Детоксикация почвы это что такое

Как почва самоочищается от загрязнения

Об этом рассказывают эксперты отдела защиты растений, агрохимии, качества и безопасности растениеводческой продукции ФГБУ «Ростовский референтный центр Россельхознадзора»

Почва является важной составной частью биосферы, в которой происходит обезвреживание (детоксикация) основной массы поступающих в нее органических веществ из растений и животных — это белки, жиры, углеводы и продукты их обмена. Они распадаются до образования неорганических веществ — этот процесс называется минерализацией.

В дальнейшем в почве образуется новое органическое вещество – гумус или перегной. Этот процесс называется гумификацией. Гумус не пахнет, медленно разлагается на составные части, которые усваивают растения. Он необходим растениям для полноценного роста.

Вместе оба процесса — минерализация и гумификация, направлены на восстановление первоначального состояния почвы и получили название процессов самоочищения почвы. Это сложный процесс, зависящий от химического состава почвы и ее физических свойств (пористости, воздухопроницаемости и влагопроницаемости, капиллярности и т.д.), обеспечивающих доступность воздуха и воды, состава микрофлоры и фауны почвы. Углеводы в аэробных и анаэробных условиях окисляются до углекислого газа и воды. Жиры в аэробных условиях медленно окисляются до образования глицерина, жирных кислот, серной кислоты и сульфатов. Белки при анаэробном процессе разлагаются до аммиака.

При аэробном процессе вначале также образуется аммиак, но в присутствии кислорода переводится микроорганизмами в азотистую кислоту и нитриты, затем при дальнейшем контакте с кислородом — в азотную кислоту и нитраты. Этот окислительный процесс минерализации белков называется нитрификацией и имеет гигиеническое значение. По нему судят о времени попадания белков в почву. При свежем загрязнении — в почве больше аммиака или нитритов, при старом — нитратов.

При загрязнении почвы бытовыми отходами, отходами производства, животноводства и т.д. процессы самоочищения нарушаются, на таких земельных участках начинают накапливаться возбудители и переносчики кишечных паразитных заболеваний (геогельминты, патогенные простейшие организмы, личинки синантропных мух), а также условно-патогенные представители нормальной кишечной микрофлоры (бактерии группы кишечной палочки — БГКП) и сопутствующие им патогенные микроорганизмы.

Для профилактики инфекционных заболеваний и гельминтозов, передающихся через почву, большое значение имеют санитарная охрана почвы и санитарная очистка территорий от отходов.

С гигиенической точки зрения вынужденное загрязнение почвы может осуществляться только с учетом ее самоочищающей способности, чему способствует санитарная охрана почвы — это комплекс мероприятий, направленных на ограничение поступления в почву загрязнений до величин, не нарушающих в ней процессов самоочищения, не вызывающих накопления в растениях вредных веществ, не приводящих к загрязнению воздуха, поверхностных и подземных вод.

Для поддержание самоочищающей способности почвы необходимо главным образом вести контроль за санитарно-паразитическими показателями при оценке степени эпидемической опасности почв согласно требованиям СанПиН 2.1.7.1287-2003 «Почва, очистка населенных мест, бытовые и промышленные отходы, санитарная охрана почвы. Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы».

(Материал подготовлен специалистами отдела защиты растений, агрохимии, качества и безопасности растениеводческой продукции ФГБУ «Ростовский референтный центр Россельхознадзора»).

Источник

Детоксикация почвы это что такое

Глава 8. МЕТОДЫ ДЕТОКСИКАЦИИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В

САДОВО-ОГОРОДНЫХ ПОЧВАХ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ИХ

ПРИМЕНЕНИЮ В г. УЛАН-УДЭ

Почва как природное тело обладает определенной возможностью к самоочищению: поступающие в нее материалы антропогенного происхождения с течением времени разрушаются и разлагаются (Важенин, 1982). При небольшом загрязнении ТМ почва в состоянии переводить их в малоактивную форму, способствуя тем самым безопасному существованию почвенной биоты и возделыванию сельскохозяйственных культур (Булавко, 1982; Левин, 1989; Колесников, 1995; Звягинцев и др., 1997). Однако защитные свойства почвы ограничены (Минеев, 1988). При повышенных концентрациях ТМ они перестают работать. В таких случаях возникает необходимость детоксикации избыточных количеств ТМ в загрязненных почвах (Черных, 1996). Основной смысл проведения агроприемов заключается в инактивации избыточной концентрации подвижных форм этих элементов, в ослаблении их действия на живые организмы, в целом, и в уменьшении содержания в сельскохозяйственных культурах, в частности.

В настоящее время в литературе описаны многочисленные приемы и методы детоксикации ТМ в почвах (Челищев, Челищева, 1980; Ильин, 1991; Алексеев, 1987; Тяжелые…, 1997; Минеев и др., 1989; Попеско, Соловьев, 1996; Осипов, Алексеев, 1996; Гармаш, 1986; Обухов, Плеханова, 1995; Strivastava , Purnima , 1998; Добровольский, 1999; Галиулин, Галиулина, 2003; Понизовский и др., 2003 и др.). По степени действия их можно подразделить на 3 группы: 1) агротехнические; 2) агрохимические и 3) биологические.

К агротехническим методам относятся глубокая вспашка, добавление незагрязненной почвы или полная замена верхнего загрязненного слоя почвы, к агрохимическим – известкование кислых почв, внесение органических и минеральных удобрений, кальцийсодержащих фосфатов и минеральных сорбентов, а к биологическим – под бор культур и сортов продовольственных растений, устойчивых к повышенным концентрациям ТМ в почве и не накапливающих в товарной продукции их избыточные (токсичные) количества, а также и спользование загрязненных этими элементами почв для лесопосадок, выращивание декоративных и технических культур и фитомелиорация (фиторемедиация), или вынос ТМ из почвы посредством выращивания растений-концентраторов поллютантов с последующей утилизацией загрязненной растительной продукции.

Для достижения наилучшего результата в зависимости от конкретной ситуации различные приемы детоксикации ТМ могут применяться в определенной последовательности и комбинации (Большаков и др., 1993). Выбор метода должен основываться, прежде всего, исходя из элементного типа загрязнения, буферной способности почв и особенностях сельскохозяйственных культур, возделывание которых планируется на данных почвах. Комплекс мероприятий, направленных на получение экологически безопасной растительной продукции, в общем виде представлен в таблице 8.1.

Применение агрохимических методов детоксикации должно учитывать особенности применяемых мелиорантов по отношению к ТМ, загрязняющим почву и их химические свойства. Каждый из этих методов имеет свои достоинства и недостатки. Например, известкование увеличивает подвижность в почве хрома и молибдена, что следует учитывать при загрязнении почв этими металлами, и может применяться только на кислых почвах. Внесение цеолита не снижает доступность растениям кадмия, а при низком качестве мелиоранта (грубый помол) и невысоких дозах внесения и других ТМ. Помимо этого цеолит сорбирует не только ТМ, но и необходимые растениям макро- микроэлементы и влагу, что требует дополнительного внесения удобрений и полива. В химический состав некоторых минеральных и органических удобрений входят токсичные элементы. Например, суперфосфат содержит кадмий в значительных количествах и при длительном его внесении концентрация металла в почвах может повыситься до токсичного уровня. ТМ находятся также и в осадках сточных вод, используемых населением в виде органических удобрений.

Мероприятия по использованию почв в зависимости

от уровня загрязнения тяжелыми металлами

При низком содержании в почве важнейших микроэлементов (медь, цинк, марганец, кобальт и др.) применение соответствующих микроудобрений

Устранение влияния источника загрязнения и периодический контроль почв и продукции

Обязательное устранение влияния источника загрязнения, постоянный контроль содержания ТМ в почвах и продукции

Подбор сельскохозяйственных культур, не накапливающих ТМ; комплекс технологических приемов по уменьшению поступления металлов в продукцию; исключить выращивание зеленных овощей

Выращивание сельскохозяйственных культур, не накапливающих ТМ (зерновые, семенники трав, технические культуры, саженцы плодовых культур, цветоводство) с обязательным комплексом мер по снижению их поступления в товарную продукцию

Исключить выращивание культур для продовольственных целей. Необходимы дополнительные меры по рекультивации почв

Разработка приемов детоксикации на избыточно загрязненных ТМ почвах является необходимым мероприятием при выращивании на них сельскохозяйственных культур. Для этого требуется проведение специальных исследований по изучению эффективности действия определенных методов детоксикации на конкретных территориях и почвах. К примеру, внесение цеолитов в количестве 100 т/га в техногенно загрязненные черноземы г. Белово Кемеровской области достоверно снизило токсичность цинка и свинца, а содержание подвижного кадмия оставалось на прежнем уровне (Байдина, 1994). Использование цеолитов на модельно загрязненной ТМ дерново-подзолистой почве в дозе 300 т/га заметно снижало содержание в почве подвижного цинка, тогда как количество кадмия и свинца оставалось практически на прежнем уровне (Минеев и др., 1989). Противоречия, связанные с детоксикацией свинца цеолитом, возможно, обусловлены разницей почвенно-климатических условий, спецификой загрязнения почв ТМ и физико-химическими особенностями цеолитов разных месторождений. Однако есть данные о том (Обухов, Плеханова, 1995), что хотя внесение цеолита не снижает содержание подвижного свинца, но тем не менее оно уменьшает почти вдвое и более накопление металла фитомассой ячменя.

Применение извести и органики снижает уровень фитотоксичности и транслокации ТМ в товарную продукцию. В большей степени это относится к свинцу и меди, в меньшей – к кадмию и цинку (Потатуева и др., 1998).

Одной из основных проблем, связанных с ТМ считается загрязнение почв кадмием. Надежных методов его детоксикации, за исключением землевания и полной замены верхнего слоя почвы, до сих пор не разработано. Благодаря своим химическим свойствам, этот металл сохраняет свою мобильность в почвах даже при внесении многих детоксикантов. С другой стороны, особенно опасно его практически безбарьерное проникновение в товарную часть многих сельскохозяйственных растений, что делает ее токсичной для человека и животных. Одним из наиболее эффективных методов инактивации кадмия в почвах и снижения биодоступности является использование его антагонизма с цинком. В случае сильного загрязнения почв кадмием, выбирая меньшее из двух зол, в почвы вносят цинк, который снижает поступление кадмия в растения (Минеев, 1988; Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989; Ягодин и др., 1989).

При подборе приемов детоксикации ТМ и использовании их на загрязненных садово-огородных почвах г. Улан-Удэ необходимо учитывать то, что почвенный покров городской территории преимущественно представлен легкими по гранулометрическому составу, низкогумусными, слабобуферными почвами с маломощным органогенным горизонтом (не более 20-25 см). Поэтому проведение глубокой вспашки для снижения степени загрязнения ТМ пахотного горизонта путем его перемешивания с нижележащими слоями нежелательно, так как существенно уменьшит и без того незначительное плодородие почв. В данном случае необходима полная или частичная замена содержащего избыточные количества ТМ верхнего слоя, что требует наличия незагрязненных почв и больших затрат на их перевозку и внесение. Кроме того, снятие гумусового слоя почв может повлечь за собой деградацию и опустынивание пригородных ландшафтов.

Применение в качестве детоксиканта ТМ извести, широко использующейся на кислых почвах (Овчаренко и др., 1996, 1998), не окажет ожидаемого эффекта на землях дачных участков и огородов г. Улан-Удэ. Это связано с тем, что практически все почвы городской зоны сами по себе являются нейтральными или слабо щелочными. Поэтому повышение их рН отрицательно скажется на урожайности сельскохозяйственных культур. Согласно проведенным нами исследованиям (Убугунов, 2000), известь оказывала негативное воздействие на урожайность капусты, свеклы и, особенно, картофеля, выращиваемых на модельно загрязненной ТМ слабощелочной аллювиальной луговой почве.

Наиболее перспективными агрохимическими методами детоксикации ТМ в загрязненных ими почвах г. Улан-Удэ является применение органических удобрений (в первую очередь навоза) и цеолитов местных месторождений.

Навоз издавна широко применяется населением при выращивании овощных культур, а его положительное действие как детоксиканта металлов установлено многими исследователями (Тяжелые…, 1997; Ильин, 1991; Алексеев, 1987; Рэуце, Кырстя, 1986 и др.).

Цеолиты, из-за их высоких сорбционных свойств, получают широкое применение на загрязненных ТМ почвах. Исследованиями, проведенными во многих странах мира и на территории бывшего СССР установлено, что они сорбируют значительное количество ТМ, уменьшают их подвижность и снижают поступление в растения. (Цхакая, Квашам, 1985; Минеев и др., 1989; Лобода, Чуприкова, 1999; Semmens , Seyfarth , 1977 и др.). Кроме того, цеолиты при их совместном применении с органическими и минеральными удобрениями могут существенным образом влиять на агрофизические и агрохимические свойства почв (Мазур и др., 1984; Применение …, 1984; Шевченко и др., 1986), повышать урожайность сельскохозяйственных культур (Постников, Илларионова, 1990; Choi et al ., 1992) и улучшать их качественный состав (Петункина и др., 1988; Гладыш, 1990; Антонова и др., 1992).

В качестве цеолитов, как детоксикантов, возможно использование морденитсодержащих цеолитовых туфов Мухор-Талинского месторождения, расположенного в 100 км от г. Улан-Удэ, поблизости от железной дороги. Инактивирующее влияние данных туфов на подвижность ТМ в почвах Забайкалья и на уровень их поступления в растения картофеля и однолетних трав является установленным (Убугунов и др., 2000; Дорошкевич и др., 2002).

Для усиления детоксикационного эффекта по отношению к ТМ навоз и цеолиты следует применять совместно и в комплексе с оптимальными дозами минеральных удобрений, т.к. при этом будет не только снижаться транслокация поллютантов в товарную продукцию сельскохозяйственных культур, но и повысится их урожайность.

Эффективность применения детоксикантов на фоновой по отношению к г. Улан-Удэ аллювиальной луговой почве, модельно загрязненной свинцом, кадмием и цинком, при выращивании картофеля показана в табл. 8.2.

Содержание тяжелых металлов в клубнях картофеля в зависимости

от применяемых методов детоксикации, мг/кг сырой массы

Источник

Способ детоксикации почв

Владельцы патента RU 2316923:

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к земледелию, и может найти применение при снижении токсичности почв. Способ включает посев бобовой культуры, запахивание ее в качестве сидерата. В качестве бобовой культуры высевают вязель пестрый с повышенной нормой высева 25-30 кг/га. В год посева, в конце вегетации его скашивают, затем образовавшуюся биомассу покрывают слоем цеолитсодержащей глины — аланита в количестве 2-3 т/га, а через 4-5 дней всю массу запахивают в почву. Изобретение позволяет получить высокую плотность травостоя и повысить эффективность способа. 1 табл.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к земледелию, и может найти применение при возделывании сельскохозяйственных культур для снижения токсичности почвы.

Известен способ снижения токсичности почвы, при котором высевают однолетние и многолетние травы с последующей их запашкой в качестве зеленых удобрений — сидератов (а.с. 1804280, А01В 79/02, 1993).

Недостатком способа является использование многих видов растений, семена которых зачастую дефицитны, что усложняет способ. Каждый вид высеваемых растений имеет различную адсорбционную способность к поглощению тяжелых металлов из почвы, что также снижает эффективность способа.

Наиболее близким техническим решением является способ, при котором высевают культуры с высокими адсорбционными свойствами поглощать тяжелые металлы из почвы. Культуры высевают чередующими рядами и в фазу молочной спелости амаранта всю его надземную биомассу запахивают в почву, а после отрастания вязеля на следующий год проводят запашку по всему полю (патент №2190315, А01С 7/00, А01В 79/02, 10.10.2002).

В способе-прототипе производят посев двух культур полосами, скашивание и запашку которых проводят поочередно в течение двух лет, что усложняет способ. При таком способе без внесения удобрений почва недостаточно обогащается питательными веществами, макро- и микроэлементами. Все это снижает эффективность способа.

Цель изобретения — повышение эффективности способа.

Поставленная цель достигается тем, что в год посева вязеля пестрого с нормой высева 25-30 кг/га надземную биомассу в конце вегетации скашивают, покрывая слоем цеолитсодержащей глины — аланита в количестве 2-3 т/га, и спустя 4-5 дней всю массу запахивают в почву.

Способ осуществляется следующим образом. Рано весной после культур предшественников, где вносили гербициды и удобрения (например, кукуруза), высевают вязель пестрый с повышенной нормой высева 25-30 кг/га. Обычно норма высева составляет 15-18 кг/га. При повышенной норме высева вязель пестрый позволяет в год посева получить высокую плотность травостоя и, обладая повышенной конкурентоспособностью вытеснять сорные растения, занимает к концу вегетационного периода всю высеваемую площадь.

Повышенная норма высева в пределах 25-30 кг/га также способствует детоксикации почв от тяжелых металлов.

В отличие от других бобовых многолетних трав вязель пестрый уже в первый год развивается более интенсивно и к осени достигает высоты около 50 см, а стелющаяся стеблевая система позволяет полностью занять посевную площадь. Количество листьев как основных ассимиляторов тяжелых металлов в этот период составляет 50-60%. Урожай надземной массы достигает 7 и 6 т/га корневых остатков. Это обеспечивает накопление биологического азота более 200 кг/га.

Содержащиеся в растениях вязеля гликозиды в высоких дозах способствуют снижению патогенов и вредных организмов в почве.

Особенно важным свойством вязеля как бобовой культуры является его способность сорбировать токсические элементы и очищать почву от тяжелых металлов и радионуклеотидов.

Как известно, подземные органы растений (особенно бобовых трав) чутко реагируют на повышение концентрации химических элементов в среде, увеличивая их содержание в тканях. Поэтому вязель, как сорбент токсических веществ из почвы, лучше запахивать на сидерат, где происходит дальнейшая минерализация химических элементов и миграция их в глубокие горизонты или образуются соединения, не доступные для растений.

Скошенную зеленую массу покрывают слоем цеолитсодержащей глины аланита в расчете 2-3 т/га. Данная доза установлена экспериментально и достаточно для обогащения почвы содержащимися в аланите элементами и нейтрализации токсических веществ.

Аланит содержит (в %): кремний — 52,7, железо — 6,17, а также марганец, серу, фосфор, калий, медь, цинк (в пределах 0,1-0,9%) и другие микроэлементы. Нанесенный слой аланита способствует более быстрому разложению в присутствии катализаторов — соединений железа, алюминия.

Цеолитсодержащие глины, как известно, имеют структуру каркаса в виде тетраэдров [(Si₂, AI)O₂], отрицательные заряды в которых сбалансированы, главным образом, Са, Na и К. Этот каркас сходен с каркасом полевых шпатов, но отличается большей открытостью и наличием крупных полостей и каналов, в которых присутствуют молекулы воды, так называемой цеолитовой воды, которая при нагревании удаляется без разрушения каркаса. Для таких глин характерны ионообменные и абсорбционные свойства: после дегидратации они способны абсорбировать тяжелые металлы, азотные соединения и др.

Аланит — местного происхождения (республика Северная Осетия — Алания, Моздокский район) имеет щелочную реакцию рН 9,3 за счет высокого содержания кальция (32,7%).

Природных цеолитов в разных точках планеты достаточно много, но они различаются по химическому составу. Разные группы цеолитов имеют каналы определенных размеров или ионов определенных веществ. На этой избирательной способности цеолитов основано их применение в качестве молекулярных плит в различных отраслях народного хозяйства, в том числе и в агропромышленном комплексе. Особенно ценным в таких глинах является высокая кремнистость (52,7%), которая обладает повышенной селективностью и химической устойчивостью.

Используя эту особенность аланита, при контакте со скошенной зеленой массой вязеля происходит очищение массы от свинца, кадмия, меди и цинка.

За 4-5 дней процесс сопровождается выделением теплоты, уменьшением размеров частиц металла, что ускоряет окисление токсических веществ. Особенно такой метод эффективен на кислых почвах, где рН менее 5 единиц. Кроме того, аланит снижает испарение влаги скошенной массы, адсорбируя ее и выделяемые вязелем азотные соединения.

Пример. Высевали вязель с нормой 30 кг/га, а в конце вегетации скашивали, покрывали слоем измельченного аланита в количестве 3 т/га и на 5 день запахали.

После запашки всей массы вязеля и аланита происходит обогащение почвы органическими и минеральными веществами. Кроме того, снижается не только токсичность почвы от металлов, но и сорных растений, сохранившихся в посевах вязеля.

Результаты эксперимента приведены в таблице.

Из приведенных в таблице данных видно, что в предлагаемом варианте количество тяжелых металлов резко сократилось до предельно допустимых концентраций, что свидетельствует об эффективности заявленного объекта.

В отличие от прототипа использование в качестве сидерата вязеля пестрого с повышенной нормой высева позволяет в первый год получить высокую плотность травостоя, а выдерживание скошенной массы, покрытой слоем аланита, в течение 3-4 дней с последующей запашкой повышает эффективность способа.

Способ детоксикации почв, включающий посев бобовой культуры, запахивание ее в качестве сидерата, отличающийся тем, что в качестве бобовой культуры высевают вязель пестрый с повышенной нормой высева 25-30 кг/га и в год посева в конце вегетации скашивают, затем образовавшуюся биомассу покрывают слоем цеолитсодержащей глины — аланита в количестве 2-3 т/га, а через 4-5 дней всю массу запахивают в почву.

Источник