Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Стратегія ведення сільського господарства за умов техногенного забруднення

Враховуючи ступінь забруднення, намічають шляхи використання ґрунтового покриву. Згідно із рекомендаціями Ґрунтового інституту ім. В.В. Докучаєва (Росія), виділяють три ступеня забруднення території з властивою їм стратегією сільськогосподарської діяльності: профілактики, перебудови та припинення (табл. 1.2.) [14, 62].

Профілактичні заходи рекомендують для територій, які зазнають промислового забруднення важкими металами у дозах, що не приводять до перевищення ГДК у ґрунтах і рослинах. При цьому накопичення забруднювачів фіксується лише на найчутливіших біоіндикаторах (лишайниках, мохах), а інколи і в поверхневих горизонтах необроблюваних ґрунтів. В окультурених ґрунтах концентрації важких металів, як правило, не перевищують фонових. На таких територіях слід здійснювати моніторинг стану ґрунтів і рослин.

На землях, де накопичення важких металів у ґрунтах, а також в окремих сільськогосподарських культурах (бобових, овочевих) перевищують ГДК і існує небезпека для здоров'я людей, вдаються до системного застосування всіх сучасних методів захисту: меліоративного, агрономічного, селекційного та раціональної організації використання території.

Щоб перевести важкі метали в малорухомі форми, на кислих ґрунтах проводять вапнування, на лужних — гіпсування. З цією ж метою можна використовувати фосфорні та органічні добрива. Утворюючи комплекси, важкі метали стають менш рухомими і в менших кількостях надходять до рослин. Знизити надходження важких металів у рослини можна і шляхом внесення у ґрунт органічних іонообмінних речовин — цеолітів, гранул полістиролу, кремнійорганічних сполук. Заслуговує на увагу і підбір культур та сортів, які накопичують мінімальну кількість важких металів. На забруднених ґрунтах перевагу слід надавати технічним культурам (льону, коноплі, бавовнику та ін.). Найбільш забруднені ґрунти відводять під заліснення.

Припинення сільськогосподарської діяльності рекомендується на територіях, де забруднення важкими металами повітря, вод, ґрунтів і рослин досягає критичного рівня для здоров'я людей, а система сучасних захисних методів не є ефективною. Повернення таких земель у сільськогосподарське виробництво можливе лише після різкого зниження рівня промислового забруднення та докорінної рекультивації.

1.3 Контроль за накопиченням важких металів у ґрунті та рослинах

Упродовж останніх десятиліть у зв'язку з бурхливим розвитком промисловості спостерігається значне зростання рівня важких металів (ВМ) у біосфері. Нині вони є одним із пріоритетних забруднювачів агроекосистеми. В умовах інтенсивного антропогенного впливу надходження їх у агроекосистему перевищує їх захисні (буферні) властивості. Це призводить до зниження врожайності та якості продукції рослинництва, робить її небезпечною для людей і тварин. У добривах мікроелементи містяться, як правило, у рухомій кислоторозчинній формі. Так, наприклад, у калійних добривах вміст міді становить 1,5-15 мг/кг, а в гної – 19,8 мг/кг. Період напіввидалення міді – 310-1500 років. На, характер профільного розподілу впливає комплекс ґрунтових факторів: гранулометричний склад, кислотність та ін. [16, 98].

Термін «важкі» застосовують для металів, питома маса яких перевищує 5 г/см³, або атомний номер більше 20, хоча існує й інше визначення, за яким до важких металів належить понад 40 хімічних елементів із атомною масою вище 50 ат.од. Окремі з них, зокрема мідь, цинк, бор тощо, є необхідними елементами живлення рослин, але у кількості вище допустимого рівня є токсикантами. Фітотоксичність важких металів визначається їхніми хімічними властивостями (валентністю, іонним радіусом, здатністю до комплексоутворення). За ступенем токсичності їх можна розмістити у такому порядку: Co>Ni>Cd>Zn>Pt»Hg> Fe>Mo>Mn. Цей ряд може змінюватись через різне перетворення елементів у ґрунті, зокрема переведення їх у недоступні для рослин сполуки [16, 101].

Ґрунт є основним джерелом надходження важких металів і мікроелементів у харчові ланцюги. Він забезпечує мікроелементами безпосередньо рослини і непрямим шляхом – тварин і людину. Але при техногенному забрудненні саме ґрунт є початковою ланкою надходження важких металів та інших токсичних речовин по харчових ланцюгах у організм людини.

Джерелом важких металів у незабруднених ґрунтах є гірські породи, на продуктах вивітрювання яких сформувався ґрунтовий покрив. Серед інших можна виділити природні й техногенні. До техногенних джерел важких металів у ґрунті відносять:

Надходження важких металів із атмосфери.

Основними джерелами атмосферного забруднення є: теплові й інші електростанції (27%); підприємства чорної металургії (24,3%); підприємства з видобування й переробки нафти (15,5%); транспорт (13,1%); підприємства кольорової металургії (10,5%); підприємства з видобування й виготовлення будматеріалів (8,1%).

Надходження важких металів у ґрунт із мінеральними добривами.

Підвищення продуктивності рослинництва нерозривно пов'язане з інтенсивним використанням мінеральних і органічних добрив, а також вапнуванням кислих ґрунтів. Усі ці заходи, крім своєї специфічної спрямованої дії – компенсації фактору, якого не вистачає, – не можуть не чинити істотного впливу на мікроелементний склад ґрунтів і режим живлення мікроелементами рослин, що вирощуються на цих ґрунтах. До мінеральних добрив важкі метали потрапляють із сировиною через недосконалі технологічні параметри їх виробництва. Н.А. Макаренко зазначає, що, з токсикологічної точки зору, можлива негативна дія мінеральних добрив на агроекосистеми, обумовлена певними їхніми властивостями, і пропонує наступне групування мінеральних добрив [19, 172]:

А. Мінеральні добрива директивної дії (direct – прямо, англ.) – негативний вплив на природне середовище відбувається за рахунок токсичних домішок у складі мінеральних добрив, серед яких найнебезпечнішими є важкі метали, радіонукліди, галогени та ін., що надходять у ґрунт при застосуванні добрив і є безпосередніми забруднювачами. Це, перш за все, фосфорні добрива, що пов'язано з геологічним положенням та хімічною будовою сировини, з якої вони виготовляються.

У вітчизняній фосфатній сировині вміст кадмію становить 0,8 г/т Р₂О₅, або 0,3 мг/кг. У фосфоритах Марокко і Йорданії концентрація Cd – 18,6 та 11,6 мг/кг, у простому суперфосфаті з них –11,6 і 7,5 мг/кг. У фосфоритах різних родовищ США кількість елемента – 35-150 г/т Р₂О₅.

Азотні добрива як домішки можуть містити певну кількість мікроелементів (мг/кг): As – 2,2-120, Вг – 185-716, Cd – 0,05-8,5, Co – 5,4-12, Cr – 3,2-19, Cu - <1-15, Hg - 0,3-2,9, Mo - 1-7, Ni - 7-34, Pb - 2-27, Sn - 1,4-16, Zn - 1-42. Вітчизняна аміачна селітра вміщує: Zn - 0,2, Cu - 0,25, Ni - 0,84, Pb - 0,05 мг/кг.

Небезпеку можуть становити також токсичні домішки, які містяться у калійних добривах. Калійні добрива за вмістом мікроелементів займають проміжне положення між азотними і фосфорними. Узагальнені літературні джерела показують, що концентрація важких металів у хлористому калії коливається у наступних межах (мг/кг): Мn – 1,5-140, Pb – 12-20, Zn – 0,5-22, Ni – 2-19, Cu – 1,5-15, Cd – 4, Fe -403.

Комплексні добрива можуть вміщувати досить високу кількість мікроелементів, у тому числі токсичних. Так, вміст їх у нітрофосці складає (n*10'³%): Sr – 5420, Pb – 145, F – 82, В – 0,6, As – 15, Zr – 61, Nb – 3, Br – 32, Y – 2; у нітроамофосці відповідно: Sr – 10, Pb – 12, F – 212, В – 0,5 As – 15, Zr – 6; в амофосці – Zn – 13,6-14, Cu – 2,5-7,4, Pb – 6,2-7,0, Cd – 0,2-0,5 мг/кг.

Вміст важких металів у вапні, як правило, не перевищує їх концентрації у фосфорних добривах. У найбільших кількостях у вапні присутні Мn - 295 мг/кг та Fe - 1035 мг/кг. Кількості інших металів в середньому становить (мг/кг) Zn - 5-36, Cu – 6-10/ Pb – 0,5-47, Cd – 5.5, Ni –10-46.

Органічні добрива характеризуються невисокими концентраціями важких металів. Однак елементи, що відіграють важливу фізіологічну роль у житті рослин (Fe, Мn, Zn, Cu), присутні в гної у підвищених кількостях (мг/кг сухої речовини): Fe – 406, Мn – 275, Zn – 121,7, Cu – 19,8. Значно нижчим є рівень вмісту в гної елементів-приоритетних забруднювачів навколишнього середовища (мг/кг): Pb – 3,3, Cd – 0,20, Ni – 6,54. При щорічному внесенні 50 т/га гною валовий вміст кадмію в ґрунті може змінитися на 0,6%, цинку – на 1,2%, міді – на 0,5%, нікелю, свинцю, марганцю – на 0,1-0,15%.

Б. Мінеральні добрива індирективної дії (indirect – непрямий, англ.) – негативний вплив на природне середовище відбувається внаслідок фізико-хімічних властивостей мінеральних добрив, які, потрапляючи в ґрунт, проявляють себе як хімічно, фізіологічно, біологічно кислі/лужні і певним чином впливають на стан ГВК, у першу чергу на такі показники, як: рН ґрунтового розчину, направленість процесів синтезу та розпаду гумусових сполук, активність біохімічних, мікробіологічних та інших процесів, тим самим змінюючи рухливість біогенів та токсикантів, і, як правило, активізують процеси міграції останніх у системі «добриво – ґрунт – рослина», «добриво – ґрунт – підґрунтові води».

Як правило, внесення азотних добрив сприяє збільшенню рухливості Мn, Fe, Zn, Cd у ґрунтах, практично не змінюється рухливість Cu і Ni, а рухливість Pb при цьому зменшується.

Органічні добрива і вапно сприяють закріпленню важких металів у ґрунтах, тим самим зменшуючи доступність їх для рослин.

Фосфорні добрива також зменшують рухливість важких металів у ґрунті за рахунок утворення важкорозчинних фосфатів металів.

Калійні добрива меншою мірою чинять вплив на зміну доступності металів для рослин, ніж азотні чи фосфорні.

Надходження важких металів у ґрунт із пестицидами.

Надходження важких металів у ґрунт з осадами стічних вод, стічними водами і побутовим сміттям.

Надходження у ґрунт важких металів із відходами промисловості (різноманітні шлаки, зола вугілля і сланців, фосфогіпс, цементний пил).

1.4 Закономірності розподілу і поведінки металів у ґрунті

Вивчення закономірностей розподілу і поведінки мікроелементів у ґрунтовому покриві в цілому і в окремих його компонентах сприяє розумінню основних процесів руху атомів мікроелементів у біологічному колообігу і обґрунтуванню необхідних практичних заходів, що покликані покращити живлення організмів.

На розподіл важких металів у ґрунті чинять вплив наступні фактори:

Гранулометричний склад ґрунту

По-перше, проглядається прямий зв'язок між ступенем дисперсності ґрунтових частинок і їх адсорбуючою властивістю. Підвищена дисперсність субстрату гальмує винос атомів мікроелементів за межі ґрунтового профілю, сприяє їх накопиченню в ґрунті.

За розрахунками Єрмоленко Н.Ф., лише 20% адсорбованих іонів знаходиться на поверхні мінералів, більше ж частина їх проникає у міжплощинний простір і стає малодоступною для рослин [19, 174]. Менш ефективною буде захисна роль мінеральних часточок, коли у ґрунт будуть поступати хімічні елементи-забруднювачі, що можуть існувати у ґрунті переважно в аніонній формі, наприклад, бор і молібден. Це зумовлено тим, що глинисті мінерали мають мало точок, які несуть позитивний заряд, і тому їх адсорбційні можливості по відношенню до аніонів невеликі.

По-друге, завжди мається на увазі та обставина, що частинки різного розміру різняться за мінералогічним складом. Зі зміною ж мінералогічної основи частинок часто може різко змінюватися збагачення їх мікроелементами. Найбільші частинки мінерального субстрату – піщані – в основному, складаються з кварцу і бідні на мікроелементи. Дрібні частинки, наприклад, мулисті, переважно представлені глинистими мінералами, у кристалічній решітці яких може знаходитися досить багато атомів мікроелементів.

Оксиди і гідроксиди

Найбільший вплив на рухомість металів у ґрунті чинять оксиди і гідроксиди Fe, AI і Мn. Механізм сорбції являє собою ізоморфне заміщення іонів Fe і Мn на катіони металів і окислювальні ефекти на поверхні оксидів. При цьому найбільша спорідненість гідроксидів Fe і Мn проявляється до аналогічних за розміром металів (Со²⁺, Со³⁺, Ni²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Cd²⁺, Pb²⁺, Ag⁺).

Реакція середовища і окисно-відновлювальний потенціал

Важкі метали, потрапивши у ґрунтовий розчин кислих ґрунтів, утворюють, в основному, розчинні органо-мінеральні комплекси. У ґрунтах же з нейтральною реакцією середовища, наприклад, у чорноземах, у складі легкорозчинних мінеральних солей переважають бікарбонат і сульфат кальцію [19, 179]. Наявність у ґрунтовому розчині значної кількості кальцію при гуматному типі органічної речовини призводить до різкого скорочення частки розчинної фракції гумусу. Тому Pb, Zn, Hg, Co, потрапляючи у ґрунтовий розчин, взаємодіє, в основному, з мінеральною частиною, утворюючи нерозчинні і слабкорозчинні карбонати і сульфати.

Від значення рН і окисно-відновного потенціалу (ОВП) залежить рухомість сполук практично всіх Зd-металів. Високі значення ОВП здатні знижувати активність електронів у ґрунті, густину електронної хмари і заряду ацидоїдів. Із збільшенням ОВП відбувається селективне поглинання ґрунтом катіонів із меншою густиною заряду. Найбільш сильно залежить від ОВП рухомість сполук Fe і Мn.

Кислотно-основні умови і окисно-відновлювальне оточення чинять великий вплив на міграційні можливості важких металів у ґрунті. Уявлення про це дає класифікація важких металів за особливостями водної міграції, виконана А.І. Перельманом (1979) [19, 182]:

Катіоногенні елементи Аніоногенні елементи

Рухливі з постійною валентністю

Sr

Слабкорухливі з постійною валентністю

Rb Cs

Слабкорухливі зі змінною валентністю

Ті Sn Sb As

Рухливі й слабкорухливі в окисних і Рухливі й слабкорухливі в

глеєвих умовах і інертні у окисних умовах і інертні у

відновній сірководневих умовах відновних (глеєвій і

сірководневій) умовах:

V Mo Se

а) Добре мігрують у кислих водах окисної і

глеєвої природи і осаджуються на лужному бар'єрі:

Zn Cu Ni Pb Cd

б) Мігрують і у кислих, і у лужних водах окисних

умов:

Hg Ag Bi

Рухливі й слабкорухливі у відновному

глеєвому середовищі і інертні в окисному

і відновному сірко­водневому середовищі:

Мn Co

Малорухливі за більшості умов

Слабка міграція з органічними комплексами, частково мігрують

у сильно кислому середовищі у лужному середовищі

Ті Сг Zr W

Дані свідчать про те, що група пріоритетних важких металів – Cd, Pb, Zn, Cu, Ni – має значну рухомість у кислому середовищі і стає інертними при зміні реакції середовища в бік підлужування. Далі треба відмітити, що такий сильний токсикант, як ртуть, здатний за наявності умов для окислення мігрувати в широкому діапазоні рН. Малорухливим елементом у більшості природних умов є хром.

Карбонати

Карбонати – це ті сполуки, які сильно знижують рухомість мікроелементів у ґрунтах. Механізм цієї дії обумовлений як сорбційними властивостями високодисперсних фракцій карбонатів, так і їх впливом, опосередкованим через регуляцію реакції середовища.

Застосування добрив

Систематичне застосування добрив певним чином впливає на вміст мікроелементів у ґрунті і накопичення їх у рослинах. Вплив цей різнобічний і складний: добрива змінюють рН ґрунтового розчину і таким чином впливають на ступінь розчинності сполук мікроелементів; вони певним чином впливають на інтенсивність і направленість обмінних реакцій, на процеси акумуляції; підвищуючи врожайність сільськогосподарських культур, добрива сприяють росту виносу мікроелементів із ґрунту; порушують баланс мікроелементів у ґрунті, часто у негативний бік.

Органічна речовина ґрунту

Органічна речовина є прекрасним інактиватором важких металів у ґрунті, збільшуючи його буферність, сприяючи зниженню токсичної дії важких металів, концентруючи солі у ґрунтовому розчині, зменшуючи фітотоксичність багатовалентних важких металів і перешкоджаючи надходженню їх у рослини.

Процеси взаємодії органічної речовини ґрунту з іонами металів ідентифікуються як іоноутворення, адсорбція на поверхні, хелатування, реакції коагуляції і пептизації. Основними продуктами взаємодії є прості солі (гумати, фульвати) і хелатні сполуки. Швидкість взаємодії металів із гуміновими кислотами визначається стандартним окислювально-відновним потенціалом і стійкістю утворених комплексів (Гарнст, Савич) [19, 187]. Відомості про стійкість сполук металів з органічною речовиною ґрунту дуже суперечливі. Орієнтовні інтервали значень ІgK для ГК (Орлов, 1990) [19, 191]:

Гумати ІgК Фульвати ІgК

ГК – Сu 7,0-9,7 ФК – Сu 3,2-8,7

ГК – Zn 2,9-10,8 ФК – Zn 1,7-9,3

(мінімальні величини ІgК виміряні при рН 2-4, максимальні – рН 8-10).

Коефіцієнти констант стійкості варіюють у залежності від ґрунтових умов, методу вимірювання і відібраних значень молекулярних мас (Орлов, 1990). Із підвищенням рН стійкість органо-мінеральних комплексів, як правило, зростає.

Загальний порядок стабільності комплексних сполук гумусових речовин з важкими металами, за Р.С. Беквізом [Beckwith, 1959], виглядає наступним чином: Рb²⁺>Сu²⁺> Ni²⁺>Co²⁺>Zn²⁺>Cd²⁺>Fe²⁺>Mn²⁺.

Ґрунтова біота

Багатьма авторами було показано, що вміст у ґрунті рухомої форми важких металів динамічний у часі. Причини змін можуть бути різні, однак у більшості випадків коливання пояснюються діяльністю ґрунтових мікроорганізмів і віковими змінами рослин в інтенсивності поглинання хімічних елементів. На мікробіологічну діяльність великий вплив чинить волога ґрунту, яка тісно пов'язана з погодними умовами і тому не може мати певного ритму. Динаміка рухомих форм важких металів може бути значною: максимальні величини можуть переважати мінімальні у 5 разів і більше.

Тип ґрунту

За здатністю міцно фіксувати важкі метали і швидкістю процесу трансформації вивчені Н.Г. Зиріним зі співав. (1985) ґрунти розташовуються у такий ряд: чорнозем типовий > дерново-підзолистий окультурений > дерново-підзолистий не окультурений [19, 196].

Вміст обмінних форм Zn і Cd у чорноземах нижчий, ніж у ґрунтах інших типів. Очевидно, обмінні Zn і Cd утримуються чорноземними ґрунтами більш міцно (специфічна сорбція), ніж іншими.

Чорноземи за рахунок функціональних груп своїх ГК можуть утримувати найрізноманітніші іони металів і звичайно є багатшими на мікроелементи за інші ґрунти.

Обухов А.І. (1989): чорноземні ґрунти страждають від післядії забруднення значно менше, ніж підзолисті і дерново-підзолисті ґрунти [19, 203].

Рb інтенсивніше надходить у рослини на дерново-підзолистому ґрунті, ніж на чорноземі.

Міграція за профілем ґрунту

Важкі метали, що потрапили у ґрунт, перш за все, їх мобільна форма підлягають різним трансформаціям. Один з основних процесів, що впливає на долю їх у ґрунті, – закріплення гумусовою речовиною. Міграційні можливості важких металів при цьому, в основному, знижуються. Саме цією обставиною значною мірою пояснюється підвищений вміст важких металів у верхньому, тобто найбільш гумусованому, шарі ґрунту.

Низхідній міграції важких металів перешкоджають також гідроксиди і оксиди Fe і Мn, які звичайно концентруються у верхній частині профілю ґрунту. Доля захоплених ними важких металів може бути значною.

Характеристики

Список файлов курсовой работы