В работе представлены данные по загрязнению почв Вологодской области тяжелыми металлами, и предложены пути решения проблемы в качестве рекультивации с использованием природных сорбентов.
Ключевые слова: тяжелые металлы, адсорбент, почва, рекультивация, загрязнения.
В настоящее время для контроля, за загрязнением земельных угодий тяжелыми металлами необходимо проводить постоянные наблюдения и подбирать мероприятия для решения данной проблемы.
Мониторинг земель сельскохозяйственного назначения — это система длительных регулярных наблюдений, которая дает информацию о почве с целью оценки ее состояния и прогноза изменений под влиянием различных антропогенных факторов [1].
К одним из основных факторов влияющих на снижение экологических функций почвы, и деградацию земельных угодий относятся: тяжелые металлы, в технической литературе к тяжелым относят группу металлов, имеющих плотность более 5 г/см3, в биологической же классификации — все металлы с относительной атомной массой более 40 г/см3 [2].
Обследование сельскохозяйственных земель Вологодской области проводилось на 12 видов тяжелых металлов: кадмий, кобальт, железо, стронций, ванадий, мышьяк, цинк, медь, свинец, никель, марганец, хром.
Значительная часть химических элементов из этой группы являются микроэлементами и необходимы живым организмам для роста и развития. Они не являются составной частью органических соединений, из которых состоят клетки, ткани и органы, но являются необходимым компонентом витаминов, гормонов, биокатализаторов и биорегуляторов важнейших физиологических процессов [2].
Входят в состав функциональных белков, костей, зубов в виде растворимых солей участвуют в регулировании биологических жидкостей клеток организма [3].
Валовое содержание тяжелых металлов в естественных незагрязненных почвах обусловлено рядом факторов, основными из которых являются те которые находятся в материнской породе. Ведущую роль в формировании количественных уровней тяжелых металлов играют генезис, петрохимия и фациальные различия материнского субстрата [4].
Почвенный покров представляет собой часть коры выветривания, которая представляет собой основы органического мира.
На территории Вологодской области в настоящее время располагается 30 реперных участков, на которых каждый год проводится отбор проб почв Государственным центром агрохимической службы «Вологодский» и проводится определение содержания тяжелых металлов в почве, таких как: медь, цинк, марганец, кобальт, кадмий, свинец, никель, хром, ртуть, мышьяк [5].
Почвы на территории Вологодской области в большей степени пахотные, а часть земель находится на особо охраняемых природных территориях. Почвы характеризуются как дерново-подзолистые, а по гранулометрическому составу будут подразделятся на на суглинистые, супесчаные и песчаные.
Загрязнение почв Вологодской области тяжелыми металлами будет характеризоваться закислением почвенной среды, снижением емкости катионного обмена, выносу питательных элементов, к развитию водной и ветровой эрозии [6].
Для проведения мероприятий по рекультивации земель, загрязненных тяжелыми металлами, первым этапом будет установление источника загрязнения, а далее его ликвидация. При таких параметрах, возможно, достигнуть высокой эффективность рекультивации.
К способам рекультивации земель, загрязненных тяжелыми металлами, можно отнести:
- Возделывание сельскохозяйственных культур, которые устойчивы к загрязнению тяжелыми металлами. На территориях с возделыванием земель с большим количеством загрязнителей, актуален переход на овощеводство и зерно-кормовые севообороты.
- Рекультивация почв, загрязненных тяжелыми металлами, при использовании растений будет называться фиторекультивация, будет проводится посадка растений, которые способны накапливать тяжелые металлы в вегетативной части.
В качестве примера можно отметить, что для очистки тяжелых металлов как цинк, свинец и кадмий необходимо высаживать овес, для очистки от свинца и хрома — горчицу.
- Влияние на подвижность тяжелых металлов в почве, оказывает то, в какой форме они находятся. Наличие подвижных форм тяжелых металлов в почвенном профиле, характеризуется уровнем почвенного плодородия, количеством поступающих металлов в почву, выносом растений.
Почвы, которые более тяжелые по механическому составу и у которых более высокое плодородие, содержат в своем составе меньшее количество подвижных форм тяжелых металлов, чем те почвы, которые более легкие и неплодородные.
Большая часть из тяжелых металлов, относятся к первому классу опасности, при рН -7 будут образовываться трудно растворимые соединения, а в кислой среде более легко растворимые [7].
Установлено, что при содержании в почве оксида цинка более 0,5 %, свинца 1,0, марганца, меди, железа 5 %, ингибируется рост растений и снижается плодородие почв. При содержании в почве 40–50 % оксидов тяжелых металлов почва становится непригодной для выращивания сельскохозяйственных культур.
Степень угнетения ростовых процессов зависит от формы соединения химических элементов: катионы тяжелых металлов в 10–50 раз более фитотоксичны, чем их оксиды. Полная приостановка роста большинства растений наступает при содержании в почве цинка свыше 1 %, свинца, железа, марганца, меди, никеля — свыше 3 % от массы воздушно-сухой почвы [1].
Кадмий является более подвижным в кислой среде и имеет меньшую подвижность в нейтральной среде.
При рекультивации земель, загрязненных тяжелыми металлами, в первую очередь необходимо уделять внимание образованию в почве труднорастворимых соединений. В данном случае в первую очередь необходимо рассмотреть вопрос о применении природных сорбентов.
К природным сорбентам можно отнести такие как торф, мох, черноземные почвы, сапропель, бентонитовые глины, глауконит, опоки, диатомиты [2].
Создание рекультивационного слоя, на территории загрязненной тяжелыми металлами проводится по многослойной схеме, или с помощью нанесения одного слоя почвы на заранее экранированную или загрязненную территорию.
Для рекультивации сельскохозяйственных угодий Вологодской области, испытывающие длительное загрязнение, можно использовать комплексную схему рекультивации:
– технологический барьер;
– строгое дозирование химических средств защиты растений;
– управление водными миграционными потоками как механический барьер).
– усиление сорбционного барьера почвенного профиля, в тоже время общее количество металлов в почве может не только не уменьшается, но даже расти за счет уменьшения подвижности.
Экологическое состояние земель сельскохозяйственного назначения, и снижает способность почв к производству экологически безопасной и высокоурожайной продукции.
Таким образом, антропогенный пресс, проявляющийся при техногенезе, явление глобального характера, вызывает серьёзную озабоченность человечества. Поэтому, экологическая оценка почв промышленного региона необходима, для прогноза и разработки рекомендаций по снижению техногенных нагрузок на почву и улучшения её экологических параметров и является актуальной темой.
Литература:
- Александрова, Л. Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации / Л. Н. Александрова. — Л.: Наука, 1980. — 228 с.
- Федеральный закон от 24 июня 1998 г. № 89–ФЗ «Об отходах производства и потребления»
- Орлов Д. С. Экология и охрана биосферы при химическо загрязнении./ Д. С. Орлов. — М.:.Высш. шк.., 2002.
- Сынзыныс Б. И. Экологический риск.: учебное пособие для ву-зов/ Б. И. Сынзыныс, О..П. Мелихова, Е. Н. Тянтова. — М.: Логос, 2015
- Вигдорович В. И. Техногенные системы и экологический риск: учебное пособие/ В. И. Вигдорович, Н. В. Габелко. — Тамбов: Изд-во ТГУ, 2014.
- Mulligan C. N. Surfactant-enchanced remediation of contaminated soil: a review / C. N. Mulligan, R. N.Yong, B. F. Gibbs // Engineering Geology. 2001 г.Vol. 60. P. 371–380.
- Miller R. M. Biosurfactant-facilitated remediation of metal-contaminated soils / R. M. Miller //biopolymers / U. L. Lao, A. Chen, M. R. Matsumoto et al. //Environ. Health Perspectives. 1995. Vol. 103. P. 59–62.
