Как избавиться от тяжелых металлов в почве

Обновлено: 05.07.2024

Почва – это поверхность земли, имеющая свойства, которые характеризуют как живую, так и неживую природу.

Почва является индикатором общей техногенной обстановки. Загрязнения поступают в почву с атмосферными осадками, поверхностными отходами. Также они вносятся в почвенный слой почвенными породами и подземными водами.

К группе тяжелых металлов относятся все цветные металлы с плотностью, превышающей плотность железа. Парадокс этих элементов состоит в том, что в определенных количествах они необходимы для обеспечения нормальной жизнедеятельности растений и организмов.

Но их избыток может привести к тяжелым заболеваниям и даже гибели. Пищевой круговорот становится причиной того, что вредные соединения попадают в организм человека и часто наносят огромный вред здоровью.

Источники загрязнения тяжелыми металлами - это промышленные предприятия. Существует методика, по которой рассчитывается допустимая норма содержания металлов. При этом учитывается суммарная величина нескольких металлов Zc.

Выделяют 4 категории загрязнения земель металлами, которые учитываются в сельском хозяйстве:

допустимая;
умеренно опасная;
высоко-опасная;
чрезвычайно опасная.

Очень важна охрана почв. Постоянный контроль и мониторинг не позволяет выращивать сельскохозяйственную продукцию и вести выпас скота на загрязненных землях.

Тяжелые металлы, загрязняющие почву

Существует три класса опасности тяжелых металлов. Всемирная организация здравоохранения самыми опасными считает заражение свинцом, ртутью и кадмием. Но не менее вредна и высокая концентрация остальных элементов.

Ртуть

Загрязнение почвы ртутью происходит с попаданием в нее пестицидов, различных бытовых отходов, например люминесцентных ламп, элементов испорченных измерительных приборов.

По официальным данным годовой выброс ртути составляет более пяти тысяч тонн. Ртуть может поступать в организм человека из загрязненной почвы.

Если это происходит регулярно, могут возникнуть тяжелые расстройства работы многих органов, в том числе страдает и нервная система.

При ненадлежащем лечении отравления ртутью возможен летальный исход.

Свинец

Очень опасным для человека и всех живых организмов является свинец.

Он чрезвычайно токсичен. При добыче одной тонны свинца двадцать пять килограммов попадает в окружающую среду. Большое количество свинца поступает в почву с выделением выхлопных газов.

Зона загрязнения почвы вдоль трасс составляет свыше двухсот метров вокруг. Попадая в почву, свинец поглощается растениями, которые употребляют в пищу человек и животные, в том числе и скот, мясо которого также присутствует в нашем меню. От избытка свинца поражается центральная нервная система, головной мозг, печень и почки. Он опасен своим канцерогенным и мутагенным действием.

Кадмий

Огромной опасностью для организма человека является загрязнение почвы кадмием. Попадая в пищу, он вызывает деформацию скелета, остановку роста у детей и сильные боли в спине.

Медь и цинк

Высокая концентрация в почве этих элементов становится причиной того, что замедляется рост и ухудшается плодоношение растений, что приводит в конечном итоге к резкому уменьшению урожайности. У человека происходят изменения в мозге, печени и поджелудочной железе.

Молибден

Избыток молибдена вызывает подагру и поражения нервной системы.

Опасность тяжелых металлов заключается в том, что они плохо выводятся из организма, накапливаются в нем. Они могут образовывать очень токсичные соединения, легко переходят из одной среды в другую, не разлагаются. При этом они вызывают тяжелейшие заболевания, приводящие часто к необратимым последствиям.

Сурьма

Присутствует в некоторых рудах.

Ее избыток вызывает тяжелые пищевые расстройства.

Мышьяк

Основным источником загрязнения почвы мышьяком являются вещества, с помощью которых борются с вредителями сельскохозяйственных растений, например гербициды, инсектициды. Мышьяк – это накапливающийся яд, вызывающий хронические отравления. Его соединения провоцируют заболевания нервной системы, мозга, кожных покровов.

Марганец

В почве и растениях наблюдается высокое содержание этого элемента.

При попадании в почву дополнительного количества марганца быстро создается его опасный избыток. На организме человека это сказывается в виде разрушения нервной системы.

Не менее опасен переизбыток и остальных тяжелых элементов.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что накопление тяжелых металлов в почве влечет за собой тяжелые последствия для состояния здоровья человека и окружающей среды в целом.

Основные методы борьбы с загрязнением почв тяжелыми металлами

Методы борьбы с загрязнением почвы тяжелыми металлами могут быть физическими, химическими и биологическими. Среди них можно выделить следующие способы:

Российские химики придумали способ очистить почву от ядов с помощью растений

Российские химики помогли клеверу эффективнее очищать почву от тяжёлых металлов.
Фото Pixabay.

Растение страдает от накапливаемых токсинов, но это можно компенсировать специальными добавками.
Фото Анна Макарова и др./РХТУ.

Растения как сито для почвы. Учёные из России разработали интересный способ очистки почв от тяжёлых металлов: для этого можно использовать растения, подкармливаемые специальными добавками.

Химики из РХТУ имени Д. И. Менделеева и НИЦ "Курчатовский институт" разработали перспективный способ очистки почвы от тяжёлых металлов. Они создали специальные добавки, которые помогают растениям изымать эти токсичные элементы из почвы и при этом не погибать от них.

Известно, что некоторые растения накапливают в себе ядовитые тяжёлые металлы, присутствующие в почве. Это плохая новость, если мы собираемся съесть эти растения. И хорошая, если мы готовы использовать зелёных помощников, чтобы очистить почву. Ведь токсичную биомассу, аккумулировавшую в себе извлечённый из земли яд, можно сжечь, а золу утилизировать.

Такой метод очистки почвы называется фиторемедиацией. Он был изобретён ещё в прошлом веке, но до сих пор дорабатывается и улучшается специалистами. Учёные стремятся, во-первых, заставить растения более интенсивно извлекать из грунта ядовитые вещества. Во-вторых, необходимо компенсировать действие токсинов на сами очищающие растения. Ведь понятно, что если они не будут расти и накапливать биомассу, то никакой очистки не получится.

Этому и была посвящена работа российских химиков. Они изучали возможность очистки почвы от кадмия, никеля и меди с помощью клевера. Толчком к исследованию стал запрос от руководства одного из закрытых мусорных полигонов, в грунте которого накопились эти вредные вещества.

Клевер известен своей способностью накапливать тяжёлые металлы. Химики ещё усилили её с помощью специальной добавки – этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА). Обычно она используется, чтобы помочь растениям извлекать из почвы полезные минеральные вещества, но оказалось, что это работает и с токсичными тяжёлыми металлами.

Однако у ЭДТА есть большой минус: она так плохо разлагается в почве, что в конце концов сама становится загрязнителем. Поэтому исследователи опробовали также другое соединение с не менее зубодробительным названием гидроксиэтилидендифосфоновая кислота (ОЭДФ). Это вещество легко разлагается в почве и полезно для растений.

Чтобы растение не слишком страдало от накопленных тяжёлых металлов, биологи использовали поддерживающие добавки: фитогормоны и соли железа.

Для проверки работоспособности смеси экспериментаторы ввели в универсальный грунт тяжёлые металлы в количествах, наблюдаемых на мусорном полигоне. В этой почве в течение 31 дня выращивали клевер: одни растения с добавкой ЭДТА, другие – ОЭДФ, а третьи (контрольные) без добавок. Фитогормоны вводили с поливом, а солями железа опрыскивали листья.

Оказалось, что ЭДТА лучше стимулирует накопление металлов. Их содержание выросло по сравнению с контрольными образцами почти в шесть раз. Но от такого количества яда биомасса растения значительно снизилась.

С другой стороны, добавка ОЭДФ увеличивала концентрацию тяжёлых металлов в растении только в 2,6 раза. Зато и биомасса уменьшалась не так сильно, а с помощью фитогормонов и солей железа этот эффект был почти нейтрализован.

Впрочем, у ОЭДФ оказалось неожиданное и неприятное свойство. Почти все тяжёлые металлы, поглощённые растением, накапливались не в его побегах, а в корнях. В некоторых экспериментах содержание кадмия в "корешках" было в сто раз выше, чем в "вершках".

Это подрывает идею очистки почвы по схеме "засеяли клевером, скосили его и сожгли", ведь накопившие яд корни останутся в грунте. Зато, возможно, с помощью ОЭДФ можно будет выращивать злаки и другие съедобные растения на неблагополучных почвах: токсичные металлы останутся в корнях, которые никто и не собирался есть.

Описанные выше эксперименты – важный шаг на пути к схемам очистки почвы, эффективным не только в лаборатории, но и в реальных условиях.

Научная статья с результатами исследования опубликована в журнале Sustainability.

К слову, ранее мы рассказывали о том, как российские учёные спасают растения от загрязнённой почвы с помощью селена. Писали мы и о другой отечественной разработке: искусственной почве, которая заставляет сосны расти в два раза быстрее.

Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".

Сорбционная очистка почв от тяжелых металлов Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

Текст научной работы на тему «Сорбционная очистка почв от тяжелых металлов»

СОРБЦИОННАЯ ОЧИСТКА ПОЧВ ОТ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ1

А.И. Везенцев, М.А. Трубицын,

Л.Ф. Г олдовская-Перистая, Н.А. Воловичева

Белгородский государственный университет, 308015, г. Белгород, ул. Победы, 85

Представлены результаты исследования способности глин Белгородской области поглощать ионы РЬ (II) и Си (II) из водной и буферной почвенных вытяжек. В ходе эксперимента установлено оптимальное соотношение глина: почва, при котором очистка почвы от тяжелых металлов наиболее эффективна.

Ключевые слова: глинистые сорбенты, почва, сорбционная активность, монтмориллонит, тяжелые металлы.

Промышленное использование тяжелых металлов весьма многообразно и распространено широко. Именно потому фитотоксичность и вредная аккумуляция в почвах, как правило, наблюдается вблизи предприятий. Тяжелые металлы накапливаются в верхних гумусовых горизонтах почвы и медленно удаляются при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии. Гумус и щелочная среда почвы способствуют поглощению тяжелых металлов. Токсичность таких тяжелых металлов, как медь, свинец, цинк, кадмий и др. для сельскохозяйственных культур в природных условиях выражается в понижении урожая коммерческих культур на полях [1].

Существует несколько методов рекультивации почв, зараженных тяжелыми металлами и другими поллютантами:

- удаление загрязненного слоя и его захоронение;

- инактивация или снижение токсического действия поллютантов с помощью ионообменных смол, органических веществ, образующих хелатные соединения;

- известкование, внесение органических удобрений, сорбирующих поллютанты и снижающих их поступление в растения.

- внесение минеральных удобрений (например фосфатных, снижает токсическое действие свинца, меди, цинка, кадмия);

- выращивание культур, устойчивых к загрязнению [2,3].

В настоящее время в мировой практике для экологического рафинирования плодородных почв все большее применение находят минеральные алюмосиликатные адсорбенты: различные глины, цеолиты, цеолитсодержащие породы и т.д., которые характеризуются высокой поглотительной способностью, устойчивостью к воздействиям окружающей среды и могут служить прекрасными носителями для закрепления на поверхности различных соединений при их модифицировании [4].

Материалы и методы исследования

Данная работа является продолжением ранее проведенных исследований глин Губкинского района Белгородской области, как потенциальных сорбентов для очистки плодородных почв от тяжелых металлов [5, 6].

1 Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ, проект № 06-03-96318.

Водную вытяжку готовили по стандартной методике. Сущность метода заключается в извлечении водорастворимых солей из почвы дистиллированной водой при отношении почвы к воде 1 : 5 [7]. Концентрацию ионов металлов определяли фотоколори-метрическим методом на приборе КФК-3-01 по соответствующим методикам для каждого металла [8].

Буферную вытяжку из почвы готовили по стандартной методике Центрального института агрохимического обслуживания сельского хозяйства (ЦИНАО) с помощью ацетатно-аммонийного буферного раствора с рН - 4,8. Этот экстрагент принят агрохимической службой для извлечения доступных растениям микроэлементов [7]. Исходная концентрация подвижных, доступных растениям форм меди и свинца в буферной вытяжке была определена методом атомно-абсорбционной спектрометрии.

Сорбцию ионов меди и свинца проводили при постоянной температуре (20 °С), в статических условиях в течение 90 минут. Соотношение сорбент: сорбат составляло: 1 : 250; 1 : 50; 1 : 25; 1 : 8 и 1 : 5.

Проведенное исследование водной вытяжки, которую готовили в течение 4-х часов, показало, что концентрация водорастворимых соединений меди незначительна и составляет 0,0625 мг/кг (в пересчете на ионы Си2). Водорастворимые соединения свинца не обнаружены.

Соотношение сорбент : сорбат Глина К-7-05 (средний слой) Глина К-7-05 ЮЗ (нижний слой)

Си2+ РЬ2+ Си2+ РЬ2+

1 : 250 45,5 33,3 54,5 33,3

1 : 50 70,5 45,8 68,2 58,3

1 : 25 72,3 58,3 79,5 58,3

1 : 8 86,4 75,0 87,3 83,3

1 : 5 95,5 83,3 95,5 83,3

Результаты, представленные в таблице 1, показывают, что с увеличением соотношения сорбент : сорбат от 1 : 250 до 1: 5 степень очистки буферной вытяжки от ионов меди глиной К-7-05 возрастает от 45,5 до 95,5 %, а от ионов свинца - от 33,3 до 83,3%.

Степень очистки буферной вытяжки глиной К-7-05 ЮЗ с таким же увеличением соотношения возрастала от 54,5 до 95,5 % (для Си2+) и от 33,3 до 83,3 % (для РЬ2+).

К сведению, исходная концентрация ионов меди была больше, чем ионов свинца. Следовательно, очистка буферной вытяжки от ионов меди указанными глинами более эффективна, чем от ионов свинца.

Степень очистки буферной вытяжки из почвы №129 глиной К-7-05 (средний слой), масс. %

Соотношение сорбент : сорбат Си2+ +

Примечание: с глиной К-7-05 ЮЗ опыт не был сделан, по причине отсутствия достаточного количества образца.

Результаты, представленные в таблице 2, показывают, что степень очистки буферной вытяжки из почвы №129 глиной К-7-05 с возрастанием соотношения сорбент : сорбат от 1 : 250 до 1: 5 увеличивается от 39,3 до 93, 0 % (для ионов меди) и от 66,7 до 94,0 % (для ионов свинца).

Для уточнения механизма сорбции тяжелых металлов нами была проведена оценка состава и состояния ионообменного комплекса глинистых пород Белгородской области. Установлено, что катионо-обменная емкость изученных образцов варьирует в пределах от 47,62 до 74,51 мэкв/100 г глины.

Проведено комплексное исследование кислотно-основных свойств глин. Определение активной кислотности подтвердило, что все глины имеют щелочной характер. В тоже время рН солевой вытяжки этих же образцов находится в пределах 7,2-7,7, что указывает на обладание этими глинами определенной долей обменной кислотности. Количественно эта величина равна 0,13-0,22 ммоль-экв/100 г глины и обусловлена незначительным содержанием достаточно подвижных обменных протонов. Величина суммы обменных оснований колеблется в достаточно широких пределах 19,6 - 58,6 ммоль-экв/100 г глины. С учетом полученных данных сформулирована гипотеза, что сорбционная способность изученных образцов глин в отношении тяжелых металлов в значительной степени определяется процессами ионного обмена.

Из проведенной работы можно сделать следующие выводы.

С возрастанием соотношения сорбент : сорбат от 1 : 250 до 1: 5 степень очистки почв увеличивается: от 40 до 95% (по ионам меди) и от 33 до 94 % (по ионам свинца) при использовании глины Сергиевского месторождения (К-7-05) в качестве сорбента.

Исследованные глины являются более эффективным сорбентом по отношению к ионам меди, чем к ионам свинца.

Установлено, что оптимальное соотношение глина : почва составляет 1 : 5. При таком соотношении степень очистки почвы составляет:

- для ионов меди порядка 95 % (мас.)

- для ионов свинца порядка 83,% (мас.)

1. Бингам Ф.Т., Коста М., Эйхенбергер Э. Некоторые вопросы токсичности ионов металлов. - М.:Мир, 1993. - 368 с.

2. Галиулин Р.В., Галиулина Р.А. Фитоэкстракция тяжелых металлов из загрязненных почв // Агрохимия.- 2003.- №3. - С. 77 - 85.

3. Алексеев Ю.В., Лепкович И.П. Кадмий и цинк в растениях луговых фитоценозов // Агрохимия.- 2003.- № 9. - С. 66 - 69.

4. Dayan U., Manusov N., Manusov E., Figovsky O. On lack of interdependency between the abiotic and antropeic factors/// International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology ISJAEE, 2006.-№ 3(35). - P. 34 - 40.

5. Везенцев А.И., Голдовская Л.Ф., Сиднина Н.А., Добродомова Е.В. Зеленцова Е.С. Определение кинетических зависимостей сорбции ионов меди и свинца породами Белгородской области // Научные ведомости БелГУ. Серия Естественные науки.- 2006.-№3 (30), вып.2. - С.85-88

6. Голдовская-Перистая Л.Ф., Везенцев А.И., Сиднина Н.А., Зеленцова Е.С. Исследование валового содержания и содержания подвижных форм кадмия в почвах Губ-кинско-Старооскольского промышленного района // Научные ведомости БелГУ. Серия «Естественные науки».- 2006.-№ 3(23), вып.4. - С.65-68.

7. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства.- М.:ЦИНАО, 1992.-61с.

8. Г осударственный контроль качества вод. - М.: ИПК. Изд-во стандартов, 2001. - 690 с.

SORPTION PURIFICATION OF SOILS FROM HEAVY METALS A.I. Vesentsev, M.A. Troubitsin, L.F. Goldovskaya-Peristaya, N.A. Volovicheva

Belgorod State University, 85 Pobeda Str., Belgorod, 308015 vesentsev@bsu. edu. ru

Results of research of ability of clays of the Belgorod region to absorb ions Pb (II) and Cu (II) from water and buffer soil extracts are presented. During experiment of the optimum ratio clay: ground with most effective purification from heavy metals is established.

Key words: clay sorbents, soil, sorption activity, montmorillonite, heavy metals.

Новые методы очистки почв от тяжёлых металлов Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

Аннотация научной статьи по экологическим биотехнологиям, автор научной работы — Савич Виталий Игоревич, Белопухов Сергей Леонидович, Никиточкин Дмитрий Николаевич, Филиппова Ася Вячеславовна

В работе предлагается модификация метода извлечения из почв тяжёлых металлов с помощью биологической очистки при предварительной обработке почв комплексонами и обогащении их биофильными элементами. Объектом исследования выбраны загрязнённые дерново-подзолистые среднесуглинистые почвы г. Москвы. Методика исследования состояла в определении содержания подвижных форм ТМ в почвах , в оценке выноса из почв ТМ растениями после внесения в них биофильных элементов и комплексонов, в очистке почв методом электролиза, в определении в почве положительно и отрицательно заряженных комплексных соединений катионов методом электролиза. Показана возможность применения электромелиорации для очистки почв от тяжёлых металлов после предварительного увеличения их подвижности на основе подкисления и комплексообразования.

NEW METHODS OF TREATMENT SOILS POLLUTED WITH HEAVY METALS

This paper is concerned with a modified method of heavy metals removal from soils by means of its biological cleaning during the pre-treatment of soils with complexons and their enrichment with biophylic elements. The contaminated sod-podzolic medium loamy soils in Moscow were chosen as objects of the study. The methods of the study were directed to determine the content of mobile forms of heavy metals in soils ; to assess the heavy metals removal from soils by plants after application of biophylic elements and complexons; to clean the soils by means of electrolysis to determine the content of positively and negatively charged complexes of cations in them. The possibility of using elektromelioration to clean the soil from heavy metals after preliminary increase of their mobility based on acidification and formation of complex compounds has been ascertained.

Текст научной работы на тему «Новые методы очистки почв от тяжёлых металлов»

Новые методы очистки почв от тяжёлых металлов

В.И. Савич, д.с.-х.н., профессор, С.Л. Белопухов,

д.с.-х.н., профессор, Д. Н. Никиточкин, к.с.-х.н., Российский ГАУ- МСХА им. К. А. Тимирязева;

А. В. Филиппова, д.б.н, профессор, Оренбургский ГАУ

Загрязнение почв тяжёлыми металлами (ТМ) представляет важную экологическую проблему. Возможно осаждение их в виде труднорастворимых осадков [1], вымывание за пределы почвенного профиля [5], извлечение из почв растениями и микроорганизмами [3—5], сорбция минералами с высокой ёмкостью катионного обмена и смесью сорбентов [2—6]. Однако сорбция тяжёлых металлов сорбентами и перевод их в труднорастворимые осадки приводят к созданию депонирующих сред, т.е. создаются отложенные негативные последствия. Вымывание тяжёлых металлов за пределы почвенного профиля водой малоэффективно в связи со слабой растворимостью осадков ТМ в почвах и значительной прочностью их связи в почвенном поглощающем комплексе. Извлечение тяжёлых металлов из почв растениями и микроорганизмами, как правило, невелико по сравнению с их валовым содержанием, и находится на пределе точности определений.

Вышеуказанные недостатки существующих методов очистки почв от ТМ определяют необходимость поиска новых методов интоксикации почв.

Цель и методика исследований. Объектом исследования выбраны загрязнённые дерновоподзолистые среднесуглинистые почвы г. Москвы [2].

Методика исследования состояла в определении содержания подвижных форм тяжёлых

металлов в почвах в вытяжке СН3СООМН4 с рН=4,8 (1) в фиторемедиации почв; в оценке выноса из почв ТМ растениями после внесения в них биофильных элементов и комплексонов, в очистке почв методом электролиза [2, 7], в определении в почве положительно и отрицательно заряженных комплексных соединений катионов методом электролиза [7].

Результаты исследования. Очистка почв от токсикантов в городских условиях может быть проведена:

1) при замене грунта или его части; 2) при промывке почв от токсикантов, как в условиях электромелиорации, так с применением селективных составов промывных вод; 3) за счёт биологической мелиорации при выращивании культур, потребляющих большое количество определённых токсикантов, при их дальнейшем удалении с территории; 4) при выносе культурами определённых токсикантов за счёт модификации свойств почв и увеличения поглотительной способности к токсикантам корневых систем выращиваемых культур при применении удобрений, регуляторов метаболизма растений и т.д.; 5) при осаждении токсикантов внутри почвы в результате осадкообразования или связывания их в малоподвижные формы за счёт комплек-сообразования и ионного обмена.

Уменьшение токсичности тяжёлых металлов в городских почвах возможно за счёт их связывания в труднорастворимые соединения. Содержание подвижных форм тяжёлых металлов в почвах и их поглощение растениями могут быть уменьшены при создании условий для осаждения рассматриваемых поллютантов в виде труднорастворимых осадков (карбонатов, фосфатов, гидроксидов

1. Регулирование состояния кадмия в системе почва — растение для дерново-подзолистой почвы

Определяемые параметры Вариант

контроль + Cd + Cd + К2НР04 + Cd + СаС03

подвижные формы Сіі, мг/л

Стебель 0,19 0,23 - 0,12

Корень 0,06 2,24 1,92 1,94

Почва 0,04 0,22 0,18 0,14

Стебель - 0,12 0,19 0,12

Корень 0,12 0,29 0,39 0,21

Почва 0,18 0,94 1,29 0,73

Стебель 0,14 0,13 0,10 0,10

Корень 0,05 0,14 0,06 0,16

Почва 0,10 0,49 1,03 0,62

и т.д.). Это подтверждают и полученные нами экспериментальные данные.

Как видно по представленным данным в таблице 1, внесение кадмия в почву привело к увеличению его подвижных форм в почве, корне и стебле. При этом увеличилось содержание как положительно, так и отрицательно заряженных соединений кадмия. Однако если в почве эти изменения очень велики, то в стеблях они значительно ниже.

Добавление в почву извести способствовало уменьшению содержания подвижных форм кадмия в почве, корнях и стеблях. Однако это чётко проявляется для положительно заряженных соединений кадмия и не проявляется для отрицательно заряженных комплексных соединений кадмия. Влияние К2НРО4 на содержание в системе почва — растение подвижных соединений кадмия менее однозначное, т.к. возможно образование фосфатных комплексов кадмия.

Полученные данные показывают, что загрязнение почв кадмием приводит к увеличению его содержания в корнях и стеблях и росту доли положительно заряженных, не связанных в комплексы и в процессах метаболизма соединений кадмия в почве и растении. Внесение в почву К2НРО4 и СаСО3 не всегда будет уменьшать подвижность кадмия. Это будет происходить в том случае, если образующиеся соединения карбоната, фосфата, гидроокиси кадмия будут менее растворимы, чем соединения кадмия, имеющиеся в почве до их внесения. В то же время при этом возможно образование комплексов кадмия, да и эффективное произведение растворимости указанных осадков кадмия достаточно велико. Для уменьшения подвижности кадмия в системе более предпочтительно внесение СаСО3,, при этом уменьшается и доля положительно заряженных соединений кадмия.

Одним из возможных методов очистки почв от загрязнения их тяжёлыми металлами является метод электромелиорации. Однако тяжёлые металлы, в отличие от натрия и водорастворимых солей, находятся в почве в прочносвязанном с её твёрдой фазой состоянии. Поэтому для их удаления из почв путём электромелиорации необходимо предварительно перевести тяжёлые

металлы из труднорастворимого в легкоподвижное состояние.

С нашей точки зрения, это возможно за счёт подкисления почв (т.к. почвы города имеют рН=7—8) и образования водорастворимых комплексов тяжёлых металлов с лигандами водорастворимого органического вещества или с выпускаемыми промышленностью комплек-сонами типа ЭДТА. Нерешёнными вопросами остаются: необходимый уровень понижения рН почв, выбор органических лигандов для образования комплексов с тяжёлыми металлами с заданной константой устойчивости; параметры электромелиорации.

В проведённых нами исследованиях установлено, что обработка городских почв, загрязнённых ТМ, органическими лигандами, солями, повышающими электропроводность почв, приводит к увеличению выделения свинца, кадмия, цинка из почв в раствор. При обработке органическими реагентами в почве увеличивается доля отрицательно заряженных комплексных соединений тяжёлых металлов. Это иллюстрируется данными следующих опытов.

В опыте № 1 при извлечении тяжёлых металлов из почв методом химической автографии на основе электролиза использовали напряжение 14 вольт при времени электролиза 45 мин. Для увеличения подвижности тяжёлых металлов в исследуемых почвах к навеске почвы 50 г добавляли по вариантам 15 мл Н2О; 0,1н КМ03; 0,001н ЭДТА, концентрированный водный раствор компоста крапивы. По истечении времени электролиза тяжёлые металлы экстрагировали из слоёв сорбента (хроматографической бумаги) раствором 0,1н Н^04 (время взаимодействия 1 час).

Данные о влиянии добавленных в почву реагентов на вытеснение из неё тяжёлых металлов методом электромелиорации приведены в таблице 2.

Как видно по представленным данным, в большей степени добавление ЭДТА, нитрата калия и водорастворимого органического вещества увеличило вытеснение из почвы цинка. При этом соотношение, например, отрицательно и положительно заряженных соединений свинца составило при обработке ЭДТА — 1,4; КМ03—0,6;

2. Влияние КМ03 и органических добавок на вытеснение Cd, /п, РЬ из почв методом электролиза (мг/л), X ± соединений (п = 72)

Добавка Тяжёлые металлы

Дистиллированная вода 0,10±0,01 1,9±0,3 1,3±0,2 3,9±0,6

ЭДТА 0,11±0,01 2,4±0,8 1,0±0,1 4,7±0,9

КШ3 0,12±0,01 5,2±3,0 1,0±0,1 6,3±2,6

Органическое вещество - компост крапивы 0,13±0,02 5,8±2,9 1,2±0,2 3,6±0,7

3. Очистка городских почв от тяжёлых металлов с использованием электролиза (п = 10), мг/л

Заряд соеди- Контроль + водорастворимое органическое вещество

нений РЬ 7и Ее РЬ 7и Ее

- 0,17±0,01 0,29±0,07 2,28±0,96 0,28±0,02 0,24±0,06 2,84±1,00

+ 0,21±0,02 0,22±0,07 1,31±0,11 0,30±0,02 0,16±0,02 5,90±2,30

* мг/100 г = мг/л • 0,1

4. Вытеснение тяжёлых металлов из почв методом электролиза (после обработки (0,01н НС1), мг/л

Заряд соединений Мп РЬ 7п Си

+ 0,31±0,06 0,07±0,02 0,21±0,04 0,05±0,01

- 0,24±0,07 0,05±0,01 0,18±0,02 0,03±0,01

а при обработке водорастворимым органическим веществом из компоста крапивы — 1,6. В опыте № 2 электролиз осуществлялся 10 мин. Полученные данные приведены в таблице 3.

По представленным данным таблицы видно, что добавление органического вещества повысило вытеснение свинца и железа из почв. При этом для свинца и цинка увеличилась доля отрицательно заряженных комплексных соединений. Вытеснение магния из почв под действием органических лигандов водорастворимого органического вещества из остатков крапивы существенно не изменилось, что связано с меньшей способностью этого элемента к комплексообразованию.

В опыте № 3 изучали изменение подвижности в почвах тяжёлых металлов при обработке 0,01н НС1. При обработке почв 0,01н НС1 методом электролиза вытеснилось меньше тяжёлых металлов, чем при обработке их водорастворимым органическим веществом. При этом доля отрицательно заряженных соединений оказалась значительно ниже (табл. 4).

Образцы были взяты с тех же участков, что и в опыте № 2.

Как видно по представленным данным, в загрязнённых почвах имеются и положительно, и отрицательно заряженные соединения тяжёлых металлов, которые при электромелиорации движутся и к катоду, и к аноду. Однако при данном времени электромелиорации и близких к нейтральным значениям рН количество мигрирующих тяжёлых металлов невелико.

По данным опытов № 2 и 3, передвижение свинца из почв в раствор составляет до 0,1 мг/100 г за 10 мин. При принятых в электромелиорации сроках 100 час. миграция свинца из

почв в промывную воду при сохранении прежних условий десорбции может составлять 60 мг/100 г почвы, т.е. величину, достаточную для очистки почв, загрязнённых свинцом.

Таким образом, электромелиорация почв при напряжении 14 В в течение 10 мин. приводит к заметному вытеснению тяжёлых металлов из почв в раствор, что может быть использовано для очистки почв. Вытеснение свинца из почвы в раствор при проведении электролиза усиливается при добавлении в почву водорастворимого органического вещества из надземной части крапивы. Обработка почв водорастворимым органическим веществом, содержащимся в растительных остатках, может быть использована для повышения эффективности электромелиорации загрязнённых тяжёлыми металлами почв.

1. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. М., 1989. 377 с.

2. Савич В.И., Федорин Ю.В. и др. Почвы мегаполисов, их экологическая оценка, использование и создание (на примере г. Москвы). М.: Агробизнесцентр, 2007. 660 с.

4. Титова В.И., Митянин И.О., Ветчинников А.А. и др. Оценка возможности использования сеяных трав для консервирования деградированных пахотных земель и рекультивации техногенно нарушенных почв // Агропромышленный вестник. 2011. № 2. С. 24-26

6. Байбеков Р.Ф., Савич В.И., Овчаренко М.М. Методы исследования городских почв. М.: РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, 2007. 202 с.

7. Савич В.И., Сычев В.Г., Шишов Л.Л. и др. Экспрессные методы оценки обеспеченности почв элементами питания и уровня загрязнения токсикантами. М.: ВНИИА, 2004. 152 с.

Тяжёлый металл: так ли безопасны овощи с вашего огорода, как вы думаете

Любой дачник уверен, что в магазине все овощи и фрукты – «пластмассовые», на рынке – с нитратами. Зато свои редиска, клубника, помидорчики, огурчики, картошечка, укропчик и далее по списку, выращенные с заботой, любовью, душой и подобными агротехническими приёмами, – одна сплошная витаминная польза.

А вы уверены в безопасности овощей со своего огорода?

К сожалению, это не всегда так. Нитраты в овощах с огорода, щедро, по-хозяйски удобряемого навозом, могут «зашкаливать» – в отличие от продукции, предлагаемой на рынке, а сочные помидорчики и румяные яблочки, выращенные для внучков на участке между автомобильной трассой и заводом, сравнимы с боевым отравляющим оружием. Предлагаю разобраться с одним из вредных для огорода параметров – тяжёлыми металлами.

Тяжёлые металлы

Если вы не поклонник рока, тяжёлые металлы могут вас интересовать как микроэлементы, необходимые растениям и, следовательно, людям для нормального функционирования. Потребность в них – десятые доли процента, иногда сотые и даже тысячные. Они не являются «строительным материалом» и «топливом», но зато в качестве составных частей ферментов, витаминов, белков регулируют все физиологические процессы.

Так, дефицит железа приводит к нарушению фотосинтеза у растений и анемии у человека. Недостаток марганца сказывается на синтезе хлорофилла в клетках листьев и работе мозга и нервной системы людей. Цинк участвует в клеточном обмене растений и отвечает за состояние кожи, волос, развитие и функционирование обоняния, слуха, зрения, а главное – иммунитета человека.

Красивые сочные овощи со своего огорода могут содержать избыточное количество тяжёлых металлов

Перечислять весь список не станем, потому что в данном случае нас интересует не недостаток, а, наоборот, избыток этих элементов: ни для кого не секрет, что деятельность человека приводит к загрязнению окружающей среды. Среди прочих особо выделяется загрязнение тяжёлыми металлами, потому что они и их соединения весьма распространены и отличаются высокой токсичностью. А главное – имеют способность накапливаться в почве, затем попадать в растения, а после – в прочие живые организмы, приводя к хронической интоксикации.

Поэтому, если в почве вашего участка тяжёлых металлов больше, чем допустимо, нужно и безопасно, помидорчики и огурчики могут стать источником медленно действующего яда. Излишки кадмия и цинка снижают усвоение организмом кальция, что ведёт к плохим зубам и хрупким костям, много кадмия и никеля – это заболевания кожи и онкология. Отравления свинцом приводят к умственной отсталости у потомства, а ртуть провоцирует психические расстройства.

Откуда берутся тяжёлые металлы в нашем огороде?

В таблице Менделеева всего около 40 элементов, так или иначе относящихся к тяжёлым металлам. Вообще-то термин «тяжёлые металлы» довольно условен. Потому что химики так и не договорились о едином способе классификации – по атомному весу, массе, плотности или ещё по какому-то параметру. Поэтому чаще всего это понятие используется в экологическом или медицинском контексте.

Особо токсичных веществ, которые требуют контроля предельно допустимой концентрации, в этом списке примерно четверть: кадмий, медь, мышьяк, никель, ртуть, свинец, цинк и хром.

Практически любая деятельность человека приводит к загрязнению окружающей среды тяжёлыми металлами: промышленность и автотранспорт, ТЭЦ и котельные, мусоросжигательные заводы и сельское хозяйство.

Тяжёлые металлы могут попасть в почву вашего участка, а затем и в ваш организм

Тяжёлые металлы могут попасть в почву вашего участка, а затем, по цепочке, и в организм – ваш и ваших близких – разными путями. Вот основные источники загрязнения.

Автомобили: в выхлопных газах содержится свинец, цинк и медь, в пыли от истирающихся покрышек – свинец, цинк, кадмий, медь.

Промышленные выбросы: мышьяк, ртуть, свинец, цинк и медь.

Органические удобрения: изготовленные из осадков сточных вод и навоза, они содержат свинец (до 80% общего количества), кадмий, цинк, медь.

Минеральные удобрения: кадмий в больших количествах может быть в примесях, содержащихся в суперфосфатах. А кроме него – свинец, хром, кобальт, никель, ванадий, цинк, медь. Свинец, цинк и медь имеются в калийных и азотных удобрениях в легко усваиваемой (в отличие от тяжёлых металлов в фосфорных удобрениях) растениями форме. Кадмий, свинец, марганец и никель также присутствуют в известковых удобрениях, изготовленных из золы от сжигания сланцев и каменного угля.

Не спешите радоваться цветению, если ваш сад находится вблизи автострады

Понятно, что наиболее уязвимыми в плане загрязнения являются садовые участки, располагающиеся в непосредственной близости от крупных производств чёрной металлургии, производства цемента и изделий из него, подвергающихся высокотемпературному обжигу, лакокрасочных предприятий, заводов, производящих минеральные удобрения, ТЭЦ, работающих на минеральном топливе.

Площадь отрицательного действия любого такого предприятия, в зависимости от розы ветров, может достигать 1000 км². Увеличивает концентрацию тяжёлых металлов в почвах и бесконтрольное внесение удобрений – как минеральных, так и органических.

Близость автострад и железных дорог тоже не радует владельцев загородных участков: по результатам замеров, превышение ПДК по свинцу выявлялось на расстоянии до километра от крупной автомобильной трассы. А способность тяжёлых металлов образовывать растворимые в воде соединения многократно увеличивает «зону поражения» – вредные элементы перемещаются наземными и грунтовыми водами и выпадают «кислотными дождями».

Поэтому не стоит заводить огород в городской черте, а если все же решили – присмотритесь к тенденции озеленения крыш . Это не только модно, но и более экологично: вредные элементы потому и названы «тяжёлыми» – выхлопные газы скапливаются внизу, а на городских крышах относительно чисто.

Как ни парадоксально, в промышленной зоне огороды на крышах гораздо более безопасны, чем на земле

Тяжёлые металлы сильнее накапливаются в кислых, малоплодородных, песчаных почвах. Не стоит надеяться и на то, что дача в районе старой, закрытой промзоны безопасна. Тяжёлые металлы гораздо быстрее накапливаются, нежели выводятся: удаление половины изначальной концентрации для кадмия занимает от 13 до 110 лет, цинка – от 70 до 500, меди – от 300 до 1500, а свинца – до 5900 лет.

Остаётся только продать?

на участке отсутствуют или имеются в малом количестве дождевые черви – при превышении ПДК многих тяжёлых металлов количество червей в почве резко снижается, при четырехкратном превышении они исчезают вовсе;
не живут в условиях загрязнённости и муравьи;
на деревьях нет лишайников;
у вас плохо удаются гладиолусы, бобовые и шпинат – возможно, в почве избыток меди, свёкла, морковь, репа, горох растут неважно, если много свинца;
листья на деревьях начинают желтеть раньше положенного срока;
деревья имеют маленький годовой прирост и мелкую листву;
среди насекомых-вредителей сосущие преобладают над грызущими.

Что же делать с токсичным участком? Продать? Пожалуй, это самое правильное решение, если не учитывать не слишком этичное «на тебе, Боже, что мне негоже».

Сделать продукцию с огорода более безопасной можно, улучшив состояние почвы – в случае, если она не сильно загрязнена соединениями тяжёлых металлов. Это, кстати, несложно проверить, сдав почву на анализ – услуга вполне доступна по цене. А заодно и прочий состав узнаете, и рекомендации получите – надо ли известковать , какие удобрения в каких количествах стоит вносить.

Очищаем

Растения способны впитывать тяжёлые металлы. И этим можно воспользоваться. Например, сеять, скашивать и удалять с участка белый клевер. Правда, учтите, что поначалу расти он будет крайне неохотно – клевер чувствителен к наличию в почве даже малых концентраций кадмия, свинца, цинка и меди.

Не уничтожайте все сорняки на участке — они помогут защитить его от загрязнения тяжёлыми металлами

Не уничтожайте тотально сорную растительность на участке – она способна стать буфером между загрязнением и вашими грядками. Такие сорняки, как полынь и одуванчик, накапливают свинец, марганец, медь, цинк, железо. В листьях щавеля скапливается кадмий.

Пожертвуйте частью участка для создания зеленой кулисы со стороны автомобильной магистрали: трёхъярусная живая изгородь из хеномелеса, жимолости, сирени обыкновенной, чубушника, снежноягодника, шиповника морщинистого, бузины чёрной, бирючины, лещины, жёлтой акации, магонии, боярышника, туи, можжевельника в 5 раз уменьшит концентрацию сернистого газа и в 8 – диоксида азота.

Помогут защитить участок и берёзы, ясень манчжурский, дуб черешчатый, сосна. Используйте сорбенты (цеолит, вермикулит) в качестве добавки к грунту при посадке.

Создайте зеленую кулису со стороны автомобильной магистрали

Понижаем кислотность

Как уже говорилось выше, в кислых почвах соединения тяжёлых металлов более подвижны и доступны для растений. Поэтому следует регулярно раскислять почву , переводя тяжёлые металлы в недоступную для растений форму. Кроме того, нейтральная реакция почвы более благоприятна для растений.

Повышаем количество гумуса

Почвы с высоким содержанием гумуса не только более благоприятны для роста растений, но и снижают воздействие тяжёлых металлов. Мульчируйте, используйте в качестве удобрения компост и биогумус вместо навоза.

Выбираем ассортимент

Если ваш участок находится у дороги, подберите ассортимент растений, меньше всего накапливающих вредные вещества. Не стоит растить зелёные листовые овощи, откажитесь от выращивания корнеплодов (свёклы, моркови, пастернака, сельдерея).

Зеленоплодные сорта крыжовника более безопасны

В плодах и семенах тяжёлые металлы накапливаются меньше . Плодово-овощные культуры – это томаты, перцы, огурцы, кабачки, тыквы. Также специалисты считают, что фрукты с зелёной окраской более безопасны в плане накопления вредных веществ.

Читайте также: