Grunnundersøkelser. Litteraturanmeldelse

De viktigste kildene til tungmetaller er avfall fra industribedrifter, ulike typer kraftverk, fabrikker fra gruve- og prosessindustrien, samt eksos fra biler og noe annet utstyr. Oftest kommer tungmetaller inn i miljøet i form av aerosoler eller slikt kjemiske forbindelser som sulfater, sulfider, karbonater, oksider, etc.

Hvilke tungmetaller forurenser oftest jord? De vanligste tungmetallene i industrielt avfall er kvikksølv, bly og kadmium. Arsen, sink, jern, kobber og mangan finnes også ofte blant skadelige utslipp.

Tungmetaller kan komme inn i miljøet i uløselig og løselig form.

Måter for jordforurensning med tungmetaller

Den første måten tungmetaller forurenser jorda på er når den kommer ned i vannet og deretter sprer dette vannet ut i jorda.

Et annet alternativ er at tungmetaller kommer inn i atmosfæren og utfelles gjennom tørr eller våt avsetning.

Samspill mellom jord og tungmetaller

Jord er en adsorbent forskjellige typer kjemiske elementer, inkludert tungmetaller. I en lang periode forblir de i bakken og gjennomgår gradvis dekontaminering. For noen tungmetaller kan disse periodene være flere hundre eller tusenvis av år.

Tungmetallioner og andre metallioner kan reagere med jordkomponenter og kastes ved utvasking, erosjon, deflasjon og av planter.

Hvilke metoder finnes for å bestemme tungmetaller i jord?

Først av alt må du forstå at sammensetningen av jorda er heterogen, så selv på det samme jordstykke jordindikatorer kan variere sterkt i forskjellige deler av den. Derfor må du ta flere prøver og enten studere hver enkelt separat, eller blande dem til en enkelt masse og ta en prøve for studier derfra.

Antall metoder for å bestemme metaller i jord er ganske stort, for eksempel er noen av dem:

• metode for å bestemme mobilskjemaer.
• metode for å bestemme utvekslingsformer.
• metode for å identifisere syreløselige (teknogene) former.
• bruttoinnholdsmetode.

Ved å bruke disse teknikkene utføres prosessen med å utvinne metaller fra jorda. Deretter er det nødvendig å bestemme prosentandelen av visse metaller i selve hetten, for hvilke tre hovedteknologier brukes:

2) Massespektrometri med induktivt koblet plasma.

3) Elektrokjemiske metoder.

Enheten for riktig teknologi velges avhengig av hvilket element som studeres og hvilken konsentrasjon det forventes i jordekstraktet.

Spektrometriske metoder for å studere tungmetaller i jord

1) Atomabsorpsjonsspektrometri.

Jordprøven løses opp i et spesielt løsemiddel, hvoretter reagenset binder seg til et spesifikt metall, feller ut, tørker og kalsinerer slik at vekten blir konstant. Deretter utføres veiing ved hjelp av en analytisk vekt.

Ulempene med denne metoden inkluderer den betydelige mengden tid som kreves for analyse og høy level forskerkvalifikasjoner.

2) Atomabsorpsjonsspektrometri med plasmaforstøvning.

Dette er en mer vanlig metode som lar deg bestemme flere forskjellige metaller samtidig. Også preget av nøyaktighet. Essensen av metoden er som følger: prøven må overføres til en gassformig atomtilstand, deretter analyseres graden av absorpsjon av stråling av gassatomer - ultrafiolett eller synlig.

Elektrokjemiske metoder for å studere tungmetaller i jord

Det forberedende stadiet består i å løse opp jordprøven i en vandig løsning. I fremtiden brukes følgende teknologier for å bestemme tungmetaller i den:

• potensiometri.
• voltammetri.
• konduktometri.
• kulometri.

Forbindelser av Cr(VI) og Cr(III) i økte mengder har kreftfremkallende egenskaper. Cr(VI)-forbindelser er farligere.

Fall inn i naturlig vann som et resultat av prosesser med ødeleggelse og oppløsning som skjer i naturen steiner og mineraler (sfaleritt, sinsitt, goslaritt, smithsonite, calamin), samt avløpsvann malmbehandling fabrikker og galvaniske butikker, produksjon pergamentpapir, mineralmaling, viskosefiber, etc.

I vann eksisterer det hovedsakelig i ionisk form eller i form av dets mineralske og organiske komplekser. Noen ganger funnet i uløselige former: som hydroksyd, karbonat, sulfid, etc.

I elvevann varierer konsentrasjonen av sink vanligvis fra 3 til 120 μg/dm 3, i sjøvann - fra 1,5 til 10 μg/dm 3. Innholdet i malmvann og spesielt i gruvevann med lave pH-verdier kan være betydelig.

Sink er et av de aktive mikroelementene som påvirker vekst og normal utvikling av organismer. Samtidig er mange sinkforbindelser giftige, først og fremst dets sulfat og klorid.

Maksimal tillatt konsentrasjon i Zn 2+ er 1 mg/dm 3 (den begrensende indikatoren for skade er organoleptisk), den maksimalt tillatte konsentrasjonen for Zn 2+ er 0,01 mg/dm 3 (den begrensende indikatoren for skade er toksikologisk).

Tungmetaller inntar allerede andreplassen når det gjelder fare, dårligere enn plantevernmidler og betydelig foran så velkjente forurensninger som karbondioksid og svovel, og i prognosen skulle de bli de farligste, farligere enn avfall fra kjernekraftverk og fast avfall. Tungmetallforurensning er assosiert med deres utbredte bruk i industriell produksjon kombinert med svake rensesystemer, som et resultat av at tungmetaller kommer inn i miljøet, inkludert jorda, forurenser og forgifter den.

Tungmetaller er prioriterte forurensninger, og overvåking av disse er obligatorisk i alle miljøer. I ulike vitenskapelige og anvendte verk tolker forfattere betydningen av begrepet "tungmetaller" annerledes. I noen tilfeller inkluderer definisjonen av tungmetaller elementer klassifisert som sprø (for eksempel vismut) eller metalloider (for eksempel arsen).

Jord er hovedmediet som tungmetaller kommer inn i, inkludert fra atmosfæren og vannmiljø. Det tjener også som en kilde til sekundær forurensning av overflateluft og vann som strømmer fra den inn i verdenshavet. Fra jorda absorberes tungmetaller av planter, som deretter blir mat for mer organiserte dyr.

3.3. Blytoksisitet

For tiden rangerer bly først blant årsakene til industriell forgiftning. Dette er forårsaket utbredt bruk det i ulike bransjer. Arbeidere blir utsatt for bly i blymalmgruvedrift, blysmelting, batteriproduksjon, lodding, trykking, krystallglassfremstilling eller keramiske produkter, blyholdig bensin, blymaling osv. Blyforurensning atmosfærisk luft, jord og vann i nærheten av slike industrier, samt nær store motorveier skaper en trussel om blyskader for befolkningen som bor i disse områdene, og fremfor alt barn, som er mer følsomme for virkningene av tungmetaller.

Det skal bemerkes med beklagelse at i Russland er det ingen offentlig politikk om juridisk, regulatorisk og økonomisk regulering av blyets innflytelse på staten miljø og folkehelse, for å redusere utslipp (utslipp, avfall) av bly og dets forbindelser til miljøet, og fullstendig stoppe produksjonen av blyholdig bensin.

På grunn av ekstremt utilfredsstillende pedagogisk arbeid for å forklare befolkningen graden av fare for virkningene av tungmetaller på menneskekroppen, reduseres ikke antallet kontingenter med profesjonell kontakt med bly i Russland, men øker gradvis. Tilfeller av kronisk blyforgiftning er registrert i 14 bransjer i Russland. De ledende bransjene er elektroindustrien (batteriproduksjon), instrumentproduksjon, trykking og ikke-jernholdig metallurgi, i dem er forgiftning forårsaket av å overskride den maksimalt tillatte konsentrasjonen (MPC) av bly i luften i arbeidsområdet med 20 eller flere ganger.

En betydelig kilde til bly er bileksos, siden halvparten av Russland fortsatt bruker blyholdig bensin. Imidlertid er metallurgiske anlegg, spesielt kobbersmelteverk, fortsatt hovedkilden til miljøforurensning. Og det er ledere her. På territoriet til Sverdlovsk-regionen er det 3 av de største kildene til blyutslipp i landet: i byene Krasnouralsk, Kirovograd og Revda.

Skorsteinene til Krasnouralsk kobbersmelteverk, bygget tilbake i Stalins industrialisering og ved hjelp av utstyr fra 1932 spyr de årlig ut 150-170 tonn bly til byen på 34 tusen, og dekker alt med blystøv.

Konsentrasjonen av bly i jorda i Krasnouralsk varierer fra 42,9 til 790,8 mg/kg med en maksimal tillatt konsentrasjon på MPC = 130 μ/kg. Vannprøver i vannforsyningen til en nabolandsby. Oktyabrsky, matet av en underjordisk vannkilde, overskred den maksimalt tillatte konsentrasjonen med opptil to ganger.

Blyforurensning av miljøet påvirker menneskers helse. Eksponering for bly forstyrrer det kvinnelige og mannlige reproduksjonssystemet. For kvinner i gravid og fertil alder forhøyede nivåer bly i blodet utgjør en spesiell fare, siden under påvirkning av bly menstruasjonsfunksjonen forstyrres, premature fødsler, spontanaborter og fosterdød er mer vanlig på grunn av penetrasjon av bly gjennom placentabarrieren. Nyfødte babyer har høy dødelighet.

Blyforgiftning er ekstremt farlig for små barn - det påvirker utviklingen av hjernen og nervesystemet. Testing av 165 Krasnouralsk-barn i alderen 4 år og eldre avslørte en betydelig forsinkelse mental utvikling 75,7 % og 6,8 % av de undersøkte barna ble funnet å ha psykisk utviklingshemming, inkludert mental retardasjon.

Barn førskolealder er mest utsatt for de skadelige effektene av bly fordi de nervesystemet er i dannelsesstadiet. Selv ved lave doser fører blyforgiftning til en nedgang intellektuell utvikling, oppmerksomhet og evne til å konsentrere seg, en forsinkelse i lesing, fører til utvikling av aggressivitet, hyperaktivitet og andre problemer i barnets oppførsel. Disse utviklingsavvikene kan være langvarige og irreversible. Lav fødselsvekt, stunting og hørselstap skyldes også blyforgiftning. Høye doser rus fører til mental retardasjon, forårsake koma, kramper og død.

En hvitbok utgitt av russiske eksperter rapporterer at blyforurensning dekker hele landet og er en av mange miljøkatastrofer i det tidligere Sovjetunionen som har kommet frem i lyset de siste årene. Det meste av Russlands territorium opplever en belastning fra blyavsetning som overstiger den kritiske belastningen for normal funksjon av økosystemet. I dusinvis av byer overstiger blykonsentrasjonen i luft og jord verdiene som tilsvarer de maksimalt tillatte konsentrasjonene.

Det høyeste nivået av luftforurensning med bly, som oversteg den maksimalt tillatte konsentrasjonen, ble observert i byene Komsomolsk-on-Amur, Tobolsk, Tyumen, Karabash, Vladimir, Vladivostok.

De maksimale belastningene av blyavsetning, som fører til nedbrytning av terrestriske økosystemer, er observert i Moskva, Vladimir, Nizhny Novgorod, Ryazan, Tula, Rostov og Leningrad-regionene.

Stasjonære kilder er ansvarlige for utslipp av mer enn 50 tonn bly i form av ulike forbindelser til vannforekomster. Samtidig slipper 7 batterifabrikker ut 35 tonn bly årlig gjennom kloakksystemet. En analyse av fordelingen av blyutslipp til vannforekomster i Russland viser at regionene Leningrad, Yaroslavl, Perm, Samara, Penza og Orel er ledende innen denne typen belastning.

Landet trenger hastetiltak for å redusere blyforurensning, men så langt økonomisk krise Russland er formørket økologiske problemer. I en langvarig industriell depresjon mangler Russland midler til å rydde opp i tidligere forurensninger, men hvis økonomien begynner å komme seg og fabrikkene går tilbake i arbeid, kan forurensningen bare bli verre.

10 mest forurensede byer i det tidligere Sovjetunionen

(Metaller er oppført i synkende prioritetsrekkefølge for av denne byen)

1. Rudnaya Pristan (Primorie-regionen)	bly, sink, kobber, mangan+vanadium, mangan.
2. Belovo ( Kemerovo-regionen)	sink, bly, kobber, nikkel.
3. Revda (Sverdlovsk-regionen)	kobber, sink, bly.
4. Magnitogorsk	nikkel, sink, bly.
5. Glubokoe (Hviterussland)	kobber, bly, sink.
6. Ust-Kamenogorsk (Kasakhstan)	sink, kobber, nikkel.
7. Dalnegorsk (Primorsky-territoriet)	bly, sink.
8. Monchegorsk (Murmansk-regionen)	nikkel.
9. Alaverdi (Armenia)	kobber, nikkel, bly.
10. Konstantinovka (Ukraina)	bly, kvikksølv.

4. Jordhygiene. Avfallshåndtering.

Jord i byer og andre befolkede områder og deres omgivelser har lenge vært forskjellig fra naturlig, biologisk verdifull jord, som spiller en viktig rolle for å opprettholde økologisk balanse. Jordsmonnet i byer er utsatt for de samme skadelige effektene som byluften og hydrosfæren, så betydelig nedbrytning skjer overalt. Jordhygiene vies ikke nok oppmerksomhet, selv om dens betydning som en av hovedkomponentene i biosfæren (luft, vann, jord) og biologisk miljøfaktor er enda viktigere enn vann, siden mengden av sistnevnte (først og fremst kvalitet) grunnvann) bestemmes av tilstanden til jorda, og det er umulig å skille disse faktorene fra hverandre. Jorden har evnen til biologisk selvrensing: i jorda skjer nedbrytningen av avfall som kommer inn i den og dets mineralisering; Til syvende og sist kompenserer jorda for tapte mineraler på deres bekostning.

Tungmetaller i jord

Nylig, på grunn av den raske utviklingen i industrien, har det vært en betydelig økning i nivået av tungmetaller i miljøet. Begrepet "tungmetaller" brukes på metaller enten med en tetthet over 5 g/cm 3 eller med et atomnummer større enn 20. Selv om det er et annet synspunkt, ifølge hvilket over 40 kjemiske grunnstoffer med atommasse over 50 er klassifisert som tungmetaller på. enheter Blant kjemiske elementer er tungmetaller de mest giftige og er nest etter plantevernmidler i deres farenivå. Samtidig anses følgende kjemiske elementer som giftige: Co, Ni, Cu, Zn, Sn, As, Se, Te, Rb, Ag, Cd, Au, Hg, Pb, Sb, Bi, Pt.

Fytotoksisiteten til tungmetaller avhenger av deres kjemiske egenskaper: valens, ionisk radius og kompleksitet. I de fleste tilfeller er elementene ordnet i toksisitetsrekkefølgen: Cu > Ni > Cd > Zn > Pb > Hg > Fe > Mo > Mn. Imidlertid kan denne serien variere noe på grunn av ulik utfelling av elementer fra jorda og overføring til en tilstand utilgjengelig for planter, vekstforhold og de fysiologiske og genetiske egenskapene til plantene selv. Transformasjonen og migreringen av tungmetaller skjer under direkte og indirekte påvirkning av kompleksdannelsesreaksjonen. Ved vurdering av miljøforurensning er det nødvendig å ta hensyn til jordas egenskaper og først og fremst den granulometriske sammensetningen, humusinnholdet og bufferkapasiteten. Bufferkapasitet refererer til jordens evne til å opprettholde konsentrasjonen av metaller i jordløsningen på et konstant nivå.

I jord er tungmetaller til stede i to faser - fast og i jordløsning. Eksistensformen til metaller bestemmes av omgivelsenes reaksjon, den kjemiske og materielle sammensetningen av jordløsningen og først og fremst innholdet av organiske stoffer. Komplekserende elementer som forurenser jorda er hovedsakelig konsentrert i det øvre 10 cm laget. Men når lavbufferjord forsures, går en betydelig andel metaller fra utvekslingsabsorbert tilstand over i jordløsningen. Kadmium, kobber, nikkel og kobolt har en sterk migrasjonsevne i et surt miljø. En reduksjon i pH med 1,8-2 enheter fører til en økning i mobiliteten til sink med 3,8-5,4, kadmium med 4-8, kobber med 2-3 ganger.

Tabell 1 Maksimal tillatt konsentrasjon (MAC) standarder, bakgrunnsinnhold av kjemiske elementer i jord (mg/kg)

Element	Fareklasse	MPC		UEC etter jordgrupper			Bakgrunnsinnhold
		Brutto innhold	Ekstraherbar med ammoniumacetatbuffer (pH=4,8)	Sandig, sandig leirjord	Leiraktig, leireaktig
					pH x l< 5,5	pH x l > 5,5
Pb	1	32	6	32	65	130	26
Zn	1	-	23	55	110	220	50
Cd	1	-	-	0,5	1	2	0,3
Cu	2	-	3	33	66	132	27
Ni	2	-	4	20	40	80	20
Co	2	-	5	-	-	-	7,2

Når tungmetaller kommer inn i jorda, samhandler de derfor raskt med organiske ligander for å danne komplekse forbindelser. Så, ved lave konsentrasjoner i jord (20-30 mg/kg), er omtrent 30 % av bly i form av komplekser med organisk materiale. Andelen av komplekse blyforbindelser øker med økende konsentrasjon opp til 400 mg/g, og avtar deretter. Metaller sorberes også (utvekslet eller ikke) av sedimenter av jern- og manganhydroksider, leirmineraler og organisk materiale i jorda. Metaller som er tilgjengelige for planter og som er i stand til å lekke, finnes i jordløsningen i form av frie ioner, komplekser og chelater.

Absorpsjonen av HM av jord avhenger i stor grad av reaksjonen til miljøet og av hvilke anioner som dominerer i jordløsningen. I et surt miljø blir kobber, bly og sink mer sorbert, og i et alkalisk miljø absorberes kadmium og kobolt intensivt. Kobber binder seg fortrinnsvis til organiske ligander og jernhydroksider.

Tabell 2 Mobilitet av mikroelementer i ulike jordarter avhengig av pH i jordløsningen

Jord og klimatiske faktorer bestemmer ofte retningen og hastigheten på migrasjon og transformasjon av HM i jorda. Dermed jordforhold og vannregimer skog-steppe sone fremme intensiv vertikal migrering av HM langs jordprofilen, inkludert mulig overføring av metaller med vannstrøm langs sprekker, rotganger, etc.

Nikkel(Ni) – gruppe VIII-element periodiske tabell Med atommasse 58,71. Nikkel, sammen med Mn, Fe, Co og Cu, tilhører de såkalte overgangsmetallene, hvis forbindelser har høy biologisk aktivitet. På grunn av de strukturelle egenskapene til elektroniske orbitaler, har de ovennevnte metallene, inkludert nikkel, en uttalt evne til å danne komplekser. Nikkel er i stand til å danne stabile komplekser, for eksempel med cystein og sitrat, så vel som med mange organiske og uorganiske ligander. Den geokjemiske sammensetningen av kildebergarter bestemmer i stor grad nikkelinnholdet i jordsmonn. Den største mengden nikkel finnes i jordsmonn dannet av grunnleggende og ultrabasiske bergarter. Ifølge noen forfattere varierer grensene for overskytende og toksiske nivåer av nikkel for de fleste arter fra 10 til 100 mg/kg. Hovedtyngden av nikkel er ubevegelig festet i jorda, og svært svak migrasjon i kolloidal tilstand og i sammensetningen av mekaniske suspensjoner påvirker ikke deres fordeling langs den vertikale profilen og er ganske jevn.

Bly (Pb). Kjemien til bly i jorda bestemmes av den delikate balansen mellom motsatt rettede prosesser: sorpsjon-desorpsjon, oppløsning-overgang til fast tilstand. Bly som slippes ut i jorda er inkludert i en syklus av fysiske, kjemiske og fysisk-kjemiske transformasjoner. Prosesser dominerer først mekanisk bevegelse(blypartikler beveger seg langs overflaten og gjennom sprekker i jorda) og konvektiv diffusjon. Deretter, når fastfase blyforbindelser løses opp, kommer mer komplekse fysiske og kjemiske prosesser inn i bildet (spesielt prosesser for iondiffusjon), ledsaget av transformasjonen av blyforbindelser som kommer med støv.

Det er fastslått at bly migrerer både vertikalt og horisontalt, med den andre prosessen rådende over den første. Over 3 år med observasjoner i en blandet gresseng, flyttet blystøv lokalt på jordoverflaten horisontalt med 25-35 cm, og dybden av dets inntrengning i jordtykkelsen var 10-15 cm. En viktig rolle i migrasjonen av bly spilles av biologiske faktorer: planterøtter absorberer metallioner; i løpet av vekstsesongen beveger de seg gjennom jorden; Når planter dør og brytes ned, frigjøres bly til den omkringliggende jordmassen.

Det er kjent at jord har evnen til å binde (sorbere) teknogent bly som kommer inn i den. Sorpsjon antas å inkludere flere prosesser: fullstendig utveksling med kationer av det jordabsorberende komplekset (uspesifikk adsorpsjon) og en rekke reaksjoner med kompleksdannelse av bly med donorer av jordkomponenter (spesifikk adsorpsjon). I jord er bly hovedsakelig assosiert med organisk materiale, så vel som med leirmineraler, manganoksider og jern- og aluminiumhydroksider. Ved å binde bly hindrer humus dens migrering til tilstøtende miljøer og begrenser dens inntreden i planter. Av leirmineralene er illittene preget av en tendens til sorpsjon av bly. En økning i jords pH under kalking fører til en enda større binding av bly i jorda på grunn av dannelse av tungtløselige forbindelser (hydroksider, karbonater etc.).

Bly, som finnes i jorda i mobile former, fikseres av jordkomponenter over tid og blir utilgjengelig for planter. Ifølge innenlandske forskere er bly mest fast festet i chernozem- og torvsiltjord.

Kadmium (Cd) Det særegne ved kadmium, som skiller det fra andre HM-er, er at det i jordløsningen hovedsakelig er tilstede i form av kationer (Cd 2+), selv om det i jord med et nøytralt reaksjonsmiljø kan danne seg lite løselig komplekser med sulfater og fosfater eller hydroksyder.

I følge tilgjengelige data varierer konsentrasjonen av kadmium i jordløsninger av bakgrunnsjord fra 0,2 til 6 μg/l. I områder med jordforurensning øker den til 300-400 µg/l.

Det er kjent at kadmium i jord er svært mobilt, dvs. i stand til å flytte inn store mengder fra fast fase til flytende fase og tilbake (noe som gjør det vanskelig å forutsi inntreden i planten). Mekanismene som regulerer konsentrasjonen av kadmium i jordløsningen er bestemt av sorpsjonsprosesser (med sorpsjon mener vi selve adsorpsjonen, nedbør og kompleksdannelse). Kadmium absorberes av jord i mindre mengder enn andre HM-er. For å karakterisere mobiliteten til tungmetaller i jord, brukes forholdet mellom metallkonsentrasjoner i fast fase og det i likevektsløsningen. Høye verdier Dette forholdet indikerer at tungmetaller holdes tilbake i den faste fasen på grunn av sorpsjonsreaksjonen skyldes at metallene er i løsning, hvorfra de kan migrere til andre medier eller gå inn i ulike reaksjoner (geokjemiske eller; biologisk). Det er kjent at den ledende prosessen i bindingen av kadmium er adsorpsjon av leire. Forskning senere år viste også den viktige rollen til hydroksylgrupper, jernoksider og organisk materiale i denne prosessen. Når nivået av forurensning er lavt og reaksjonen i miljøet er nøytral, absorberes kadmium hovedsakelig av jernoksider. Og i et surt miljø (pH=5) begynner organisk materiale å fungere som en kraftig adsorbent. Ved lavere pH-verdier (pH=4) skifter adsorpsjonsfunksjoner nesten utelukkende til organisk materiale. Mineralkomponenter slutter å spille noen rolle i disse prosessene.

Det er kjent at kadmium ikke bare absorberes av jordoverflaten, men også fikseres på grunn av nedbør, koagulering og absorpsjon mellom pakker av leirmineraler. Det diffunderer inn i jordpartikler gjennom mikroporer og andre måter.

Kadmium festes på forskjellige måter i jord forskjellige typer. Så langt er lite kjent om konkurranseforholdet mellom kadmium og andre metaller i sorpsjonsprosesser i det jordabsorberende komplekset. Ifølge spesialistforskning teknisk universitet København (Danmark), i nærvær av nikkel, kobolt og sink, ble opptaket av kadmium i jorda undertrykt. Andre studier har vist at prosessene med kadmiumsorpsjon av jord blir dempet i nærvær av klorioner. Metning av jord med Ca 2+ -ioner førte til en økning i kadmiumsorpsjon. Mange kadmiumbindinger med jordkomponenter viser seg å være skjøre under visse forhold (for eksempel en sur reaksjon i miljøet), det frigjøres og går tilbake i løsning.

Mikroorganismers rolle i prosessen med oppløsning av kadmium og overgangen til en mobil tilstand har blitt avslørt. Som et resultat av deres vitale aktivitet dannes det enten vannløselige metallkomplekser, eller det skapes fysisk-kjemiske forhold som er gunstige for overgangen av kadmium fra fast fase til flytende fase.

Prosessene som skjer med kadmium i jorda (sorpsjon-desorpsjon, overgang til løsning, etc.) er sammenkoblet og gjensidig avhengige av tilførselen av dette metallet til plantene avhenger av deres retning, intensitet og dybde. Det er kjent at mengden kadmiumsorpsjon av jord avhenger av pH-verdien: jo høyere jord-pH, jo mer kadmium absorberer den. I henhold til tilgjengelige data, i pH-området fra 4 til 7,7, med en økning i pH med en enhet, økte således sorpsjonskapasiteten til jord med hensyn til kadmium omtrent tre ganger.

Sink (Zn). Sinkmangel kan vise seg både på sure, svært podzoliserte lette jordarter, og på karbonatjord, fattig på sink, og på svært humusrik jord. Manifestasjonen av sinkmangel forsterkes ved bruk av høye doser fosforgjødsel og sterk pløying av undergrunnen til den dyrkbare horisonten.

Det høyeste brutto sinkinnholdet er i tundra (53-76 mg/kg) og chernozem (24-90 mg/kg), det laveste i soddy-podzoljord (20-67 mg/kg). Sinkmangel oppstår oftest på nøytral og lett alkalisk karbonatjord. I sur jord er sink mer mobil og tilgjengelig for planter.

Sink i jord er tilstede i ionisk form, der det adsorberes av en kationbyttermekanisme i et surt miljø eller som et resultat av kjemisorpsjon i et alkalisk miljø. Det mest mobile ionet er Zn 2+. Mobiliteten til sink i jord er hovedsakelig påvirket av pH-verdien og innholdet av leirmineraler. Ved pH<6 подвижность Zn 2+ возрастает, что приводит к его выщелачиванию. Попадая в межпакетные пространства кристаллической решетки монтмориллонита, ионы цинка теряют свою подвижность. Кроме того, цинк образует устойчивые формы с органическим веществом почвы, поэтому он накапливается в основном в горизонтах почв с высоким содержанием гумуса и в торфе.

Tungmetaller i planter

I følge A.P. Vinogradov (1952) deltar alle kjemiske elementer i en eller annen grad i plantenes liv, og hvis mange av dem anses som fysiologisk signifikante, er det bare fordi det ikke er bevis for dette ennå. Når de kommer inn i anlegget i små mengder og blir en integrert del eller aktivator av enzymer, utfører mikroelementer tjenestefunksjoner i metabolske prosesser. Når uvanlig høye konsentrasjoner av grunnstoffer kommer inn i miljøet, blir de giftige for planter. Inntrengning av tungmetaller i plantevev i overflødige mengder fører til forstyrrelse av den normale funksjonen til organene deres, og denne forstyrrelsen er sterkere jo større overskuddet av giftstoffer er. Produktiviteten synker som et resultat. Den toksiske effekten av HM viser seg fra de tidlige stadiene av planteutvikling, men i varierende grad på ulike jordarter og for ulike avlinger.

Absorpsjon av kjemiske elementer av planter er en aktiv prosess. Passiv diffusjon utgjør kun 2-3 % av den totale massen av absorberte mineralkomponenter. Når innholdet av metaller i jorda er på bakgrunnsnivå, skjer aktiv absorpsjon av ioner, og hvis vi tar hensyn til den lave mobiliteten til disse elementene i jordsmonn, bør absorpsjonen av dem innledes med mobilisering av tett bundne metaller. Når innholdet av tungmetaller i rotlaget er i mengder som vesentlig overstiger de maksimale konsentrasjonene metallet kan fikseres ved ved hjelp av de indre ressursene i jorda, kommer slike mengder metaller inn i røttene at membranene ikke lenger kan holde på dem. Som et resultat er tilførselen av ioner eller forbindelser av elementer ikke lenger regulert av cellulære mekanismer. På sur jord er det en mer intens akkumulering av HM enn på jord med et nøytralt eller nært nøytralt reaksjonsmiljø. Et mål på den faktiske deltakelsen av HM-ioner i kjemiske reaksjoner er deres aktivitet. Den toksiske effekten av høye konsentrasjoner av tungmetaller på planter kan manifestere seg i forstyrrelse av tilførsel og distribusjon av andre kjemiske elementer. Arten av interaksjonen mellom tungmetaller og andre grunnstoffer varierer avhengig av konsentrasjonene deres. Migrasjon og inntreden i planten skjer i form av komplekse forbindelser.

I den første perioden med miljøforurensning med tungmetaller, på grunn av jordas bufferegenskaper, som fører til inaktivering av giftige stoffer, vil planter praktisk talt ikke oppleve noen negative effekter. Jordens beskyttende funksjoner er imidlertid ikke ubegrensede. Etter hvert som nivået av tungmetallforurensning øker, blir inaktiveringen deres ufullstendig og strømmen av ioner angriper røttene. Planten er i stand til å omdanne noen av ionene til en mindre aktiv tilstand selv før de trenger inn i plantens rotsystem. Dette er for eksempel chelering ved bruk av rotsekreter eller adsorpsjon på den ytre overflaten av røttene med dannelse av komplekse forbindelser. I tillegg, som vegetasjonseksperimenter med åpenbart giftige doser av sink, nikkel, kadmium, kobolt, kobber og bly har vist, er røttene lokalisert i lag som ikke er forurenset med HM-jord, og i disse tilfellene er det ingen symptomer på fototoksisitet.

Til tross for rotsystemets beskyttende funksjoner kommer tungmetaller inn i roten under forurensede forhold. I dette tilfellet spiller beskyttelsesmekanismer inn, takket være hvilke en spesifikk fordeling av HMs oppstår blant planteorganer, noe som gjør det mulig å beskytte deres vekst og utvikling så fullstendig som mulig. Dessuten kan innholdet av for eksempel tungmetaller i vevet til røtter og frø i svært forurensede miljøer variere med 500-600 ganger, noe som indikerer den store beskyttelsesevnen til dette underjordiske planteorganet.

Overskudd av kjemiske elementer forårsaker toksisose i planter. Når konsentrasjonen av tungmetaller øker, blir planteveksten først forsinket, deretter oppstår bladklorose, som erstattes av nekrose, og til slutt blir rotsystemet skadet. Den toksiske effekten av HM kan manifestere seg direkte og indirekte. Den direkte effekten av overflødige tungmetaller i planteceller skyldes kompleksdannelsesreaksjoner, som resulterer i enzymblokkering eller proteinutfelling. Deaktivering av enzymatiske systemer skjer som et resultat av erstatning av enzymmetallet med et forurensende metall. Når giftstoffinnholdet er kritisk, blir enzymets katalytiske evne betydelig redusert eller fullstendig blokkert.

Planter er hyperakkumulatorer av tungmetaller

A.P. Vinogradov (1952) identifiserte planter som er i stand til å konsentrere elementer. Han pekte på to typer planter - konsentratorer: 1) planter som konsentrerer grunnstoffer i masseskala; 2) planter med selektiv (arts) konsentrasjon. Planter av den første typen er beriket med kjemiske elementer hvis de sistnevnte er inneholdt i jorden i økte mengder. Konsentrasjon i dette tilfellet er forårsaket av en miljøfaktor. Planter av den andre typen er preget av en konstant høy mengde av et eller annet kjemisk element, uavhengig av innholdet i miljøet. Det bestemmes av et genetisk fiksert behov.

Med tanke på mekanismen for absorpsjon av tungmetaller fra jord til planter, kan vi snakke om barriere (ikke-konsentrerende) og barrierefrie (konsentrerende) typer akkumulering av elementer. Barriereakkumulering er typisk for de fleste høyereliggende planter og er ikke typisk for moser og lav. Således, i arbeidet til M.A. Toikka og L.N. Potekhina (1980), ble sphagnum (2,66 mg/kg) navngitt som en plantekonsentrator av kobolt. kobber (10,0 mg/kg) - bjørk, drupe, liljekonvall; mangan (1100 mg/kg) - blåbær. Lepp et al. (1987) fant høye konsentrasjoner av kadmium i sporoforene til soppen Amanita muscaria som vokser i bjørkeskog. I sporoforene til soppen var kadmiuminnholdet 29,9 mg/kg tørrvekt, og i jorda de vokste på - 0,4 mg/kg. Det er en oppfatning at planter som er konsentratorer av kobolt også er svært tolerante for nikkel og er i stand til å akkumulere det i store mengder. Disse inkluderer spesielt planter fra familiene Boraginaceae, Brassicaceae, Myrtaceae, Fabaceae, Caryophyllaceae. Nikkelkonsentratorer og superkonsentratorer er også funnet blant medisinplanter. Superkonsentratorer inkluderer melontre, belladonna belladonna, gul valmue, hjerterot, pasjonsblomst og Thermopsis lanceolata. Typen akkumulering av kjemiske elementer som finnes i høye konsentrasjoner i næringsmediet avhenger av fasene av plantevekst. Barrierefri akkumulering er karakteristisk for frøplantefasen, når plantene ikke skiller de overjordiske delene til forskjellige organer, og i sluttfasen av vekstsesongen - etter modning, så vel som i vinterhvileperioden, når barriere- fri akkumulering kan være ledsaget av frigjøring av overskytende mengder kjemiske elementer i fast fase (Kovalevsky, 1991).

Hyperakkumulerende planter finnes i familiene Brassicaceae, Euphorbiaceae, Asteraceae, Lamiaceae og Scrophulariaceae (Baker 1995). Den mest kjente og studerte blant dem er Brassica juncea (indisk sennep), en plante som utvikler stor biomasse og er i stand til å akkumulere Pb, Cr (VI), Cd, Cu, Ni, Zn, 90Sr, B og Se (Nanda Kumar et al. 1995; Av de forskjellige planteartene som ble testet, hadde B. juncea den mest uttalte evnen til å transportere bly over bakken, og akkumulerte mer enn 1,8 % av dette elementet i overjordiske organer (basert på tørrvekt). Med unntak av solsikke (Helianthus annuus) og tobakk (Nicotiana tabacum), hadde andre ikke-Brassicaceae plantearter en biologisk opptakskoeffisient på mindre enn 1.

I henhold til klassifiseringen av planter i henhold til deres respons på tilstedeværelsen av tungmetaller i deres vekstmiljø, brukt av mange utenlandske forfattere, har planter tre hovedstrategier for vekst på jord som er forurenset med metaller:

Metallekskluderer. Slike planter opprettholder en konstant lav konsentrasjon av metall til tross for store variasjoner i konsentrasjonene i jorda, og beholder hovedsakelig metallet i røttene. Eksklusive planter er i stand til å endre membranpermeabilitet og metallbindingskapasitet til cellevegger eller frigjøre store mengder chelaterende stoffer.

Metallindikatorer. Disse inkluderer plantearter som aktivt akkumulerer metall i overjordiske deler og generelt gjenspeiler nivået av metallinnhold i jorda. De tolererer det eksisterende nivået av metallkonsentrasjon på grunn av dannelsen av ekstracellulære metallbindende forbindelser (chelatorer), eller endrer arten av metallrom ved å lagre det i metallufølsomme områder. Metallakkumulerende plantearter. Planter som tilhører denne gruppen kan akkumulere metallet i overjordisk biomasse i mye høyere konsentrasjoner enn de i jorda. Baker og Brooks definerte metallhyperakkumulatorer som planter som inneholder mer enn 0,1 %, dvs. mer enn 1000 mg/g kobber, kadmium, krom, bly, nikkel, kobolt eller 1 % (mer enn 10.000 mg/g) sink og mangan i tørrvekt. For sjeldne metaller er denne verdien mer enn 0,01 % i form av tørrvekt. Forskere identifiserer hyperakkumulerende arter ved å samle planter i områder der jord inneholder metaller i konsentrasjoner over bakgrunnsnivåer, slik tilfellet er i forurensede områder eller hvor malmlegemer er utsatt. Fenomenet hyperakkumulering reiser mange spørsmål for forskere. Hva er for eksempel betydningen av akkumulering av metall i svært giftige konsentrasjoner for planter? Et definitivt svar på dette spørsmålet er ennå ikke mottatt, men det er flere hovedhypoteser. Det antas at slike planter har et forbedret ioneopptakssystem (den "utilsiktede" opptakshypotesen) for å utføre visse fysiologiske funksjoner som ennå ikke er studert. Det antas også at hyperakkumulering er en av typene plantetoleranse for høyt metallinnhold i vekstmiljøet.



Jord er jordens overflate som har egenskaper som kjennetegner både levende og livløs natur.

Jorda er en indikator på det generelle. Forurensning kommer inn i jorda med nedbør og overflateavfall. De blir også introdusert i jordlaget av jordbergarter og grunnvann.

Gruppen tungmetaller inkluderer alt med en tetthet som overstiger jernets. Paradokset med disse elementene er at de i visse mengder er nødvendige for å sikre normal funksjon av planter og organismer.

Men overskuddet deres kan føre til alvorlige sykdommer og til og med død. Matsyklusen fører til at skadelige forbindelser kommer inn i menneskekroppen og forårsaker ofte stor helseskade.

Kilder til tungmetallforurensning er: Det er en metode for å beregne det tillatte metallinnholdet. I dette tilfellet tas den totale verdien av flere metaller Zc i betraktning.

• akseptabel;
• moderat farlig;
• svært farlig;
• ekstremt farlig.

Jordvern er veldig viktig. Konstant kontroll og overvåking tillater ikke dyrking av landbruksprodukter og beite av husdyr på forurensede landområder.

Tungmetaller forurenser jord

Det er tre fareklasser av tungmetaller. Verdens helseorganisasjon anser de farligste forurensningene som bly, kvikksølv og kadmium. Men høye konsentrasjoner av andre elementer er ikke mindre skadelige.

Merkur

Jordforurensning med kvikksølv skjer gjennom inntrengning av plantevernmidler, diverse husholdningsavfall, som lysrør, og elementer av skadede måleinstrumenter.

I følge offisielle data er det årlige utslippet av kvikksølv mer enn fem tusen tonn. Kvikksølv kan komme inn i menneskekroppen fra forurenset jord.

Hvis dette skjer regelmessig, kan det oppstå alvorlig dysfunksjon av mange organer, inkludert nervesystemet.

Hvis den ikke behandles riktig, kan døden oppstå.

Lede

Bly er svært farlig for mennesker og alle levende organismer.

Det er ekstremt giftig. Når ett tonn bly utvinnes, kommer tjuefem kilo inn i miljøet. Store mengder bly kommer inn i jorda gjennom avgasser.

Området med jordforurensning langs rutene er over to hundre meter rundt. Når det først er i jorda, absorberes bly av planter som spises av mennesker og dyr, inkludert husdyr, hvis kjøtt også finnes i menyen vår. Overskudd av bly påvirker sentralnervesystemet, hjernen, leveren og nyrene. Det er farlig på grunn av dets kreftfremkallende og mutagene effekter.

Kadmium

Jordforurensning med kadmium er en stor fare for menneskekroppen. Ved inntak forårsaker det skjelettdeformasjon, hemmet vekst hos barn og alvorlige ryggsmerter.

Kobber og sink

En høy konsentrasjon av disse elementene i jorda fører til at planteveksten reduseres og fruktdannelsen forringes, noe som til slutt fører til en kraftig nedgang i utbyttet. En person opplever endringer i hjernen, leveren og bukspyttkjertelen.

Molybden

Overflødig molybden forårsaker gikt og skader på nervesystemet.

Faren med tungmetaller er at de blir dårlig utskilt fra kroppen og samler seg i den. De kan danne svært giftige forbindelser, lett gå fra ett miljø til et annet, og brytes ikke ned. Samtidig forårsaker de alvorlige sykdommer, som ofte fører til irreversible konsekvenser.

Antimon

Tilstede i noen malmer.

Det er en del av legeringer som brukes i ulike industrielle felt.

Overskuddet forårsaker alvorlige spiseforstyrrelser.

Arsenikk

Hovedkilden til jordforurensning med arsen er stoffer som brukes til å kontrollere skadedyr på landbruksplanter, for eksempel ugressmidler og insektmidler. Arsen er en akkumulerende gift som forårsaker kroniske. Dens forbindelser provoserer sykdommer i nervesystemet, hjernen og huden.

Mangan

Et høyt innhold av dette elementet er observert i jord og planter.

Når ytterligere mangan kommer inn i jorda, skaper det raskt et farlig overskudd. Dette påvirker menneskekroppen i form av ødeleggelse av nervesystemet.

En overflod av andre tunge elementer er ikke mindre farlig.

Av ovenstående kan vi konkludere med at akkumulering av tungmetaller i jorda medfører alvorlige konsekvenser for menneskers helse og miljøet som helhet.

Grunnleggende metoder for å bekjempe jordforurensning med tungmetaller

Metoder for å bekjempe jordforurensning med tungmetaller kan være fysiske, kjemiske og biologiske. Blant dem er følgende metoder:

• En økning i jordsurheten øker muligheten Derfor hjelper tilsetning av organisk materiale og leire og kalking til en viss grad i kampen mot forurensning.
• Såing, klipping og fjerning av visse planter, som kløver, fra jordoverflaten reduserer konsentrasjonen av tungmetaller i jorda betydelig. I tillegg er denne metoden helt miljøvennlig.
• Gjennomføring av avgiftning av grunnvann, pumping og rensing av det.
• Forutsigelse og eliminering av migrasjon av den løselige formen av tungmetaller.
• I noen spesielt alvorlige tilfeller er det nødvendig å fjerne jordlaget fullstendig og erstatte det med et nytt.

Det farligste av alle metallene som er oppført er bly. Den har evnen til å akkumulere og angripe menneskekroppen. Kvikksølv er ikke farlig hvis det kommer inn i menneskekroppen én eller flere ganger, kun kvikksølvdamp er spesielt farlig. Jeg mener at industribedrifter bør bruke mer avanserte produksjonsteknologier som ikke er så ødeleggende for alt levende. Ikke bare én person, men massene bør tenke, så kommer vi til et godt resultat.

Det er ingen hemmelighet at alle ønsker å ha en dacha i et økologisk rent område, hvor det ikke er byforurensning. Miljøet inneholder tungmetaller (arsen, bly, kobber, kvikksølv, kadmium, mangan og andre), som til og med kommer fra bileksos. Det bør forstås at jorden er en naturlig renser av atmosfæren og grunnvannet, den akkumulerer ikke bare tungmetaller, men også skadelige plantevernmidler med hydrokarboner. Planter på sin side tar til seg alt som jorda gir dem. Metall, som legger seg i jorda, skader ikke bare selve jorda, men også planter, og som et resultat, mennesker.

Nær hovedveien er det mye sot, som trenger inn i overflatelagene i jorda og legger seg på bladene til planter. Rotvekster, frukt, bær og andre fruktbare avlinger kan ikke dyrkes i en slik tomt. Minste avstand fra veien er 50 m.

Jord fylt med tungmetaller er dårlig jordsmonn; Du vil aldri se maur, jordbiller eller meitemark på den, men det vil være en stor konsentrasjon av sugende insekter. Planter lider ofte av soppsykdommer, tørker ut og er ikke motstandsdyktige mot skadedyr.

De farligste er mobile forbindelser av tungmetaller, som lett dannes i sur jord. Det er bevist at planter dyrket i sur eller lett sandholdig jord inneholder flere metaller enn de som dyrkes i nøytral eller kalkholdig jord. Dessuten er sandjord med en sur reaksjon spesielt farlig, den samler seg lett og vaskes like lett ut, og ender opp i grunnvannet. En hageflekk, hvor løveandelen er leire, er også lett mottakelig for opphopning av tungmetaller, mens selvrensing skjer lenge og sakte. Den sikreste og mest stabile jorda er chernozem, beriket med kalk og humus.

Hva skal jeg gjøre hvis det er tungmetaller i jorda? Det er flere måter å løse problemet på.

1. En mislykket tomt kan selges.

2. Kalking er en god måte å redusere konsentrasjonen av tungmetaller i jorda. Det er forskjellige. Den enkleste: kast en håndfull jord i en beholder med eddik, hvis skum vises, er jorda alkalisk. Eller grav litt i jorden, hvis du finner et hvitt lag i den, så er surhet tilstede. Spørsmålet er hvor mye. Etter kalking, sjekk regelmessig for surhet, du må kanskje gjenta prosedyren. Kalk med dolomittmel, masovnslagg, torvaske, kalkstein.

Hvis mange tungmetaller allerede har samlet seg i bakken, vil det være nyttig å fjerne det øverste laget av jord (20-30 cm) og erstatte det med svart jord.

3. Konstant fôring med organisk gjødsel (gjødsel, kompost). Jo mer humus det er i jorda, jo mindre tungmetaller inneholder det, og toksisiteten avtar. Dårlig, ufruktbar jord er ikke i stand til å beskytte plantene. Ikke overmett med mineralgjødsel, spesielt nitrogen. Mineralgjødsel bryter raskt ned organisk materiale.

4. Overflateløsning. Etter å ha løsnet, sørg for å påføre torv eller kompost. Ved løsning er det nyttig å tilsette vermikulitt, som vil bli en barriere mellom planter og giftige stoffer i jorda.

5. Vasking av jorda bare med god drenering. Ellers vil tungmetaller spre seg over hele området med vann. Fyll med rent vann slik at et jordlag på 30-50 cm vaskes for grønnsaksvekster og opptil 120 cm for fruktbusker og trær. Spyling utføres om våren, når det er nok fuktighet i jorda etter vinteren.

6. Fjern det øverste jordlaget, lag god drenering fra utvidet leire eller småstein, og fyll toppen med svart jord.

7. Dyrk planter i containere eller et drivhus hvor jorda lett kan erstattes. Observer, ikke dyrk planten på ett sted i lang tid.

8. Hvis hageplottet er i nærheten av veien, er det stor sannsynlighet for at det er bly i jorda, som kommer ut med avgassene fra biler. Trekk ut bly ved å plante erter mellom plantene; Om høsten graver du opp ertene og brenner dem sammen med fruktene. Jorda vil bli forbedret av planter med et kraftig, dypt rotsystem, som vil overføre fosfor, kalium og kalsium fra det dype laget til det øvre laget.

9. Grønnsaker og frukt dyrket i tung jord bør alltid varmebehandles eller i det minste vaskes under rennende vann, og dermed fjerne atmosfærisk støv.

10. I forurensede områder eller områder i nærheten av veien, er det montert et solid gjerde. Sørg for å plante løvtrær bak gjerdet (). Som et alternativ vil flerlags plantinger, som vil spille rollen som beskyttere mot atmosfærisk støv og sot, være utmerket beskyttelse.

Tilstedeværelsen av tungmetaller i jorda er ikke en dødsdom, det viktigste er å identifisere og nøytralisere dem i tide.