Îndepărtarea biologică a metalelor grele și a radionuclizilor. Metalele grele sunt cele mai periculoase elemente care pot polua solul.
UDC 546.621.631
PURIFICAREA SORBITĂRII SOLURILOR DIN METALELE GRE1
A.I. Vezentsev, M.A. Trubitsyn,
L.F. Goldovskaya-Peristaya, N.A. Volovicheva
Belgorodsky universitate de stat, 308015, Belgorod, str. Pobeda, 85
Sunt prezentate rezultatele unui studiu asupra capacității argilelor din regiunea Belgorod de a absorbi ionii de Pb (II) și Cu (II) din apă și extracte de sol tampon. În timpul experimentului a fost stabilit raportul optim argilă:sol, la care îndepărtarea metalelor grele din sol este cea mai eficientă.
Cuvinte cheie: sorbenti de argila, sol, activitate de sorbtie, montmorillonit, metale grele.
Utilizarea industrială a metalelor grele este foarte diversă și răspândită. De aceea, fitotoxicitatea și acumularea dăunătoare în sol sunt de obicei observate în apropierea întreprinderilor. Metalele grele se acumulează în orizonturile superioare de humus ale solului și sunt îndepărtate lent prin levigare, consum de plante și eroziune. Humusul și condițiile alcaline ale solului favorizează absorbția metalelor grele. Toxicitatea metalelor grele precum cuprul, plumbul, zincul, cadmiul etc. pentru culturile agricole din conditii naturale se exprimă într-o scădere a randamentului culturilor comerciale în câmp.
Există mai multe metode de remediere a solurilor contaminate cu metale grele și alți poluanți:
Îndepărtarea stratului contaminat și îngroparea acestuia;
Inactivarea sau reducerea efectului toxic al poluanților folosind rășini schimbătoare de ioni, substanțe organice care formează compuși chelați;
Vararea, aplicarea de îngrășăminte organice care absorb poluanții și reduc intrarea acestora în plante.
Aplicație îngrășăminte minerale(de exemplu, fosfatul, reduce efectele toxice ale plumbului, cuprului, zincului, cadmiului);
Culturi care sunt rezistente la poluare.
În prezent, în practica mondială, pentru rafinarea ecologică a solurilor fertile se folosesc din ce în ce mai mult adsorbanții minerali aluminosilicați: diverse argile, zeoliți, roci care conțin zeoliți etc., care se caracterizează prin capacitate mare de absorbție, rezistență la influențele mediului și pot servi ca purtători excelente pentru fixarea pe suprafața diferiților compuși în timpul modificării lor.
Materiale și metode de cercetare
Această lucrare este o continuare a studiilor efectuate anterior asupra argilelor din districtul Gubkinsky din regiunea Belgorod, ca potențiali absorbanți pentru purificarea solurilor fertile de metale grele.
1 Lucrarea a fost susținută de un grant de la Fundația Rusă pentru Cercetare de bază, proiect Nr. 06-03-96318.
În această lucrare, au fost utilizate ca adsorbanți argile din formațiunea Kiev a zăcământului Sergievsky din regiunea Gubkinsky, diferite în compoziția materialului și proprietăți: K-7-05 (stratul mijlociu) și K-7-05 SW (stratul inferior). . Probele de sol K-8-05 și nr. 129, selectate pe teritoriul regiunii industriale Gubkinsko-Starooskolsky, au fost folosite ca obiecte de curățare. Studiile preliminare au arătat că argilele zăcămintei Sergievskoye absorb bine ionii de cupru și plumb din soluțiile apoase model. Prin urmare, au fost efectuate studii suplimentare cu apă și extracte tampon din sol.
Extractul apos a fost preparat conform metodelor standard. Esența metodei este extragerea sărurilor solubile în apă din sol cu apă distilată la un raport sol-apă de 1:5. Concentrația ionilor metalici a fost determinată prin metoda fotocolorimetrică pe un dispozitiv KFK-3-01 folosind metodele adecvate pentru fiecare metal.
Extractul tampon din sol a fost preparat conform metodei standard a Institutului Central de Servicii Agrochimice agricultură(TsINAO) folosind o soluție tampon de acetat de amoniu cu un pH de 4,8. Acest extractant a fost adoptat de serviciul agrochimic pentru a extrage microelementele disponibile plantelor. Concentrația inițială a formelor mobile de cupru și plumb disponibile plantelor în extractul tampon a fost determinată prin spectrometrie de absorbție atomică.
Absorbția ionilor de cupru și plumb a fost efectuată la o temperatură constantă (20 °C), în condiții statice timp de 90 de minute. Raportul sorbant: sorbat a fost: 1: 250; 1:50; 1:25; 1:8 și 1:5.
Discuția rezultatelor
Un studiu al extractului apos, care a fost preparat timp de 4 ore, a arătat că concentrația de compuși de cupru solubili în apă este nesemnificativă și se ridică la 0,0625 mg/kg (în termeni de ioni de Cu2). Nu au fost detectați compuși de plumb solubili în apă.
Concentrația inițială a ionilor de metale grele în extractele tampon din sol a fost: pentru sol K-8-05: Cu2+ 2,20 mg/kg, Pb2+ 1,20 mg/kg; pentru solul nr. 129: Cu2+ 4,20 mg/kg, Pb2+ 8,30 mg/kg.
Rezultatele determinării gradului de epurare a solului K-8-05 cu argile K-7-05 (stratul mijlociu) și K-7-05 SW (stratul inferior) sunt prezentate în Tabelul 1.
Tabelul 1
Gradul de purificare a extractului tampon din sol K-8-05, masa, %
Sorbent: raport de sorbat Argilă K-7-05 (stratul mijlociu) Argilă K-7-05 SW (stratul inferior)
Cu2+ Pb2+ Cu2+ Pb2+
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
Rezultatele prezentate în Tabelul 1 arată că, odată cu creșterea raportului sorbant:sorbat de la 1:250 la 1:5, gradul de purificare a extractului tampon din ionii de cupru cu argilă K-7-05 crește de la 45,5 la 95,5% , iar din ionii de plumb - de la 33,3 la 83,3%.
Gradul de purificare a extractului tampon cu argilă K-7-05 YuZ cu aceeași creștere a raportului a crescut de la 54,5 la 95,5% (pentru Cu2+) și de la 33,3 la 83,3% (pentru Pb2+).
Pentru informația dumneavoastră, concentrația inițială a ionilor de cupru a fost mai mare decât cea a ionilor de plumb. În consecință, purificarea extractului tampon din ionii de cupru cu aceste argile este mai eficientă decât din ionii de plumb.
Tabelul 2
Gradul de purificare a extractului tampon din sol nr. 129 cu argilă K-7-05 (stratul mijlociu), greutate. %
Sorbent: raport de sorbat Cu2+
1: 250 39,3 66,7
Notă: experimentul nu a fost realizat cu argilă K-7-05 SW din cauza lipsei unei cantități suficiente de probă.
Rezultatele prezentate în tabelul 2 arată că gradul de purificare a extractului tampon din solul nr. 129 cu argilă K-7-05 cu o creștere a raportului sorbant:sorbat de la 1:250 la 1:5 crește de la 39,3 la 93,0 % (pentru ionii de cupru) și de la 66,7 la 94,0% (pentru ionii de plumb).
De remarcat că în acest sol concentrația inițială a ionilor de cupru a fost mai mică decât cea a ionilor de plumb. Prin urmare, putem presupune că eficiența purificării din ionii de cupru a acestui sol nu este mai slabă decât cea a solului K-8-05.
Pentru a clarifica mecanismul de sorbție a metalelor grele, am evaluat compoziția și starea complexului de schimb ionic al rocilor argiloase din regiunea Belgorod. Sa constatat că capacitatea de schimb cationic a probelor studiate variază de la 47,62 la 74,51 meq/100 g argilă.
A fost efectuat un studiu cuprinzător al proprietăților acido-bazice ale argilelor. Determinarea acidității active a confirmat că toate argilele sunt de natură alcalină. În același timp, pH-ul extractului de sare din aceleași probe este în intervalul 7,2-7,7, ceea ce indică faptul că aceste argile au o anumită cantitate de aciditate schimbabilă. Cantitativ, această valoare este de 0,13-0,22 mmol-eq/100 g argilă și se datorează conținutului nesemnificativ de protoni schimbabili suficient de mobili. Cantitatea de baze schimbabile variază într-un interval destul de larg de 19,6 - 58,6 mmol-eq/100 g de argilă. Luând în considerare datele obținute, s-a formulat o ipoteză că capacitatea de sorbție a probelor de argilă studiate pentru metale grele este determinată în mare măsură de procese de schimb ionic.
Din munca depusă se pot trage următoarele concluzii.
Odată cu o creștere a raportului sorbant: sorbat de la 1: 250 la 1: 5, gradul de purificare a solului crește: de la 40 la 95% (pentru ionii de cupru) și de la 33 la 94% (pentru ionii de plumb) când se utilizează argilă din depozitul Sergievskoe (K-7-05) ca sorbant.
Argilele studiate sunt un sorbant mai eficient față de ionii de cupru decât cu ionii de plumb.
S-a stabilit că raportul optim argilă:sol este de 1:5. Cu acest raport, gradul de purificare a solului este:
Pentru ionii de cupru aproximativ 95% (greutate)
Pentru ionii de plumb aproximativ 83,% (greutate)
Referințe
1. Bingham F.T., Costa M., Eichenberger E. Unele probleme de toxicitate a ionilor metalici. - M.:Mir, 1993. - 368 p.
2. Galiulin R.V., Galiulina R.A. Fitoextracția metalelor grele din soluri contaminate // Agrochimie - 2003. - Nr. 3. - P. 77 - 85.
3. Alekseev Yu.V., Lepkovich I.P. Cadmiul și zincul în plantele fitocenozelor de luncă // Agrochimie - 2003. - Nr. 9. - P. 66 - 69.
4. Dayan U., Manusov N., Manusov E., Figovsky O. Despre lipsa de interdependență între factorii abiotici și antropoeici /// International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology ISJAEE, 2006.-Nr. 3(35). - P. 34 - 40.
5. Vezentsev A.I., Goldovskaya L.F., Sidnina N.A., Dobrodomova E.V. Zelentsova E.S. Determinarea dependențelor cinetice ale sorbției ionilor de cupru și plumb de către rocile din regiunea Belgorod // Buletine științifice ale BelSU. Seria Științe ale naturii - 2006. - Nr. 3 (30), numărul 2. - P.85-88
6. Goldovskaya-Peristaya L.F., Vezentsev A.I., Sidnina N.A., Zelentsova E.S. Studiul conținutului brut și al conținutului formelor mobile de cadmiu în solurile regiunii industriale Gubkinsky-Starooskolsky // Buletine științifice ale BelSU. Seria „Științele naturii” - 2006. - Nr. 3(23), numărul 4. - P.65-68.
7. Orientări privind determinarea metalelor grele în solurile terenurilor agricole și a produselor agricole - M.: TsINAO, 1992.-61p.
8. Controlul de stat al calității apei. - M.: IPK. Editura de standarde, 2001. - 690 p.
PURIFICAREA SOLURILOR DIN METALE GRELE A.I. Vesentsev, M.A. Troubitsin, L.F. Goldovskaya-Peristaya, N.A. Volovicheva
Universitatea de Stat din Belgorod, Str. Pobeda nr. 85, Belgorod, 308015 vesentsev@bsu. edu. ru
Sunt prezentate rezultatele cercetării capacității argilelor din regiunea Belgorod de a absorbi ionii Pb (II) și Cu (II) din apă și extracte de sol tampon. În timpul experimentului se stabilește raportul optim argilă: măcinat cu cea mai eficientă purificare de metale grele.
Cuvinte cheie: adsorbanți de argilă, sol, activitate de sorbție, montmorillonit, metale grele.
Când solurile și vegetația sunt contaminate cu metale grele, se folosesc următoarele tehnici::
1) Limitarea pătrunderii metalelor grele în sol. Atunci când planificați utilizarea îngrășămintelor, amelioratorilor, pesticidelor și nămolurilor de epurare, este necesar să se țină seama de conținutul de metale grele din acestea și de capacitatea tampon a solurilor utilizate. Restricțiile de doză din cauza cerințelor de mediu sunt o conditie necesara ecologizarea agriculturii.
Pătrunderea metalelor grele în plante poate fi redusă prin modificarea regimului nutrițional, prin crearea competiției pentru intrarea în rădăcini a substanțelor toxice și a cationilor de îngrășăminte și prin precipitarea metalelor grele în rădăcini sub formă de sedimente puțin solubile.
2) Îndepărtarea metalelor grele dincolo de stratul rădăcină se realizează prin următoarele metode:
Îndepărtarea stratului contaminat de sol;
Umplerea stratului contaminat cu pământ curat;
Cultivarea culturilor care absorb HM-urile și îndepărtarea materiei vegetale a acestora din câmp;
Prin spălarea solurilor cu apă și compuși solubili în apă (de obicei organici) care formează compuși complecși solubili în apă cu metale grele, ca liganzi organici se folosesc produse din deșeurile agricole;
Spălarea solurilor cu o soluție de leșiere a HM-urilor din orizonturile superioare la o adâncime de 70-100 cm și apoi depunerea lor la această adâncime sub formă de sedimente slab solubile (datorită spălării ulterioare a solurilor cu reactivi care conțin anioni care formează sedimente). cu metale grele).
3) Legarea metalelor grele din sol în compuși cu disociere scăzută. Reducerea pătrunderii metalelor grele în plante se poate realiza prin precipitarea acestora în sol sub formă de sedimente de carbonați, fosfați, sulfuri și hidroxizi; cu formarea de compuși complecși cu disociere scăzută cu greutate moleculară mare. În cel mai bun mod O metodă care asigură o reducere semnificativă a conținutului de metale grele din plante este aplicarea combinată de gunoi de grajd și var. Cele mai eficiente măsuri care conduc la reducerea mobilității plumbului în sol este argilă (aplicarea zeolitului) și aplicarea în comun de var și îngrășăminte organice. Utilizarea unui complex complet de amelioratori chimici (îngrășăminte organice și minerale, var și materie organică) reduce conținutul de metale polivalente din sol cu 10-20%.
4) Sisteme adaptative de agricultură peisagistică ca factor de optimizare situația de mediu când solurile sunt contaminate cu metale grele.
Diverse tipuri iar soiurile de culturi acumulează cantități inegale de HM în produsele vegetale. Acest lucru se datorează selectivității sistemelor radiculare ale plantelor individuale față de acestea și particularității proceselor lor metabolice. HM se acumulează într-o măsură mai mare în rădăcini, mai puțin în masa vegetativă și organele generatoare. În același timp, anumite grupuri de culturi acumulează selectiv anumite substanțe toxice. Selectarea culturilor pentru cultivare pe soluri cu un anumit grad și natură de poluare este cea mai simplă, cea mai ieftină și cea mai într-un mod eficient optimizarea folosirii solurilor contaminate.
Fitoremediere
Microorganismele nu sunt capabile să elimine metalele grele dăunătoare sănătății umane (arsen, cadmiu, cupru, mercur, seleniu, plumb, precum și izotopii radioactivi de stronțiu, cesiu, uraniu și alți radionuclizi din sol și apă. Plantele sunt capabile să extragă din sol. mediul înconjurător și se concentrează în țesuturile lor, diverse elemente nu alcătuiesc masa vegetală. munca speciala colectează și arde, iar cenușa rezultată este fie îngropată, fie folosită ca materii prime secundare.
S-a numit metoda de curățare a mediului cu ajutorul plantelor fitoremediere– din grecescul „phyton” (plantă) și latinescul „remedium” (a restaura).
Fitoremediere- un set de metode de purificare a apei, a solului și a aerului atmosferic folosind plante verzi.
Poveste
Primele metode simple de tratare a apelor uzate - câmpuri de irigare și câmpuri de filtrare - s-au bazat pe utilizarea plantelor.
Primele studii științifice au fost efectuate în anii 50 în Israel, dar dezvoltarea activă a tehnicii a avut loc abia în anii 80 ai secolului XX.
Planta afectează mediul înconjurător în moduri diferite, principalele:
rizofiltrare - rădăcini absorbi apa și elementele chimice necesare vieții plantelor;
fitoextracție - acumularea de contaminanți periculoși în corpul plantei (de exemplu, metale grele);
· fitovolatilizarea - evaporarea apei și a elementelor chimice volatile (As, Se) de către frunzele plantei;
fitotransformare:
1. fitostabilizare - transferul compușilor chimici într-o formă mai puțin mobilă și activă (reduce riscul răspândirii poluării);
2. fitodegradarea - degradarea de către plante și microorganisme simbiotice a părții organice a poluării;
· fitostimulare - stimularea dezvoltării microorganismelor simbiotice care participă la procesul de curățare. Microorganismele joacă rolul principal în degradarea contaminanților. Planta este un fel de biofiltru, creându-le un habitat (oferirea accesului la oxigen, afânarea solului. În acest sens, procesul de curățare are loc și în afara sezonului de vegetație (în perioada non-vară) cu activitate ușor redusă.
Utilizarea de noi metode de curățare a solurilor urbane de metale grele
V.I. Savich, doctor în științe agricole, profesor, S.L. Belopuhov, doctor în științe agricole, profesor, D.N. Nikitochkin, candidat la științe agricole, Universitatea Agrară de Stat din Rusia - Academia Agricolă din Moscova numită după. K.A. Timiryazev; A.V. Filippova, doctor în biologie, profesor, Universitatea Agrară de Stat din Orenburg
Poluarea solurilor urbane reduce calitatea vieții populației, întrucât particulele de praf transportate de vânt pătrund în corpul uman, ducând la probleme de sănătate. Filtrarea poluanților, sau acumularea acestora, depinde de proprietățile solului și de saturația acestuia cu poluanți. În comunitatea științifică au fost discutate probleme de curățare a solurilor urbane, s-au propus măsuri pentru schimbarea periodică a solurilor urbanizate, utilizarea micropreparatelor care leagă metalele grele etc. De menționat că orice cercetare care poate îmbunătăți calitatea solurilor urbane își are locul.
Purificarea biologică a solurilor urbane de metale grele are propriile sale caracteristici. Curățarea solurilor urbane de metale grele poate fi efectuată prin îndepărtarea acestora din sol de către plante verzi. În același timp, pentru o dezvoltare mai îmbunătățită a procesului, este necesară selectarea condițiilor de creștere și a speciilor de plante. Diferitele plante au rezistență diferită la anumite tipuri de poluare, care este determinată de caracteristicile proceselor metabolice care au loc în ele. Deci, potrivit lui E.M. Ivanova și colab., când au comparat rezistența la sulfatul de cupru a trei ierburi - iarbă de cristal, trifoi de luncă și rapiță - trifoiul a prezentat cea mai mare rezistență. În același timp, toxicitatea cuprului pentru plante a fost determinată în mare măsură de capacitatea sa de a se lega de grupele de proteine BN și de a-și schimba cu ușurință starea redox, generând specii reactive de oxigen și provocând o stare de stres oxidativ.
Scopul și metodologia cercetării. La studierea posibilităților de fitoremediere, au fost efectuate experimente pentru a studia posibilitățile de îndepărtare a metalelor grele de către plante.
În experimentul nr. 1, scopul studiului a fost identificarea influenței compoziției solului asupra dezvoltării plantelor cultivate pe acesta, îndepărtarea anumitor elemente (μn, Fe, Mn, Mg) cu plante și evaluarea plantelor. care acumulează maxim și acumulează minim diverse microelemente. Componentele solurilor studiate au fost nisip cuarțos, turbă, zeolit impregnat cu o soluție NPK, sol sod-podzolic (luat dintr-un parc forestier din Moscova), sol contaminat cu diverse substanțe toxice (luat de pe marginea drumului). Pe solurile rezultate au fost cultivate plante de nasturel, ridichi, iarba de luncă și păstuc.
roșu timp de 1-1,5 luni. Apoi, răsadurile rezultate au fost analizate folosind date de analiză chimică (conținutul elementelor mangan, zinc, magneziu, fier), precum și date privind lungimea tulpinilor și rădăcinilor răsadurilor crescute (valorile pH-ului studiat solurile au variat de la 6,4 la 7,1).
Rezultatele cercetării. Dezvoltarea maximă a tulpinilor s-a observat în varianta care conține 10 g zeolit, 30 g turbă, 30 g nisip și 30 g sol contaminat. Opțiunile cele mai favorabile pentru formarea masei, lungimea tulpinilor și rădăcinilor diferă. Acest lucru se datorează aparent atât prezenței diferitelor substanțe de creștere în variante, cât și formării unui ansamblu de proprietăți fizico-chimice, ape-fizice, structural-chimice ale solurilor favorabile pentru diferite procese individuale.
Cea mai bună dezvoltare a plantelor din punct de vedere al greutății s-a observat în varianta care conține 25 g turbă, 25 g zeolit, 25 g nisip și 25 g sol contaminat. În același timp, optimul pentru dezvoltarea diferitelor plante este observat pe diferite soluri.
Îndepărtarea zincului din sol datorită recuperării biologice este prezentată în Tabelul 1.
Îndepărtarea zincului din sol depinde de compoziția solului și de plantele cultivate. Cultura cu o masă vegetativă mai mare a avut un randament mai mare. Evident, hrănirea plantelor cu nutrienți va crește eliminarea metalelor grele de către plante. În același timp, fescue și bluegrass au prezentat cea mai mare eliminare a mg de zinc per plantă. Îndepărtarea zincului în soluri cu adaos de turbă a fost de 46,5 + 13,4 mg/vas, iar în solurile fără turbă - 38,4 + 14,0.
Îndepărtarea maximă a zincului din solurile contaminate (mg/vas) a fost realizată de ridichi, cea minimă - de salată verde (Tabelul 2).
1. Îndepărtarea zincului din sol de către culturi individuale (n = 8)
Cultură Îndepărtarea zincului
mg/vas 100 mg/g plantă 100
Nasturel 16,5±4,7 50,0
Ridiche 109,2±28,7 67,0
Bluegrass 22,3±5,6 82,6
Fescue 32,6±8,5 90,5
2. Îndepărtarea zincului de către plante, mg/vas 102
Opțiune Plante
salată ridiche bluegrass fescue
zeolit > 10% (opțiunea 1) 7,7±6,4 75,5±3,7 18,9±2,2 42,3±26,9
zeolit< 10% (вариант 2 и 4) 15,4±6,5 112,8±39,9 20,9±6,8 22,0±4,7
Introducerea zeolitului în sol cu peste 10% (25%) comparativ cu aplicarea zeolitului 10% a condus la legarea zincului în sol și la o îndepărtare mai mică a zincului de către plantele de salată și ridichi (mg/vas) (pentru bluegrass și fescue diferențele nu sunt semnificative).
În experimentul nr. 2, a fost studiată îndepărtarea plumbului, cadmiului, fierului și zincului din sol de către puieții de măzică și ovăz. Obiectele de studiu au fost soluri contaminate. Pentru a crește mobilitatea metalelor grele în sol, probele au fost umplute cu 0,001 m EDTA până la 60% PV, apoi răsadurile au fost crescute pe ele timp de 10 zile. La sfârșitul perioadei de creștere, metalele grele au fost extrase din răsad cu HC1 0,1 N și apoi determinate folosind un spectrofotometru de absorbție atomică. Conform datelor obținute, îndepărtarea metalelor grele din sol de către plante a fost diferită pentru sol diferite niveluri poluare, după cum se poate observa din tabelul 3.
3. Îndepărtarea metalelor grele de către plante
Gradul de contaminare Eliminare, mg/100 g
Slab Creștere 0,85±0,38 1,95±0,55 2,9±0,81 6,7±2,8 6,1±1,9 21,4±5,4 74±±63
4. Îndepărtarea metalelor grele din sol prin răsaduri de măzică și ovăz (mg/100 g de plante)
Răsaduri Pb Cd Fe Zn
Vika 1,0±0,4 7,1±2,5 8,5±3,1 2,9±1,0
Ovăz 0,7±0,2 3,0±1,0 11,4±3,8 2,1±0,6
Măzicul și ovăzul diferă prin capacitatea lor de a extrage metale grele din sol.
Judecând după datele obținute, măzicul a îndepărtat mai mult plumb, cadmiu și zinc din sol, iar ovăzul a îndepărtat mai mult fier.
O serie de experimente au arătat că purificarea solurilor urbane din forme mobile de metale grele poate fi realizată nu numai cu utilizarea de absorbanți, cu precipitarea metalelor grele sub formă de sedimente puțin solubile, cu utilizarea electroreclamării de solurilor, și cu mare succes cu ajutorul fitoobiectelor. Este evident că îndepărtarea metalelor grele din sol de către plante (sau microorganisme, ciuperci) depinde de gradul de mobilitate a substanțelor toxice din sol și crește atunci când se creează condițiile pentru dezvoltarea intensivă a plantelor. Deoarece diferite plante pot rezista atât la o anumită natură, cât și la un grad de poluare, atunci pt tratament biologic ar trebui selectate solurile urbane din metale specifice și condițiile selective pentru extracția lor (inclusiv schimbarea proprietăți fizice și chimice solurile și selecția culturilor amelioratoare).
Într-unul dintre experimente, dezvoltarea răsadurilor a fost studiată pe probe de sol prelevate în diferite zone ale Moscovei. Valoarea pH-ului suspensiei apoase a fost determinată în probe; Au fost evaluate lungimea rădăcinilor și tulpinilor răsadurilor și greutatea acestora. Cultivarea plantelor la
umiditatea optimă a durat 10 zile. Datele obținute sunt prezentate în Tabelul 5.
5. Dezvoltarea puieților pe soluri ale parcurilor și zonelor puternic poluate
Regiunea Massa Rădăcini Tulpini
MKAD, t. 1 Pătrate, t 6, 8 0,8 1,7±0,1 2,7 5,2±1,2 7,3 11,6±1,5.
După cum se poate observa din datele prezentate, pe solurile puternic poluate din apropierea șoselei de centură a Moscovei, plantele s-au dezvoltat mult mai rău decât în parcurile orașului.
Din punct de vedere teoretic, adăugarea unei soluții nutritive în sol ar trebui să îmbunătățească dezvoltarea plantelor, iar adăugarea de plumb în sol, dimpotrivă, ar trebui să înrăutățească dezvoltarea acestora. În experiment, s-au adăugat o soluție nutritivă și Pb(CH3COO)2 conform variantelor.
Adăugarea de plumb la solurile contaminate a dus la inhibarea completă a plantelor, iar în solurile grădinilor publice a redus greutatea acestora și a scurtat lungimea rădăcinilor și tulpinilor. În același timp, adăugarea unei soluții nutritive în sol a îmbunătățit dezvoltarea plantelor pe soluri contaminate și aproape că nu a schimbat dezvoltarea pe solurile grădinilor publice.
În următorul experiment, a fost evaluat efectul asupra conținutului de metale grele din solul plantelor de măzică, raigrass și muștar alb. În ciuda faptului că plantele au absorbit o anumită cantitate de metale grele din sol, conținutul formelor lor mobile în sol nu a scăzut din cauza eliberării de complexe de către plante prin sistemul radicular și a influenței produselor de descompunere a reziduurilor organice asupra mobilitatea metalelor grele.
Teoretic, atunci când se adaugă KNO3 în sol (la udarea solului), dezvoltarea plantelor ar trebui să se îmbunătățească și, prin urmare, eliminarea metalelor grele din sol ar trebui să crească. Totuși, aceasta va crește și puterea ionică a soluției și, în consecință, solubilitatea precipitatelor. Va crește și influența plantelor asupra solubilității sedimentelor din sol. În legătură cu cele de mai sus, conținutul brut de metale grele din sol în timpul unei astfel de refaceri biologice ar trebui să scadă, iar conținutul de forme mobile poate crește. Procese similare apar atunci când solurile sunt irigate cu EDTA (complexon pentru metale polivalente). Cu toate acestea, acest reactiv nu este o sursă de nutriție a plantelor, iar efectul său asupra solubilității sedimentelor este mai mare decât KNO3 și mai puțin asupra dezvoltării plantelor. Tiparele teoretice luate în considerare sunt ilustrate de datele din Tabelul 6.
Astfel, este posibil diverse moduriîndepărtarea formelor mobile de metale grele din stratul superior al solului, a căror prioritate de utilizare este determinată de sol specific, condiții litologice, hidrologice și oportunități economice. în plus
6. Efectul adăugării de KIO, EDTA în sol și plante în creștere asupra conținutului de forme mobile de metale grele din sol (n=10-30)
Opțiunile C<1 Си Ми
Yugo vetch3 EDTA Iarbă de secară Muștar alb KZh)3 + măzărică + roșu + muștar EDTA + măzică + raigras + muștar 1,10±0,21 0,95±0,10 0,81±0D0 0,78±0D9 1,20±0,18,0 ± 0,18,0 ± 0,18.0 .51±0,16 0,0 0,0 0,90±0,11 0,55±0,06 3,60 ±0,4 0,79±0,16 1,17±0,53 0,70±0,16 3,90±1D 2,72±0,8 3,60±1,1 1,70±0,5 ±0,5 ±0,5 ±0,5 18,3 332,1±38,9 230,7±43,2 237,5±36,5 212,7±35,1 113, 8±42,3 72,4±31,0 373,5±77,2 332,0±67,1 77,9±31,7
La metodele cunoscute, din punctul nostru de vedere, este recomandabil să adăugăm următoarele:
1) levigarea metalelor grele cu soluții de complexoni la o anumită adâncime și apoi precipitarea lor acolo prin spălarea ulterioară a solului cu soluții care conțin carbonați, fosfați, având un mediu alcalin;
2) îndepărtarea din sol datorită fitoremedierii și absorbției metalelor grele de către ciuperci, creând în același timp condiții pentru o bioproductivitate mai mare a acestora;
3) reglarea constantelor de schimb în sistemul sol – rădăcină; rădăcini - partea supraterană a plantelor datorită regimului nutrițional;
4) utilizare pentru fitoremedierea speciilor și soiurilor de plante cu o capacitate de sorbție mai mare a rădăcinilor pentru metale grele;
5) utilizarea de absorbanți cu acțiune lungă pentru absorbția metalelor grele,
luarea în considerare a constantelor de echilibru din sistemul sol - metal greu și sorbent - metal greu;
6) reducerea pătrunderii metalelor grele în plante atunci când în sol se adaugă compuși de complexare din deșeurile agricole, formând cu metale complexe stabile de greutate moleculară mare;
7) electroreclamarea solurilor creând în același timp condiții pentru creșterea mobilității metalelor grele;
8) crearea de bariere geochimice în profilul solului care împiedică pătrunderea acestora în plante, migrarea în apele subterane și evaporarea din sol.
Alegerea strategiei atunci când se utilizează un set de măsuri de îmbunătățire a stării solurilor urbane, uneori numite soluri urbane, este posibilă numai prin efectuarea de calcule fizice și chimice și anticiparea proceselor în desfășurare pentru anumite soluri, plante și condiții de mediu.
Literatură
1. Kholodova V.P., Volkov K.S., Kuznetsov V.V. Adaptarea plantelor de iarbă cristalină la concentrații mari de săruri de cupru și zinc și posibilitatea utilizării acestora în scopuri de fitoremediere // Fiziologia plantelor. 2005. T. 52. S, 848-858.
2. Ivanova E.M., Volkov K.S., Kholodova V.P., Kuznetsov V.V. Noi plante promițătoare în fitoremedierea zonelor poluate cu cupru // Buletinul Universității RUDN. Seria „Agronomie și Zootehnie”. 2011. Nr 2. P. 28-37.
3. Clemens D. Acumularea de metale toxice. Răspunsuri la expunere și mecanisme de toleranță la plante, Biochem., 2006, v. 88, p. 1707-1719.
4. Kramer U. Hiper-acumularea metalelor în plante, Ann. Rev. Plant Biol., 2010, v. 10, p. 517-534.
5. Savich V.I., Belopukhov S.JI., Nikitochkin, Filippova A.V. Noi metode de curățare a solurilor de metale grele / Știrile Universității Agrare de Stat din Orenburg. 2013. Nr 4. S, 216-218.
Compoziția chimică a solurilor din diferite teritorii este eterogenă, iar distribuția elementelor chimice conținute în sol pe întreg teritoriul este inegală. De exemplu, fiind predominant într-o stare dispersată, metalele grele sunt capabile să formeze legături locale, unde concentrațiile lor sunt de multe sute și de mii de ori mai mari decât nivelurile clarke.
O serie de elemente chimice sunt necesare pentru funcționarea normală a organismului. Deficiența, excesul sau dezechilibrul lor pot provoca boli numite microelementoze 1 sau endemisme biogeochimice, care pot fi atât naturale, cât și produse de om. În distribuția lor, un rol important îl joacă apa, precum și produsele alimentare, în care intră elemente chimice din sol prin lanțurile trofice.
S-a stabilit experimental că procentul de HM din plante este influențat de procentul de HM din sol, atmosferă și apă (în cazul algelor). De asemenea, s-a observat că pe solurile cu același conținut de metale grele, aceeași cultură produce recolte diferite, deși au coincis și condițiile climatice. Apoi a fost descoperită dependența randamentului de aciditatea solului.
Cele mai studiate contaminari ale solului sunt cadmiul, mercurul, plumbul, arsenul, cuprul, zincul si manganul. Să luăm în considerare contaminarea solului cu aceste metale separat pentru fiecare. 2
Cadmiu (Cd)
Conținutul de cadmiu din scoarța terestră este de aproximativ 0,15 mg/kg. Cadmiul este concentrat în roci vulcanice (în cantități de la 0,001 la 1,8 mg/kg), metamorfice (în cantități de la 0,04 la 1,0 mg/kg) și sedimentare (în cantități de la 0,1 la 11,0 mg/kg). Solurile formate pe baza unor astfel de materiale inițiale conțin 0,1-0,3; 0,1 - 1,0 și, respectiv, 3,0 - 11,0 mg/kg cadmiu.
În solurile acide, cadmiul este prezent sub formă de Cd 2+, CdCl +, CdSO 4, iar în solurile calcaroase - sub formă de Cd 2+, CdCl +, CdSO 4, CdHCO 3 +.
Absorbția de cadmiu de către plante scade semnificativ atunci când solurile acide sunt calcarate. În acest caz, o creștere a pH-ului reduce solubilitatea cadmiului în umiditatea solului, precum și biodisponibilitatea cadmiului din sol. Astfel, conținutul de cadmiu din frunzele de sfeclă de pe solurile calcaroase a fost mai mic decât conținutul de cadmiu din aceleași plante pe soluri necalar. Un efect similar a fost demonstrat pentru orez și grâu -->.
Efectul negativ al creșterii pH-ului asupra disponibilității cadmiului este asociat cu o scădere nu numai a solubilității cadmiului în faza de soluție a solului, ci și a activității rădăcinilor, care afectează absorbția.
Cadmiul este destul de puțin mobil în sol, iar dacă pe suprafața sa se adaugă material care conține cadmiu, cea mai mare parte a acestuia rămâne neatinsă.
Metodele de îndepărtare a contaminanților din sol includ fie îndepărtarea stratului contaminat în sine, îndepărtarea cadmiului din strat, fie acoperirea stratului contaminat. Cadmiul poate fi transformat în compuși complecși insolubili prin agenți de chelare disponibili (de exemplu, acid etilendiaminotetraacetic). .
Din cauza absorbției relativ rapide a cadmiului din sol de către plante și a toxicității scăzute a concentrațiilor frecvente, cadmiul se poate acumula în plante și poate intra în lanțul trofic mai repede decât plumbul și zincul. Prin urmare, cadmiul prezintă cel mai mare pericol pentru sănătatea umană la introducerea deșeurilor în sol.
O procedură pentru reducerea la minimum a cantității de cadmiu care poate pătrunde în lanțul alimentar uman din solurile contaminate este de a cultiva culturi nealimentare sau culturi care absorb cantități mici de cadmiu în sol.
În general, culturile cultivate pe soluri acide absorb mai mult cadmiu decât cele cultivate pe soluri neutre sau alcaline. Prin urmare, calcararea solurilor acide este remediu eficient
reducerea cantității de cadmiu absorbit.
Mercur (Hg)
Mercurul se găsește în natură sub formă de vapori de metal Hg 0 formați în timpul evaporării sale din scoarța terestră; sub formă de săruri anorganice Hg(I) și Hg(II) și sub formă de compus organic de metilmercur CH 3 Hg +, derivați monometil și dimetil CH 3 Hg + și (CH 3) 2 Hg.
Mercurul se acumulează în orizontul superior (0-40 cm) al solului și migrează slab în straturile sale mai adânci. Compușii de mercur sunt substanțe de sol extrem de stabile. Plantele care cresc pe solul contaminat cu mercur absorb cantități semnificative de element și îl acumulează în concentrații periculoase sau nu cresc.
Aportul total de plumb în atmosferă (și, prin urmare, parțial în sol) din transportul auto în Rusia în 1996 a fost estimat la aproximativ 4,0 mii tone, inclusiv 2,16 mii tone contribuit de transportul de mărfuri. Sarcina maximă de plumb a avut loc în regiunile Moscova și Samara, urmate de regiunile Kaluga, Nijni Novgorod, Vladimir și alte entități constitutive ale Federației Ruse situate în partea centrală a teritoriului european al Rusiei și Caucazul de Nord. Cele mai mari emisii absolute de plumb au fost observate în regiunile Ural (685 t), Volga (651 t) și Siberia de Vest (568 t). Iar impactul cel mai negativ al emisiilor de plumb a fost observat în teritoriile Tatarstan, Krasnodar și Stavropol, Rostov, Moscova, Leningrad, Nijni Novgorod, Volgograd, Voronezh, Saratov și Samara (ziarul Green World, numărul special nr. 28, 1997).
Arsenic (As)
Arsenicul se găsește în mediuîntr-o varietate de forme stabile din punct de vedere chimic. Cele două stări principale de oxidare sunt As(III) și As(V). Arsenicul pentavalent este obișnuit în natură sub formă de o varietate de compuși anorganici, deși arsenul trivalent este ușor de detectat în apă, mai ales în condiții anaerobe.
Cupru(Cu)
Mineralele naturale de cupru din sol includ sulfați, fosfați, oxizi și hidroxizi. Sulfurile de cupru se pot forma în soluri slab drenate sau inundate unde apar condiții reducătoare. Mineralele de cupru sunt de obicei prea solubile pentru a rămâne în solurile agricole cu drenaj liber. În solurile contaminate cu metale, totuși, mediu chimic
poate fi controlat prin procese de neechilibru care conduc la acumularea de faze solide metastabile. Se presupune că covellita (CuS) sau calcopirita (CuFeS 2) pot fi prezente și în solurile restaurate contaminate cu cupru.
Complexitatea compoziției solului limitează capacitatea de a separa cantitativ compușii de cupru în forme chimice specifice. indică -->Prezența unei mase mari de conglomerate de cupru se găsește atât în substanțele organice, cât și în oxizii de Fe și Mn. Introducerea deșeurilor cu conținut de cupru sau a sărurilor anorganice de cupru crește concentrația compușilor de cupru în sol care pot fi extrași cu reactivi relativ blânzi; Astfel, cuprul poate fi prezent în sol sub formă de forme chimice labile. Dar elementul ușor solubil și înlocuibil - cuprul - formează o cantitate mică de forme capabile de absorbție de către plante, de obicei mai puțin de 5% din conținutul total de cupru din sol.
Toxicitatea cuprului crește odată cu creșterea pH-ului solului și când capacitatea de schimb cationic al solului este scăzută. Îmbogățirea cuprului prin extracție are loc numai în straturile de suprafață ale solului, iar culturile de cereale cu sisteme radiculare adânci nu suferă de acest lucru.
Mediul și nutriția plantelor pot influența fitotoxicitatea cuprului. De exemplu, toxicitatea cuprului pentru orezul de câmpie a fost observată în mod clar atunci când plantele au fost udate cu apă rece, mai degrabă decât cu apă caldă.
Cert este că activitatea microbiologică este suprimată în solul rece și creează acele condiții reducătoare în sol care ar facilita precipitarea cuprului din soluție.
Fitotoxicitatea cuprului apare inițial dintr-un exces de cupru disponibil în sol și este sporită de aciditatea solului. Deoarece cuprul este relativ inactiv în sol, aproape tot cuprul care intră în sol rămâne în straturile superioare. Adăugarea de substanțe organice în solurile contaminate cu cupru poate reduce toxicitatea datorită adsorbției metalului solubil de către substratul organic (în acest caz, ionii de Cu 2+ sunt transformați în compuși complecși mai puțin accesibili plantei) sau prin creșterea mobilității. a ionilor de Cu 2+ și leșierea acestora din sol sub formă de complecși organici solubili de cupru.
Zinc (Zn)
Zincul este înlocuit izomorf cu alți cationi din mineralele silicate și poate fi obturat sau coprecipitat cu mangan și hidroxizi de fier. Filosilicații, carbonații, oxizii metalici hidratați și compușii organici absorb bine zincul, folosind atât locuri de legare specifice, cât și nespecifice.
Solubilitatea zincului crește în solurile acide, precum și în timpul formării complexelor cu liganzi organici cu greutate moleculară mică. Condițiile reducătoare pot reduce solubilitatea zincului datorită formării de ZnS insolubil.
Fitotoxicitatea zincului apare de obicei atunci când rădăcinile plantelor intră în contact cu o soluție din sol care conține exces de zinc. Transportul zincului prin sol are loc prin schimb și difuzie, ultimul proces fiind dominant în solurile sărace în zinc. Transportul metabolic este mai semnificativ în solurile bogate în zinc, în care concentrațiile de zinc solubil sunt relativ stabile.
Mobilitatea zincului în sol crește în prezența agenților de chelare (naturali sau sintetici). Creșterea concentrației de zinc solubil cauzată de formarea de chelați solubili compensează scăderea mobilității cauzată de creșterea dimensiunii moleculare. Concentrațiile de zinc din țesutul plantelor, absorbția totală și simptomele de toxicitate sunt corelate pozitiv cu concentrația de zinc din soluția care scaldă rădăcinile plantelor.
Ionul Zn 2+ liber este absorbit predominant de sistemul radicular al plantelor, prin urmare formarea chelaților solubili promovează solubilitatea acestui metal în sol, iar această reacție compensează disponibilitatea redusă a zincului în formă chelatată.
Forma inițială de contaminare cu metal influențează potențialul de toxicitate cu zinc: disponibilitatea zincului pentru plantă în soluri fertilizate cu echivalent continut general a acestui metal scade în ordinea ZnSO 4 >nămol>compost de gunoi.
Majoritatea experimentelor de contaminare a solului cu nămol care conține Zn nu au arătat o scădere a randamentului sau fitotoxicitatea lor evidentă; cu toate acestea, introducerea lor pe termen lung cu de mare viteză
Zincul atinge niveluri toxice în solurile agricole de obicei din zinc de suprafață; de obicei nu pătrunde mai adânc de 15-30 cm Rădăcinile adânci ale anumitor culturi pot evita contactul cu excesul de zinc datorită amplasării lor în subsolul necontaminat.
Vararea solurilor contaminate cu zinc reduce concentrația acestuia din urmă în culturile de câmp. Adăugările de NaOH sau Ca(OH) 2 reduc toxicitatea zincului în culturile de legume cultivate pe soluri cu turbă bogată în zinc, deși în aceste soluri absorbția zincului de către plante este foarte limitată. Deficiența de fier cauzată de zinc poate fi eliminată prin adăugarea de chelați de fier sau FeSO 4 în sol sau direct pe frunze. Îndepărtarea fizică sau îngroparea stratului superior contaminat cu zinc poate evita cu totul efectele toxice ale metalului asupra plantelor.
Mangan
În sol, manganul se găsește în trei stări de oxidare: +2, +3, +4. În cea mai mare parte, acest metal este asociat cu minerale primare sau cu oxizi metalici secundari. În sol, cantitatea totală de mangan variază de la 500 la 900 mg/kg.
Solubilitatea Mn 4+ este extrem de scăzută; manganul trivalent este foarte instabil în sol. Majoritatea manganului din soluri este prezent sub formă de Mn 2+, în timp ce în solurile bine aerate cea mai mare parte a acestuia în fază solidă este prezentă sub formă de oxid, în care metalul se află în starea IV de oxidare; în solurile slab aerate, manganul este restabilit încet de mediul microbian și trece în soluția din sol, devenind astfel extrem de mobil.
Solubilitatea Mn 2+ crește semnificativ la valori scăzute ale pH-ului, dar absorbția de mangan de către plante scade.
Toxicitatea manganului apare adesea acolo unde nivelurile totale de mangan sunt moderate până la ridicate, pH-ul solului este destul de scăzut și disponibilitatea oxigenului din sol este scăzută (adică, există condiții de reducere). Pentru a elimina efectele acestor condiții, pH-ul solului trebuie crescut prin varare, trebuie depuse eforturi pentru îmbunătățirea drenajului solului, iar alimentarea cu apă trebuie redusă, de exemplu. îmbunătățește în general structura unui sol dat.
