научная статья по теме ФОРМЫ ЦИНКА В ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВАХ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ) Сельское и лесное хозяйство
Цена:
Авторы работы:
Научный журнал:
Год выхода:
Текст научной статьи на тему «ФОРМЫ ЦИНКА В ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВАХ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)»
ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2010, № 3, с. 293-302
ФОРМЫ ЦИНКА В ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВАХ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)
© 2010 г. Ю. Н. Водяницкий
Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАСХН, 119017, Москва, Пыжевский пер, 7
e-mail: yu.vodyan@mail.ru Поступила в редакцию 27.10.2008 г.
Цинк не имеет строго определенных фаз-носителей в почвах и образует разные соединения, что затрудняет его диагностику методами химического фракционирования. Но с помощью синхротрон-ного рентгеновского анализа содержащие Zn частицы можно идентифицировать. Установлено, что в тяжелой фракции загрязненного поверхностного горизонта почвы главными техногенными Zn-содержащими поллютантами являются франклинит, виллемит, гемиморфит и Zn-содержащий магнетит. Среди вторичных соединений цинка в илистой фракции почв доминируют новообразованные Zn-содержащие триоктаэдрические структуры и глинистые минералы (не идентифицируемые химической экстракцией), а также цинк, закрепленный оксидами марганца и гидроксидами железа. Для цинка, как халькофила, характерно осаждение в виде сульфидов и комплексация органическим веществом в органогенных почвах и торфах. Степень сродства к металлам-халькофилам увеличивается в ряду О-, Р-, N-, S-содержащих функциональных групп органического вещества.
Цинк относится к тяжелым металлам повышенной токсичности при высокой концентрации в почвах [1]. У цинка высокая технофильность [15], которая с годами только возрастает [6]. С этим связан интерес к цинку со стороны почвоведов, специализирующихся в области охраны окружающей среды. С другой стороны цинк не имеет строго определенных фаз-носителей в почвах и образует самые разные фазы. Достаточно отметить принципиально различные формы закрепления цинка в минеральных и органических почвах. Это исключает возможность универсального подхода к ремедиации загрязненных цинком почв.
Ранее формы соединений цинка в почвах изучали исключительно методами химического экстрагирования [4, 5, 8—10, 12—14, 16—18]. При этом выделяли следующие формы соединений цинка: обменные, специфически сорбированные, связанные с органическим веществом, связанные с аморфными и окристаллизованными (гидр)окси-дами железа и марганца и остаточные (в составе первичных минералов). Однако в силу низкой селективности экстрагентов и несогласия реальных фаз с химически экстрагируемыми формами, с этим подходом в последние 15 лет конкурирует синхротронный рентгеновский анализ, позволяющий избежать многих ошибок и надежно устанавливать состав соединений тяжелых металлов в не разрушенных образцах почвы и в отдельных ее частях. В особенности эффективно использование анализа вблизи края поглощения рентгеновского излучения (ХАМБ8-епектроскопии) и тон-
кой структуры спектра поглощения (БХАР8-спектроскопии) [45—48]. Цинк особенно удобно изучать этими методами благодаря его высокому содержанию в загрязненных почвах. В результате было не только уточнено содержание «классических» (химически идентифицируемых) соединений цинка, но и обнаружены новые соединения, не выявляемые при принятых схемах фракционирования.
Цели работы: систематизировать и обобщить современные данные о формах нахождения цинка в минеральных и органических почвах, загрязненных отходами промышленности; оценить действие высокоэффективных хелатов на экстракцию цинка из загрязненных почв.
Источники загрязнения почв цинком. Цинк в земной коре относится к халь-кофилам [15]. В восстановительной атмосфере, которая преобладала во время затвердевания земной коры, цинк выделялся в сульфидной фазе, а его важнейшие руды относятся к сульфидам. Впоследствии по мере разрушения горных пород цинк выщелачивался и осаждался в виде карбонатов, силикатов и фосфатов. Основные цинковые минералы в земной коре: сфалерит и смит-
сонит ^пСО3). Распространены также оксид цинка и железа — франклинит ZnO • Бе203 и гидросиликат цинка — гемиморфит Zn4Si207(0H)2 • • Н2О [6, 17].
В свое время много почв было загрязнено цинком в результате работы плавильных заводов с
устаревшей пирометаллургической технологией, когда выбрасывалась масса обогащенных цинком пыли и дыма [16, 17]. Известно достаточно примеров загрязнения почв цинком в результате выбросов металлургических заводов в России и за рубежом. В окрестностях свинцово-цинкоплавильно-го завода в Канаде содержание в почвах цинка, извлекаемого 1 н. ИМ03 достигало 1390 мг/кг при фоне 50-75 мг/кг [9].
Цинковые удобрения, осадки сточных вод и воздушная пыль промышленного происхождения -это основные источники поступления антропогенного цинка в почву [59]. Как важный компонент живых клеток цинк участвует в биохимических процессах, но становится высоко токсичным при избыточном содержании.
Формы цинка в загрязненных минеральных почвах. Перед тем как обратится к загрязненным почвам, рассмотрим формы соединений цинка в фоновых бурых лесных почвах. С помощью синхротронной техники были изучены конкреции, образовавшиеся в поверхностном горизонте бурой лесной почвы в бассейне р. Миссисипи (США) [48]. На основе данных рентгеновской микродифракции и БХЛР8-спек-троскопии установлено, что цинк входит в состав четырех типов минералов: гидроксида железа (ге-тита), оксидов марганца (бернессита и литиофо-рита) и наиболее широко — глинистых минералов. Хотя химическая экстракция не способна установить тип минерала-носителя, принятые химические схемы фракционирования позволяют выявить соединения цинка, связанные с (гидр)оксидами Бе и Мп в фоновых почвах.
Но ситуация усложняется при анализе загрязненных почв. Рассмотрим техногенные бурые лесные почвы в районе Морте де Норд на севере Франции. В этих нейтральных почвах (рН > 5.5) легкого гранулометрического состава цинк накапливался более 100 лет в результате аэрального загрязнения несколькими металлургическими заводами. Образцы загрязненной почвы фракционировали по гранулометрическому и денсимет-рическому принципам [45].
На поверхности почва настолько загрязнена, что образовался слой шлака. В тяжелой фракции (2.9 г/см3) шлакового горизонта соединения цинка анализировали с помощью БХЛР8-спектро-скопии. Суммарный спектр содержит 40% вилле-мита (силикат цинка), 25% франклинита (оксид Zn и Бе) и 18% цинка в глинистой фракции. Ор-ганно-цинковые соединения в гумусированных горизонтах отсутствуют, так как спектры почв обработанных Н2О2 не изменились. Спектры глинистой фракции отвечают Zn-содержащему ке-ролиту 814(М§2.2^п0.75)010 • (0И)2 • пИ20 и Zn, адсорбированному на гекторите [45]. Гетит, бернессит, Zn-гидроталькит и гидроцинкит как
цинк-содержащие минералы, если и присутствуют в глинистой фракции, то не доминируют.
Минеральную природу Бе- и Mn-носителей цинка изучали также методом микро-БХЛР8-спектроскопии. Было записано три спектра железа: два в области ожелезненных зерен, а третий -в Бе-содержащей глинистой матрице. Все спектры соответствуют спектру фероксигита 5БеООН. Спектр марганца в составе Мп-сферул отвечает гексагональному бернесситу [46, 53].
Франклинит, виллемит, гемиморфит Zn4(Si207)(0H)2 • И20 и Zn-содержащий магнетит, обнаруженные в тяжелой фракции загрязненного поверхностного горизонта почвы, являются главными содержащими цинка поллютанта-ми металлургических заводов. Среди вторичных соединений цинка, сосредоточенных в илистой фракции почв, доминируют Zn-содержащие филлосиликаты и в меньшем количестве присутствует Zn, закрепленный частицами оксида марганца (бернесситом) и гидроксида железа (ферок-сигитом).
Несколько иной подход применяли к анализу загрязненных почв (техноземам) в Пальмертоне в шт. Пенсильвания, США. Почвенный разрез заложен в 1 км на юго-восток от бывшего завода, переплавлявшего 80 лет сфалерит ZnS. Почва аэрально загрязнена тяжелыми металлами, в особенности цинком, свинцом, а также серной кислотой [65].
Для анализа форм цинка использовали детальную последовательную химическую экстракцию по Цейну и Брюммеру и синхротронную рентгеновскую технику. Этапы химической экстракции следующие: 1) 1 М МИ4М03 удаляет обменные ионы и водорастворимые соли, 2) 1 М МИ40Ас (рН 6) удаляет слабокомплексированные и связанные с карбонатами металлы, 3) 0.1 М МИ30ИС1 + 1 М МИ40Ас (рН 6) удаляет металлы, связанные с оксидами Мп, 4) 0.25 М МИ4-ЭДТА (рН 6) удаляет металлы, связанные с органическим веществом, 5) 0.2 М МИ4-оксалат (рН 3.2) удаляет металлы, связанные со слабоокристалли-зованными оксидами Бе, 6) 0.1 М аскарбиновая кислота + 0.2 М МИ4-оксалат (рН 3.2) удаляет металлы, связанные с сильноокристаллизованными оксидами Бе, 7) остаток включает металлы, связанные с остаточной фракцией [65]. Такое сочетание методов анализа было обусловлено следующими соображениями. В ходе химического удаления форм цинка число фаз уменьшается, что облегчает спектроскопическую идентификацию остающихся фаз. Химическая последовательная экстракция наиболее эффективна для выявления самых подвижных и следовательно, наиболее токсичных форм металла.
В верхнем слое почвы с кислой реакцией среды (рН 3.2) содержатся 6200 мг цинка/кг и 7000 мг свинца/кг. Результаты последовательного хими-
ческого экстрагирования показали, что в основном цинк извлекается на последнем шестом этапе обработки, а также остается в остатке. Из этого следует, что цинк наиболее прочно связан с (гидр)оксидами железа и другими стабильными минералами. Значительное количество марганца высвобождается на всех этапах, что говорит о низкой селективности реактивов, хотя известно, что основные его соединения в кислых почвах состоят всего из двух групп: оксидов и силикатов.
Удаление 23% железа на четвертом этапе экстракции, возможно, обязано разрушению его комплексов с органическим веществом. Но главным образом железо высвобождается на шестом этапе, то есть за счет растворения окристаллизо-ванных оксидов, при этом большое количество железа остается в остатке после полного окончания экстрагирования.
Контроль растворимости цинка методами синхротронной техники показал следующее. После четырех первых экстракций спектры почв изменялись слабо, что согласуется с низким выходом цинка в раствор на этих этапах. Данные XANES- и EXAFS-спектрос
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.
Источник
Загрязнение почвы тяжелыми металлами
К тяжелым металлам (ТМ) относятся около 40 металлов с атомными массами свыше 50 и плотностью более 5 г/см 3 , хотя в число ТМ входит и легкий бериллий. Оба признака достаточно условны и перечни ТМ по ним не совпадают.
По токсичности и распространению в окружающей среде можно выделить приоритетную группу ТМ: Pb, Hg, Cd, As, Bi, Sn, V, Sb. Несколько меньшее значение имеют: Сг, Cu, Zn, Mn, Ni, Co, Mo.
Все ТМ в той или иной степени ядовиты, хотя некоторые из них (Fe, Cu, Co, Zn, Mn) входят в состав биомолекул и витаминов.
Тяжелые металлы антропогенного происхождения попадают из воздуха в почву в виде твердых или жидких осадков. Лесные массивы с их развитой контактирующей поверхностью особенно интенсивно задерживают тяжелые металлы.
В общем, опасность загрязнения тяжелыми металлами из воздуха существует в равной степени для любых почв. Тяжелые металлы негативно влияют на почвенные процессы, плодородие почв и качество сельскохозяйственной продукции. Восстановление биологической продуктивности почв, загрязненных тяжелыми металлами – одна из наиболее сложных проблем охраны биоценозов.
Важной особенностью металлов является устойчивость загрязнения. Сам элемент разрушиться не может, переходя из одного соединения в другое или перемещаясь между жидкой и твердой фазами. Возможны окислительно-восстановительные переходы металлов с переменной валентностью.
Опасные для растений концентрации ТМ зависят от генетического типа почвы. Основными показателями, влияющими на накопление ТМ в почвах, являются кислотно-основные свойства и содержание гумуса.
Учесть все разнообразие почвенно-геохимических условий при установлении ПДК тяжелых металлов практически невозможно. В настоящее время для ряда тяжелых металлов установлены ОДК их содержания в почвах, которые используются в качестве ПДК (приложение 3).
При превышении допустимых значений содержания ТМ в почвах эти элементы накапливаются в растениях в количествах, превышающих их ПДК в кормах и продуктах питания.
В загрязненных почвах глубина проникновения ТМ обычно не превышает 20 см, однако при сильном загрязнении ТМ могут проникать на глубину до 1,5м. Среди всех тяжелых металлов цинк и ртуть обладают наибольшей миграционной способностью и распределяются равномерно в слое почвы на глубине 0…20 см, в то время как свинец накапливается только в поверхностном слое (0…2,5 см). Промежуточное положение между этими металлами занимает кадмий.
У свинца четко выражена тенденция к накоплению в почве, т.к. его ионы малоподвижны даже при низких значениях рН. Для различных видов почв скорость вымывания свинца колеблется от 4г до 30 г/га в год. В то же время количество вносимого свинца может составлять в различных районах 40…530 г/га в год. Попадающий при химическом загрязнении в почву свинец сравнительно легко образует гидроксид в нейтральной или щелочной среде. Если почва содержит растворимые фосфаты, тогда гидроксид свинца переходит в труднорастворимые фосфаты.
Значительные загрязнения почвы свинцом можно обнаружить вдоль крупных автомагистралей, вблизи предприятий цветной металлургии, вблизи установок по сжиганию отходов, где отсутствует очистка отходящих газов. Проводимая постепенная замена моторного топлива, содержащего тетраэтилсвинец, топливом без свинца дает положительные результаты: поступление свинца в почву резко снизилось и в будущем этот источник загрязнения в значительной степени будет ликвидирован.
Опасность попадания свинца с частицами почв в организм ребенка является одним из определяющих факторов при оценке опасности загрязнения почв населенных пунктов. Фоновые концентрации свинца в почвах разного типа колеблются в пределах 10…70 мг/кг. По мнению американских исследователей, содержание свинца в городских почвах не должно превышать 100 мг/кг – при этом обеспечивается защита организма ребенка от избыточного поступления свинца через руки и загрязненные игрушки. В реальных же условиях содержание свинца в почве значительно превышает этот уровень. В большинстве городов содержание свинца в почве варьируется в пределах 30…150 мг/кг при средней величине около 100 мг/кг. Наиболее высокое содержание свинца – от 100 до 1000 мг/кг – обнаруживается в почве городов, в которых расположены металлургические и аккумуляторные предприятия (Алчевск, Запорожье, Днепродзержинск, Днепропетровск, Донецк, Мариуполь, Кривой Рог).
Растения более устойчивы по отношению к свинцу, чем люди и животные, поэтому необходимо тщательно следить за содержанием свинца в продуктах питания растительного происхождения и в фураже.
У животных на пастбищах первые признаки отравления свинцом наблюдаются при суточной дозе около 50 мг/кг сухого сена (на сильно загрязненных свинцом почвах получаемое сено может содержать свинца 6,5 г/кг сухого сена!). Для людей при употреблении салата ПДК составляет 7,5 мг свинца на 1 кг листьев.
В отличие от свинца кадмий попадает в почву в значительно меньших количествах: около 3…35 г/га в год. Кадмий заносится в почву из воздуха (около 3 г/га в год) либо с фосфорсодержащими удобрениями (35…260 г/т). В некоторых случаях источником загрязнения могут быть предприятия, связанные с переработкой кадмия. В кислых почвах со значением рН 6 кадмий отлагается вместе с гидроксидами железа, марганца и алюминия, при этом происходит потеря протонов группами ОН. Такой процесс при понижении рН становится обратимым, и кадмий, а также другие ТМ, могут необратимо медленно диффундировать в кристаллическую решетку оксидов и глин.
Соединения кадмия с гуминовыми кислотами значительно менее устойчивы, чем аналогичные соединения свинца. Соответственно накопление кадмия в гумусе протекает в значительно меньшей степени, чем накопление свинца.
В качестве специфичного соединения кадмия в почве можно назвать сульфид кадмия, который образуется из сульфатов при благоприятных условиях восстановления. Карбонат кадмия образуется только при значениях рН >8, таким образом, предпосылки для его осуществления крайне незначительны.
В последнее время большое внимание стали уделять тому обстоятельству, что в биологическом иле, который вносится в почву для ее улучшения, обнаруживается повышенная концентрация кадмия. Около 90% кадмия, имеющегося в сточных водах, переходит в биологический ил: 30% при первоначальном осаждении и 60…70% при его дальнейшей обработке.
Удалить кадмий из ила практически невозможно. Однако, более тщательный контроль за содержанием кадмия в сточных водах позволяет снизить его содержание в иле до значений ниже 10 мг/кг сухого вещества. Поэтому практика использования ила очистных сооружений в качестве удобрения весьма различается в разных странах.
Основными параметрами, определяющими содержания кадмия в почвенных растворах или его сорбцию почвенными минералами и органическими компонентами, являются рН и вид почвы, а также присутствие других элементов, например кальция.
В почвенных растворах концентрация кадмия может составлять 0,1…1мкг/л. В верхних слоях почвы, глубиной до 25см, в зависимости от концентрации и типа почвы элемент может удерживаться в течение 25…50 лет, а в отдельных случаях даже 200…800 лет.
Растения усваивают из минеральных веществ почвы не только жизненно важные для них элементы, но и такие, физиологическое действие которых либо неизвестно, либо безразлично для растения. Содержание кадмия в растении полностью определяется его физическими и морфологическими свойствами – его генотипом.
Коэффициент переноса тяжелых металлов из почвы в растения приведены ниже:
Pb 0,01…0,1 Ni 0,1…1,0 Zn 1…10
Cr 0,01…0,1 Cu 0,1…1,0 Cd 1…10
Кадмий склонен к активному биоконцентрированию, что приводит в довольно короткое время к его накоплению в избыточных биодоступных концентрациях. Поэтому кадмий, по сравнению с другими ТМ, является наиболее сильным токсикантом почв (Cd > Ni > Cu > Zn).
Между отдельными видами растений наблюдаются значительные различия. Если шпинат (300 млрд -1 ), кочанный салат (42 млрд -1 ), петрушку (31 млрд -1 ), а также сельдерей, кресс-салат, свеклу и лук-резанец можно отнести к растениям, „обогащенным” кадмием, то в бобовых, томатах, косточковых и семечковых фруктах содержится относительно мало кадмия (10…20 млрд -1 ). Все концентрации указаны относительно массы свежего растения (или плода). Из зерновых культур зерно пшеницы сильнее загрязнено кадмием, чем зерно ржи (50 и 25 млрд -1 ), однако 80…90% поступившего из корней кадмия остается в корнях и соломе.
Поглощение кадмия растениями из почвы (перенос почва/растение) зависит не только от вида растения, но и от содержания кадмия в почве. При высокой концентрации кадмия в почве (более 40 мг/кг) на первом месте стоит его поглощение корнями; при меньшем содержании наибольшее поглощение происходит из воздуха через молодые побеги. Длительность роста также влияет на обогащение кадмием: чем короче вегетация, тем меньше перенос из почвы в растение. Это является причиной того, что накопление кадмия в растениях из удобрений оказывается меньшим, чем его разбавление за счет ускорения роста растения, вызванного действием этих же удобрений.
Если в растениях достигается высокая концентрация кадмия, то это может привести к нарушениям нормального роста растений. Урожай бобов и моркови, например, снижается на 50%, если содержание кадмия в субстрате составляет 250 млн -1 . У моркови листья увядают при концентрации кадмия 50 мг/кг субстрата. У бобов при этой концентрации на листьях выступают ржавые (резко очерченные) пятна. У овса на концах листьев можно наблюдать хлороз (пониженное содержание хлорофилла).
По сравнению с растениями многие виды грибов накапливают большое количество кадмия. К грибам с высоким содержанием кадмия относят некоторые разновидности шампиньонов, в частности овечий шампиньон, в то время как луговой и культурный шампиньоны содержат относительно мало кадмия. При исследовании различных частей грибов было установлено, что пластинки в них содержат больше кадмия, чем сама шляпка, а меньше всего кадмия в ножке гриба. Как показывают опыты по выращиванию шампиньонов, двух-трехкратное увеличение содержания кадмия в грибах обнаруживается в том случае, если его концентрация в субстрате увеличивается в 10 раз.
Дождевые черви обладают способностью быстрого накопления кадмия из почвы, вследствие чего они оказались пригодными для биоиндикации остатков кадмия в почве.
Подвижность ионов медиеще выше, чем подвижность ионов кадмия. Это создает более благоприятные условия для усвоения меди растениями. Благодаря своей высокой подвижности медь легче вымывается из почвы, чем свинец. Растворимость соединений меди в почве заметно увеличивается при значениях рН 6 происходит накопление цинка в почве в больших количествах благодаря взаимодействию с глинами.
Различные соединения железа играют существенную роль в почвенных процессах в связи со способностью элемента менять степень окисления с образованием соединений различной растворимости, окисленности, подвижности. Железо в очень высокой степени вовлечено в антропогенную деятельность, оно отличается настолько высокой технофильностью, что нередко говорят о современном «ожелезнении» биосферы. В техносферу в настоящее время вовлечено более 10 млрд т железа, 60% которого рассеяно в пространстве.
Аэрация восстановленных горизонтов почвы, различных отвалов, терриконов приводит к реакциям окисления; при этом присутствующие в таких материалах сульфиды железа преобразуются в сульфаты железа с одновременным образованием серной кислоты:
В таких средах значения рН могут снижаться до 2,5…3,0. Серная кислота разрушает карбонаты с образованием гипса, сульфатов магния и натрия. Периодическая смена окислительно-восстановительных условий среды приводит к декарбонизации почв, дальнейшему развитию устойчивой кислой среды с рН 4…2,5, причем соединения железа и марганца накапливаются в поверхностных горизонтах.
Гидроксиды и оксиды железа и марганца при образовании осадков легко захватывают и связывают никель, кобальт, медь, хром, ванадий, мышьяк.
Основные источники загрязнения почвы никелем – предприятия металлургии, машиностроения, химической промышленности, сжигание каменного угля и мазута на ТЭЦ и котельных. Антропогенное загрязнение никелем наблюдается на расстоянии до 80…100 км и более от источника выброса.
Подвижность никеля в почве зависит от концентрации органического вещества (гумусовых кислот), рН и потенциала среды. Миграция никеля носит сложный характер. С одной стороны, никель поступает из почвы в виде почвенного раствора в растения и поверхностные воды, с другой – его количество в почве пополняется вследствие разрушения почвенных минералов, отмирания растений и микроорганизмов, а также за счет его внесения в почву с атмосферными осадками и пылью, с минеральными удобрениями.
Основной источник загрязнения почвы хромом – сжигание топлива и отходы гальванических производств, а также отвалы шлаков при производстве феррохрома, хромовых сталей; некоторые фосфорные удобрения содержат хрома до 10 2 …10 4 мг/кг.
Поскольку Cr +3 в кислой среде инертен (выпадая почти полностью в осадок при рН 5,5), его соединения в почве весьма стабильны. Напротив, Cr +6 крайне нестабилен и легко мобилизуется в кислых и щелочных почвах. Снижение подвижности хрома в почвах может приводить к его дефициту в растениях. Хром входит в состав хлорофилла, придающего листьям растений зеленый цвет, и обеспечивает усвоение растениями из воздуха углекислоты.
Установлено, что известкование, а также применение органических веществ и соединений фосфора существенно снижает токсичность хроматов в загрязненных почвах. При загрязнении почв шестивалентным хромом подкисление, а затем применение восстанавливающих агентов (например, серы) используется для восстановления его до Cr +3 , после чего проводится известкование для осаждения соединений Cr +3 .
Высокая концентрация хрома в почве городов (9…85 мг/кг) связана с высоким содержанием его в дождевых и поверхностных водах.
Накопление или вымывание токсичных элементов, попавших в почву, в значительной степени зависит от содержания гумуса, который связывает и удерживает ряд токсичных металлов, но в первую очередь – медь, цинк, марганец, стронций, селен, кобальт, никель (в гумусе количество этих элементов в сотни-тысячи раз больше, чем в минеральной составляющей почв).
Природные процессы (солнечная радиация, климат, выветривание, миграция, разложение, вымывание) способствуют самоочищению почв, основной характеристикой которого является его продолжительность. Продолжительность самоочищения – это время, в течение которого происходит уменьшение на 96% массовой доли загрязняющего вещества от начального значения или до его фонового значения. Для самоочищения почв, а также их восстановления требуется много времени, которое зависит от характера загрязнения и природных условий. Процесс самоочищения почв длится от нескольких дней до нескольких лет, а процесс восстановления нарушенных земель – сотни лет.
Способность почв к самоочищению от тяжелых металлов невелика. Из довольно богатых органическим веществом лесных почв умеренного пояса с поверхностным стоком удаляется только примерно 5% поступающего из атмосферы свинца и около 30% цинка и меди. Остальная часть выпавших ТМ практически полностью задерживается в поверхностном слое почвы, поскольку миграция вниз по почвенному профилю происходит крайне медленно: со скоростью 0,1…0,4 см/год. Поэтому время полувыведения свинца в зависимости от типа почв может составить от 150 до 400 лет, а для цинка и кадмия – 100…200 лет.
Сельскохозяйственные почвы несколько быстрее очищаются от избыточных количеств некоторых ТМ в силу более интенсивной миграции за счет поверхностного и внутрипочвенного стока, а также из-за того, что заметная часть микроэлементов через корневую систему переходит в зеленую биомассу и уносится с урожаем.
Следует отметить, что загрязнение почв некоторыми токсичными веществами существенно тормозит процесс самоочищения почв от бактерий группы кишечной палочки. Так, при содержании 3,4-бензпирена 100 мкг/кг почвы численность этих бактерий в почве в 2,5 раза выше, чем в контроле, а при концентрации более 100 мкг/кг и до 100 мг/кг – их значительно больше.
Исследования почв в районе металлургических центров, проведенные Институтом почвоведения и агрохимии, свидетельствуют, что в радиусе 10км содержание свинца в 10 раз превышает фоновое значение. Наибольшее превышение отмечено в г.г.Днепропетровске, Запорожье и Мариуполе. Содержание кадмия в 10…100 раз выше фонового уровня отмечено вокруг Донецка, Запорожье, Харькова, Лисичанска; хрома – вокруг Донецка, Запорожье, Кривого Рога, Никополя; железа, никеля – вокруг Кривого Рога; марганца – в районе Никополя. В общем, по данным того же института, около 20% территории Украины загрязнено тяжелыми металлами.
Во время оценки степени загрязнения тяжелыми металлами используют данные о ПДК и их фоновом содержании в почвах основных природно-климатических зон Украины. В случае установления в почве повышенного содержания нескольких металлов загрязнение оценивают по металлу, содержание которого превышает норматив в наибольшей степени.
Содержание тяжелых металлов в почвах сельскохозяйственного назначения контролирует Государственный технологический центр охраны плодородия почв Министерства аграрной политики Украины.
Источник