Очистка почвы от тяжелых металлов

  • Авторы
  • Резюме
  • Рецензия
  • Файлы
  • Ключевые слова
  • Литература

Болтунова А.Д. 1 Смирнова С.В. 1 Солтис В.В. 1 1 ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный педагогический университет им. И.Н. Ульянова» В статье рассмотрены проблемы экологического состояния почв под влиянием антропогенного (в частности, промышленного производства) воздействия. Проведено исследование почвенного покрова на предмет содержания тяжелых металлов на территории поселка Октябрьский Чердаклинского района Ульяновской области. Опасные уровни загрязнения почвенного покрова отмечаются на многих промышленно развитых территориях. При этом проблема диагностики и оценки состояния почв на данной территории мало изучена, что явилось причиной исследования почвенного покрова в окрестностях поселка Октябрьский. В данной работе изучено состояние почвенного покрова, отобрано несколько образцов поверхностной и отвальной обработок. Исследовано валовое содержание и подвижные формы. Для работы выбрана методика, позволяющая качественно провести исследование на содержание в почве тяжелых металлов. Отбор производился методом «конверта», анализ в специализированной лаборатории. Дана основная характеристика экологического состояния почв по ГОСТ в соответствии с ПДК тяжелых металлов. Было выявлено, что в месте исследования превышено содержания цинка, кадмия и свинца, которые относятся к токсичным тяжелым металлам. Это объясняется тем, что вблизи объекта имеется промышленное производство, которое негативно сказывается на состоянии почвенного покрова. 836 KB 131 KB 176 KB экология почвы тяжелые металлы 1. Кидин В.В. Агрохимия: учебное пособие / В.В. Кидин. – М.: НИЦ ИНФРА-М, 2015. – 351 с. 2. Джувеликян Х.А., Щеглов Д.И., Горбунова Н.С. Загрязнение почв тяжелыми металлами. Способы контроля и нормирования загрязненных почв: учебно-методическое пособие для вузов / Х.А. Джувеликян, Д.И. Щеглов, Н.С. Горбунова. – Воронеж: Изд-во ВГУ, 2009. – 22 с. 3. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в агроландшафте / Ю.В. Алексеев. – СПб.: Изд-во ПИЯФ РАН, 2008. – 216 с. 4. Алексеенко В.А. Металлы в окружающей среде: оценка эколого-геохимических изменений: сборник задач / В.А. Алексеенко, А.В. Суворинов, Е.В. Власова; под науч. ред. В.А. Алексеенко. – М.: Логос, 2011. – 216 с. 5. География почв: толковый словарь / В.Д. Наумов. – М.: НИЦ ИНФРА-М, 2014. – 376 с. 6. Почвенный покров Ульяновской области . – Режим доступа: http://rosselxoznadzorul.ru/information/zemcontrol/osob_pochvi.php] (дата обращения: 10.04.17).

Почвенный покров – это обязательный компонент любой экосистемы, который активно подвержен негативным факторам. Почва активно подвержена к антропогенному воздействию, что нарушает ее состояние. Данное исследование является актуальным, так как в настоящее время становится все больше объектов загрязнения. Отрицательное воздействие наносят промышленные предприятия, автомобильные дороги, железнодорожные пути, свалки, жилые постройки и другие объекты.

Данная проблема является актуальной, так как в настоящее время становится все больше объектов загрязнения. Отрицательное воздействие наносят промышленные предприятия, автомобильные дороги, железнодорожные пути, свалки, жилые постройки и другие объекты.

Данный вопрос активно завоевал популярность за границей. В частности, в США и Германии. Именно эти страны первыми стали уделять внимание почвенному покрову и влиянию на него. Россия занимается данными исследованиями последние десять лет, что также, несомненно, является плюсом .

Цель – исследовать почвенный покров п. Октябрьский (опытное поле УГСХА им. П.А. Столыпина и двор) Чердаклинского района Ульяновской области на загрязнение подвижных и валовых форм тяжелых металлов (Zn, Cd, Cu, Ni, Cr, Pb).

Для достижения цели нами были поставлены следующие задачи:

1. Определить содержание тяжелых металлов на территории п. Октябрьский (опытное поле УГСХА им. П.А. Столыпина) Чердаклинского района Ульяновской области.

2. Провести исследование в специализированной лаборатории. Определение содержания подвижных и валовых форм тяжелых металлов (Zn, Cd, Cu, Ni, Cr, Pb).

3. Оценить степень загрязненности выбранного объекта.

На территории п. Октябрьский Чердаклинского района Ульяновской области исследование почвенного покрова на содержание тяжелых металлов не проводилось несколько лет.

Тяжелые металлы – это цветные металлы, которые имеют плотность больше плотности железа. К примеру: свинец, медь, цинк, никель, хром, кадмий, кобальт, ртуть. В малых количествах они необходимы для растений. Но существенное превышение допустимого их количества приводит к серьезным заболеваниям. Наличие их в почве может представлять экологическую угрозу получаемой продукции. Аккумуляция основной части загрязняющих веществ наблюдается преимущественно в гумусово-аккумулятивном почвенном горизонте, где они связываются алюмосиликатами, несиликатными минералами, органическими веществами за счет различных реакций взаимодействия. Состав и количество удерживаемых в почве элементов зависят от содержания и состава гумуса, кислотно-основных и окислительно-восстановительных условий, сорбционной способности, интенсивности биологического поглощения .

Исследование почвенного покрова на содержание тяжелых металлов имеет большое практическое значение. Так как тяжелые металлы могут носить негативный характер, то необходимо, чтобы их содержание входило в ПДК. Полученные данные могут стать основой для мониторинговых исследований и комплексной оценки почвенного покрова. Также результаты исследования могут послужить основой и для плана работ по снижению концентрации тяжелых металлов .

Объект и методы исследования. Данное исследование проводилось в п. Октябрьском Чердаклинского района Ульяновской области. Объектом исследования было выбрано опытное поле УГСХА им. П.А. Столыпина. Главными источниками загрязнения на территории поселка являются: автотранспорт, железнодорожный транспорт и промышленные объекты на территории промышленной зоны.

При исследовании почвы важный этап – это отбор проб, рекомендованный в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02.84. Данный стандарт необходим для контроля загрязнения почвы, как общего, так и локального в районах воздействия промышленных предприятий, сельскохозяйственных и транспортных источников загрязнения. Отбор почвы производился на глубине 15 см «методом конверта», исходя из того, чтобы каждая из отобранных проб представляла собой часть почвы, типичной для генетических горизонтов .

Отбор производился с помощью почвенного бура. Именно данный инструмент позволяет взять почву на нужном уровне. В общей сложности мы получили по 5 проб для каждого вида обработки почвы. Объединенную пробу получаем из точечных, отобранных пяти проб. Исследование проводилось не позднее, чем двое суток после отбора, методом атомно-абсорбционной спектрометрии в специализированной лаборатории.

Дата отбора проб почв: 3 ноября 2015 года.

Дата исследования проб почв: 4 ноября 2015 года.

Результаты. В результате исследования были выявлены следующие тяжелые металлы: свинец, цинк, медь, кадмий, никель и хром. Исследовалось содержание валовых и подвижных форм тяжелых металлов в почве, подвергшейся двум обработкам: отвальной и поверхностной. Отвальный способ предусматривает обработку почвы отвальными орудиями с полным или частичным оборачиванием обрабатываемого слоя с целью изменения местоположения разнокачественных по плодородию слоев или генетических горизонтов почвы в вертикальном направлении в сочетании с рыхлением, перемешиванием, подрезанием и заделкой растительных остатков и удобрений в почву. Поверхностная обработка – это обработка почвы различными орудиями на глубину, не превышающую 12–14 см. В данном случае это лущение, культивация, боронование, прикатывание. Цинк и свинец не превысили 50 % ПДК во всех измерениях. Медь, никель и кадмий не превысили 50 % ПДК валового содержания, но подвижные формы имеют показатель содержания равный или близкий ПДК. Хром имеет показатели, не превышающие ПДК, но близкие к ее значению. Как показало исследование, показатель содержания тяжелых металлов не превысил предельно-допустимые концентрации, но некоторые из них имели значения равные ПДК, что свидетельствует о необходимом контроле. Данные исследования представлены в таблице 1.

Таблица 1

Содержание тяжелых металлов в почве (слой 0–30 см, мг/кг а.с.п.)

* утверждены Минздравом СССР, IV: 6229 – 91;

** ОДК валового содержания, утвержденные Госкомсанэпидемнадзором России, ГН 2.1.7.020. – 94.

Ранее исследование на территории опытного поля УГСХА проводилось около 10 лет назад, а именно в 2008 году. Данные исследования отражены в таблице 2.

Таблица 2

Содержание тяжелых металлов в почве (слой 0–30 см, мг/кг а.с.п.) в 2008 году

В результате сравнения было выявлено, что данные изменились. Показатели содержания цинка, хрома, меди увеличились. Свинец имеет примерно те же значения, а показатели никеля незначительно увеличены, кроме подвижных форм отвальной обработки. Это свидетельствует о том, что содержание в почве тяжелых металлов с каждым годом накапливается. Что не очень хорошо для произрастания сельскохозяйственных культур.

На рисунке 1 «Изменение валового содержания тяжелых металлов отвальной обработки» и рисунке 2 «Изменение валового содержания тяжелых металлов поверхностной обработки» можно увидеть, как изменились данные показатели валового содержания по сравнению с 2008 годом. Видно, что содержание таких металлов как цинк, никель и хром значительно повысилось.

Другие показатели можно увидеть в сравнительной характеристике показателей подвижных форм. Результаты отражены на рисунках 3 «Изменение подвижных форм тяжелых металлов отвальной обработки» и 4 «Изменение подвижных форм тяжелых металлов поверхностной обработки». Из третьего рисунка видно, что содержание кадмия и никеля снизилось, а остальные показатели увеличились. Четвертый рисунок показывает, что снизились только показатели кадмия, а вот содержание хрома и никеля значительно повысилось. Это связано в частности с расположением промышленной зоны «Поволжье» неподалеку от исследуемого объекта. Предприятия, располагающиеся на территории зоны, могут являться главными источниками таких тяжелых металлов как никель и хром.

Рис. 1. Изменение валового содержания тяжелых металлов отвальной обработки

Рис. 2. Изменение валового содержания тяжелых металлов поверхностной обработки

Рис. 3. Изменение подвижных форм тяжелых металлов отвальной обработки

Рис. 4. Изменение подвижных форм тяжелых металлов поверхностной обработки

Обсуждение. Накопление в почве тяжелых металлов объясняется тем, что вблизи опытного поля УГСХА им. П.А. Столыпина располагается автомобильная дорога. Выхлопные газы имеют прямое влияние в накоплении тяжелых металлов, в особенности свинца . Было выявлено, что промышленная зона «Поволжье» находится неподалеку от населенного пункта и является источником многих химических элементов, в том числе тяжелых металлов.

Загрязнение почвы тяжелыми металлами может влиять на произрастание такой сельскохозяйственной культуры, как ячмень. Наибольшее стрессовое воздействие на ячмень наносит медь, наименьшее свинец. Процент меди за семь лет повысился, что говорит о том, что это может плохо сказаться на произрастание данной сельскохозяйственной культуры.

Комплексное использование средств химизации вызывает необходимость оценки их воздействия на почву, окружающую среду, качество урожая и продуктов питания.

В ГОСТе 17.4.02.-83 введено классификационное деление тяжелых металлов на 3 класса опасности:

1 класс (особо токсичные) – мышьяк, кадмий, ртуть, селен, свинец, цинк;

2 класс (токсичные) – бор, кобальт, никель, молибден, сурьма, хром, медь;

3 класс (малотоксичные) – барий, ванадий, вольфрам, марганец, стронций.

Соответственно нами было обнаружено шесть тяжелых металлов: цинк, кадмий, никель, хром, свинец и медь. Трое из них относятся к 1 классу опасности и являются особо токсичными. Такими тяжелыми металлами являются свинец, кадмий и цинк. Остальные относятся ко 2 классу опасности и являются токсичными. Это оставшиеся: никель, хром и медь. Малотоксичных тяжелых металлов 3 класса опасности обнаружено не было.

Растения – чуткие индикаторы состояния экологической среды. Тя­желые металлы накапливаются в них не только из почвы, но и воздуха.

Комплексное использование средств химизации вызывает необходимость оценки их воздействия на почву, окружающую среду, качество урожая и продуктов питания.

Определение содержания на территории п.Октябрьский (опытное поле УГСХА им. П.А. Столыпина) Чердаклинского района Ульяновской области показало количественное увеличение содержания тяжелых металлов в почве. По шкале степени загрязнения почвы тяжелыми металлами опытное поле УГСХА им. П.А. Столыпина можно отнести к среднему уровню загрязнения близкому к высокому. Тяжелые металлы – это опасные загрязнители окружающей среды. Почва, загрязненная тяжелыми металлами, может оказать вред на растительность, произрастающую на ней.

Выводы. В результате исследования можно сделать вывод о том, что содержание тяжелых металлов не превышает уровня ПДК. Проведенное в специализированной лаборатории исследование определило содержание подвижных и валовых форм тяжелых металлов (Zn, Cd, Cu, Ni, Cr, Pb). Установлено увеличение в почве валового содержания тяжелых металлов в течение 10 лет: Znс 20,6 до 30,6 мг/кг; Niс 12,1 до 23,5 мг/кг; Сrс 10 до 19,9 мг/кг; также установлено увеличение содержания в почве подвижных форм Znс 6,2 до 6,4мг/кг; Cuс 2,8 до 2,9 мг/кг; Crс 0,7 до 3,6 мг/кг. Их присутствие в почвенном покрове опытного поля УГСХА Чердаклинского района Ульяновкой области свидетельствует о том, что вблизи располагаются объекты, оказывающие негативное воздействие. По шкале степени загрязнения почвы тяжелыми металлами опытное поле УГСХА им. П.А. Столыпина можно отнести к среднему уровню загрязнения.

Библиографическая ссылка

Болтунова А.Д., Смирнова С.В., Солтис В.В. НАКОПЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ ПОД ВЛИЯНИЕМ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА // Современные проблемы науки и образования. – 2017. – № 4.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=26637 (дата обращения: 26.07.2020).Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания» (Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления) «Современные проблемы науки и образования» список ВАК ИФ РИНЦ = 0.791 «Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074 «Современные наукоемкие технологии» список ВАК ИФ РИНЦ = 0.909 «Успехи современного естествознания» список ВАК ИФ РИНЦ = 0.736 «Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований» ИФ РИНЦ = 0.570 «Международный журнал экспериментального образования» ИФ РИНЦ = 0.431 «Научное Обозрение. Биологические Науки» ИФ РИНЦ = 0.303 «Научное Обозрение. Медицинские Науки» ИФ РИНЦ = 0.380 «Научное Обозрение. Экономические Науки» ИФ РИНЦ = 0.600 «Научное Обозрение. Педагогические Науки» ИФ РИНЦ = 0.308 «European journal of natural history» ИФ РИНЦ = 1.369 Издание научной и учебно-методической литературы ISBN РИНЦ DOI

  • Авторы
  • Резюме
  • Файлы
  • Ключевые слова
  • Литература

Скрипко Т.В. 1 Мальгина И.Л. 1 1 ФГБОУ ВО «Омский государственный технический университет» К числу факторов, загрязняющих почвы, относятся тяжелые металлы. Попадание в почву тяжелых металлов связано с деятельностью ряда отраслей промышленности. Омская область представляет уникальное для России явление, так как г. Омск практически один формирует все загрязнения области. Доля Омска в выбросах от стационарных источников всей области составляет 89 %. Специфика городских земель – несельскохозяйственное использование, меньше размеры землепользования, высокое технологическое воздействие промышленных предприятий, влияние транспорта. Город насыщен промышленными и автотранспортными предприятиями, складскими зонами и транспортными магистралями. В связи с преобладанием ветра юго-западного направления экологической опасности подвергаются Советский, Кировский, Центральный округа. Почва не только накапливает загрязнения, в том числе и металлические, но и выступает как природный переносчик химических токсикантов и в атмосферу, и в гидросферу, и в живое вещество. Ионы тяжёлых металлов способны специфически адсорбироваться почвами с образованием относительно прочных связей координационного типа. Перемещаясь по пищевым цепям, включаясь в метаболические циклы, тяжёлые металлы вызывают различные физиологические и генетические нарушения. В ходе исследования установлена корреляция между рН почвы и окислительно-восстановительным потенциалом. В составе обменных катионов почвы содержатся кальций и магний, при этом преобладает кальций. Методом спектроскопии в почве выявлены металлы Co, Al, Cr, Cu, Fe, Hf, Mn, Mo, Ni, Pb, Ti, V, Zr с превышением допустимого остаточного содержания по Mn, Mo, Pb, V, Zr, Co, Cr, Cu. рН водных вытяжек проб почв, в основном слабощелочной. Почвы Омского лесхоза (фоновая территория) – слабокислые. Тяжёлые металлы опасны тем, что слабо выводятся из почвы. Данные исследования могут лечь в основу мониторинговых исследований почв г. Омска.

285 KB тяжелые металлы допустимое остаточное содержание комплексные соединения токсичность ферменты промышленные выбросы 1. Струнин В.И., Струнина Н.Н., Байсова Б.Т. Атомная спектроскопия: учебно-методическое пособие. Омск: Изд-во Омского гос. ун-та, 2013. 104 с. Strunin V.I., Strunina N.N., Basova B.T. Atomic spectroscopy: educational and methodical grant. Omsk: Izd-vo Omskogo gos. un-ta, 2013. 104 p. (in Russian). 2. Галактионова Л.В., Достова Т.М. Химия почв: практикум. Оренбург: ОГУ, 2013. 144 с. Galaktionova L.V., Dostava T.M. Chemistry of soils: workshop. Orenburg: OGU, 2013. 144 p. (in Russian). 3. Скрипко Т.В., Меньших С.А., Струнина Н.Н., Байсова Б.Т. Исследование влияния металлического компонента в почвенном покрове городской территории // Динамика систем, механизмов и машин. 2016. № 2. С. 217–220. Skripko T.V., Menshikh S.A., Strunina N.N., Baisova B.T. Investigation of the influence of the metal component in the soil cover of the urban area // Dinamika sistem, mexanizmov i mashin. 2016. № 2. P. 217–220 (in Russian). 4. Саломатов В.В. Золошлаковые отходы ТЭЦ на кузнецких углях и пути их масштабной утилизации // ЭКО-бюллетень ИнЭкА. 2008. № 5 (130). С. 33–35. Salomatov V.V. Zoloshlakovy waste of combined heat and power plant on the Kuznetsk coals and a way of their large-scale utilization // ECO-Bulletin of InEcA. 2008. № 5 (130). Р. 33–35 (in Russian). 5. Уваров Г.И. Экологические функции почв: учебное пособие. 2-е изд., доп. СПб.: Лань, 2017. 296 с. Uvarov G.I. Ecological functions of soils: textbook. 2nd ed., additional. SPb.: LAN, 2017. 296 p. (in Russian). 6. Путилина В.С., Галицкая И.В., Юганова Т.И. Адсорбция тяжелых металлов почвами и горными породами. Характеристики сорбента, условия, параметры и механизмы адсорбции. Аналитический обзор. Серия «Экология». Вып. 90. Новосибирск: ГПНТБ СО РАН, 2009. 155 с. Putilina V.S., Galitskaya I.V., Yuganova T.I. Adsorption of heavy metals by soils and rocks. Characteristics of the sorbent, conditions, parameters, and mechanisms of adsorption = adsorption of Heavy metals by soils and rocks. Analyt. review. Ecology series. Issue 90. Novosibirsk: GPNTB SO RAN, 2009. 155 p. (in Russian).

В почвах содержатся элементы техногенного происхождения. Повышение содержания элементов обусловлено бытовыми отходами, выбросами промышленных предприятий, влиянием транспорта, накоплением остаточных количеств минеральных удобрений. Для ответа на вопрос о возможных последствиях антропогенной нагрузки на почвенный покров важно знать состояние почвы в настоящих условиях, определить изменения в ней в результате влияния конкретных антропогенных факторов. В городе естественный почвенный профиль видоизменён. Городские земли имеют специфику несельскохозяйственного использования. Размеры землевладения и землепользования малы. Степень техногенного воздействия высокая.

Цель исследования: проведение анализа почвы одного из административных округов мегаполиса по физическим и химическим показателям. Особое внимание уделено содержанию тяжелых металлов, трансформации их в почве, формированию процессов «металлогенеза».

Материалы и методы исследования

На предприятиях Ленинского административного округа города Омска были отобраны пробы почв. Проблемные предприятия: ОАО «Техуглерод», ТЭЦ-2 – структурного подразделения омского филиала «Территориальная генерирующая компания № 11», депо «Московка», железнодорожный путь. Фоновая территория – Омский лесхоз в 20 км от города. Согласно ГОСТ 17.4.3.01-83 точечные пробы отбирали равномерно в пределах каждого элементарного участка по маршрутному ходу через равные интервалы. Почву отбирали не глубже 10 см. Из точечных проб, отобранных с элементарного участка, составляли объединенную пробу. Пробы высушивали и готовили водную вытяжку почвы в соотношении почвы к воде 1:3. Определяли рН и ЭДС водной вытяжки почв на приборе «АНИОН 4100»; содержание сухого остатка, ионов кальция, магния, общую кислотность, щелочность.

Методом спектроскопии определены металлы в почвенном покрове. Использовали спектрограф СТЭ-1 с многоканальным анализатором эмиссионных спектров (МАЭС). Обработка результатов проводилась с помощью программы «Атом-3». Атом – гибкий инструмент проведения расчетов для атомно-эмиссионного спектрального анализа. Условия анализа: возбуждение спектров проводилось в дуге постоянного тока, горящей между угольными электродами диаметром 5 мм; дуговой разряд 10А, продолжительность испарения – 120 с. За результат определения принимали среднее арифметическое двух параллельных измерений .

Результаты исследования и их обсуждение

Экспериментальные данные представлены в табл. 1, 2.

Таблица 1

Результаты физических показателей и химического анализа водных вытяжек почв

Таблица 2

Концентрация тяжелых металлов в почве (мг/кг)

Экологический мониторинг почв особо актуален для индустриальных районов мегаполиса как основной путь аккумуляции и транзита загрязняющих веществ. Устойчивость различных форм миграции элементов, а также развитие и жизнедеятельность растений зависит от рН среды. По результатам химических показателей значение рН водных вытяжек проб почв в местах отбора проб слабощелочное, на территории лесхоза слабокислое. Приведенные данные по ЭДС отражают только возможные в почвах окислительно-восстановительные процессы. Наблюдается корреляция по данным рН и окислительно-восстановительным потенциалам. Чем выше рН почвы, тем меньше величина окислительно-восстановительного потенциала . Подкисление почвы вызывает повышение потенциала. Данные по сухому остатку указывают на содержание минеральных и органических составляющих, температура кипения которых не превышает 105 °С. При данной температуре составляющие не разлагаются. Естественная кислотность почв формируется из ненасыщенных соединений, гуминовых и других слабых органических кислот. При этом рН среды не бывает ниже 4,5. Щелочность создают все катионы, которые уравновешены гидроксильными ионами, анионами слабых кислот. Так как рН не превышает 8,3, то щелочность вызвана гидрокарбонатами щелочноземельных металлов.

Исследуемые почвы в составе обменных катионов содержат кальций и магний; чаще преобладает кальций. На территории ОАО «Техуглерод» закономерность обратная; на территории железнодорожного пути содержание ионов кальция и магния приблизительно одинаково. Видоизменённый почвенный профиль представлен толщей наслоений, которые не являются почвой с её физической и химической структурой, с горизонтальным сложением. Изменяется водно-солевой режим почв, нарушается естественное сложение почв в городской среде .

Выявлено превышение допустимых остаточных содержаний (ДОС) в почвах (табл. 3).

Таблица 3

Превышение содержания тяжелых металлов в почве (мг/кг)

Аккумуляция в почве тяжёлых металлов зависит от мощности теплоэлектростанции с учётом качества органического топлива, степени очистки отходов. Важный фактор – утилизация отходов. Основным видом топлива для ТЭЦ-2 является кузнецкий уголь. Принцип сжигания угля – факельное сжигание в пылевидном состоянии, от сжигания образуются тонны золошлаковых отходов. Площадь золоотвалов ТЭЦ-2 более 25 га. В табл. 4 представлены данные по содержанию микроэлементов в золошлаковых материалах ТЭЦ-2 .

Таблица 4

Содержание микроэлементов (г/т) в золе, шлаке ТЭЦ-2. Кузнецкий уголь (В.В. Саломатов, 2008)

Железнодорожный транспорт включает многопрофильные производственные мощности. Локомотивные и вагонные депо, пункты подготовки подвижного состава, котельные, станция промыво-пропарочная – многопрофильные производственные мощности железнодорожного транспорта. 80 % выброса загрязняющих веществ приходится на долю энергетических теплоагрегатов котельных; около 10 % на кузнечные, нагревательные печи, сушильные установки (агрегаты энерготехнического профиля). Отходы 1–5 класса опасности.

ОАО «Техуглерод» – одно из пяти крупных предприятий химической промышленности оказывает разнообразное воздействие на природную среду в виде промышленных выбросов, сточных вод и промышленных отходов. Ведомственный экологический контроль осуществляется почти по100 ингредиентам в промышленных выбросах, сбросах, отходах и окружающей среде селитебной зоны. Обнаружено твёрдых веществ в выбросах до 3 %. Жидкие и газообразные продукты составляют 97 % .

Металлы в почве сорбируются органическими веществами, глинистыми минералами. Чем меньше частицы почвы, тем больше их способность удерживать воду и химические вещества. Металлы-токсиканты, поступая в грунтовые воды, поглощаются растениями, двигаются по трофическим цепям, активизируются микробиологической составляющей почвы, вызывая определённые негативные последствия. Активная микробиологическая жизнь почвы способствует трансформации посторонних веществ в почву.

Гуминовые вещества почвы обладают ярко выраженной способностью образовывать комплексные соединения. Металл входит в анионную часть молекулы комплексно-гетерополярной соли, образуя соединение типа

Здесь М может быть представлен Fe(OH)2+, Fe(OH)2+, а также аналогичными частицами другого состава, например, с участием алюминия, свинца, кадмия и так далее. Такие комплексные соединения могут иметь свободные карбоксильные и фенольные группы и образовывать простые гетерополярные соли других металлов:

Здесь М1 – катионы сильных оснований: Na+, K+. В этой же позиции могут находиться также ионы кальция, магния, алюминия, свинца и других металлов, которые могут свободно мигрировать в ландшафте или накапливаться в отдельных горизонтах почвенного профиля.

Практически неподвижны в почвенном профиле соединения, относящиеся к адсорбционным комплексам. Для адсорбционных комплексов характерны межмолекулярные, ионные и координационные связи. В этой форме в почвенном профиле закрепляются и накапливаются органические вещества (гумусовые), но в этой же форме могут аккумулироваться загрязняющие вещества как органической (пестициды, углеводороды, детергенты), так и неорганической (тяжелые металлы) природы .

Активность металлов в почвенной среде зависит от растений, от рН почвенного раствора. Минимальное поступление тяжёлых металлов в растения происходит при рН 6,5. Тяжёлые металлы вмешиваются в метаболический цикл живых организмов, но биохимическому разложению не подвергаются. Они способны вступать в химические реакции с неметаллами и друг с другом. Входят в состав органоминеральной составляющей и в таком виде мигрируют. Соединения тяжёлых металлов подвергаются многочисленным превращениям: осаждению/растворению; десорбции/адсорбции. Возможно формирование новой поглощающей поверхности с увеличением адсорбционной способности металлов .

Металлы-токсиканты оказывают как прямое, так и косвенное воздействие на реакции с участием ферментов почвенного покрова. В первом случае наблюдается блокировка реакции с участием фермента. Происходит уменьшение (возможно и прекращение) его каталитического действия (табл. 5).

Таблица 5

Тяжелые металлы, входящие в состав некоторых энзимов, и последствия их замены (Williams, 1967)

Энзимы

Первичный металл

Металлы, которые могут замещать первичный металл, и наблюдаемая при этом эффективность фермента

Уменьшение

Полное прекращение

Декарбоксилаза

Co, Ni, Zn

Энолаза

Mg, Zn, Fe, Co, Ni

Be, Cu

АТФ-азы

Mg, Ni, Zn

Cu, Hg, Pb

Аргининаза

Co, Ni

Карбоксилаза

Co, Ni, Mn

Cu, Cd, Hg

Пептидаза

Дегидрогеназа

Co, Ni, Mn

Cu, Cd, Hg

Трансфераза

Cu, Cr, Mn

Определяют почвенное плодородие и здоровье ферменты, такие как пероксидазы, нитрогеназы, нитратредуктазы и др. Азотный режим почвы, доступность элементов питания, способность почвы к детоксикации различных поллютантов – основная роль ферментов в почвенном покрове. Почва – своеобразный склад ферментов. Оказывая косвенное воздействие, тяжёлые металлы способны переводить питательные вещества в недоступное состояние, в «голодную среду».

Тяжёлые металлы опасны слабым выведением из почвы. Включение в метаболические циклы ведет к различным физиологическим и генетическим нарушениям .

Тяжёлые металлы способны отравлять организм человека и механически засорять его, оседая на стенках тончайших систем организма – почечных каналов, каналов печени. Фильтрационная способность организма снижается. Биоты почвы обезвреживают многие патогены и токсиканты, увеличивая самоочищающую способность почвы.

Заключение

Одной из важных характеристик химического состава почв является реакция её среды – кислотность почвы. В среднем рН исследуемых почв близок к нейтральному значению 6,81–7,78. В составе обменных катионов определены ионы кальция и магния с преобладанием ионов кальция. В процессе работы в почвах выявлено превышение допустимого остаточного содержания ионов Mn, Mo, Pb, V, Zr, Co, Cr, Cu. Загрязнение почв тяжёлыми металлами – достаточно специфичное явление с далеко не всегда предсказуемыми последствиями.

В данном исследовании сделан акцент на предприятиях только одного административного округа города. По государственному контракту с Министерством природных ресурсов и экологии Омской области в городе проводится обследование почв на содержание тяжёлых металлов. Данные о содержании тяжёлых металлов в почве являются собственностью Министерства природных ресурсов и экологии Омской области. По результатам анализа загрязнения почв выявляются участки территории города, где есть превышение ПДК по содержанию тяжёлых металлов. Предприятиям выдаются рекомендации по устранению загрязнений. Результаты анализа почв также передаются в управление Росприроднадзора по Омской области.

Скрипко Т.В., Мальгина И.Л. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ // Успехи современного естествознания. – 2019. – № 6. – С. 105-110;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=37147 (дата обращения: 26.07.2020).Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания» (Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления) «Современные проблемы науки и образования» список ВАК ИФ РИНЦ = 0.791 «Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074 «Современные наукоемкие технологии» список ВАК ИФ РИНЦ = 0.909 «Успехи современного естествознания» список ВАК ИФ РИНЦ = 0.736 «Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований» ИФ РИНЦ = 0.570 «Международный журнал экспериментального образования» ИФ РИНЦ = 0.431 «Научное Обозрение. Биологические Науки» ИФ РИНЦ = 0.303 «Научное Обозрение. Медицинские Науки» ИФ РИНЦ = 0.380 «Научное Обозрение. Экономические Науки» ИФ РИНЦ = 0.600 «Научное Обозрение. Педагогические Науки» ИФ РИНЦ = 0.308 «European journal of natural history» ИФ РИНЦ = 1.369 Издание научной и учебно-методической литературы ISBN РИНЦ DOI

ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК, 2008, том 78, № 3, с. 247-249

ИЗ РАБОЧЕЙ ТЕТРАДИ ИССЛЕДОВАТЕЛЯ

Статья посвящена описанию простого в исполнении и щадящего почву способа её очистки от тяжёлых металлов — фитоэкстракции, заключающейся в посеве и выращивании в течение определённого периода времени специально подобранных видов сельскохозяйственных растений на загрязнённых участках для извлечения из почвы металлов корневой системой и накопления их в надземной биомассе.

ОЧИСТКА ПОЧВ ОТ ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ С ПОМОЩЬЮ РАСТЕНИЙ

Р. В. Галиулин, Р. А. Галиулина

Тяжёлые металлы представляют собой большую группу химических элементов с атомной массой более 50 у.е. В почву они попадают различными путями: в составе газопылевых выбросов, атмосферных осадков, поливных вод, загрязнённых промышленными стоками и т.д. Человек может получить «свою долю» тяжёлых металлов не только напрямую с вдыхаемым воздухом и почвенной пылью, но и через продукты питания, производимые на загрязнённых сельскохозяйственных угодьях. Пагубное влияние тяжёлых металлов на человека состоит в том, что ряд их соединений характеризуется высокой токсичностью и канцерогенностью. Особенно опасны выбросы металлургических производств, вызывающие повышение заболеваемости и смертности от злокачественных новообразований, среди которых первое место занимает рак лёгких . В этой связи проблема очистки почв от тяжёлых металлов становится актуальной для территорий так называемых экологически неблагополучных регионов, к числу которых можно отнести Челя-

.иЫ

Авторы работают в Институте фундаментальных проблем биологии РАН. ГАЛИУЛИН Рауф Валиевич -доктор географических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории функциональной экологии. ГА-ЛИУЛИНА Роза Адхамовна — научный сотрудник той же лаборатории.

бинскую область. Этот регион занимает одно из ведущих мест в стране по концентрации промышленного производства. Загрязнение воздушного бассейна и территорий вокруг предприятий чёрной металлургии достигает десятков километров . По данным космических съёмок, техногенное загрязнение земель области тяжёлыми металлами охватывает 29.5 тыс. км2 при её общей площади 87.9 тыс. км2.

Между тем известны различные способы очистки почв от тяжёлых металлов, среди которых особый интерес вызывает фитоэкстракция . Она заключается в посеве и выращивании в течение определённого периода времени на загрязнённых участках специально подобранных видов сельскохозяйственных растений для извлечения из почвы тяжёлых металлов корневой системой и накопления их в надземной биомассе, в последующем утилизируемой. При этом коэффициент накопления металлов в растениях повышают благодаря внесению в почву эффекторов фитоэкстракции. Данная технология считается простой в исполнении, щадящей почву и экономически целесообразной по сравнению с механическими и физико-химическими подходами. Так, механические способы связаны со срезанием наиболее загрязнённого поверхностного слоя и его размещением на свалках (секвестрирование), или перемешиванием с менее загрязнёнными глубже лежащими слоями почвы посредством плантажной вспашки (разбавление), или покрытием его «привозной» чистой почвой (землевание). Физико-химические методы очистки основаны на промывке почвы специальными реагентами для извлечения из неё тяжёлых металлов (хемоэкстракция) или её очистки посредством воздействия на загрязнённый слой постоянного электрического тока через электроды (электрокинетическая ремедиация).

Как показывают наблюдения, для фитоэкстракции лучше использовать специально подобранные виды сельскохозяйственных растений, чем растения-гипераккумуляторы из числа диких

ГАЛИУЛИН, ГАЛИУЛИНА

видов, таких как ярутка синеватая (Thlaspi caer-ulescens), бурачок стенный (Alyssum murale), резуха Галлера (Cardaminopsis halleri) и др. Они хотя и накапливают в десятки раз больше металлов, чем другие растения, но отличаются низкой скоростью роста и небольшой надземной биомассой. Между тем фитоэкстракция, как и любой другой подход к очистке почвы, имеет ряд своих особенностей.

• Содержание тяжёлых металлов в почве загрязнённого участка должно быть приемлемым для растений, то есть не вызывать у всходов выраженных фитотоксических симптомов (обесцвечивание, пигментация и пожелтение листьев, задержка роста и др.), что будет характеризовать их толерантность к тяжёлым металлам и одновременно способность поглощать последние корневой системой и перемещать в надземную биомассу за счёт потока, создаваемого испарением воды листовой поверхностью растений.

• Растения, используемые для очистки почвы, должны отличаться высокой скоростью роста и производить большую надземную биомассу, иметь глубоко разрастающуюся корневую систему, высокую сопротивляемость к болезням и вредителям, быть отзывчивыми к обычной агротехнике, удобными для уборки и непривлекательными для домашних и диких животных, чтобы не вызывать случаи отравления насыщенной тяжёлыми металлами надземной биомассой.

• Для повышения накопления в растениях тяжёлых металлов необходимо применять так называемые эффекторы фитоэкстракции в виде комплек-сонов из числа полиаминополиуксусных кислот, таких как этилендиаминтетрауксусная (ЭДТА), дигидроксиэтилэтилендиаминдиуксусная (Д ДД А), диэтилентриаминпентауксусная (ДТПА), этилен-бис(оксиэтил ентриамин)тетрауксусная (ЭТТА), этилендиаминдигидроксифенилуксусная (Э ДФ А), циклогексан-транс -1,2-диаминтетрауксусная (ЦДТА) и др. Эти вещества способны образовывать прочные водорастворимые внутрикомплекс-ные соединения со многими металлами, повышать растворимость, подвижность металлов в почве, а следовательно, их поглощение корневой системой и накопление в надземной биомассе. Обычно эффекторы фитоэкстракции в виде водных растворов их солей вносят под растения в фазу достижения ими максимальной надземной биомассы. Данный приём позволяет производить кратный посев и возделывание растений в течение одного вегетационного сезона, а значит, сократить время очистки почв от тяжёлых металлов. Необходимо также отметить, что при внесении эффекторов фитоэкстракции в почву надо избегать дождливых дней для уменьшения риска загрязнения грунтовых вод тяжёлыми металлами вследствие

возрастания их содержания в почвенном растворе и миграции по почвенному профилю.

• Очистку почвы от тяжёлых металлов необходимо проводить вплоть до достижения соответствующих санитарно-гигиенических нормативов, то есть предельно допустимых концентраций (ПДК) или ориентировочно допустимых концентраций (ОДК). При этом экономически целесообразным для фитоэкстракции считается период продолжительностью 5-10 лет. Завершающим этапом фитоэкстракции является жатва, сбор и утилизация загрязнённой тяжёлыми металлами надземной биомассы растений, так как уборка всей корневой биомассы, первоначально насыщаемой тяжёлыми металлами, практически невозможна. Надземная биомасса растений в дальнейшем может быть использована для извлечения из неё цветных металлов путем её предварительного высушивания, озоления и последующей специальной обработки.

О перспективности приведённого выше способа очистки почв от тяжёлых металлов свидетельствуют результаты вегетационного опыта с горчицей сизой, или сарептской (Brassica juncea), и выщелоченным чернозёмом из сельскохозяйственного угодья в окрестностях Челябинска. Данный вид горчицы широко используется в практике очистки почв от тяжёлых металлов. В опыте моделировалась ситуация, связанная с накоплением меди и никеля в течение нескольких лет в почве участка, находящегося в зоне влияния предприятий металлургии и энергетики Челябинска. Выбор этих металлов для опыта не случаен, так как медь и никель наряду с хромом, цинком, свинцом и кадмием относятся к основным загрязнителям почв в мире. Почву обрабатывали водными растворами солей меди и никеля в количествах по 100 мг/кг, затем производили посев семян горчицы и наблюдали за ростом и развитием растений в течение нескольких недель. По достижении горчицей максимальной надземной биомассы под растения вносили наиболее часто применяемый на практике эффектор фитоэкстракции ЭДТА в виде водного раствора её натриевой соли в дозах от 1 до 10 ммоль/кг. Спустя неделю надземную биомассу горчицы срезали, высушивали, анализировали содержание меди и никеля в ней. Как оказалось, с увеличением дозы ЭДТА коэффициенты накопления тяжёлых металлов, то есть отношения содержания металлов в растении и почве (потенциал очистки почвы) возрастали относительно контроля (без внесения ЭДТА) для меди в 2.8-43.6 раза, для никеля — 1.8-25.3 раза (табл. 1).

Расчёты, проведённые с использованием экспоненциальной зависимости, показали, что кратность посева и выращивания горчицы с применением эффектора фитоэкстракции значительно сокращает время очистки почвы от тяжёлых ме-

ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК том 78 < 3 2008

ОЧИСТКА ПОЧВ ОТ ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ С ПОМОЩЬЮ РАСТЕНИЙ

Таблица 1. Значения коэффициентов накопления меди и никеля для горчицы сизой (отношения содержания металлов в растении и почве) в зависимости от доз ЭДТА, внесённых в почву

Вариант

Cu Ni

Cu и Ni, по 100 мг/кг 0.09 0.21

То же + ЭДТА, 1 ммоль/кг 0.25 0.37

» , 5 ммоль/кг 1.20 2.51

» , 10 ммоль/кг 3.92 5.32

Коэффициент накопления

Таблица 2. Время достижения исходной фоновой концентрации меди (31.6 мг/кг) и никеля (63.5 мг/кг) в почве при кратном посеве и выращивании горчицы сизой в течение одного вегетационного сезона и внесении ЭДТА

Вариант однократный двукратный

Cu Ni Cu Ni

Cu и Ni, по 100 мг/кг 14.9 22.5 7.4 11.3

То же + ЭДТА, 1 ммоль/кг 7.4 8.8 3.7 4.4

» , 5 ммоль/кг 6.6 7.9 3.3 3.9

» , 10 ммоль/кг 5.8 6.9 2.9 3.4

Посев

В заключение хотелось бы отметить, что насущной задачей сегодняшнего дня является реализация данного способа для планомерного возвращения дефицитных пахотных земель в севообороты после их очистки с помощью растений на территориях экологически неблагополучных регионов. Без сомнения, крупномасштабное осуществление фитоэкстракции, как и любого другого способа очистки почв, имеет смысл при условии прекращения массированного техногенного загрязнения земель тяжё

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.