Teški metali u zemljištu. Apstrakt: Teški metali u tlu

Teški metali u zemljištu

U posljednje vrijeme, zbog brzog razvoja industrije, došlo je do značajnog povećanja nivoa teških metala u životnoj sredini. Izraz "teški metali" primjenjuje se na metale bilo čija gustina prelazi 5 g/cm at. jedinice Među hemijskim elementima, teški metali su najotrovniji i drugi po stepenu opasnosti nakon pesticida. Istovremeno, sljedeći hemijski elementi su toksični: Co, Ni, Cu, Zn, Sn, As, Se, Te, Rb, Ag, Cd, Au, Hg, Pb, Sb, Bi, Pt.

Fitotoksičnost teških metala zavisi od njihovih hemijskih svojstava: valencije, jonskog radijusa i sposobnosti formiranja kompleksa. U većini slučajeva, prema stepenu toksičnosti, elementi su raspoređeni u slijedu: Cu> Ni> Cd> Zn> Pb> Hg> Fe> Mo> Mn. Međutim, ovaj niz se može donekle promijeniti zbog nejednakog taloženja elemenata u tlu i prelaska u stanje nedostupno biljkama, uvjetima uzgoja i fiziološkim i genetskim karakteristikama samih biljaka. Transformacija i migracija teških metala odvija se pod direktnim i indirektnim uticajem reakcije formiranja kompleksa. Prilikom procjene zagađenja okoliša potrebno je uzeti u obzir svojstva tla i prije svega granulometrijski sastav, sadržaj humusa i puferiranje. Kapacitet pufera podrazumijeva se kao sposobnost tla da održava koncentraciju metala u otopini tla na konstantnom nivou.

U zemljištu su teški metali prisutni u dvije faze – čvrstoj i u zemljišnom rastvoru. Oblik postojanja metala određen je reakcijom okoline, hemijskim i materijalnim sastavom zemljišne otopine i, prije svega, sadržajem organskih tvari. Elementi - kompleksanti koji zagađuju tlo koncentrirani su uglavnom u njegovom gornjem sloju od 10 cm. Međutim, kada se tlo s niskim puferom zakiseli, značajan dio metala iz stanja apsorbiranog razmjenom prelazi u otopinu tla. Kadmijum, bakar, nikl, kobalt imaju jaku sposobnost migracije u kiseloj sredini. Smanjenje pH za 1,8-2 jedinice dovodi do povećanja pokretljivosti cinka za 3,8-5,4, kadmijuma - za 4-8, bakra - za 2-3 puta. .

Tabela 1 MPC (MAC) standardi, pozadinske koncentracije hemijskih elemenata u zemljištu (mg/kg)

Stoga, kada uđu u tlo, teški metali brzo stupaju u interakciju s organskim ligandima i formiraju kompleksna jedinjenja. Dakle, pri niskim koncentracijama u tlu (20-30 mg/kg) oko 30% olova je u obliku kompleksa sa organskim materijama. Udio kompleksnih spojeva olova raste sa njegovom koncentracijom do 400 mg/g, a zatim opada. Metali se također sorbiraju (razmjenjuju ili ne razmjenjuju) taloženjem hidroksida gvožđa i mangana, minerala gline i organske materije tla. Metali dostupni biljkama i sposobni za ispiranje nalaze se u otopini tla u obliku slobodnih jona, kompleksa i kelata.

Upijanje HM u tlo u većoj mjeri ovisi o reakciji okoline i o tome koji anioni prevladavaju u otopini tla. U kiseloj sredini bakar, olovo i cink se više apsorbuju, a u alkalnoj sredini kadmijum i kobalt se intenzivno apsorbuju. Bakar se prvenstveno vezuje za organske ligande i hidrokside gvožđa.

Tabela 2 Pokretljivost elemenata u tragovima u različitim tlima u zavisnosti od pH rastvora zemljišta

Tlo-klimatski faktori često određuju smjer i brzinu migracije i transformacije HM u tlu. Dakle, uslovi zemljišnog i vodnog režima šumsko-stepske zone doprinose intenzivnoj vertikalnoj migraciji HM duž profila tla, uključujući i mogući prijenos metala sa protokom vode duž pukotina, korijenskih tokova itd. .

Nikl (Ni) je element VIII grupe periodnog sistema sa atomskom masom 58,71. Nikl, zajedno sa Mn, Fe, Co i Cu, spada u takozvane prelazne metale, čiji su spojevi visoko biološki aktivni. Zbog posebnosti strukture elektronskih orbitala, gore navedeni metali, uključujući nikal, imaju dobro izraženu sposobnost formiranja kompleksa. Nikl je u stanju da formira stabilne komplekse sa, na primer, cisteinom i citratom, kao i sa mnogim organskim i neorganskim ligandima. Geohemijski sastav matičnih stijena u velikoj mjeri određuje sadržaj nikla u tlu. Najveća količina nikla sadržana je u zemljištima formiranim od bazičnih i ultrabazičnih stijena. Prema nekim autorima, granice viška i toksičnosti nikla za većinu vrsta variraju od 10 do 100 mg/kg. Glavna masa nikla je nepomično fiksirana u tlu, a vrlo slaba migracija u koloidnom stanju iu sastavu mehaničkih suspenzija ne utiče na njihovu distribuciju duž vertikalnog profila i prilično je ujednačena.

Olovo (Pb). Hemija olova u tlu određena je delikatnom ravnotežom suprotno usmjerenih procesa: sorpcija-desorpcija, otapanje-prelazak u čvrsto stanje. Olovo ispušteno u tlo sa emisijama uključeno je u ciklus fizičkih, hemijskih i fizičko-hemijskih transformacija. Najprije dominiraju procesi mehaničkog pomaka (čestice olova se kreću duž površine i u tlu duž pukotina) i konvekcijske difuzije. Zatim, kako se jedinjenja olova u čvrstoj fazi rastvaraju, u igru ​​stupaju složeniji fizičko-hemijski procesi (posebno, procesi jonske difuzije), praćeni transformacijom jedinjenja olova koja dolaze s prašinom.

Utvrđeno je da olovo migrira i vertikalno i horizontalno, pri čemu drugi proces prevladava nad prvim. Tokom 3 godine osmatranja na travnatoj livadi, olovna prašina nanesena lokalno na površinu tla pomjerila se u horizontalnom smjeru za 25–35 cm, dok je dubina njenog prodiranja u debljinu tla iznosila 10–15 cm. Biološki faktori igraju važnu ulogu u migracija olova: korijenje biljaka apsorbira ione metala; tokom vegetacije kreću se u debljini tla; Kako biljke umiru i raspadaju, olovo se oslobađa u okolnu masu tla.

Poznato je da tlo ima sposobnost da veže (sorbira) tehnogeno olovo koje je u njega ušlo. Vjeruje se da sorpcija uključuje nekoliko procesa: potpunu razmjenu sa katjonima apsorpcionog kompleksa tla (nespecifična adsorpcija) i niz reakcija kompleksiranja olova sa donorima komponenti tla (specifična adsorpcija). U tlu se olovo povezuje uglavnom sa organskom materijom, kao i sa mineralima gline, oksidima mangana, gvožđem i aluminijum hidroksidima. Vezivanjem olova, humus sprečava njegovu migraciju u susedne sredine i ograničava ulazak u biljke. Od minerala gline, ilite karakterizira sklonost ka sorpciji olova. Povećanje pH u tlu tokom vapnenja dovodi do još većeg vezivanja olova u zemljištu zbog stvaranja teško rastvorljivih jedinjenja (hidroksidi, karbonati itd.).

Olovo, koje je u tlu prisutno u pokretnim oblicima, s vremenom se fiksira komponentama tla i postaje nedostupno biljkama. Prema domaćim istraživačima, olovo je najjače fiksirano u černozemima i tresetno-muljnim tlima.

Kadmij (Cd) Osobina kadmijuma po kojoj se razlikuje od ostalih HM je da je prisutan u zemljišnoj otopini uglavnom u obliku kationa (Cd 2+), iako u tlu sa neutralnom reakcijom okoline može formirati teško rastvorljiv kompleksi sa sulfatima, fosfatima ili hidroksidima.

Prema dostupnim podacima, koncentracija kadmijuma u zemljišnim otopinama pozadinskog tla kreće se od 0,2 do 6 µg/l. U centrima zagađenja tla povećava se na 300-400 µg/l. .

Poznato je da je kadmijum u zemljištu veoma pokretljiv; je u stanju da u velikim količinama prelazi iz čvrste faze u tečnu i obrnuto (što otežava predviđanje njegovog ulaska u biljku). Mehanizmi koji reguliraju koncentraciju kadmijuma u zemljišnoj otopini određeni su procesima sorpcije (pod sorpcijom podrazumijevamo adsorpciju, taloženje i formiranje kompleksa). Kadmijum se apsorbuje u zemljištu u manjim količinama od ostalih HM. Za karakterizaciju mobilnosti teških metala u tlu koristi se omjer koncentracija metala u čvrstoj fazi prema onoj u ravnotežnom rastvoru. Visoke vrijednosti ovog omjera ukazuju da se HM zadržavaju u čvrstoj fazi zbog reakcije sorpcije, niske vrijednosti - zbog činjenice da su metali u otopini, odakle mogu migrirati u druge medije ili ući u različite reakcije (geohemijske ili biološke). Poznato je da je vodeći proces u vezivanju kadmijuma adsorpcija glinama. Nedavne studije su također pokazale veliku ulogu u ovom procesu hidroksilnih grupa, željeznih oksida i organske tvari. Pri niskom nivou zagađenja i neutralnoj reakciji medija, kadmij se adsorbuje uglavnom oksidima gvožđa. A u kiseloj sredini (pH = 5), organska tvar počinje djelovati kao moćan adsorbens. Pri nižem pH (pH=4), funkcije adsorpcije prelaze gotovo isključivo na organsku materiju. Mineralne komponente u ovim procesima prestaju da igraju bilo kakvu ulogu.

Poznato je da se kadmijum ne samo sorbuje na površini tla, već se i fiksira usled padavina, koagulacije i međupaketne apsorpcije minerala gline. Difundira u čestice tla kroz mikropore i na druge načine.

Kadmijum se različito fiksira u tlima različitih tipova. Do sada se malo zna o kompetitivnim odnosima kadmijuma sa drugim metalima u procesima sorpcije u kompleksu koji apsorbuje tlo. Prema istraživanju stručnjaka sa Tehničkog univerziteta u Kopenhagenu (Danska), u prisustvu nikla, kobalta i cinka, apsorpcija kadmijuma u zemljištu je bila potisnuta. Druge studije su pokazale da se procesi sorpcije kadmijuma propadanjem tla u prisustvu hloridnih jona. Zasićenost tla ionima Ca 2+ dovela je do povećanja sorpcionog kapaciteta kadmijuma. Mnoge veze kadmijuma s komponentama tla pokazuju se krhkim; pod određenim uvjetima (na primjer, kisela reakcija okoline), oslobađa se i vraća se u otopinu.

Otkriva se uloga mikroorganizama u procesu rastvaranja kadmija i njegovog prijelaza u mobilno stanje. Kao rezultat njihove vitalne aktivnosti nastaju ili vodotopivi metalni kompleksi, ili se stvaraju fizički i hemijski uslovi koji pogoduju prelasku kadmijuma iz čvrste faze u tečnu.

Procesi koji se dešavaju sa kadmijumom u zemljištu (sorpcija-desorpcija, prelazak u rastvor itd.) su međusobno povezani i ovisni, a protok ovog metala u biljke zavisi od njihovog smera, intenziteta i dubine. Poznato je da vrijednost sorpcije kadmijuma tlom ovisi o vrijednosti pH: što je pH tla veći, ono više apsorbira kadmij. Tako se, prema dostupnim podacima, u rasponu pH od 4 do 7,7, s povećanjem pH po jedinici, sorpcijski kapacitet tla u odnosu na kadmij povećava približno tri puta.

Cink (Zn). Nedostatak cinka može se manifestirati kako na kiselim, jako podzoliziranim lakim zemljištima, tako i na karbonatnim, siromašnim cinkom i visoko humusnim tlima. Manifestacija manjka cinka pojačava se upotrebom visokih doza fosfatnih đubriva i snažnim oranjem podzemlja do obradivog horizonta.

Najveći ukupni sadržaj cinka u zemljištima tundre (53-76 mg/kg) i černozema (24-90 mg/kg), a najmanji u busensko-podzolskim zemljištima (20-67 mg/kg). Nedostatak cinka najčešće se očituje na neutralnim i slabo alkalnim vapnenačkim zemljištima. U kiselim zemljištima cink je pokretljiviji i dostupniji biljkama.

Cink je prisutan u tlu u jonskom obliku, gdje se adsorbira mehanizmom kationske izmjene u kiseloj ili kao rezultat hemisorpcije u alkalnoj sredini. Zn 2+ jon je najmobilniji. Na pokretljivost cinka u zemljištu najviše utiču pH vrednost i sadržaj glinenih minerala. Na 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 .

Federalna služba za nadzor zaštite prava potrošača i ljudske dobrobiti

2.1.7. ZEMLJIŠTE, ČIŠĆENJE NASELJENIH MJESTA, PROIZVODNJA I POTROŠNJA OTPADA SANITARNA ZAŠTITA ZEMLJA

Maksimalno dozvoljene koncentracije (MAC) hemijskih supstanci u tlu

Higijenski standardi
GN 2.1.7.2041-06

1. Priredio autorski tim u sastavu: N.V. Rusakov, I.A. Kryatov, N.I. Tonkopiy, Zh.Zh. Gumarova, N.V. Pirtakhia (Državni istraživački institut za ljudsku ekologiju i higijenu životne sredine nazvan po A.N. Sysinu, Ruska akademija medicinskih nauka); A.P. Vesele (Savezna služba za nadzor zaštite prava potrošača i dobrobiti ljudi).

2. Preporučeno na odobrenje Biroa Komisije za državnu sanitarnu i epidemiološku regulativu pri Federalnoj službi za nadzor zaštite prava potrošača i dobrobiti ljudi (Zapisnik br. 2 od 16.06.2005. godine).

3. Odobren od strane šefa Federalne službe za nadzor zaštite prava potrošača i dobrobiti ljudi, glavnog državnog sanitarnog doktora Ruske Federacije G.G. Onišenko 19. januara 2006

4. Stupio na snagu Ukazom Glavnog državnog sanitarnog doktora Ruske Federacije od 23. januara 2006. br. 1 od 1. aprila 2006. godine.

5. Uveden kao zamjena higijenskih normi "Lista maksimalno dozvoljenih koncentracija (MPC) i približnih dozvoljenih količina (APC) hemikalija u zemljištu" br. 6229-91 i GN 2.1.7.020-94 (Dodatak 1 do br. 6229- 91).

6. Registrovano u Ministarstvu pravde Ruske Federacije (registarski broj 7470 od 7. februara 2006. godine).

Federalni zakon Ruske Federacije
"O sanitarnom i epidemiološkom blagostanju stanovništva"
br. 52-FZ30. marta 1999. godine

„Državna sanitarna i epidemiološka pravila i propisi (u daljem tekstu: sanitarna pravila) su regulatorni pravni akti kojima se utvrđuju sanitarni i epidemiološki zahtjevi (uključujući kriterije sigurnosti i (ili) bezopasnosti faktora životne sredine za čovjeka, higijenske i druge standarde), ne -poštovanje koje stvara opasnost po život ili zdravlje ljudi, kao i opasnost od nastanka i širenja bolesti” (član 1).

“Poštivanje sanitarnih pravila je obavezno za građane, samostalne preduzetnike i pravna lica” (član 39. stav 3.).

GLAVNI DRŽAVNI SANITARNI LEKAR RUSKOG FEDERACIJE

RESOLUCIJA

23.01.2006 Moskva №1

O implementaciji
higijenskim standardima
GN 2.1.7.2041-06

Na osnovu Federalnog zakona br. 52-FZ od 30. marta 1999. „O sanitarnoj i epidemiološkoj dobrobiti stanovništva“ (Sabrani zakoni Ruske Federacije, 1999., br. 14, član 1650; 2003., br. 2 , član 167; br. 27, član 2700; 2004, br. 35, član 3607) i Pravilnik o državnom sanitarnom i epidemiološkom racionalizaciji, odobren Uredbom Vlade Ruske Federacije od 24. jula 2000. br. 554 (Sabrano zakonodavstvo Ruske Federacije, 2000., br. 31, čl. 3295) sa izmenama i dopunama Uredbe Vlade Ruske Federacije od 15. septembra 2005. br. 569 (Sabrani zakoni Ruske Federacije, 2005., br. 39 , čl. 3953)

RJEŠITI:

1. Staviti na snagu od 1. aprila 2006. higijenske standarde GN 2.1.7.2041-06 "Maksimalne dozvoljene koncentracije (MPC) hemikalija u tlu", koje je odobrio glavni državni sanitarni lekar Ruske Federacije 19. januara, 2006.

G.G. Onishchenko

ODOBRI

Šef Federalne službe
o nadzoru u oblasti zaštite prava
potrošača i ljudske dobrobiti,
Glavni državni sanitarni
doktor Ruske Federacije

G.G. Onishchenko

2.1.7. ZEMLJIŠTE, ČIŠĆENJE NASELJENIH MJESTA, OTPAD ZA PROIZVODNJU I POTROŠNJU, SANITARNA ZAŠTITA ZEMLJA

Maksimalno dozvoljene koncentracije (MAC) hemijskih supstanci u tlu

Higijenski standardi
GN 2.1.7.2041-06

I. Opće odredbe i djelokrug

1.1. Higijenski standardi "Maksimalne dozvoljene koncentracije (MAC) hemijskih supstanci u tlu" (u daljem tekstu standardi) razvijeni su u skladu sa Saveznim zakonom od 30. marta 1999. N 52-FZ "O sanitarnoj i epidemiološkoj dobrobiti stanovništvo" (Sobraniye Zakonodatelstva Rossiyskoy Federatsii, 1999, N 14, član 1650; 2003, N 2, član 167; N 27, član 2700; 2004, N 35) i Pravilnik o državnim sanitarnim i epidemiološkim propisima odobren Vlada Ruske Federacije od 24. jula 2000. N 554 (Zbirka zakona Ruske Federacije, 2000., N 31, član 3295) izmijenjena Uredbom Vlade Ruske Federacije od 15. septembra 2005. N 569 (Sobraniye zakonodatelstva Rossiyskoy Federatsii, 2005, N 39, čl. 3953)

1.2. Ovi standardi vrijede na cijeloj teritoriji Ruske Federacije i utvrđuju maksimalno dozvoljene koncentracije hemikalija u tlu različitih vrsta korištenja zemljišta.

1.3. Standardi se odnose na tla naselja, poljoprivredno zemljište, zone sanitarne zaštite izvorišta vodosnabdijevanja, teritoriju odmarališta i pojedinih ustanova.

1.4. Ovi standardi su razvijeni na osnovu složenih eksperimentalnih studija o opasnosti od indirektnog uticaja zagađivača tla na zdravlje ljudi, kao i uzimajući u obzir njegovu toksičnost, epidemiološke studije i međunarodno iskustvo u standardizaciji.

1.5. Poštivanje higijenskih standarda je obavezno za građane, individualne preduzetnike i pravna lica.

II. Maksimalno dozvoljene koncentracije (MAC) hemijskih supstanci u tlu

Bilješke.

1. KGU - kompleksna zrnasta đubriva sastava N:P:K=64:0:15. MPC KGU se kontroliše sadržajem nitrata u zemljištu, koji ne bi trebalo da prelazi 76,8 mg/kg apsolutno suvog zemljišta.

KZhU - složena tečna đubriva sastava N:P:K=10:34:0 TU 6-08-290-74 sa dodacima mangana ne više od 0,6% ukupne mase. MPC KZhU kontrolira se sadržajem mobilnih fosfata u tlu, koji ne bi trebao prelaziti 27,2 mg/kg apsolutno suvog tla.

2. Standardi za arsen i olovo za različite tipove tla predstavljeni su kao približne dozvoljene koncentracije (AEC) u drugom dokumentu.

3. MPC OFU se kontroliše sadržajem benzo/a/pirena u zemljištu, koji ne bi trebalo da prelazi MPC benzo/a/pirena.

4. Pokretni oblik kobalta ekstrahuje se iz tla acetat-natrijum pufer rastvorom pH 3,5 i pH 4,7 za sivo zemljište i acetatno-amonijum pufer rastvorom pH 4,8 za ostale tipove zemljišta.

5. Pokretni oblik elementa se ekstrahuje iz tla puferskom otopinom amonijum acetata pH 4,8.

6. Pokretni oblik fluora se ekstrahuje iz tla sa pH £ 6,5 0,006 N HCl, sa pH >6,5 - 0,03 N K2SO4.

Napomene uz Odjeljak II

Nazivi pojedinačnih supstanci po abecednom redu daju se, gdje je to moguće, u skladu s pravilima Međunarodne unije čiste primijenjene hemije (IUPAC) (kolona 2) i imaju registarske brojeve Chemical Abstracts Service (CAS) (kolona 3) kako bi se olakšala identifikacija supstanci.

U koloni 4 prikazane su formule supstanci.

Vrijednosti Standarda date su u miligramima tvari po kilogramu tla (mg/kg) - kolona 5 - za bruto i pokretne oblike njihovog sadržaja u tlu.

Naznačen je granični pokazatelj štetnosti (kolona 6), prema kojem se utvrđuju sljedeći standardi: migracija zraka (migracija zraka), migracija vode (migracija vode), opšta sanitarna ili translokacija.

Radi lakšeg korišćenja standarda, dat je indeks glavnih sinonima (Dodatak 1), formule supstanci (Dodatak 2) i CAS brojeva (Dodatak 3).

1. GOST 26204-84, GOST 28213-84 „Tla. Metode analize".

2. Dmitriev M.T., Kaznina N.I., Pinigina I.A. Sanitarno-hemijska analiza zagađujućih materija u životnoj sredini: priručnik. Moskva: Hemija, 1989.

3. Metoda za određivanje furfurala u zemljištu br. 012-17/145 /MZ UzSSR od 24.03.87. Taškent, 1987.

4. Uputstvo za kvalitativno i kvantitativno određivanje kancerogenih policikličnih ugljovodonika u proizvodima složenog sastava br. 1423-76 od 12.05.76. M., 1976.

5. Uputstvo za uzorkovanje iz objekata životne sredine i njihovu pripremu za naknadno određivanje kancerogenih policikličnih aromatičnih ugljovodonika: br. 1424-76 od 12.05.76.

6. Maksimalno dozvoljene koncentracije hemikalija u zemljištu: br. 1968-79 /MZ SSSR od 21.02.79. M., 1979.

7. Maksimalno dozvoljene koncentracije hemikalija u zemljištu: br. 2264-80 od 30. 10. 80. / Ministarstvo zdravlja SSSR-a. M., 1980.

Sadržaj teških metala (HM) u tlu ovisi, kako su utvrdili mnogi istraživači, o sastavu izvornih stijena, čija je značajna raznolikost povezana sa složenom geološkom istorijom razvoja teritorija. Hemijski sastav stena koje formiraju tlo, predstavljen kao produkti trošenja stijena, unaprijed je određen hemijskim sastavom izvornih stijena i ovisi o uvjetima hipergenske transformacije.

Posljednjih decenija antropogena aktivnost čovječanstva je intenzivno uključena u procese migracije HM u prirodnom okruženju.

Jedna od najvažnijih grupa otrovnih tvari koje zagađuju tlo su teški metali. To uključuje metale gustoće veće od 8 hiljada kg / m 3 (osim plemenitih i rijetkih): Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Hg, Co, Sb, Sn, Be. U primijenjenim radovima, Pt, Ag, W, Fe i Mn se često dodaju na listu teških metala. gotovo svi teški metali su toksični. Antropogena disperzija ove grupe zagađivača (uključujući i u obliku soli) u biosferi dovodi do trovanja ili opasnosti od trovanja živih.

Svrstavanje teških metala koji ulaze u tlo iz emisija, otpada, otpada u klase opasnosti (prema GOST 17.4.1.02-83. Zaštita prirode. Tla) prikazano je u tabeli. jedan.

Tabela 1. Klasifikacija hemikalija po klasama opasnosti

Bakar- jedan je od najvažnijih nezamjenjivih elemenata potrebnih živim organizmima. U biljkama je aktivno uključen u procese fotosinteze, disanja, obnavljanja i fiksacije dušika. Bakar je dio niza enzima oksidaze - citokrom oksidaze, ceruloplazmina, superoksid dismutaze, urat oksidaze i drugih, a uključen je u biokemijske procese kao sastavni dio enzima koji provode reakcije oksidacije supstrata molekularnim kisikom.

Clark u zemljinoj kori 47 mg/kg. Hemijski, bakar je neaktivan metal. Osnovni faktor koji utječe na vrijednost sadržaja Cu je njegova koncentracija u stijenama koje formiraju tlo. Od magmatskih stijena, najveću količinu elementa akumuliraju glavne stijene - bazalti (100-140 mg/kg) i andeziti (20-30 mg/kg). Pokrivne i lesolike ilovače (20-40 mg/kg) manje su bogate bakrom. Njegov najmanji sadržaj je zabilježen u pješčanicima, krečnjacima i granitima (5-15 mg/kg). Koncentracija metala u glinama evropskog dijela Rusije dostiže 25 mg/kg, u lesolikim ilovačama – 18 mg/kg. Pješčane i pješčane stene koje formiraju tlo na planinama Altaj akumuliraju u prosjeku 31 mg/kg bakra, na jugu Zapadnog Sibira - 19 mg/kg.

U tlima je bakar slabo migratorni element, iako je sadržaj mobilnog oblika prilično visok. Količina pokretnog bakra zavisi od mnogih faktora: hemijskog i mineraloškog sastava matične stene, pH rastvora zemljišta, sadržaja organske materije itd. Najveća količina bakra u zemljištu povezana je sa oksidima gvožđa, manganom. , hidroksidi gvožđa i aluminijuma, a posebno sa vermikulit montmorilonitom. Huminske i fulvo kiseline su u stanju da formiraju stabilne komplekse sa bakrom. Pri pH 7-8, rastvorljivost bakra je najniža.

MPC za bakar u Rusiji je 55 mg/kg, APC za peskovita i peskovita ilovasta tla je 33 mg/kg.

Podaci o toksičnosti elementa za biljke su oskudni. Trenutno je glavni problem nedostatak bakra u zemljištu ili njegova neravnoteža sa kobaltom. Glavni znakovi nedostatka bakra za biljke su usporavanje, a zatim i prestanak formiranja reproduktivnih organa, pojava sitnog zrna, praznog klasja i smanjenje otpornosti na štetne faktore okoline. Na njegov nedostatak su najosjetljiviji pšenica, zob, ječam, lucerna, crvena cvekla, luk i suncokret.

ManganŠiroko je rasprostranjen u zemljištu, ali se tamo nalazi u manjim količinama u odnosu na gvožđe. Mangan se u zemljištu nalazi u nekoliko oblika. Jedini oblici dostupni biljkama su izmjenjivi i u vodi topivi oblici mangana. Dostupnost mangana u tlu opada sa povećanjem pH (sa smanjenjem kiselosti tla). Međutim, rijetko se tla iscrpljuju ispiranjem do te mjere da nema dovoljno dostupnog mangana za ishranu biljaka.

U zavisnosti od tipa zemljišta, sadržaj mangana varira: kestenova zemlja 15,5 ± 2,0 mg/kg, sivozemno zemljište 22,0 ± 1,8 mg/kg, livadsko zemljište 6,1 ± 0,6 mg/kg, žuto zemljano zemljište 4,7 ± 3,8 mg/kg , pješčana 6,8 ± 0,7 mg/kg.

Jedinjenja mangana su jaki oksidanti. Maksimalna dozvoljena koncentracija za tlo černozema je
1500 mg/kg tla.

Sadržaj mangana u biljnoj hrani koja se uzgaja na livadskim, žutozemnim i pjeskovitim zemljištima korelira sa njegovim sadržajem u ovim zemljištima. Količina mangana u dnevnoj ishrani u ovim geohemijskim provincijama je više od 2 puta manja od dnevnih ljudskih potreba i ishrane ljudi koji žive u zonama kestena i sivih zemljišta.

Teški metali su biohemijski aktivni elementi koji ulaze u ciklus organskih supstanci i utiču uglavnom na žive organizme. Teški metali uključuju elemente kao što su olovo, bakar, cink, kadmijum, nikl, kobalt i niz drugih.

Migracija teških metala u zemljištu zavisi, prije svega, od alkalno-kiselih i redoks uslova, koji određuju raznolikost zemljišno-geohemijskih uslova. Važnu ulogu u migraciji teških metala u profil tla imaju geohemijske barijere, koje u nekim slučajevima pojačavaju, au drugima slabe (zbog sposobnosti očuvanja) otpornost tla na zagađenje teškim metalima. Na svakoj od geohemijskih barijera zadržava se određena grupa hemijskih elemenata sa sličnim geohemijskim svojstvima.

Specifičnosti glavnih procesa formiranja tla i tip vodnog režima određuju prirodu distribucije teških metala u tlima: akumulacija, konzervacija ili uklanjanje. Identificirane su grupe tla sa akumulacijom teških metala u različitim dijelovima profila tla: na površini, u gornjem, u sredini, sa dva maksimuma. Osim toga, identificirana su tla u zoni, koja se odlikuju koncentracijom teških metala zbog unutarprofilne kriogene konzervacije. Posebnu grupu čine tla na kojima se u uslovima ispiranja i periodičnog ispiranja iz profila uklanjaju teški metali. Unutarprofilna distribucija teških metala je od velikog značaja za procenu zagađenja zemljišta i predviđanje intenziteta akumulacije zagađujućih materija u njima. Karakteristika unutarprofilne distribucije teških metala dopunjena je grupiranjem tla prema intenzitetu njihovog uključivanja u biološki ciklus. Ukupno se razlikuju tri gradacije: visoka, umjerena i slaba.

Geohemijska situacija migracije teških metala u tlu riječnih poplavnih područja je osebujna, gdje se s povećanim zalivanjem značajno povećava mobilnost kemijskih elemenata i spojeva. Specifičnost geohemijskih procesa ovdje je posljedica, prije svega, izražene sezonske promjene redoks uslova. To je zbog posebnosti hidrološkog režima rijeka: trajanja proljetnih poplava, prisutnosti ili odsustva jesenjih poplava i prirode perioda niske vode. Trajanje poplavnih voda poplavnih terasa određuje dominaciju ili oksidativnih (kratkoročno poplavno plavljenje) ili redoks (dugotrajno plavljenje) uslova.

Obradiva tla su izložena najvećim tehnogenim uticajima arealne prirode. Glavni izvor zagađenja, sa kojim do 50% ukupne količine teških metala ulazi u obradivo zemljište, su fosfatna đubriva. Da bi se utvrdio stepen potencijalne kontaminacije obradivog zemljišta, izvršena je kombinovana analiza svojstava zemljišta i svojstava zagađivača: uzet je u obzir sadržaj, sastav humusa i granulometrijski sastav zemljišta, kao i alkalno-kiseli uslovi. Podaci o koncentraciji teških metala u fosforitima ležišta različite geneze omogućili su izračunavanje njihovog prosječnog sadržaja, uzimajući u obzir približne doze gnojiva primijenjenih na obradivim tlima u različitim regijama. Procjena svojstava tla je u korelaciji sa vrijednostima agrogenog opterećenja. Kumulativna integralna procjena činila je osnovu za utvrđivanje stepena potencijalne kontaminacije tla teškim metalima.

Najopasnija po stepenu kontaminacije teškim metalima su multihumusna, ilovasto-ilovasta tla sa alkalnom reakcijom okoline: tamno siva šumska tla i tamno kestena tla sa visokim akumulativnim kapacitetom. Regije Moskve i Brjanska takođe karakteriše povećan rizik od zagađenja zemljišta teškim metalima. Situacija sa buseno-podzolistim tlima ne doprinosi akumulaciji teških metala ovdje, ali u ovim područjima je tehnogeno opterećenje veliko i tla nemaju vremena za "samopročišćavanje".

Ekološka i toksikološka procjena zemljišta na sadržaj teških metala pokazala je da je 1,7% poljoprivrednog zemljišta kontaminirano supstancama klase opasnosti I (visoko opasna) i 3,8% - klase opasnosti II (umjereno opasna). Kontaminacija tla teškim metalima i sadržajem arsena iznad utvrđenih normi otkrivena je u Republici Burjatiji, Republici Dagestan, Republici Mordoviji, Republici Tivi, na Krasnojarskom i Primorskom području, u Ivanovu, Irkutsku, Kemerovu, Kostromi , regije Murmansk, Novgorod, Orenburg, Sahalin, Chita.

Lokalna kontaminacija tla teškim metalima povezana je prvenstveno s velikim gradovima i. Procjena rizika od kontaminacije tla kompleksima teških metala izvršena je prema ukupnom pokazatelju Zc.

Trenutno se široko koriste dva različita pojma za označavanje gotovo iste grupe hemijskih elemenata: elemenata u tragovima i teških metala.

Elementi u tragovima su koncept koji je nastao u geohemiji i sada se aktivno koristi u poljoprivrednim naukama, medicini, toksikologiji i sanitaciji. Označava grupu hemijskih elemenata koji se nalaze u prirodnim objektima u vrlo malim količinama - manje od 0,01%, u pravilu 10 -3 -10 -12%. Formalno, alokacija se zasniva na njihovoj rasprostranjenosti u prirodi, koja se značajno razlikuje za različite prirodne sredine i objekte (litosfera, pedosfera, donji sedimenti, hidrosfera, biljke, životinje itd.).

Izraz "teški metali" u većoj mjeri odražava učinak zagađenja okoliša i toksičnog djelovanja elemenata kada uđu u biotu. Pozajmljen je iz tehničke literature, gdje se koristi za označavanje kemijskih elemenata gustoće veće od 5 g / cm 3. Na osnovu ovog pokazatelja, 43 od 84 metala uključenih u periodni sistem elemenata Mendeljejeva treba smatrati teškim. Međutim, sa ovim tumačenjem, Be - 1,85 g/cm 3, Al - 2,7, Sc - 3,0, Ti - 4,6, Rb - 1,5, Sr - 2,6, Y - 4,5, Cs - 1,9, Ba - 3,8 g / cm 3, koji su u prevelikim koncentracijama također opasni. Potreba da se u ovu grupu uvrste toksični supstanci lakih metala postignuta je promenom kriterijuma selekcije, kada su u ovu grupu počeli da se pripisuju elementi sa atomskom masom većom od 40. Ovakvim pristupom u ovu grupu nisu uključeni samo Be i Al. toksikanata.

Stoga je sasvim razumno uključiti u moderno tumačenje pojma "teški metali" veliku grupu toksičnih hemijskih elemenata, uključujući i nemetale.

Ukupno ima preko 40 teških metala. Pb, Cd, Zn, Hg, As i Cu smatraju se prioritetnim zagađivačima, jer se njihova tehnogena akumulacija u životnoj sredini odvija vrlo brzo. Ovi elementi imaju visok afinitet za fiziološki važna organska jedinjenja. Njihove prevelike količine u organizmu živih bića remete sve metaboličke procese i dovode do ozbiljnih bolesti kod ljudi i životinja. Istovremeno, mnogi njihovi elementi (Co, Cu, Zn, Se, Mn) se dosta koriste u nacionalnoj ekonomskoj proizvodnji (posebno u poljoprivredi, medicini itd.) pod nazivom mikroelementi, kao što je gore navedeno.

Hrom (Cr). Sadržaj elementa u zemljištu zavisi od njegovog sadržaja u matičnim stijenama.

Krom se odlikuje širokim spektrom oksidacionih stanja i sposobnošću stvaranja kompleksnih anjonskih i kationskih jona (Cr (OH) 2+, CrO 4 2-, CrO 3 -). U prirodnim jedinjenjima ima valenciju +3 (jedinjenja hroma) i +6 (hromati). Većina Cr 3+ je prisutna u hromatu FeCr 2 O 4 ili drugim mineralima spinela u kojima zamjenjuje željezo i aluminij.

U tlima je većina hroma prisutna u obliku Cr 3+, ulazi u sastav minerala ili formira različite Cr 3+ i Fe 3+ okside. Jedinjenja hroma u zemljištu su vrlo stabilna, jer je inertna u kiseloj sredini (na pH 5,5 skoro potpuno taloži). Ponašanje kroma ovisi o pH i redoks potencijalu tla.

Organski kompleksi takođe imaju veliki uticaj na ponašanje hroma u zemljištu. Važna tačka u ponašanju elementa, koja je povezana sa dostupnošću hroma za biljke, je lakoća kojom se rastvorljivi Cr 6+ u normalnim uslovima tla pretvara u nerastvorljivi Cr 3+ . Oksidacija Cr 3+ može se uočiti u zemljištu kao rezultat oksidacijske sposobnosti jedinjenja mangana.

Krom je bitan element u ishrani biljaka. Smanjenje njegove mobilnosti hroma u zemljištu može dovesti do nedostatka u biljkama. Lako rastvorljiv u zemljištu, Cr 6+ je toksičan za biljke i životinje.

Primjenom fosfora i organskih tvari primjenom vapnenca značajno se smanjuje toksičnost hroma u kontaminiranom tlu.

Olovo (Pb). Sadržaj olova u zemljinoj kori iznosi 1,6×10 -3 težinskih procenta. Prirodni sadržaj olova u zemljištu kreće se od 3 do 189 mg/kg. U prirodnim uslovima, njegov glavni oblik je PbS galena. Olovo je prisutno kao Pb 2+. Tokom vremenskih uslova, olovni sulfidi polako oksidiraju.

Po geohemijskim svojstvima, olovo je blisko grupi dvovalentnih zemnoalkalnih elemenata, pa je sposobno da zameni K, Ba, Sr, Ca kako u mineralima tako i tokom sorpcije. Zbog široko rasprostranjene kontaminacije olovom, većina tla, posebno gornji horizonti, obogaćena je ovim elementom.

Među teškim metalima, najmanje je pokretljiv. Olovo se uglavnom povezuje sa mineralima gline, oksidima mangana, hidroksidima gvožđa i aluminijuma i organskim materijama. Pri visokom pH, olovo se taloži u tlu u obliku hidroksida, fosfata, karbonata. Isti uslovi pogoduju formiranju Pb-organskih kompleksa.

Nivoi na kojima element postaje toksičan kreću se od 100-500 mg/kg. Zagađenje olovom iz preduzeća obojene metalurgije predstavljeno je mineralnim oblicima, iz izduvnih gasova vozila - halogenim solima. Čestice izduvnih gasova koje sadrže Pb su nestabilne i lako se pretvaraju u okside, karbonate, sulfate. Zagađenje tla olovom je ireverzibilno, stoga će se akumulacija mikroelementa u gornjem horizontu tla odvijati i pod uvjetima njegovog malog dodavanja.

Kontaminacija Pb u tlu trenutno nije zabrinjavajuća zbog netopivosti adsorbiranih i precipitiranih jona Pb u tlu. Međutim, sadržaj olova u korijenu biljaka korelira s njegovim sadržajem u tlu, što ukazuje na apsorpciju elementa od strane biljaka. Akumulacija olova u gornjem horizontu tla je također od velike ekološke važnosti, jer snažno utiče na biološku aktivnost tla i zemljišne biote. Njegove visoke koncentracije mogu inhibirati mikrobiološke procese, posebno u zemljištima sa niskim kapacitetom izmjene katjona.

Kadmijum (Cd). Kadmijum je element u tragovima. Prevalencija kadmijuma u zemljinoj kori je 5×10 -5 težinskih procenata. Geohemija Cd je usko povezana sa geohemijom cinka; pokazuje visoku pokretljivost u kiselim sredinama.

Kadmijum tokom vremenskih uslova lako prelazi u rastvor gde je prisutan u obliku Cd 2+. Može formirati kompleksne jone CdCl + , CdOH + , CdHCO 3 + , Cd (OH ) 3 - , Cd (OH ) 4 2- , kao i organske helate. Glavno valentno stanje kadmijuma u prirodnim sredinama je +2. Najvažniji faktori koji kontrolišu pokretljivost jona kadmija su pH sredine i redoks potencijal. U uslovima visoke oksidacije, Cd je sposoban da formira same minerale, kao i da se akumulira u fosfatima i biogenim sedimentima.

Glavni faktor koji određuje sadržaj elementa u tlu je sastav matičnih stijena. Prosječan sadržaj kadmijuma u zemljištu je od 0,07 do 1,1 mg/kg. Istovremeno, pozadinski nivoi ne prelaze 0,5 mg/kg, više vrednosti su rezultat antropogenih aktivnosti.

Konkurentna adsorpcija na glinama je vodeći proces u vezivanju kadmijuma različitim komponentama tla. U bilo kom tlu, aktivnost kadmijuma u velikoj meri zavisi od pH vrednosti. Element je najpokretniji u kiselim zemljištima u pH rasponu od 4,5-5,5, a u alkalnim je relativno nepokretan. Sa povećanjem pH na alkalne vrijednosti, pojavljuje se monovalentni hidrokso kompleks Cd OH +, koji ne može lako zamijeniti položaje u kompleksu ionske izmjene.

Za kadmijum je tipičnija migracija niz profil od akumulacije u gornjim horizontima tla, stoga obogaćivanje elementom u gornjim slojevima ukazuje na kontaminaciju tla. Kontaminacija tla Cd-om je opasna za biotu. U uslovima tehnogenog opterećenja, maksimalni nivoi kadmijuma u zemljištu su tipični za područja rudnika olova i cinka, u blizini preduzeća obojene metalurgije i na poljoprivrednim zemljištima gde se koriste otpadne vode i fosfatna đubriva.

Da bi se smanjila toksičnost Cd u tlima, koriste se metode za povećanje pH i kapaciteta kationske izmjene tla.

Merkur (Hg). Živa i njen sulfid (cinober) poznati su čovjeku od davnina. To je jedini metal koji je u tečnom obliku na uobičajenim temperaturama. Alhemičari su živu smatrali nosiocem metalnih svojstava i smatrali su je zajedničkim sastojkom svih metala.

Važna geohemijska svojstva žive su: stvaranje jakih veza sa sumporom, stvaranje organo-metalnih jedinjenja koja su relativno stabilna u vodenoj sredini i isparljivost elementarne žive. Živa je neaktivna tokom vremenskih uslova, zadržava se u tlu uglavnom u obliku slabo pokretnih organskih kompleksa.

Sorpcija Hg 2+ u zemljištu varira u zavisnosti od pH vrednosti, a maksimalna je pri pH 4-5. Prosječne koncentracije žive u površinskom sloju tla ne prelaze 400 µg/kg. Pozadinski nivoi elementa mogu se procijeniti na 0,n mg/kg, ali je teško odrediti tačne količine zbog široko rasprostranjene kontaminacije tla ovim metalom. Kontaminacija zemljišta živom povezuje se sa preduzećima koja proizvode teške metale, sa hemijskom proizvodnjom, sa upotrebom fungicida.

Kontaminacija tla živom samo po sebi nije ozbiljan problem, međutim, čak i jednostavne Hg soli ili metalna živa predstavljaju opasnost za biljke i biotu tla zbog otrovnih svojstava živine pare. Unošenje elementa u korijenje biljaka može se minimizirati dodavanjem vapna, spojeva koji sadrže sumpor i čvrstih fosfata.

Arsen (As). Arsen je poznat od davnina. Čak i Aristotel i Teofrast spominju prirodna jedinjenja sumpora arsena, koja su se koristila kao lekovi i boje. Prosječan sadržaj elementa u zemljinoj kori iznosi 5×10 -4 težinskih postotaka. Karakterizira ga ujednačena distribucija u glavnim vrstama stijena. Formira sopstvene minerale i deo je drugih. Element je povezan sa nalazištima drugih minerala i deluje kao indikator u geohemijskim radovima. Minerali arsena su visoko rastvorljivi. Međutim, intenzitet njegove migracije je nizak zbog aktivne sorpcije česticama gline, hidroksida i organske tvari.

Uobičajena oksidaciona stanja As; -3, 0, +3, +5. Kompleksni anjoni AsO 2 - , AsO 4 3- , NAsO 4 2- , As 2 O 3 - su najčešći mobilni oblici arsena. AsO 4 3- je po svom ponašanju blizak fosfatima. Najčešći oblik arsena u okolini je As 5+.

Arsen adsorbiran u tlu teško se desorbira, a snaga vezivanja elementa za tlo raste s godinama. Najniži nivoi sadržaja arsena karakteristični su za peskovita tla. Njegove maksimalne koncentracije vezane su za aluvijalna tla i tla obogaćena organskom tvari.

Toksičnost arsena u tlu može se smanjiti na različite načine, ovisno o izvoru kontaminacije i svojstvima tla. Povećanje oksidativnog stanja tla, upotreba supstanci koje doprinose taloženju i vezivanju elementa (gvozdeni sulfat, kalcijum karbonat), ograničava bioraspoloživost arsena. Primjena fosfatnih gnojiva također smanjuje ulazak elementa u biotu.

Nikl (Ni). Sadržaj nikla u zemljinoj kori je 8×10 -3 težinskih procenta. U distribuciji nikla u zemljinoj kori postoji sličnost sa kobaltom i gvožđem. U kontinentalnim sedimentima prisutan je u obliku sulfida i arsenida i često zamjenjuje željezo u feromagnezijskim spojevima. U jedinjenjima, nikl je uglavnom dvovalentan i trovalentan.

Tokom trošenja stijena, element se lako oslobađa, a zatim taloži oksidima željeza i mangana. Relativno je stabilan u vodenim rastvorima i može migrirati na velike udaljenosti.

U tlima je nikal usko povezan sa oksidima mangana i željeza, te je u tom obliku najdostupniji biljkama. U gornjim horizontima tla, nikal je prisutan u organski vezanim oblicima, od kojih su neki lako topljivi kelati. Najveći sadržaj Ni uočen je u glinovitim i ilovastim zemljištima, u zemljištima na mafičnim i vulkanskim stijenama, te u tlima bogatim organskom tvari.

Nikl se danas smatra ozbiljnim zagađivačem. Antropogeni izvori nikla dovode do njegovog značajnog povećanja u tlu. Ni je prisutan u kanalizacionom mulju u obliku lako dostupnih organskih kelata i može biti fitotoksičan. Unošenje fosfata ili organske tvari doprinosi smanjenju njihove dostupnosti biljkama.

Proračuni obavljeni u Belorusiji pokazuju da 72% arsena, 57% žive, oko 99% nikla, 27% kadmijuma, 33% hroma, 27% bakra, 15% olova ulazi u atmosferu republike samo iz stacionarnih izvora sagorevanja goriva, 11 % cinka. Proizvodnja cementa unosi značajne količine kadmijuma, olova, hroma. Mobilni izvori uglavnom zagađuju atmosferu cinkom i bakrom.

Osim atmosferskih padavina, značajna količina metala se unosi u tlo pri upotrebi gnojiva, uključujući i ona na bazi kanalizacijskog mulja i kućnog otpada. Sastav nečistoća u đubrivima sadrži kadmijum, hrom, bakar, olovo, uranijum, vanadijum i cink, sa otpadom od intenzivnog stočarstva i živinarstva - bakar i arsen, sa kompostom i stajskim đubrivom - kadmijum, bakar, nikl, cink i arsen, sa pesticidima - kadmijumom, arsenom, živom, olovom, manganom i cinkom.

Složenost sastava tla, veliki skup hemijskih spojeva određuju mogućnost istovremenog odvijanja različitih hemijskih reakcija i sposobnost čvrstih faza tla da održavaju relativno konstantan sastav zemljišne otopine, iz koje biljke direktno crpe hemijske elemente. Ova sposobnost održavanja konstantnog sastava otopine tla naziva se puferiranje tla. U prirodnim uvjetima, puferiranje tla se izražava u činjenici da kada se neki element potroši iz otopine tla, čvrste faze se djelomično otapaju i koncentracija otopine se obnavlja. Ako prekomjerne količine bilo kojeg spoja uđu u otopinu tla izvana, tada čvrste faze tla vežu takve tvari, opet održavajući postojanost sastava otopine tla. Dakle, važi opšte pravilo: puferski kapacitet tla je posledica velikog skupa istovremeno nastalih hemijskih reakcija između rastvora tla i čvrstih delova tla. Hemijska raznolikost čini tlo otpornim na promjene okolišnih uvjeta ili antropogene aktivnosti.