การกำจัดโลหะหนักและนิวไคลด์กัมมันตรังสีทางชีวภาพ โลหะหนักเป็นองค์ประกอบที่อันตรายที่สุดที่สามารถก่อให้เกิดมลพิษในดินได้
UDC 546.621.631
การแยกบริสุทธิ์ของดินจากโลหะหนัก1
AI. Vezentsev, M.A. ทรูบิทซิน,
แอล.เอฟ. Goldovskaya-Peristaya, N.A. โวโลวิชวา
เบลโกรอดสกี้ มหาวิทยาลัยของรัฐ, 308015, เบลโกรอด, เซนต์. โปเบดา, 85
นำเสนอผลการศึกษาความสามารถของดินเหนียวในภูมิภาคเบลโกรอดในการดูดซับไอออน Pb (II) และ Cu (II) จากน้ำและสารสกัดจากดินบัฟเฟอร์ ในระหว่างการทดลอง เราได้กำหนดอัตราส่วนดินเหนียวต่อดินที่เหมาะสมที่สุด ซึ่งการกำจัดโลหะหนักออกจากดินมีประสิทธิภาพมากที่สุด
คำหลัก: ตัวดูดซับดินเหนียว ดิน ฤทธิ์การดูดซึม มอนต์มอริลโลไนต์ โลหะหนัก
การใช้โลหะหนักทางอุตสาหกรรมมีความหลากหลายและแพร่หลายมาก นั่นคือเหตุผลว่าทำไมจึงมักพบความเป็นพิษต่อพืชและการสะสมที่เป็นอันตรายในดินใกล้กับสถานประกอบการ โลหะหนักสะสมอยู่ในขอบฟ้าฮิวมัสตอนบนของดิน และถูกกำจัดออกอย่างช้าๆ โดยการชะล้าง การบริโภคโดยพืช และการกัดเซาะ สภาพดินที่เป็นฮิวมัสและด่างช่วยส่งเสริมการดูดซึมโลหะหนัก ความเป็นพิษของโลหะหนัก เช่น ทองแดง ตะกั่ว สังกะสี แคดเมียม เป็นต้น สำหรับพืชผลทางการเกษตรค่ะ สภาพธรรมชาติแสดงให้เห็นการลดลงของผลผลิตพืชผลเชิงพาณิชย์ในทุ่งนา
มีหลายวิธีในการฟื้นฟูดินที่ปนเปื้อนด้วยโลหะหนักและมลพิษอื่นๆ:
การกำจัดชั้นที่ปนเปื้อนและการฝังศพ
การยับยั้งหรือการลดผลกระทบที่เป็นพิษของสารมลพิษโดยใช้เรซินแลกเปลี่ยนไอออน สารอินทรีย์ที่ก่อตัวเป็นสารประกอบคีเลต
การปูนขาว การใช้ปุ๋ยอินทรีย์เพื่อดูดซับมลพิษและลดการเข้าสู่พืช
แอปพลิเคชัน ปุ๋ยแร่(เช่น ฟอสเฟต ลดพิษของตะกั่ว ทองแดง สังกะสี แคดเมียม)
การปลูกพืชที่ทนทานต่อมลภาวะ
ในปัจจุบันในทางปฏิบัติทั่วโลก สำหรับการกลั่นกรองระบบนิเวศของดินที่อุดมสมบูรณ์นั้นมีการใช้ตัวดูดซับแร่อะลูมิโนซิลิเกตมากขึ้น: ดินเหนียวต่าง ๆ ซีโอไลต์ หินที่มีซีโอไลต์ ฯลฯ ซึ่งโดดเด่นด้วยความสามารถในการดูดซับสูง ความต้านทานต่ออิทธิพลของสิ่งแวดล้อม และสามารถทำหน้าที่เป็น ตัวพาที่ดีเยี่ยมสำหรับการตรึงบนพื้นผิวของสารประกอบต่าง ๆ ในระหว่างการดัดแปลง
วัสดุและวิธีการวิจัย
งานนี้เป็นความต่อเนื่องของการศึกษาดินเหนียวที่ดำเนินการก่อนหน้านี้จากเขต Gubkinsky ของภูมิภาค Belgorod ในฐานะตัวดูดซับที่มีศักยภาพในการทำให้ดินอุดมสมบูรณ์บริสุทธิ์จากโลหะหนัก
1 งานนี้ได้รับการสนับสนุนจากทุนสนับสนุนจากมูลนิธิรัสเซียเพื่อการวิจัยขั้นพื้นฐาน โครงการหมายเลข 06-03-96318
ในงานนี้ ดินเหนียวของการก่อตัวของ Kyiv ของเงินฝาก Sergievsky ของภูมิภาค Gubkinsky ซึ่งมีองค์ประกอบวัสดุและคุณสมบัติของวัสดุที่แตกต่างกัน: K-7-05 (ชั้นกลาง) และ K-7-05 SW (ชั้นล่าง) ถูกนำมาใช้เป็นตัวดูดซับ . ตัวอย่างดิน K-8-05 และหมายเลข 129 ที่เลือกในอาณาเขตของเขตอุตสาหกรรม Gubkinsko-Starooskolsky ถูกนำมาใช้เป็นวัตถุทำความสะอาด การศึกษาเบื้องต้นแสดงให้เห็นว่าดินเหนียวของตะกอน Sergievskoye ดูดซับไอออนทองแดงและตะกั่วจากสารละลายในน้ำแบบจำลองได้ดี ดังนั้นจึงมีการศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับน้ำและสารสกัดบัฟเฟอร์จากดิน
เตรียมสารสกัดที่เป็นน้ำตามวิธีมาตรฐาน สาระสำคัญของวิธีนี้คือการสกัดเกลือที่ละลายน้ำได้จากดินด้วยน้ำกลั่นในอัตราส่วนดินต่อน้ำ 1:5 ความเข้มข้นของไอออนของโลหะถูกกำหนดโดยวิธีโฟโตคัลเลอร์ริเมตริกบนอุปกรณ์ KFK-3-01 โดยใช้วิธีการที่เหมาะสมสำหรับโลหะแต่ละชนิด
สารสกัดบัฟเฟอร์จากดินเตรียมตามวิธีมาตรฐานของสถาบันกลางบริการเคมีเกษตร เกษตรกรรม(TsINAO) โดยใช้สารละลายบัฟเฟอร์แอมโมเนียมอะซิเตตที่มีค่า pH เท่ากับ 4.8 สารสกัดนี้ถูกนำมาใช้โดยบริการเคมีเกษตรเพื่อสกัดองค์ประกอบขนาดเล็กที่มีอยู่ในพืช ความเข้มข้นเริ่มต้นของทองแดงและตะกั่วในรูปแบบเคลื่อนที่ที่มีอยู่ในพืชในสารสกัดบัฟเฟอร์ถูกกำหนดโดยอะตอมมิกแอบซอร์พชันสเปกโตรเมตรี
การดูดซับไอออนของทองแดงและตะกั่วถูกดำเนินการที่อุณหภูมิคงที่ (20 °C) ภายใต้สภาวะคงที่เป็นเวลา 90 นาที อัตราส่วนตัวดูดซับ: ซอร์เบตคือ: 1: 250; 1:50; 1:25; 1:8 และ 1:5
การอภิปรายผล
การศึกษาสารสกัดที่เป็นน้ำซึ่งเตรียมไว้เป็นเวลา 4 ชั่วโมง พบว่าความเข้มข้นของสารประกอบทองแดงที่ละลายน้ำได้ไม่มีนัยสำคัญและมีค่าเท่ากับ 0.0625 มก./กก. (ในรูปของ Cu2 ไอออน) ไม่พบสารประกอบตะกั่วที่ละลายน้ำได้
ความเข้มข้นเริ่มต้นของไอออนโลหะหนักในบัฟเฟอร์ที่สกัดจากดินคือ: สำหรับดิน K-8-05: Cu2+ 2.20 มก./กก., Pb2+ 1.20 มก./กก.; สำหรับดินหมายเลข 129: Cu2+ 4.20 มก./กก., Pb2+ 8.30 มก./กก.
ผลการพิจารณาระดับการทำให้บริสุทธิ์ของดิน K-8-05 ด้วยดินเหนียว K-7-05 (ชั้นกลาง) และ K-7-05 SW (ชั้นล่าง) แสดงไว้ในตารางที่ 1
ตารางที่ 1
ระดับการทำให้บริสุทธิ์ของสารสกัดบัฟเฟอร์จากดิน K-8-05, มวล, %
ตัวดูดซับ: อัตราส่วนซอร์เบต ดินเหนียว K-7-05 (ชั้นกลาง) ดินเหนียว K-7-05 SW (ชั้นล่าง)
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
ผลลัพธ์ที่นำเสนอในตารางที่ 1 แสดงให้เห็นว่าเมื่ออัตราส่วนตัวดูดซับ: ซอร์เบตเพิ่มขึ้นจาก 1: 250 เป็น 1: 5 ระดับการทำให้บริสุทธิ์ของสารสกัดบัฟเฟอร์จากไอออนทองแดงด้วยดินเหนียว K-7-05 จะเพิ่มขึ้นจาก 45.5 เป็น 95.5% และจากไอออนตะกั่ว - จาก 33.3 เป็น 83.3%
ระดับการทำให้บริสุทธิ์ของสารสกัดบัฟเฟอร์ด้วยดินเหนียว K-7-05 YuZ ด้วยอัตราส่วนที่เพิ่มขึ้นเท่ากันเพิ่มขึ้นจาก 54.5 เป็น 95.5% (สำหรับ Cu2+) และจาก 33.3 เป็น 83.3% (สำหรับ Pb2+)
สำหรับข้อมูลของคุณ ความเข้มข้นเริ่มต้นของไอออนทองแดงมีค่ามากกว่าความเข้มข้นของไอออนตะกั่ว ดังนั้น การทำให้สารสกัดบัฟเฟอร์จากไอออนทองแดงบริสุทธิ์ด้วยดินเหนียวเหล่านี้จึงมีประสิทธิภาพมากกว่าไอออนตะกั่ว
ตารางที่ 2
ระดับการทำให้สารสกัดบัฟเฟอร์จากดินหมายเลข 129 บริสุทธิ์ด้วยดินเหนียว K-7-05 (ชั้นกลาง) โดยน้ำหนัก -
ตัวดูดซับอัตราส่วน: ซอร์เบต Cu2+ +
1: 250 39,3 66,7
หมายเหตุ: การทดลองไม่ได้ทำกับดินเหนียว K-7-05 SW เนื่องจากไม่มีตัวอย่างในปริมาณที่เพียงพอ
ผลลัพธ์ที่นำเสนอในตารางที่ 2 แสดงให้เห็นว่าระดับการทำให้บริสุทธิ์ของสารสกัดบัฟเฟอร์จากดินหมายเลข 129 ด้วยดินเหนียว K-7-05 โดยมีการเพิ่มขึ้นของอัตราส่วนตัวดูดซับ: ซอร์เบตจาก 1: 250 เป็น 1: 5 เพิ่มขึ้นจาก 39.3 เป็น 93.0 % (สำหรับไอออนทองแดง) และจาก 66.7 ถึง 94.0% (สำหรับไอออนตะกั่ว)
ควรสังเกตว่าในดินนี้ความเข้มข้นเริ่มต้นของไอออนทองแดงต่ำกว่าความเข้มข้นของไอออนตะกั่ว ดังนั้นเราจึงสรุปได้ว่าประสิทธิภาพการทำให้บริสุทธิ์จากไอออนทองแดงของดินนี้ไม่เลวร้ายไปกว่าดิน K-8-05
เพื่อชี้แจงกลไกการดูดซับโลหะหนัก เราได้ประเมินองค์ประกอบและสถานะของคอมเพล็กซ์การแลกเปลี่ยนไอออนของหินดินเหนียวในภูมิภาคเบลโกรอด พบว่าความสามารถในการแลกเปลี่ยนแคตไอออนของตัวอย่างที่ศึกษาแตกต่างกันไปตั้งแต่ 47.62 ถึง 74.51 เมกะไบต์/100 กรัมของดินเหนียว
มีการศึกษาคุณสมบัติกรด-เบสของดินเหนียวอย่างครอบคลุม การกำหนดความเป็นกรดเชิงรุกยืนยันว่าดินเหนียวทั้งหมดมีลักษณะเป็นด่าง ในเวลาเดียวกัน ค่า pH ของสารสกัดเกลือของตัวอย่างเดียวกันนี้อยู่ในช่วง 7.2-7.7 ซึ่งบ่งชี้ว่าดินเหนียวเหล่านี้มีความเป็นกรดที่แลกเปลี่ยนได้ในระดับหนึ่ง ในเชิงปริมาณ ค่านี้คือ 0.13-0.22 mmol-eq/100 กรัมของดินเหนียว และมีสาเหตุมาจากปริมาณโปรตอนที่สามารถแลกเปลี่ยนเคลื่อนที่ได้อย่างเพียงพอไม่มีนัยสำคัญ ปริมาณฐานที่แลกเปลี่ยนได้จะแตกต่างกันไปในช่วงค่อนข้างกว้างที่ 19.6 - 58.6 mmol-eq/100 กรัมของดินเหนียว เมื่อคำนึงถึงข้อมูลที่ได้รับ จึงได้มีการตั้งสมมติฐานขึ้นมาว่าความสามารถในการดูดซับของตัวอย่างดินเหนียวที่ศึกษาสำหรับโลหะหนักนั้นถูกกำหนดโดยกระบวนการแลกเปลี่ยนไอออนเป็นส่วนใหญ่
จากการทำงานสรุปได้ดังนี้
ด้วยการเพิ่มอัตราส่วนตัวดูดซับ: ซอร์เบตจาก 1: 250 เป็น 1: 5 ระดับการทำให้ดินบริสุทธิ์เพิ่มขึ้น: จาก 40 เป็น 95% (สำหรับไอออนทองแดง) และจาก 33 เป็น 94% (สำหรับไอออนตะกั่ว) เมื่อใช้ดินเหนียวจาก ฝาก Sergievskoe (K-7- 05) เป็นตัวดูดซับ
ดินเหนียวที่ศึกษาเป็นตัวดูดซับที่มีประสิทธิภาพมากกว่าไอออนทองแดงมากกว่าไอออนตะกั่ว
เป็นที่ยอมรับกันว่าอัตราส่วนดินเหนียว:ดินที่เหมาะสมคือ 1:5 ด้วยอัตราส่วนนี้ ระดับการทำให้ดินบริสุทธิ์คือ:
สำหรับไอออนทองแดงประมาณ 95% (น้ำหนัก)
สำหรับไอออนตะกั่วประมาณ 83.% (น้ำหนัก)
บรรณานุกรม
1. Bingham F.T., Costa M., Eichenberger E. ปัญหาบางประการเกี่ยวกับความเป็นพิษของไอออนโลหะ - ม.:เมียร์, 2536. - 368 หน้า
2. Galiulin R.V., Galiulina R.A. การสกัดโลหะหนักจากดินที่ปนเปื้อน // เคมีเกษตร. - 2546. - ฉบับที่ 3. - หน้า 77 - 85.
3. Alekseev Yu.V., Lepkovich I.P. แคดเมียมและสังกะสีในพืชทุ่งหญ้า // เคมีเกษตร. - ลำดับที่ 9. - หน้า 66 - 69.
4. Dayan U., Manusov N., Manusov E., Figovsky O. เมื่อขาดการพึ่งพาซึ่งกันและกันระหว่างปัจจัยทางชีวะและมานุษยวิทยา /// วารสารวิทยาศาสตร์ระหว่างประเทศเพื่อพลังงานทดแทนและนิเวศวิทยา ISJAEE, 2006.-ฉบับที่ 3(35) - น. 34 - 40.
5. Vezentsev A.I., Goldovskaya L.F., Sidnina N.A., Dobrodomova E.V. เซเลนโซวา อี.เอส. การหาค่าการพึ่งพาจลนศาสตร์ของการดูดซับไอออนของทองแดงและตะกั่วโดยหินของภูมิภาคเบลโกรอด // กระดานข่าวทางวิทยาศาสตร์ของ BelSU ชุดวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ - พ.ศ. 2549 - ฉบับที่ 3 (30) ฉบับที่ 2 - ป.85-88
6. Goldovskaya-Peristaya L.F., Vezentsev A.I., Sidnina N.A., Zelentsova E.S. ศึกษาเนื้อหาทั้งหมดและเนื้อหาแคดเมียมในรูปแบบเคลื่อนที่ในดินของเขตอุตสาหกรรม Gubkinsky-Starooskolsky // กระดานข่าวทางวิทยาศาสตร์ของ BelSU ซีรีส์ "วิทยาศาสตร์ธรรมชาติ" - พ.ศ. 2549 - ฉบับที่ 3(23) ฉบับที่ 4 - ป.65-68.
7. แนวทางว่าด้วยการกำหนดโลหะหนักในดินในพื้นที่เกษตรกรรมและผลิตภัณฑ์พืชผล - M.: TsINAO, 1992.-61p.
8. การควบคุมคุณภาพน้ำของรัฐ - ม.: ไอพีเค. สำนักพิมพ์มาตรฐาน พ.ศ. 2544 - 690 น.
การทำให้บริสุทธิ์ด้วยการดูดซับของดินจากโลหะหนัก Vesentsev, M.A. ทรูบิทซิน, L.F. Goldovskaya-Peristaya, N.A. โวโลวิชวา
มหาวิทยาลัยแห่งรัฐเบลโกรอด 85 Pobeda Str., Belgorod, 308015 vesentsev@bsu การศึกษา รุ
นำเสนอผลการวิจัยความสามารถของดินเหนียวในภูมิภาคเบลโกรอดในการดูดซับไอออน Pb (II) และ Cu (II) จากน้ำและสารสกัดจากดินบัฟเฟอร์ ในระหว่างการทดลองดินเหนียวที่มีอัตราส่วนที่เหมาะสม: พื้นดินที่มีการทำให้บริสุทธิ์จากโลหะหนักมีประสิทธิภาพมากที่สุด
คำสำคัญ: ตัวดูดซับดินเหนียว ดิน กิจกรรมการดูดซึม มอนต์มอริลโลไนต์ โลหะหนัก
เมื่อดินและพืชพรรณปนเปื้อนด้วยโลหะหนัก จะใช้เทคนิคต่อไปนี้::
1) จำกัดการเข้าสู่โลหะหนักในดิน- เมื่อวางแผนการใช้ปุ๋ย สารเยียวยา ยาฆ่าแมลง และกากตะกอนน้ำเสีย จำเป็นต้องคำนึงถึงปริมาณโลหะหนักในสารเหล่านี้และความสามารถในการบัฟเฟอร์ของดินที่ใช้ ข้อจำกัดด้านปริมาณเนื่องจากข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมคือ เงื่อนไขที่จำเป็นสีเขียวของการเกษตร
การที่โลหะหนักเข้าสู่พืชสามารถลดลงได้โดยการเปลี่ยนรูปแบบโภชนาการ โดยการสร้างการแข่งขันเพื่อให้สารพิษและปุ๋ยไอออนบวกเข้าไปในราก และโดยการตกตะกอนโลหะหนักในรากในรูปของตะกอนที่ละลายน้ำได้น้อย
2) กำจัดโลหะหนักที่อยู่นอกชั้นรากสามารถทำได้โดยวิธีการดังต่อไปนี้:
กำจัดชั้นดินที่ปนเปื้อน
เติมชั้นที่ปนเปื้อนด้วยดินที่สะอาด
การปลูกพืชที่ดูดซับ HMs และกำจัดพืชออกจากสนาม
โดยการล้างดินด้วยสารประกอบที่ละลายน้ำได้ (โดยปกติจะเป็นอินทรีย์) ซึ่งก่อตัวเป็นสารประกอบเชิงซ้อนที่ละลายน้ำได้ด้วยโลหะหนัก ผลิตภัณฑ์จากขยะทางการเกษตรจะถูกใช้เป็นลิแกนด์อินทรีย์
การล้างดินด้วยสารละลายสำหรับการชะล้าง HMs จากขอบฟ้าด้านบนจนถึงระดับความลึก 70-100 ซม. จากนั้นนำไปฝากไว้ที่ระดับความลึกนี้ในรูปแบบของตะกอนที่ละลายน้ำได้ไม่ดี (เนื่องจากการล้างดินในเวลาต่อมาด้วยรีเอเจนต์ที่มีแอนไอออนที่ก่อตัวเป็นตะกอน กับโลหะหนัก)
3) การจับโลหะหนักในดินให้เป็นสารประกอบที่มีการแยกตัวต่ำ- การลดปริมาณโลหะหนักเข้าสู่พืชสามารถทำได้โดยการตกตะกอนในดินในรูปของตะกอนของคาร์บอเนต ฟอสเฟต ซัลไฟด์ และไฮดรอกไซด์ ด้วยการเกิดสารประกอบเชิงซ้อนที่แยกตัวต่ำและมีน้ำหนักโมเลกุลสูง ในวิธีที่ดีที่สุดวิธีการลดปริมาณโลหะหนักในพืชลงอย่างมากคือการใช้ปุ๋ยคอกและปูนขาวร่วมกัน มาตรการที่มีประสิทธิภาพสูงสุดนำไปสู่ การลดการเคลื่อนตัวของสารตะกั่วในดินถือเป็นดินเหนียว (การใส่ซีโอไลท์) และการใส่ปูนขาวและปุ๋ยอินทรีย์ร่วมกัน การใช้สารเคมีที่มีคุณสมบัติครบถ้วน (ปุ๋ยอินทรีย์และแร่ธาตุ ปูนขาวและอินทรียวัตถุ) ช่วยลดปริมาณโลหะโพลีวาเลนต์ในดินได้ 10-20%
4) ระบบเกษตรกรรมภูมิทัศน์แบบปรับตัวเป็นปัจจัยเพิ่มประสิทธิภาพ สถานการณ์สิ่งแวดล้อมเมื่อดินปนเปื้อนสารโลหะหนัก
ชนิดต่างๆและพันธุ์พืชสะสม HMs ในผลิตภัณฑ์จากพืชไม่เท่ากัน นี่เป็นเพราะการเลือกสรรของระบบรากของพืชแต่ละชนิดที่มีต่อพวกมันและลักษณะเฉพาะของกระบวนการเผาผลาญของมัน HMs สะสมในระดับที่มากขึ้นในราก น้อยกว่าในมวลพืชและอวัยวะกำเนิด ในขณะเดียวกัน พืชบางกลุ่มก็สะสมสารพิษบางชนิดอย่างคัดเลือก การคัดเลือกพืชผลเพื่อการเพาะปลูกบนดินในระดับหนึ่งและลักษณะของมลพิษนั้นง่ายที่สุดถูกที่สุดและมากที่สุด วิธีที่มีประสิทธิภาพเพิ่มประสิทธิภาพการใช้ดินที่ปนเปื้อน
การบำบัดด้วยแสง
จุลินทรีย์ไม่สามารถกำจัดโลหะหนักที่เป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์ได้ (สารหนู แคดเมียม ทองแดง ปรอท ซีลีเนียม ตะกั่ว รวมถึงไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีของสตรอนเซียม ซีเซียม ยูเรเนียม และนิวไคลด์กัมมันตรังสีอื่น ๆ ออกจากดินและน้ำ พืชสามารถสกัดได้จาก สิ่งแวดล้อมและมีสมาธิอยู่ในเนื้อเยื่อธาตุต่าง ๆ ไม่ได้ประกอบกันเป็นมวลพืช แรงงานพิเศษรวบรวมและเผา และขี้เถ้าที่เกิดขึ้นจะถูกฝังหรือใช้เป็นวัตถุดิบรอง
วิธีการทำความสะอาดสิ่งแวดล้อมโดยใช้พืชเรียกว่า การบำบัดด้วยแสง– จากภาษากรีก “phyton” (พืช) และภาษาละติน “การเยียวยา” (เพื่อฟื้นฟู)
การบำบัดด้วยแสง- ชุดวิธีการทำให้น้ำ ดิน และอากาศในบรรยากาศบริสุทธิ์โดยใช้พืชสีเขียว
เรื่องราว
วิธีการง่ายๆ วิธีแรกในการบำบัดน้ำเสีย ได้แก่ ทุ่งชลประทานและทุ่งกรอง ขึ้นอยู่กับการใช้พืช
การศึกษาทางวิทยาศาสตร์ครั้งแรกดำเนินการในยุค 50 ในอิสราเอล แต่การพัฒนาเทคนิคอย่างแข็งขันเกิดขึ้นเฉพาะในยุค 80 ของศตวรรษที่ 20 เท่านั้น
พืชส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม วิธีทางที่แตกต่างสิ่งสำคัญ:
ไรโซฟิลเตรชัน - รากดูดซับน้ำและองค์ประกอบทางเคมีที่จำเป็นสำหรับชีวิตพืช
phytoextraction - การสะสมของสารปนเปื้อนที่เป็นอันตรายในร่างกายของพืช (เช่น โลหะหนัก);
· phytovolatilization - การระเหยของน้ำและองค์ประกอบทางเคมีที่ระเหยได้ (As, Se) โดยใบพืช
การแปลงไฟโต:
1. ไฟโตสเตบิไลเซชัน - การถ่ายโอนสารประกอบเคมีไปในรูปแบบเคลื่อนที่และแอคทีฟน้อยลง (ลดความเสี่ยงของการแพร่กระจายของมลพิษ)
2. phytodegradation - การย่อยสลายโดยพืชและจุลินทรีย์ทางชีวภาพของมลพิษอินทรีย์
· phytostimulation - กระตุ้นการพัฒนาของจุลินทรีย์ชีวภาพที่มีส่วนร่วมในกระบวนการทำความสะอาด จุลินทรีย์มีบทบาทสำคัญในการย่อยสลายสารปนเปื้อน พืชเป็นตัวกรองชีวภาพชนิดหนึ่งที่สร้างที่อยู่อาศัยสำหรับพวกมัน (ให้เข้าถึงออกซิเจนทำให้ดินคลายตัว ในเรื่องนี้กระบวนการทำความสะอาดยังเกิดขึ้นนอกฤดูปลูก (ในช่วงที่ไม่ใช่ฤดูร้อน) โดยมีกิจกรรมลดลงเล็กน้อย
การใช้วิธีใหม่ในการทำความสะอาดดินในเมืองจากโลหะหนัก
ในและ Savich, วิทยาศาสตรดุษฎีบัณฑิตการเกษตร, ศาสตราจารย์, S.L. Belopukhov วิทยาศาสตรดุษฎีบัณฑิตการเกษตรศาสตราจารย์ D.N. Nikitochkin ผู้สมัครสาขาวิทยาศาสตร์การเกษตร มหาวิทยาลัยเกษตรกรรมแห่งรัฐรัสเซีย - สถาบันการเกษตรแห่งมอสโก ตั้งชื่อตาม เค.เอ. ทิมีร์ยาเซฟ; เอ.วี. Filippova ปริญญาเอกสาขาชีววิทยา ศาสตราจารย์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ Orenburg State
มลพิษในดินในเมืองทำให้คุณภาพชีวิตของประชากรลดลง เนื่องจากฝุ่นละอองที่ถูกลมพัดเข้าสู่ร่างกายมนุษย์ ส่งผลให้เกิดปัญหาสุขภาพ การกรองมลพิษหรือการสะสมจะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของดินและความอิ่มตัวของสารมลพิษ ชุมชนวิทยาศาสตร์ได้หารือเกี่ยวกับปัญหาการทำความสะอาดดินในเมือง มีการเสนอมาตรการสำหรับการเปลี่ยนแปลงดินที่กลายเป็นเมืองเป็นระยะ การใช้สารเตรียมไมโครที่ยึดโลหะหนัก ฯลฯ ควรสังเกตว่ามีงานวิจัยใด ๆ ที่สามารถปรับปรุงคุณภาพดินในเมืองได้
การทำให้ดินในเมืองบริสุทธิ์ทางชีวภาพจากโลหะหนักมีลักษณะเฉพาะของตัวเอง การทำความสะอาดดินในเมืองที่มีโลหะหนักสามารถทำได้โดยการกำจัดโลหะหนักออกจากดินด้วยพืชสีเขียว ในเวลาเดียวกัน เพื่อการพัฒนากระบวนการที่ดียิ่งขึ้น จำเป็นต้องเลือกสภาพการเจริญเติบโตและพันธุ์พืช พืชแต่ละชนิดมีความต้านทานต่อมลพิษบางประเภทแตกต่างกัน ซึ่งถูกกำหนดโดยลักษณะของกระบวนการเมตาบอลิซึมที่เกิดขึ้นในพืชเหล่านั้น ดังนั้นตามคำกล่าวของ E.M. Ivanova และคณะ เมื่อเปรียบเทียบความต้านทานต่อคอปเปอร์ซัลเฟตของหญ้าสามชนิด - หญ้าคริสตัล, ทุ่งหญ้าโคลเวอร์ และเรพซีด - โคลเวอร์มีความต้านทานมากที่สุด ในเวลาเดียวกัน ความเป็นพิษของทองแดงต่อพืชถูกกำหนดโดยส่วนใหญ่จากความสามารถในการจับกับโปรตีนกลุ่ม BN และเปลี่ยนสถานะรีดอกซ์ของมันได้อย่างง่ายดาย ทำให้เกิดสายพันธุ์ออกซิเจนที่เกิดปฏิกิริยา และทำให้เกิดความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชัน
วัตถุประสงค์และวิธีการวิจัย เมื่อศึกษาความเป็นไปได้ของการบำบัดด้วยแสงจะทำการทดลองเพื่อศึกษาความเป็นไปได้ของการกำจัดโลหะหนักโดยพืช
ในการทดลองที่ 1 จุดประสงค์ของการศึกษาคือเพื่อระบุอิทธิพลขององค์ประกอบของดินที่มีต่อการพัฒนาของพืชที่ปลูก การกำจัดองค์ประกอบบางอย่าง (μn, Fe, Mn, Mg) กับพืช และการประเมินพืช ที่สะสมและสะสมจุลธาตุต่าง ๆ น้อยที่สุด ส่วนประกอบของดินที่ศึกษา ได้แก่ ทรายควอทซ์ พีท ซีโอไลต์ที่ชุบด้วยสารละลาย NPK ดินสด-พอซโซลิก (นำมาจากสวนป่ามอสโก) ดินที่ปนเปื้อนสารพิษต่างๆ (นำมาจากข้างถนน) มีการปลูกพืชแพงพวย หัวไชเท้า หญ้าทุ่งหญ้า และต้น fescue บนดินที่เกิดขึ้น
สีแดงเป็นเวลา 1-1.5 เดือน จากนั้นนำต้นกล้าที่ได้ไปวิเคราะห์โดยใช้ข้อมูลการวิเคราะห์ทางเคมี (ปริมาณธาตุแมงกานีส สังกะสี แมกนีเซียม เหล็ก) ตลอดจนข้อมูลเกี่ยวกับความยาวของลำต้นและรากของต้นกล้าที่ปลูก (ค่า pH ของต้นกล้าที่ศึกษา ดินอยู่ระหว่าง 6.4 ถึง 7.1)
ผลการวิจัย การพัฒนาลำต้นสูงสุดพบได้ในตัวแปรที่ประกอบด้วยซีโอไลท์ 10 กรัม, พีท 30 กรัม, ทราย 30 กรัม และดินที่ปนเปื้อน 30 กรัม ตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการก่อตัวของมวลความยาวของลำต้นและรากจะแตกต่างกัน เห็นได้ชัดว่าเป็นเพราะทั้งการมีอยู่ของสารการเจริญเติบโตที่แตกต่างกันในตัวแปรและการก่อตัวของชุดคุณสมบัติทางกายภาพ-เคมี, กายภาพน้ำ, และโครงสร้าง-เคมีของดินที่เอื้ออำนวยต่อกระบวนการต่างๆ ของแต่ละบุคคล
การพัฒนาของพืชที่ดีที่สุดในแง่ของน้ำหนักพบได้ในตัวแปรที่ประกอบด้วยพีท 25 กรัม, ซีโอไลต์ 25 กรัม, ทราย 25 กรัม และดินที่ปนเปื้อน 25 กรัม ในเวลาเดียวกันนั้นพบว่ามีการพัฒนาที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการพัฒนาพืชต่าง ๆ บนดินที่แตกต่างกัน
การกำจัดสังกะสีออกจากดินเนื่องจากการบุกเบิกทางชีวภาพแสดงไว้ในตารางที่ 1
การกำจัดสังกะสีออกจากดินขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของดินและพืชที่ปลูก พืชที่มีมวลพืชมากกว่าจะให้ผลผลิตมากกว่า แน่นอนว่าการให้สารอาหารแก่พืชจะทำให้พืชกำจัดโลหะหนักได้มากขึ้น ในเวลาเดียวกัน ต้น fescue และ bluegrass แสดงให้เห็นว่าสามารถกำจัดสังกะสีได้มากที่สุดต่อต้น การกำจัดสังกะสีในดินโดยเติมพีทคือ 46.5 + 13.4 มก./ถัง และในดินที่ไม่มีพีท - 38.4 + 14.0
การกำจัดสังกะสีออกจากดินที่ปนเปื้อนสูงสุด (มก./ภาชนะ) ดำเนินการโดยหัวไชเท้า ขั้นต่ำคือด้วยผักกาดหอม (ตารางที่ 2)
1. การกำจัดสังกะสีออกจากดินโดยพืชแต่ละชนิด (n = 8)
การเพาะเลี้ยงการกำจัดสังกะสี
มก./ลำ 100 มก./กรัม ต้น 100
วอเตอร์เครส 16.5±4.7 50.0
หัวไชเท้า 109.2±28.7 67.0
บลูแกรสส์ 22.3±5.6 82.6
ตะแกรง 32.6±8.5 90.5
2. การกำจัดสังกะสีโดยพืช มก./ลำ 102
พืชทางเลือก
สลัดหัวไชเท้าบลูกราส fescue
ซีโอไลต์ > 10% (ตัวเลือกที่ 1) 7.7±6.4 75.5±3.7 18.9±2.2 42.3±26.9
ซีโอไลต์< 10% (вариант 2 и 4) 15,4±6,5 112,8±39,9 20,9±6,8 22,0±4,7
การนำซีโอไลต์เข้าสู่ดินมากกว่า 10% (25%) เมื่อเทียบกับการใช้ซีโอไลต์ 10% ทำให้เกิดการจับตัวของสังกะสีในดิน และกำจัดสังกะสีน้อยลงโดยพืชผักกาดหอมและหัวไชเท้า (มก./ภาชนะ) (สำหรับ bluegrass และ fescue ไม่มีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ)
ในการทดลองที่ 2 ได้ทำการศึกษาการกำจัดตะกั่ว แคดเมียม เหล็ก และสังกะสีออกจากดินโดยใช้ต้นกล้าหญ้าและข้าวโอ๊ต วัตถุที่ทำการศึกษาคือดินที่มีการปนเปื้อน เพื่อเพิ่มความคล่องตัวของโลหะหนักในดิน ตัวอย่างถูกเติมด้วย EDTA 0.001 ม. ถึง 60% PV จากนั้นจึงเพาะต้นกล้าไว้เป็นเวลา 10 วัน เมื่อสิ้นสุดช่วงการเจริญเติบโต โลหะหนักจะถูกสกัดออกจากต้นกล้าด้วยความเข้มข้น 0.1 N HC1 แล้วหาค่าโดยใช้เครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์การดูดกลืนแสงของอะตอม จากข้อมูลที่ได้รับ การกำจัดโลหะหนักออกจากดินโดยพืชจะแตกต่างกันไปตามดิน ระดับที่แตกต่างกันมลพิษดังที่เห็นได้จากตารางที่ 3
3. การกำจัดโลหะหนักโดยพืช
ระดับการกำจัดสิ่งปนเปื้อน mg/100 g
จุดอ่อน เพิ่มขึ้น 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. กำจัดโลหะหนักออกจากดินด้วยหญ้าแฝกและต้นกล้าข้าวโอ๊ต (มก./ต้น 100 กรัม)
ต้นกล้า Pb Cd Fe Zn
วิก้า 1.0±0.4 7.1±2.5 8.5±3.1 2.9±1.0
ข้าวโอ๊ต 0.7±0.2 3.0±1.0 11.4±3.8 2.1±0.6
เวทและข้าวโอ๊ตมีความแตกต่างกันในเรื่องความสามารถในการสกัดโลหะหนักจากดิน
เมื่อพิจารณาจากข้อมูลที่ได้รับ vetch ได้กำจัดตะกั่ว แคดเมียม และสังกะสีออกจากดินเพิ่มมากขึ้น และข้าวโอ๊ตก็กำจัดธาตุเหล็กได้มากขึ้น
การทดลองหลายชุดแสดงให้เห็นว่าการทำให้ดินในเมืองบริสุทธิ์จากโลหะหนักในรูปแบบเคลื่อนที่สามารถทำได้ไม่เพียงแต่ด้วยการใช้ตัวดูดซับเท่านั้น แต่ยังมีการตกตะกอนของโลหะหนักในรูปของตะกอนที่ละลายน้ำได้น้อยด้วยการใช้การตกตะกอนด้วยไฟฟ้าของ ดินและประสบความสำเร็จอย่างมากด้วยความช่วยเหลือของไฟโตออบเจ็กต์ เห็นได้ชัดว่าการกำจัดโลหะหนักออกจากดินโดยพืช (หรือจุลินทรีย์ เชื้อรา) ขึ้นอยู่กับระดับการเคลื่อนย้ายของสารพิษในดินและเพิ่มขึ้นเมื่อมีการสร้างเงื่อนไขเพื่อการพัฒนาพืชอย่างเข้มข้น เนื่องจากพืชที่แตกต่างกันสามารถทนต่อทั้งธรรมชาติและระดับมลพิษได้ การบำบัดทางชีวภาพควรเลือกดินในเมืองจากโลหะเฉพาะและเงื่อนไขการคัดเลือกสำหรับการสกัด (รวมถึงการเปลี่ยนแปลง คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีดินและการคัดเลือกพืชปรับปรุงคุณภาพ)
ในการทดลองครั้งหนึ่ง ได้มีการศึกษาการพัฒนาของต้นกล้าในตัวอย่างดินที่ถ่ายในพื้นที่ต่างๆ ของมอสโก ค่า pH ของสารแขวนลอยที่เป็นน้ำถูกกำหนดในตัวอย่าง ประเมินความยาวของรากและลำต้นของต้นกล้าและน้ำหนัก การปลูกพืชที่
ความชื้นที่เหมาะสมนาน 10 วัน ข้อมูลที่ได้รับแสดงไว้ในตารางที่ 5
5. การพัฒนาต้นกล้าบนดินของสวนสาธารณะและพื้นที่ที่มีมลพิษสูง
ลำต้นของรากมาสซ่าของภูมิภาค
MKAD, t. 1 สี่เหลี่ยม, t. 6, 8 0.8 1.7±0.1 2.7 5.2±1.2 7.3 11.6±1.5
ดังที่เห็นได้จากข้อมูลที่นำเสนอ บนดินที่มีมลพิษอย่างหนักใกล้กับถนนวงแหวนมอสโก ต้นไม้มีการพัฒนาที่แย่กว่าในสวนสาธารณะในเมืองมาก
จากมุมมองทางทฤษฎี การเติมสารละลายธาตุอาหารลงในดินควรปรับปรุงการพัฒนาของพืช และในทางกลับกัน การเพิ่มสารตะกั่วลงในดินจะทำให้การพัฒนาแย่ลง ในการทดลอง มีการเติมสารละลายธาตุอาหารและ Pb(CH3COO)2 ตามตัวแปรต่างๆ
การเติมสารตะกั่วลงในดินที่ปนเปื้อนนำไปสู่การยับยั้งพืชอย่างสมบูรณ์ และในดินของสวนสาธารณะ สารตะกั่วจะช่วยลดน้ำหนักและลดความยาวของรากและลำต้นให้สั้นลง ในเวลาเดียวกัน การเติมสารละลายธาตุอาหารลงในดินช่วยปรับปรุงการพัฒนาของพืชบนดินที่มีการปนเปื้อน และแทบไม่ได้เปลี่ยนการพัฒนาบนดินของสวนสาธารณะเลย
ในการทดลองครั้งต่อไป ประเมินผลกระทบต่อปริมาณโลหะหนักในดินของพืชผัก หญ้าไรย์ และมัสตาร์ดขาว แม้ว่าพืชจะดูดซับโลหะหนักจากดินจำนวนหนึ่ง แต่เนื้อหาของรูปแบบเคลื่อนที่ในดินไม่ได้ลดลงเนื่องจากพืชปล่อยสารเชิงซ้อนผ่านระบบรากและอิทธิพลของผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวของสารอินทรีย์ตกค้างต่อการเคลื่อนที่ ของโลหะหนัก
ตามทฤษฎีแล้ว เมื่อเติม KNO3 ลงในดิน (เมื่อรดน้ำดิน) การพัฒนาของพืชควรจะดีขึ้น ดังนั้นการกำจัดโลหะหนักออกจากดินจึงควรเพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้จะเพิ่มความแข็งแรงของไอออนิกของสารละลายด้วย และส่งผลให้ความสามารถในการละลายของตะกอนเพิ่มขึ้นด้วย อิทธิพลของพืชที่มีต่อความสามารถในการละลายของตะกอนในดินก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน จากสิ่งที่กล่าวข้างต้น ปริมาณรวมของโลหะหนักในดินในระหว่างการถมทางชีวภาพควรลดลง และเนื้อหาของรูปแบบเคลื่อนที่อาจเพิ่มขึ้น กระบวนการที่คล้ายกันเกิดขึ้นเมื่อดินได้รับการชลประทานด้วย EDTA (คอมเพล็กซ์โซนสำหรับโลหะโพลีวาเลนต์) อย่างไรก็ตาม รีเอเจนต์นี้ไม่ใช่แหล่งของธาตุอาหารพืช และผลกระทบต่อความสามารถในการละลายของตะกอนมีมากกว่า KNO3 และส่งผลต่อการพัฒนาของพืชน้อยกว่า รูปแบบทางทฤษฎีที่พิจารณาจะแสดงโดยข้อมูลในตารางที่ 6
ดังนั้นจึงเป็นไปได้ วิธีต่างๆการกำจัดโลหะหนักในรูปแบบเคลื่อนที่ออกจากชั้นบนสุดของดิน ลำดับความสำคัญของการใช้ซึ่งกำหนดโดยดินเฉพาะ ธรณีวิทยา สภาพอุทกวิทยา และโอกาสทางเศรษฐกิจ นอกจากนี้
6. ผลของการเติม KIO, EDTA ลงในดินและพืชที่กำลังเติบโตต่อปริมาณโลหะหนักในรูปแบบเคลื่อนที่ในดิน (n=10-30)
ตัวเลือก C<1 Си Ми
ยูโก เวท3 EDTA หญ้าไรย์ มัสตาร์ดขาว KZh)3 + เวทช์ + หญ้าไรย์ + มัสตาร์ด EDTA + เวทช์ + หญ้าไรย์ + มัสตาร์ด 1.10±0.21 0.95±0.10 0.81±0D0 0.78±0D9 1.20± 0.18 1.08±0.21 0.28±0.13 0.0.01± 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 1 ,10±0.2 323.5±47.5 167.7±1 8.3 332.1±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
สำหรับวิธีการที่ทราบจากมุมมองของเรา ขอแนะนำให้เพิ่มสิ่งต่อไปนี้:
1) การชะล้างโลหะหนักด้วยสารละลายเชิงซ้อนจนถึงระดับความลึกหนึ่งแล้วจึงตกตะกอนโดยการล้างดินในภายหลังด้วยสารละลายที่มีคาร์บอเนตฟอสเฟตซึ่งมีสภาพแวดล้อมเป็นด่าง
2) การกำจัดออกจากดินเนื่องจากการบำบัดด้วยแสงและการดูดซึมโลหะหนักโดยเชื้อรา ในขณะเดียวกันก็สร้างเงื่อนไขสำหรับผลผลิตทางชีวภาพที่มากขึ้น
3) การควบคุมค่าคงที่การแลกเปลี่ยนในระบบดิน - ราก ราก - ส่วนเหนือพื้นดินของพืชเนื่องจากระบบโภชนาการ
4) ใช้สำหรับการบำบัดพืชและพันธุ์พืชที่มีความสามารถในการดูดซับรากสำหรับโลหะหนักมากขึ้น
5) การใช้ตัวดูดซับที่ออกฤทธิ์นานในการดูดซับโลหะหนัก
โดยคำนึงถึงค่าคงที่สมดุลในระบบ ดิน - โลหะหนักและตัวดูดซับ - โลหะหนัก;
6) การลดการเข้ามาของโลหะหนักในพืชเมื่อมีการเติมสารก่อเชิงซ้อนจากของเสียทางการเกษตรลงในดินทำให้เกิดสารประกอบเชิงซ้อนที่มีเสถียรภาพของน้ำหนักโมเลกุลขนาดใหญ่ด้วยโลหะ
7) การถมดินด้วยไฟฟ้าในขณะที่สร้างเงื่อนไขในการเพิ่มความคล่องตัวของโลหะหนัก
8) การสร้างสิ่งกีดขวางทางธรณีเคมีในชั้นดินที่ป้องกันไม่ให้พวกมันเข้าไปในพืช การอพยพลงสู่น้ำใต้ดิน และการระเหยออกจากดิน
การเลือกกลยุทธ์เมื่อใช้ชุดมาตรการเพื่อปรับปรุงสภาพของดินในเมืองซึ่งบางครั้งเรียกว่าดินในเมืองนั้นเป็นไปได้โดยการคำนวณทางกายภาพและเคมีเท่านั้นและทำนายกระบวนการที่กำลังดำเนินอยู่สำหรับดิน พืช และสภาพแวดล้อมที่เฉพาะเจาะจง
วรรณกรรม
1. Kholodova V.P. , Volkov K.S. , Kuznetsov V.V. การปรับตัวของพืชหญ้าคริสตัลให้เข้ากับเกลือทองแดงและสังกะสีที่มีความเข้มข้นสูง และความเป็นไปได้ของการนำไปใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในการบำบัดพืช // สรีรวิทยาของพืช 2548 ต. 52 ส. 848-858
2. Ivanova E.M., Volkov K.S., Kholodova V.P., Kuznetsov V.V. พืชที่มีแนวโน้มใหม่ในการบำบัดด้วยแสงในพื้นที่ที่มีมลพิษจากทองแดง // แถลงการณ์ของมหาวิทยาลัย RUDN ชุด "พืชไร่และการเลี้ยงปศุสัตว์" 2554 ฉบับที่ 2 หน้า 28-37.
3. Clemens D. เป็นพิษจากการสะสมของโลหะ การตอบสนองต่อการสัมผัสและกลไกความทนทานต่อพืช Biochem., 2006, v. 88, น. 1707-1719.
4. Kramer U. การสะสมโลหะมากเกินไปในพืช, แอน. สาธุคุณ Plant Biol., 2010, โวลต์. 10, น. 517-534.
5. ซาวิช วี.ไอ., เบโลปูคอฟ เอส.เจ., นิคิโทชกิน, ฟิลิปโปวา เอ.วี. วิธีการใหม่ในการทำความสะอาดดินจากโลหะหนัก / ข่าวสารของ Orenburg State Agrarian University 2556 ลำดับที่ 4 ส, 216-218.
องค์ประกอบทางเคมีของดินในดินแดนต่าง ๆ นั้นต่างกันและการกระจายตัวขององค์ประกอบทางเคมีที่มีอยู่ในดินทั่วทั้งดินแดนนั้นไม่สม่ำเสมอ ตัวอย่างเช่น โดยส่วนใหญ่อยู่ในสถานะกระจายตัว โลหะหนักสามารถสร้างพันธะในท้องถิ่นได้ โดยที่ความเข้มข้นของพวกมันจะสูงกว่าระดับคลาร์กหลายแสนเท่า
องค์ประกอบทางเคมีจำนวนหนึ่งจำเป็นต่อการทำงานปกติของร่างกาย การขาด ส่วนเกิน หรือความไม่สมดุลของสิ่งเหล่านี้สามารถทำให้เกิดโรคที่เรียกว่าจุลธาตุ 1 หรือโรคประจำถิ่นทางชีวธรณีเคมี ซึ่งอาจเกิดขึ้นได้ทั้งทางธรรมชาติและที่มนุษย์สร้างขึ้น ในการกระจายน้ำมีบทบาทสำคัญเช่นเดียวกับผลิตภัณฑ์อาหารที่องค์ประกอบทางเคมีเข้ามาจากดินผ่านห่วงโซ่อาหาร
มีการทดลองพบว่าเปอร์เซ็นต์ของ HMs ในพืชได้รับอิทธิพลจากเปอร์เซ็นต์ของ HMs ในดิน บรรยากาศ และน้ำ (ในกรณีของสาหร่าย) นอกจากนี้ยังพบว่าบนดินที่มีโลหะหนักในปริมาณเท่ากัน พืชชนิดเดียวกันจะให้ผลผลิตที่แตกต่างกัน แม้ว่าสภาพภูมิอากาศจะใกล้เคียงกันก็ตาม จากนั้นจึงค้นพบการพึ่งพาผลผลิตต่อความเป็นกรดของดิน
การปนเปื้อนในดินที่มีการศึกษามากที่สุด ได้แก่ แคดเมียม ปรอท ตะกั่ว สารหนู ทองแดง สังกะสี และแมงกานีส ให้เราพิจารณาการปนเปื้อนในดินด้วยโลหะเหล่านี้แยกกันสำหรับแต่ละรายการ 2
แคดเมียม (ซีดี)
ปริมาณแคดเมียมในเปลือกโลกอยู่ที่ประมาณ 0.15 มก./กก. แคดเมียมมีความเข้มข้นในภูเขาไฟ (ตั้งแต่ 0.001 ถึง 1.8 มก./กก.) การแปรสภาพ (ตั้งแต่ 0.04 ถึง 1.0 มก./กก.) และหินตะกอน (ตั้งแต่ 0.1 ถึง 11.0 มก./กก.) ดินที่เกิดขึ้นบนพื้นฐานของวัสดุเริ่มต้นดังกล่าวประกอบด้วย 0.1-0.3; แคดเมียม 0.1 - 1.0 และ 3.0 - 11.0 มก./กก. ตามลำดับ
ในดินที่เป็นกรดแคดเมียมมีอยู่ในรูปของ Cd 2+, CdCl +, CdSO 4 และในดินปูน - ในรูปแบบของ Cd 2+, CdCl +, CdSO 4, CdHCO 3 +
พืชดูดซึมแคดเมียมลดลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อมีปูนขาวในดินที่เป็นกรด ในกรณีนี้ การเพิ่มขึ้นของ pH จะช่วยลดความสามารถในการละลายของแคดเมียมในความชื้นในดิน รวมถึงการดูดซึมของแคดเมียมในดินด้วย ดังนั้นปริมาณแคดเมียมในใบบีทบนดินที่มีแคลเซียมจึงต่ำกว่าปริมาณแคดเมียมในพืชชนิดเดียวกันบนดินที่ไม่มีปูนขาว ข้าวและข้าวสาลีก็มีผลเช่นเดียวกัน -->
ผลกระทบด้านลบของการเพิ่ม pH ต่อความพร้อมของแคดเมียมนั้นสัมพันธ์กับการลดลงไม่เพียงแต่ในความสามารถในการละลายของแคดเมียมในขั้นตอนการแก้ปัญหาดินเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการทำงานของรากด้วยซึ่งส่งผลต่อการดูดซึม
แคดเมียมเคลื่อนที่ได้ค่อนข้างน้อยในดิน และหากเติมวัสดุที่มีแคดเมียมลงบนพื้นผิว แคดเมียมส่วนใหญ่ก็จะไม่ถูกแตะต้อง
วิธีการกำจัดสิ่งปนเปื้อนออกจากดิน ได้แก่ การกำจัดชั้นที่ปนเปื้อนออก การกำจัดแคดเมียมออกจากชั้น หรือการปิดทับชั้นที่ปนเปื้อน แคดเมียมสามารถเปลี่ยนเป็นสารประกอบเชิงซ้อนที่ไม่ละลายน้ำได้ด้วยสารคีเลตที่มีอยู่ (เช่น กรดเอทิลีนไดเอมีนเตตราอะซิติก) -
เนื่องจากพืชดูดซึมแคดเมียมจากดินได้ค่อนข้างรวดเร็วและความเป็นพิษต่ำของความเข้มข้นที่เกิดขึ้นโดยทั่วไป แคดเมียมจึงสามารถสะสมในพืชและเข้าสู่ห่วงโซ่อาหารได้เร็วกว่าตะกั่วและสังกะสี ดังนั้นแคดเมียมจึงเป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์มากที่สุดเมื่อนำของเสียลงสู่ดิน
ขั้นตอนในการลดปริมาณแคดเมียมที่สามารถเข้าสู่ห่วงโซ่อาหารของมนุษย์จากดินที่ปนเปื้อนคือการปลูกพืชที่ไม่ใช่อาหารหรือพืชที่ดูดซับแคดเมียมในดินจำนวนเล็กน้อย
โดยทั่วไป พืชที่ปลูกบนดินที่เป็นกรดจะดูดซับแคดเมียมมากกว่าพืชที่ปลูกบนดินที่เป็นกลางหรือเป็นด่าง ดังนั้นการปูนของดินที่เป็นกรดจึงเป็น การรักษาที่มีประสิทธิภาพลดปริมาณแคดเมียมที่ดูดซึม
ปรอท (ปรอท)
ปรอทพบในธรรมชาติในรูปของไอโลหะ Hg 0 ที่เกิดขึ้นระหว่างการระเหยออกจากเปลือกโลก ในรูปของเกลืออนินทรีย์ Hg(I) และ Hg(II) และในรูปของสารประกอบอินทรีย์ของเมทิลเมอร์คิวรี CH 3 Hg + อนุพันธ์โมโนเมทิลและไดเมทิล CH 3 Hg + และ (CH 3) 2 Hg
ดาวพุธสะสมอยู่ที่ขอบฟ้าด้านบน (0-40 ซม.) ของดินและเคลื่อนตัวเข้าสู่ชั้นที่ลึกลงไปเล็กน้อย สารประกอบปรอทเป็นสารในดินที่มีความเสถียรสูง พืชที่ปลูกบนดินที่มีสารปรอทปนเปื้อนจะดูดซับธาตุในปริมาณมากและสะสมไว้ในความเข้มข้นที่เป็นอันตรายหรือไม่เติบโต
ตะกั่ว (Pb)
จากการทดลองที่ดำเนินการในสภาวะการเพาะเลี้ยงทรายด้วยการแนะนำความเข้มข้นของดินตามเกณฑ์ที่ Hg (25 มก./กก.) และ Pb (25 มก./กก.) และเกินความเข้มข้นที่กำหนด 2-20 เท่า ต้นข้าวโอ๊ตจะเติบโตและพัฒนาได้ตามปกติจนถึง การปนเปื้อนในระดับหนึ่ง เมื่อความเข้มข้นของโลหะเพิ่มขึ้น (สำหรับ Pb ที่เริ่มต้นจากขนาดยา 100 มก./กก.) รูปร่างพืช. หากใช้โลหะในปริมาณมาก พืชจะตายภายในสามสัปดาห์นับจากเริ่มการทดลอง ปริมาณโลหะในส่วนประกอบชีวมวลมีการกระจายตามลำดับจากมากไปน้อยดังนี้: ราก - ส่วนเหนือพื้นดิน - เมล็ดพืช
ปริมาณตะกั่วที่เข้าสู่ชั้นบรรยากาศ (และบางส่วนจึงลงสู่ดิน) จากการขนส่งยานยนต์ในรัสเซียในปี 2539 อยู่ที่ประมาณ 4.0 พันตันซึ่งรวมถึง 2.16 พันตันที่เกิดจากการขนส่งสินค้า ปริมาณตะกั่วสูงสุดเกิดขึ้นในภูมิภาคมอสโกและซามารา ตามด้วยภูมิภาคคาลูกา นิซนีนอฟโกรอด วลาดิมีร์ และหน่วยงานที่เป็นส่วนประกอบอื่น ๆ ของสหพันธรัฐรัสเซียที่ตั้งอยู่ในภาคกลางของดินแดนยุโรปของรัสเซียและ คอเคซัสเหนือ- การปล่อยสารตะกั่วสัมบูรณ์สูงสุดพบได้ในภูมิภาคอูราล (685 ตัน) โวลก้า (651 ตัน) และภูมิภาคไซบีเรียตะวันตก (568 ตัน) และผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์ที่สุดของการปล่อยสารตะกั่วนั้นถูกบันทึกไว้ในภูมิภาคตาตาร์สถาน, ครัสโนดาร์และสตาฟโรปอล, รอสตอฟ, มอสโก, เลนินกราด, นิจนีนอฟโกรอด, โวลโกกราด, โวโรเนซ, ซาราตอฟและซามารา (หนังสือพิมพ์ Green World ฉบับพิเศษฉบับที่ 28, 1997)
สารหนู (As)
พบสารหนูใน สิ่งแวดล้อมในรูปแบบเสถียรทางเคมีที่หลากหลาย สถานะออกซิเดชันหลักสองสถานะคือ As(III) และ As(V) สารหนูเพนตะวาเลนต์พบได้ทั่วไปในธรรมชาติในรูปของสารประกอบอนินทรีย์หลายชนิด แม้ว่าสารหนูชนิดไตรวาเลนท์จะตรวจพบได้ง่ายในน้ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้สภาวะไร้ออกซิเจน
ทองแดง(ลูกบาศ์ก)
แร่ธาตุทองแดงธรรมชาติในดิน ได้แก่ ซัลเฟต ฟอสเฟต ออกไซด์ และไฮดรอกไซด์ คอปเปอร์ซัลไฟด์สามารถก่อตัวในดินที่มีการระบายน้ำไม่ดีหรือมีน้ำท่วมขังซึ่งทำให้เกิดสภาวะที่ลดลง แร่ธาตุทองแดงมักจะละลายได้เกินกว่าจะยังคงอยู่ในดินเกษตรกรรมที่มีการระบายน้ำอย่างอิสระ อย่างไรก็ตาม ในดินที่ปนเปื้อนโลหะ สภาพแวดล้อมทางเคมีสามารถควบคุมได้โดยกระบวนการที่ไม่สมดุลซึ่งนำไปสู่การสะสมของเฟสของแข็งที่แพร่กระจายได้ สันนิษฐานว่าอาจมีโคเวลไลท์ (CuS) หรือคาลโคไพไรต์ (CuFeS 2) อยู่ในดินที่ได้รับการฟื้นฟูซึ่งปนเปื้อนด้วยทองแดง
ปริมาณทองแดงปริมาณเล็กน้อยอาจเกิดขึ้นจากการรวมตัวกันของซัลไฟด์ที่แยกออกมาในซิลิเกต และสามารถแทนที่แคตไอออนในฟิลโลซิลิเกตอย่างไอโซมอร์ฟัสได้ แร่ธาตุดินเหนียวที่มีประจุไม่สมดุลจะดูดซับทองแดงโดยไม่จำเพาะเจาะจง แต่ออกไซด์และไฮดรอกไซด์ของเหล็กและแมงกานีสแสดงความสัมพันธ์จำเพาะที่สูงมากกับทองแดง สารประกอบอินทรีย์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงสามารถเป็นตัวดูดซับที่เป็นของแข็งสำหรับทองแดง ในขณะที่สารอินทรีย์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำมีแนวโน้มที่จะก่อตัวเป็นสารเชิงซ้อนที่ละลายน้ำได้
ความซับซ้อนขององค์ประกอบของดินจำกัดความสามารถในการแยกสารประกอบทองแดงออกเป็นรูปแบบทางเคมีเฉพาะในเชิงปริมาณ บ่งชี้ -->การมีอยู่ของกลุ่มบริษัททองแดงจำนวนมากพบได้ทั้งในสารอินทรีย์และในออกไซด์ของ Fe และ Mn การแนะนำของเสียที่มีทองแดงหรือเกลือทองแดงอนินทรีย์จะเพิ่มความเข้มข้นของสารประกอบทองแดงในดินที่สามารถสกัดได้ด้วยรีเอเจนต์ที่ค่อนข้างอ่อน ดังนั้นทองแดงจึงสามารถปรากฏอยู่ในดินได้ในรูปของสารเคมีที่ไม่ละลายน้ำ แต่ธาตุที่ละลายน้ำได้ง่ายและเปลี่ยนได้ - ทองแดง - ก่อให้เกิดรูปแบบจำนวนเล็กน้อยที่สามารถดูดซึมโดยพืชได้ ซึ่งมักจะน้อยกว่า 5% ของปริมาณทองแดงทั้งหมดในดิน
ความเป็นพิษของทองแดงจะเพิ่มขึ้นตามค่า pH ของดินที่เพิ่มขึ้น และเมื่อความสามารถในการแลกเปลี่ยนไอออนบวกของดินต่ำ การเพิ่มปริมาณทองแดงผ่านการสกัดเกิดขึ้นเฉพาะในชั้นผิวดินเท่านั้นและพืชเมล็ดพืชที่มีระบบรากลึกจะไม่ประสบกับสิ่งนี้
สภาพแวดล้อมและธาตุอาหารพืชสามารถส่งผลต่อความเป็นพิษต่อพืชของทองแดงได้ ตัวอย่างเช่น ความเป็นพิษของทองแดงต่อข้าวที่ราบลุ่มสังเกตได้อย่างชัดเจนเมื่อรดน้ำต้นไม้ด้วยน้ำเย็นแทนที่จะเป็นน้ำอุ่น ความจริงก็คือกิจกรรมทางจุลชีววิทยาถูกระงับในดินเย็น และสร้างสภาวะที่ลดลงในดินที่เอื้อต่อการตกตะกอนของทองแดงจากสารละลาย
ความเป็นพิษต่อพืชของทองแดงเกิดขึ้นเริ่มแรกจากปริมาณทองแดงที่มีอยู่ในดินที่มากเกินไป และจะเพิ่มขึ้นด้วยความเป็นกรดของดิน เนื่องจากทองแดงค่อนข้างไม่ทำงานในดิน ทองแดงเกือบทั้งหมดที่เข้าสู่ดินจึงยังคงอยู่ในชั้นบน การเติมสารอินทรีย์ลงในดินที่ปนเปื้อนทองแดงสามารถลดความเป็นพิษได้เนื่องจากการดูดซับของโลหะที่ละลายน้ำได้โดยสารตั้งต้นที่เป็นอินทรีย์ (ในกรณีนี้ ไอออน Cu 2+ จะถูกแปลงเป็นสารประกอบเชิงซ้อนที่พืชเข้าถึงได้ยาก) หรือโดยการเพิ่มความคล่องตัว ของไอออน Cu 2+ และชะล้างออกจากดินในรูปของสารเชิงซ้อนออร์กาโนคอปเปอร์ที่ละลายน้ำได้
สังกะสี (Zn)
สังกะสีสามารถมีอยู่ในดินได้ในรูปของออกโซซัลเฟต, คาร์บอเนต, ฟอสเฟต, ซิลิเกต, ออกไซด์และไฮดรอกไซด์ สารประกอบอนินทรีย์เหล่านี้สามารถแพร่กระจายได้ในพื้นที่เกษตรกรรมที่มีการระบายน้ำได้ดี Sphalerite ZnS ดูเหมือนจะมีรูปแบบที่โดดเด่นทางอุณหพลศาสตร์ทั้งในดินรีดิวซ์และออกซิไดซ์ การเชื่อมโยงระหว่างสังกะสีกับฟอสฟอรัสและคลอรีนสามารถเห็นได้ชัดเจนในตะกอนที่ปนเปื้อนด้วยโลหะหนักลดลง ดังนั้นควรพบเกลือสังกะสีที่ค่อนข้างละลายได้ในดินที่อุดมด้วยโลหะ
สังกะสีจะถูกแทนที่ด้วยไอโซมอร์ฟัสด้วยแคตไอออนอื่นๆ ในแร่ซิลิเกต และสามารถถูกบดบังหรือตกตะกอนร่วมกับแมงกานีสและไฮดรอกไซด์ของเหล็กได้ ฟิลโลซิลิเกต คาร์บอเนต โลหะออกไซด์ไฮเดรต และสารประกอบอินทรีย์ดูดซับสังกะสีได้ดี โดยใช้ทั้งตำแหน่งการจับที่จำเพาะและไม่เจาะจง
ความสามารถในการละลายของสังกะสีจะเพิ่มขึ้นในดินที่เป็นกรด เช่นเดียวกับในระหว่างการก่อตัวที่ซับซ้อนด้วยลิแกนด์อินทรีย์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ สภาวะที่ลดลงสามารถลดความสามารถในการละลายของสังกะสีได้เนื่องจากการก่อตัวของ ZnS ที่ไม่ละลายน้ำ
ความเป็นพิษต่อพืชของสังกะสีมักเกิดขึ้นเมื่อรากพืชสัมผัสกับสารละลายในดินที่มีสังกะสีมากเกินไป การขนส่งสังกะสีผ่านดินเกิดขึ้นผ่านการแลกเปลี่ยนและการแพร่กระจาย โดยกระบวนการหลังจะเด่นในดินที่มีสังกะสีต่ำ การเคลื่อนย้ายทางเมตาบอลิซึมมีความสำคัญมากกว่าในดินที่มีสังกะสีสูง ซึ่งความเข้มข้นของสังกะสีที่ละลายน้ำได้ค่อนข้างคงที่
การเคลื่อนที่ของสังกะสีในดินจะเพิ่มขึ้นเมื่อมีสารคีเลต (จากธรรมชาติหรือสังเคราะห์) ความเข้มข้นของสังกะสีที่ละลายน้ำได้เพิ่มขึ้นซึ่งเกิดจากการก่อตัวของคีเลตที่ละลายน้ำได้จะช่วยชดเชยการเคลื่อนที่ที่ลดลงซึ่งเกิดจากขนาดโมเลกุลที่เพิ่มขึ้น ความเข้มข้นของสังกะสีในเนื้อเยื่อพืช การดูดซึมทั้งหมด และอาการเป็นพิษมีความสัมพันธ์เชิงบวกกับความเข้มข้นของสังกะสีในสารละลายที่อาบรากพืช
ไอออน Zn 2+ อิสระถูกดูดซึมโดยระบบรากของพืชเป็นส่วนใหญ่ ดังนั้นการก่อตัวของคีเลตที่ละลายน้ำได้จึงส่งเสริมความสามารถในการละลายของโลหะนี้ในดิน และปฏิกิริยานี้จะชดเชยความพร้อมที่ลดลงของสังกะสีในรูปแบบคีเลต
การปนเปื้อนของโลหะในรูปแบบเริ่มแรกมีอิทธิพลต่อความเป็นพิษของสังกะสี: ความพร้อมของสังกะสีแก่พืชในดินที่ได้รับการปฏิสนธิเทียบเท่ากับ เนื้อหาทั่วไปของโลหะนี้จะลดลงตามลำดับ ZnSO 4 >ตะกอน>ปุ๋ยหมัก
การทดลองส่วนใหญ่เกี่ยวกับการปนเปื้อนในดินด้วยตะกอนที่มี Zn ไม่ได้แสดงให้เห็นการลดลงของผลผลิตหรือความเป็นพิษต่อพืชอย่างเห็นได้ชัด อย่างไรก็ตามการแนะนำระยะยาวของพวกเขาด้วย ความเร็วสูงสามารถทำลายพืชได้ การใช้สังกะสีอย่างง่ายในรูปของ ZnSO 4 ทำให้การเจริญเติบโตของพืชลดลงในดินที่เป็นกรด ในขณะที่การใช้ในระยะยาวในดินที่เกือบจะเป็นกลางจะไม่มีใครสังเกตเห็น
สังกะสีถึงระดับที่เป็นพิษในดินเกษตรกรรมซึ่งโดยทั่วไปมาจากสังกะสีบนพื้นผิว โดยปกติแล้วจะไม่เจาะลึกเกิน 15-30 ซม. รากที่ลึกของพืชบางชนิดสามารถหลีกเลี่ยงการสัมผัสกับสังกะสีส่วนเกินได้เนื่องจากตำแหน่งของพวกมันอยู่ในดินใต้ผิวดินที่ไม่มีการปนเปื้อน
การปูนดินที่ปนเปื้อนด้วยสังกะสีจะช่วยลดความเข้มข้นของดินในพืชไร่ การเติม NaOH หรือ Ca(OH) 2 ช่วยลดความเป็นพิษของสังกะสีในพืชผักที่ปลูกบนดินพีทที่มีสังกะสีสูง แม้ว่าในดินเหล่านี้การดูดซึมสังกะสีจากพืชจะมีจำกัดมากก็ตาม การขาดธาตุเหล็กที่เกิดจากสังกะสีสามารถกำจัดได้โดยการเติมคีเลตเหล็กหรือ FeSO 4 ลงในดินหรือลงบนใบโดยตรง การถอดหรือฝังชั้นบนสุดที่ปนเปื้อนสังกะสีทางกายภาพอาจหลีกเลี่ยงผลกระทบที่เป็นพิษของโลหะต่อพืชโดยสิ้นเชิง
แมงกานีส
ในดิน แมงกานีสพบได้ใน 3 สถานะออกซิเดชัน: +2, +3, +4 โลหะนี้ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับแร่ธาตุปฐมภูมิหรือออกไซด์ของโลหะทุติยภูมิ ในดินปริมาณแมงกานีสทั้งหมดอยู่ในช่วง 500 ถึง 900 มก./กก.
ความสามารถในการละลายของ Mn 4+ ต่ำมาก แมงกานีสไตรวาเลนต์มีความไม่เสถียรมากในดิน แมงกานีสส่วนใหญ่ในดินจะอยู่ในรูปของ Mn 2+ ในขณะที่ดินที่มีอากาศถ่ายเทได้ดี ส่วนใหญ่อยู่ในสถานะของแข็งจะอยู่ในรูปของออกไซด์ ซึ่งโลหะอยู่ในสถานะออกซิเดชัน IV; ในดินที่มีการระบายอากาศไม่ดี แมงกานีสจะถูกฟื้นฟูอย่างช้าๆ โดยสภาพแวดล้อมของจุลินทรีย์ และผ่านเข้าไปในสารละลายในดิน ดังนั้นจึงมีความคล่องตัวสูง
ความสามารถในการละลายของ Mn 2+ เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญที่ค่า pH ต่ำ แต่การดูดซึมแมงกานีสจากพืชลดลง
ความเป็นพิษของแมงกานีสมักเกิดขึ้นเมื่อระดับแมงกานีสรวมปานกลางถึงสูง ค่า pH ในดินค่อนข้างต่ำ และความพร้อมของออกซิเจนในดินต่ำ (กล่าวคือ มีสภาวะที่ลดลง) เพื่อขจัดผลกระทบของสภาวะเหล่านี้ ควรเพิ่ม pH ของดินด้วยการปูนขาว พยายามปรับปรุงการระบายน้ำของดิน และควรลดการไหลของน้ำ เช่น โดยทั่วไปจะปรับปรุงโครงสร้างของดินที่กำหนด
