Ukupna kontaminacija tla karakterizira ukupna količina teških metala. Dostupnost elemenata za biljke je određena njihovim pokretnim oblicima. Stoga je sadržaj mobilnih oblika teških metala u tlu najvažniji pokazatelj koji karakteriše sanitarno-higijensko stanje i utvrđuje potrebu za melioracionim mjerama detoksikacije.
Ovisno o korištenom ekstraktantu, ekstrahira se različita količina mobilnog oblika teškog metala, koji se, uz određenu konvenciju, može smatrati dostupnim biljkama. Za ekstrakciju pokretnih oblika teških metala koriste se različita hemijska jedinjenja nejednake ekstrakcijske moći: kiseline, soli, puferski rastvori i voda. Najčešći ekstraktanti su 1N HCl i amonijum acetatni pufer pH 4,8. Trenutno je akumulirano nedovoljno eksperimentalnog materijala koji karakteriše zavisnost sadržaja teških metala u biljkama ekstrahovanih različitim hemijskim rastvorima od njihove koncentracije u tlu. Složenost ove situacije također je posljedica činjenice da dostupnost mobilnog oblika teškog metala za biljke u velikoj mjeri ovisi o svojstvima tla i specifičnim karakteristikama biljaka. Štaviše, ponašanje svakog elementa u tlu ima svoje specifične, inherentne obrasce.
Radi proučavanja utjecaja svojstava tla na transformaciju spojeva teških metala, proveli smo modelne eksperimente s tlima koja se jako razlikuju po svojim svojstvima (tablica 8). Korišteni ekstraktanti bili su jaka kiselina - 1N HNO3, neutralna Ca (NO3) 2 so, acetatno-amonijum puferski rastvor i voda.
Na to ukazuju analitički podaci dati u tabelama 9-12. da je sadržaj kiselina rastvorljivih jedinjenja cinka, olova i kadmijuma, koji prelaze u ekstrakt 1N HNO3, blizak njihovoj količini unesenoj u zemljište. Zn ulazi u tlo... Količina čvrsto fiksiranih spojeva ovih elemenata ovisila je o nivou plodnosti tla. Njihov sadržaj u slabo kultivisanom buseno-podzolskom tlu bio je niži nego u buseno-podzolskom srednje obrađenom i tipičnom černozemu.
Količina izmjenjivih spojeva Cd, Pb i Zn, ekstrahiranih 1-n otopinom neutralne soli Ca (NO3) 2, bila je nekoliko puta manja od količine unesene u tlo njihovom masom, a ovisila je i o nivou tla. plodnost. Najmanje sadržaja Iz černozema su dobijena 2 elementa ekstrahirana rastvorom Ca (NO3). Sa povećanjem obrade busensko-podzolskog tla, smanjila se i mobilnost teških metala. Sudeći po ekstraktu soli, najmobilnija jedinjenja su kadmijum, nešto manje - cink. Jedinjenja olova ekstrahirana neutralnom soli odlikuju se najmanjom pokretljivošću.
Sadržaj mobilnih oblika metala ekstrahiranih acetatno-amonijum pufer rastvorom sa pH 4,8, takođe je određen prvenstveno tipom zemljišta, njegovim sastavom i fizičko-hemijskim svojstvima.
Što se tiče izmjenjivih (regenerativnih 1 n Ca (NO3) 2) oblika ovih elemenata, postoji pravilnost, izražena u povećanju količine mobilnih jedinjenja Cd, Pb i Zn u kiselom tlu, te mobilnosti Cd i Zn. je veći od Pb. Količina kadmijuma ekstrahovanog ovim ekstraktom iznosila je 90-96% primenjene doze za slabo kultivisano zemljište, 70-76% za busensko-podzolsto zemljište sa srednjom obradom i 44-48% za černozem. Količina cinka i olova koja prelazi u puferski rastvor CH3COONH4 je, respektivno: 57-71 i 42-67% za buseno-podzolsko slabo kultivisano zemljište, 49-70 i 37-48% za srednje kultivisano; 46-65 i 20-42% za černozem. Smanjenje kapaciteta ekstrakcije CH3COONH4 za olovo na černozemu može se objasniti formiranjem njegovih stabilnijih kompleksa i spojeva sa stabilnim humusnim jedinjenjima.
Tla korištena u modelskom eksperimentu razlikovala su se po mnogim parametrima. plodnost tla, ali u najvećoj mjeri u pogledu kiselinskih karakteristika i broja izmjenjivih baza. Dostupni u literaturi i naši eksperimentalni podaci ukazuju da reakcija okoline u tlu snažno utječe na pokretljivost elemenata.
Povećanje koncentracije vodikovih jona u zemljišnom rastvoru dovelo je do prelaska slabo rastvorljivih soli olova u rastvorljivije soli (posebno je karakterističan prelaz PbCO3 u Pb (HCO3) 2 (BV Nekrasov, 1974).) smanjuje stabilnost olovo-humusnih kompleksa. pH vrijednost zemljišne otopine je jedan od najvažnijih parametara koji određuju sorpciju jona teških metala u zemljištu. Sa smanjenjem pH povećava se rastvorljivost većine teških metala i, sledstveno tome, njihova mobilnost u sistemu čvrsta faza tlo - rastvor J. Esser, N. Bassam (1981), proučavajući pokretljivost kadmijuma u aerobnim uslovima zemljišta, utvrdili su da je u pH opsegu 4-6 pokretljivost kadmijuma određena jonskom snagom rastvora, pri pH većem od 6, vodeću ulogu ima sorpcija oksidima mangana kadmijuma i utiče na njegovu sorpciju tek pri pH 8.
Najpokretniji i za biljke najpristupačniji dio spojeva teških metala u tlu je njihov sadržaj u zemljišnoj otopini. Količina metalnih jona koji ulaze u otopinu tla određuje toksičnost određenog elementa u tlu. Stanje ravnoteže u sistemu čvrsta faza-rastvor određuje sorpcione procese, čija priroda i pravac zavise od svojstava i sastava tla. Utjecaj svojstava tla na pokretljivost teških metala i njihov prijelaz u vodeni ekstrakt potvrđuju podaci o različite količine vodotopivi spojevi Zn, Pb i Cd, preneseni iz tla sa različitih nivoa plodnosti pri istim dozama unesenih metala (tabela 13). U poređenju sa černozemom, više jedinjenja metala rastvorljivih u vodi bilo je sadržano u tlu srednje obrađenom tlu sa podzoljom. Najveći sadržaj vodotopivih spojeva Zn, Pb i Cd bio je u loše obrađenom tlu. Obrada tla smanjila je mobilnost teških metala. U buseno-podzolskom slabo obrađenom tlu, sadržaj vodotopivih oblika Zn. Pb i Cd su bili 20-35% veći nego u srednje uzgojenim i 1,5-2,0 puta veći nego u tipičnom černozemu. Povećanje plodnosti tla, praćeno povećanjem sadržaja humusa, fosfata, neutralizacijom viška kiselosti i povećanjem puferskih svojstava, dovodi do smanjenja sadržaja najagresivnijeg oblika teških metala topljivog u vodi.
Odlučujuću ulogu u raspodjeli teških metala u sistemu tlo-rastvor imaju procesi sorpcije-desorpcije na čvrstoj fazi tla, koji su određeni svojstvima tla i ne zavise od oblika tla. uvedeno jedinjenje. Nastala jedinjenja teških metala sa čvrstom fazom tla su termodinamički stabilnija od unesenih jedinjenja i određuju koncentraciju elemenata u rastvoru zemljišta (RI Pervunina. 1983).
Zemljište je snažan i aktivan apsorber teških metala, sposobno je da se čvrsto veže i time smanji protok otrovnih materija u biljke. Mineralne i organske komponente tla aktivno inaktiviraju jedinjenja metala, ali kvantitativni izraz njihovog djelovanja ovisi o vrsti tla (B A. Bol'shakov et al., 1978, VB Ilyin, 1987).
Akumulirani eksperimentalni materijal ukazuje na to. da se najveća količina teških metala iz tla ekstrahuje sa 1N kiselim ekstraktom. Istovremeno, podaci su blizu bruto sadržaja elemenata u tlu. Ovaj oblik elemenata može se smatrati općim zalihama, koji se može pretvoriti u pokretni pokretni oblik. Sadržaj teškog metala kada se ekstrahuje iz tla acetatno-amonijum puferom karakteriše već pokretljiviji deo. Izmjenjivi oblik teškog metala je još pokretljiviji. ekstrahira se neutralnim fiziološkim rastvorom. V.S. Gorbatov i N.G. Zyrin (1987) smatraju da je biljkama najpristupačniji izmjenjivi oblik teških metala, selektivno ekstrahiran otopinama soli, čiji anion ne stvara komplekse s teškim metalima, a kation ima veliku silu istiskivanja. Ovo su svojstva Ca (NO3) 2 korišćena u našem eksperimentu. Najagresivniji rastvarači - kiseline, najčešće korišteni 1N HCl i 1N HNO3, izvlače iz tla ne samo oblike koje asimiliraju biljke, već i dio bruto elementa, koji je najbliža rezerva, za prelazak u pokretna jedinjenja.
Koncentracija teških metala ekstrahiranih vodenim ekstraktom u zemljišnoj otopini karakterizira najaktivniji dio njihovih spojeva. Ovo je najagresivnija i najdinamičnija frakcija teških metala, koja karakterizira stupanj pokretljivosti elemenata u tlu. Visok sadržaj u vodi topivih TM oblika može dovesti ne samo do kontaminacije biljnih proizvoda, već i do naglog smanjenja prinosa do njegove smrti. Sa vrlo visokim sadržajem u vodi rastvorljivog oblika teškog metala u tlu, on postaje samostalan faktor koji određuje veličinu usjeva i stepen njegove zagađenosti.
U našoj zemlji su akumulirane informacije o sadržaju mobilnog oblika TM u nezagađenim zemljištima, uglavnom onih koji su poznati kao elementi u tragovima - Mn, Zn, Cu, Mo. Co (Tabela 14). Za određivanje mobilnog oblika najčešće su korišteni pojedinačni ekstraktanti (prema Ya.V. Peiveu i G.Ya. Rinkisu). Kao što se vidi iz tabele 14, tla pojedinih regija značajno su se razlikovala u količini pokretnog oblika istog metala.
Razlog bi mogao biti, prema V.B. Ilyin (1991), genetske karakteristike tla, prije svega, specifičnost granulometrijskog i mineraloškog sastava, nivo sadržaja humusa, reakcija okoline. Iz tog razloga, tla jednog prirodnog regiona, pa čak i istog genetskog tipa unutar ovog regiona mogu veoma varirati.
Razlika između minimalne i maksimalne količine pokretne forme na koju se nailazi može biti unutar matematičkog reda. Nema apsolutno dovoljno podataka o sadržaju mobilnih oblika Pb, Cd, Cr, Hg i drugih najotrovnijih elemenata u zemljištu. Teško je ispravno procijeniti pokretljivost TM u tlu korištenjem kemikalija koje se uvelike razlikuju u svom kapacitetu otapanja kao ekstraktanta. Tako je, na primjer, 1 n HCl ekstrahirao pokretne forme iz horizonta oranja u mg/kg: Mn - 414, Zn - 7,8 Ni - 8,3, Cu - 3,5, Pb - 6,8, Co - 5,3 (tlo Zapadni Sibir), dok je 2,5% CH3COOH povratilo 76; 0,8; 1.2; 1.3; 0,3; 0,7 (tla regije Tomsk Ob, podaci Iljina 1991). Ovi materijali ukazuju da je 1 n HCl ekstrahovan iz tla, sa izuzetkom cinka, oko 30% metala od bruto količine, a 2,5% CH3COOH - manje od 10%. Zbog toga ekstratant 1N HCl, koji se široko koristi u agrohemijskim istraživanjima i karakterizaciji zemljišta, ima visoku mobilizirajuću sposobnost u odnosu na rezerve teških metala.
Glavni dio pokretnih spojeva teških metala ograničen je na humusne ili korijenske horizonte tla, u kojima se aktivno odvijaju biokemijski procesi i sadrže mnoge organske tvari. Teški metali. uključeni u organske komplekse su vrlo pokretni. V.B. Iljin (1991) ukazuje na mogućnost akumulacije teških metala u iluvijalnom i karbonatnom horizontu, u koje padaju sitne čestice zasićene teškim metalima i vodotopivim oblicima elemenata koji migriraju iz gornjeg sloja. U iluvijalnim i karbonatnim horizontima talože se spojevi koji sadrže metal. Tome najviše doprinosi naglo povećanje pH okoline u tlu ovih horizonata, zbog prisustva karbonata.
Sposobnost teških metala da se akumuliraju u nižim horizontima tla dobro ilustruju podaci o profilima tla Sibira (tabela 15). U humusnom horizontu bilježi se povećan sadržaj mnogih elemenata (Sr, Mn, Zn, Ni itd.), bez obzira na njihovu genezu. U mnogim slučajevima jasno se prati povećanje sadržaja mobilnog Sr u karbonatnom horizontu. Ukupni sadržaj pokretnih formi u manjoj količini tipičan je za pješčana tla, u znatno većoj količini za ilovasta tla. Odnosno, postoji bliska veza između sadržaja pokretnih oblika elemenata i granulometrijskog sastava tla. Sličan pozitivan odnos može se pratiti između sadržaja mobilnih oblika teških metala i sadržaja humusa.
Sadržaj mobilnih oblika teških metala podložan je jakim fluktuacijama, što je povezano sa promjenom biološke aktivnosti tla i utjecajem biljaka. Dakle, prema istraživanju koje je proveo V.B. Ilyin, sadržaj mobilnog molibdena u tlu podzol i južnom černozemu promijenio se 5 puta tokom vegetacije.
Posljednjih godina neke istraživačke institucije proučavaju utjecaj dugotrajne primjene mineralnih, organskih i krečnih gnojiva na sadržaj mobilnih oblika teških metala u tlu.
Na agrohemijskoj eksperimentalnoj stanici Dolgoprudnaja (DAOS, Moskovska oblast) rađeno je istraživanje akumulacije teških metala, toksičnih elemenata i njihove mobilnosti u tlu u uslovima produžene upotrebe fosfornih đubriva na vapnenom buseno-podzoličnom teškom ilovastom tlu (Yu. .A.Potatueva et al., 1994.). Sistematska upotreba balastnih i koncentrovanih đubriva 60 godina, raznih oblika fosfata 20 godina i fosforitnog brašna iz raznih ležišta tokom 8 godina nije značajno uticala na ukupan sadržaj teških metala i toksičnih elemenata (TE) u zemljištu. , ali je dovelo do povećanja mobilnosti u njemu nekih TM i TE. Sadržaj mobilnih i vodotopivih oblika u zemljištu povećan je za oko 2 puta uz sistematsku upotrebu svih proučavanih oblika fosfornih đubriva, iznoseći, međutim, samo 1/3 MPC. Količina mobilnog stroncijuma porasla je 4,5 puta u tlu koje je dobilo jednostavan superfosfat. Unošenje sirovih fosforita iz ležišta Kingisepskoe dovelo je do povećanja sadržaja mobilnih formi u tlu (AAB pH 4,8): olova za 2 puta, nikla za 20% i hroma za 17%, što je iznosilo 1/4 i 1/10 MPC, respektivno. U tlu koje je primilo sirove fosforite iz ležišta Chilisai zabilježeno je povećanje sadržaja mobilnog kroma za 17% (tablica 16).
Poređenje eksperimentalnih podataka višegodišnjih terenskih eksperimenata DAO sa sanitarno-higijenskim standardima za sadržaj mobilnih oblika teških metala u tlu, a u njihovom nedostatku sa preporukama predloženim u literaturi, ukazuje da je sadržaj mobilnih oblika ovih elemenata u tlu je bila ispod dozvoljenih nivoa. Ovi eksperimentalni podaci pokazuju da čak i vrlo dugotrajna primjena fosfornih gnojiva u trajanju od 60 godina nije dovela do viška razine MPC u tlu ni u pogledu bruto niti mobilnih oblika teških metala. Istovremeno, ovi podaci ukazuju na to da je racioniranje teških metala u tlu samo po bruto oblicima nedovoljno utemeljeno i da ga treba dopuniti sadržajem mobilnog oblika, koji odražava kako hemijska svojstva samih metala tako i svojstva metala. tlo na kojem se biljke uzgajaju.
Na osnovu dugogodišnjeg terenskog iskustva stečenog pod rukovodstvom akademika N.S. Avdonin u eksperimentalnoj bazi Moskovskog državnog univerziteta „Čašnjikovo“, sprovedeno je istraživanje o uticaju dugotrajne upotrebe mineralnih, organskih, krečnih đubriva i njihove kombinacije na sadržaj mobilnih oblika teških metala u tlu za 41 godina (VG Mineev et al., 1994). Rezultati istraživanja sprovedenih u tabeli 17 pokazali su da je stvaranjem optimalnih uslova za rast i razvoj biljaka značajno smanjen sadržaj mobilnih oblika olova i kadmijuma u tlu. Sistematskom primjenom azotno-kalijumskih gnojiva, zakiseljavanjem zemljišne otopine i smanjenjem sadržaja mobilnog fosfora, udvostručena je koncentracija mobilnih spojeva olova i nikla i povećan sadržaj kadmijuma u tlu za 1,5 puta.
Sadržaj grubih i mobilnih oblika TM u busensko-podzoličnom lako ilovastom tlu Bjelorusije proučavan je uz produženu upotrebu mulja gradskih otpadnih voda: termofilno fermentiranog iz muljnih polja (TIP) i termofilno fermentiranog s naknadnom mehaničkom dehidracijom (TMT).
Za 8 godina istraživanja, zasićenost OCB plodoreda iznosila je 6,25 t/ha (jednokratna doza) i 12,5 t/ha (dvostruka doza), što je otprilike 2-3 puta više od preporučenih doza.
Kao što se može vidjeti iz tabele 18, postoji jasan obrazac povećanja sadržaja bruto i mobilnih oblika TM kao rezultat trostrukog uvođenja WWS. Štoviše, cink se odlikuje najvećom pokretljivošću, čija se količina u mobilnom obliku povećala za 3-4 puta u odnosu na kontrolno tlo (NP Reshetsky, 1994). U ovom slučaju sadržaj mobilnih spojeva kadmijuma, bakra, olova i hroma nije se značajno promijenio.
Istraživanja naučnika bjeloruske poljoprivredne industrije. Akademije su pokazale da je uvođenjem kanalizacionog mulja (SIP-mokri mulj sa muljnih polja, TIP, TMO) primetno povećanje sadržaja mobilnih oblika elemenata u tlu, ali najjače kadmijuma, cinka, bakra ( Tabela 19). Kamenovanje praktički ne utiče na pokretljivost metala. Prema autorima. Upotreba ekstrakta u 1 N HNO3 za karakterizaciju stepena pokretljivosti metala nije uspješna, jer više od 80% ukupnog sadržaja elementa prelazi u njega (A.I. Gorbyleva et al., 1994).
Utvrđivanje određenih zavisnosti promene pokretljivosti TM u tlu od nivoa kiselosti sprovedeno je u mikropoljskim ogledima na luženim černozemima Centralne ČZ RF. Istovremeno je izvršeno određivanje kadmijuma, cinka, olova u sledećim ekstraktima: hlorovodonična, azotna, sumporna kiselina, amonijum acetatni pufer pH 4,8 i pH 3,5, amonijum nitrat, destilovana voda. Uspostavljena je bliska veza između ukupnog sadržaja cinka i njegovih mobilnih oblika ekstrahiranih kiselinama R = 0,924-0,948. Kada se koristi AAB pH 4,8 R = 0,784, AAB pH 3,5 = 0,721. Olovo rekuperirano sa hlorovodoničnom i azotnom kiselinom manje je koreliralo sa bruto sadržajem: R = 0,64-0,66. Ostali ekstrakti su imali mnogo niže koeficijente korelacije. Korelacija između obnovljivih kiselina jedinjenja kadmija i bruto rezervi bila je vrlo visoka (R = 0,98-0,99). kod ekstrakcije AAB pH 4,8-R = 0,92. Upotreba drugih ekstrakata dala je rezultate koji ukazuju na slab odnos između masivnih i mobilnih oblika teških metala u tlu (N.P.Bogomazov, P.G. Akulov, 1994).
U dugotrajnom poljskom eksperimentu (Sveruski istraživački institut za lan, Tverska oblast), uz produženu upotrebu đubriva na tlu podzol, udio pokretnih metalnih jedinjenja u sadržaju njihovih potencijalno dostupnih oblika smanjio se, posebno u treća godina posledejstva kreča u dozi od 2 g do. (tabela 20). U 13. godini naknadno dejstvo vapna u istoj dozi smanjilo je samo sadržaj pokretnog gvožđa i aluminijuma u tlu. u 15. godini - gvožđe, aluminijum i mangan (L.I. Petrova. 1994).
Shodno tome, da bi se smanjio sadržaj mobilnih oblika olova i bakra u tlu, potrebno je ponovno vapnenje tla.
Proučavanje mobilnosti teških metala u černozemima Rostovske regije pokazalo je da je u metarskom sloju običnih černozema količina cinka ekstrahirana ekstraktom amonijum acetatnog pufera sa pH od 4,8 fluktuirala u granicama od 0,26-0,54 mg/kg. mangan 23,1-35,7 mg/kg, bakar 0,24-0,42 (G.V. Agafonov, 1994), Poređenje ovih brojki sa bruto rezervama elemenata u tragovima u tlu istih područja pokazalo je da je mobilnost razni elementi značajno varira. Cink na karbonatnom černozemu je 2,5-4,0 puta manje dostupan biljkama od bakra i 5-8 puta manje od mangana (tabela 21).
Tako pokazuju rezultati sprovedenih studija. da je problem mobilnosti teških metala u tlu složen i višefaktorski. Sadržaj mobilnih oblika teških metala u tlu zavisi od mnogih uslova. Glavna recepcijašto dovodi do smanjenja sadržaja ovog oblika teških metala je povećanje plodnosti tla (vapnenje, povećanje sadržaja humusa i fosfora, itd.). Istovremeno, ne postoji općeprihvaćena formulacija za mobilne metale. U ovom dijelu ponudili smo naše razumijevanje različitih frakcija mobilnih metala u tlu:
1) ukupna zaliha pokretnih formi (popravljivih kiselinama);
2) pokretna pokretna forma (izdvojiva puferskim rastvorima):
3) zamjenjivi (ekstrahovani neutralnim solima);
4) rastvorljiv u vodi.
SADRŽAJ
Uvod
1. Pokrivač tla i njegova upotreba
2. Erozija tla (voda i vjetar) i metode borbe protiv nje
3. Industrijsko zagađenje tla
3.1 Kisele kiše
3.2 Teški metali
3.3 Trovanje olovom
4. Higijena tla. Odlaganje otpada
4.1 Uloga tla u metabolizmu
4.2 Ekološki odnos između tla i vode i tečnog otpada (otpadne vode)
4.3 Granice opterećenja tla čvrstim otpadom (otpad iz domaćinstava i ulica, industrijski otpad, suvi mulj nakon taloženja kanalizacije, radioaktivne supstance)
4.4 Uloga tla u širenju raznih bolesti
4.5 Štetni efekti glavnih vrsta zagađivača (čvrsti i tečni otpad) koji dovode do degradacije tla
4.5.1 Neutralizacija tečnog otpada u zemljištu
4.5.2.1 Dekontaminacija čvrstog otpada u zemljištu
4.5.2.2 Prikupljanje i odlaganje otpada
4.5.3 Konačno odlaganje i odlaganje
4.6 Odlaganje radioaktivnog otpada
Zaključak
Spisak korištenih izvora
Uvod.
Određeni dio tla, kako u Rusiji, tako i širom svijeta, svake godine napušta poljoprivredni promet iz različitih razloga, koji su detaljno razmotreni u UIR-u. Hiljade ili više hektara zemljišta pati od erozije, kiselih kiša, nepravilnog rukovanja i toksičnog otpada. Da biste to izbjegli, morate se upoznati s najproduktivnijim i najjeftinijim mjerama melioracije (vidi definiciju rekultivacije u glavnom dijelu rada) koje povećavaju plodnost zemljišnog pokrivača, a prije svega s negativnim utjecajem na tlo. sebe i kako to izbjeći.
Ove studije daju uvid u štetne efekte na tlo i sprovedene su kroz niz knjiga, članaka i naučnih časopisa posvećenih tlu i pitanjima životne sredine.
Sam problem zagađenja i degradacije tla oduvijek je bio aktuelan. E sad, ovome rečenom možemo dodati da u naše vrijeme antropogeni utjecaj snažno utiče na prirodu i samo raste, a tlo nam je jedan od glavnih izvora hrane i odjeće, a da ne govorimo o tome da hodamo po njemu. i uvek će biti u bliskom kontaktu sa njom.
1. Pokrivač tla i njegova upotreba.
Pokrivač tla je najvažnija prirodna formacija. Njegov značaj za život društva određen je činjenicom da je tlo glavni izvor hrane, obezbjeđujući 97-98% prehrambenih resursa svjetske populacije. U isto vrijeme, zemljišni pokrivač je mjesto ljudske aktivnosti, gdje se nalazi industrijska i poljoprivredna proizvodnja.
Ističući posebnu ulogu hrane u životu društva, čak je V. I. Lenjin isticao: "Pravi temelji ekonomije su fondovi za hranu."
Najvažnije svojstvo zemljišnog pokrivača je njegova plodnost, koja se podrazumijeva kao ukupnost svojstava zemljišta koja osiguravaju prinos poljoprivrednih kultura. Prirodna plodnost tla regulirana je rezervatom hranljive materije u tlu i njegovim vodnim, vazdušnim i termičkim režimima. Uloga zemljišnog pokrivača u produktivnosti kopnenih ekoloških sistema je velika, jer tlo hrani kopnene biljke vodom i mnogim jedinjenjima i predstavlja najvažniju komponentu fotosintetske aktivnosti biljaka. Plodnost tla zavisi i od količine sunčeve energije akumulirane u njemu. Živi organizmi, biljke i životinje koje nastanjuju Zemlju bilježe sunčevu energiju u obliku fito- ili zoomase. Produktivnost kopnenih ekoloških sistema zavisi od toplotnog i vodnog bilansa zemljine površine, što određuje raznovrsnost oblika razmene materije i materije unutar geografskog omotača planete.
Analizirajući značaj zemljišta za društvenu proizvodnju, K. Marx je identifikovao dva koncepta: zemlja-materija i zemlja-kapital. Prvu od njih treba razumjeti zemlja koja je nastala u procesu svog evolucijskog razvoja protiv volje i svijesti ljudi i mjesto je ljudskog naseljavanja i izvor njegove hrane... Od trenutka kada zemlja u procesu razvoja ljudskog društva postaje sredstvo proizvodnje, ona se pojavljuje u novom kvalitetnom kapitalu, bez kojeg je nezamisliv proces rada, „...jer ono daje radniku... mjesto na kojem on stoji ... , a njegov proces je njegov opseg ... ". Iz tog razloga je Zemlja univerzalni faktor u svakoj ljudskoj aktivnosti.
Uloga i mjesto Zemlje nisu isti u različitim oblastima materijalnu proizvodnju, prvenstveno u industriji i poljoprivredi. U prerađivačkoj industriji, građevinarstvu, transportu zemljište je mjesto gdje se odvijaju radni procesi, bez obzira na prirodnu plodnost tla. U drugom svojstvu, zemljište se koristi u poljoprivredi. Pod uticajem ljudskog rada, prirodna plodnost se iz potencijalne pretvara u ekonomsku. Specifičnost korišćenja zemljišnih resursa u poljoprivredi dovodi do toga da se oni pojavljuju u dva različita kvaliteta, kao predmet rada i kao sredstvo proizvodnje. K. Marx je primetio: "Sa samo jednim novim ulaganjem kapitala u zemljišne parcele... ljudi su uvećali zemljišni kapital bez ikakvog povećanja materije zemlje, odnosno zemaljskog prostora."
Zemlja u poljoprivredi djeluje kao proizvodna snaga zbog svoje prirodne plodnosti, koja ne ostaje konstantna. Racionalnim korišćenjem zemljišta ovakva plodnost se može povećati poboljšanjem njenog vodnog, vazdušnog i toplotnog režima melioracionim merama i povećanjem sadržaja hranljivih materija u tlu. Naprotiv, neracionalnim korišćenjem zemljišnih resursa smanjuje se njihova plodnost, usled čega dolazi do smanjenja prinosa poljoprivrednih kultura. Na nekim mjestima uzgoj usjeva postaje potpuno nemoguć, posebno na zaslanjenim i erodiranim zemljištima.
Uz nizak stepen razvoja proizvodnih snaga društva, do ekspanzije proizvodnje hrane dolazi zbog uključivanja novih zemljišta u poljoprivredu, što odgovara ekstenzivnom razvoju poljoprivrede. Ovo olakšavaju dva uslova: dostupnost slobodnog zemljišta i mogućnost vođenja farme na prihvatljivom prosječnom nivou kapitalnih izdataka po jedinici površine. Ova upotreba zemljišta i poljoprivreda tipična je za mnoge zemlje u razvoju u savremenom svijetu.
U eri naučne i tehnološke revolucije došlo je do oštrog razgraničenja sistema poljoprivrede u industrijalizovanim zemljama i zemljama u razvoju. Prve karakterizira intenziviranje poljoprivrede korištenjem dostignuća naučne i tehnološke revolucije, u kojoj se poljoprivreda razvija ne zbog povećanja površine obrađenog zemljišta, već zbog povećanja iznosa kapitala uloženog u zemljište. Poznati ograničeni zemljišni resursi za većinu industrijski razvijenih kapitalističkih zemalja, povećanje potražnje za poljoprivrednim proizvodima širom svijeta zbog visokih stopa rasta stanovništva i viša kultura poljoprivrede doprinijeli su prelasku poljoprivrede u ovim zemljama na put intenzivan razvoj 50-ih godina. Ubrzanje procesa intenziviranja poljoprivrede u industrijaliziranim kapitalističkim zemljama povezano je ne samo sa dostignućima naučne i tehnološke revolucije, već uglavnom sa isplativosti ulaganja u poljoprivredu, koja je koncentrisala poljoprivrednu proizvodnju u rukama velikih zemljoposjednika i upropastila male poljoprivrednike.
Poljoprivreda se u zemljama u razvoju razvijala na druge načine. Među akutnim problemima prirodnih resursa ovih zemalja mogu se izdvojiti: niska poljoprivredna kultura, koja je uzrokovala degradaciju tla (pojačana erozija, zaslanjivanje, smanjena plodnost) i prirodne vegetacije (na primjer, tropske šume), iscrpljivanje vodnih resursa, dezertifikacija zemlje, koja se posebno jasno manifestovala na afričkom kontinentu. Svi ovi faktori povezani sa socio-ekonomskim problemima zemalja u razvoju doveli su do hronične nestašice hrane u ovim zemljama. Tako su početkom 1980-ih, u pogledu snabdijevanja po stanovniku žitom (222 kg) i mesom (14 kg), zemlje u razvoju nekoliko puta bile inferiorne u odnosu na industrijski razvijene kapitalističke zemlje. Rješenje problema hrane u zemljama u razvoju nezamislivo je bez velikih društveno-ekonomskih transformacija.
Kod nas je osnova zemljišnih odnosa državno (javno) vlasništvo nad zemljištem, koje je nastalo kao rezultat nacionalizacije cjelokupnog zemljišta. Agrarni odnosi se grade na osnovu planova po kojima bi poljoprivreda trebalo da se razvija u budućnosti, uz finansijsku i kreditnu pomoć države i nabavku potrebne količine mehanizacije i đubriva. Plaćanje poljoprivrednih radnika u smislu kvantiteta i kvaliteta rada stimuliše stalno povećanje njihovog životnog standarda.
Korištenje zemljišnog fonda u cjelini vrši se na osnovu dugoročnih državnih planova. Primjer takvih planova bio je razvoj devičanskih i ugarskih zemljišta na istoku zemlje (sredina 1950-ih), zahvaljujući čemu je za kratko vrijeme postalo moguće uvesti više od 41 milion hektara novih površina u oranice. Drugi primjer je skup mjera vezanih za realizaciju Programa ishrane, koji predviđa ubrzanje razvoja poljoprivredne proizvodnje na bazi podizanja kulture poljoprivrede, raširene meliorativne mjere, kao i realizaciju širokog programa. društveno-ekonomske reorganizacije poljoprivrednih površina.
Zemljišni resursi svijeta u cjelini omogućavaju obezbjeđivanje hrane za više ljudi nego što je trenutno dostupno i kakva će biti u bliskoj budućnosti. Međutim, zbog rasta stanovništva, posebno u zemljama u razvoju, količina obradivog zemljišta po glavi stanovnika se smanjuje.
PAGE_BREAK-- teški metali, koji karakterizira široku grupu zagađivača, nedavno je postao široko rasprostranjen. U različitim naučnim i primenjenim radovima, autori tumače značenje ovog pojma na različite načine. U tom smislu, broj elemenata koji se pripisuju grupi teških metala varira u širokim granicama. Brojne karakteristike se koriste kao kriterijumi za članstvo: atomska masa, gustina, toksičnost, rasprostranjenost u prirodnom okruženju, stepen uključenosti u prirodne i veštačke cikluse. U nekim slučajevima, definicija teških metala uključuje elemente koji se odnose na krhke (na primjer, bizmut) ili metaloide (na primjer, arsen).
U radovima posvećenim problemima zagađenja životne sredine prirodno okruženje i monitoring životne sredine, do danas teški metali uključuje više od 40 metala periodnog sistema D.I. Mendeljejev sa atomskom masom od preko 50 atomskih jedinica: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi U ovom slučaju, sljedeći uvjeti igraju važnu ulogu u kategorizaciji teških metala: njihova visoka toksičnost za žive organizme u relativno niskim koncentracijama, kao i sposobnost bioakumulacije i biomagnifikacije. Gotovo svi metali koji potpadaju pod ovu definiciju (s izuzetkom olova, žive, kadmijuma i bizmuta, čija biološka uloga trenutno nije jasna) aktivno su uključeni u biološke procese i dio su mnogih enzima. Prema klasifikaciji N. Reimersa, metale sa gustinom većom od 8 g/cm3 treba smatrati teškim. Dakle, teški metali uključuju Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg.
Formalno, definicija teški metali odgovara velikom broju stavki. Međutim, prema istraživačima koji se bave praktičnim aktivnostima vezanim za organizaciju osmatranja stanja i zagađenja životne sredine, jedinjenja ovih elemenata daleko su od toga da budu ekvivalentna zagađivačima. Zbog toga u mnogim radovima dolazi do sužavanja obima grupe teških metala, u skladu sa kriterijumima prioriteta određenim smerom i specifičnostima rada. Dakle, u već klasičnim radovima Yu.A. Izrael na listi hemikalija koje treba odrediti u prirodnim sredinama na pozadinskim stanicama u rezervatima biosfere, u odjeljku teški metali imenovani Pb, Hg, Cd, As. S druge strane, prema odluci Radne grupe za emisije teških metala, koja radi pod pokroviteljstvom Ekonomske komisije Ujedinjenih nacija za Evropu i prikuplja i analizira informacije o emisijama zagađujućih materija u evropske zemlje, samo Zn, As, Se i Sb su dodijeljeni teški metali... Prema definiciji N. Reimersa, plemeniti i rijetki metali se izdvajaju od teških metala, odnosno ostaju samo Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg... U primijenjenim radovima najčešće se dodaje broj teških metala Pt, Ag, W, Fe, Au, Mn.
Metalni joni su nezamjenjivi sastojci prirodnih rezervoara. Ovisno o uvjetima okoline (pH, redoks potencijal, prisustvo liganada), postoje u različitim oksidacijskim stanjima i dio su raznih anorganskih i organometalnih spojeva, koji mogu biti istinski otopljeni, koloidno dispergirani ili biti dio minerala. i organske suspenzije.
Istinski otopljeni oblici metala su, zauzvrat, vrlo raznoliki, što je povezano s procesima hidrolize, hidrolitičke polimerizacije (formiranje polinuklearnih hidrokso kompleksa) i kompleksiranja s različitim ligandima. Shodno tome, i katalitička svojstva metala i njihova dostupnost vodenim mikroorganizmima zavise od oblika njihovog postojanja u vodenom ekosistemu.
Mnogi metali formiraju prilično jake komplekse sa organskim; ovi kompleksi su jedan od najvažnijih oblika migracije elemenata u prirodnim vodama. Većina organskih kompleksa nastaje u ciklusu helatiranja i stabilna je. Kompleksi koje formiraju kiseline u tlu sa solima gvožđa, aluminijuma, titana, uranijuma, vanadijuma, bakra, molibdena i drugih teških metala relativno su dobro rastvorljivi u neutralnim, slabo kiselim i slabo alkalnim medijima. Stoga su organometalni kompleksi sposobni migrirati u prirodnim vodama na vrlo velike udaljenosti. To je posebno važno za niskomineralizirane i prije svega površinske vode u kojima je nemoguće formiranje drugih kompleksa.
Za razumijevanje faktora koji regulišu koncentraciju metala u prirodnim vodama, njihovu hemijsku reaktivnost, bioraspoloživost i toksičnost, potrebno je poznavati ne samo bruto sadržaj, već i udio slobodnih i srodni oblici metal.
Prelazak metala u vodenom mediju u oblik metalnog kompleksa ima tri posljedice:
1. Može doći do povećanja ukupne koncentracije metalnih jona zbog njihovog prelaska u rastvor iz sedimenata dna;
2. Permeabilnost membrane kompleksnih jona može se značajno razlikovati od permeabilnosti hidratisanih jona;
3. Toksičnost metala kao rezultat kompleksiranja može značajno varirati.
Dakle, kelirani oblici Cu, Cd, Hg manje toksični od slobodnih jona. Za razumijevanje faktora koji regulišu koncentraciju metala u prirodnim vodama, njihovu hemijsku reaktivnost, bioraspoloživost i toksičnost, potrebno je poznavati ne samo bruto sadržaj, već i udio vezanih i slobodnih oblika.
Izvori zagađenja vode teškim metalima su otpadne vode galvanizacije, rudarstva, preduzeća crne i obojene metalurgije, fabrika mašina. Teški metali se nalaze u đubrivima i pesticidima i mogu ući u vodena tijela zajedno sa oticajem sa poljoprivrednog zemljišta.
Povećanje koncentracije teških metala u prirodnim vodama često je povezano s drugim vrstama zagađenja, kao što je acidifikacija. Ispadanje kiselih padavina doprinosi smanjenju pH vrijednosti i prijelazu metala iz stanja sorbiranog na mineralne i organske tvari u slobodno stanje.
Prije svega, od interesa su oni metali koji u najvećoj mjeri zagađuju atmosferu zbog svoje upotrebe u značajnim količinama u proizvodnim aktivnostima i kao rezultat akumulacije u vanjskoj sredini predstavljaju ozbiljnu opasnost sa stanovišta njihovog biološkog stanja. aktivnost i toksična svojstva. To uključuje olovo, živu, kadmijum, cink, bizmut, kobalt, nikl, bakar, kalaj, antimon, vanadijum, mangan, hrom, molibden i arsen.
Biogeokemijska svojstva teških metala
B - visoka, Y - umjerena, H - niska
Vanadijum.
Vanadijum se uglavnom nalazi u rasutom stanju i nalazi se u željezne rude, nafta, asfalt, bitumen, uljni škriljci, ugalj, itd. Jedan od glavnih izvora zagađenja prirodnih voda vanadijem je nafta i njeni proizvodi.
U prirodnim vodama se javlja u vrlo malim koncentracijama: u riječnoj vodi 0,2 - 4,5 μg/dm3, u morskoj vodi - u prosjeku 2 μg/dm3
U vodi formira stabilne anjonske komplekse (V4O12) 4- i (V10O26) 6-. U migraciji vanadijuma bitna je uloga njegovih rastvorenih kompleksnih jedinjenja sa organskim materijama, posebno sa huminskim kiselinama.
Veće koncentracije vanadijuma štetne su za ljudsko zdravlje. MPCv vanadijuma je 0,1 mg/dm3 (granični indikator opasnosti je sanitarni i toksikološki), MPCvr je 0,001 mg/dm3.
Prirodni izvori bizmuta koji ulazi u prirodne vode su procesi ispiranja minerala koji sadrže bizmut. Otpadne vode iz farmaceutske i parfimerijske industrije, te nekih preduzeća staklarske industrije također mogu biti izvor ulaska u prirodne vode.
U nezagađenim površinskim vodama nalazi se u submikrogramskim koncentracijama. Najveća koncentracija se nalazi u podzemnim vodama i iznosi 20 μg/dm3, in morske vode- 0,02 μg/dm3 PDKv je 0,1 mg/dm3
Glavni izvori jedinjenja željeza u površinskim vodama su procesi hemijskog trošenja stijena, praćeni njihovim mehaničkim uništavanjem i otapanjem. U procesu interakcije sa mineralnim i organskim supstancama sadržanim u prirodnim vodama nastaje složen kompleks jedinjenja gvožđa, koja se nalaze u vodi u otopljenom, koloidnom i suspendovanom stanju. Značajne količine željeza potiču iz podzemnog oticanja i otpadnih voda iz metalurške, metaloprerađivačke, tekstilne industrije, industrije boja i lakova i poljoprivrednih otpadnih voda.
Fazne ravnoteže zavise od hemijskog sastava vode, pH, Eh i, donekle, od temperature. U rutinskoj analizi tokom ponderisani oblik emituju čestice veće od 0,45 mikrona. Sastoji se uglavnom od minerala koji sadrže željezo, hidrata željeznog oksida i spojeva željeza sorbiranih na suspenzijama. Pravi rastvoreni i koloidni oblici se obično razmatraju zajedno. Otopljeno gvožđe predstavljena jedinjenjima u jonskom obliku, u obliku hidrokso kompleksa i kompleksima sa otopljenim neorganskim i organskim supstancama prirodnih voda. Uglavnom Fe (II) migrira u jonskom obliku, a Fe (III), u odsustvu kompleksnih supstanci, ne može biti u otopljenom stanju u značajnijim količinama.
Gvožđe se uglavnom nalazi u vodama sa niskim vrednostima Eh.
Kao rezultat kemijske i biohemijske (uz sudjelovanje željeznih bakterija) oksidacije, Fe (II) prelazi u Fe (III), koji se, hidrolizirajući, taloži u obliku Fe (OH) 3. I Fe (II) i Fe (III) imaju tendenciju da formiraju hidrokso komplekse ovog tipa +, 4+, +, 3+, - i drugi koji koegzistiraju u rastvoru u različitim koncentracijama u zavisnosti od pH i generalno određuju stanje gvožđe-hidroksil sistema. Glavni oblik pronalaska Fe (III) u površinskim vodama su njegovi kompleksni spojevi sa otopljenim neorganskim i organskim jedinjenjima, uglavnom humusnim tvarima. Pri pH 8,0 glavni oblik je Fe (OH) 3; koloidni oblik željeza je najmanje proučavan; to je hidrat željeznog oksida Fe (OH) 3 i kompleksi s organskim tvarima.
Sadržaj željeza u površinskim vodama kopna je desetine miligrama, u blizini močvara - nekoliko miligrama. Povećan sadržaj gvožđa uočen je u močvarnim vodama, u kojima se nalazi u obliku kompleksa sa solima huminskih kiselina - humatima. Najveće koncentracije željeza (do nekoliko desetina i stotina miligrama po 1 dm3) uočene su u podzemnim vodama sa niskim pH vrijednostima.
Kao biološki aktivan element, željezo u određenoj mjeri utiče na intenzitet razvoja fitoplanktona i kvalitativni sastav mikroflore u rezervoaru.
Koncentracija gvožđa podložna je značajnim sezonskim fluktuacijama. Obično je u akumulacijama sa visokom biološkom produktivnošću u periodu ljetne i zimske stagnacije primjetno povećanje koncentracije željeza u donjim slojevima vode. Jesenje-proljetno miješanje vodenih masa (homotermija) praćeno je oksidacijom Fe (II) u Fe (III) i taloženjem potonjeg u obliku Fe (OH) 3.
U prirodne vode ulazi prilikom ispiranja tla, polimetalnih i bakrenih ruda, kao rezultat razgradnje vodenih organizama sposobnih da ga akumuliraju. Jedinjenja kadmijuma se u površinske vode unose otpadnim vodama iz olovno-cinkanih fabrika, postrojenja za preradu rude, niza hemijskih postrojenja (proizvodnja sumporne kiseline), galvanske proizvodnje, a takođe i sa rudničkim vodama. Do smanjenja koncentracije otopljenih spojeva kadmija dolazi zbog procesa sorpcije, taloženja kadmij hidroksida i karbonata i njihove potrošnje od strane vodenih organizama.
Otopljeni oblici kadmijuma u prirodnim vodama su uglavnom mineralni i organo-mineralni kompleksi. Glavni suspendovani oblik kadmijuma su njegova sorbovana jedinjenja. Značajan dio kadmijuma može migrirati unutar ćelija vodenih organizama.
U nezagađenim i slabo zagađenim riječnim vodama kadmij se nalazi u submikrogramskim koncentracijama, a u zagađenim i otpadnim vodama koncentracija kadmijuma može doseći desetine mikrograma po 1 dm3.
Jedinjenja kadmija igraju važnu ulogu u životu životinja i ljudi. U visokim koncentracijama je toksičan, posebno u kombinaciji s drugim toksičnim tvarima.
MPCv je 0,001 mg/dm3, MPCvr - 0,0005 mg/dm3 (ograničavajući znak štetnosti je toksikološki).
Jedinjenja kobalta ulaze u prirodne vode kao rezultat njihovog ispiranja iz bakarnog pirita i drugih ruda, iz tla tokom razgradnje organizama i biljaka, kao i sa otpadnim vodama iz metalurških, metaloprerađivačkih i hemijskih postrojenja. Neke količine kobalta dolaze iz tla kao rezultat razgradnje biljnih i životinjskih organizama.
Jedinjenja kobalta u prirodnim vodama su u otopljenom i suspendiranom stanju, čiji je kvantitativni odnos određen hemijskim sastavom vode, temperaturom i pH vrijednostima. Otopljeni oblici su uglavnom predstavljeni kompleksnim jedinjenjima, uklj. sa organskim materijama prirodnih voda. Dvovalentna jedinjenja kobalta su najtipičnija za površinske vode. U prisustvu oksidansa, trovalentni kobalt može postojati u primjetnim koncentracijama.
Kobalt je jedan od biološki aktivnih elemenata i uvijek se nalazi u tijelu životinja i biljaka. Nedovoljan sadržaj istog u tlu povezan je s nedovoljnim sadržajem kobalta u biljkama, što doprinosi razvoju anemije kod životinja (tajga-šumska nečernozemska zona). Kao dio vitamina B12, kobalt vrlo aktivno utječe na unos dušičnih tvari, povećanje sadržaja hlorofila i askorbinske kiseline, aktivira biosintezu i povećava sadržaj proteinskog dušika u biljkama. Međutim, povišene koncentracije jedinjenja kobalta su toksične.
U nezagađenim i slabo zagađenim riječnim vodama, njegov sadržaj se kreće od desetinki do tisućitih dijelova miligrama po 1 dm3, prosječni sadržaj u morskoj vodi je 0,5 μg/dm3. MPCv je 0,1 mg/dm3, MPCvr 0,01 mg/dm3.
Mangan
Mangan ulazi u površinske vode kao rezultat ispiranja feromanganskih ruda i drugih minerala koji sadrže mangan (pirolusit, psilomelan, braunit, manganit, crni oker). Značajne količine mangana nastaju razgradnjom vodenih životinja i biljnih organizama, posebno plavo-zelenih algi, dijatomeja i viših vodenih biljaka. Jedinjenja mangana se odvode u rezervoare sa otpadnim vodama iz fabrika za koncentraciju mangana, metalurških postrojenja, hemijskih postrojenja i rudničke vode.
Smanjenje koncentracije jona mangana u prirodnim vodama nastaje kao rezultat oksidacije Mn (II) u MnO2 i drugih istaloženih visokovalentnih oksida. Glavni parametri koji određuju reakciju oksidacije su koncentracija otopljenog kisika, pH i temperatura. Koncentracija otopljenih spojeva mangana opada zbog njihovog korištenja algama.
Glavni oblik migracije jedinjenja mangana u površinskim vodama su suspendovane materije, čiji je sastav određen, pak, sastavom stena koje dreniraju vode, kao i koloidnim hidroksidom teških metala i sorbovanim jedinjenja mangana. Organske supstance i procesi kompleksiranja mangana sa neorganskim i organskim ligandima imaju veliki značaj u migraciji mangana u rastvorenim i koloidnim oblicima. Mn (II) formira rastvorljive komplekse sa bikarbonatima i sulfatima. Kompleksi mangana sa jonima hlora su rijetki. Kompleksna jedinjenja Mn (II) sa organskim supstancama su obično manje jaka nego sa drugim prelaznim metalima. To uključuje spojeve s aminima, organskim kiselinama, aminokiselinama i huminskim tvarima. Mn (III) u visokim koncentracijama može biti u otopljenom stanju samo u prisustvu jakih kompleksnih agenasa; Mn (YII) se ne pojavljuje u prirodnim vodama.
U riječnim vodama sadržaj mangana se obično kreće od 1 do 160 μg/dm3, prosječni sadržaj u morskim vodama je 2 μg/dm3, u podzemnim vodama - n.102 - n.103 μg/dm3.
Koncentracija mangana u površinskim vodama podložna je sezonskim fluktuacijama.
Faktori koji određuju promjene u koncentracijama mangana su odnos površinskog i podzemnog oticanja, intenzitet njegove potrošnje tokom fotosinteze, razgradnja fitoplanktona, mikroorganizama i više vodene vegetacije, kao i procesi njegovog taloženja na dno vodnih tijela.
Uloga mangana u životu viših biljaka i algi u vodnim tijelima je vrlo velika. Mangan potiče iskorištavanje CO2 od strane biljaka, čime povećava brzinu fotosinteze, učestvuje u procesima oporavka nitrata i asimilacije dušika od strane biljaka. Mangan podstiče prelazak aktivnog Fe (II) u Fe (III), koji štiti ćeliju od trovanja, ubrzava rast organizama itd. Važna ekološka i fiziološka uloga mangana čini neophodnim proučavanje i distribuciju mangana u prirodnim vodama.
Za rezervoare za sanitarnu i kućnu upotrebu, MPCv (za jone mangana) je postavljen na 0,1 mg/dm3.
Ispod su karte distribucije prosječnih koncentracija metala: mangana, bakra, nikla i olova, izgrađene na osnovu opservacijskih podataka za 1989-1993. u 123 grada. Pretpostavlja se da je upotreba kasnijih podataka neprikladna, jer su u vezi sa smanjenjem proizvodnje značajno smanjene koncentracije suspendiranih tvari, a samim tim i metala.
Utjecaj na zdravlje. Mnogi metali su sastavni dio prašine i imaju značajne zdravstvene učinke.
Mangan ulazi u atmosferu iz emisija iz preduzeća crne metalurgije (60% svih emisija mangana), mašinstva i obrade metala (23%), obojene metalurgije (9%), brojnih malih izvora, na primjer, iz zavarivanja.
Visoke koncentracije mangana dovode do pojave neurotoksičnih efekata, progresivnog oštećenja centralnog nervni sistem, upala pluća.
Najveće koncentracije mangana (0,57 - 0,66 μg / m3) uočene su u velikim metalurškim centrima: u Lipecku i Čerepovcu, kao iu Magadanu. Većina gradova sa visokim koncentracijama Mn (0,23 - 0,69 μg/m3) koncentrisana je na poluostrvu Kola: Zapolarny, Kandalaksha, Monchegorsk, Olenegorsk (vidi kartu).
1991 - 1994 Emisije mangana iz industrijskih izvora smanjene su za 62%, prosječne koncentracije za 48%.
Bakar je jedan od najvažnijih elemenata u tragovima. Fiziološka aktivnost bakra uglavnom je povezana s njegovim uključivanjem u aktivne centre redoks enzima. Nedovoljan sadržaj bakra u zemljištu negativno utiče na sintezu proteina, masti i vitamina i doprinosi neplodnosti biljnih organizama. Bakar je uključen u proces fotosinteze i utiče na apsorpciju dušika od strane biljaka. Istovremeno, prekomjerne koncentracije bakra štetno djeluju na biljne i životinjske organizme.
U prirodnim vodama najčešća jedinjenja su Cu (II). Od jedinjenja Cu (I) najrasprostranjeniji su Cu2O, Cu2S, CuCl, koji su teško rastvorljivi u vodi. U prisustvu liganada u vodenom mediju, uz ravnotežu disocijacije hidroksida, potrebno je voditi računa o stvaranju različitih kompleksnih oblika koji su u ravnoteži sa metalnim vodenim ionima.
Glavni izvor ulaska bakra u prirodne vode su otpadne vode iz hemijske i metalurške industrije, vode iz rudnika, aldehidni reagensi koji se koriste za uništavanje algi. Bakar se može pojaviti kao rezultat korozije bakrenih cijevi i drugih konstrukcija koje se koriste u vodovodnim sistemima. U podzemnim vodama sadržaj bakra je rezultat interakcije vode sa stijenama koje ga sadrže (halkopirit, halkocit, kovelit, bornit, malahit, azurit, krizakola, brotantin).
Maksimalno dozvoljena koncentracija bakra u vodi sanitarnih vodnih tijela je 0,1 mg/dm3 (ograničavajući znak štetnosti je opći sanitarni), u vodi ribarskih vodnih tijela - 0,001 mg/dm3.
Grad
Norilsk
Monchegorsk
Krasnouralsk
Kolchugino
Zapolarny
Emisije M (hiljadu tona/godišnje) bakarnog oksida i prosječne godišnje koncentracije q (μg/m3) bakra.
Bakar ulazi u zrak s emisijama iz metalurške industrije. U emisiji čvrstih materija, sadržan je uglavnom u obliku jedinjenja, uglavnom oksida bakra.
Preduzeća obojene metalurgije čine 98,7% svih antropogenih emisija ovog metala, od čega 71% vrše preduzeća koncerna Norilsk Nickel locirana u Zapoljarnom i Nikelu, Mončegorsku i Norilsku, a oko 25% emisija bakra je sprovedena u Revdi, Krasnouralsku, Kolčuginu i drugima.
Visoke koncentracije bakra dovode do toksičnosti, anemije i hepatitisa.
Kao što se vidi iz karte, najveće koncentracije bakra zabilježene su u gradovima Lipeck i Rudnaja Pristan. Koncentracije bakra su takođe povećane u gradovima na poluostrvu Kola, u Zapoljarnom, Mončegorsku, Nikelu, Olenegorsku, kao iu Norilsku.
Emisije bakra iz industrijskih izvora smanjene su za 34%, prosječne koncentracije za 42%.
molibden
Jedinjenja molibdena ulaze u površinske vode kao rezultat njihovog ispiranja iz egzogenih minerala koji sadrže molibden. Molibden također ulazi u vodena tijela sa otpadnim vodama iz tvornica za koncentraciju i preduzeća obojene metalurgije. Smanjenje koncentracije molibdenskih spojeva nastaje kao rezultat taloženja teško topljivih spojeva, procesa adsorpcije mineralnih suspenzija i potrošnje biljnih vodenih organizama.
Molibden se u površinskim vodama uglavnom nalazi u obliku MoO42-... Vrlo je vjerovatno da će postojati u obliku organomeralnih kompleksa. Mogućnost određenog nakupljanja u koloidnom stanju proizlazi iz činjenice da su oksidacijski proizvodi molibdenita labave, fino dispergirane tvari.
U riječnim vodama molibden se nalazi u koncentracijama od 2,1 do 10,6 μg/dm3. Morska voda sadrži u prosjeku 10 μg/dm3 molibdena.
U malim količinama molibden je neophodan za normalan razvoj biljnih i životinjskih organizama. Molibden je dio enzima ksantin oksidaze. Uz nedostatak molibdena, enzim se proizvodi u nedovoljnim količinama, što uzrokuje negativne reakcije u tijelu. U visokim koncentracijama molibden je štetan. Sa viškom molibdena, metabolizam je poremećen.
Maksimalna dozvoljena koncentracija molibdena u vodnim tijelima za sanitarnu i kućnu upotrebu je 0,25 mg / dm3.
Arsen u prirodne vode dolazi iz mineralnih izvora, područja mineralizacije arsena (arsenički pirit, realgar, orpiment), kao i iz zona oksidacije polimetalnih, bakar-kobaltnih i volframovih stijena. Određena količina arsena dolazi iz tla, kao i razgradnjom biljnih i životinjskih organizama. Potrošnja arsena od strane vodenih organizama jedan je od razloga smanjenja njegove koncentracije u vodi, što se najjasnije manifestira u periodu intenzivnog razvoja planktona.
Značajne količine arsena ulaze u vodna tijela sa otpadnim vodama iz postrojenja za preradu, otpadom od proizvodnje boja, kožara i industrije pesticida, kao i sa poljoprivrednih površina na kojima se koriste pesticidi.
U prirodnim vodama jedinjenja arsena su u rastvorenom i suspendovanom stanju, odnos između kojih je određen hemijskim sastavom vode i pH vrednostima. U otopljenom obliku, arsen se nalazi u tris i petovalentnim oblicima, uglavnom u obliku anjona.
U nezagađenim riječnim vodama, arsen se obično nalazi u mikrogramskim koncentracijama. U mineralnim vodama njegova koncentracija može dostići i nekoliko miligrama po 1 dm3, u morskim vodama sadrži u prosjeku 3 μg/dm3, u podzemnim vodama nalazi se u koncentracijama od n.105 μg/dm3. Jedinjenja arsena u visokim koncentracijama su toksična za organizam životinja i ljudi: inhibiraju oksidativne procese, inhibiraju dotok kisika u organe i tkiva.
Najveća dozvoljena koncentracija arsena je 0,05 mg/dm3 (granični indikator opasnosti je sanitarni i toksikološki), a maksimalno dozvoljena koncentracija arsena je 0,05 mg/dm3.
Prisustvo nikla u prirodnim vodama je zbog sastava stijena kroz koje voda prolazi: nalazi se na mjestima naslaga sulfidnih ruda bakra-nikla i ruda željezo-nikl. U vodu dolazi iz tla i iz biljnih i životinjskih organizama tokom njihovog propadanja. Kod plavo-zelenih algi utvrđen je povećan sadržaj nikla u odnosu na druge vrste algi. Jedinjenja nikla se također isporučuju u vodna tijela sa otpadnim vodama iz niklovanih radnji, fabrika sintetičkog kaučuka i fabrika za obradu nikla. Ogromne emisije nikla prate sagorevanje fosilnih goriva.
Njegova koncentracija se može smanjiti kao rezultat taloženja spojeva kao što su cijanidi, sulfidi, karbonati ili hidroksidi (s povećanjem pH vrijednosti), zbog njegove potrošnje u vodenim organizmima i procesa adsorpcije.
U površinskim vodama jedinjenja nikla su u rastvorenom, suspendovanom i koloidnom stanju, čiji kvantitativni odnos zavisi od sastava vode, temperature i pH vrednosti. Sorbenti spojeva nikla mogu biti željezni hidroksid, organske tvari, visoko dispergirani kalcijum karbonat i gline. Otopljeni oblici su uglavnom kompleksni joni, najčešće sa aminokiselinama, huminskim i fulvo kiselinama, a takođe iu obliku jakog kompleksa cijanida. Jedinjenja nikla su najrasprostranjenija u prirodnim vodama, u kojima je u oksidacionom stanju +2. Jedinjenja Ni3+ obično nastaju u alkalnoj sredini.
Jedinjenja nikla igraju važnu ulogu u hematopoetskim procesima, budući da su katalizatori. Njegov povećani sadržaj ima specifičan učinak na kardiovaskularni sistem. Nikl je jedan od kancerogenih elemenata. Sposoban je da izazove respiratorne bolesti. Vjeruje se da su slobodni ioni nikla (Ni2+) oko 2 puta toksičniji od njegovih kompleksnih spojeva.
U nezagađenim i slabo zagađenim riječnim vodama koncentracija nikla se obično kreće od 0,8 do 10 µg/dm3; kod kontaminiranih je nekoliko desetina mikrograma po 1 dm3. Prosječna koncentracija nikla u morskoj vodi je 2 μg/dm3, u podzemnoj vodi - n.103 μg/dm3. U podzemnim vodama koje ispiraju stijene koje sadrže nikl, koncentracija nikla ponekad raste do 20 mg/dm3.
Nikl ulazi u atmosferu iz preduzeća obojene metalurgije, koja čine 97% svih emisija nikla, od čega 89% odlazi u preduzeća koncerna Norilsk Nickel koja se nalaze u Zapoljarnom i Nikelu, Mončegorsku i Norilsku.
Povećan sadržaj nikla u životnoj sredini dovodi do pojave endemskih bolesti, karcinoma bronha. Jedinjenja nikla su klasifikovana kao kancerogena grupa 1.
Mapa pokazuje nekoliko tačaka sa visokim prosječnim koncentracijama nikla na lokacijama koncerna Norilsk Nickel: Apatity, Kandalaksha, Monchegorsk, Olenegorsk.
Emisije nikla iz industrijskih postrojenja smanjene su za 28%, prosječne koncentracije - za 35%.
Emisije M (hiljadu tona/godišnje) i prosječne godišnje koncentracije q (μg/m3) nikla.
U prirodne vode ulazi kao rezultat procesa ispiranja minerala koji sadrže kalaj (kasiterit, stanin), kao i sa otpadnim vodama različitih industrija (bojenjem tkanina, sintezom organskih boja, proizvodnjom legura sa aditivima kalaja i dr.) .
Toksični učinak kalaja je mali.
U nezagađenim površinskim vodama kositar se nalazi u submikrogramskim koncentracijama. U podzemnim vodama njegova koncentracija doseže nekoliko mikrograma po 1 dm3. MPCv je 2 mg/dm3.
Jedinjenja žive mogu dospjeti u površinske vode kao rezultat ispiranja stijena u području ležišta žive (cinober, metacinobar, livvingstonit), u procesu razgradnje vodenih organizama koji akumuliraju živu. Značajne količine ulaze u vodna tijela sa otpadnim vodama iz preduzeća koja proizvode boje, pesticide, farmaceutske proizvode i neke eksplozive. Termoelektrane na ugalj emituju značajne količine živinih jedinjenja u atmosferu, koja, kao rezultat vlažnog i suvog taloženja, ulaze u vodena tijela.
Smanjenje koncentracije otopljenih živinih jedinjenja nastaje kao rezultat njihove ekstrakcije od strane mnogih morskih i slatkovodnih organizama, koji imaju sposobnost da je akumuliraju u koncentracijama višestruko većim od sadržaja u vodi, kao i procesa adsorpcije suspendovanim čvrstim tvarima. i donji sedimenti.
U površinskim vodama jedinjenja žive su u otopljenom i suspendovanom stanju. Odnos između njih zavisi od hemijskog sastava vode i pH vrednosti. Suspendirana živa je sorbirana živina jedinjenja. Otopljeni oblici su nedisocirani molekuli, složena organska i mineralna jedinjenja. U vodi vodnih tijela, živa se može naći u obliku jedinjenja metil žive.
Jedinjenja žive su veoma toksična, utiču na ljudski nervni sistem, izazivaju promene na sluzokoži, poremećenu motoričku funkciju i lučenje gastrointestinalnog trakta, promene u krvi itd. Procesi metilacije bakterija imaju za cilj stvaranje jedinjenja metil žive, koja su mnogo puta toksičnije od mineralnih soli žive. Jedinjenja metil žive akumuliraju se u ribama i mogu ući u ljudsko tijelo.
Maksimalno dozvoljena koncentracija žive je 0,0005 mg/dm3 (granični znak štetnosti je sanitarno-toksikološki), maksimalno dozvoljena koncentracija žive je 0,0001 mg/dm3.
Prirodni izvori olova koji ulazi u površinske vode su procesi rastvaranja endogenih (galena) i egzogenih (angezit, cerusit itd.) minerala. Značajno povećanje sadržaja olova u okolišu (uključujući i površinske vode) povezano je sa sagorijevanjem uglja, upotrebom tetraetil olova kao antidetonatora u motornom gorivu, sa njegovim uklanjanjem u vodna tijela sa otpadnim vodama iz postrojenja za preradu rude. , neka metalurška postrojenja, hemijska industrija, rudnici itd. Značajni faktori u smanjenju koncentracije olova u vodi su njegova adsorpcija suspendovanim čvrstim materijama i taloženje sa njima u sedimente dna. Između ostalih metala, vodeni organizmi izdvajaju i akumuliraju olovo.
Olovo se nalazi u prirodnim vodama u otopljenom i suspendiranom (sorbiranom) stanju. U otopljenom obliku javlja se u obliku mineralnih i organomineralnih kompleksa, kao i prostih jona, u nerastvorljivom obliku, uglavnom u obliku sulfida, sulfata i karbonata.
U riječnim vodama koncentracija olova kreće se od desetina do nekoliko mikrograma po 1 dm3. Čak iu vodi vodnih tijela u blizini područja polimetalnih ruda, njegova koncentracija rijetko dostiže desetine miligrama po 1 dm3. Samo u hloridnim termalnim vodama koncentracija olova ponekad dostiže i nekoliko miligrama po 1 dm3.
Ograničavajući pokazatelj štetnosti olova je sanitarni i toksikološki. MPCv za olovo je 0,03 mg/dm3, MPCvr - 0,1 mg/dm3.
Olovo je sadržano u emisijama iz metalurgije, metaloprerađivačke, električne, petrohemijske i automobilske industrije.
Zdravstveni efekti olova nastaju udisanjem zraka koji sadrži olovo i gutanjem olova iz hrane, vode i čestica prašine. Olovo se nakuplja u tijelu, kostima i površinskim tkivima. Olovo utiče na bubrege, jetru, nervni sistem i krvotvorne organe. Starije osobe i djeca su posebno osjetljivi čak i na male doze olova.
Emisije M (hiljadu tona/godišnje) i prosječne godišnje koncentracije q (μg/m3) olova.
U sedam godina, emisije olova iz industrijskih izvora su se smanjile za 60% zbog smanjenja proizvodnje i zatvaranja mnogih fabrika. Oštar pad industrijskih emisija nije praćen smanjenjem emisija iz vozila. Prosječne koncentracije olova smanjene su za samo 41%. Razlike u smanjenju emisija i koncentracijama olova mogu se pripisati nepotpunom obračunu emisija iz vozila u prethodnim godinama; sada je povećan broj automobila i intenzitet njihovog saobraćaja.
Tetraetil olovo
U prirodne vode ulazi zbog upotrebe vodenih vozila kao antidetonatora u motornom gorivu, kao i površinskim otjecanjem iz urbanih sredina.
Ova supstanca je vrlo toksična i ima kumulativna svojstva.
Izvori srebra koji ulazi u površinske vode su podzemne vode i otpadne vode rudnika, prerađivačkih postrojenja, fotografskih preduzeća. Povećani sadržaj srebra povezan je s upotrebom baktericidnih i algicidnih preparata.
U otpadnim vodama srebro može biti prisutno u otopljenom i suspendiranom obliku, uglavnom u obliku halogenih soli.
U nezagađenim površinskim vodama srebro se nalazi u submikrogramskim koncentracijama. U podzemnim vodama koncentracija srebra se kreće od jedinica do desetina mikrograma po 1 dm3, u morskoj vodi - u prosjeku 0,3 μg/dm3.
Ioni srebra su sposobni uništiti bakterije i sterilizirati vodu čak iu neznatnoj koncentraciji (donja granica baktericidnog djelovanja iona srebra je 2,10-11 mol / dm3). Uloga srebra u tijelu životinja i ljudi nije dobro shvaćena.
Maksimalna granica koncentracije za srebro je 0,05 mg/dm3.
Antimon ulazi u površinske vode ispiranjem minerala antimona (stibnit, senarmontit, valentinit, cervantit, stibiokanit) i sa otpadnim vodama iz fabrika gume, stakla, bojenja i šibica.
U prirodnim vodama jedinjenja antimona su u rastvorenom i suspendovanom stanju. U redoks uslovima tipičnim za površinske vode, može postojati i trovalentni i petovalentni antimon.
U nezagađenim površinskim vodama antimon se nalazi u submikrogramskim koncentracijama, u morskoj vodi njegova koncentracija dostiže 0,5 μg/dm3, u podzemnim vodama - 10 μg/dm3. Maksimalno dozvoljena koncentracija antimona je 0,05 mg/dm3 (granični indikator opasnosti je sanitarni i toksikološki), maksimalno dozvoljena koncentracija antimona je 0,01 mg/dm3.
Jedinjenja tri- i heksavalentnog hroma ulaze u površinske vode kao rezultat ispiranja iz stijena (kromit, krokoit, uvarovit itd.). Neke količine potiču iz tla tokom raspadanja organizama i biljaka. Značajne količine mogu ući u rezervoare sa otpadnim vodama iz galvanskih radionica, farbara tekstilnih preduzeća, kožara i preduzeća hemijske industrije. Smanjenje koncentracije iona hroma može se uočiti kao rezultat njihove potrošnje vodenim organizmima i procesa adsorpcije.
U površinskim vodama jedinjenja hroma su u otopljenom i suspendovanom stanju, čiji odnos zavisi od sastava vode, temperature i pH rastvora. Suspendirana jedinjenja hroma su uglavnom sorbovana jedinjenja hroma. Sorbenti mogu biti gline, gvožđe hidroksid, fino dispergovani taložni kalcijum karbonat, ostaci biljnih i životinjskih organizama. U otopljenom obliku, hrom može biti u obliku hromata i dihromata. U aerobnim uslovima, Cr (VI) se transformiše u Cr (III), čije se soli hidroliziraju u neutralnom i alkalnom mediju uz oslobađanje hidroksida.
U nezagađenim i slabo zagađenim riječnim vodama sadržaj hroma se kreće od nekoliko desetina mikrograma po litri do nekoliko mikrograma po litri, u zagađenim vodnim tijelima dostiže nekoliko desetina i stotina mikrograma po litri. Prosječna koncentracija u morskim vodama je 0,05 μg/dm3, u podzemnim vodama – obično u rasponu n.10 – n.102 μg/dm3.
Jedinjenja Cr (VI) i Cr (III) u povećanim količinama imaju kancerogena svojstva. Cr (VI) jedinjenja su opasnija.
U prirodne vode ulazi kao rezultat prirodnih procesa razaranja i rastvaranja stijena i minerala (sfalerit, cincit, goslarit, smithsonit, kalamin), kao i sa otpadnim vodama iz tvornica za preradu rude i galvanskih radionica, proizvodnje pergamentnog papira, mineralnih boja. , viskozno vlakno i dr.
U vodi postoji uglavnom u jonskom obliku ili u obliku njenih mineralnih i organskih kompleksa. Ponekad se javlja u nerastvorljivim oblicima: u obliku hidroksida, karbonata, sulfida itd.
U riječnim vodama koncentracija cinka se obično kreće od 3 do 120 μg / dm3, u morskim vodama - od 1,5 do 10 μg / dm3. Sadržaj u rudi, a posebno u rudničkim vodama sa niskim pH vrijednostima može biti značajan.
Cink je jedan od aktivnih elemenata u tragovima koji utiču na rast i normalan razvoj organizama. U isto vrijeme, mnoga jedinjenja cinka su toksična, prvenstveno njegovi sulfati i hloridi.
Maksimalno dozvoljena koncentracija Zn2+ je 1 mg/dm3 (granični indikator opasnosti je organoleptički), maksimalno dozvoljena koncentracija Zn2+ je 0,01 mg/dm3 (granična opasnost je toksikološka).
Teški metali već sada zauzimaju drugo mjesto po opasnosti, ustupajući pesticidima i znatno ispred tako nadaleko poznatih zagađivača kao što su ugljični dioksid i sumpor, prema prognozi bi trebali postati najopasniji, opasniji od nuklearnog otpada i čvrstog otpada. Zagađenje teškim metalima povezano je sa njihovom širokom primjenom u industrijskoj proizvodnji, uz slabe sisteme čišćenja, uslijed čega teški metali ulaze u okoliš, uključujući tlo, zagađuju ga i truju.
Teški metali su među prioritetnim zagađivačima koji se moraju pratiti u svim sredinama. U raznim naučnim i primenjenim radovima, autori tumače značenje pojma "teški metali" na različite načine. U nekim slučajevima, definicija teških metala uključuje elemente koji se odnose na krhke (na primjer, bizmut) ili metaloide (na primjer, arsen).
Tlo je glavni medij u koji teški metali ulaze, uključujući iz atmosfere i vodene sredine. Također služi i kao izvor sekundarnog zagađenja površinskog zraka i voda koje iz njega ulaze u Svjetski okean. Iz tla biljke asimiliraju teške metale, koji potom ulaze u hranu više organiziranih životinja.
nastavak
--PAGE_BREAK-- 3.3. Trovanje olovom
Olovo je trenutno na prvom mjestu među uzrocima industrijskog trovanja. To je zbog njegove široke upotrebe u raznim industrijama. Olovni radnici su izloženi rudarenju rude olova u topionicama olova, u proizvodnji baterija, u lemljenju, u štamparijama, u proizvodnji kristalnog stakla ili keramike, olovnog benzina, olovnih boja itd. Kontaminacija olovom atmosferski vazduh, zemljište i voda u blizini ovakvih industrija, kao i u blizini velikih magistralnih puteva, stvara opasnost od oštećenja olovom za stanovništvo koje živi na ovim prostorima, a prije svega djecu, koja su osjetljivija na djelovanje teških metala.
Sa žaljenjem treba napomenuti da u Rusiji ne postoji državna politika o pravnom, regulatornom i ekonomskom regulisanju uticaja olova na životnu sredinu i javno zdravlje, o smanjenju emisije (ispuštanja, otpada) olova i njegovih jedinjenja u životnu sredinu. , te o potpunom zaustavljanju proizvodnje benzina koji sadrže olovo.
Zbog izuzetno nezadovoljavajućeg obrazovnog rada na objašnjavanju stanovništvu stepena opasnosti od izlaganja teškim metalima na ljudski organizam, u Rusiji se broj kontingenata koji imaju profesionalni kontakt sa olovom ne smanjuje, već se postepeno povećava. Slučajevi hronične intoksikacije olovom zabilježeni su u 14 industrija u Rusiji. Vodeće su elektroindustrija (proizvodnja baterija), izrada instrumenata, štampa i obojena metalurgija, kod njih je intoksikacija uzrokovana viškom od 20 i više puta od maksimalno dozvoljene koncentracije (MPC) olova u zraku radnog prostora.
Izduvni gasovi automobila su značajan izvor olova, jer polovina Rusije još uvijek koristi olovni benzin. Međutim, metalurške fabrike, posebno topionice bakra, ostaju glavni izvor zagađenja životne sredine. A tu su i vođe. Na teritoriji Sverdlovsk region postoje 3 najveća izvora emisije olova u zemlji: u gradovima Krasnouralsk, Kirovograd i Revda.
Dimnjaci Krasnouralske topionice bakra, izgrađene u godinama Staljinove industrijalizacije i koristeći opremu iz 1932. godine, godišnje izbacuju 150-170 tona olova na 34-hiljaditi grad, pokrivajući sve olovnom prašinom.
Koncentracija olova u tlu Krasnouralsk varira od 42,9 do 790,8 mg / kg sa maksimalno dozvoljenom koncentracijom MPC = 130 μ / kg. Uzorci vode u vodovodu susjednog sela. Oktjabrski, koji se hrani iz podzemnog izvora vode, zabilježio je višak MPC do dva puta.
Zagađenje životne sredine olovom utiče na zdravlje ljudi. Izloženost olovu utiče na ženski i muški reproduktivni sistem. Za žene koje su trudne i u reproduktivnom dobu, povišeni nivoi olova u krvi predstavljaju posebnu opasnost, jer je pod uticajem olova poremećena menstrualna funkcija, prevremeni porođaj, pobačaji i smrt fetusa zbog prodiranja olova kroz placentnu barijeru. Novorođene bebe imaju visoku stopu smrtnosti.
Trovanje olovom je izuzetno opasno za malu djecu – utiče na razvoj mozga i nervnog sistema. Testiranjem 165 djece iz Krasouralska starije od 4 godine utvrđeno je značajno kašnjenje u mentalnom razvoju kod 75,7%, a kod 6,8% ispitane djece utvrđena je mentalna retardacija, uključujući oligofreniju.
Djeca predškolskog uzrasta najosjetljivije na štetno djelovanje olova, budući da je njihov nervni sistem u procesu formiranja. Čak i pri malim dozama, trovanje olovom uzrokuje smanjenje intelektualnog razvoja, pažnje i koncentracije, kašnjenje u čitanju, te dovodi do razvoja agresivnosti, hiperaktivnosti i drugih problema u ponašanju djeteta. Ove razvojne devijacije mogu biti dugotrajne i nepovratne. Niska porođajna težina, zaostajanje u razvoju i gubitak sluha također su posljedica trovanja olovom. Visoke doze intoksikacije dovode do mentalne retardacije, kome, konvulzija i smrti.
Bijela knjiga, koju su objavili ruski stručnjaci, navodi da zagađenje olovom pokriva cijelu zemlju i da je jedna od mnogih ekoloških katastrofa u bivšem Sovjetskom Savezu koje su postale poznate posljednjih godina. Veći dio teritorije Rusije doživljava opterećenje od padavina olova, koje premašuje kritičnu vrijednost za normalno funkcioniranje ekosistema. U desetinama gradova postoji višak koncentracija olova u zraku i tlu iznad vrijednosti koje odgovaraju MPC.
Najveći nivo zagađenja vazduha olovom, koji premašuje MPC, zabeležen je u gradovima Komsomolsk na Amuru, Tobolsk, Tjumenj, Karabaš, Vladimir, Vladivostok.
Maksimalna opterećenja taloženjem olova, koja dovode do degradacije kopnenih ekosistema, uočena su u regijama Moskve, Vladimira, Nižnjeg Novgoroda, Rjazanja, Tule, Rostova i Lenjingrada.
Stacionarni izvori su odgovorni za ispuštanje više od 50 tona olova u obliku različitih jedinjenja u vodena tijela. Istovremeno, 7 fabrika baterija godišnje kroz kanalizacioni sistem ispusti 35 tona olova. Analiza distribucije ispuštanja olova u vodna tijela na teritoriji Rusije pokazuje da regije Lenjingrad, Yaroslavl, Perm, Samara, Penza i Orel prednjače u ovoj vrsti opterećenja.
Zemlji su potrebne hitne mjere za smanjenje zagađenja olovom, ali do sada ekonomska kriza u Rusiji zasjenjuje ekološke probleme. U dugotrajnoj industrijskoj depresiji, Rusiji nedostaju sredstva za čišćenje starog zagađenja, ali ako se privreda počne oporavljati i fabrike se vrate na posao, zagađenje se može samo pojačati.
10 najzagađenijih gradova bivšeg SSSR-a
(Metali su navedeni u opadajućem redoslijedu prema nivou prioriteta za dati grad)
4. Higijena tla. Odlaganje otpada.
Tlo u gradovima i drugim naseljima i njihovoj okolini odavno se razlikuje od prirodnog, biološki vrijednog tla, koje igra važnu ulogu u održavanju ekološke ravnoteže. Tlo u gradovima podložno je istim štetnim uticajima kao i urbani vazduh i hidrosfera, pa se svuda dešava značajna degradacija. Higijeni zemljišta se ne poklanja dovoljno pažnje, iako je njen značaj kao jedne od glavnih komponenti biosfere (vazduh, voda, tlo) i biološkog faktora životne sredine čak značajniji od vode, budući da je količina potonje (prvenstveno) kvalitet podzemnih voda) određen je stanjem tla, te je ove faktore nemoguće odvojiti jedan od drugog. Zemljište ima sposobnost biološkog samopročišćavanja: u tlu dolazi do cijepanja otpada koji je u njega dospio i do njihove mineralizacije; na kraju, tlo nadoknađuje izgubljene mineralne materije na njihov račun.
Ako se kao rezultat preopterećenja tla izgubi bilo koja komponenta njegove mineralizacijske sposobnosti, to će neminovno dovesti do narušavanja mehanizma samočišćenja i potpune degradacije tla. I, naprotiv, stvaranje optimalnih uslova za samočišćenje tla doprinosi očuvanju ekološke ravnoteže i uslova za postojanje svih živih organizama, uključujući i ljude.
Dakle, problem neutralizacije otpada koji ima štetan biološki efekat nije ograničen na pitanje njihovog uklanjanja; to je složeniji higijenski problem, jer je tlo veza između vode, zraka i čovjeka.
4.1.
Uloga tla u metabolizmu
Biološki odnos između tla i ljudi odvija se uglavnom putem metabolizma. Tlo je, takoreći, snabdjevač mineralima neophodnim za metabolički ciklus, za rast biljaka, koje konzumiraju ljudi i biljojedi, a jedu ih ljudi i mesožderi. Dakle, tlo daje hranu mnogim predstavnicima flore i faune.
Posljedično, pogoršanje kvalitete tla, smanjenje njegove biološke vrijednosti, sposobnosti samopročišćavanja izaziva biološku lančanu reakciju, koja u slučaju dugotrajnog štetnog djelovanja može dovesti do raznih zdravstvenih poremećaja u stanovništva. Osim toga, ako se procesi mineralizacije uspore, nitrati, dušik, fosfor, kalijum itd. koji nastaju prilikom razgradnje tvari mogu dospjeti u podzemne vode koje se koriste za piće i uzrokovati ozbiljne bolesti (npr. nitrati mogu uzrokovati methemoglobinemiju, prvenstveno kod djece od djetinjstvo).
Potrošnja vode iz tla siromašnog jodom može dovesti do endemske strume itd.
4.2.
Ekološki odnos između tla i vode i tečnog otpada (otpadne vode)
Osoba izvlači vodu iz tla, koja je neophodna za održavanje metaboličkih procesa i samog života. Kvalitet vode ovisi o stanju tla; uvijek odražava biološko stanje datog tla.
To se posebno odnosi na podzemne vode, čija je biološka vrijednost značajno određena svojstvima tla i tla, sposobnošću samopročišćavanja potonjeg, kapacitetom filtracije, sastavom njene makroflore, mikrofaune itd.
Direktan uticaj tla na površinske vode je već manje značajan, uglavnom je povezan sa padavinama. Na primjer, nakon obilnih kiša, razni zagađivači se ispiru iz tla u otvorena vodena tijela (rijeke, jezera), uključujući umjetna gnojiva (azot, fosfat), pesticide, herbicide; u područjima krša, napuknutih sedimenata, zagađivači mogu prodrijeti kroz pukotine u duboke podzemne vode.
Neadekvatan tretman otpadnih voda također može uzrokovati štetne biološke efekte na tlo i na kraju dovesti do njegove degradacije. Stoga je zaštita tla u naseljima jedan od osnovnih zahtjeva za zaštitu životne sredine uopšte.
4.3.
Granice opterećenja tla za čvrsti otpad (kućni i ulični otpad, industrijski otpad, suhi mulj koji ostaje nakon sedimentacije kanalizacije, radioaktivne tvari, itd.)
Problem je otežan činjenicom da je, kao rezultat stvaranja sve više čvrstog otpada u gradovima, tlo u njihovoj blizini izloženo sve značajnijem stresu. Svojstva i sastav tla se pogoršavaju sve bržim tempom.
Od 64,3 miliona tona papira proizvedenih u SAD, 49,1 milion tona ide u otpad (od toga 26 miliona tona „isporučuje“ domaćinstvo, a 23,1 milion tona – trgovinska mreža).
U vezi sa navedenim, zbrinjavanje i konačno odlaganje čvrstog otpada predstavlja veoma značajan, teže izvodljiv higijenski problem u kontekstu sve veće urbanizacije.
Moguće je konačno odlaganje čvrstog otpada u kontaminirano tlo. Međutim, zbog stalno pogoršane sposobnosti samočišćenja gradskog tla, nemoguće je konačno odlaganje otpada zakopanog u zemlju.
Biohemijske procese koji se odvijaju u tlu čovjek bi mogao uspješno koristiti za neutralizaciju čvrstog otpada, njegovu neutralizirajuću i dezinfekcijsku sposobnost, ali je urbano tlo, kao rezultat vjekovnog života čovjeka u gradovima i njegovih aktivnosti, odavno postalo nepogodno za ovu svrhu.
Poznati su mehanizmi samopročišćavanja, mineralizacije koji se javljaju u tlu, uloga bakterija i enzima koji su u njima uključeni, kao i međuprodukti i konačni produkti razgradnje tvari. Trenutno su istraživanja usmjerena na identifikaciju faktora koji osiguravaju biološku ravnotežu prirodnog tla, kao i na razjašnjavanje pitanja koliko čvrstog otpada (i kakav je njihov sastav) može dovesti do narušavanja biološke ravnoteže tla.
Količina kućnog otpada (smeća) po jednom stanovniku nekih velikih gradova u svijetu
Treba napomenuti da se higijensko stanje tla u gradovima kao posljedica njegovog preopterećenja ubrzano pogoršava, iako je sposobnost tla da se samopročišćava glavni higijenski zahtjev za održavanje biološke ravnoteže. Tlo u gradovima više nije u stanju da se nosi sa svojim zadatkom bez ljudske pomoći. Jedini izlaz iz stvorenog odredbe - pune neutralizacija i odlaganje otpada u skladu sa higijenskim zahtjevima.
Stoga bi izgradnja komunalnih objekata trebala biti usmjerena na očuvanje prirodne sposobnosti tla da se samopročišćava, a ako je ta sposobnost već postala nezadovoljavajuća, onda se mora vještački obnoviti.
Najnepovoljniji je toksični učinak industrijskog otpada, kako tekućeg tako i čvrstog. Sve veća količina takvog otpada dospijeva u tlo s kojim se ono ne može nositi. Na primjer, utvrđena je kontaminacija tla arsenom u blizini tvornica superfosfata (u radijusu od 3 km). Kao što znate, neki pesticidi, kao što su organohlorna jedinjenja, koja dospeju u tlo, ne raspadaju se dugo vremena.
Isti je slučaj i sa nekim sintetičkim ambalažnim materijalima (PVC, polietilen itd.).
Neki toksični spojevi prije ili kasnije dospijevaju u podzemne vode, zbog čega se ne samo poremeti biološka ravnoteža tla, već se i kvaliteta podzemnih voda pogoršava do te mjere da se više ne mogu koristiti kao voda za piće.
Procenat broja glavnih sintetički materijali sadržano u kućnom otpadu (smeće)
*
Zajedno sa drugim plastičnim materijalima koji očvršćavaju na toplotu.
Problem otpada danas se povećao i zbog toga što se dio otpada, uglavnom ljudski i životinjski izmet, koristi za đubrenje poljoprivrednog zemljišta [izmet sadrži značajnu količinu azota-0,4-0,5%, fosfora (P20z)-0,2-0 , 6%, kalijum (K? 0) -0,5-1,5%, ugljenik-5-15%]. Ovaj problem grada proširio se i na urbano okruženje.
4.4.
Uloga tla u širenju raznih bolesti
Tlo igra ulogu u širenju zaraznih bolesti. O tome su još u prošlom vijeku izvijestili Petterkoffer (1882) i Fodor (1875), koji su rasvijetlili uglavnom ulogu tla u širenju crijevnih bolesti: kolere, trbušnog tifusa, dizenterije itd. Također su skrenuli pažnju da neke bakterije i virusi zadržavaju vitalnost i virulentnost u tlu mjesecima. Nakon toga, brojni autori su potvrdili svoja zapažanja, posebno u odnosu na urbano tlo. Tako, na primjer, uzročnik kolere ostaje održiv i patogen u podzemnim vodama od 20 do 200 dana, uzročnik tifusa u izmetu - od 30 do 100 dana, uzročnik paratifusnog izmeta - od 30 do 60 dana. (Sa stanovišta širenja zaraznih bolesti, urbano tlo predstavlja znatno veću opasnost od tla na njivama pognojenim stajnjakom.)
Za određivanje stepena zagađenosti zemljišta, jedan broj autora koristi definiciju broja bakterija (E. coli), kao i pri određivanju kvaliteta vode. Drugi autori smatraju da je svrsishodno odrediti i broj termofilnih bakterija koje sudjeluju u procesu mineralizacije.
Širenje zaraznih bolesti kroz tlo uvelike je olakšano navodnjavanjem zemljišta kanalizacijom. Istovremeno se pogoršavaju i mineralizacijska svojstva tla. Stoga navodnjavanje otpadnim vodama treba vršiti pod stalnim strogim sanitarnim nadzorom i to samo van urbanog područja.
4.5.
Štetni efekti glavnih vrsta zagađivača (čvrsti i tečni otpad) koji dovode do degradacije tla
4.5.1.
Neutralizacija tečnog otpada u zemljištu
U nizu naselja koji nemaju kanalizacioni sistem, deo otpada, uključujući i stajnjak, neutrališe se u zemljištu.
Kao što znate, ovo je najlakši način za neutralizaciju. Međutim, dopušteno je samo ako je riječ o biološki cjelovitom tlu koje zadržava sposobnost samopročišćavanja, što nije tipično za urbana tla. Ako tlo više ne posjeduje ove kvalitete, tada se u cilju zaštite od dalje degradacije javlja potreba za složenim tehničkim strukturama za neutralizaciju tekućeg otpada.
Otpad se na više mjesta neutralizira u kompostnim jamama. Tehnički, ovo rješenje jeste težak zadatak... Osim toga, tekućine mogu prodrijeti u tlo na prilično velikim udaljenostima. Zadatak je dodatno kompliciran činjenicom da gradske otpadne vode sadrže sve veću količinu toksičnog industrijskog otpada, koji pogoršava mineralizacijska svojstva tla u još većoj mjeri nego ljudski i životinjski izmet. Stoga, u kompostne jame Dozvoljeno je odvoditi samo otpadne vode koje su prethodno taložene. U suprotnom se poremeti filtracijski kapacitet tla, tada tlo gubi svoja druga zaštitna svojstva, postepeno dolazi do začepljenja pora itd.
Upotreba ljudskog izmeta za navodnjavanje poljoprivrednih površina predstavlja drugu metodu neutralizacije tečnog otpada. Ova metoda predstavlja dvostruku higijensku opasnost: prvo, može preopteretiti tlo; drugo, ovaj otpad može postati ozbiljan izvor infekcije. Stoga se izmet prvo mora dezinfikovati i na odgovarajući način tretirati, a tek onda koristiti kao đubrivo. Ovdje se sudaraju dvije suprotne tačke gledišta. Prema higijenskim zahtjevima, fekalije su podložne gotovo potpunom uništenju, a sa stanovišta nacionalne ekonomije predstavljaju vrijedno đubrivo. Svježi izmet se ne može koristiti za zalijevanje povrtnjaka i njiva bez prethodnog dekontaminiranja. Ako ipak morate koristiti svježi izmet, tada im je potreban takav stupanj neutralizacije da kao gnojivo više ne predstavljaju gotovo nikakvu vrijednost.
Izmet se može koristiti kao đubrivo samo u posebno određenim prostorima, uz stalnu sanitarno-higijensku kontrolu, posebno nad stanjem podzemnih voda, količinom muva i sl.
Zahtjevi za odlaganje i neutralizaciju tla životinjskog izmeta u principu se ne razlikuju od zahtjeva za neutralizaciju ljudskog izmeta.
Do nedavno je stajnjak u poljoprivredi predstavljao esencijalni izvor vrijednih hranjivih tvari potrebnih za poboljšanje plodnosti tla. Međutim, poslednjih godina stajnjak je izgubio na značaju, delom zbog mehanizacije poljoprivrede, a delom zbog sve veće upotrebe veštačkih đubriva.
U nedostatku odgovarajućeg tretmana i neutralizacije opasan je i stajnjak, kao i neneutralizovani ljudski izmet. Stoga se stajnjak prije transporta na njive ostavlja da sazrije kako bi za to vrijeme (na temperaturi od 60-70°C) mogli doći do potrebnih biotermalnih procesa. Nakon toga, gnoj se smatra "zrelim" i oslobođen većine patogena koji se u njemu nalaze (bakterije, jaja crva itd.).
Treba imati na umu da skladišta stajnjaka mogu biti idealno mjesto za razmnožavanje muva koje mogu širiti razne crijevne infekcije. Treba napomenuti da muhe za reprodukciju najradije biraju svinjski gnoj, zatim konjski, ovčiji i na kraju, ali ne najmanje važno, kravlji. Prije iznošenja stajnjaka na polja, potrebno ga je tretirati insekticidnim sredstvima.
nastavak
--PAGE_BREAK--
Teški metali u zemljištu
U posljednje vrijeme, u vezi sa brzim razvojem industrije, došlo je do značajnog povećanja nivoa teških metala u životnoj sredini. Izraz "teški metali" se primjenjuje na metale čija je gustina veća od 5 g/cm 3, ili atomski broj veći od 20. Iako postoji još jedno gledište prema kojem teški metali uključuju više od 40 hemijski elementi sa atomskim masama većim od 50 at. jedinice Među hemijskim elementima, teški metali su najotrovniji i po svojoj opasnosti su drugi nakon pesticida. U ovom slučaju, sljedeći hemijski elementi se smatraju toksičnim: Co, Ni, Cu, Zn, Sn, As, Se, Te, Rb, Ag, Cd, Au, Hg, Pb, Sb, Bi, Pt.
Fitotoksičnost teških metala ovisi o njihovoj hemijska svojstva: valencija, jonski radijus i sposobnost kompleksiranja. U većini slučajeva, elementi prema stepenu toksičnosti su raspoređeni u slijedu: Cu> Ni> Cd> Zn> Pb> Hg> Fe> Mo> Mn. Međutim, ovaj niz se može donekle promijeniti zbog nejednakog taloženja elemenata u tlu i prelaska u stanje nedostupno biljkama, uslova uzgoja, fizioloških i genetskih karakteristika samih biljaka. Transformacija i migracija teških metala odvija se pod direktnim i indirektnim uticajem reakcije kompleksiranja. Prilikom procjene zagađenja okoliša potrebno je uzeti u obzir svojstva tla i prije svega granulometrijski sastav, sadržaj humusa i puferski kapacitet. Puferiranje se podrazumijeva kao sposobnost tla da održava koncentraciju metala u otopini tla na konstantnom nivou.
U zemljištu teški metali su prisutni u dvije faze – čvrstoj i u zemljišnom rastvoru. Oblik postojanja metala određen je reakcijom okoline, hemijskim i materijalnim sastavom zemljišne otopine i, prije svega, sadržajem organskih tvari. Elementi - kompleksanti, koji zagađuju tlo, koncentrisani su uglavnom u njegovom gornjem sloju od 10 cm. Međutim, nakon zakiseljavanja tla sa niskim puferom, značajan dio metala iz stanja apsorbiranog razmjenom prelazi u otopinu tla. Kadmijum, bakar, nikl, kobalt imaju jaku sposobnost migracije u kiseloj sredini. Smanjenje pH za 1,8-2 jedinice dovodi do povećanja pokretljivosti cinka za 3,8-5,4, kadmijuma - za 4-8, bakra - za 2-3 puta ..
Tabela 1 Standardi MPC (APC), osnovni sadržaj hemijskih elemenata u zemljištu (mg/kg)
| Element | Klasa opasnosti | MPC | UEC prema grupama tla | Pozadinski sadržaj | |||
| Bruto sadržaj | Može se ekstrahirati amonijum acetatnim puferom (pH = 4,8) | Pjeskovita, pjeskovita ilovača | Ilovasta, glinena | ||||
| pH cc l< 5,5 | pH cc l> 5,5 | ||||||
| Pb | 1 | 32 | 6 | 32 | 65 | 130 | 26 |
| Zn | 1 | - | 23 | 55 | 110 | 220 | 50 |
| Cd | 1 | - | - | 0,5 | 1 | 2 | 0,3 |
| Cu | 2 | - | 3 | 33 | 66 | 132 | 27 |
| Ni | 2 | - | 4 | 20 | 40 | 80 | 20 |
| With | 2 | - | 5 | - | - | - | 7,2 |
Stoga, kada uđu u tlo, teški metali brzo stupaju u interakciju s organskim ligandima i formiraju kompleksna jedinjenja. Dakle, pri niskim koncentracijama u tlu (20-30 mg/kg), oko 30% olova je u obliku kompleksa sa organskim supstancama. Udio složenih spojeva olova raste s povećanjem njegove koncentracije na 400 mg/g, a zatim se smanjuje. Metali se također sorbiraju (razmjenjuju ili ne razmjenjuju) precipitatima hidroksida gvožđa i mangana, minerala gline i organske materije tla. Metali dostupni biljkama i sposobni za ispiranje nalaze se u otopini tla u obliku slobodnih jona, kompleksa i kelata.
Apsorpcija HM u tlo uvelike ovisi o reakciji okoline i o tome koji anioni prevladavaju u otopini tla. U kiseloj sredini bakar, olovo i cink se više apsorbuju, a u alkalnoj se kadmijum i kobalt intenzivnije apsorbuju. Bakar se prvenstveno vezuje za organske ligande i hidrokside gvožđa.
Tabela 2. Mobilnost elemenata u tragovima u različitim tlima u zavisnosti od pH otopine tla
Tlo i klimatski faktori često određuju smjer i brzinu migracije i transformacije HM u tlu. Dakle, uvjeti tla i vodnog režima šumsko-stepske zone doprinose intenzivnoj vertikalnoj migraciji HM duž profila tla, uključujući prijenos metala sa protokom vode duž pukotina, korijenskih prolaza itd.
Nikl (Ni) je element VIII grupe periodnog sistema sa atomskom masom 58,71. Nikl, zajedno sa Mn, Fe, Co i Cu, spada u tzv. prelazne metale, čija jedinjenja imaju visoku biološku aktivnost. Zbog strukturnih karakteristika elektronskih orbitala, gore navedeni metali, uključujući nikal, imaju dobro izraženu sposobnost formiranja kompleksa. Nikl je sposoban formirati stabilne komplekse, na primjer, sa cisteinom i citratom, kao i sa mnogim organskim i neorganskim ligandima. Geohemijski sastav matičnih stijena u velikoj mjeri određuje sadržaj nikla u tlu. Najveća količina nikla sadržana je u tlima formiranim od bazičnih i ultrabazičnih stijena. Prema nekim autorima, granice viška i toksičnih nivoa nikla za većinu vrsta variraju od 10 do 100 mg/kg. Najveći dio nikla je fiksiran u tlu nepomično, a vrlo slaba migracija u koloidnom stanju iu sastavu mehaničkih suspenzija ne utiče na njihovu distribuciju duž vertikalnog profila i prilično je ujednačena.
Olovo (Pb). Hemija olova u tlu određena je delikatnom ravnotežom suprotno usmjerenih procesa: sorpcija-desorpcija, otapanje-prelazak u čvrsto stanje. Olovo koje sa emisijama dospeva u tlo uključeno je u ciklus fizičkih, hemijskih i fizičko-hemijskih transformacija. U početku dominiraju procesi mehaničkog kretanja (čestice olova se kreću duž površine i u tlu duž pukotina) i konvektivna difuzija. Zatim, kako se jedinjenja olova u čvrstoj fazi rastvaraju, u igru stupaju složeniji fizičko-hemijski procesi (posebno, procesi jonske difuzije), praćeni transformacijom jedinjenja olova primljenih sa prašinom.
Utvrđeno je da olovo migrira i vertikalno i horizontalno, pri čemu drugi proces prevladava nad prvim. Za 3 godine osmatranja na travnatoj livadi, olovna prašina nanesena lokalno na površinu tla pomjerila se horizontalno za 25-35 cm, dok je dubina njenog prodiranja u debljinu tla iznosila 10-15 cm. Biološki faktori igraju važnu ulogu u migracija olova: korijenje biljaka apsorbira ione metala; tokom vegetacije kreću se u tlu; kada biljke odumru i raspadnu, olovo se oslobađa u okolnu masu tla.
Poznato je da tlo ima sposobnost da veže (sorbira) tehnogeno olovo koje je u njega ušlo. Vjeruje se da sorpcija uključuje nekoliko procesa: potpunu razmjenu sa katjonima apsorpcionog kompleksa tla (nespecifična adsorpcija) i niz reakcija kompleksiranja olova sa donorima komponenti tla (specifična adsorpcija). U tlu se olovo povezuje uglavnom s organskom tvari, kao i s mineralima gline, oksidima mangana, hidroksidima željeza i aluminija. Vezivanjem olova, humus sprječava njegovu migraciju u susjedne sredine i ograničava ulazak u biljke. Među mineralima gline, ilite karakterizira sklonost ka sorpciji olova. Povećanje pH tla tokom vapnenja dovodi do još većeg vezivanja olova za tlo zbog stvaranja slabo topljivih spojeva (hidroksidi, karbonati itd.).
Olovo, koje se nalazi u tlu u pokretnim oblicima, vremenom se fiksira komponentama tla i postaje nedostupno biljkama. Prema ruskim istraživačima, olovo je najjače fiksirano u černozemima i tresetno-muljnim tlima.
Kadmijum (Cd) Posebnost kadmijuma, po čemu se razlikuje od ostalih HM, jeste da je prisutan u zemljišnom rastvoru uglavnom u obliku kationa (Cd 2+), iako u zemljištu sa neutralnom reakcijom medijuma može formiraju teško rastvorljive komplekse sa sulfatima, fosfatima ili hidroksidima.
Prema dostupnim podacima, koncentracija kadmija u zemljišnim otopinama pozadinskog tla kreće se od 0,2 do 6 μg/L. U centrima zagađenja tla povećava se na 300-400 μg / L ..
Poznato je da je kadmijum veoma pokretljiv u zemljištu; je u stanju da u velikim količinama prelazi iz čvrste faze u tečnu i obrnuto (što otežava predviđanje njegovog ulaska u biljku). Mehanizmi koji reguliraju koncentraciju kadmijuma u zemljišnoj otopini određeni su procesima sorpcije (sorpcija se podrazumijeva kao stvarna adsorpcija, taloženje i kompleksiranje). Kadmijum se apsorbuje u tlo u manjim količinama od ostalih HM. Za karakterizaciju pokretljivosti teških metala u tlu koristi se omjer koncentracija metala u čvrstoj fazi prema onoj u ravnotežnom rastvoru. Visoke vrijednosti ovog omjera ukazuju na to da se HM zadržavaju u čvrstoj fazi zbog reakcije sorpcije, niske vrijednosti zbog činjenice da su metali u otopini, odakle mogu migrirati u druge medije ili stupiti u različite reakcije (geohemijske ili biološke). Poznato je da je vodeći proces u vezivanju kadmijuma adsorpcija glinama. Nedavne studije su također pokazale veliku ulogu u ovom procesu hidroksilnih grupa, željeznih oksida i organske tvari. Uz nisku razinu zagađenja i neutralnu reakciju medija, kadmij se adsorbira uglavnom oksidima željeza. A u kiseloj sredini (pH = 5), organska tvar počinje djelovati kao moćan adsorbens. Pri nižem pH (pH = 4), funkcije adsorpcije se prenose gotovo isključivo na organsku materiju. Mineralne komponente prestaju igrati bilo kakvu ulogu u ovim procesima.
Poznato je da se kadmijum ne samo apsorbuje na površini tla, već se i fiksira usled taloženja, koagulacije i međuserijske apsorpcije minerala gline. Unutar čestica tla, difundira kroz mikropore i na druge načine.
Kadmijum se fiksira u zemljištu na različite načine različite vrste... Do sada se malo zna o kompetitivnom odnosu kadmijuma sa drugim metalima u procesima sorpcije u kompleksu koji apsorbuje tlo. Prema istraživanju stručnjaka sa Tehničkog univerziteta u Kopenhagenu (Danska), u prisustvu nikla, kobalta i cinka, apsorpcija kadmijuma u zemljištu je bila potisnuta. Druge studije su pokazale da je sorpcija kadmijuma u zemljištu oslabljena u prisustvu jona hlora. Zasićenje tla ionima Ca 2+ dovelo je do povećanja sorpcionog kapaciteta kadmijuma. Mnoge veze kadmijuma s komponentama tla pokazuju se krhkim; pod određenim uvjetima (na primjer, kisela reakcija okoline), oslobađa se i ponovo prelazi u otopinu.
Otkrivena je uloga mikroorganizama u procesu rastvaranja kadmijuma i njegovog prelaska u mobilno stanje. Kao rezultat njihove vitalne aktivnosti nastaju ili vodotopivi metalni kompleksi ili se stvaraju fizičko-hemijski uslovi koji pogoduju prelasku kadmijuma iz čvrste u tečnu fazu.
Procesi koji se dešavaju sa kadmijumom u tlu (sorpcija-desorpcija, prelazak u rastvor itd.) su međusobno povezani i ovisni, protok ovog metala u biljke zavisi od njihovog smera, intenziteta i dubine. Poznato je da količina sorpcije kadmijuma u tlu ovisi o pH vrijednosti: što je pH tla veći, ono više apsorbira kadmij. Dakle, prema dostupnim podacima, u rasponu pH od 4 do 7,7 s povećanjem pH po jedinici, sorpcijski kapacitet tla u odnosu na kadmij se povećao približno tri puta.
Cink (Zn). Nedostatak cinka može se manifestirati kako na kiselim, visoko podzoliziranim lakim zemljištima, tako i na vapnenačkim, siromašnim cinkom i visoko humusnim tlima. Manifestacija manjka cinka pojačava se upotrebom visokih doza fosfornih đubriva i snažnim oranjem podzemlja do obradivog horizonta.
Najveći bruto sadržaj cinka je u zemljištima tundre (53-76 mg/kg) i černozema (24-90 mg/kg), a najmanji je u tlu buseno-podzol (20-67 mg/kg). Nedostatak cinka najčešće se manifestuje na neutralnim i slabo alkalnim krečnjačkim zemljištima. U kiselim tlima cink je pokretljiviji i dostupniji biljkama.
Cink je u tlu prisutan u jonskom obliku, gdje se adsorbira mehanizmom kationske izmjene u kiseloj sredini ili kao rezultat hemisorpcije u alkalnoj sredini. Najmobilniji ion je Zn 2+. Na pokretljivost cinka u zemljištu najviše utiču pH vrednost i sadržaj glinenih minerala. Na pH<6 подвижность Zn 2+ возрастает, что приводит к его выщелачиванию. Попадая в межпакетные пространства кристаллической решетки монтмориллонита, ионы цинка теряют свою подвижность. Кроме того, цинк образует устойчивые формы с органическим веществом почвы, поэтому он накапливается в основном в горизонтах почв с высоким содержанием гумуса и в торфе.
Teški metali u biljkama
Prema A.P. Vinogradovu (1952), svi hemijski elementi u jednom ili drugom stepenu učestvuju u životu biljaka, a ako se mnogi od njih smatraju fiziološki značajnim, to je samo zato što za to još nema dokaza. Ulazeći u biljku u malim količinama i postajući sastavni dio ili aktivator enzima u njoj, mikroelementi obavljaju uslužne funkcije u metaboličkim procesima. Kada neuobičajeno visoke koncentracije elemenata uđu u okoliš, postaju toksične za biljke. Prekomjerno prodiranje teških metala u biljna tkiva dovodi do narušavanja normalnog funkcioniranja njihovih organa, a taj poremećaj je utoliko jači što je višak toksikanata veći. Istovremeno, produktivnost opada. Toksično dejstvo HM se manifestuje od ranih faza razvoja biljaka, ali u različitom stepenu na različitim tlima i za različite useve.
Apsorpcija hemijskih elemenata od strane biljaka je aktivan proces. Pasivna difuzija je samo 2-3% ukupne mase asimiliranih mineralnih komponenti. Kada je sadržaj metala u tlu na pozadinskom nivou, dolazi do aktivne apsorpcije jona, a ako se uzme u obzir niska pokretljivost ovih elemenata u tlu, tada njihovoj apsorpciji treba prethoditi mobilizacija čvrsto vezanih metala. Kada sadržaj HM u sloju korijena u količinama znatno premašuje maksimalne koncentracije na kojima se metal može fiksirati zbog unutrašnjih resursa tla, takve količine metala ulaze u korijenje da membrane više ne mogu zadržati. Kao rezultat toga, protok jona ili spojeva elemenata prestaje biti reguliran ćelijskim mehanizmima. Na kiselim tlima dolazi do intenzivnijeg nakupljanja HM nego na tlima s neutralnom ili skoro neutralnom reakcijom okoline. Mera stvarnog učešća HM jona u hemijskim reakcijama je njihova aktivnost. Toksičan učinak visokih koncentracija HM na biljke može se očitovati u narušavanju unosa i distribucije drugih hemijskih elemenata. Priroda interakcije HM s drugim elementima mijenja se ovisno o njihovoj koncentraciji. Migracija i ulazak u biljku se odvija u obliku kompleksnih spojeva.
U početnom periodu zagađivanja okoliša teškim metalima, zbog puferskih svojstava tla, što dovodi do inaktivacije toksikanata, biljke praktično neće osjetiti nikakve štetne efekte. Međutim, zaštitne funkcije tla nisu neograničene. Sa povećanjem stepena kontaminacije teškim metalima, njihova inaktivacija postaje nepotpuna i protok jona napada korijenje. Biljka je u stanju da neke od jona prebaci u manje aktivno stanje čak i prije nego što prodru u korijenski sistem biljke. To je, na primjer, helacija korištenjem korijenskih eksudata ili adsorpcija na vanjskoj površini korijena uz stvaranje kompleksnih spojeva. Osim toga, kako pokazuju vegetacijski eksperimenti sa poznatim toksičnim dozama cinka, nikla, kadmijuma, kobalta, bakra, olova, korijenje se nalazi u slojevima koji nisu kontaminirani tlom HM i u ovim varijantama nema simptoma fototoksičnosti.
Uprkos zaštitnim funkcijama korijenskog sistema, HM ulaze u korijen pod kontaminiranim uvjetima. U tom slučaju stupaju na snagu odbrambeni mehanizmi zbog kojih dolazi do specifične distribucije HM po biljnim organima, što omogućava da se što potpunije osigura njihov rast i razvoj. U ovom slučaju sadržaj, na primjer, HM u tkivima korijena i sjemena u jako zagađenoj sredini može se razlikovati 500-600 puta, što ukazuje na velike zaštitne sposobnosti ovog podzemnog biljnog organa.
Višak hemijskih elemenata uzrokuje toksikozu u biljkama. Kako koncentracija HM raste, rast biljaka se u početku inhibira, zatim dolazi do kloroze listova, koja se zamjenjuje nekrozom, i na kraju dolazi do oštećenja korijenskog sistema. Toksični učinak TM može se manifestirati direktno i indirektno. Direktan učinak viška HM u biljnim stanicama posljedica je reakcija kompleksiranja, zbog čega se enzimi blokiraju ili se proteini precipitiraju. Deaktivacija enzimskih sistema nastaje kao rezultat zamjene metala enzima metalom zagađivača. Kod kritičnog sadržaja toksičnog sredstva, katalitička sposobnost enzima je značajno smanjena ili potpuno blokirana.
Biljke - hiperakumulatori teških metala
A.P. Vinogradov (1952) je identifikovao biljke koje su sposobne da koncentrišu elemente. On je ukazao na dve vrste biljaka – koncentratora: 1) biljke koje koncentrišu elemente u masovnom obimu; 2) biljke sa selektivnom (specifičnom) koncentracijom. Biljke prve vrste obogaćuju se hemijskim elementima ako su potonji sadržani u tlu u povećanoj količini. Koncentracija je u ovom slučaju uzrokovana okolišnim faktorom. Biljke druge vrste karakteriše konstantno visoka količina jednog ili drugog hemijskog elementa, bez obzira na njegov sadržaj u životnoj sredini. To je uslovljeno genetski utvrđenom potrebom.
S obzirom na mehanizam apsorpcije teških metala iz tla u biljke, možemo govoriti o barijernom (nekoncentrirajućem) i bezbarijernom (koncentrirajućem) tipovima akumulacije elemenata. Akumulacija barijera tipična je za većinu viših biljaka i nije tipična za briofite i lišajeve. Dakle, u radu M. A. Toikka i L. N. Potekhina (1980), sphagnum (2,66 mg/kg) je imenovan kao biljka koja koncentriše kobalt; bakar (10,0 mg / kg) - breza, koštunica, đurđevak; mangan (1100 mg / kg) - borovnice. Lepp et al. (1987) su otkrili visoke koncentracije kadmijuma u sporoforima gljive Amanita muscaria koja raste u brezovim šumama. U sporoforima gljive sadržaj kadmijuma iznosio je 29,9 mg/kg suhe težine, a u tlu na kojem su rasle 0,4 mg/kg. Vjeruje se da su biljke koje su koncentratori kobalta također vrlo tolerantne na nikl i da su sposobne da ga akumuliraju u velikim količinama. To uključuje, posebno, biljke iz porodica Boraginaceae, Brassicaceae, Myrtaceae, Fabaceae, Caryophyllaceae. Među ljekovitim biljkama nalaze se i koncentratori i superkoncentratori nikla. U superkoncentratore spadaju stablo dinje, beladona beladona, žuti mačok, srčika, mesno-crvena pasiflora i kopljasta termopsa. Vrsta akumulacije hemijskih elemenata koji su u visokim koncentracijama u hranljivom mediju zavisi od faza vegetacije biljaka. Akumulacija bez barijera karakteristična je za fazu sadnica, kada biljke ne diferenciraju nadzemne dijelove u različite organe iu završnim fazama vegetacije - nakon sazrijevanja, kao i tokom zimskog mirovanja, kada se može doći do akumulacije bez barijera. praćeno oslobađanjem suvišnih količina hemijskih elemenata u čvrstoj fazi (Kovalevsky, 1991).
Hiperakumulirajuće biljke pronađene su u porodicama Brassicaceae, Euphorbiaceae, Asteraceae, Lamiaceae i Scrophulariaceae (Baker 1995). Najpoznatija i proučavana među njima je Brassica juncea (indijska gorušica) - biljka koja razvija veliku biomasu i sposobna je akumulirati Pb, Cr (VI), Cd, Cu, Ni, Zn, 90Sr, B i Se (Nanda Kumar et al. 1995; Salt et al. 1995; Raskin et al. 1994). Od različitih ispitivanih biljnih vrsta, B. juncea je imala najizraženiju sposobnost transporta olova u nadzemni dio, a akumulirala je više od 1,8% ovog elementa u nadzemnim organima (prema suvoj težini). Sa izuzetkom suncokreta (Helianthus annuus) i duhana (Nicotiana tabacum), druge biljne vrste koje ne pripadaju porodici Brassicaceae imale su biološki koeficijent apsorpcije manji od 1.
Prema klasifikaciji biljaka prema odgovoru na prisustvo teških metala u okruženju uzgoja, koju koriste mnogi strani autori, biljke imaju tri glavne strategije za uzgoj na zemljištu kontaminiranom metalima:
Metalni eliminatori. Takve biljke održavaju konstantno nisku koncentraciju metala unatoč velikim varijacijama njegove koncentracije u tlu, zadržavajući metal uglavnom u korijenu. Biljke koje se isključuju mogu promijeniti propusnost membrane i sposobnost vezivanja metala staničnih zidova ili otpustiti velike količine helatnih agenasa.
Metalni indikatori. To uključuje biljne vrste koje aktivno akumuliraju metal u nadzemnim dijelovima i općenito odražavaju nivo metala u tlu. Tolerantni su na postojeći nivo koncentracije metala zbog formiranja ekstracelularnih spojeva koji vezuju metal (helatora), ili menjaju karakter kompartmentacije metala skladištenjem u oblastima neosjetljivim na metal. Biljne vrste koje akumuliraju metale. Biljke koje pripadaju ovoj grupi mogu akumulirati metal u nadzemnoj biomasi u koncentracijama znatno većim od onih u tlu. Baker i Brooks definirali su metalne hiperakumulatore kao biljke koje sadrže više od 0,1%, tj. više od 1000 mg/g bakra, kadmijuma, hroma, olova, nikla, kobalta ili 1% (više od 10.000 mg/g) cinka i mangana u suvoj težini. Za rijetke metale ova vrijednost je više od 0,01% u odnosu na suvu težinu. Istraživači identificiraju hiperakumulirajuće vrste sakupljajući biljke u područjima gdje tla sadrže metale u koncentracijama višim od pozadinskih nivoa, kao što su onečišćene oblasti ili gdje izbijaju rudna tijela. Fenomen hiperakumulacije postavlja mnoga pitanja za istraživače. Na primjer, kakav je značaj akumulacije metala u visoko toksičnim koncentracijama za biljke. Konačan odgovor na ovo pitanje još nije dobijen, ali postoji nekoliko glavnih hipoteza. Vjeruje se da takve biljke imaju poboljšani sistem uzimanja jona (hipoteza "nenamjernog" unosa) za obavljanje određenih fizioloških funkcija koje još nisu istražene. Također se vjeruje da je hiperakumulacija jedan od tipova tolerancije biljaka na visok sadržaj metala u okruženju uzgoja.
Teški metali (HM) uključuju više od 40 hemijskih elemenata periodnog sistema D. I. Mendeljejeva, čija atomska masa iznosi preko 50 jedinica atomske mase (amu). To su Pb, Zn, Cd, Hg, Cu, Mo, Mn, Ni, Sn, Co, itd.
Postojeći koncept “teških metala” nije strog, jer se nemetalni elementi, na primjer As, Se, a ponekad čak i F, Be i drugi elementi, čija je atomska masa manja od 50 amu, često nazivaju TM.
Među HM ima mnogo mikroelemenata koji su biološki važni za žive organizme. One su bitne i nezamjenjive komponente biokatalizatora i bioregulatora najvažnijih fizioloških procesa. Međutim, prekomjerni sadržaj HM u različitim objektima biosfere djeluje depresivno, pa čak i toksično na žive organizme.
Izvori ulaska HM u tlo dijele se na prirodne (trošenje stijena i minerala, procesi erozije, vulkanska aktivnost) i umjetne (vađenje i prerada minerala, sagorijevanje goriva, utjecaj vozila, poljoprivreda itd.) Poljoprivredno zemljište, osim zagađenja kroz atmosferu, kontaminiraju se i HM-ima posebno, kada se koriste pesticide, mineralna i organska đubriva, kamenac i otpadne vode. Naučnici u posljednje vrijeme posebnu pažnju posvećuju urbanim tlima. Potonji doživljavaju značajan tehnogeni pritisak, čiji je dio i kontaminacija HM.
Table 3.14 i 3.15 prikazuju distribuciju HM u različitim objektima biosfere i izvore HM koji ulaze u okolinu.
Tabela 3.14
| Element | Zemlja | Svježa voda | Morske vode | Biljke | Životinje (u mišićnom tkivu) |
| Mn | 1000 | 0,008 | 0,0002 | 0,3-1000 | 0,2-2,3 |
| Zn | 90 (1-900) | 0,015 | 0,0049 | 1,4-600 | 240 |
| Cu | 30 (2-250) | 0,003 | 0,00025 | 4-25 | 10 |
| Co | 8 (0,05-65) | 0,0002 | 0,00002 | 0,01-4,6 | 0,005-1 |
| Pb | 35 (2-300) | 0,003 | 0,00003 | 0,2-20 | 0,23-3,3 |
| Cd | 0,35 (0,01-2) | 0,0001 | - | 0,05-0,9 | 0,14-3,2 |
| Hg | 0,06 | 0,0001 | 0,00003 | 0,005-0,02 | 0,02-0,7 |
| As | 6 | 0,0005 | 0,0037 | 0,02-7 | 0,007-0,09 |
| Se | 0,4 (0,01-12) | 0,0002 | 00,0002 | 0,001-0,5 | 0,42-1,9 |
| F | 200 | 0,1 | 1,3 | 0,02-24 | 0,05 |
| B | 20 (2-270) | 0,15 | 4,44 | 8-200 | 0,33-1 |
| Mo | 1,2 (0,1-40) | 0,0005 | 0,01 | 0,03-5 | 0,02-0,07 |
| Cr | 70 (5-1500) | 0,001 | 0,0003 | 0,016-14 | 0,002-0,84 |
| Ni | 50 (2-750) | 0,0005 | 0,00058 | 0,02-4 | 1-2 |
Tabela 3.15
Izvori zagađivanja životne sredine TM
Kraj stola. 3.4
HM dolaze na površinu tla u različitim oblicima. To su oksidi i razne soli metala, kako rastvorljive tako i praktično nerastvorljive u vodi (sulfidi, sulfati, arseniti itd.). U sastavu emisija preduzeća za preradu rude i preduzeća obojene metalurgije – glavnog izvora zagađenja životne sredine HM – najveći deo metala (70-90%) je u obliku oksida.
HM koji padaju na površinu tla mogu se ili akumulirati ili raspršiti, ovisno o prirodi geohemijskih barijera svojstvenih određenoj teritoriji.
Većina HM koji ulazi u površinu tla fiksira se u gornjim horizontima humusa. HM se sorbiraju na površini čestica tla, vežu se za organsku materiju tla, posebno u obliku elementarnih organskih spojeva, akumuliraju se u hidroksidima željeza, dio su kristalne rešetke minerala gline, daju vlastite minerale kao rezultat izomorfnih supstitucije, u rastvorljivom su stanju u zemljinoj vlazi i u gasovitom stanju u zemljišnom vazduhu, sastavni su deo biote zemljišta.
Stepen pokretljivosti HM zavisi od geohemijskog okruženja i nivoa tehnogenog uticaja. Velika distribucija čestica i visok sadržaj organske materije dovode do vezivanja HM za tlo. Povećanje pH vrijednosti poboljšava sorpciju metala koji stvaraju katjone (bakar, cink, nikal, živa, olovo itd.) i povećava pokretljivost metala koji stvaraju anion (molibden, krom, vanadij itd.). Jačanje oksidacionih uslova povećava migracionu sposobnost metala. Kao rezultat, prema sposobnosti da vežu većinu HM, tla formiraju sljedeći red: serozem> černozem> buseno-podzolsto tlo.
Trajanje zadržavanja zagađujućih komponenti u tlu je mnogo duže nego u drugim dijelovima biosfere, a zagađenje tla, posebno HM, je praktično vječno. Metali koji se nakupljaju u tlu polako se uklanjaju tokom ispiranja, potrošnje biljaka, erozije i deflacije (Kabata-Pendias, Pendias, 1989). Period polovičnog uklanjanja (ili uklanjanja polovine iz početne koncentracije) HM veoma varira za različite elemente, ali je prilično dug vremenski period: za Zn - od 70 do 510 godina; za Cd - od 13 do 110 godina; za Cu - od 310 do 1500 godina i za Pb - 2 - od 740 do 5900 godina (Sadovskaya, 1994).
Zagađenje tla HM ima dvije negativne strane odjednom. Prvo, ulazeći kroz lance ishrane iz tla u biljke, a odatle u organizam životinja i ljudi, HM kod njih izazivaju ozbiljne bolesti – povećanje incidencije populacije i smanjenje životnog vijeka, kao i smanjenje količine i kvaliteta usjeva poljoprivrednog bilja i stočarskih proizvoda.
Drugo, akumulirajući se u velikim količinama u tlu, HM su sposobni promijeniti mnoga njegova svojstva. Prije svega, promjene utiču na biološka svojstva tla: smanjuje se ukupan broj mikroorganizama, sužava se njihov sastav (raznolikost) vrsta, mijenja se struktura mikrobocenoza, intenzitet glavnog mikrobiološkim procesima te aktivnosti enzima u tlu itd. Jaka kontaminacija HM dovodi do promjene konzervativnijih karakteristika tla, kao što su humusno stanje, struktura, pH okoline, itd. To rezultira djelomičnim, au nekim slučajevima i potpunim gubitak plodnosti tla.
U prirodi postoje teritorije sa nedovoljnim ili viškom sadržaja HM u zemljištu. Nenormalan sadržaj HM u tlima nastaje zbog dvije grupe razloga: biogeohemijskih karakteristika ekosistema i uticaja tehnogenih tokova materije. U prvom slučaju, područja u kojima je koncentracija hemijskih elemenata veća ili niža od optimalnog nivoa za žive organizme nazivaju se prirodne geohemijske anomalije, odnosno biogeohemijske provincije. Ovdje je anomalni sadržaj elemenata uzrokovan prirodnim razlozima - karakteristikama matičnih stijena, procesom formiranja tla, prisustvom anomalija rude. U drugom slučaju, teritorije se nazivaju tehnogene geohemijske anomalije. U zavisnosti od razmjera, dijele se na globalne, regionalne i lokalne.
Tlo, za razliku od ostalih komponenti prirodnog okruženja, ne samo da geohemijski akumulira komponente zagađenja, već djeluje i kao prirodni pufer koji kontrolira prijenos kemijskih elemenata i spojeva u atmosferu, hidrosferu i živu materiju.
Različite biljke, životinje i ljudi zahtijevaju određeni sastav tla i vode za život. Na mjestima geohemijskih anomalija dolazi do prijenosa odstupanja od norme u mineralnom sastavu duž cijelog lanca ishrane, što se pogoršava.
Kao rezultat narušavanja mineralne ishrane, promena u sastavu vrsta fito-, zoo- i mikrobocenoza, bolesti divljih biljnih formi, smanjenja količine i kvaliteta useva poljoprivrednog bilja i stočarskih proizvoda, porasta u incidenciji stanovništva i smanjenju očekivanog životnog vijeka (tabela 3.15). Mehanizam toksičnog dejstva TM prikazan je u tabeli. 3.16.
Tabela 3.15
Fiziološki poremećaji u biljkama sa viškom i nedostatkom sadržaja HM u njima (prema Kovalevsky, Andrianova, 1970; Kabata-pendias,
pendias, 1989)
| Element | Fiziološki poremećaji | |
| sa nedostatkom | u višku | |
| Cu | Hloroza, uvenuće, melanizam, bijele uvrnute vrhove, oslabljeno formiranje metlice, poremećena odrenelost, suhe krošnje drveća | Tamnozeleno lišće, kao kod hloroze izazvane Fe; debelo, kratko ili bodljikavom žicom korijenje suzbijanje formiranja izdanaka |
| Zn | Interveinalna hloroza (uglavnom kod monokota), usporavanje rasta, rozeta lišća drveća, ljubičasto-crvene tačke na lišću | Hloroza i nekroza krajeva listova, međužilna kloroza mladih listova, usporavanje rasta biljke u cjelini, oštećeno korijenje koje izgleda kao bodljikava žica |
| Cd | - | Smeđi rubovi listova, kloroza, crvenkaste žile i peteljke, uvrnuti listovi i smeđe nerazvijeno korijenje |
| Hg | - | Neka inhibicija izdanaka i korijena, hloroza listova i smeđe mrlje na njima |
| Pb | - | Smanjena fotosinteza, tamnozeleno lišće, kotrljanje starog lišća, zakržljalo lišće, smeđe kratko korijenje |
Tabela 3.16
Mehanizam djelovanja toksičnosti TM (prema Torshin et al., 1990.)
| Element | Akcija |
| Cu, Zn, Cd, Hg, Pb | Utjecaj na propusnost membrane, reakcija sa SH - grupama cisteina i metionina |
| Pb | Promjena trodimenzionalne strukture proteina |
| Cu, Zn, Hg, Ni | Formiranje kompleksa sa fosfolipidima |
| Ni | Formiranje kompleksa sa albuminom |
| Inhibicija enzima: | |
| Hg2 + | alkalna fosfataza, gluko-6-fosfataza, laktat dehidrogenaza |
| Cd2 + | adenozin trifosfataza, alkohol dehidrogenaza, amilaza, karboanhidraza, karboksipeptidaza (pentidaza), glutamatoksaloacetat transaminaza |
| Pb2 + | acetilholinesteraza, alkalna fosfataza, ATPaza |
| Ni2 + | karboanhidraza, citokrom oksidaza, benzopiren hidroksilaza |
Toksičan učinak TM na biološki sistemi prvenstveno zbog činjenice da se lako vezuju za sulfhidrilne grupe proteina (uključujući enzime), potiskujući njihovu sintezu i na taj način narušavajući metabolizam u tijelu.
Živi organizmi su razvili različite mehanizme otpornosti na HM: od redukcije HM jona u manje toksična jedinjenja do aktivacije sistema za transport jona koji efikasno i specifično uklanjaju toksične jone iz ćelije u spoljašnju sredinu.
Najznačajnija posledica uticaja HM na žive organizme, koji se manifestuje na biogeocenotskom i biosferskom nivou organizacije žive materije, jeste blokiranje oksidacije organske materije. To dovodi do smanjenja brzine njegove mineralizacije i akumulacije u ekosistemima. Istovremeno, povećanje koncentracije organske tvari uzrokuje vezivanje HM za nju, što privremeno ublažava opterećenje ekosistema. Smanjenje brzine razgradnje organske materije usled smanjenja broja organizama, njihove biomase i intenziteta vitalne aktivnosti smatra se pasivnim odgovorom ekosistema na zagađenje HM. Aktivno suprotstavljanje organizama antropogenim opterećenjima ispoljava se samo u toku životnog gomilanja metala u tijelima i skeletima. Za ovaj proces odgovorne su najotpornije vrste.
Otpornost živih organizama, posebno biljaka, na visoke koncentracije HM i njihova sposobnost da akumuliraju visoke koncentracije metala mogu predstavljati veliku opasnost po zdravlje ljudi, jer omogućavaju prodiranje zagađivača u lanac ishrane. U zavisnosti od geohemijskih uslova proizvodnje, ljudska hrana biljnog i životinjskog porijekla može zadovoljiti ljudske potrebe za mineralnim elementima, biti manjkava ili sadržavati njihov višak, postajući toksičnija, izazivajući bolesti, pa čak i smrt (tabela 3.17).
Tabela 3.17
Učinak HM na ljudski organizam (Kovalsky, 1974; Kratka medicinska enciklopedija, 1989; Torshin et al., 1990; Efekti na tijelo .., 1997; Priručnik za toksikologiju .., 1999)
| Element | Fiziološke abnormalnosti | |
| sa nedostatkom | u višku | |
| Mn | Bolesti koštanog sistema | Groznica, upala pluća, oštećenje centralnog nervnog sistema (manganski parkinsonizam), endemični giht, oštećena cirkulacija krvi, gastrointestinalne funkcije, neplodnost |
| Cu | Slabost, anemija, leukemija, bolesti koštanog sistema, poremećena koordinacija pokreta | Profesionalne bolesti, hepatitis, Wilsonova bolest. Utiče na bubrege, jetru, mozak, oči |
| Zn | Smanjen apetit, deformitet kostiju, patuljasti rast, dugo zarastanje rana i opekotina, slab vid, miopija | Smanjenje kancerogeneze, anemija, inhibicija oksidativnih procesa, dermatitis |
| Pb | - | Olovna encefaloneuropatija, metabolički poremećaji, inhibicija enzimskih reakcija, nedostatak vitamina, anemija, multipla skleroza. Deo je koštanog sistema umesto kalcijuma |
| Cd | - | Gastrointestinalni poremećaji, respiratorni poremećaji, anemija, visok krvni pritisak, oštećenje bubrega, itai-itai bolest, proteinurija, osteoporoza, mutageni i kancerogeni efekti |
| Hg | - | Lezije centralnog nervnog sistema i perifernih nerava, infantilizam, reproduktivni poremećaji, stomatitis, bolest Minamata, prerano starenje |
| Co | Endemska struma | - |
| Ni | - | Dermatitis, poremećaj hematopoeze, kancerogenost, embriotoksikoza, subakutna mijelooptička neuropatija |
| Cr | - | Dermatitis, karcinogenost |
| V | - | Bolesti kardiovaskularnog sistema |
Različiti HM predstavljaju prijetnju ljudskom zdravlju u različitom stepenu. Najopasniji su Hg, Cd, Pb (tabela 3.18).
Tabela 3.18
Klase zagađivača prema njihovoj opasnosti (GOST 17.4.1.02-83)
Pitanje normiranja sadržaja HM u tlu je veoma teško. Njegovo rješenje treba se temeljiti na prepoznavanju multifunkcionalnosti tla. U procesu racionalizacije tlo se može posmatrati sa različitih pozicija: kao prirodno tijelo; kao stanište i supstrat za biljke, životinje i mikroorganizme; kao predmet i sredstvo poljoprivrede i industrijska proizvodnja; kao prirodni rezervoar koji sadrži patogene mikroorganizme. Regulacija sadržaja HM u tlu mora se vršiti na osnovu zemljišno-ekoloških principa, koji negiraju mogućnost pronalaženja ujednačenih vrijednosti za sva tla.
Postoje dva glavna pristupa pitanju sanacije tla kontaminiranih HM. Prvi je usmjeren na čišćenje tla od HM. Prečišćavanje se može izvesti ispiranjem, ekstrakcijom HM iz tla pomoću biljaka, uklanjanjem gornjeg kontaminiranog sloja tla, itd. Drugi pristup se zasniva na fiksiranju HM u tlu, pretvarajući ih u vodonetopive oblike nedostupne živim organizmima. . Za to se predlaže unošenje u zemljište organske materije, fosfornih mineralnih đubriva, jonoizmjenjivačkih smola, prirodnih zeolita, mrkog uglja, vapnenja zemljišta itd. Međutim, svaka metoda fiksiranja HM u tlu ima svoje trajanje . Prije ili kasnije, dio HM će ponovo početi ulaziti u otopinu tla, a odatle u žive organizme.
Tako je više od 40 hemijskih elemenata klasifikovano kao teški metali, čija je atomska masa preko 50 amu. jesti. To su Pb, Zn, Cd, Hg, Cu, Mo, Mn, Ni, Sn, Co itd. Među HM-ima ima mnogo mikroelemenata koji su neophodne i nezamjenjive komponente biokatalizatora i bioregulatora najvažnijih fizioloških procesa. Međutim, prekomjerni sadržaj HM u različitim objektima biosfere djeluje depresivno, pa čak i toksično na žive organizme.
Izvori ulaska HM u tlo dijele se na prirodne (trošenje stijena i minerala, procesi erozije, vulkanska aktivnost) i umjetne (vađenje i prerada minerala, sagorijevanje goriva, utjecaj vozila, poljoprivreda itd.).
HM dolaze na površinu tla u različitim oblicima. To su oksidi i razne soli metala, kako rastvorljive tako i praktično netopive u vodi.
Ekološke posljedice zagađenja tla HM zavise od parametara zagađenja, geohemijskih uslova i stabilnosti tla. Parametri zagađenja obuhvataju prirodu metala, odnosno njegove hemijske i toksične osobine, sadržaj metala u zemljištu, oblik hemijskog jedinjenja, period od trenutka zagađenja itd. alkalne i redoks uslove, aktivnost mikrobioloških i biohemijski procesi itd.
Otpornost živih organizama, posebno biljaka, na visoke koncentracije HM i njihova sposobnost da akumuliraju visoke koncentracije metala mogu predstavljati veliku opasnost po zdravlje ljudi, jer omogućavaju prodiranje zagađivača u lanac ishrane.
Prilikom standardizacije sadržaja TM u tlu treba uzeti u obzir polifunkcionalnost tla. Tlo se može posmatrati kao prirodno tijelo, kao stanište i supstrat za biljke, životinje i mikroorganizme, kao predmet i sredstvo poljoprivredne i industrijske proizvodnje, kao prirodni rezervoar koji sadrži patogene mikroorganizme, kao dio kopnene biogeocenoze i biosfere. kao cjelina.