojamas ceolitas iš Sokirnitskoye telkinio ir modifikuotas. ceolitas „klino-fosas“, kurio veikliosios medžiagos yra amonio, kalio, magnio ir fosforo jonai 0,5% dirvožemio masės dozėmis, turėjo skirtingą poveikį dirvožemio agrocheminėms savybėms, augalų augimui ir vystymuisi. Modifikuotas ceolitas sumažino dirvožemio rūgštingumą, ženkliai padidino augalams prieinamą azoto ir fosforo kiekį, padidino amonifikacijos aktyvumą ir mikrobiologinių procesų intensyvumą, užtikrino normalią salotų augalų vegetaciją, o nesočiojo ceolito pridėjimas nebuvo efektyvus.
Nesotusis ceolitas ir modifikuotas ceolitas „klinofosas“ taip pat nepasirodė savo sorbcinių savybių švino atžvilgiu po 30 ir 90 dienų dirvos kompostavimo. Galbūt 90 dienų neužtenka švino sorbcijos ceolitų procesui užbaigti, tai liudija V. G. duomenys. Mineeva ir kt. apie ceolitų sorbcinio poveikio pasireiškimą tik antraisiais metais po jų panaudojimo.
Į Semipalatinsko Irtyšo srities kaštonų dirvožemį įdėjus ceolito, susmulkinto iki didelio dispersijos laipsnio, santykinis aktyvios mineralinės frakcijos, pasižyminčios didelėmis jonų mainų savybėmis, kiekis jame padidėjo, dėl to bendras sugerties pajėgumas. ariamo sluoksnio padidėjo. Pastebėtas ryšys tarp panaudotos ceolitų dozės ir adsorbuoto švino kiekio – didžiausia dozė lėmė didžiausią švino absorbciją. Ceolitų įtaka adsorbcijos procesui labai priklausė nuo jo šlifavimo. Taigi švino jonų adsorbcija pridedant 2 mm malimo ceolitų priesmėlio dirvožemyje padidėjo vidutiniškai 3,0; 6,0 ir 8,0 %; vidutinio priemolio dirvožemyje - 5,0; 8,0 ir 11,0 %; soloneciniame vidutinio priemolio - 2,0; atitinkamai 4,0 ir 8,0 proc. Naudojant 0,2 mm malimo ceolitus, absorbuoto švino kiekis padidėjo: priesmėlio dirvoje vidutiniškai 17, 19 ir 21%, vidutinio priemolio - 21, 23 ir 26%, solonecinėje ir vidutinio priemolio dirvoje - atitinkamai 21, 23 ir 25 proc.
ESU. Abduazhitova Semipalatinsko Irtyšo srities kaštoniniuose dirvožemiuose taip pat gavo teigiamų rezultatų dėl natūralių ceolitų įtakos dirvožemio ekologiniam stabilumui ir jų sugeriamumui švino atžvilgiu, sumažinant jo fitotoksiškumą.
Pasak M.S. Paninas ir T.I. Gulkina, tiriant įvairių agrocheminių medžiagų įtaką vario jonų sorbcijai dirvožemyje šiame regione, nustatyta, kad organinių trąšų ir ceolitų įterpimas prisidėjo prie dirvožemių sorbcijos pajėgumo didėjimo.
Karbonatiniame lengvo priemolio dirvožemyje, užterštoje Pb – automobilių kuro su švinu degimo produktu – smėlio frakcijoje šio elemento rasta 47 proc. Pb(II) druskoms patekus į neužterštą molingą dirvą ir priesmėlio sunkų priemolį, šioje frakcijoje Pb susidaro tik 5-12 %. Ceolito (klinoptilolito) pridėjimas sumažina Pb kiekį dirvožemyje skystoje fazėje, todėl turėtų sumažėti jo prieinamumas augalams. Tačiau ceolitas neleidžia metalui pernešti iš dulkių ir molio frakcijos į smėlio frakciją, kad vėjas su dulkėmis nepatektų į atmosferą.
Natūralūs ceolitai aplinkai nekenksmingose technologijose naudojami solonecinių dirvožemių rekultivacijai, 15-75% sumažinant vandenyje tirpaus stroncio kiekį dirvožemyje, pridėjus fosfogipso, taip pat sumažinant sunkiųjų metalų koncentracijas. Auginant miežius, kukurūzus ir pridedant fosfogipso ir klinoptiolito mišinio, buvo pašalintas neigiamas fosfogipso poveikis, kuris turėjo teigiamos įtakos pasėlių augimui, vystymuisi ir produktyvumui.
Atliekant auginimo eksperimentą užterštose dirvose su miežių bandomuoju augalu, tirtas ceolitų poveikis fosfatiniam buferiui į dirvą įpylus 5, 10 ir 20 mg P/100 g dirvožemio. Kontrolė parodė didelį P absorbcijos intensyvumą ir mažą fosfato buferio talpą (PBC(p)), naudojant mažą P trąšų dozę. NH ir Ca ceolitai sumažino PBC (p), o H2PO4 intensyvumas nepasikeitė iki augalų vegetacijos sezono pabaigos. Meliorantų įtaka didėjo padidėjus P kiekiui dirvožemyje, dėl to PBC(p) potencialo reikšmė išaugo dvigubai, o tai turėjo teigiamos įtakos dirvožemio derlingumui. Ceolito meliorantai harmonizuoja augalų tręšimą mineraliniu P, o jų natūralūs barjerai vadinamajame aktyvuojasi. Zn-aklimatizacija; dėl to sumažėjo toksinių medžiagų kaupimasis bandomuosiuose augaluose.
Vaisių ir uogų auginimas reikalauja reguliaraus apdorojimo apsauginiais vaistais, kurių sudėtyje yra sunkiųjų metalų. Atsižvelgiant į tai, kad šios kultūros vienoje vietoje auga ilgą laiką (dešimtis metų), sodų dirvose linkę kauptis sunkieji metalai, kurie neigiamai veikia uogų produktų kokybę. Ilgalaikiai tyrimai parodė, kad, pavyzdžiui, pilkame miško dirvožemyje po uogynais bendrasis TM kiekis Pb ir Ni 2 kartus, Zn 3 kartus, Cu 6 kartus viršijo regiono foninę koncentraciją.
Ceolito turinčių uolienų iš Chotyneco telkinio naudojimas siekiant sumažinti juodųjų serbentų, aviečių ir agrastų užterštumą yra aplinkos ir ekonomiškai efektyvi priemonė.
Darbe L.I. Leontjeva nustatė šią savybę, kuri, mūsų nuomone, yra labai reikšminga. Autorius nustatė, kad maksimalų judrių P ir Ni formų kiekio sumažėjimą pilkame miško dirvožemyje užtikrina ceolito turinčios uolienos įvedimas 8 ir 16 t/ha, o Zn ir Cu - 24 t/ ha, t.y. stebimas diferencijuotas elemento ir sorbento kiekio santykis .
Trąšų kompozicijų ir dirvožemio kūrimas iš pramoninių atliekų reikalauja ypatingos kontrolės, ypač sunkiųjų metalų kiekio reguliavimo. Todėl ceolitų naudojimas čia laikomas efektyvia technika. Pavyzdžiui, tiriant astrų augimo ir vystymosi charakteristikas dirvožemiuose, sukurtuose humusingo podzolizuoto chernozemo sluoksnio pagrindu, pagal schemą: kontrolė, dirvožemis + 100 g/m šlako; gruntas + 100 g/m2 šlakas + 100 g/m2 ceolitas; dirvožemis + 100 g/m2 ceolitas; dirvožemis + 200 g/m2 ceolitas; dirvožemis + nuotekų dumblas 100 g/m2 + ceolitas 200 g/m2, nustatyta, kad astrams augti geriausiai tinka dirvožemis su nuotekų dumblu ir ceolitu.
Įvertinus gruntų susidarymo iš ceolitų, nuotekų dumblo ir šlako sijojimo pasekmes, nustatytas jų poveikis švino, kadmio, chromo, cinko ir vario koncentracijai. Jei kontrolėje judriojo švino kiekis sudarė 13,7% viso kiekio dirvožemyje, tai pridėjus šlako jis padidėjo iki 15,1%. Naudojant organines medžiagas iš nuotekų dumblo mobilaus švino kiekis sumažėjo iki 12,2%. Ceolitas turėjo didžiausią poveikį fiksuodamas šviną į sėslias formas, sumažindamas judrių Pb formų koncentraciją iki 8,3%. Bendrai veikiant nuotekų dumblui ir ceolitui naudojant šlaką, mobiliojo švino kiekis sumažėjo 4,2 proc. Tiek ceolitas, tiek nuotekų dumblas turėjo teigiamos įtakos kadmio fiksacijai. Mažinant vario ir cinko judrumą dirvožemyje, ceolitas ir jo derinys su nuotekų dumblo organinėmis medžiagomis labiau pasireiškė. Nuotekų dumble esančios organinės medžiagos padidino nikelio ir mangano mobilumą.
Nuotekų dumblas iš Lyubertsy aeracijos stoties patekęs į priesmėlio velėninį-podzolinį dirvožemį lėmė jų užteršimą TM. OCB užterštose dirvose judriais junginiais TM kaupimosi koeficientai buvo 3-10 kartų didesni nei pagal bendrąjį kiekį, lyginant su neužterštomis dirvomis, o tai rodo didelį su nuosėdomis patekusių TM aktyvumą ir jų prieinamumą augalams. Didžiausias TM judrumo sumažėjimas (20-25 % nuo pradinio lygio) buvo pastebėtas įpylus durpių mėšlo mišinio, kurį lėmė stiprių TM kompleksų su organinėmis medžiagomis susidarymas. Geležies rūda, mažiausiai veiksminga kaip meliorantas, sumažino judriųjų metalų junginių kiekį 5-10%. Ceolitas, kaip meliorantas, užėmė tarpinę vietą. Eksperimentuose panaudoti meliorantai Cd, Zn, Cu ir Cr judrumą sumažino vidutiniškai 10-20 proc. Taigi meliorantų naudojimas buvo efektyvus, kai TM kiekis dirvose buvo artimas maksimaliai leistinai koncentracijai arba viršijo leistinas koncentracijas ne daugiau kaip 10-20 proc. Meliorantų patekimas į užterštą dirvą sumažino jų patekimą į augalus 15-20 proc.
Vakarų Užbaikalės aliuviniuose velėniniuose dirvožemiuose, atsižvelgiant į amonio acetato ekstrakte nustatytų judrių mikroelementų formų aprūpinimo lygį, yra daug mangano, vidutiniškai cinko ir vario, labai daug kobalto. Jiems nereikia naudoti mikrotrąšų, todėl įterpus nuotekų dumblą, dirvožemis gali būti užterštas toksiniais elementais, todėl reikalingas aplinkos ir geocheminis įvertinimas.
L.L. Ubugunovas ir kt. Tirta nuotekų dumblo (SWS), Myxop-Talinskoe telkinio (MT) mordenito turinčių tufų ir mineralinių trąšų įtaka judrių sunkiųjų metalų formų kiekiui aliuviniuose velėniniuose dirvožemiuose. Tyrimai atlikti pagal tokią schemą: 1) kontrolė; 2) N60P60K60 - fonas; 3) OCB - 15 t/ha; 4) MT - 15 t/ha; 5) fonas + WWS - 15 t/ha; 6) fonas+MT 15 t/ha; 7) OCB 7,5 t/ha+MT 7,5 t/ha; 8) OCB Jut/ha+MT 5 t/ha; 9) fonas + WWS 7,5 t/ha; 10) fonas + WWS 10 t/ha + MT 5 t/ha. Mineralinės trąšos buvo tręšiamos kasmet, WWS, MT ir jų mišiniai – kartą per 3 metus.
TM kaupimosi dirvožemyje intensyvumui įvertinti buvo naudojami geocheminiai rodikliai: koncentracijos koeficientas - Kc ir bendrasis taršos rodiklis - Zc, nustatyti pagal formules:
čia C – elemento koncentracija eksperimentinėje versijoje, Cf – elemento koncentracija kontrolėje;
Zc = ΣKc – (n-1),
čia n yra elementų, kurių Kc ≥ 1,0, skaičius.
Gauti rezultatai atskleidė dviprasmišką mineralinių trąšų, WWS, mordenito turinčių tufų ir jų mišinių įtaką judrių mikroelementų kiekiui 0-20 cm dirvožemio sluoksnyje, nors reikia pastebėti, kad visuose eksperimento variantuose jų kiekis veikė. neviršyti MPC lygio (4.12 lentelė).
Naudojant beveik visų rūšių trąšas, išskyrus MT ir MT+NPK, padidėjo mangano kiekis. OCB įterpus į dirvą kartu su mineralinėmis trąšomis, Kc pasiekė maksimalią vertę (1,24). Cinko kaupimasis dirvožemyje buvo didesnis: Kc, pridėjus OCB, pasiekė 1,85–2,27 vertes; mineralinės trąšos ir WW+MT mišiniai -1,13-1,27; naudojant ceolitus sumažėjo iki minimalios vertės 1,00-1,07. Vario ir kadmio kaupimasis dirvožemyje nebuvo visuose eksperimentiniuose variantuose arba buvo šiek tiek mažesnis už kontrolinį lygį. Variante naudojant OCB buvo pastebėtas tik nedidelis Cu kiekio padidėjimas (Kc – 1,05–1,11), tiek gryna forma (3 versija), tiek NPK (5 versija) ir Cd (Kc) fone. - 1,13 ), kai į dirvą įterpiamos mineralinės trąšos (2 variantas) ir OCB jų fone (5 variantas). Kobalto kiekis šiek tiek padidėjo naudojant visų tipų trąšas (maksimalus - 2 versija, Kc -1,30), išskyrus variantus, kuriuose naudojami ceolitai. Didžiausia nikelio (Kc - 1,13-1,22) ir švino (Kc - 1,33) koncentracija buvo pastebėta į dirvą įmaišius OCB ir OCB NPK fone (var. 3, 5), o OCB buvo naudojamas kartu su ceolitais. (var. 7, 8) sumažino šį rodiklį (Kc - 1,04 - 1,08).
Pagal dirvožemio sluoksnio 0-20 cm suminio užterštumo sunkiaisiais metalais vertę (4.12 lentelė) trąšų rūšys suskirstytos į šias eilutes (Zc reikšmė skliausteliuose): OCB+NPK (3.52) → WWS (2,68) - NPK (1,84) → 10SV+MT+NPK (1,66-1,64) → OCB+MT, var. 8 (1,52) → OSV+MT var. 7 (1,40) → MT+NPK (1,12). Bendras dirvožemio užterštumo sunkiaisiais metalais lygis, tręšiant dirvą trąšomis, paprastai buvo nereikšmingas, palyginti su kontroliniu (Zc<10), тем не менее тенденция накопления TM при использовании осадков сточных вод четко обозначилась, как и эффективное действие морденитсодержащих туфов в снижении содержания подвижных форм тяжелых металлов в почве, а также в повышении качества клубней картофеля.
L.V. Kiriycheva ir I.V. Glazunova suformulavo šiuos pagrindinius sukurtų sorbentinių meliorantų komponentų sudėties reikalavimus: didelė kompozicijos sugeriamoji geba, tuo pačiu metu kompozicijoje yra organinių ir mineralinių komponentų, fiziologinis neutralumas (pH 6,0-7,5), kompozicijos gebėjimas sugerti. adsorbuoja mobilias TM formas, paverčiant jas nejudriomis formomis, padidina kompozicijos hidroakumuliacijos gebą, struktūrą formuojančio agento buvimą joje, liofilumą ir koaguliuojančias savybes, didelį specifinį paviršiaus plotą, žaliavų prieinamumą ir mažą jų kainą, naudojimą sorbento sudėtyje esančių žaliavų atliekų (perdirbimas), sorbento pagaminamumas, nekenksmingumas ir neutralumas aplinkai.
Iš 20 natūralios kilmės sorbentų kompozicijų autoriai nustatė efektyviausią, kurioje yra 65 % sapropelio, 25 % ceolito ir 10 % aliuminio oksido. Šis sorbentas-meliorantas buvo patentuotas ir pavadintas „Sorbex“ (RF patentas Nr. 2049107 „Dirvožemio melioracijos kompozicija“).
Sorbento melioranto veikimo mechanizmas, kai jis naudojamas į dirvą, yra labai sudėtingas ir apima įvairaus fizikinio ir cheminio pobūdžio procesus: chemisorbciją (absorbcija susidarant mažai tirpiems junginiams TM); mechaninė absorbcija (didelių molekulių tūrinė absorbcija) ir jonų mainų procesai (TM jonų pakeitimas netoksiškais jonais dirvožemį sugeriančiame komplekse (SAC). Didelę „Sorbex“ sugeriamąją galią lemia reguliuojama katijonų mainų pajėgumo vertė, konstrukcijos smulkumas (didelis savitasis paviršiaus plotas, iki 160 m2), taip pat stabilizuojantis pH vertę, priklausomai nuo taršos pobūdį ir aplinkos reakciją, kad būtų išvengta pavojingiausių teršalų desorbcijos.
Esant dirvožemio drėgmei sorbente, vyksta dalinė aliuminio sulfato ir huminių medžiagų, sudarančių sapropelio organines medžiagas, disociacija ir hidrolizė. Elektrolitinė disociacija: A12(SO4)3⇔2A13++3SO4в2-; A13++H2O = AlOH2+ = OH; (R* -COO)2 Ca ⇔ R - COO-+R - COOCa+ (R - alifatinis humusinių medžiagų radikalas); R – COO+H2O ⇔ R – COOH+OH0. Hidrolizės metu gauti katijonai yra anijoninių teršalų formų sorbentai, pavyzdžiui, arsenas (V), sudarantys netirpias druskas arba stabilius organinius mineralinius junginius: Al3+ - AsO4в3- = AlAsO4; 3R-COOCa++AsO4in3- = (R-COOCa)3 AsO4.
Dažnesnės TM būdingos katijoninės formos sudaro stiprius chelatinius kompleksus su humusinių medžiagų polifenolinėmis grupėmis arba yra sorbuojamos anijonų, susidarančių disociuojant karboksilams, fenolio hidroksilams - sapropelio humuso medžiagų funkcinėms grupėms pagal pateiktas reakcijas: 2R - COO + Pb2+ = (R - COO)2 Pb; 2Аr - O+ Сu2+ = (Аr - O)2Сu (Ar aromatinis humusinių medžiagų radikalas). Kadangi sapropelio organinė medžiaga netirpsta vandenyje, TM pereina į nejudrias formas patvarių organomineralinių kompleksų pavidalu. Sulfatų anijonai nusodina katijonus, daugiausia bario arba švino: 2Pb2+ + 3SO4в2- = Pb3(SO4)2.
Visi dvi- ir trivalenčiai TM katijonai yra sorbuojami ant anijoninio humuso medžiagų komplekso sapropelyje, o be sulfatų imobilizuoja švino ir bario jonus. Esant daugiavalenčiam TM užterštumui, atsiranda konkurencija tarp katijonų, o katijonai, turintys didesnį elektrodo potencialą, pirmiausia yra sorbuojami pagal elektrochemines metalų įtampų eilutes, todėl kadmio katijonų sorbcijai trukdys nikelis, varis, švinas ir kobaltas. jonų tirpale.
Sorbex mechaninį sugeriamumą užtikrina smulki dispersija ir didelis specifinis paviršiaus plotas. Didelių molekulių teršalai, tokie kaip pesticidai, atliekos naftos produktai ir kt., mechaniškai sulaikomi sorbcijos spąstuose.
Geriausias rezultatas pasiektas į dirvą įpylus sorbento, kas leido sumažinti avižų augalų TM suvartojimą iš dirvožemio: Ni - 7,5 karto; Cu - 1,5; Zn - 1,9; P - 2,4; Fe - 4,4; Mn - 5 kartus.
Įvertinti „Sorbex“ poveikį TM patekimui į augalinius produktus, priklausomai nuo bendro dirvožemio užterštumo A.V. Iljinskis atliko augalijos ir lauko eksperimentus. Vegetacijos eksperimente tirtas „Sorbex“ poveikis avižų fitomasės kiekiui esant įvairiems podzolizuoto chernozemo užterštumo Zn, Cu, Pb ir Cd lygiais pagal schemą (4.13 lentelė).
Dirvožemis buvo užterštas pridedant chemiškai grynų vandenyje tirpių druskų ir kruopščiai sumaišytas, tada veikiamas 7 dienas. TM druskų dozės buvo apskaičiuotos atsižvelgiant į fonines koncentracijas. Eksperimente buvo naudojami 364 cm2 ploto augmenijos indai, kurių dirvožemio masė kiekviename buvo 7 kg.
Dirvožemis turėjo šiuos agrocheminius rodiklius pHKCl = 5,1, humuso - 5,7% (pagal Tiuriną), fosforo - 23,5 mg/100 g ir kalio 19,2 mg/100 g (pagal Kirsanovas). Mobiliųjų (1M HNO3) Zn, Cu, Pb, Cd formų foninis kiekis - 4,37; 3,34; 3,0; atitinkamai 0,15 mg/kg. Eksperimento trukmė buvo 2,5 mėnesio.
Norint išlaikyti optimalią 0,8 HB drėgmę, periodiškai laistoma švariu vandeniu.
Avižų fitomasės (4.10 pav.) derlius variantuose be sorbekso, esant itin pavojingai taršai, sumažėja daugiau nei 2 kartus. Naudojant „Sorbex“ 3,3 kg/m, fitomasė padidėjo 2 ar daugiau kartų, palyginti su kontroline medžiaga (4.10 pav.), taip pat žymiai sumažėjo Cu, Zn, Pb pagal augalus. Tuo pačiu metu šiek tiek padidėjo Cd kiekis avižų fitomasėje (4.14 lentelė), o tai atitinka teorines prielaidas apie sorbcijos mechanizmą.
Taigi sorbentinių meliorantų įvedimas į užterštą dirvą leidžia ne tik sumažinti sunkiųjų metalų patekimą į augalus, pagerinti degradavusių chernozemų agrochemines savybes, bet ir padidinti žemės ūkio augalų produktyvumą.
Sunkieji metalai (HM) jau užima antrąją vietą pagal pavojingumą, po pesticidų ir gerokai lenkia tokius gerai žinomus teršalus kaip anglies dioksidas ir siera. Ateityje jos gali tapti pavojingesnės už atominių elektrinių atliekas ir kietąsias atliekas. Tarša sunkiaisiais metalais siejama su plačiu jų naudojimu pramoninėje gamyboje. Dėl netobulų valymo sistemų sunkieji metalai patenka į aplinką, įskaitant dirvožemį, ją teršia ir nuodija. HM yra specifiniai teršalai, kurių stebėjimas yra privalomas visose aplinkose.
Dirvožemis yra pagrindinė aplinka, į kurią patenka sunkieji metalai, įskaitant iš atmosferos ir vandens aplinkos. Jis taip pat tarnauja kaip antrinės paviršinio oro ir vandenų, patenkančių iš jo į Pasaulio vandenyną, taršos šaltinis.
Iš dirvožemio augalai pasisavina HM, kurie vėliau patenka į maistą.
Terminas „sunkieji metalai“, apibūdinantis plačią teršalų grupę, pastaruoju metu įgijo didelį populiarumą. Įvairiuose moksliniuose ir taikomuosiuose darbuose autoriai nevienodai interpretuoja šios sąvokos reikšmę. Šiuo atžvilgiu sunkiųjų metalų elementų kiekis labai skiriasi. Daugybė charakteristikų yra naudojamos kaip narystės kriterijai: atominė masė, tankis, toksiškumas, paplitimas natūralioje aplinkoje, dalyvavimo natūraliuose ir žmogaus sukeltuose cikluose laipsnis.
Aplinkos taršos ir aplinkos monitoringo problemoms skirtuose darbuose šiandien daugiau nei 40 D.I periodinės lentelės elementų priskiriami sunkiesiems metalams. Mendelejevas, kurio atominė masė viršija 40 atominių vienetų: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi ir kt. Pagal N. Reimerso klasifikaciją, metalai, kurių tankis didesnis kaip 8 g/cm3. Šiuo atveju, skirstant sunkiuosius metalus į kategorijas, svarbų vaidmenį atlieka šios sąlygos: didelis jų toksiškumas gyviems organizmams santykinai mažomis koncentracijomis, taip pat gebėjimas bioakumuliuotis ir biodidėti. Beveik visi metalai, kuriems taikomas šis apibrėžimas (išskyrus šviną, gyvsidabrį, kadmį ir bismutą, kurių biologinis vaidmuo šiuo metu neaiškus), aktyviai dalyvauja biologiniuose procesuose ir yra daugelio fermentų dalis.
Galingiausi metalais praturtintų atliekų tiekėjai yra spalvotųjų metalų (aliuminio, aliuminio oksido, vario-cinko, švino lydymo, nikelio, titano-magnio, gyvsidabrio ir kt.) lydymo, taip pat perdirbimo įmonės. spalvotųjų metalų (radijo inžinerija, elektrotechnika, prietaisų gamyba, galvanika ir kt.).
Metalurgijos pramonės ir rūdos perdirbimo gamyklų dulkėse Pb, Zn, Bi, Sn koncentracija gali būti padidinta keliais dydžiais (iki 10-12), lyginant su litosferoje, Cd, V, Sb koncentracija - dešimtis tūkstančių kartų, Cd, Mo, Pb, Sn, Zn, Bi, Ag – šimtus kartų. Gyvsidabriu praturtintos atliekos iš spalvotosios metalurgijos įmonių, dažų ir lakų pramonės įmonių bei gelžbetoninių konstrukcijų. W, Cd ir Pb koncentracijos padidintos mašinų gamybos įrenginių dulkėse (1 lentelė).
1 lentelė. Pagrindiniai antropogeniniai sunkiųjų metalų šaltiniai
Metalais prisodrintų emisijų įtakoje kraštovaizdžio taršos zonos susidaro daugiausia regioniniu ir vietiniu lygiu. Energetikos įmonių įtaką aplinkos taršai lemia ne metalų koncentracija atliekose, o didžiulis jų kiekis. Atliekų masė, pavyzdžiui, pramonės centruose viršija bendrą kiekį iš visų kitų taršos šaltinių. Nemažai Pb į aplinką patenka su transporto priemonių išmetamosiomis dujomis, o tai viršija jo suvartojimą su metalurgijos įmonių atliekomis.
Ariamuosius dirvožemius teršia tokie elementai kaip Hg, As, Pb, Cu, Sn, Bi, kurie į dirvą patenka kaip pesticidų, biocidų, augalų augimo stimuliatorių, struktūros formuotojų dalis. Netradicinėse trąšose, gaminamose iš įvairių atliekų, dažnai yra daug įvairių teršalų didelėmis koncentracijomis. Iš tradicinių mineralinių trąšų fosforo trąšose yra priemaišų Mn, Zn, Ni, Cr, Pb, Cu, Cd.
Iš technogeninių šaltinių į atmosferą išleidžiamų metalų pasiskirstymą kraštovaizdyje lemia atstumas nuo taršos šaltinio, klimato sąlygos (vėjų stiprumas ir kryptis), reljefas, technologiniai veiksniai (atliekų būklė, atliekų patekimo į aplinką būdas). , įmonės vamzdžių aukštis).
Sunkiųjų metalų sklaida priklauso nuo išmetimo į atmosferą šaltinio aukščio. Remiantis M.E. Berland, esant aukštiems kaminams, atmosferos gruntiniame sluoksnyje susidaro nemaža emisijų koncentracija 10-40 kaminų aukščių atstumu. Aplink tokius taršos šaltinius yra 6 zonos (2 lentelė). Individualių pramonės įmonių įtakos plotas gretimoje teritorijoje gali siekti 1000 km2.
2 lentelė. Dirvožemio užterštumo zonos aplink sutelktuosius taršos šaltinius
|
Atstumas nuo taršos šaltinio km |
HM turinio perteklius, palyginti su fonu |
||
|
Įmonės apsaugos zona |
|||
Dirvožemio užterštumo zonos ir jų dydis yra glaudžiai susiję su vyraujančių vėjų vektoriais. Reljefas, augmenija ir miesto pastatai gali keisti paviršinio oro sluoksnio judėjimo kryptį ir greitį. Panašiai kaip ir dirvožemio užterštumo zonos, taip pat galima nustatyti ir augmenijos užterštumo zonas.
