Забруднення ґрунту важкими металами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Забруднення ґрунту важкими металами

1. Ґрунт

1.1 Що таке ґрунт

Ґрунтом називають верхній пухкий шар земної кори (літосфери), що утворився і змінюється в результаті вивітрювання гірських порід і безперервного впливу фізико-хімічних, біологічних процесів та діяльності людини; ґрунт - це складний комплекс органічних і мінеральних сполук, у процесі розвитку він набув основної своєї ознаки - родючості.

Важливим етапом у розвитку біосфери з'явилося виникнення такої її частини, як ґрунтовий покрив. З утворенням досить розвиненого ґрунтового покриву, біосфера стає цілісною завершеною системою, всі частини якої тісно взаємопов'язані і залежать один від одного.

Ґрунтовий покрив є найважливішим природним утворенням. Його роль в житті суспільства визначається тим, що ґрунт являє собою основне джерело продовольства, що забезпечує 95-97% продовольчих ресурсів для населення планети. Площа земельних ресурсів світу становить 129 млн. км² або 86,5% площі суші. Рілля і багаторічні насадження в складі сільськогосподарських угідь займають близько 15 млн. км² (10% суші), сінокоси і пасовища - 37,4 млн. км² (25% суші). Загальна придатність земель оцінюється різними дослідниками по різному: від 25 до 32 млн. км².

Поняття про ґрунт як про самостійне природне тіло з особливими властивостями з'явилися лише наприкінці XIX ст. завдяки В.В. Докучаєву - основоположнику сучасного ґрунтознавства. Він створив вчення про зони природи, ґрунтових зонах, факторах ґрунтоутворення.

Ґрунт і родючість невід'ємні одне від одного. Ґрунти з їх природною родючістю на земній кулі сформувалися у процесі складного перетворення порід і мінералів під впливом кліматичних і біологічних чинників. Утворення ґрунту - це процес взаємодії гірської породи з водою, повітря і живими організмами - мікроорганізмами, вищими рослинами і тваринами.

Під впливом живих організмів, що оселяються на породі, верхній шар її збагачується на органічні речовини, які зазнають подальших змін і перетворюються на доступні для рослин поживні речовини. Внаслідок біологічного, хімічного і фізичного вивітрювання в породах накопичуються зольні речовини, змінюється їх склад і властивості, вони поступово перетворюються на нове природне тіло - ґрунт.

Ґрунт - це особливе природне утворення, що володіє рядом властивостей, властивих живій і неживій природі. Ґрунт - це те середовище, де взаємодіє більша частина елементів біосфери: вода, повітря, живі організми. Ґрунт можна визначити як продукт вивітрювання, реорганізації й формування верхніх шарів земної кори під впливом живих організмів, атмосфери й обмінних процесів. Ґрунт складається з декількох горизонтів (шарів з однаковими ознаками), що виникають в результаті складної взаємодії материнських гірських порід, клімату, рослинних і тваринних організмів (особливо бактерій), рельєфу місцевості. Для всіх ґрунтів характерне зменшення змісту органічних речовин і живих організмів від верхніх горизонтів ґрунтів до нижнього.

1.2 Структура ґрунту

Структура ґрунту - це форма і розмір грудочок, на які вона розпадається. Краща структура - дрібно-комкувата. Усередині грудочок складаються умови для діяльності мікроорганізмів-гуміфікаторів, що утворюють гумус, а між грудочками - для мікроорганізмів, які розкладають гумус до доступних рослинам мінеральних сполук.

Ґрунт може бути сухою і вологою. Вона складається з різного роду мінеральних і органічних частинок, з проміжками між ними, заповненими повітрям, водою і величезною кількістю мікроорганізмів. Компоненти ґрунту розташовуються шарами, званими ґрунтовими горизонтами. Більшість ґрунтів мають чотири з шести можливих ґрунтових горизонтів. Деякі молоді ґрунту ґрунтових горизонтів не мають.

Горизонт A l - темно - пофарбований, утримуючий гумус, збагачений мінеральними речовинами й має для біогенних процесів найбільше значення.

Горизонт А 2 - елювіальний шар, має звичайно попелястий, ясно-сірий або жовтувато-сірий колір.

Горизонт В - елювіальний шар, звичайно щільне, бурий або коричневе фарбування, збагачений колоїднодисперсними мінералами.

Горизонт С - змінена ґрунтоутворюючими процесами - материнська порода.

Поверхневий горизонт «А», званий дернина, являє собою шар з опалого листя і частково з розкладених гілок, залишків тварин, стебел скошеної трави та інших органічних речовин. Він має темне коричневе забарвлення. Має високу повітропроникність і водопроникність. Товщина цього шару невелика: на відкритих просторах - кілька сантиметрів, в лісових масивах - 10-15 см.

Нижче горизонту «А» розташовується горизонт «В», який називають гумусовим. Його особливістю є пориста структура, що включає перегнилі органічні залишки, механічні частинки піску, глини, мулу або ряду інших неорганічних речовин. У даному шарі концентрується основна поживна маса, яка визначає родючість ґрунту. Гумусовий шар має чорний колір по всій своїй товщині, яка в різних місцевостях становить від 10 см до 1 м. У ньому розташовуються коріння рослин. Наявність гумусу визначає родючість ґрунту, яка є її головним властивістю. Гумус - органічна речовина, найбільш стійке до розкладання й тому зберігається після того, як основний процес розкладання вже завершений. Поступово гумус також мінералізується до неорганічної речовини. Перемішування гумусу із ґрунтом надає їй структуру. Збагачений гумусом шар називається орним, а той, що під ним - підорним. Основні функції гумусу зводяться до серії складних обмінних процесів, в яких беруть участь не тільки азот, кисень, вуглець і вода, але й різні мінеральні солі, присутні в ґрунті. Під гумусовим горизонтом розташовується шар підґрунтя, відповідає вилуженої частини ґрунту, і горизонт, що відповідає материнській породі.

Наступний горизонт «С» за поживними властивостями поступається горизонту «В». У ньому накопичуються лише ті поживні речовини, які просочуються разом з водою. За механічними властивостями цей шар більш твердий і відноситься до акумуляційного горизонту.

Горизонт «D» являє собою різні комбінації піску, глини або гравію, що утворилися в результаті руйнування гірських порід, і є каркасом для вище розміщених ґрунтоутворюючих шарів.

Всі перераховані шари розташовуються на материковій породі.

Також ґрунт складається з трьох фаз: твердої, рідкої і газоподібної. У твердій фазі переважають мінеральні утворення й різні органічні речовини, в тому числі гумус, або перегній, а також ґрунтові колоїди, що мають органічне, мінеральне або органічно-мінеральне походження. Рідку фазу ґрунту, або ґрунтовий розчин, становить вода з розчиненими в ній органічними та мінеральними сполуками, а також газами. Газову фазу ґрунту становить «ґрунтове повітря», що включає гази, що заповнюють вільні від води пори.

Важливим компонентом ґрунту, що сприяє зміні її фізико-хімічних властивостей, є її біомаса, що включає крім мікроорганізмів (бактерії, водорості, гриби, одноклітинні) ще й хробаків і членистоногих.

Зі сказаного випливає, що ґрунт включає мінеральні частки, детрит, безліч живих організмів, тобто ґрунт - це складна екосистема, що забезпечує ріст рослин. Ґрунти - це повільно поновлюваний ресурс. Процеси ґрунтоутворення протікають дуже повільно, зі швидкістю від 0,5 до 2 см за 100 років. Потужність ґрунту невелика: від 30 см у тундрі до 160 см - у західних чорноземах. Одна з особливостей ґрунту - природна родючість - формується дуже тривалий час, а знищення родючості відбувається всього за 5-10 років. Зі сказаного випливає, що ґрунт менш рухливий у порівнянні з іншими абіотичними складовими біосфери.

2. Роль і значення ґрунту в природі і житті людини

2.1 Біологічний кругообіг

Важливою складовою частиною біосфери є ґрунт, що являє собою нестабільну і неінертну масу, де безперервно здійснюється біологічний кругообіг - синтез і розпад органічних речовин - основа життя на планеті. Поряд з біологічним кругообігом речовин між ґрунтом і живими організмами в природі має місце і геологічний кругообіг речовин, з яким пов'язаний процес розчинення і винесення поживних речовин з ґрунту в ріки, моря і океани, де вони відкладаються у вигляді різного роду осадових порід. З цим процесом зв'язане збіднення та зниження родючості ґрунту.

Біологічний кругообіг речовин у природі лежить в основі сільськогосподарського виробництва. При високій культурі землеробства у біологічний кругообіг між ґрунтом і рослинами, що на ньому ростуть, можна залучити нові елементи живлення, підвищуючи цим самим родючість орного шару і зменшуючи дію геологічного кругообігу. Потужним джерелом у цьому відношенні є органічні і мінеральні добрива. З їх допомогою в біологічний кругообіг речовин не тільки залучаються нові елементи живлення, але й поліпшуються фізичні, хімічні та біологічні властивості ґрунту і створюються реальні можливості для підвищення врожаю.

2.2 Взаємодія ґрунту з природою

Ґрунт постійно взаємодіє з іншими елементами природи і має важливе значення в загальному кругообігу речовин. Разом з рослинними, тваринними організмами та мікроорганізмами ґрунти утворюють складні екологічні системи (біогеоценози), які виконують у біосфері планети важливі функції, забезпечуючи саме життя (безперервний процес біогенного накопичення, трансформації і перерозподілу енергії, що надходить від Сонця на Землю; підтримання на планеті загальносвітового кругообігу хімічних елементів - кисню, водню, вуглецю, азоту, фосфору, сірки, кальцію, міді, цинку, кобальту, йоду та ін.). На ґрунті розвивається основна частина рослин Землі, які є головним первинним джерелом харчового і біоенергетичного матеріалу для інших мешканців нашої планети. Зелені рослини підтримують нормальний рівень вмісту кисню в атмосфері. У ґрунті трансформується велика кількість біомаси, яка відмирає і таким чином підтримується природний склад атмосфери, а також родючість та відносна стабільність самого ґрунту.

Через ґрунт проходить взаємодія літосфери з атмосферою. Піднятий в атмосферу ґрунтовий пил сприяє утворенню опадів, зменшує прозорість повітря і знижує кількість променевої енергії, що досягає поверхні Землі. Хімічні речовини, що потрапляють з атмосфери у ґрунт, взаємодіють з ним, утворюють іноді нові сполуки з різною дією на ґрунт, рослинні й тваринні організми. У процесі стоку з ґрунту у водойми надходить велика кількість органічних речовин, які сприяють розвитку водних організмів. Також ґрунт є середовищем проживання і субстратом для багатьох видів тварин.

Завдяки відзначеним взаємозв'язкам ті чи інші зміни у ґрунті неминуче викликають зміни в інших складових частинах природи.

2.3 Значення ґрунту в житті людини

Велика роль ґрунту в житті людини. З ґрунту вона одержує майже все (за винятком ресурсів моря) необхідне для підтримання свого існування. Ґрунт (і його родючість) - важливе й незамінне джерело харчових ресурсів для людства. Потрібно завжди турбуватися про нього і робити все можливе, щоб залишити його поліпшеним для наступних поколінь.

Крім того, ґрунт є середовищем мешкання численних найпростіших тварин і мікроорганізмів, що хвороботворно впливають на людину. Він є своєрідним інкубатором для багатьох гельмінтів (глистів), там мешкають також кровосисні комахи, кліщі, гризуни, які є переносниками деяких хвороб. У ґрунті можуть знаходитися збудники чуми, туберкульозу, дизентерії, бруцельозу, червоного тифу. Зараження людини може відбуватися при обробітку землі, збиранні урожаю, будівельних роботах тощо. На стан здоров'я людини також може впливати (через рослини і тварини) нестача (або надлишок) у ґрунті окремих хімічних елементів (наприклад, досить поширене захворювання людини - ендемічний зоб, зв'язаний з нестачею рухомих форм йоду в ґрунті, а надлишок нітратів токсично впливає на людину безпосередньо через рослини). Отже, використання і охорона ґрунтів мають базуватися на їх різноманітній ролі в природі і житті людини.

3. Забруднення ґрунтів важкими металами

Ґрунт - особливе природне утворення, що володіють рядом властивостей, властивих живій і неживій природі, що сформувалося в результаті тривалого перетворення поверхневих шарів літосфери під спільним взаємозумовленим взаємодією гідросфери, атмосфери, живих і мертвих організмів.

На відміну від води і атмосферного повітря, ґрунт є найбільш об'єктивним і стабільним індикатором техногенного забруднення. Ґрунт чітко відображає рівень забруднюючих речовин та їх розподіл. Ґрунт піддається впливу забруднювачів, що надходять з атмосфери, з поверхневим стоком, з підґрунтових порід і підземних вод.

За оцінкою науковців на сьогодні понад 9,0 млн. га сільськогосподарських угідь зазнали радіоактивного забруднення внаслідок катастрофи на ЧАЕС, значні площі ґрунтів щорічно забруднюються пестицидами та близько 20% орних земель забруднено важкими металами.

3.1 Важкі метали та їх особливості

Важкі метали це кольорові метали, щільність яких більше щільності заліза. До важких металів, коефіцієнт концентрації яких більше 100, відносяться олово (Sn), молібден (Mn), вольфрам (W), срібло (Ag), мідь (Cu), ртуть (Hg), свинець (Pb), стронцій (Sr), цинк (Zn), барій (Ba), кобальт (Со), нікель (Ni), залізо (Fe), йод (I), фтор (F), марганець (Mn).

Ці хімічні речовини найчастіше потрапляють у продукти харчування з довкілля. Вони можуть надходити не тільки з їжею, але і з вдихуваним повітрям і питною водою, однак аліментарний (харчовий) шлях у більшості випадків є основним. Частина елементів належить до життєво необхідних - біомікро-елементів. Для більшості з них визначена оптимальна фізіологічна потреба. Так, для дорослої людини лобова потреба становить: у міді - 2-2,5 мг, у марганці - 5-6 мг, у кобальті - 0,1-0,2 мг, у цинку - 10-12 мг, у молібдені - 0,2-0,3 мг, у нікелі - 0,6-0,8 мг, у залізі - 15-20 мг, у йоді - 0,2 мг, у фторі - 2,3 мг.

Особливістю важких металів є те, що в невеликих кількостях майже всі вони необхідні для рослин і живих організмів. Проте перевищення допустимого їх кількості призводить до серйозних захворювань. Особливою токсичністю вирізняються деякі важкі метали (ртуть, кадмій, свинець).

Згадані забруднювачі потрапляють у харчову сировину і продукти переважно такими шляхами:

- у районах родовища металевих або інших руд відповідними елементами забруднюється ґрунт, а від нього - рослинність і води;

- вони містяться в атмосферних викидах та інших відходах промислових підприємств, електростанцій, транспорту;

- ґрунт може забруднюватися цими хімічними речовинами внаслідок удобрення недостатньо очищеними стічними водами, осадом з очисних споруд.

Наявність згаданих хімічних речовин у харчових продуктах у кількостях, що в 2-3 рази перевищують фонові, небажана, а перевищення гранично допустимих концентрацій (ГДК) - недопустиме. Вісім із них (ртуть, кадмій, миш'як, свинець, мідь, стронцій, цинк, залізо) Об'єднана комісія ФАО і ВООЗ з харчового кодексу зарахувала до компонентів, вміст яких контролюється при міжнародній торгівлі продуктами харчування.

В Україні, крім того, за наявності відповідних показань, підлягають контролю ще сім хімічних елементів: сурма, нікель, хром, алюміній, фтор, йод, селен.

Важкі метали небезпечні тим, що вони мають здатність накопичуватися в живих організмах, включатися в метаболічний цикл, утворювати високотоксичні металоорганічні з'єднання (наприклад, метил - ртуть, алкіл свинцю), змінювати форми знаходження при переході від однієї природного середовища в іншу, не піддаючись біологічного розкладання. Важкі метали викликають у людини серйозні фізіологічні порушення, токсикоз, алергію, онкологічні захворювання, негативно впливають на зародок і генетичну спадковість.

3.2 Характеристика важких металів

Кадмій не належить до біомікроелементів. Він вважається одним із найнебезпечніших металів, що забруднюють їжу. У геохімічних провінціях вміст кадмію в рослинних продуктах відраює від одиниць до десятків мкг/кг, рідко сягаючи 100-180 мкг/кг. В окремих продуктах, досліджених у деяких країнах, виявлено такі концентрації кадмію: у зернових - 28-95 мкг/кг, у горосі - 15-19 мкг/кг, у картоплі - 12-50 мкг/кг, у капусті - 2-26 мкг/кг, у фруктах - 9-42 мкг/кг, в рослинній олії - 10-50 мкг/л, у цукрі - 5-31 мкг/кг. Найвищі концентрації кадмію в грибах - 100-500 мкг/кг. На думку багатьох вчених (К. Рейлі, 1985), концентрація кадмію в рослинах має тенденцію до підвищення, що, очевидно пов'язано з використанням добрив та пестицидів, що містять домішки кадмію. Показану чітку залежність між вмістом кадмію в ґрунті і його концентрацією в рослинних продуктах. Кадмій належить до сильно отруйних речовин. Смертельна доза кадмію становить 150 мг/кг маси тіла. Потрапляючи в організм, кадмій накопичується в нирках, печінці і статевих органах, що веде до розвитку гіпертонії, призводить до деформації скелета, зниження зростання і сильним больовим відчуттям у попереку. З кадмієм також пов'язані рак передміхурової залози, ниркові розлади, протеїнурія, хвороба «ітай - ітай». Експерти ФАО запропонували вважати допустимим для дорослих людей тижневе надходження кадмію в кількості 500 мкг, а допустимою добовою дозою - 1 мкг/кг маси тіла.

Ртуть не належить до життєво необхідних мікроелементів. Ртуть та її сполуки зараховують до найнебезпечніших, високотоксичних речовин у довкіллі. Встановлено, що ртуть в ґрунт надходить з деякими пестицидами, побутовими відходами та вийшли з ладу вимірювальними приладами. Наприклад, одна люмінесцентна лампа містить 80 мг ртуті. Сумарні неконтрольовані викиди ртуті складають 4 - 5 тис. т / рік. Сполуки, що містять ртуть, здатні проникати в рослини через листя й кореневу систему. В Україні вміси ртуті в їстівних частинах сільськогосподарських культур часто становить від 2 до 20 мкг/кг, рідко - до 50 мкг/кг і максимум до 200 мкг/кг. В овочах у середньому він дорівнює 3-59 мкг/кг, у фруктах - 10-124 мкг/кг, у зернових - 10-103 мкг/кг. Вища, ніж у рослинах, концентрація ртуті в грибах та рибі (від 6 до 447 мкг/кг). При постійному надходженні ртуті в організм у малих кількостях відбувається ураження центральної і вегетативної нервової системи, що приводить до легкої збудливості і ослаблення пам'яті, а також печінки, нирок, органів травлення. В наслідок надходження в організм невеликих доз ртуті, має назву мікромеркуріалізм. При ній відзначаються головний біль, швидка стомлюваність, послаблення пам'яті, почуття тривоги, апатія, погіршення апетиту, схуднення, зниження імунітету. Вміст ртуті на думку, експертів ФАО, не повинен перевищувати 0,03 мг/кг, що нижче або на рівні фону. У нашій країні ртуть нормується в продуктах харчування за токсикологічною ознакою (див. табл. 3.2).

Свинець також не належить до життєво необхідних мікроелементів. Він є дуже токсичним для живих організмів. З кожної тонни видобутого свинцю до 25 кг його надходить в навколишнє середовище. Величезна кількість свинцю виділяється в атмосферу разом з вихлопними газами автомобілів. Забруднення ґрунту і рослин свинцем вздовж автомобільних доріг поширюється на відстань до 200 метрі, а рівень забрудненості сягає 100-1000 мг/кг. Рослини, що виросли на ґрунтах, забруднених свинцем, поблизу підприємств та автострад, багатші на цей елемент; овочі, злаки містять свинцю щонайменше 0,2 мг/кг, что сто до 1 мг/кг і більше. Значна кількість свинцю виявилася в чаї - до 43 мг/кг. Попадання свинцю в організм людини через сільськогосподарські продукти може призвести до ураження кровотворної, нервової, травної системі та нирок.

ФАО встановила як максимально допустиме надходження свинцю для дорослої людини - 3 мг на тиждень. В Україні свинець нормується за токсикологічною ознакою.

Забруднення ґрунту міддю і цинком щорічно складає 35 і 27 кг/км відповідно. Підвищення концентрацій цих металів у ґрунті призводить до уповільнення росту рослин та зниження врожайності сільськогосподарських культур.

3.3 Вплив промислових підприємств на ґрунти України

При роботі двигунів внутрішнього згоряння інтенсивно виділяються оксиди азоту, свинець, вуглеводні, оксид вуглецю, сажа та інші речовини, які осідають на поверхню землі або поглинаються рослинами. В останньому випадку ці речовини також потрапляють у ґрунт і втягуються в кругообіг, пов'язаний з харчовими ланцюгами.

Промислові підприємства України викидають в атмосферу велику кількість шкідливих речовин, серед яких важливими негативними чинниками є важкі метали (ВМ). Значна їх кількість потрапляє у ґрунт від вихлопних газів автотранспорту та від застосування в сільському господарстві мінеральних добрив і хімічних меліорантів.

Оскільки важка промисловість загалом зосереджена у великих містах, то й асортимент токсикантів, що надходять у їх навколишнє середовище, досить різноманітний, а рівень забруднення ґрунтів важкими металами нерідко перевищує граничнодопустиму концентрацію (ГДК) у 5-10 і більше разів. Встановлено, що з віддаленням від промислово-міських конгломерацій рівень забруднення довкілля, зокрема ґрунтів, різко зменшується, і вже на відстані 10-20 км вміст важких металів у ґрунті наближається до фонових значень. Однак на розподіл токсикантів, зокрема важких металів, значно впливає «роза вітрів». З космосу видно, що в окремих випадках шлейфи великих промислових підприємств досягають на відстані 100-150 км.

Обстеження земель навколо металургійних центрів, проведене Інститутом ґрунтознавства й агрохімії, засвідчило, що в радіусі 10 км вміст свинцю був майже однаковим і на порядок перевищував фонові значення. Найбільше перевищення спостерігалося в містах Дніпропетровську та Маріуполі. Значне перевищення ГДК вмісту важких металів у ґрунті було відмічено біля таких промислових центрів як Алчевськ, Краматорськ, Дніпропетровськ, Маріуполь, Кривий Ріг, Запоріжжя та Донецьк.

Вміст у ґрунтах окремих металів, зокрема кадмію на один - два порядки вищий від фонових рівнів, виявлено навколо Донецька, Запоріжжя, Лисичанська, Харкова, хрому - навколо Донецька та Запоріжжя.

Щодо окремих регіонів, то високий вміст нікелю (50 мг/кг ґрунту) відмічено в житомирській, Київській, Черкаській, Чернівецькій, Херсонській, Донецькій і Луганській областях. Але рівень забруднення в цілому не перевищує ГДК, тобто 50 мг/кг. Це стосується таких елементів, як цинк кобальт, хром.

Загалом, за даними Національного центру Інституту ґрунтознавства і агрохімії, нині близько 20% території України забруднено важкими металами. Зважаючи на значимість негативного впливу важких металів для екологічного стану та родючості ґрунтів, якості сільськогосподарської продукції, умов існування біоти і здоров'я людини, потрібно, з одного боку, поліпшувати контроль за їх надходженням в екосистеми, а з іншого - удосконалювати технології промислового виробництва з метою зменшення викидів у навколишнє середовище небезпечних речовин, зокрема важких металів.

3.4 Небезпечність важких металів

Найбільш токсичні для ґрунту, біоти та людини важких металів І класу небезпечності. Більшість цих речовин сконцентровано в трофічних ланцюгах. Незважаючи на те, що самі собою важкі метали не ксенобіотики, у підвищених концентраціях вони завдають школи всім живим організмам. У ґрунтах знижується біологічна активність, зменшується врожай сільськогосподарських культур, його якісні показники, що негативно впливає на здоров'я людей.

Екологічний стан ґрунтів за вмістом важких металів оцінюють, порівнюючи їх фактичний вміст у ґрунті з такими показниками, як граничнодопустимі концентрації та геохімічний фон для певного типу ґрунтів окремого району - кларк (табл. 3.3)

Важкі метали у ґрунті можуть перебувати у різних за ступенем рухомості формах:

- у вигляді комплексних сполук з органічними та неорганічними речовинами;

- у складі первинних і вторинних мінералів;

- адсорбованими на ґрунтових колоїдах;

- у складі солей різного ступеня розчинності;

- в ґрунтовому розчині у вигляді іонів.

За ступенем рухомості всі сполуки металів у ґрунті можна поділити на нерухомі, потенційно рухомі та рухомі форми. Саме останні, тобто ВМ у рухомій формі, зумовлюють їх негативну дію стосовно біоти та людини. Властивості ґрунтів істотно позначаються на рухомості важких металів: у ґрунтах з низькою буферною здатністю їх кількість у рухомій формі буде більшою, ніж у високобуферних ґрунтах навіть за однакових інших умов - фонового вмісту, рівня антропогенного забруднення. Саме буферна здатність буде зумовлювати захисні властивості ґрунтів. Тому для визначення реальної небезпечності важких металів потрібно проводити контроль саме за вмістом їх рухомих сполук. Показник валового вмісту ВМ доцільно використовувати для загальної характеристики стану забруднення ґрунтів і потенційної їх небезпечності.

3.5 Контроль забруднення ґрунту

Періодичність контролю забруднення ґрунту важкими металами залежить від:

· цільового використання сільськогосподарських угідь, зокрема виділення спеціальних сировинних зон для виробництва продуктів дитячого та дієтичного харчування, вирощування овочевих культур, упровадження органічних та альтернативних систем рільництва і земель оздоровчого призначення;

· визначення рівня інтенсивності забруднення (біля об'єктів промисловості, автошляхів, промислово-міських конгломерацій, звалищ, полів очищення міських комунальних вод).

Обстежуючи території, які не належать до спеціальних сировинних зон та зон локального забруднення, тобто на всіх інших землях сільськогосподарського призначення, контроль за вмістом валових форм важких металів у ґрунтах доцільно проводити з періодичністю один раз на 10 років, рухомих форм - один раз на 5 років. Під час обстеження сировинних зон для виробництва продуктів дитячого та дієтичного харчування контроль за вмістом рухомих форм проводять не рідше одного разу на 3 роки.

Вибір пріоритетних металів, вміст яких слід контролювати базується на таких факторах:

- рівень токсичності металу, яка характеризується величиною ГДК;

- фізико-хімічні властивості металу, які визначають його поведінку в ґрунтах, міграцію у природні води та рослини;

- співвідношення між регіональними фоновим вмістом металу в ґрунті й надходженням його в ґрунт за рахунок антропогенної діяльності.

За визначенням Всесвітньої організації охорони здоров'я, свинець, ртуть і кадмій є найнебезпечнішими важкими металами, представляючи «страшну трійцю» у природному середовищі. В останні роки виявилася висока токсичність берилію, миш'яку, селену, сурми, талію, нікелю, олова, ванадію, які відносяться до біологічно активних. Відповідно до державних стандартів токсичні хімічні елементи розділені за класами гігієнічної небезпеки. За класами вони такі:

· I клас: миш'як (As), берилій (Be), ртуть (Hg), селен (Sn), кадмій (Cd), свинець (Pb), цинк (Zn), фтор (F);

· II клас: хром (Cr), кобальт (Co), бор (B), молібден (Mn), нікель (Ni), мідь (Cu), сурма (Sb);

· III клас: барій (Ba), ванадій (V), вольфрам (W), марганець (Mn), стронцій (Sr).

У першу чергу контролюють вміст у ґрунті ВМ І класу небезпечності, у другу - за вмістом важких металів ІІ клас небезпечності, у третю чергу - ІІІ клас.

Класифікацію ґрунтів за ступенем забруднення важких металів проводять за ГДК та за фоновим вмістом у ґрунті. За ступенем забруднення ґрунти поділяють на сильнозабруднені, середньозабруднені, слабкозабруднені.

Оцінюючи ступені забруднення ґрунтів ВМ користуються даними щодо граничнодопустимих концентрацій та їх фонового вмісту в ґрунтах основних природно-кліматичних зон України. До сильно забруднених належать ґрунти в яких вміст важких металів у декілька разів перевищує ГДК і які мають внаслідок забруднення низьку біологічну активність та продуктивність, зазнали істотних змін фізико-хімічних та біологічних характеристик. Вміст важких металів на цих ґрунтах зазвичай у рослинній продукції перевищує встановлені норми. До середньо забруднених належать ґрунти, у яких установлено перевищення ГДК без видимих змін властивостей, до слабко забруднених - вміст важких металів у яких не перевищує ГДК, але вищий від природного фону.

Отже, під час оцінки ступеня забруднення важкими металами використовують дані щодо ГДК та їх фонового вмісту в ґрунтах основних природно-кліматичних зон Україні. У разі виявлення в ґрунті підвищеного вмісту декількох металів забруднення оцінюють за металом, вміст якого найбільше перевищує нормативи.

Вміст важких металів у ґрунт на землях сільськогосподарського призначення контролює Державний технологічний центр охорони родючості ґрунтів Міністерства аграрної політики України.

4. Шляхи вирішення проблеми

Забруднення ґрунтів важкими металами призводить до утворення кислої або лужної реакції ґрунтового середовища, зниження обмінної ємності катіонів, втрати поживних речовин, до зміни щільності, пористості, відбивної здатності, до розвитку ерозії, дефляції, до скорочення видового складу рослинності, її пригнічення або до повної загибелі.

Існує багато шляхів поліпшення ґрунту. Але більш ефективним методом є рекультивація земель. Рекультивація земель - це комплекс організаційних, технічних, біотехнологічних та правових заходів, здійснюваних з метою відновлення ґрунтового покриву, поліпшення стану та продуктивності порушених земель. Зазвичай рекультивація земель проводиться комплексно. Існує технічний її етап, і біологічний. Виконуються вони зазвичай послідовно. Технічний етап передбачає усунення різних проблем ландшафту, захоронення відходів, і багато іншого, а біологічна рекультивація постраждалих земель включає спектр агротехнічних робіт для відновлення родючості та інших показників ґрунту. Часто для цього використовують посадки різних бобових рослин, які здатні накопичувати в землі атмосферний азот, роблячи ґрунт привабливою для рослин інших видів, або тополя чорна. Також біологічна рекультивація земель може припускати висадку нових лісових насаджень замість вирубаних старих, і багато іншого.

Перш, ніж почати рекультивацію таких земель необхідно встановити джерело і причини забруднення, провести заходи щодо зниження викидів, локалізації або ліквідації джерела забруднення. Тільки за таких умов може бути досягнута висока ефективність рекультиваційних робіт.

Орієнтиром для розробки складу робіт з рекультивації земель в першу чергу служить пріоритетна речовина, що викликає погіршення екологічного стану ґрунтів і якість сільськогосподарської продукції, а очікувана рухливість інших небезпечних речовин повинна регулюється спеціальними або комплексними заходами.

Рекультивація земель, забруднених важкими металами, здійснюється з використанням таких способів:

1) Культивування стійких до забруднення культурних і дикорослих рослин. На забруднених землях сільськогосподарського призначення проводиться реорганізація та переорієнтація сільськогосподарського виробництва за рахунок введення нової структури рослинництва, що забезпечує отримання якісної продукції. У зонах з надзвичайною екологічною ситуацією, що мають багатоелементний набір забруднювачів, доцільно переходити з виробництва овочів на зерно - кормові сівозміни і розвиток тваринництва з особливим режимом утримання тварин, наприклад, з стійловому і годуванням розведеними кормами або з вигоном на забруднені і чисті луки.

Перехід на інші сільськогосподарські культури визначається різною їх чуйністю на рівень вмісту металів у ґрунті, причому ця чуйність у рослин проявляється як в залежності від виду, сорту, так і за розподілом металів у вегетативних і регенеративних органах. Різна накопичення важких металів у рослинах викликано існуванням біологічних бар'єрів в системі: ґрунт - корінь - стебло (листя) - регенеративний орган. Зазвичай найбільше накопичення важких металів спостерігається у вегетативних органах, найменше - у регенеративних, наприклад, при вмісті в ґрунті 800 мг/кг свинцю в соломі жита виявлено 9 мг/кг, а в зерні - 0,9 мг/кг. Чуйність рослин на окремі метали можна простежити на прикладі кадмію, найбільш чутливими до надлишку кадмію є соя, салат, шпинат, а стійкими - рис, томат, капуста.

З урахуванням конкретних умов на ґрунтах, забруднених важкими металами, можна вирощувати наступні стійкі культури: зернові колосові, злакові трави, картоплю, капусту, томати, бавовник, цукровий буряк.

2) Рекультивація ґрунтів за допомогою рослин (фіторекультивації), здатних накопичувати важкі метали у вегетативних органах. Встановлено, що дерево за вегетаційний період вздовж автомобільної дороги здатне накопичувати в собі кількість свинцю, рівне його вмісту в 130 кг бензину, тому в населених пунктах із забрудненими районами листовий опад доцільно збирати і утилізувати. Для очищення ґрунтів від цинку, свинцю і кадмію необхідно вирощувати великий горець, від свинцю і хрому - гірчицю, від нікелю - гречку і т.д., при забрудненні радіоактивними ізотопами можна використовувати горох, люцерну, махорку.

3) Регулювання рухливості важких металів у ґрунті. Поглинання важких металів рослинами залежить від вмісту їх рухомих форм у ґрунті. Існування рухомих форм визначається властивостями і родючістю ґрунтів, біогеохімічними процесами, інтенсивністю та обсягами надходження важких металів у ґрунт, виносом рослинами. Поведінка важких металів у ґрунті та способи управління їх змістом випливають з теорії геохімічних бар'єрів, а рекультивація забруднених ґрунтів зводиться до створення додаткових бар'єрів, управлінню існуючими бар'єрами або до ослаблення деяких з них.

Ґрунти, важкі за механічним складом і мають високу родючість, містять менше рухомих форм важких металів, ніж ґрунти легкі і малопродуктивні. Багато з металів, що відносяться до першого класу небезпеки, в нейтральному ґрунтовому середовищі утворюються важко розчинні сполуки, а в кислому - легко розчинні. Кадмій найбільш рухливий у кислому середовищі і слабо рухливий у нейтральному і лужному середовищі. До рухомих в кислому середовищі відносяться ряд хімічних сполук, що містять катіони Zn, Сu, Pb, Cd, Sr, Mn, Ni, Co та ін. До рухомих в нейтральному і лужному середовищі - Mo, Cr, As, V, Se.

У рівних умовах найменшою розчинністю володіють фосфати і сульфіди важких металів, з карбонатних з'єднань меншу розчинність мають з'єднання ртуті, свинцю і кадмію. Гідроксиди важких металів утворюють важко розчинні форми в слабокислих і нейтральних середовищах, винятком є гідроксид Fe (рН= 2,5) і Al (рН = 4,1).

На рухливість впливають органічні речовини з малою молекулярною масою, фульвокислоти і гумінові кислоти, так кількість рухомої міді змінюється від 4,5 мг/кг до 2,0 мг/кг при зміні вмісту гумусу в ґрунті від 0,6 до 6,5%. Адсорбція свинцю ґрунтом при зміні змісту в ній гумусу від 2,5% до 7,0% зростає з 5 мкг/кг до 20 мкг/кг.

Внесення в ґрунт рідкого гною і слабо розклалися органічних речовин підвищує рухливість важких металів за рахунок утворення низькомолекулярних водорозчинних комплексів. Надходження важких металів у рослини за ступенем їх рухливості: кадмій - свинець - цинк - мідь.

Для регулювання рухливості сполук важких металів у ґрунті використовують вапнування, гіпсування, внесення органічних і мінеральних добрив, землювання (внесення глини або піску).

При рекультивації земель, забруднених важкими металами, значна увага приділяється підтриманню і утворення в ґрунті важкорозчинних сполук. Для цього на додаток до наведених способам використовують штучні та природні адсорбенти. До природних відносяться торф, мох, чорноземні ґрунти, сапропель, бентонітові та бентоніто-подобні глини, глауконітові піски, кліноптілоліта, опоки, трепели, діатоміти. Штучні адсорбенти створюються в результаті активації або змішання природних адсорбентів, наприклад, активоване вугілля, алюмосилікатні і залізо-алюмосилікатні адсорбенти, углеалюмогелі, адсорбент «СОРБЕКС», іонообмінні смоли, полістирол.

Виборча здатність адсорбентів може бути орієнтована на певні метали, наприклад, при використанні адсорбенту «меркапто-8-триазинов» кадмій, свинець, ртуть і нікель переходять в недоступні для рослин сполуки (досвід Японії, Франції, Німеччини та інших країн), застосування кліноптололіта значно знижує надходження свинцю, хрому, кадмію, міді, цинку в рослини і т.д.

4) Регулювання співвідношень хімічних елементів у ґрунті. В основі цього методу лежить антагонізм і синергізм хімічних елементів, тобто коли один елемент перешкоджає або сприяє надходженню іншого в рослину, наприклад, цинк перешкоджає надходженню ртуті, а надлишок фосфору призводить до зниження токсичності цинку, кадмію, свинцю і міді, присутність кальцію може створити для одних металів антагоністичні, а для інших синергічні умови, в родючому ґрунті цинк і кадмій протистоять закріпленню міді і свинцю, а в малородючому ґрунті процес може розвиватися у зворотному напрямку.

5) Створення рекультиваційного шару, заміна або розбавлення забрудненого шару ґрунту може проводитися за багатошаровою схемою, а також шляхом нанесення одного шару ґрунту на попередньо екрановану або неекрановану забруднену поверхню. Розбавлення забрудненого шару проводиться землюванням чистого ґрунту з подальшим змішуванням, розбавлення може також проводиться за допомогою глибокої оранки, коли верхній забруднений шар перемішується з чистим нижнім шаром. Застосовують зняття забрудненого шару і його переробку, або зняття забрудненого ґрунту з подальшим очищенням і поверненням назад, але зазвичай такі операції проводять на невеликих ділянках, вони є дорогим способом рекультивації.

Для рекультивації великих територій, що включають Селітебні та рекреаційні зони населених пунктів, сільськогосподарські угіддя, які відчувають тривале забруднення, можна застосувати таку комплексну схему:

- Суттєве скорочення викидів підприємствами (технологічний бар'єр);

- Суворе дозування хімічних засобів захисту рослин, оптимальне регулювання поживного і кислотного режимів ґрунту (технологічний бар'єр);

- Управління водними міграційними потоками за рахунок організації поверхневого стоку, створення зливової каналізації, дренажних з подальшим очищенням стоків (механічний бар'єр);

- Посилення сорбційного бар'єру ґрунтового шару, необхідного для істотного зменшення кількості рухомих сполук важких металів, які надходять у рослини і забруднюють продукцію, в теж час загальна кількість металів у ґрунті може не тільки не зменшується, але навіть рости за рахунок зменшення рухливості.

- Додатково до цього - мінімізація інфільтраційної складової водного режиму ґрунтового шару в умовах поливу зелених насаджень, газонів, городніх, сільськогосподарських та інших культур, тобто виконання заходів, спрямованих, з одного боку, на деяке ослаблення гідрофізичного бар'єру, але з іншого - необхідних для закріплення ефекту від посилення сорбційного бар'єру.

Зменшення кількості рухомих сполук при внесенні сорбенту фактично послаблює перерозподіл загального вмісту металів по ґрунтовому профілю під дією низхідних струмів вологи і призводить до надлишкової акумуляції металів у самому верхньому шарі. Ослаблення гідрофізичного бар'єру шляхом регульованої інфільтрації сприяє перерозподілу металів, так як відбувається розбавлення ґрунтового розчину і одночасне зменшення важко розчинних сполук за рахунок десорбції.

Такий захід можна вважати можливим, оскільки при значному забрудненні ґрунтів і ґрунтових вод токсичними речовинами необхідно створювати інженерно-екологічну постійно діючу систему управління потоками речовини в компонентах: ґрунт - ґрунтові води. Подібна система забезпечує рекультивацію забруднених ґрунтів і ґрунтових вод, а також служить бар'єром для вступу техногенних продуктів у річки та інші місця розвантаження підземних стоків. Для кількісного обґрунтування цих заходів використовуються математичні моделі пересування вологи, а також важких металів з урахуванням їх сорбції та відбору корінням рослин.

Висновок

Ґрунт - найважливіший компонент біосфери, без якого існування на землі не можливо. Ґрунт постійно піддається антропогенним впливам. Щорічно в неї потрапляють тонни різних забруднюючих речовин з атмосфери. Це викиди підприємств та різні вихлопні гази. Забруднюючі речовини, в ґрунті, піддаються розкладанню, деякі мігрують в профілі і потрапляють у воду. Найбільшу небезпеку становлять важкі метали.

У ґрунт метали можуть потрапляти різними шляхами: з атмосфери у вигляді грубодисперсних аерозолів, що входять до складу викидів промислових підприємств (або вихлопних газів автомобілів), а також з дощем і снігом. Важкі метали міцно сорбуються і взаємодіють з ґрунтовим гумусом, утворюючи важкорозчинні з'єднання. Таким чином йде їх накопичення в ґрунті. Поряд з цим в ґрунті під впливом різних факторів відбувається постійна міграція потрапляють в неї речовин і перенесення їх на великі відстані.

Підприємства кольорової металургії можуть бути джерелами забруднення ґрунтів Cd, Pb, Ni, Zn, Hg, Сі, Fc, Mo і Sn. Викиди підприємств чорної металургії забруднюють грунт Ni, Mn, Сг, Cd, Со, Сі, Mo, Pb, Sn і Zn. В атмосферних випаданнях навколо алюмінієвих заводів, крім фтору, виявляється значна вміст алюмінію і лужних металів, особливо натрію, а також важких металів - свинцю, марганцю, міді та цинку, які є токсичними для людини. На мою думку, щоб наша Батьківщина стала квітучою та могутньою державою, необхідно підприємствам і виробникам транспорту більше приділяти уваги проблемам екології.

З усього вищесказаного, можна зробити висновок, що роль і значення ґрунту в народному господарстві і взагалі в житті людського суспільства дуже велика. Тому охорона ґрунтів і їх раціональне використання, є однією з найважливіших завдань всього людства.

Література

грунт метал забруднення промисловий

1. Федоренко О.І., Бондар О.І., Кудін А.В. Основи екології: Підручник. - К.: Знання, 2006. - 543 с.

2. Ісаєнко В.М., Чумак А.А, Кононко І.В. Екологія людини: Навч. посіб. - К.: вид-во Національного авіаційного університету «НАУ-друк», 2009. - 184 с.

3. Корсак К.В., Плахотнік О.В. Основи екології: Навч. посібник. - К.: МАУП, 1998. - 228 с.: іл. Бібліогр.: с. 225.

4. Клименко Л.П. Техноекологія: навч. посібник. - К.: ВД Професіонал. 2000. - 540 с.

5. Кучерявий В.П. Екологія. - Львів: Світ, 2001 - 500 с.: іл. Бібліогр.: с. 480.

6. Бурдіян Б.Г., ДеревянкоВ.О., Кривульченко А.І. Навколишнє середовище та його екологія: Навч. посібник. - К.: Вища шк., 1993. - 227 с.: іл.

7. Екологічні проблеми землеробства / І.Д. Примак, Ю.П. Манько, Н.М. Рідей, В.А. Мазур, В.І. Горщар, О.В. Конопльов, С.П. Паламарчук, О.І. Примак; За ред. І.Д. Примака - К.: Центр учбової літератури. - с. 456

8. Агроекологія: Навч. посібник / О.Ф. Смаглій, А.Т. Кардашов, П.В. Литвак та ін. - К.: Вища освіта, 2006. - 671 с.: іл.

9. Н.П. Романенко, О.П. Коваленко. Авіаційна географія і Основи екології: Методичні вказівки з підготовки та оформлення реферативних робіт і доповідей. - Кіровоград: ДЛАУ, 2007. - 36 с.

Размещено на Allbest.ru