ГЛАВА 5. ВОССТАНОВЛЕНИЕ И РЕКУЛЬТИВАЦИЯ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

7.3. Рекультивация земель, загрязненных тяжелыми металлами

ГЛАВА 5. ВОССТАНОВЛЕНИЕ И РЕКУЛЬТИВАЦИЯ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

Загрязнение почв тяжелыми металлами приводит к образованию кислой или щелочной реакции почвенной среды, снижению обменной емкости катионов, потери питательных веществ, к изменению плотности, пористости, отражательной способности, к развитию эрозии, дефляции, к сокращению видового состава растительности, ее угнетению или к полной гибели.

Прежде, чем начать рекультивацию таких земель необходимо установить источник и причины загрязнения, провести мероприятия по снижению выбросов, локализации или ликвидации источника загрязнения. Только при таких условиях может быть достигнута высокая эффективность рекультивационных работ.

Ориентиром для разработки состава работ по рекультивации земель в первую очередь служит приоритетное вещество, вызывающее ухудшение экологического состояния почв и качество сельскохозяйственной продукции, а ожидаемая подвижность других опасных веществ должна регулируется специальными или комплексными мероприятиями.

Рекультивация земель, загрязненных тяжелыми металлами, осуществляется с использованием следующих способов:

1) Культивирование устойчивых к загрязнению культурных и дикорастущих растений. На загрязненных землях сельскохозяйственного назначения проводится реорганизация и переориентация сельскохозяйственного производства за счет введения новой структуры растениеводства, обеспечивающей получение качественной продукции.

В зонах с чрезвычайной экологической ситуацией, имеющих многоэлементный набор загрязнителей, целесообразно переходить с производства овощей на зерно-кормовые севообороты и развитие животноводства с особым режимом содержания животных, например, со стойловым и кормлением разбавленными кормами или с выгоном на загрязненные и чистые луга.

Переход на другие сельскохозяйственные культуры определяется различной их отзывчивостью на уровень содержания металлов в почве, причем эта отзывчивость у растений проявляется как в зависимости от вида, сорта, так и по распределению металлов в вегетативных и регенеративных органах.

Различное накопление тяжелых металлов в растениях вызвано существованием биологических барьеров в системе: почва – корень – стебель (листья) – регенеративный орган.

Обычно наибольшее накопление тяжелых металлов наблюдается в вегетативных органах, наименьшее – в регенеративных, например, при содержании в почве 800мг/кг свинца в соломе ржи обнаружено 9 мг/кг, а в зерне – 0,9мг/кг.

Отзывчивость растений на отдельные металлы можно проследить на примере кадмия, наиболее чувствительными к избытку кадмия являются соя, салат, шпинат, а устойчивыми – рис, томат, капуста.

С учетом конкретных условий на почвах, загрязненных тяжелыми  металлами, можно  выращивать  следующие  устойчивыекультуры: зерновые колосовые, злаковые травы, картофель, капусту, томаты, хлопчатник, сахарную свеклу.

2) Рекультивация почв с помощью растений (фиторекультивация), способных накапливать тяжелые металлы в вегетативных органах.

Установлено, что дерево за вегетационный период вдоль автомобильной дороги способно накапливать в себе количество свинца, равное его содержанию в 130 кг бензина, поэтому в населенных пунктах с загрязненными районами листовой опад целесообразно собирать и утилизировать.

Для очистки почв от цинка, свинца и кадмия необходимо выращивать большой горец, от свинца и хрома – горчицу, от никеля – гречиху и т.д. (табл. 5), при загрязнение радиоактивными изотопами можно использовать вику, горох, люцерну, махорку.

3) Регулирование подвижности тяжелых металлов в почве. Поглощение тяжелых металлов растениями зависит от содержания их подвижных форм в почве. Существование подвижных форм определяется свойствами и плодородием почв, биогеохимическими процессами, интенсивностью и объемами поступления тяжелых металлов в почву, выносом растениями.

Поведение тяжелых металлов в почве и способы управления их содержанием вытекают из теории геохимических барьеров, а рекультивация загрязненных почв сводится к созданию дополнительных барьеров, управлению существующими барьерами или к ослаблению некоторых из них.

Почвы, тяжелые по механическому составу и имеющие высокое плодородие, содержат меньше подвижных форм тяжелых металлов, чем почвы легкие и малопродуктивные. Многие из металлов, относящиеся к первому классу опасности, в нейтральной почвенной среде образуют трудно растворимые соединения, а в кислой – легко растворимые.

Кадмий наиболее подвижен в кислой среде и слабо подвижен в нейтральной и щелочной среде. К подвижным в кислой среде относятся химическим соединениям, содержащие катионы Zn,Сu, Pb, Cd, Sr, Mn, Ni, Coи др. К подвижным в нейтральной и щелочной среде – Mo, Cr, As, V, Se.

В равных условиях  наименьшей  растворимостью  обладают фосфаты и сульфиды тяжелых металлов, из карбонатных соединений меньшую растворимость имеют соединенияртути, свинца и кадмия. Гидроксиды тяжелых металлов образуют трудно растворимые формы в слабокислых и нейтральных средах, исключением являются гидроксид Fe(рН = 2,5) и Al(рН = 4,1).

На подвижность оказывают влияние органические вещества с малой молекулярной массой, фульвокислоты и гуминовые кислоты, так количество подвижной меди изменяется от 4,5 мг/кг до 2,0 мг/кг при изменении содержания гумуса в почве от 0,6 до 6,5%. Адсорбция свинца почвой при изменении содержания в ней гумуса от 2,5% до 7,0% возрастает с 5 мкг/кг до 20 мкг/кг.

Внесение в почву жидкого навоза и слабо разложившихся органических веществ повышает подвижность тяжелых металлов за счет образования низкомолекулярных водорастворимых комплексов. Поступление тяжелых металлов в растения по степени их подвижности: кадмий – свинец – цинк – медь.

Для регулирования подвижности соединений тяжелых металлов в почве используют известкование, гипсование, внесение органических и минеральных удобрений, землевание (внесение глины или песка).При рекультивации земель, загрязненных тяжелыми металлами, значительное внимание уделяется поддержанию и образованию в почве труднорастворимых соединений.

Для этого в дополнение к приведенным способам используют искусственные и природные адсорбенты. К природным относятся торф, мох, черноземные почвы, сапропель, бентонитовые и бентонитоподобные глины, глауконитовые пески, клиноптилолиты, опоки, трепелы, диатомиты.

Искусственные адсорбенты создаются в результате активации или смешения природных адсорбентов, например, активированный уголь, алюмосиликатные и железо-алюмосиликатные адсорбенты, углеалюмогели, адсорбент «СОРБЭКС», ионообменные смолы, полистирол.

Избирательная способность адсорбентов может быть ориентирована на определенные металлы, например, при использование адсорбента  «МЕРКАПТО-8-ТРИАЗИН»  кадмий,  свинец, ртуть и никель переходят в недоступные для растений соединения (опыт Японии, Франции, Германии и других стран), применение клиноптололита значительно снижает поступление свинца, хрома, кадмия, меди, цинка в растения и т.д..

4) Регулирование соотношений химических элементов в почве. В основе этого способа лежит антагонизм и синергизм химических элементов, т.е.

когда один элемент препятствует или способствует поступлению другого в растение, например, цинк препятствует поступлению ртути, а избыток фосфора приводит к снижению токсичности цинка, кадмия, свинца и меди, присутствие кальция может создать для одних металлов антагонистические, а для других синергические условия, в плодородной почве цинк и кадмий противостоят закреплению меди и свинца, а в малоплодородной почве процесс может развиваться в обратном направлении.

5) Создание рекультивационного слоя, замена или разбавление загрязненного слоя почвы может проводиться по многослойной схеме, а также путем нанесения одного слоя почвы на предварительно экранированную или неэкранированную загрязненную поверхность.

Разбавление загрязненного слоя проводится землеванием чистой почвы с последующим смешением, разбавление может также проводится с помощью глубокой вспашки, когда верхний загрязненный слой перемешивается с чистым нижним слоем.

Применяют снятие загрязненного слоя и его переработку, или снятие загрязненной почвы с последующей очисткой и возвращением обратно, но обычно такие операции проводят на небольших участках, они являются дорогостоящим способом рекультивации.

Для рекультивации больших территорий, включающих селитебные и рекреационные зоны населенных пунктов, сельскохозяйственные угодий, испытывающие длительное загрязнение, можно применить следующую комплексную схему:

– существенное сокращение выбросов предприятиями (технологический барьер);

– строгое дозирование химических средств защиты растений, оптимальное регулирование питательного и кислотного режимов почвы (технологический барьер);

– управление водными миграционными потоками за счет организации поверхностного стока, создания ливневой канализации, дренажных с последующей очисткой стоков (механический барьер).

– усиление сорбционного барьера почвенного слоя, необходимого для существенного уменьшения количества подвижных соединений тяжелых металлов, которые поступают в растения и загрязняют продукцию, в тоже время общее количество металлов в почве может не только не уменьшается, но даже расти за счет уменьшения подвижности.

– дополнительно к этому – минимизация инфильтрационной составляющей водного режима почвенного слоя в условиях полива зеленых насаждений, газонов, огородных, сельскохозяйственных и других культур, т.е. выполнение мероприятий, направленных, с одной стороны, на некоторое ослабление гидрофизического барьера, но с другой – необходимых для закрепления эффекта от усиления сорбционного барьера.

Уменьшение количества подвижных соединений при внесении сорбента фактически ослабляет перераспределение общего содержания металлов по почвенному профилю под действием нисходящих токов влаги и приводит к избыточной аккумуляции металлов в самом верхнем слое. Ослабление гидрофизического барьера путем регулируемой инфильтрации способствует перераспределению металлов, так как происходит разбавление почвенного раствора и одновременное уменьшение трудно растворимых соединений за счет десорбции.

Такое мероприятие можно считать возможным, поскольку при значительном загрязнении почв и грунтовых вод токсичными веществами необходимо создавать инженерно-экологическую постоянно действующую систему управления потоками вещества в компонентах: почва – грунтовые воды.

Подобная система обеспечивает рекультивацию загрязненных почв и грунтовых вод, а также служит барьером для поступления техногенных продуктов в реки и другие места разгрузки подземных стоков.

Для количественного обоснования этих мероприятий используются математические модели передвижения влаги, а также тяжелых металлов с учетом их сорбции и отбора корнями растений. Эти модели описаны в п.2.3 и 2.8.

Материал в разделах:

Источник: https://ecodelo.org/9934-73_rekultivatsiya_zemel_zagryaznennykh_tyazhelymi_metallami-rekultivatsiya_zemel

Рекультивация земель, загрязненных тяжёлыми металлами, в Вологодской области

ГЛАВА 5. ВОССТАНОВЛЕНИЕ И РЕКУЛЬТИВАЦИЯ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ


В работе представлены данные по загрязнению почв Вологодской области тяжелыми металлами, и предложены пути решения проблемы в качестве рекультивации с использованием природных сорбентов.

Ключевые слова: тяжелые металлы, адсорбент, почва, рекультивация, загрязнения.

В настоящее время для контроля, за загрязнением земельных угодий тяжелыми металлами необходимо проводить постоянные наблюдения и подбирать мероприятия для решения данной проблемы.

Мониторинг земель сельскохозяйственного назначения — это система длительных регулярных наблюдений, которая дает информацию о почве с целью оценки ее состояния и прогноза изменений под влиянием различных антропогенных факторов [1].

К одним из основных факторов влияющих на снижение экологических функций почвы, и деградацию земельных угодий относятся: тяжелые металлы, в технической литературе к тяжелым относят группу металлов, имеющих плотность более 5 г/см3, в биологической же классификации — все металлы с относительной атомной массой более 40 г/см3 [2].

Обследование сельскохозяйственных земель Вологодской области проводилось на 12 видов тяжелых металлов: кадмий, кобальт, железо, стронций, ванадий, мышьяк, цинк, медь, свинец, никель, марганец, хром.

Значительная часть химических элементов из этой группы являются микроэлементами и необходимы живым организмам для роста и развития. Они не являются составной частью органических соединений, из которых состоят клетки, ткани и органы, но являются необходимым компонентом витаминов, гормонов, биокатализаторов и биорегуляторов важнейших физиологических процессов [2].

Входят в состав функциональных белков, костей, зубов в виде растворимых солей участвуют в регулировании биологических жидкостей клеток организма [3].

Валовое содержание тяжелых металлов в естественных незагрязненных почвах обусловлено рядом факторов, основными из которых являются те которые находятся в материнской породе. Ведущую роль в формировании количественных уровней тяжелых металлов играют генезис, петрохимия и фациальные различия материнского субстрата [4].

Почвенный покров представляет собой часть коры выветривания, которая представляет собой основы органического мира.

На территории Вологодской области в настоящее время располагается 30 реперных участков, на которых каждый год проводится отбор проб почв Государственным центром агрохимической службы «Вологодский» и проводится определение содержания тяжелых металлов в почве, таких как: медь, цинк, марганец, кобальт, кадмий, свинец, никель, хром, ртуть, мышьяк [5].

Почвы на территории Вологодской области в большей степени пахотные, а часть земель находится на особо охраняемых природных территориях. Почвы характеризуются как дерново-подзолистые, а по гранулометрическому составу будут подразделятся на на суглинистые, супесчаные и песчаные.

Загрязнение почв Вологодской области тяжелыми металлами будет характеризоваться закислением почвенной среды, снижением емкости катионного обмена, выносу питательных элементов, к развитию водной и ветровой эрозии [6].

Для проведения мероприятий по рекультивации земель, загрязненных тяжелыми металлами, первым этапом будет установление источника загрязнения, а далее его ликвидация. При таких параметрах, возможно, достигнуть высокой эффективность рекультивации.

К способам рекультивации земель, загрязненных тяжелыми металлами, можно отнести:

  1. Возделывание сельскохозяйственных культур, которые устойчивы к загрязнению тяжелыми металлами. На территориях с возделыванием земель с большим количеством загрязнителей, актуален переход на овощеводство и зерно-кормовые севообороты.
  2. Рекультивация почв, загрязненных тяжелыми металлами, при использовании растений будет называться фиторекультивация, будет проводится посадка растений, которые способны накапливать тяжелые металлы в вегетативной части.

В качестве примера можно отметить, что для очистки тяжелых металлов как цинк, свинец и кадмий необходимо высаживать овес, для очистки от свинца и хрома — горчицу.

  1. Влияние на подвижность тяжелых металлов в почве, оказывает то, в какой форме они находятся. Наличие подвижных форм тяжелых металлов в почвенном профиле, характеризуется уровнем почвенного плодородия, количеством поступающих металлов в почву, выносом растений.

Почвы, которые более тяжелые по механическому составу и у которых более высокое плодородие, содержат в своем составе меньшее количество подвижных форм тяжелых металлов, чем те почвы, которые более легкие и неплодородные.

Большая часть из тяжелых металлов, относятся к первому классу опасности, при рН -7 будут образовываться трудно растворимые соединения, а в кислой среде более легко растворимые [7].

Установлено, что при содержании в почве оксида цинка более 0,5 %, свинца 1,0, марганца, меди, железа 5 %, ингибируется рост растений и снижается плодородие почв. При содержании в почве 40–50 % оксидов тяжелых металлов почва становится непригодной для выращивания сельскохозяйственных культур.

Степень угнетения ростовых процессов зависит от формы соединения химических элементов: катионы тяжелых металлов в 10–50 раз более фитотоксичны, чем их оксиды. Полная приостановка роста большинства растений наступает при содержании в почве цинка свыше 1 %, свинца, железа, марганца, меди, никеля — свыше 3 % от массы воздушно-сухой почвы [1].

Кадмий является более подвижным в кислой среде и имеет меньшую подвижность в нейтральной среде.

При рекультивации земель, загрязненных тяжелыми металлами, в первую очередь необходимо уделять внимание образованию в почве труднорастворимых соединений. В данном случае в первую очередь необходимо рассмотреть вопрос о применении природных сорбентов.

К природным сорбентам можно отнести такие как торф, мох, черноземные почвы, сапропель, бентонитовые глины, глауконит, опоки, диатомиты [2].

Создание рекультивационного слоя, на территории загрязненной тяжелыми металлами проводится по многослойной схеме, или с помощью нанесения одного слоя почвы на заранее экранированную или загрязненную территорию.

Для рекультивации сельскохозяйственных угодий Вологодской области, испытывающие длительное загрязнение, можно использовать комплексную схему рекультивации:

– технологический барьер;

– строгое дозирование химических средств защиты растений;

– управление водными миграционными потоками как механический барьер).

– усиление сорбционного барьера почвенного профиля, в тоже время общее количество металлов в почве может не только не уменьшается, но даже расти за счет уменьшения подвижности.

Экологическое состояние земель сельскохозяйственного назначения, и снижает способность почв к производству экологически безопасной и высокоурожайной продукции.

Таким образом, антропогенный пресс, проявляющийся при техногенезе, явление глобального характера, вызывает серьёзную озабоченность человечества. Поэтому, экологическая оценка почв промышленного региона необходима, для прогноза и разработки рекомендаций по снижению техногенных нагрузок на почву и улучшения её экологических параметров и является актуальной темой.

Литература:

  1. Александрова, Л. Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации / Л. Н. Александрова. — Л.: Наука, 1980. — 228 с.
  2. Федеральный закон от 24 июня 1998 г. № 89–ФЗ «Об отходах производства и потребления»
  3. Орлов Д. С. Экология и охрана биосферы при химическо загрязнении./ Д. С. Орлов. — М.:.Высш. шк.., 2002.
  4. Сынзыныс Б. И. Экологический риск.: учебное пособие для ву-зов/ Б. И. Сынзыныс, О..П. Мелихова, Е. Н. Тянтова. — М.: Логос, 2015
  5. Вигдорович В. И. Техногенные системы и экологический риск: учебное пособие/ В. И. Вигдорович, Н. В. Габелко. — Тамбов: Изд-во ТГУ, 2014.
  6. Mulligan C. N. Surfactant-enchanced remediation of contaminated soil: a review / C. N. Mulligan, R. N.Yong, B. F. Gibbs // Engineering Geology. 2001 г.Vol. 60. P. 371–380.
  7. Miller R. M. Biosurfactant-facilitated remediation of metal-contaminated soils / R. M. Miller //biopolymers / U. L. Lao, A. Chen, M. R. Matsumoto et al. //Environ. Health Perspectives. 1995. Vol. 103. P. 59–62.

Основные термины(генерируются автоматически): металл, Вологодская область, почва, сельскохозяйственное назначение, свинец, рекультивация земель, почвенный профиль, кислая среда, загрязнение почв, территория.

Источник: https://moluch.ru/archive/262/60681/

Глава 5. восстановление и рекультивация почв, загрязненных тяжелыми

ГЛАВА 5. ВОССТАНОВЛЕНИЕ И РЕКУЛЬТИВАЦИЯ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

Существуют два направления борьбы с загрязнением тяжелыми металлами. Первый из них – предотвращение поступления токсикантов в почвенную экосистему. Однако эта задача выполнима лишь отчасти.

Можно снизить темпы загрязнения почв за счет контролируемых источников – ограничения использования “грязных” осадков сточных вод, органических и минеральных удобрений, химических мелиорантов. Это возможно, хотя и связано с некоторыми финансовыми затратами на обеспечении сельского хозяйства экологически безопасными удобрениями.

В то же время снижение потока токсических элементов, связанного с промышленными и транспортными источниками крайне затруднительно, поскольку связано с изменениями технологии ряда производств.

Второй путь – борьба с уже существующим загрязнением. Тяжелые металлы в условиях промывного водного режима могут:

– выводиться за пределы почвенного профиля;

– могут связываться под действием различных факторов в нерастворимые, недоступные растениям соединения.

В первом случае общее содержание тяжелых металлов в почве снижается до необходимых значений, однако существует некоторая опасность их проникновения в грунтовые воды. Во втором случае происходит постепенная аккумуляция токсичных элементов в верхнем горизонте (если не устранен источник загрязнения), хотя и в малоподвижном, недоступном растениям состоянии.

Эта способность почв может быть усилена с помощью ряда агрохимических и агромелиоративных приемов. Для этой цели используются известкование, внесение органических удобрений, искусственных и природных сорбентов и некоторые другие методы (Временные рекомендации…, 1990; Садовникова Л.К., Решетников С.И., 1991).

Все эти приемы направлены на улучшение таких показателей, как гумусированность, структурное состояние, емкость катионного обмена, реакция среды и, помимо снижения токсичности тяжелых металлов, ведут к окультуриванию почв, повышению их плодородия.

Только в редких случаях, при крайне высоком уровне загрязнения, необходимы механические приемы по удалению, засыпке, запахиванию загрязненного слоя.

При планировании мероприятий по рекультивации загрязненных тяжелыми металлами почв необходимо учитывать следующие соображения. Металлы воздействуют на организмы за счет загрязнения ими продуктов питания, а также при вдыхании пыли. Для производства экологически чистой продукции растениеводства и животноводства необходимо, чтобы тяжелые металлы не поступали в растения.

Для этого могут использоваться мелиоративные мероприятия, направленные на снижение подвижности токсичных элементов.

Если в данном районе отсутствует источник регулярного сильного загрязнения, некоторое увеличение валового содержания тяжелых металлов в почве, происходящее за счет ограничения их выноса за пределы почвенного профиля компенсируется снижением содержания подвижных форм токсикантов.

Однако в пределах населенных пунктов, где отмечается наибольший уровень поступления тяжелых металлов в почву в результате высокой концентрации промышленных предприятий и автотранспорта, эти мероприятия могут оказаться неприменимыми.

Во-первых, в этих районах лишь небольшие территории используются для выращивания сельскохозяйственной продукции, поэтому мероприятия по ограничению доступности металлов для растений на большей площади городского землепользования не столь актуальны.

Во-вторых, почвы населенных пунктов, как правило, отличаются от естественных более высоким значением рН, повышенным содержанием гумуса и биогенных элементов. В связи с этим обычные агротехнические мероприятия в данной ситуации бессмысленны, а зачастую и невозможны вследствие особенностей землепользования.

В-третьих, в пределах населенных пунктов основная опасность для здоровья населения состоит в увеличении концентрации токсичных металлов в верхнем слое почвы и, соответственно, в составе вдыхаемой пыли. В связи с этим здесь более целесообразны мероприятия по выведению избыточных концентраций металлов за пределы почвенного профиля и сохранению растительного покрова, предохраняющего почву от распыления.

Таким образом, мероприятия, рекомендуемые к применению на загрязненных тяжелыми металлами почвах, можно разбить на две группы.

Первая группа, необходимая на землях сельскохозяйственного назначения, направлена на снижение подвижности тяжелых металлов в почвах.

Она включает в себя известкование, внесение минеральных и органических удобрений, искусственных и природных сорбентов. Данные приемы применяются как по отдельности, так и в комплексе.

Вторая группа мероприятий, рекомендуемая для земель в пределах населенных пунктов, не используемых в сельскохозяйственных целях, включает в себя промывку почв, замену загрязненного грунта на привозной.

Однако это целесообразно на почвах с чрезвычайно высоким уровнем загрязнения.

Чаще всего можно ограничиться мерами по предохранению почв от деградации: созданием и сохранением зеленых зон, газонов и других видов территорий с зеленым покровом.

Рассмотрим более подробно рекомендуемые мероприятия по рекультивации и восстановлению загрязненных тяжелыми металлами почв.

Источник: https://bookucheba.com/ekologicheskaya-toksikologiya_1474/vosstanovlenie-rekultivatsiya-pochv-76957.html

Book for ucheba
Добавить комментарий