Фітотоксичність важких металів, шляхи їх надходження у ґрунт

Потоки техногенних речовин характеризуються широким спектром органічних і неорганічних сполук, більшість з яких є токсичними, мутагенними і канцерогенними для живих організмів. Серед неорганічних сполук чільне місце посідають важкі метали, які є дуже токсичними. їх надходження в біосферу у великих кількостях може призвести до критичного її забруднення. Важкими металами вважають хімічні елементи з атомною масою понад 40, які виявляють властивості металів і мають густину > 5 г/см³. До цієї категорії належить 40 елементів. Визначення «важкі метали» умовне, оскільки в цю групу входять мідь, цинк, молібден, кобальт, манган, залізо, які відіграють позитивну біологічну роль і є мікроелементами, життєво необхідними для рослин і тварин. У разі надмірного їх накопичення вони стають токсикантами - важкими металами. Більшість усіх шкідливих речовин, що міститься в повітрі, з часом потрапляє на поверхню землі та в ґрунт і залежно від їх кількості, тривалості дії і фізико-хімічних властивостей ґрунту їх негативний вплив виявляється по-різному.

За ступенем можливого негативного впливу важких металів - забрудників ґрунту, організмів рослин, тварин і людини - їх поділяють на три класи: високонебезпечні, небезпечні та малонебезпечні.

До першого класу належать арсен, кадмій, ртуть, селен, свинець, цинк, фтор; до другого - бор, кобальт, нікель, молібден, стибій, хром; до третього - барій, ванадій, манган, стронцій.

Основними джерелами надходження важких металів на земну поверхню є викиди пилу і газів підприємствами гірничорудної, металургійної та хімічної промисловості. Забруднення ґрунтового покриву дуже тісно пов'язане з роботою теплоелектростанцій, експлуатацією автомобільного та залізничного транспорту, із застосуванням у сільськогосподарському виробництві добрив і пестицидів, меліорантів, використанням для зрошення забруднених побутових і промислових стічних вод. Рівень забруднення ґрунту та просторове поширення важких металів залежать від потужності підприємств-забрудників, якості перероблюваної сировини, технології виробництва, ефективності роботи очисних споруд.

Забруднення ґрунтового покриву носить переважно локальний характер, і максимум його припадає на території, розміщені неподалік (15-20 км) від підприємств. Біля металургійних заводів утворюються зони інтенсивного забруднення ґрунтів свинцем, ртуттю, кадмієм, міддю, цинком. Свинцеплавильні підприємства крім свинцю та цинку викидають кадмій, мідь, ртуть, арсен, селен та інші, що є головними забрудниками. Забруднення хромом характерне для територій, прилеглих до цементних заводів і нафтопереробних підприємств. У зонах забруднення вміст важких металів може сягати кількох грамів на 1 кг ґрунту, що перевищує допустимі рівні у сотні і тисячі разів. Такі території не можна використовувати як сільськогосподарські угіддя без попереднього їх оздоровлення. Землі, розташовані вздовж шляхів, значною мірою забруднені свинцем, що міститься в антидетонаційних присадках до бензину, а з продуктами згоряння дизельного палива, мастильними матеріалами в довкілля надходять кадмій і цинк.

Найбільше забруднені ґрунти на відстані 7 - 10 м від автошляху, а в зоні 30 - 80 м відмічається зниження врожайності і різке погіршення якості сільськогосподарської продукції.

Забрудниками ґрунтів є також мінеральні добрива, пестициди і хімічні меліоранти, в яких містяться великі кількості баластних речовин, у тім числі токсичні елементи і сполуки. У фосфорних добривах містяться такі важкі метали, як мідь, цинк, кадмій, свинець, нікель, хром. Азотні й калійні добрива забруднені важкими металами меншою мірою. Небезпечним для ґрунту є систематичне використання як добрив осадів стічних вод, забруднених важкими металами. Стічні води шкіряних, годинникових та інструментальних заводів істотно забруднені хромом, підприємств електронної промисловості - кадмієм, великих міст із розвиненим автотранспортом - свинцем.

Забруднення рослин важкими металами значною мірою залежить від валового вмісту їх у ґрунті. Фоновий вміст хімічних речовин у ґрунті - це вміст, який відповідає його природному хімічному складу. За валового вмісту забруднювальної речовини у ґрунті (в тім числі важких металів), що перевищує гранично допустимі рівні, визначають рухому форму цієї забруднювальної речовини, оскільки власне рухомі форми становлять реальну загрозу для екосистем.

Важливе значення для ліквідації наслідків забруднення ґрунтів важкими металами мають запобіжні заходи, що базуються на вдосконаленні технологій виробництва, в тім числі правильному застосуванні агрохімікатів. Вже наявне забруднення ліквідують за допомогою матеріалів, які зв'язують важкі метали в недоступні для рослин форми (органічні і мінеральні добрива, цеоліти, вапняки, синтетичні смоли та ін.). Рекомендується також вирощувати культури, толерантні до забруднення або призначені для задоволення технічних потреб.

На сильно забруднених територіях практикують видалення забрудненого шару ґрунту з наступним вилученням важких металів. Внесення в ґрунт солей заліза поліпшує його фізичний стан: відбувається агрегатування ґрунтів за рахунок клеючого ефекту залізогуматних комплексів.

Після завершення очищення проводять комплексне окультурення ґрунту; вносять органічні і мінеральні добрива, вапнують, внаслідок чого компенсуються втрати біогенних компонентів при промиванні. Дешевший спосіб рекультивації ґрунтів - внесення речовин-інактиваторів (іонообмінні смоли), які утворюють з металами хелатні сполуки з добрими в'яжучими властивостями. їх застосовують у кислотній або сольовій формі; вносять у ґрунт у вигляді порошку або гранул у дозах, які визначаються рівнем забруднення. Так, натрієва форма катіоніту необмінно вбирає близько 95 % свинцю.

Основою хімічних меліорацій також є процес переведення важких металів у недоступну для рослин форму здебільшого зміною реакції середовища, що досягається вапнуванням. За нейтрального середовища в ґрунті утворюються колоїди гідроксидів важких металів. Найбільший ефект виявляється в разі сумісного внесення вапна і мінеральних добрив, оскільки останні компенсують негативну дію надлишку важких металів, а вапнування забезпечує утворення менш рухливих сполук металів (карбонатів, фосфатів, гідроксидів) і, як наслідок, значне зменшення вмісту цих елементів у рослинах.

Рухливість важких металів значною мірою знижують органічні добрива, які утворюють з ними слабкорозчинні органо-мінеральні сполуки.

Для зниження фітотоксичності важких металів можна використовувати природні цеоліти, які мають не тільки сорбційні властивості, ай забезпечують рослини елементами живлення і поліпшують структуру ґрунту.

Значне місце відводиться самим рослинам. Так, за ступенем зменшення стійкості до токсичної дії важких металів рослини можна розмістити в такий ряд: трави, злакові зернові, картопля, цукрові буряки.

За однакового вмісту свинцю в ґрунті (1000 мг/кг) картопля і томати мало накопичують цього елемента, а морква і редиска акумулюють його в кількостях, що в 1,5-2 рази перевищують гранично допустимі рівні. Особливо небажано вирощувати на забруднених ґрунтах листкові овочі - салат, шпинат, щавель, цибулю та ін. Не слід використовувати їх і для вирощування кормових культур, оскільки тваринам згодовують ті частини рослин і в тій фазі розвитку, коли в них накопичується особливо багато металів.

Дата добавления: 2014-01-06