XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся Старт в науке

Содержание тяжелых металлов в почве и

XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

• Главная
• Список секций
• Окружающий мир
• Анализ и биотестирование почв на содержание тяжёлых металлов

Анализ и биотестирование почв на содержание тяжёлых металлов

Геюшова Амалия Джабир кызы 1
1 МБОУ ХМР СОШ п Горноправдинск, 8
Коржевская О.В. 1
1 МБОУ ХМР СОШ п Горноправдинск

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Среди многих негативных последствий хозяйственной деятельности человека особое место занимает загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами. Многие тяжелые металлы являются чрезвычайно токсичными даже в минимальных количествах. Они способны концентрироваться в живых организмах, вызывая при этом различные патологии. В отличие от органических веществ, подвергающихся процессам разложения, металлы способны лишь перераспределяться между природными средами. Тяжелые металлы — биологически активные металлы. Тяжелые металлы относятся к загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательны во всех средах. Термин «тяжелые металлы», характеризующий широкую группу загрязняющих веществ, получил в настоящее время значительное распространение. Пристальное внимание тяжелым металлам в окружающей среде стало уделяться, когда выяснилось, что они могут вызывать тяжелые заболевания. [1]

К тяжелым металлам относят более 40 металлов периодической системы Д.И. Менделеева с атомной массой свыше 50 атомных единиц: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn,Hg, Pb, Bi и др. В соответствии с классификацией Н. Реймерса, тяжелыми следует считать металлы с плотностью более 8 г/см3: Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg.
Концентрация всех необходимых для жизни элементов в живом организме находится под строгим контролем комплекса физиологических процессов, называемого гомеостазом. Процесс поступления и выведения токсичных элементов также в определенной степени контролируется организмом, при этом буферная емкость защитных систем организма ограничена.

Гипотеза: содержание ионов тяжелых металлов, служат причиной угнетения роста растений.

Цели исследовательской работы:

1.Определить содержание тяжелых металлов в почве по степени удаленности от промышленной зоны.

2. Проследить влияние тяжелых металлов на рост и развитие растений (на примере фасоли).

Задачи исследовательской работы:

Провести качественное определение химических элементов в почве;

Определить содержание тяжелых металлов в почве методом
химического анализа .

Пронаблюдать за изменением роста фасоли (биоиндикатора) в течение 20 дней.

Объект исследования: почвогрунт, взятый на 7 биоценозах.

Предмет исследования:

Пути решения данных задач:

Исследования проб почвы были проведены в течение года и в исследуемые пробы почвы были посажены зерна фасоли, рост которых наблюдался в течение 20 дней.

Этапы исследовательской работы :

1.Качественное и количественное определение тяжелых металлов в почве.

2. Определение тяжелых металлов в почве методами химического анализа.

3.Изучение влияния ионов тяжелых металлов на рост и развитие растений.

4.Формулирование выводов и составление рекомендаций.

Районы исследования:

Промышленная зона возле ворот:

А) глубина 25 см Б) глубина 50 см В) поверхность.

2) 1 метр от промышленной зоны:

А) глубина 25 см Б) глубина 50 см В) поверхность.

3) 2 метра от промышленной зоны:

А) глубина 25 см Б) глубина 50 см В) поверхность.

4) Гора кладбища (10 метров от промзоны):

А) глубина 25 см Б) глубина 50 см В) поверхность.

5) 1 метр от дороги (возле кладбища):

А) глубина 25 см Б) глубина 50 см В) поверхность.

6) 2 метра от дороги (возле кладбища):

А) глубина 25 см Б) глубина 50 см В) поверхность.

7) Улица Киевская (100 метров от промышленной зоны) 1 метр от дороги:

А) глубина 25 см Б) глубина 50 см В) поверхность.

Центр поселка (улица Таежная):

А) глубина 25 см Б) глубина 50 см В) поверхность.

1.1. Состав и свойства почвы.

Почва — «зеркало» ландшафта. Она неразрывно связана с окружающими ее природными условиями — факторами почвообразования. Достаточно одному из этих факторов измениться, как соответствующим образом изменится и почва.

1.2. Химический состав почвы.

Химический состав минеральной части почвы определяется составом почвообразующих пород, возрастом почвы, особенностями рельефа, климата и т.д. В состав минеральной части почвы входят Si , Al , Fe , K , N , Mg , Ca , P , S и некоторые микроэлементы Cu , Mo , I , B , F , Pb и другие. На основных породах почва более богата Al , Fe , щелочноземельными и щелочными металлами, а на породах кислого состава Si . В засоленных почвах преобладают кальций, магний, натрий, хлориды и сульфаты.

В гумусе содержится углерод, водород, кислород, азот, определенное количество фосфора, кальция, серы и других химических элементов, в том числе и редких.

Химический состав почвы может включать тяжелые металлы — это группы металлов, включающие Cu, Ni, Co, Pb, Sn, Zn, Cd, Bi, Sb, Hg. Тяжелые металлы применяют как в элементарном состоянии, так и в виде разнообразных сплавов с другими металлами.

1.3.Химическое загрязнение почв может быть вызвано следующими причинами:

атмосферным переносом загрязняющих веществ (тяжелые металлы,
кислые дожди, фтор, мышьяк, пестициды);

сельскохозяйственным загрязнением (удобрения, пестициды);

наземным загрязнением — отвалы крупнотоннажных производств,
отвалы топливно-энергетических комплексов;

4) загрязнением нефтью и нефтепродуктами;

Тяжелые металлы поступают в почву преимущественно из атмосферы с выбросами промышленных предприятий, а свинец — выхлопными газами автомобилей. Наиболее типичные тяжелые металлы — свинец, кадмий, ртуть, цинк, молибден, никель, кобальт, олово, титан, медь, ванадий. Из атмосферы в почву тяжелые металлы «опадают» чаще всего в форме оксидов, где постепенно растворяются, переходя в гидроксиды, карбонаты или в форму обменных катионов.

По степени экологической опасности химические вещества, попадающие в почву различными путями, делят на 3 класса:

1 — кадмий, ртуть, свинец, цинк, фтор, мышьяк, селен, бенз(а)пирен;

2 — кобальт, молибден, бор, медь, никель, сурьма;

3 — ацетофенон, вольфрам, марганец, ванадий, стронций.

1.4. Состав и свойства фасоли.

Фасоль является одним из древнейших культурных растений.

В семенах фасоли содержится до 25% белка, который по своей пищевой ценности превосходит многие сорта мяса. К тому же, белок фасоли усваивается на 70-80 %. Богата фасоль и минеральными веществами: калием, магнием, железом.
Наличие в плодах фасоли витаминов В2 и В6, витаминов С, Е и РР, незаменимых аминокислот, делают ее очень полезным продуктом для тех, кому за 40. Фасоль, особенно богата серой, которая необходима при кишечных инфекциях, ревматизме, кожных заболеваниях, болезни бронхов. В составе фасоли много железа. Наличие железа способствует образованию

эритроцитов, притоку кислорода к клеткам, повышает сопротивляемость организма к инфекциям. Фасоль обладает многими полезными качествами и лечебными свойствами. Издавна эти свойства фасоли используют для лечения многих заболеваний. Это самый необходимый продукт питания в рационе больных сахарным диабетом. Употребление фасоли в пищу снижает содержание сахара в крови. Активные компоненты фасоли оказывают благоприятное воздействие на сердечнососудистую систему. Включать в рацион блюда из фасоли, рекомендуется при гипертонии и атеросклерозе. Рекомендуется употребление фасоли при нарушении ритма сердечной деятельности. Входящий в состав фасоли цинк, нормализует углеводный обмен в организме. Медь, активизирует выработку (синтез) адреналина и гемоглобина. Если разнообразить свой рацион питания блюдами из фасоли, можно избавиться от лишнего веса, не прибегая к бессмысленным экспериментам с диетами и медикаментами. Этот эффект достигается благодаря лечебному воздействию фасолевых блюд на наше пищеварение, что, в свою очередь, нормализует обмен веществ.
Фасоль благотворно действует на мочеполовую функцию и способствует улучшению потенции. Фасоль обладает очищающим эффектом и способствует растворению камней в почках.

1.5. Биологическая индикация и биоиндикаторы.

В последнее время весьма актуальными являются наблюдения за изменениями состояния окружающей среды, вызванными антропогенными причинами. Система этих наблюдений и прогнозов составляет суть экологического мониторинга. В этих целях все чаще применяется и используется достаточно эффективный и недорогой способ мониторинга среды – биоиндикация, т.е. использование живых организмов для оценки состояния окружающей среды. Последствия загрязнения окружающей среды отражаются на внешнем виде растений. У растений под влиянием вредных веществ происходит увеличение числа устьиц, толщины кутикулы, густоты опушения, раннее опадание листвы. Некоторые растения наиболее чутко реагируют на характер и степень загрязнения атмосферы. Это означает, что они могут служить живыми индикаторами состояния среды. В настоящее время разработана концепция комплексного экологического мониторинга природной среды, составной частью которого является биологический мониторинг. Индикаторные растения могут использоваться как для выявления отдельных загрязнителей воздуха, так и для оценки качественного состояния природной среды. Обнаружив по состоянию растений присутствие в воздухе специфических загрязнителей, приступают к измерению количества этих веществ различными методами, например, испытанием растений в лабораторных условиях.

1.6. Фасоль как биоиндикатор тяжелых металлов.

В научной литературе фасоль названа лучшим биоиндикатором на тяжелые металлы, так как она очень чувствительно реагирует на высокое содержание тяжелых металлов в почве. Основным тестом является рост растений.

«Анализ и биотестирование почв на содержание тяжелых металлов»

Автор Геюшова Амалия Джабир кызы, Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение Ханты-Мансийского района п. Горноправдинск, 8 класс

План исследования

Описание работы:

Экспериментальный этап №1.

Тема:Качественное определение ионов тяжелых металлов в почве.

Цель:Провести качественные реакции на ионы: Pb 2+ , Fe 3+ , Cr ₂ O ₇ 2- , Cu 2+ , Mn 2

Определение химического состава почвы чаще всего начинают с анализа водной почвенной вытяжки, так как хорошо растворимые соединения почвы в первую очередь поглощаются растениями. Избыточные количества растворимых солей (более 0,2 % от массы сухой почвы) создают повышенную концентрацию ионов в почвенном растворе, а это снижает плодородие почвы и ее экологическое состояние.

Этапы работы:

— подготовка почвы к анализу;

— подготовка водной вытяжки;

— качественное определение химических элементов в почве.

Подготовка почвы к анализу состоит в измельчении материала, удалении
посторонних примесей, просеивании через сито с диаметром отверстий 1
мм м сокращении до небольшой массы. Для сокращения пробы пользуются
разными методами. Один из них — метод квартования. Измельченный
материал тщательно перемешиваем, рассыпаем ровным тонким слоем в
виде квадрата или круга, делим на четыре сектора. Содержимое двух
противоположных секторов отбрасываем, а двух остальных соединяем
вместе.

Водную почвенную вытяжку используют чаще всего для определения
водорастворимых соединений, а также для определения актуальной
кислотности почвы.

Для её приготовления 20 г воздушно – сухой просеянной почвы помещаем в колбу на 100 мл, добавляем 50 мл дистиллированной воды, взбалтываем в течение 5 — 10 мин и фильтруем.

1.1. Определение кислотности почвы

Для нормального роста и развития сельскохозяйственные растения требуют определенного уровня кислотности почвы, который зависит от природных факторов, а также от внесенных удобрений. Большая часть растений хорошо растет и развивается на щелочных, нейтральных и слабокислых почвах. Если почва кислая, она требует известкования (внесения в нее известняка или золы). Существует несколько способов определения кислотности почвы. (Самый простой и быстрый)

Определение кислотности с помощью индикаторной бумаги.

Оборудование и реактивы: стакан химический (50 мл) или чашка фарфоровая, палочка стеклянная с рези новым наконечником, ложка-дозатор (шпатель), мерный цилиндр (10 мл) или мерная пробирка, почва (в банке, стакане), 10%-ный раствор хлорида калия, универсальная индикаторная бумага со шкалой значений РН.

1. Приготовьте почвенную вытяжку:

— в стакан (чашку фарфоровую) поместите 2—3 см3 почвы;

— прилейте 10 мл раствора хлорида калия;

— содержимое хорошо перемешайте стеклянной палочкой с резиновым наконечником и дайте отстояться.

2. Определите значения рН:

— возьмите полоску индикаторной бумаги и опустите в вытяжку;

— выньте индикаторную бумагу через 1—2 с;

— сравните полученную окраску бумаги со шкалой значений рН;

— определите тип образца почвы (кислая, щелочная, нейтральная).

При значениях рН: от 1 до 5 — почва кислая; от 5,5 до 6,5 — слабокислая; от 6,5 до 7 — нейтральная; от 7 до 8 — слабощелочная; выше 8 — щелочная.

1.2. Качественное и количественное определение катионов

1.2.1. Обнаружение ионов свинца.

Цель: Опытным путем определить концентрацию свинца в исследуемой воде.

Реагенты: спирт, сернистый натрий

Берутся образцы почвенной вытяжки в исследуемых районах

Пробы поместить в разные пробирки. Объем разных проб должен быть одинаков.

Добавить во все пробы строго одинаковое количество спирта и воды (водки). Затем некоторое время полученный раствор упаривать.

Добавить к раствору Na₂S (сернистый натрий).

В результате в растворе выпадет черный осадок, что будет свидетельствовать о наличии свинца.

1.2.2. Обнаружение ионов железа.

Предельно допустимая концентрация общего железа в воде водоемов и

питьевой воде 0,3 мг/л, лимитирующий показатель вредности

Общее железо.

В пробирку помещают 10 мл исследуемой воды, прибавляют 1 каплю

концентрированной азотной кислоты, несколько капель раствора пероксида

водорода и примерно 0,5 мл раствора роданида калия ( 20 гК CNS растворить в дистиллирован­ной воде и довести до 100 мл); . При содержании железа 0,1 мг/л появляется бледно-розовое окрашивание, более 2,0 мг/л появляется розовое ок­ рашивание, а при более высоком — более 10 мг/л окрашивание становится крас­ ным:

Fe 3+ + 3 CNS ~ = Fe ( CNS ) ₃ .( красный)

Условия проведения реакции

3. Действием пероксида водорода ионы Fe ( II ) окисляют до Fe ( III ).

Железо ( II ).

Гексацианоферрат ( III ) калия , в кислой среде (рН ~ 3) образует с катионом Fe ~ осадок турнбулевой сини темно-синего цвета:

К 1 мл исследуемой воды добавить 2-3капли раствора серной кислоты и 2-3 капли раствора реактива.

Железо ( III ).

1. Гексацианоферрат ( II ) калия в слабокислой среде с катионом

Fe образует темно-синий осадок берлинской лазури:

К 1 мл исследуемой воды прибавить 1-2 капли раствора соляной кислоты и 2

капли раствора реактива.

2. Роданид калия KSCN образуют в кислой среде с роданиды железа, окрашенные в кроваво-красный цвет. В зависимости от концентрации роданид-иона могут образовываться комплексы различного состава:

К 1 мл исследуемой воды прибавить 2-3 капли раствора соляной кислоты и 2- 3 капли раствора реактива.

1.2.3. Обнаружение ионов меди.

ПДК меди в воде 0,1 мг/л, лимитирующий показатель вредности органолептический.

Качественное обнаружение

Первый способ.

В фарфоровую чашку поместить 3-5 мл исследуемой воды, осторожно выпарить досуха и на периферийную часть пятна нанести каплю концентрированного раствора аммиака. Появление интенсивно синей или фиолетовой окраски свидетельствуете присутствии Cu + :

Второй способ.

5-10 мл исследуемой воды встряхнуть в цилиндре с небольшим количеством (10-20 мг) адсорбента — фторида кальция или талька. Ионы меди (11), находящиеся в воде, адсорбируются на его поверхности. Осадок отделить, осторожно слив воду, поместить на часовое стекло или в углубление на фарфоровой пластинке. Рядом для сравнения нанести каплю дистиллированной воды («холостой опыт»). К испытуемому осадку и воде одновременно прибавить по капле раствора хлорида железа ( III ) и по капле 0,2 М раствора тиосульфата натрия, перемешать стеклянной палочкой и сравнить скорость обесцвечивания обеих проб.

В «холостом опыте» наблюдается медленное обесцвечивание интен­ сивно окрашенного в фиолетовый цвет комплексного аниона в присутствии же ионов меди, играющих роль катализатора, фиолетовый раствор обесцвечивается моментально. Результаты работы показали, что водной вытяжке почвы содержатся ионы металлов.

1.2.4. Выращивание 2 сортов фасоли (сорта красная и белая) на взятой с разных исследуемых участках почвы.

Заключение: в почвенных вытяжках всех шурфов почвы обнаружены все типы тяжелых металлов: железо, медь, свинец и содержание их достаточно высокое (глубина 25 и 50 сантиметров), по степени удаления от промышленной зоны проведенные исследования происходит снижение содержания тяжелых металлов. Ф асоль лучший биоиндикатор на тяжелые металлы, она очень чувствительно реагирует на высокое содержание тяжелых металлов в почве. Основным тестом является проращивание семян, рост растений, развитие корневой системы.

1. На территории поселка было заложено 8 почвенных шурфов для исследовательской работы.

В шурфах с первого по шестой наблюдается сильная антропогенная нагрузка в результате вытаптывания растительного покрова. Почва сильно уплотнена, нарушена ее структура. Почва относится к антропогенным глубоко преобразованным почвогрунтам. РН почвенной вытяжки первого – третьего шурфов – от 6 (средне кислая) до 7 (среда щелочная), причем следует отметить, что с глубиной кислотность снижается, более подвержены загрязнению верхние слои до глубины 50 см. У остальных пяти шурфов среда варьирует от кислой до слабо кислой, исключение составляет седьмой шурф среда его при зонировании почвы на глубине 50 см – щелочная.

2. В ходе проведения химического анализа установили, наибольшее антропогенное влияние прослеживается на территории, расположенной на расстоянии 10 метров от промышленной зоны (гора кладбища – шурфы 4,5,6) в почвенной вытяжке обнаружены все типы тяжелых металлов: железо, медь, свинец и содержание их достаточно высокое (глубина 25 и 50 сантиметров), по степени удаления от промышленной зоны проведенные исследования показали снижение содержания тяжелых металлов в остальных шурфах, объяснение этому отсутствие пром. предприятий.

3. По степени экологической опасности можно выделить три территории по содержанию тяжелых металлов:

1 — особо опасная: территория кладбища (содержится в больших количествах свинец)

2 – менее опасная: промзона (содержится свинец, медь)

3 – не опасная: территория улицы Киевской (содержится железо)

В местах проведенных исследований нельзя собирать дикоросы и употреблять в пищу, так как накопленные элементы, попав в круговорот веществ могут вызвать нарушение здоровья у человека.

Анализ диаграмм 9, 10 показал, что ионы тяжелых металлов влияют на рост и развитие растений (на примере фасоли), лучше всего растет и развиваются виды фасоли на участках, где повышенное содержание ионов тяжелых металлов: Промзона возле ворот, территория кладбища, улица Киевская, объяснение этому то, что железо, медь являются необходимыми элементами для всех высших растений. Микроэлементы — железо, медь способны менять свою валентность, поэтому они занимают цент­ральное положение в регулировании окислительно-восстановительных реакций биохимических процессов не только дыхания, но и таких фунда­ментальных, как фотосинтез и усвоение молекулярного азота у растений . В присутствии железа в почве происходит процесс накопления меди в хлоропластах и ионы меди необходимы для синтеза железопорфири новых комплексов. Возможно, не случайно для образования в организме хлорофилла — веществ, очень близких по своему, составу и своему большому значению в живой природе, — требуются и железо и медь. Свинец не оказывает влияние на бобовые, так как они более устойчивы к его избытку.

Закономерности раздельного и комбинированного действия меди, свинца и железа на растительные объекты могут быть использованы при решении проблем охраны окружающей среды и разработке методов биотестирования, а также селекции устойчивых к токсичным металлам сортов культурных растений.

Фитотоксическое проявление действия ионов металлов группы железа на рост и развитие фасоли обыкновенной по показателям их морфофизиологического развития зависит от концентрации ионов металлов в диапазоне доз от 1 до 100 ПДК.

Лучше развивается фасоль обыкновенная красная, чем белая. Белая фасоль – «альбинос», это рецессивная мутация, она менее жизнестойкая.

Список использованной литературы

1.Д.П. Никитин, Ю.В. Новиков «Окружающая среда и человек», издательство «Высшая школа», 2000 г.

2.А.И. Воронцов, Н.Г. Николаевская «Вопросы экологии и охраны окружающей среды», Москва, 2005 г.

3.А.И. Воронцов, Е.А. Щетинский, И.Д. Никодимов «Охрана природы», Москва ВО «АГРОПРОМИЗДАТ», 1989 г.

4.В.Ф. Протасов «Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России»

5.Ю. Одум «Экология» в 2-х томах

6.Ю. Одум «Основы экологии»

7.Г.В. Добровольский «Почва. Город. Экология», Москва, 1997 г.

8.М.Бигон, Дж. Харпер, К.Таунсенд «Экология особи популяции и сообщества» в 2-х томах, Изд-во «Мир», 2009

9.Г.В. Стадницкий «Экология», Санкт-Петербург Химиздат, 2005 г.

10.Т.А.Демина «Экология, природопользование, охрана окружающей среды», Изд-во Аспект-пресс Москва, 2005 г.

11.А.А.Голуб, Е.Б.Струкова «Экономика природопользования», Изд-во Аспект-пресс Москва, 1995 г.

Диаграмма 1. Кислотная среда почвы ( pH )по степени удаленности от промышленной зоны.

Диаграмма 2. Содержание в почве общего железа (мг/см2) в районах, удаленных от промышленной зоны.

Диаграмма 3. Fe ( III ) (мг/см2) в районах, удаленных от промышленной зоны.

Диаграмма 4. Fe ( II ) (мг/см2) в районах, удаленных от промышленной зоны.

Диаграмма 5. Cu ( II ) (мг/см2) в районах, удаленных от промышленной зоны.

Диаграмма 6. Pb ( II ) (мг/см3) в районах, удаленных от промышленной зоны.

Экспериментальное наблюдение за ростом и развитием биоиндикатора фасоли (мл).

Диаграмма 7. Влияние ионов тяжелых металлов на рост и развитие фасоли обыкновенной (красной).

Диаграмма 8.Влияние ионов тяжелых металлов на рост и развитие фасоли обыкновенной (белой).

Анализ содержания тяжелых металлов в почве

Тяжелые металлы относятся к самым токсичным и опасным веществам, оказывающим крайне негативное воздействие на здоровье людей и окружающую среду. Загрязнение почвы тяжелыми металлами ведет к ухудшению ее качества, сужению возможностей хозяйственного использования. Каждая организация или предприниматель, использующие или планирующие использовать почву в экономической или иной деятельности, должны исследовать ее на предмет содержания вредных веществ. Анализ почвы на содержание тяжелых металлов позволяет оценить степень ее безопасности, подтвердить соблюдение хозяйствующим субъектом требований экологического законодательства, помогает принять верные управленческие решения.

Источники и причины загрязнения почвы тяжелыми металлами

Тяжелые металлы поступают в окружающую среду в основном в результате деятельности человека. Источниками загрязнения становятся:

• выбросы предприятий – преимущественно тяжелой промышленности;
• сжигание топлива и горючих ископаемых;
• гидрогенное загрязнение от поступления промышленных сточных вод в водоемы;
• внесение комплексных удобрений, мелиорантов, средств защиты растений;
• отвалы золы, шлака, руд, шламов;
• разливы нефти и нефтепродуктов;
• свалки ТБО.

Распространение тяжелых металлов зависит от источника, метеорологических условий, направления ветра, рельефа местности, особенностей вещества. ПДК металлов в почве устанавливаются с учетом фоновых концентраций. В некоторых случаях за предельно допустимую концентрацию принимают самое высокое содержание тяжелых металлов, наблюдаемое в незагрязненных почвах.

Для чего выполняют анализ содержания тяжелых металлов в почве

Оценка степени загрязнения почв тяжелыми металлами необходима:

• для определения пригодности почвы для того или иного вида деятельности, городского озеленения, рекультивации;
• оценки воздействия предприятия на природные объекты;
• установления стоимости земельного участка;
• разработки мероприятий по оздоровлению почвы;
• перевода земель из одной категории в другую при изменении их целевого назначения.

Лабораторные анализы позволяют оценить состояние почвенного покрова, его экологическую безопасность, уровень загрязнения. Результаты используются для принятия решений по использованию земельного участка, восстановлению почвы.

Перечень тяжелых металлов, выявляемых при лабораторном исследовании почв

К тяжелым металлам относят 58 элементов с атомной массой более 50. По степени опасности они подразделяются на 4 класса:

1. Высокоопасные – мышьяк, кадмий, ртуть, селен, свинец, цинк, фтор.
2. Умеренноопасные – бор, кобальт, никель, молибден, медь, хром, сурьма.
3. Малоопасные – барий, ванадий, вольфрам, марганец, стронций.

Стандартный анализ почвы на содержание тяжелых металлов определяет концентрацию свинца, кадмия, ртути, меди, никеля, цинка, мышьяка (мг/кг). Перечень веществ может быть расширен в зависимости от цели исследования и специфики предприятия.

Отбор проб почвы на определение тяжелых металлов в почве

Исследование почвы на содержание тяжелых металлов проводят не реже 1 раза в 3 года, на территориях дошкольных учреждений, школ, лечебных учреждений, рекреационных зон – дважды в год: в теплый и холодный сезон. Образцы почв отбирают в районах воздействия источников загрязнения согласно требованиям ГОСТ 17.4.4.02-2017г. Места пробоотбора намечают с применением системы концентрических окружностей и «метода конверта». Инструменты, используемые при отборе проб, должны быть изготовлены из инертных к действию образцов и реагентов материалов, иметь гладкую, легко очищаемую поверхность.

Не допускается использование оцинкованных и эмалированных емкостей, окрашенных инструментов. Образцы для анализа содержания тяжелых металлов отбираются почвенным буром или лопатой, запаковываются в мешочки из натуральной ткани. После транспортировки в лабораторию пробы немедленно просушивают.

Определение содержания тяжелых металлов в пробах почвы

Выделяют 3 основных группы аналитических методов определения тяжелых металлов в почве:

• Электрохимические – потенциометрия, кондуктометрия, вольтамперометрия.
• Экстракционно-фотометрические – спектрофотометрия, атомно-абсорбционная спектроскопия, колориметрия.
• Тонкослойная хроматография – физико-химический метод, позволяющий обнаружить искомое вещество в ничтожно малых количествах.

Для анализа почв на тяжелые металлы используют оборудование с высокой абсолютной чувствительностью и возможностью идентификации и количественного определения токсичных форм веществ. Средства измерения подготавливают к работе согласно руководству по эксплуатации и аттестованной методике измерений. По окончанию исследования составляют протокол.

Наши преимущества

Группа компаний «Лаборатория» проводит лабораторные анализы на содержание тяжелых металлов в почве с использованием высокоточного оборудования и аттестованных методик. Мы располагаем всеми необходимыми ресурсами для выполнения задач любой сложности. Наша команда работает быстро, качественно, подтверждением чему служит постоянное увеличение числа постоянных клиентов. Нам доверяют крупнейшие компании страны. Чтобы сделать заказ, оставьте заявку на сайте или позвоните по номеру 8(800) 700-50-24.

Услуги

• Замер выбросов в атмосферу
• Анализ воздуха
• Замеры воздуха рабочей зоны
• КХА отходов
• Биотестирование отходов
• Анализ почвы
• Анализ воды
• Радиационный контроль
• Производственный контроль
• Разработка проекта ПДВ
• Разработка проекта СЗЗ

С чем связано загрязнение почвы тяжелыми металлами

Загрязнение почвы имеет несколько путей. Основные — промышленность, ТБО и окружающая среда.

Твердые бытовые отходы

Чтобы последствия загрязнения бытовыми отходами на землю сводились к минимуму, необходима правильная организация захоронения.

В деревне Воловичи Московской области в 1990-ом году был вырыт двухметровый котлован. Система захоронения выглядит так: два метра отходов отделяются друг от друга слоем земли в 30 сантиметров. В основании рва расположен глиняный замок. На данный момент котлован использован на 98%. Взятые около него образцы выявили, что показатели кислотности и ПДК тяжелых металлов не превышает оптимальную отметку в 16 ПДК, либо очень близки к ней.

Такие же исследования были проведены вблизи свалки мусора в городе Ульяновске. В образцах были обнаружены свинец, медь, кадмий. Содержание металла в этом образце — 29 ПДК, когда допустимая норма 16. Превышение ПДК кадмия при исследовании обнаружено не было. Но если выпадет кислотный осадок, кадмий окислится и его вредоносное содержание превысит допустимые показатели.

Читайте также: Экологические проблемы и экологическая политика Японии (стр. 1 из 3)

На пересечении Московского проспекта с Обводным каналом в Санкт-Петербурге раньше была свалка мусора. Сейчас эта часть города застраивается — там будет жилой комплекс. Район не был обезврежен или очищен. Проба земли в этих местах показала содержание свинца в 270 ПДК.

Окружающая среда

Тяжелые металлы в окружающей среде сконцентрированы также в воде и воздухе. Все, что сбрасывают в атмосферу заводы, рассеивается и оседает на поверхности земли и воды. Влага, если это не пруд или озеро, проходит естественную фильтрацию через почву. Получается, что плодородный слой оказался наименее защищенной средой. Химические элементы накапливаются и приводят к его истощению.

В 2015-ом году на Уфимском заводе цветных металлов была осуществлена проверка очистительных сооружений. Стало известно, что печь для плавления алюминия работала с недостаточной защитой. В атмосферу были выброшены опасные пары. Образцы вблизи завода показали, что ПДК свинца превысило норму в 20 раз, кадмия — в 16.

Промышленность

Промышленные предприятия, находящиеся в непосредственной близости от населенного пункта, оказывают самое сильное влияние на экологию города. Металлургические заводы загрязняют окружающую среду на 10 — 15 км вокруг.

На Среднем и Южном Урале сосредоточено крупнейшее металлургическое производство страны. При исследовании почв в Ревде, Асбесте, Реже показатели ПДК тяжелых металлов были превышены в 5 — 10 раз. 12% территории Челябинска относится к зоне экологического бедствия: содержание цинка и свинца выше нормы в 25 раз.

Город Сызрань Самарской области известен крупными предприятиями по переработке нефтепродуктов. Почва, взятая на пробу в радиусе 15 км от , показала превышение ПДК свинца в 2,5 раза.

Последствия загрязнения почвы тяжелыми металлами

 Стремительная индустриализация и интенсивная сельскохозяйственная деятельность за последние несколько десятилетий привели к накоплению различных загрязняющих веществ в окружающей среде, в особенности — тяжёлых металлов. Негативные последствия загрязнения окружающей среды тяжёлыми металлами представляют реальную угрозу для биосферы.

Ключевые слова: тяжёлые металлы, металлоиды, почва, загрязнение, микроорганизмы, окружающая среда.

В последние десятилетия ведущим процессом, определяющим формирование эколого-геохимического состояния территории, стал техногенез. Интенсивное промышленное использование природных ресурсов вызвало существенные изменения распределения некоторых химических элементов в поверхностном слое зоны аэрации. Прежде всего это касается тяжёлых металлов, накопление высоких концентраций которых в естественной среде связано с антропогенной деятельностью. Тяжёлые металлы, как особая группа элементов, выделяются в связи с токсическим действием на живые организмы при их высоких концентрациях, значительно превышающих фоновые величины. Выбросы и сбросы техногенных объектов, с высоким содержанием тяжёлых металлов, аккумулируются в почвах, которые в значительной степени подвержены влиянию, обусловленному промышленной деятельностью человека.

Почва — это сложная и динамичная система. Она состоит из нескольких слоёв, которые различаются по своему физическому, химическому, минералогическому и биологическому характеру, на которые влияет климат и активность живых организмов. Кроме того, способствуя сохранению всех форм жизни, образующихся на земной поверхности, почва играет важную роль в защите грунтовых вод, действующих как коллекторный фильтр органических и неорганических остатков, способствуя связыванию возможных токсичных соединений [10, с. 661–670].

В последние годы, с развитием мировой экономики, как тип, так и содержание тяжёлых металлов в почве, вызванные деятельностью человека, постепенно увеличивались, что приводило к ухудшению состояния окружающей среды [6, c. 62–67; 6].

В конце XX-го века люди стали осознавать значение почвы как экологического компонента и признали необходимость поддерживать или улучшать способность почвы к выполнению присущих ей различных функций. В то же время учёные доказали, что почва не является неисчерпаемым ресурсом и если её использовать ненадлежащим образом, она может утратить свои характеристики за очень короткий промежуток времени, иногда даже без возможности регенерации [9, с. 161].

В прошлом загрязнению почвы уделялось гораздо меньше значения, чем загрязнению, например, воды и воздуха. Однако в последние годы люди стали осознавать всю серьёзность ситуации, поэтому проблеме загрязнения почвы уделяется всё больше внимания и горячо обсуждается на саммитах по охране окружающей среды во всём мире.

Загрязнение тяжёлыми металлами является чрезмерным осаждением токсичных тяжелых металлов в почве в результате деятельности человека. Загрязнение почвенного покрова тяжелыми металлами связано с наличием различных источников техногенных эмиссий поллютантов: промышленные объекты горно-металлургического, химического, топливно-энергетического комплекса, машиностроительные предприятия, разветвленная транспортная система и т. д. Среди тяжёлых металлов в почве часто встречаются металлы высокой биологической токсичности, такие как ртуть (Hg), кадмий (Cd), свинец (Pb), хром (Cr), мышьяк (As) и т. д. Также почву загрязняют такие металлы как цинк (Zn), медь (Cu), никель (Ni), олово (Sn), адид (V) и прочие.

В 2006–2015 гг. Росгидрометом проводились наблюдения за уровнем загрязнения почв токсикантами промышленного происхождения — тяжёлыми металлами, фтором, нефтью и нефтепродуктами, сульфатами, нитратами, бенз(а)пиреном. Основным источником загрязнения пахотных почв тяжёлыми металлами до (50 %) являются фосфорные удобрения. Наиболее опасны по степени загрязнения почв тяжёлыми металлами почвы многогумусовые, глинисто-суглинистые с щелочной реакцией среды: темно-серые лесные, черноземы и темно-каштановые — почвы, обладающие высокой аккумулятивной способностью [13, с. 118]. Геохимическая обстановка, присущая дерново-подзолистым почвам, не способствует аккумуляции тяжёлых металлов, однако в этих областях техногенная нагрузка настолько велика, что почвы не успевают «самоочищаться». Локальное загрязнение почв тяжелыми металлами связано, прежде всего, с крупными городами и промышленными центрами.

Читайте также: Круговорот углерода, азота, фосфора, кислорода,воды

Опасность поступления в окружающую среду тяжёлых металлов определяется тем, что в отличие от органических загрязнителей, они не разрушаются, а переходят из одной формы в другую, в частности, включаются в состав солей, оксидов, металлоорганических соединений.

Интересно, что тяжёлым металлам присуще антагонистическое и синергетическое поведение. Иными словами, наличие одного тяжёлого металла в почве может повлиять на наличие другого. Например, ингибирующее действие Mn на общее количество минерализованного C антагонизировалось Cd. Медь и цинк, а также никель и кадмий конкурируют за те же мембранные носители в растениях. Напротив, сообщалось, что медь увеличивает токсичность цинка в яровом ячмене. Это означает, что взаимосвязь между тяжёлыми металлами довольно сложна. Различные виды одного и того же металла могут также взаимодействовать друг с другом. Наличие арсенита сильно подавляет поглощение арсената рисовыми растениями, растущими на загрязнённой почве [8, с. 123].

Тяжёлые металлы оказывают неблагоприятное воздействие на здоровье человека по трём путям воздействия: ингаляционное, оральное и через кожу. Многие тяжёлые металлы и металлоиды настолько токсичны, что могут вызывать нежелательные последствия и серьёзные проблемы даже при очень низких концентрациях [2, c. 32]. Тяжелые металлы вызывают процесс повреждения клетки в результате окисления, так называемый окислительный стресс [8]. Что касается их токсичности, наиболее опасными тяжёлыми металлами являются As, Cd, Cr, Cu, Hg, Pb, Sn и Zn [7]. Токсичные тяжёлые металлы могут вызывать различные проблемы со здоровьем в зависимости от вида металла и его концентрации. Например, потребление неорганического мышьяка в течение длительного периода может привести к хроническому отравлению мышьяком — арсеникозу, — в результате чего повреждаются желудочно-кишечный тракт, кожа, сердце, печень. Отравление мышьяком может вызвать развитие диабета, болезни костного мозга и крови, сердечно-сосудистые, онкологические заболевания. А вот органические соединения мышьяка менее вредны для здоровья и достаточно быстро выводятся из организма.

Функционирование урбоэкосистем производит дополнительное поступление в биогеохимических циклах целого ряда опасных токсикантов, среди которых особое место занимает кадмий — элемент первого класса токсичности, который способен оказывать тератогенные, мутагенные и канцерогенные действия на организм человека. Следует отметить, что благодаря своим буферным свойствам, даже антропогенно преобразованные почвы, среди которых ведущее место занимают урбаноземы, способны депонировать кадмий в течение длительного времени, частично исключая его избыток из кругооборота.

Интоксикация солями кадмия вызывает повреждение печени и почек, приводит к снижению плотности костной ткани, к нестерпимым болям в суставах и позвоночнике. Эти симптомы известны как болезнь итай-итай («ой как больно»). При ингаляционном воздействии кадмий чрезвычайно канцерогенен.

Отравление свинцом наносит неврологический ущерб, приводит к снижению уровня IQ, внимания, к нарушению координации рук, вызывает энцефалопатию, ухудшает состояние костей, гипертонию, болезнь почек.

Воздействие метилртути, наиболее вредной формы ртути, влияет на развитие мозга, что приводит к снижению уровня IQ. Ртуть приводит к повреждению центральной нервной и желудочной систем, влияет на координацию, зрение и чувство осязания, повреждает почки, сердце, печень. Интоксикация вызывает тревогу, беспокойство, депрессивное состояние, раздражительность, тремор [4].

Отравление медью вызывает повреждение головного мозга и почек; цирроз печени, хроническую анемию, желудочное и кишечное раздражение. Никель вызывает аллергический дерматит, при ингаляционном воздействии возникает угроза рака лёгких, носа, горла, желудка. Оказывает токсическое воздействие на иммунную, репродуктивную системы, кровь, имеет нейротоксическое и генотоксическое действие, повреждает печень, вызывает потерю волос. Избыток цинка приводит к головокружению и усталости.

Некоторые тяжёлые металлы, такие как As, Cd, Hg, Pb не оказывают существенное влияние на рост растений, поскольку им не присуща какая-либо известная физиологическая функция в жизненном цикле растений, но такие металлы как Cu, Fe, Mn, Mo, Ni и Zn являются важными элементами, необходимыми для нормального роста и метаболизма растений. Но избыток этих веществ может привести к существенному отравлению растения.

Поглощение тяжёлых металлов растениями и последующее накопление вдоль пищевой цепи представляет собой потенциальную угрозу для здоровья животных и человека. Поглощение корнями растений является одним из основных путей поступления тяжёлых металлов в пищевую цепь. Поглощение и накопление тяжёлых металлов в растительной ткани зависит от многих факторов: температуры, влажности, органического вещества, PH, питательных веществ и т. д. [5].

Загрязнение грунта сопряжено также с ухудшением качества воды, потому что тяжёлые металлы могут попадать в питьевую воду и становиться источником заболеваний для человека и животных.

Накопление тяжёлых металлов в растениях происходит также в зависимости от вида растений. Повышенный уровень свинца в почве может снизить её продуктивность, а очень низкая концентрация может ингибировать некоторые жизненно важные процессы, такие как фотосинтез, митоз и водопоглощение [3]. Тяжёлые металлы потенциально токсичны для растений, их концентрация приводит к хлорозу, слабому росту растений, снижению урожайности и может даже сопровождаться снижением поглощения питательных веществ, нарушением в метаболизме растений и снижением способности фиксировать молекулярный азот в бобовых растениях.

Повышение общего содержания тяжёлых металлов в почве сопряжено с увеличением относительного содержания более подвижных соединений металлов, что свидетельствует о снижении способности почвы защищать сопредельные среды от загрязнения.

Загрязнение металлами влияет на фауну и микрофауну почвы. При повреждении лесного покрова в лесной подстилке падает численность насекомых (клещей, бескрылых насекомых), при этом количество пауков и многоножек может оставаться стабильным. Страдают и почвенные беспозвоночные, часто наблюдается гибель дождевых червей. Дикие виды древесных растений на загрязнённых территориях формируют листовую пластинку меньшей площади, большей толщины, с меньшим содержанием хлорофиллов, кратно снижается в них активность клеточных ферментов.

Как уже было отмечено, в загрязнённых металлами почвах существенно меняются важнейшие микробиологические и химические свойства. Ухудшается состояние микробоценоза. Концентрации тяжёлых металлов оказывают влияние на биологическую активность почвенных микроорганизмов. Загрязнение почвы тяжёлыми металлами оказывает давление на чувствительные микроорганизмы, изменяя разнообразие почвенной микрофлоры, которая представляет собой трофические группы микроорганизмов. Самую высокую чувствительность к загрязнению тяжёлыми металлами проявляют олиготрофные бактерии, что указывает на то, что ограничение бактериального сообщества более выражено в почвах, состояние которых неудовлетворительное по органическому веществу и содержанию питательных веществ.

Читайте также: Куда сдать старую одежду в Ульяновске?

Почвенные микроорганизмы, как свободноживущие, так и симбиотические почвенные микробы в ризосфере растений, растущих на загрязнённых тяжёлыми металлами почвах, могут увеличить производство биомассы растений и усилить процесс фиторемедиации. Однако тяжёлые металлы влияют на рост, морфологию и метаболизм почвенных микроорганизмов через функциональные нарушения, денатурацию белка или разрушение целостности клеточных мембран. Почвенные микроорганизмы необходимы для разложения органического вещества почвы; любое уменьшение микробного разнообразия или обилия может отрицательно повлиять на способность растений поглощать питательные вещества из почвы. Повышенные уровни тяжёлых металлов в почвах оказывают значительное влияние на численность популяции и общую активность почвенных микробных сообществ. Несколько исследований, в зависимости от используемых методов изоляции, показали, что загрязнение тяжелыми металлами привело к сдвигам в микробных популяциях.

Также была замечена корреляция между повышенными уровнями никеля и хрома в почве и амплитудой землетрясений. Землетрясения связаны с конкретными геологическими особенностями и границами плиток.

Высокий уровень техногенной нагрузки на геологическую среду обусловил комплексные изменения геохимических условий. Эти изменения привели к устойчивому ухудшению природной обстановки и получили трансграничный характер. Техногенез вызвал значительные изменения элементного состава компонентов биосферы. Наиболее ярко это проявляется в загрязнении почвы тяжёлыми металлами, которые являются наиболее опасными токсикантами с экоцидными свойствами.

Загрязнение тяжёлыми металлами может повлиять на всю окружающую среду, но серьёзная экологическая проблема и самые длительные последствия человеческой деятельности — загрязнение почв. Накопление тяжёлых металлов в почве происходит в результате добычи, плавки металлических руд, промышленных выбросов и применения пестицидов, гербицидов и удобрений. Металлы, такие как Cd, Cu, Pb, Zn и металлоиды (например, As), считаются загрязнителями окружающей среды ввиду их стойкости, биоаккумулятивности и способности оказывать серьёзное негативное воздействие на здоровье человека и окружающую среду.

1. A New Strategy for Heavy Metal Polluted Environments: A Review of Microbial Biosorbents / Ayansina Segun Ayangbenro, Olubukola Oluranti Babalola // Int J Environ Res Public Health. 2020 Jan; 14(1): 94.
2. Asfa Rizvi and Mohammad Saghir Khan. “Cellular Damage, Plant Growth Promoting Activity and Chromium Reducing Ability of Metal Tolerant Pseudomonas aeruginosa CPSB1 Recovered from Metal Polluted Chilli (Capsicum annuum) Rhizosphere”. cta Scientific Agriculture 1.2 (2017): 36–46.
3. Dixit R., Malaviya D., Pandiyan K., Singh U. B., Sahu A., Shukla R., Singh B. P., Rai J. P., Sharma P. K., Lade H. Bioremediation of heavy metals from soil and aquatic environment: An overview of principles and criteria of fundamental processes. Sustainability. 2015;7:2189–2212. doi: 10.3390/su7022189.
4. Finally, a global agreement on mercury Elaine Baker, Kristina Thygesen & Charles Roche. — September 26, 2020. Available at: https://news.grida.no/finally-a-global-agreement-on-mercury
5. Gaur N., Flora G., Yadav M., Tiwari A. A review with recent advancements on bioremediation-based abolition of heavy metals. Environ. Sci. Process. Impacts. 2014;16:180–193. doi: 10.1039/C3EM00491K.
6. Grain size fraction of heavy metals in soil and their relationship with land use / M. H. Sayadi1, A. Rezaei, M. R. G. Sayyed // Proceedings of the International Academy of Ecology and Environmental Sciences, 2020, 7(1): 1–11. Available at: https://www.iaees.org/publications/journals/piaees/articles/2017–7(1)/grain-size-fraction-of-heavy-metals-in-soil.pdf
7. Heavy Metal Toxicity & Contamination: What You Need To Know. — Jun 28, 2020. Available at: https://www.hydroviv.com/blogs/water-smarts/heavy-metal-toxicity
8. M. J. Abedin, J. Feldmann, and A. A. Meharg, “Uptake kinetics of arsenic species in rice plants,” Plant Physiology, vol. 128, no. 3, pp. 1120–1128, 2002.
9. Nortcliff S. Standardisation of soil quality attributes. Agriculture, Ecosystems and Environment 2002.
10. Sousa A, Pereira R, Antunes SC, Cachada A, Pereira E, Duarte AC, Gonçalves F. Validation of avoidance assays for the screening assessment of soils under different anthropogenic disturbances. Ecotoxicology and Environmental Safety 2008. 661–670.
11. US EPA 2020. How does mercury threaten our health? Available at: https://www.epa.gov/international-cooperation/mercury-emissions-global-context#health
12. Zojaji F, Hassani AH, Sayadi MH. 2014. Bioaccumulation of chromium by Zea mays in wastewater-irrigated soil: An experimental study. Proceedings of the International Academy of Ecology and Environmental Sciences, 4.
13. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2020 году». — М.: Минприроды России; НИА-Природа. — 2020. — 639 с.

Индикаторы загрязнения почвы

Самыми распространенными индикаторами загрязнения являются растения и микроорганизмы. У цветов наблюдается отмирание листьев — в почве накопился цинк. Они медленно растут — земля переполнена медью. Ненормальное развитие растения в целом говорит о превышенном показателе кобальта. Самым часто используемым биологическим индикатором загрязнения почвы тяжелыми металлами являются слива и фасоль.

Микроорганизмы в отравленном плодородном слое ведут себя по-разному в зависимости от местонахождения. На лесопарковых территориях микроорганизмы более активны. Это связано с тем, что почва там загрязнена меньше.

В зоне, приближенной к предприятиям и свалкам, наблюдается снижение численности микроорганизмов и почвенных животных. Тяжелые металлы влияют на их жизнедеятельность: микроорганизмы начинают медленно развиваться, плохо растут, наблюдаются изменения на генетическом уровне.

Биота либо погибает, либо выбирает другие места обитания.

Воздействие тяжелых металлов на наземные и почвенные экосистемы

Замечание 1
Тяжелые металлы являются представителями одной из приоритетных групп загрязнителей, являющихся причиной деградации окружающей среды. К ним относят более 40 элементов с атомной массой выше 50 а.е.м.

Как правило, основная масса тяжёлых металлов, поступающая в окружающую среду со временем аккумулируется почвой. Поступление металлов в почву сопровождается рядом физических, химических, биохимических, физико-химических и других взаимодействий, в ходе которых и происходит их аккумуляция, выщелачивание, осуществление межфазных переходов, а также поступление в растительные и животные организмы.

Следует отметить, что в ходе этих взаимодействий опасность металлов для живых организмов может существенно меняться. Для биоты наибольшую опасность тяжелые металлы представляют, когда они сконцентрированы в почвенном растворе. Поступление тяжелых металлов в экосистемы зачастую сопровождается их деградацией и даже полным разрушением. Однако чаще всего воздействие тяжелых металлов сопровождается следующими реакциями со стороны наземных экосистем:

Готовые работы на аналогичную тему

• Курсовая работа Влияние тяжелых металлов на экосистемы 480 руб.
• Реферат Влияние тяжелых металлов на экосистемы 250 руб.
• Контрольная работа Влияние тяжелых металлов на экосистемы 210 руб.

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту Узнать стоимость

• наблюдается ухудшение состояния биологической составляющей экосистем, проявляющееся в снижении видового разнообразия, а также объёмов общей биомассы и численности организмов; происходит осуществление процесса техногенной сукцессии, характеризующейся развитием биоценоза в сторону ее пионерных стадий;
• происходит снижение продуктивности экосистем;
• наблюдается процесс деградации почвенного покрова, сопровождающийся уменьшением запасов гумуса, а также ухудшением его качественного состава, увеличением почвенной кислотности, снижением биологической активности и др.;
• происходит снижение плодородных свойств и как следствие — уменьшение запаса доступных растениям форм биогенных элементов, сопровождающееся нарушением оптимального соотношения макро- и микроэлементов.

Действие тяжёлых металлов на почву путем вмешательства в биологические циклы происходит как прямо, так и опосредованно. При этом зачастую подвергается изменениям структура микробиологического сообщества и его состав, являющийся показателем видового разнообразия. Больше всего действию тяжелых металлов в микробоценозе подвержены нитрифицирующие и целлюлолитические бактерии. Их угнетение приводит к нарушению прохождения цикла азота в почве и процессов минерализации органического вещества.

Кроме косвенного тяжелые металлы оказывают ещё и прямое воздействие на почву и её характеристики. Так, например, имеется информация о консервации в загрязненных почвах органического вещества. Причиной тому является ограниченная доступность комплексов тяжелых металлов с гумусовыми кислотами для минерализации микроорганизмами.

Способы очистки почвы от тяжелых металлов

Существует три метода очистки почв от загрязнения тяжелыми металлами: физический, химический и биологический.

Физический и химический методы

Эти два метода, как правило, применяются совместно. Загрязненный слой снимается и проходит электрохимическое выщелачивание. Происходит переход металлов в подвижную форму. Затем обезвреженная земля помещается назад, слои перемешиваются. Полученный образец снова берется на анализ. Если содержание металлов не превышает ПДК, почва пригодна для сельского хозяйства.

Почва является поверхностным слоем суши. При воздействии техногенных факторов состав грунта подвергается изменениям. Процесс, при котором в земле появляются нехарактерные микроэлементы, характеризующиеся токсичным воздействием, и влияющим на свойства грунта, называется загрязнением почвы тяжелыми металлами.

Негативные последствия провоцируются переизбытком любых инородных примесей в грунтовых слоях. Самыми опасными, с учетом степени их токсичности, считаются ртуть, кадмий и свинец. Но другие вещества, не характерные для состава, также вызывают загрязнение и вредят земле.

Рассмотрим на примере ртуть. Загрязнение почв ртутью определяется функционированием предприятий цветной металлургии, применением ртутьсодержащих фунгицидов, использованием сточных вод в целях орошения и разработкой месторождений ртути. Накопление ртути в окружающей среде связывают с применением соединений ртути в сельском хозяйстве. В настоящее время соединения ртути в большинстве стран используются практически только в качестве протравителей семян.

Наиболее широкое применение получили различные соли метилртути, этилртути, метоксиэтилртути и фенилртути. Ртуть в почвенном покрове распределяется неоднородно, концентрации ее зависят от уровня содержания ртути в почвообразующих породах, и колеблется в пределах (0,005-1,275) мг/кг (Сибирь). Распределение ртути по профилю зависит от свойств почв — гранулометрического, количественного и качественного состава органического вещества, рН среды, содержания карбонатов.

Высокие концентрации ртути наблюдаются в почвах на территории вблизи ртутных месторождений, особенно находящихся над рудными телами. В почвах ртутных ореолов рассеяния содержание ртути в 2-3 раза выше фоновых значений. Большое влияние на закрепление ртути в почве оказывают органические вещества. В одном и том же элементарном ландшафте ртуть в большей степени аккумулируется в обогащенных органикой участках. Вниз по разрезу доля ртути, переходящей в солянокислую вытяжку, увеличивается с уменьшением количества гумуса. Таким образом, процессы перераспределения ртути в малом цикле почва — растение усиливают депонирующую роль почвы и ее информативность для выявления загрязнения окружающей среды. Наличие остаточных токсикантов в почве, в частности, тяжелых металлов, может вызвать загрязнение растений, произрастающих на ней. Загрязнение почвы ртутью оценивается вблизи источника загрязнения, а доступность ртути — по степени ее поглощения растениями.

Растения чаще всего содержат ртуть в меньших количествах, чем почвы, но в процессе минерализации растительных остатков возможно накопление ртути в верхних горизонтах. Величина отношения корни/надземная часть обычно меньше 1. Тонкие корни в большей степени, чем крупные, накапливают ртуть и играют роль барьера. В дерновом горизонте почв наблюдается отчетливое увеличение содержания ртути в надземных и корневых органах растений (0,018-3,000) мг/кг по мере повышения ее концентрации в почве. Минимальное содержание Hg (0,01-0,02) мг/кг накапливается в растениях, произрастающих на почвах с низкими концентрациями ртути до 0,10 мг/кг.

Избыток таких веществ провоцирует ряд негативных эффектов. К опасным последствиям загрязнения почв относятся патологии, возникающие при попадании металлов в организм. Большинство описанных элементов в избыточных концентрациях обладают нейротоксическими свойствами. Отравление может сопровождаться как острыми, так и хроническими заболеваниями, потенциально опасными для жизни осложнениями. В число негативных для почвы последствий загрязнения входят:

Читайте также: Влияние предприятий пищевой промышленности на окружающую среду

• ухудшение роста растений;
• снижение общей плодородности грунта;
• гибель полезных растительных культур;
• ухудшение качества воды;
• уменьшение количества питательных веществ в земле;
• негативное влияние на фауну;
• воздействие на микробиологические характеристики.

Загрязнение тяжелыми металлами приводит к нарушению круговорота веществ в природе, что отражается на всех элементах биосферы.

Для снижения концентрации отравляющих элементов применяют физические, химические и биологические методы. К ним относятся:

• увеличение кислотности почвы за счет органических и минеральных удобрений;
• очистка грунтовых вод;
• снижение выбросов металлической пыли в атмосферу;
• альтернативные источники энергии;
• уменьшение потерь во время производственных процессов;
• переработка и безопасная утилизация промышленных отходов.

Одновременно с очищением почвенных масс требуются меры, направленные на снижение вредных выбросов в атмосферу и загрязнение почвы. Поэтому защита грунта от тяжелых металлов – только одна из трудностей, связанных с техногенным воздействием на окружающую среду.

Источники загрязнения окружающей среды

В широком смысле источники загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами можно поделить на природные и техногенные. В первом случае химические элементы попадают в биосферу из-за водной и ветровой эрозии, извержения вулканов, выветривания минералов. Во втором случае ТМ попадают в атмосферу, литосферу, гидросферу из-за активной антропогенной деятельности: при сжигании топлива для получения энергии, при работе металлургической и химической индустрии, в агропромышленности, при добыче ископаемых и т. п.

Во время работы промышленных объектов загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами происходит различными путями:

• в воздух в виде аэрозолей, распространяясь на обширные территории;
• вместе с промышленными стоками металлы поступают в водоемы, изменяя химический состав рек, морей, океанов, а также попадают в грунтовые воды;
• оседая в слое почвы, металлы изменяют ее состав, что приводит к ее истощению.

Источник https://school-science.ru/18/23/53891

Источник https://gklab.ru/analiz-soderzhaniya-tyazhelyh-metallov-v-pochve/

Источник https://ecokroshka.ru/problemy/soderzhanie-tyazhelyh-metallov-v-pochve.html