Транспортные средства являются одним из источников загрязнения окружающей среды. Например, свинец содержится в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания, что негативно сказывается на состоянии почвы. В результате этого явления, почва, расположенная рядом с крупными автомагистралями и бульварами, оказывается более загрязненной свинцом. Радиус такого загрязнения может достигать 200 метров вдоль дорог с интенсивным движением.
Природные и антропогенные источники тяжелых металлов
Термин «тяжелые металлы» охватывает группу химических элементов, обладающих плотностью, превышающей 5 граммов на квадратный сантиметр, или имеющих атомный номер более 20. Следует отметить, что некоторые тяжелые металлы, попадающие в экосистему, являются микроэлементами, имеющими биологическое значение для растений и других организмов, поскольку они входят в состав различных ферментов. Тем не менее, если концентрации этих тяжелых металлов значительно превышают допустимые уровни, они могут оказывать токсическое влияние, а также угнетающее воздействие на биологическое сообщество экосистемы.
- Ртуть
- Кадмий
- Свинец
- Медь
- Цинк
- Молибден
- Промышленные сточные воды
- Воздействие на гидросферу
Почва служит не только средством для роста растений, но и фактически является складом для пестицидов, которые со временем разлагаются и проникают в растения и окружающую среду. Важно отметить, что даже спустя многие годы после применения этих химических веществ, они могут все еще сохраняться в почве и влиять на экосистему.
Почему происходит загрязнение почвы тяжелыми металлами?
Основные источники загрязнения окружающей среды включают в себя заводы и образуемые отходы. Каждый день человечество производит огромное количество отходов, лишь 4% из которых перерабатывается, в то время как остальные оказываются на свалках. Увеличение числа и объема свалок существенно негативно воздействует на экологическую среду.
Одной из наиболее серьезных проблем, вытекающих из этого состояния дел, является загрязнение почвы тяжелыми металлами. Наиболее опасными из них являются ртуть, свинец, кадмий, цинк и медь, которые осаждаются в почве. Предельно допустимая концентрация этих веществ в плодородных слоях составляет 16 ПДК (предельно допустимая концентрация). Превышение этого значения может привести к острым изменениям в биосфере и отклонениям в физических свойствах почвы, наблюдаемые при превышении предельно допустимого уровня в 10 ПДК.
Растения и микроорганизмы являются наиболее показательными индикаторами загрязнения почвы. Например, у растений с сухими листьями можно предположить накопление цинка в почве, либо замедленный рост растения, что указывает на избыток меди. Аномальный рост отдельных видов растений может быть следствием избыточного содержания кобальта. Наиболее распространенными биологическими индикаторами загрязнения почвы тяжелыми металлами выступают такие растения, как слива и фасоль.
Микроорганизмы в загрязненных почвах ведут себя по-разному в зависимости от местоположения. В лесных массивах их активность выше, что зачастую связано с меньшим уровнем загрязнения.
В территориальных единицах, соседствующих с заводами и свалками, наблюдается снижение численности микроорганизмов и почвенных животных. Тяжелые металлы оказывают негативное воздействие на их биологическую активность. Обычно это проявляется в замедленном росте и редком размножении, а также в наличии генетических мутаций.
Адаптация организмов к новым условиям существования иногда приводит к их вымиранию или миграции в менее загрязненные районы.
Срок хранения пестицидов в почве значительно варьирует в зависимости от температуры. Чем выше температура почвы, тем быстрее происходит разложение пестицидов, что может осуществляться как в результате химических процессов (гидролиз, окисление), так и благодаря активному участию микроорганизмов и других компонентов почвенной экосистемы.
Методы очистки земель от тяжелых металлов
Существует два основных направления действий для минимизации негативных последствий, связанных с поступлением токсичных веществ в почву. Первое направление заключается в снижении концентрации металлов, которые попадают в почву в процессе производства, а также вместе с отходами и другими источниками загрязнения.
Второе направление сосредоточено на восстановлении почв, которые уже подверглись негативному воздействию. Цель этих действий — снижение концентрации металлов и их нейтрализация.
Обработка известью
Внесение извести в почву положительно влияет на ее химические, физические и биологические свойства. С известью микроэлементы образуют труднорастворимые соединения, которые постепенно растворяются в результате химического поглощения. Растения, которые выращены в обработанной известью почве, имеют низкое содержание вредных металлов.
Кроме того, внесение извести изменяет кислотность почвы, что снижает подвижность частиц тяжелых металлов и одновременно повышает их растворимость, что крайне важно для биодоступности веществ для растений.
Глинизация
Применение глины в почвенной обработке тоже показывает положительное влияние на подвижность тяжелых металлов. При внесении глины, обогащенной минеральными добавками, емкость катионного обмена почвы увеличивается, благодаря чему глиняные вещества способны эффективнее поглощать металлы по сравнению с органическими добавками. Степень воздействия зависит от характеристик загрязняющих веществ в почве.
Выщелачивание почвы
Данный метод, заключающийся в промывке почвы реагентами, осуществляется при высоких концентрациях токсичных веществ. Однако данный метод имеет свои недостатки, например, инфильтрацию металлов в грунтовые воды и одновременное вымывание из почвы ценных растительных компонентов.
Для выщелачивания используются растворимые соли железа, которые имеют низкую токсичность для растений. После процедуры промывки обязательна известкование почвы и внесение как неорганических, так и органических удобрений для восстановления ее плодородия.
Натуральные и искусственные абсорбенты
При этом методе в почву вводят цеолиты — природные абсорбенты, которые значительно увеличивают объем поглощенных микроэлементов. Для биоаэробного сбраживания также могут быть задействованы метаболически активные грибы, черви или насекомые. Результат этого метода во многом зависит от общего состояния почвы, степени её загрязнения и её исходного химического состава.
В качестве искусственных абсорбентов могут использоваться активированный уголь, ионообменные смолы, а также биологически активные отходы.
Минеральные удобрения
Компоненты минеральных удобрений могут оказывать влияние на подвижность металлов в почве. Однако методы, основанные на использовании удобрений, не всегда оказываются полезными и, при неверной дозировке, могут причинить вред экосистеме. Важным побочным эффектом внесения удобрений является повышение кислотности почвы, что негативно сказается на подвижности токсинов, активирующихся в более кислой среде.
Для детоксикации можно применять удобрения, содержащие фтор. Данный метод подходит для случаев сильного загрязнения, однако, если концентрация металлов в почве низкая, использование удобрений может усугубить общее состояние почвы.
Органические удобрения
Почвы, обрабатываемые органическими удобрениями, менее подвержены негативным последствиям от загрязнения, поскольку они способствуют улучшению плодородия, увеличивая запас питательных веществ, необходимых для здоровья и роста растений.
Рекультивация земель, загрязненных тяжелыми металлами
Методология восстановления почвы охватывает ряд мер, направленных на восстановление естественного состава почвы. Прежде чем приступить к рекультивации, важно проанализировать, какое конкретное вещество или вещества вызвали ухудшение состояния почвы.
Методы восстановления могут включать:
- Выращивание растений, устойчивых к источникам загрязнения.
- Восстановление почвы с использованием фиторемедиации, что предполагает посадку растений, которые способны накапливать и удерживать вредные элементы.
- Контроль подвижности тяжелых металлов в различных слоях почвы.
- Поддержание баланса микроэлементов в почвенном профиле.
- Замена или разбавление загрязненного слоя почвы.
Для устранения последствий применяется множество методов обработки. В дополнение к этому, в почву добавляются абсорбенты, как естественного, так и искусственного происхождения, с целью уменьшения токсичности.
Методы защиты почвы от загрязнения тяжелыми металлами
Для снижения концентрации ядовитых элементов используются физические, химические и биологические методы. К числу таких мер можно отнести:
- Изменение кислотности почвы с помощью органических и неорганических удобрений.
- Очистка подземных вод от загрязняющих веществ.
- Сокращение выбросов металлической пыли в атмосферу с целью минимизации атмосферного загрязнения.
- Использование альтернативных источников энергии.
- Сокращение потерь ресурсов в процессе производства и улучшение технологий.
- Переработка и безопасная утилизация промышленных отходов.
Следует учесть, что, помимо удаления загрязненных почвенных масс, крайне важно также принимать меры по снижению вредных выбросов в атмосферу и окружающую среду. Таким образом, защита почвы от тяжелых металлов становится лишь одной из частей комплексного подхода к техническому воздействию на экосистему.
Для того чтобы предотвратить негативные последствия, связанные с поступлением токсичных веществ в почву, акцентируется внимание на двух основных направлениях действий. Первое из них заключается в снижении концентрации металлов, которые попадают в почву в процессе производства, совместно с отходами и из других источников загрязнения.
Методика определения
Существует множество методов определения степени загрязнения почвы, и каждый из них имеет свои особенности и может проявлять разную степень эффективности в зависимости от конкретных источников загрязнения. Вот некоторые из них:
- Биологическая адаптация. Этот метод предполагает оценку состояния почвы на основе наличия так называемых биомаркеров, включая активность почвенных микроорганизмов, состояние растительности на участках и реакцию лишайников и мхов на изменения в состоянии субстрата.
- Анализ снежного покрова. В тех районах, где наблюдается высокая промышленная активность, токсичные металлы могут попадать в атмосферу и оседать с осадками на снегу. Оценка количества снежного покрова зимой может предоставить информацию о приблизительной массе металлов, попадающих в почву в течение определенного периода.
- Расчет магнитной восприимчивости почвы. Эта методика довольно простая и помогает определить наличие оксида железа в почвах, которые играют важную роль в переносе тяжелых металлов воздухом.
В регионах, где почва загрязнена тяжелыми металлами, численность микроорганизмов в почве представляет собой важный индикатор. Их количество может свидетельствовать о параметрах активности почвы, разложении и адсорбции органических веществ.
Способы очистки
Существует две основные области воздействия, направленные на минимизацию негативных последствий, связанных с попаданием солей тяжелых металлов в почву. Первое направление связано с уменьшением общей концентрации тяжелых металлов, накопленных в почве. Второе характеризуется восстановлением почвы, которая уже пострадала от загрязнения. Для достижения этой цели применяются различные методы, направленные как на снижение концентрации токсичных элементов, так и на их нейтрализацию.
- Промывка. Если концентрация токсичных металлов низкая, методы промывки с использованием специальных реагентов могут быть эффективны. Для этого, как правило, используются растворимые соли железа, которые характеризуются низкой токсичностью для растений и животных. Однако у данного метода имеются недостатки, включая возможность инфильтрации по металлам в грунтовые воды во время процедур очистки, а также вымывание из почвы полезных микроэлементов в процессе работы.
- Обработка известью. Внесение извести может существенно положительно сказаться на физических, химических и биологических свойствах почвы. При взаимодействии микроэлементов с известью, образуются нерастворимые соединения, которые позднее подвержены растворению путем химического поглощения. После внесения извести изменяется кислотность почвы, что, в свою очередь, способствует снижению подвижности частиц тяжелых металлов и увеличивает их растворимость.
- Глинизация. Введение глины в почву имеет значительное положительное влияние. Когда глина попадает в почву, ее катионная емкость возрастает, что значительно повышает эффективность абсорбции тяжелых металлов. Глиняные компоненты действуют как мощные абсорбенты, минимизируя подвижность токсичных металлов.
- Натуральные и искусственные абсорбенты. Этот подход включает использование цеолитов, которые представляют собой природные абсорбенты, способствующие многократному увеличению поглощения микроэлементов. Для биоаэробного сбраживания также применяются черви, насекомые и активные грибы. Искусственные абсорбенты включают активированный уголь и биоактивные отходы.
- Удобрения. Активные компоненты минеральных удобрений могут оказывать влияние на подвижность тяжелых металлов. Тем не менее, использование таких удобрений не всегда является целесообразным и может негативно сказаться на экосистеме, особенно при неправильно рассчитанных дозировках.
Фторсодержащие формы удобрений в основном применяются для детоксикации. Они достаточно эффективны при сильном загрязнении, однако могут ухудшить состояние почвы в случаях незначительного уровня загрязнения.
