يمكن أن تخدم مصادر تلوث التربة بالمعادن الثقيلة. مصادر التلوث بالمعادن الثقيلة

S. Donahue - تلوث التربة بالمعادن الثقيلةتعتبر التربة من أهم مكونات البيئة الزراعية والحضرية ، وفي كلتا الحالتين ، فإن الإدارة السليمة هي مفتاح جودة التربة. تبحث هذه السلسلة من الملاحظات الفنية في الأنشطة البشرية التي تسبب تدهور التربة ، فضلاً عن ممارسات الإدارة التي تحمي التربة الحضرية. تركز هذه المذكرة الفنية على تلوث التربة بالمعادن الثقيلة

المعادن في التربة

يمكن أن يؤدي استخراج وإنتاج واستخدام المواد الاصطناعية (مثل مبيدات الآفات والدهانات والنفايات الصناعية والمياه المنزلية والصناعية) إلى تلوث المعادن الثقيلة في الأراضي الحضرية والزراعية. توجد المعادن الثقيلة أيضًا بشكل طبيعي ، ولكن نادرًا ما تكون بكميات سامة. يمكن أن يحدث تلوث التربة المحتمل في مدافن النفايات القديمة (خاصة تلك المستخدمة للنفايات الصناعية) ، في البساتين القديمة التي استخدمت مبيدات الآفات المحتوية على الزرنيخ كعنصر نشط ، في الحقول التي تم استخدامها لمياه الصرف الصحي أو الحمأة البلدية في الماضي ، في أو حول المكبات والمخلفات ، وهي مناطق صناعية ربما تم فيها إلقاء المواد الكيميائية على الأرض في مناطق تقع في اتجاه الريح في المنشآت الصناعية.

التراكم الزائد للمعادن الثقيلة في التربة سام للإنسان والحيوان. عادة ما يكون تراكم المعادن الثقيلة مزمنًا (التعرض لفترة طويلة من الزمن) ، إلى جانب الطعام. يحدث التسمم الحاد (الفوري) بالمعادن الثقيلة عن طريق الابتلاع أو ملامسة الجلد. تشمل المشاكل المزمنة المرتبطة بالتعرض طويل الأمد للمعادن الثقيلة ما يلي:

الرصاص - الاضطرابات النفسية.
الكادميوم - يؤثر على الكلى والكبد والجهاز الهضمي.
الزرنيخ - أمراض جلدية ، تصيب الكلى والجهاز العصبي المركزي.

العناصر الكاتيونية الأكثر شيوعًا هي الزئبق والكادميوم والرصاص والنيكل والنحاس والزنك والكروم والمنغنيز. العناصر الأنيونية الأكثر شيوعًا هي الزرنيخ والموليبدينوم والسيلينيوم والبورون.

الطرق التقليدية لمعالجة التربة الملوثة

يمكن أن تساعد ممارسات معالجة التربة والمحاصيل في منع دخول الملوثات إلى النباتات عن طريق تركها في التربة. لن تؤدي طرق المعالجة هذه إلى إزالة ملوثات المعادن الثقيلة ، ولكنها ستساعد على شل حركتها في التربة وتقليل احتمالية التأثيرات السلبية للمعادن. يرجى ملاحظة أنه يجب مراعاة نوع المعدن (الكاتيون أو الأنيون):

زيادة درجة حموضة التربة إلى 6.5 أو أعلى. تكون المعادن الكاتيونية أكثر قابلية للذوبان عند مستويات الأس الهيدروجيني المنخفضة ، لذا فإن رفع درجة الحموضة يجعلها أقل توفرًا للنباتات وبالتالي أقل احتمالية للاندماج في الأنسجة النباتية وتناولها من قبل البشر. رفع الرقم الهيدروجيني له تأثير معاكس على العناصر الأنيونية.
الصرف في التربة الرطبة. يحسن الصرف من تهوية التربة ويسمح للمعادن بالتأكسد ، مما يجعلها أقل قابلية للذوبان ومتاحة. سوف يلاحظ العكس بالنسبة للكروم ، والذي يتوفر بسهولة أكبر في شكله المؤكسد. نشاط المادة العضوية فعال في تقليل توافر الكروم.
. استخدام الفوسفات. يمكن أن تقلل تطبيقات الفوسفات من توافر المعادن الموجبة ولكن لها تأثير معاكس على المركبات الأنيونية مثل الزرنيخ. يجب استخدام الفوسفات بحكمة لأن المستويات العالية من الفوسفور في التربة يمكن أن تؤدي إلى تلوث المياه.
الاختيار الدقيق للنباتات لاستخدامها في التربة الملوثة بالمعادن تنقل النباتات معادن في أوراقها أكثر من ثمارها أو بذورها. تعد الخضروات الورقية (الخس أو السبانخ) أكبر خطر لتلوث الغذاء في السلسلة. خطر آخر هو أكل هذه النباتات من قبل الماشية.

محطات معالجة البيئة

أظهرت الدراسات أن النباتات فعالة في تنظيف التربة الملوثة (Wentzel et al. ، 1999). المعالجة النباتية هو مصطلح عام لاستخدام النباتات لإزالة المعادن الثقيلة أو للحفاظ على التربة نظيفة وخالية من الملوثات مثل المعادن الثقيلة والمبيدات الحشرية والمذيبات والنفط الخام والهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات. على سبيل المثال ، يمكن أن يحفز عشب السهوب تكسير المنتجات البترولية. تم استخدام الزهور البرية مؤخرًا في تحلل الهيدروكربونات من التسرب النفطي في الكويت. يمكن لأنواع الحور الهجينة إزالة المواد الكيميائية مثل مادة تي إن تي وكذلك المستويات العالية من النترات ومبيدات الآفات (Brady and Weil ، 1999).

مصانع معالجة التربة الملوثة بالمعادن

تم استخدام النباتات لتثبيت وإزالة المعادن من التربة والمياه. يتم استخدام ثلاث آليات: استخراج نباتي ، وترشيح جذري ، وتثبيت نباتي.

تتحدث هذه المقالة عن ترشيح الجذور وتثبيت النبات ، لكن التركيز الرئيسي سيكون على استخراج النبات.

الترشيح الجذري هو الامتزاز على جذور النبات أو الامتصاص بواسطة جذور النبات للملوثات الموجودة في المحاليل المحيطة بمنطقة الجذر (ريزوسفير).

يستخدم الترشيح الجذري لتطهير المياه الجوفية. النباتات المزروعة في البيوت البلاستيكية. تستخدم المياه الملوثة لتأقلم النباتات في البيئة. ثم يتم زرع هذه النباتات في مكان المياه الجوفية الملوثة ، حيث تقوم الجذور بترشيح المياه والملوثات. بمجرد تشبع الجذور بالملوثات ، يتم حصاد النباتات. في تشيرنوبيل ، تم استخدام عباد الشمس بهذه الطريقة لإزالة المواد المشعة من المياه الجوفية (وكالة حماية البيئة ، 1998)

التثبيت النباتي هو استخدام النباتات المعمرة لتثبيت أو تجميد المواد الضارة في التربة والمياه الجوفية. تُمتص المعادن وتتراكم في الجذور ، وتُمتص على الجذور ، أو تترسب في الجذور. أيضًا ، يمكن استخدام هذه النباتات لإعادة الغطاء النباتي حيث تفتقر إلى الغطاء النباتي الطبيعي ، مما يقلل من مخاطر تآكل المياه والرياح والرشح. يقلل التثبيت النباتي من تنقل الملوثات ويمنع المزيد من حركة الملوثات في المياه الجوفية أو الهواء ، ويقلل من دخولها إلى السلسلة الغذائية.

استخراج النبات

استخراج النبات هو عملية زراعة النباتات في التربة الملوثة بالمعادن. تنقل الجذور المعادن إلى الأجزاء الموجودة فوق الأرض من النباتات ، وبعد ذلك يتم حصاد هذه النباتات وحرقها أو تحويلها إلى سماد لإعادة تدوير المعادن. قد تكون عدة دورات من نمو المحاصيل ضرورية لتقليل مستويات التلوث ضمن الحدود المقبولة. إذا تم حرق النباتات ، يجب التخلص من الرماد في مقالب القمامة.

تسمى النباتات المزروعة من أجل استخلاص النباتات بالمراكمات المفرطة. تمتص كمية كبيرة بشكل غير عادي من المعدن مقارنة بالنباتات الأخرى. يمكن أن تحتوي المُراكم المفرطة على حوالي 1000 ملليجرام لكل كيلوغرام من الكوبالت والنحاس والكروم والرصاص والنيكل وحتى 10000 ملليجرام لكل كيلوغرام (1٪) من المنجنيز والزنك في المادة الجافة (Baker and Brooks، 1989).

يعتبر استخراج النبات أسهل بالنسبة للمعادن مثل النيكل والزنك والنحاس ، لأن هذه المعادن مفضلة في معظم مصانع فرط التراكم البالغ عددها 400. من المعروف أن بعض النباتات من جنس Thlaspi (pennycress) تحتوي على حوالي 3٪ من الزنك في الأنسجة. يمكن استخدام هذه النباتات كخامات بسبب التركيز العالي للمعادن (Brady and Weil ، 1999).

من بين جميع المعادن ، يعتبر الرصاص أكثر ملوثات التربة شيوعًا (وكالة حماية البيئة ، 1993). لسوء الحظ ، لا تتراكم الرصاص في النباتات في الظروف الطبيعية. يجب إضافة المواد المستخلبة مثل EDTA (حمض إيثيلين أمينيتتراسيتيك) إلى التربة. يسمح EDTA للنباتات باستخراج الرصاص. أكثر النباتات شيوعًا المستخدمة لاستخراج الرصاص هو الخردل الهندي (Brassisa juncea). أفادت شركة Phytotech (شركة أبحاث خاصة) أنها قامت بإخلاء المزارع في نيوجيرسي ، بموجب معايير الصناعة 1 إلى 2 ، باستخدام الخردل الهندي (Wantanabe ، 1997).

يمكن للنباتات إزالة الزنك والكادميوم والرصاص والسيلينيوم والنيكل من التربة في مشاريع متوسطة إلى طويلة الأجل.

يمكن أن يكلف التنظيف التقليدي للموقع ما بين 10.00 دولارات و 100.00 دولار للمتر المكعب (م 3) ، في حين أن إزالة المواد الملوثة يمكن أن تكلف 30.00 دولارًا إلى 300 دولار / م 3. وبالمقارنة ، يمكن أن يكلف استخراج النبات 0.05 دولار / م 3 (واتانابي ، 1997).

افاق المستقبل

تمت دراسة المعالجة النباتية في عملية البحث عن التطبيقات الصغيرة والكبيرة. قد تنتقل المعالجة بالنباتات إلى عالم التسويق (واتانابي ، 1997). من المتوقع أن يصل سوق المعالجة النباتية إلى 214 إلى 370 مليون دولار بحلول عام 2005 (العلوم البيئية والتكنولوجيا ، 1998). نظرًا للكفاءة الحالية للمعالجة النباتية ، فهي الأنسب لتنظيف المناطق الأكبر التي توجد فيها الملوثات بتركيزات منخفضة إلى متوسطة. قبل التسويق التجاري الكامل للمعالجة النباتية ، هناك حاجة إلى مزيد من البحث للتأكد من أن الأنسجة النباتية المستخدمة في المعالجة النباتية ليس لها آثار ضارة على البيئة أو الحياة البرية أو البشر (وكالة حماية البيئة ، 1998). هناك حاجة أيضًا إلى البحث للعثور على مراكم بيولوجية أكثر كفاءة تنتج المزيد من الكتلة الحيوية. هناك حاجة لاستخراج المعادن تجارياً من الكتلة الحيوية النباتية حتى يمكن إعادة تدويرها. تعتبر المعالجة النباتية أبطأ من الطرق التقليدية لإزالة المعادن الثقيلة من التربة ، ولكنها أقل تكلفة بكثير. إن منع تلوث التربة أرخص بكثير من معالجة العواقب الكارثية.

قائمة الأدب المستخدم

1 Baker و AJM و R.R. بروكس. 1989. النباتات الأرضية التي تتراكم بشكل مفرط العناصر المعدنية - مراجعة لتوزيعها وبيئتها وكيمياءها النباتية. Biorecovery 1: 81: 126.
2. برادي ، إن سي ، ور. ويل. 1999. طبيعة التربة وخصائصها. الطبعة الثانية عشر. برنتيس هول. نهر السرج العلوي ، نيوجيرسي.
3. علوم وتكنولوجيا البيئة. 1998 العلاج بالنباتات ؛ التوقع. علوم وتكنولوجيا البيئة. المجلد. 32 العدد 17 ص 399 أ.
4. ماكغراث ، S.P. 1998. استخراج النبات لمعالجة التربة. ص. 261-287. بروكس (محرر) النباتات التي تتراكم المعادن الثقيلة بشكل مفرط ، ودورها في المعالجة النباتية ، وعلم الأحياء الدقيقة ، وعلم الآثار ، واستكشاف المعادن ، والتعدين النباتي. CAB International ، نيويورك ، نيويورك.
5. Phytotech. 2000. تكنولوجيا المعالجة بالنباتات.

تتقدم المعادن الثقيلة الآن على الملوثات المعروفة مثل ثاني أكسيد الكربون والكبريت ، ومن المتوقع أن تصبح أخطر وأخطر من النفايات النووية والنفايات الصلبة. يرتبط التلوث بالمعادن الثقيلة باستخدامها على نطاق واسع في الإنتاج الصناعي ، إلى جانب أنظمة التنظيف السيئة ، مما يؤدي إلى دخول المعادن الثقيلة إلى البيئة. التربة هي الوسط الرئيسي الذي تدخل إليه المعادن الثقيلة ، بما في ذلك من الغلاف الجوي والبيئة المائية. كما أنه يعمل كمصدر للتلوث الثانوي للهواء السطحي والمياه التي تدخل المحيط العالمي منه. يتم استيعاب المعادن الثقيلة من التربة بواسطة النباتات ، والتي تدخل بعد ذلك في غذاء الحيوانات الأكثر تنظيماً.

انتشر مصطلح المعادن الثقيلة ، الذي يميز مجموعة واسعة من الملوثات ، مؤخرًا. في مختلف الأعمال العلمية والتطبيقية ، يفسر المؤلفون معنى هذا المفهوم بطرق مختلفة. في هذا الصدد ، يختلف عدد العناصر المخصصة لمجموعة المعادن الثقيلة على نطاق واسع. يتم استخدام العديد من الخصائص كمعايير عضوية: الكتلة الذرية ، والكثافة ، والسمية ، والانتشار في البيئة الطبيعية ، ودرجة المشاركة في الدورات الطبيعية والتكنوجينية.

في الأعمال المكرسة لمشاكل التلوث البيئي والرصد البيئي ، يوجد اليوم أكثر من 40 معادن من النظام الدوري لـ D.I. منديليف بكتلة ذرية تزيد عن 50 وحدة ذرية: V ، Cr ، Mn ، Fe ، Co ، Ni ، Cu ، Zn ، Mo ، Cd ، Sn ، Hg ، Pb ، Bi ، إلخ. تلعب دورًا مهمًا في تصنيف المعادن الثقيلة: سميتها العالية للكائنات الحية بتركيزات منخفضة نسبيًا ، فضلاً عن قدرتها على التراكم البيولوجي والتضخم الأحيائي.

وفقًا لتصنيف N. Reimers ، يجب اعتبار المعادن ذات الكثافة التي تزيد عن 8 جم / سم 3 ثقيلة. وبالتالي ، تشمل المعادن الثقيلة Pb و Cu و Zn و Ni و Cd و Co و Sb و Sn و Bi و Hg.

رسميًا ، يتوافق تعريف المعادن الثقيلة مع عدد كبير من العناصر. ومع ذلك ، وفقًا للباحثين المشاركين في الأنشطة العملية المتعلقة بتنظيم ملاحظات الحالة وتلوث البيئة ، فإن مركبات هذه العناصر بعيدة كل البعد عن الملوثات. لذلك ، في العديد من الأعمال ، هناك تضييق لنطاق مجموعة المعادن الثقيلة ، وفقًا لمعايير الأولوية ، نظرًا لاتجاه العمل وخصوصياته. لذلك ، في الأعمال الكلاسيكية بالفعل لـ Yu.A. إسرائيل في قائمة المواد الكيميائية التي سيتم تحديدها في البيئات الطبيعية في محطات الخلفية في محميات المحيط الحيوي ، في قسم المعادن الثقيلة تسمى Pb ، Hg ، Cd ، As. من ناحية أخرى ، وفقًا لقرار فريق العمل المعني بانبعاثات المعادن الثقيلة ، الذي يعمل تحت رعاية لجنة الأمم المتحدة الاقتصادية لأوروبا ويقوم بجمع وتحليل المعلومات حول انبعاثات الملوثات في الدول الأوروبية ، فقط Zn و As و Se و Sb تم تصنيفها على أنها معادن ثقيلة.

من الصعب للغاية تقنين محتوى المعادن الثقيلة في التربة والنباتات بسبب استحالة مراعاة جميع العوامل البيئية بشكل كامل. لذلك ، فإن تغيير الخصائص الكيميائية الزراعية للتربة فقط (تفاعل البيئة ، محتوى الدبال ، درجة التشبع بالقواعد ، التركيب الحبيبي) يمكن أن يقلل أو يزيد من محتوى المعادن الثقيلة في النباتات عدة مرات. هناك بيانات متضاربة حتى حول محتوى الخلفية لبعض المعادن. النتائج التي تم العثور عليها واستشهد بها الباحثون تختلف أحيانًا من 5 إلى 10 مرات.

يعد توزيع المعادن الملوثة في الفضاء أمرًا معقدًا للغاية ويعتمد على العديد من العوامل ، ولكن على أي حال ، فإن التربة هي المستقبِل الرئيسي والمجمع الرئيسي للكتل التكنولوجية للمعادن الثقيلة.

يحدث دخول المعادن الثقيلة إلى الغلاف الصخري نتيجة للتشتت التكنولوجي بعدة طرق. أهمها هو الانبعاث خلال عمليات درجات الحرارة العالية (المعادن الحديدية وغير الحديدية ، تحميص المواد الخام الأسمنتية ، احتراق الوقود المعدني). بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يكون مصدر تلوث التكاثر الحيوي هو الري بالمياه التي تحتوي على نسبة عالية من المعادن الثقيلة ، وإدخال حمأة الصرف الصحي المنزلية في التربة كسماد ، والتلوث الثانوي الناتج عن إزالة المعادن الثقيلة من المؤسسات المعدنية عن طريق الماء أو الهواء تدفق كميات كبيرة من المعادن الثقيلة مع الإدخال المستمر لجرعات عالية من الأسمدة العضوية والمعدنية ومبيدات الآفات. يعكس الملحق رقم 1 التطابق بين مصادر التلوث التكنولوجي والفلزات الملوثة.

لتوصيف التلوث التكنولوجي بالمعادن الثقيلة ، يتم استخدام معامل تركيز يساوي نسبة تركيز عنصر في التربة الملوثة إلى تركيزه في الخلفية. عند التلوث بعدة معادن ثقيلة ، تقدر درجة التلوث بقيمة مؤشر التركيز الكلي (Zc).

في الملحق رقم 1 ، يتم تمييز الصناعات التي تعمل حاليًا في إقليم كومسومولسك أون أمور بالألوان. يوضح الجدول أن عناصر مثل الزنك والرصاص والكادميوم تتطلب تحكمًا إلزاميًا على مستوى MPC ، خاصة بالنظر إلى حقيقة أنها مدرجة في قائمة الملوثات الرئيسية من المعادن الثقيلة (Hg ، Pb ، Cd ، As - وفقًا لـ Yu. A. إسرائيل) ، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن تراكمها التكنولوجي في البيئة يسير بمعدل مرتفع.

بناءً على هذه البيانات ، سنتعرف بمزيد من التفاصيل على ميزات هذه العناصر.

الزنك هو أحد العناصر النزرة النشطة التي تؤثر على النمو والتطور الطبيعي للكائنات الحية. في الوقت نفسه ، العديد من مركبات الزنك سامة ، في المقام الأول كبريتاته وكلوريده.

MPC في Zn 2+ هو 1 مجم / ديسيمتر 3 (مؤشر مقيد للضرر - حسي) ، MPC vr Zn 2+ - 0.01 مجم / ديسيمتر 3 (علامة محدودة للضرر - السمية) (الخصائص البيوجيوكيميائية ، انظر الملحق 2).

يحتل الرصاص حاليًا المرتبة الأولى بين أسباب التسمم الصناعي. ويرجع ذلك إلى استخدامه على نطاق واسع في مختلف الصناعات (الملحق 1).

يتم احتواء الرصاص في الانبعاثات الصادرة عن شركات التعدين ، والتي تعد الآن المصدر الرئيسي للتلوث وتشغيل المعادن والهندسة الكهربائية والبتروكيماويات. مصدر مهم للرصاص هو عادم المركبات التي تستخدم البنزين المحتوي على الرصاص.

في الوقت الحالي ، يستمر عدد السيارات وكثافة حركتها في الزيادة ، مما يزيد أيضًا من كمية انبعاثات الرصاص في البيئة.

كانت محطة بطارية كومسومولسك أون أمور أثناء تشغيلها مصدرًا قويًا للتلوث بالرصاص في المناطق الحضرية. استقر العنصر ، من خلال الغلاف الجوي ، على سطح التربة ، وتراكم ولم يتم إزالته عمليًا الآن. اليوم ، يعد أحد مصادر التلوث أيضًا نباتًا معدنيًا. هناك تراكم إضافي للرصاص ، إلى جانب "الاحتياطيات" غير المصفاة من قبل. مع محتوى الرصاص من 2-3 جم لكل 1 كجم من التربة ، تصبح التربة ميتة.

يشير الكتاب الأبيض الذي نشره متخصصون روس إلى أن التلوث الرصاصي يغطي البلاد بأكملها وهو أحد الكوارث البيئية العديدة في الاتحاد السوفيتي السابق التي ظهرت في السنوات الأخيرة. تعاني معظم أراضي روسيا من حمولة من تداعيات الرصاص تتجاوز القيمة الحرجة للتشغيل الطبيعي للنظام البيئي. بالفعل في التسعينيات ، في عشرات المدن ، كانت تركيزات الرصاص الزائدة في الهواء والتربة أعلى من القيم المقابلة لـ MPC. حتى الآن ، على الرغم من تحسين المعدات التقنية ، لم يتغير الوضع كثيرًا (الملحق 3).

للتلوث بالرصاص تأثير على صحة الإنسان. يحدث دخول المادة الكيميائية إلى الجسم عن طريق استنشاق الهواء المحتوي على الرصاص ، وتناول الرصاص مع الطعام والماء وجزيئات الغبار. تتراكم المادة الكيميائية في الجسم ، في العظام والأنسجة السطحية. يؤثر على الكلى والكبد والجهاز العصبي وأعضاء تكوين الدم. يؤدي التعرض للرصاص إلى تعطيل الجهاز التناسلي للأنثى والذكور. بالنسبة للنساء في سن الحمل والإنجاب ، فإن المستويات المرتفعة من الرصاص في الدم تشكل خطرًا خاصًا ، حيث تتعطل وظيفة الدورة الشهرية تحت تأثيرها ، وتكون الولادات المبكرة والإجهاض وموت الجنين أكثر شيوعًا بسبب اختراق الرصاص من خلال حاجز المشيمة. المواليد الجدد لديهم معدل وفيات مرتفع. انخفاض الوزن عند الولادة والتقزم وفقدان السمع هي أيضًا نتيجة للتسمم بالرصاص.

بالنسبة للأطفال الصغار ، يعتبر التسمم بالرصاص أمرًا خطيرًا للغاية ، حيث يؤثر سلبًا على نمو الدماغ والجهاز العصبي. حتى عند الجرعات المنخفضة ، يؤدي التسمم بالرصاص لدى الأطفال في سن ما قبل المدرسة إلى انخفاض في النمو الفكري والانتباه والقدرة على التركيز ، كما يؤدي التأخر في القراءة إلى تطور العدوانية وفرط النشاط ومشاكل أخرى في سلوك الطفل. يمكن أن تكون هذه التشوهات التنموية طويلة الأمد ولا رجعة فيها. الجرعات العالية من التسمم تؤدي إلى التخلف العقلي والغيبوبة والتشنجات والوفاة.

المؤشر المحدد للضرر هو السمية الصحية. MPC للرصاص 0.03 مجم / ديسيمتر 3 ، MPC لـ BP هو 0.1 مجم / ديسيمتر 3.

يمكن تقسيم مصادر الكادميوم البشرية المنشأ في البيئة إلى مجموعتين:

§ الانبعاثات المحلية المصاحبة للمجمعات الصناعية التي تنتج (تشمل عددًا من المنشآت الكيماوية وخاصة لإنتاج حامض الكبريتيك) أو استخدام الكادميوم.
§ مصادر الطاقة المختلفة المنتشرة على الأرض من محطات الطاقة الحرارية والمحركات إلى الأسمدة المعدنية ودخان التبغ.

تحدد خاصيتان للكادميوم أهميته للبيئة:

1. ضغط بخار مرتفع نسبيًا ، مما يجعل التبخر أمرًا سهلاً ، على سبيل المثال ، أثناء ذوبان الفحم أو احتراقه ؛
2. قابلية عالية للذوبان في الماء ، خاصة عند قيم الأس الهيدروجيني الحمضية المنخفضة (خاصة عند درجة الحموضة 5).

الكادميوم الذي دخل التربة موجود بشكل أساسي فيها بشكل متحرك ، والذي له أهمية بيئية سلبية. يتسبب الشكل المتحرك في قدرة هجرة عالية نسبيًا للعنصر في المناظر الطبيعية ويؤدي إلى زيادة تلوث تدفق المواد من التربة إلى النباتات.

يستمر تلوث التربة بـ Cd لفترة طويلة حتى بعد توقف توفير هذا المعدن مرة أخرى. يرتبط ما يصل إلى 70٪ من الكادميوم الذي يدخل التربة بالمركبات الكيميائية للتربة المتاحة لامتصاصها بواسطة النباتات. تشارك النباتات الدقيقة في التربة أيضًا في عمليات تكوين مركبات الكادميوم العضوية. اعتمادًا على التركيب الكيميائي ، والخصائص الفيزيائية للتربة وشكل الكادميوم الوارد ، يتم الانتهاء من تحولاتها في التربة في غضون أيام قليلة. نتيجة لذلك ، يتراكم الكادميوم في شكل أيوني في المياه الحمضية أو هيدروكسيد وكربونات غير قابلة للذوبان. يمكن أن يكون في التربة وفي شكل مركبات معقدة. في المناطق التي تحتوي على نسبة عالية من الكادميوم في التربة ، يتم إنشاء زيادة 20-30 ضعفًا في تركيزه في الأجزاء الأرضية للنباتات مقارنة بالنباتات في المناطق غير الملوثة. الأعراض المرئية الناتجة عن زيادة محتوى الكادميوم في النباتات هي تلون الأوراق والتلوين الأحمر والبني لحوافها وعروقها ، بالإضافة إلى التقزم وتلف نظام الجذر.

الكادميوم شديد السمية. يتم تفسير السمية النباتية العالية للكادميوم من خلال تشابهه في الخواص الكيميائية مع الزنك. لذلك ، يمكن للكادميوم أن يحل محل الزنك في العديد من العمليات الكيميائية الحيوية ، مما يؤدي إلى تعطيل عمل عدد كبير من الإنزيمات. تتجلى السمية النباتية للكادميوم في التأثير المثبط على التمثيل الضوئي ، وتعطيل النتح وتثبيت ثاني أكسيد الكربون ، وكذلك في التغيرات في نفاذية أغشية الخلايا.

لم يتم تحديد الأهمية البيولوجية المحددة للكادميوم كعنصر تتبع. يدخل الكادميوم إلى جسم الإنسان بطريقتين: في العمل ومع الطعام. تتشكل السلاسل الغذائية لاستهلاك الكادميوم في المناطق التي تزداد فيها التربة وتلوث المياه بالكادميوم. يقلل الكادميوم من نشاط الإنزيمات الهاضمة (التربسين وبدرجة أقل البيبسين) ويغير نشاطها وينشط الإنزيمات. يؤثر الكادميوم على استقلاب الكربوهيدرات ، مما يسبب ارتفاع السكر في الدم ، مما يثبط تخليق الجليكوجين في الكبد.

MPC in هو 0.001 mg / dm 3 ، MPC في vr هو 0.0005 mg / dm 3 (العلامة المحددة للضرر هي السمية).

بسبب النشاط البشري ، تدخل كمية هائلة من العناصر الكيميائية المختلفة ومركباتها إلى البيئة - ما يصل إلى 5 أطنان من النفايات العضوية والمعدنية لكل شخص سنويًا. من نصف إلى ثلثي هذه المدخلات تبقى في الخبث والرماد ، وتشكل شذوذًا محليًا في التركيب الكيميائي للتربة والمياه.

لا تؤدي الشركات والمباني والاقتصاد الحضري والنفايات الصناعية والمنزلية والبرازية من المستوطنات والمناطق الصناعية إلى تنفير التربة فحسب ، بل تؤدي أيضًا إلى تعطيل الكيمياء الجيولوجية الحيوية وبيولوجيا النظم البيئية للتربة على مدى عشرات الكيلومترات. إلى حد ما ، كل مدينة أو مركز صناعي هو سبب الشذوذ البيوجيوكيميائي الرئيسي الذي يشكل خطرا على البشر.

مصدر المعادن الثقيلة هو أساسا الانبعاثات الصناعية. في الوقت نفسه ، تعاني النظم الإيكولوجية للغابات أكثر بكثير من التربة الزراعية والمحاصيل. السامة بشكل خاص هي الرصاص والكادميوم والزئبق والزرنيخ والكروم.

تتراكم المعادن الثقيلة ، كقاعدة عامة ، في طبقة التربة ، خاصة في آفاق الدبال العليا. عمر النصف لإزالة المعادن الثقيلة من التربة (الترشيح ، التعرية ، الاستهلاك بواسطة النباتات ، الانكماش) يعتمد على نوع التربة ، من أجل:

الزنك - 70-510 سنة ؛
الكادميوم - 13 رحلة ؛
النحاس - 310-1500 سنة ؛
الرصاص - 740-5900 سنة.

يمكن فهم العواقب المعقدة والتي لا رجعة فيها في بعض الأحيان لتأثير المعادن الثقيلة والتنبؤ بها فقط على أساس نهج المناظر الطبيعية والبيوجيوكيميائية لمشكلة المواد السامة في المحيط الحيوي. تؤثر المؤشرات التالية بشكل خاص على مستويات التلوث والوضع البيئي السام:

الإنتاجية الحيوية للتربة ومحتوى الدبال ؛
الطابع الحمضي القاعدي للتربة والمياه ؛
شروط الأكسدة والاختزال
تركيز محاليل التربة
قدرة امتصاص التربة
التركيب الحبيبي للتربة.
نوع نظام المياه.

لم يتم بعد دراسة دور هذه العوامل بشكل كافٍ ، على الرغم من أن غطاء التربة هو المتلقي النهائي لمعظم المواد الكيميائية ذات المنشأ التكنولوجي المتضمنة في المحيط الحيوي. التربة هي المركم الرئيسي والمواد الماصة والمدمرة للمواد السامة.

يدخل جزء كبير من المعادن إلى التربة من الأنشطة البشرية. يبدأ التشتت من لحظة استخراج الخام والغاز والنفط والفحم والمعادن الأخرى. يمكن تتبع سلسلة تشتت العناصر من منجم تعدين ، مقلع ، ثم تحدث خسائر أثناء نقل المواد الخام إلى مصنع التخصيب ، في المصنع نفسه ، يستمر التشتت على طول خط معالجة التخصيب ، ثم في عملية المعالجة المعدنية وإنتاج المعادن وما يصل إلى مقالب النفايات الصناعية والمنزلية.

تأتي الانبعاثات من المؤسسات الصناعية بكميات كبيرة مع مجموعة واسعة من العناصر ، ولا ترتبط الملوثات دائمًا بالمنتجات الرئيسية للمؤسسات ، ولكنها يمكن أن تكون جزءًا من الشوائب. لذلك ، بالقرب من مصهر الرصاص ، يمكن أن يكون الكادميوم والنحاس والزئبق والزرنيخ والسيلينيوم ملوثات ذات أولوية ، ويمكن أن يكون الفلور والزرنيخ والبريليوم ملوثات ذات أولوية بالقرب من مصانع صهر الألومنيوم. يدخل جزء كبير من الانبعاثات الصادرة عن الشركات في الدورة العالمية - تصل إلى 50٪ من الرصاص والزنك والنحاس وما يصل إلى 90٪ من الزئبق.

يتجاوز الإنتاج السنوي لبعض المعادن الهجرة الطبيعية ، خاصة بالنسبة للرصاص والحديد. من الواضح أن الضغط المتزايد باستمرار للمعادن ذات المنشأ التكنولوجي يتدفق على البيئة ، بما في ذلك التربة.

يؤثر القرب من مصدر التلوث على تلوث الغلاف الجوي للتربة. وهكذا ، تبين أن مؤسستين كبيرتين في منطقة سفيردلوفسك - مصنع الألمنيوم في الأورال ومحطة الطاقة الحرارية في كراسنويارسك - هما مصدران لتلوث الهواء التكنولوجي مع حدود واضحة لهطول الأمطار المعدنية التكنولوجية مع هطول الأمطار في الغلاف الجوي.

يوجد خطر تلوث التربة بالمعادن التقنية من الهباء الجوي لأي نوع من التربة وفي أي مكان في المدينة ، مع الاختلاف الوحيد هو أن التربة تقع بالقرب من مصدر التكوُّن التكنولوجي (مصنع تعدين ، محطة طاقة حرارية ، محطة غاز أو النقل المتنقل) سيكون أكثر تلوثًا.

في كثير من الأحيان ، يمتد العمل المكثف للمؤسسات على مساحة صغيرة ، مما يؤدي إلى زيادة محتوى المعادن الثقيلة ومركبات الزرنيخ والفلور وأكاسيد الكبريت وحمض الكبريتيك وأحيانًا حمض الهيدروكلوريك والسيانيدات بتركيزات تتجاوز غالبًا MPC (الجدول 4.1 ). الغطاء العشبي ، ومزارع الغابات تموت ، وغطاء التربة يتم تدميره ، وعمليات التعرية آخذة في التطور. يمكن لما يصل إلى 30-40٪ من المعادن الثقيلة من التربة أن تدخل المياه الجوفية.

ومع ذلك ، فإن التربة تعمل أيضًا كحاجز جيوكيميائي قوي لتدفق الملوثات ، ولكن فقط إلى حد معين. تظهر الحسابات أن chernozems قادرة على تثبيت ما يصل إلى 40-60 طن / هكتار من الرصاص فقط في الطبقة الصالحة للزراعة بسمك 0-20 سم ، والبودزوليك - 2-6 طن / هكتار ، وآفاق التربة ككل - لأعلى إلى 100 طن / هكتار ، ولكن في نفس الوقت تنشأ حالة سمية حادة في التربة نفسها.

مرة اخرى ميزة التربة هي القدرة على تحويل المركبات التي تدخلها بنشاط.تشارك المكونات المعدنية والعضوية في هذه التفاعلات ؛ والتحول البيولوجي ممكن. في الوقت نفسه ، فإن العمليات الأكثر شيوعًا هي انتقال المركبات القابلة للذوبان في الماء من المعادن الثقيلة إلى المركبات القابلة للذوبان بشكل ضئيل (أكاسيد ، هيدروكسيدات ، أملاح منخفضة الجدول 4.1.قائمة بمصادر التلوث والعناصر الكيميائية ، التي يمكن تراكمها في التربة في منطقة تأثير هذه المصادر (المبادئ التوجيهية MU 2.1.7.730-99 "التقييم الصحي لجودة التربة في المناطق المأهولة")

مصادر التلوث	نوع الإنتاج	عامل التركيز ك
مصادر التلوث	نوع الإنتاج
علم المعادن غير الحديدية	إنتاج المعادن غير الحديدية من الخامات والمركزات	الرصاص ، الزنك ، النحاس ، Ag	Sn ، As ، Cd ، Sb ، Hg ، Se ، Bi
	المعالجة الثانوية للمعادن غير الحديدية	Pb ، Zn ، Sn ، Si
	إنتاج المعادن غير الحديدية الصلبة والحرارية
	إنتاج التيتانيوم	Ag ، Zn ، Pb ، B ، Cu	Ti ، Mn ، Mo ، Sn ، V
علم المعادن الحديدية	إنتاج سبائك الصلب	Co ، Mo ، Bi ، W ، Zn
علم المعادن الحديدية	إنتاج خام الحديد
صناعة بناء الآلات وتشغيل المعادن	الشركات التي تستخدم المعالجة الحرارية للمعادن (باستثناء المسابك)		Ni ، Cr ، Hg ، Sn ، Cu
	انتاج بطاريات الرصاص
	تصنيع أجهزة للصناعات الإلكترونية والكهربائية
الصناعة الكيماوية	إنتاج السوبر فوسفات		أتربة نادرة ، Cu ، Cr ، As ، It
الصناعة الكيماوية	إنتاج البلاستيك
صناعة مواد بناء	إنتاج الأسمنت
طباعة صناعة	اكتب المسابك ودور الطباعة
النفايات البلدية الصلبة		Pb ، Cd ، Sn ، Cu ، Ag ، Sb ، Zn
حمأة مياه الصرف الصحي		Pb ، Cd ، V ، Ni ، Sn ، Cr ، Cu ، Zn

قابلية ذوبان SR) في تركيبة معقد امتصاص التربة (SPC): تشكل المادة العضوية مركبات معقدة مع أيونات المعادن الثقيلة. يحدث تفاعل أيونات المعادن مع مكونات التربة كتفاعلات الامتصاص ، وحل الترسيب ، والتشكيل ، وتكوين الأملاح البسيطة. يعتمد معدل واتجاه عمليات التحول على الرقم الهيدروجيني للوسط ، ومحتوى الجسيمات الدقيقة ، وكمية الدبال.

بالنسبة للعواقب البيئية لتلوث التربة بالمعادن الثقيلة ، فإن تركيزات وأشكال المعادن الثقيلة في محلول التربة تصبح ضرورية. يرتبط تنقل المعادن الثقيلة ارتباطًا وثيقًا بتكوين المرحلة السائلة: عادةً ما يتم ملاحظة انخفاض قابلية الذوبان للأكاسيد وهيدروكسيدات المعادن الثقيلة في التربة ذات التفاعل المحايد أو القلوي. على العكس من ذلك ، فإن تنقل المعادن الثقيلة هو الأعلى مع تفاعل حمضي قوي لمحلول التربة ؛ لذلك ، يمكن أن يكون التأثير السام للمعادن الثقيلة في المناظر الطبيعية شديدة الحموضة في غابات التايغا مهمًا جدًا مقارنة بالتربة المحايدة أو القلوية. ترتبط سمية العناصر للنباتات والكائنات الحية ارتباطًا مباشرًا بحركتها في التربة. بالإضافة إلى الحموضة ، تتأثر السمية بخصائص التربة التي تحدد قوة تثبيت الملوثات الواردة ؛ التواجد المشترك للأيونات المختلفة له تأثير كبير.

يتمثل الخطر الأكبر على الكائنات الحية الأعلى ، بما في ذلك البشر ، في عواقب التحول الميكروبي للمركبات غير العضوية للمعادن الثقيلة إلى مركبات معقدة. يمكن أن تكون عواقب التلوث المعدني أيضًا انتهاكًا للسلاسل الغذائية للتربة في التكاثر الحيوي. من الممكن أيضًا تغيير مجمعات كاملة ومجتمعات الكائنات الحية الدقيقة وحيوانات التربة. المعادن الثقيلة تمنع العمليات الميكروبيولوجية الهامة في التربة - تحويل مركبات الكربون - ما يسمى "تنفس" التربة ، وكذلك تثبيت النيتروجين.

تلوث التربة بالمعادن الثقيلة له مصادر مختلفة:

1. نفايات صناعة المعادن.
2. الانبعاثات الصناعية.
3. منتجات احتراق الوقود.
4. غازات عوادم السيارات.
5. وسائل كيماويات الزراعة

إن تلوث التربة الناتج عن كل من العوامل الطبيعية والمصادر البشرية المنشأ لا يغير فقط مسار عمليات تكوين التربة ، مما يؤدي إلى انخفاض في المحصول ، ويضعف التنقية الذاتية للتربة من الكائنات الضارة ، ولكن له أيضًا تأثير مباشر أو غير مباشر التأثير (من خلال النباتات أو المواد الغذائية النباتية أو الحيوانية)) التأثير. المعادن الثقيلة ، القادمة من التربة إلى النباتات ، والتي تنتقل عبر سلاسل الغذاء ، لها تأثير سام على النباتات والحيوانات وصحة الإنسان.

تنقسم المعادن الثقيلة حسب درجة التأثير السام على البيئة إلى ثلاث فئات من المخاطر: 1. مثل Cd ، Hg ، Pb ، Se ، Zn ، Ti ؛

2. Co ، Ni ، Mo ، Cu ، So ، Cr ؛
3. Bar، V، W، Mn، Sr.

تأثير التلوث على غلة المحاصيل وجودة المنتج.

تؤدي الانتهاكات التي تحدث في الكائنات الحية النباتية تحت تأثير المعادن الثقيلة الزائدة إلى تغيير في إنتاجية ونوعية منتجات المحاصيل (في المقام الأول بسبب زيادة محتوى المعادن نفسها. اتخاذ تدابير لإعادة تأهيل التربة الملوثة بالمعادن الثقيلة في حد ذاتها لا يمكن أن تضمن عوائد عالية من السلامة البيئية يتم التحكم في تنقل المعادن الثقيلة وتوافرها للنباتات إلى حد كبير من خلال خصائص التربة مثل الظروف الحمضية القاعدية وأنظمة الأكسدة والاختزال ومحتوى الدبال وتوزيع حجم الجسيمات وقدرة الامتصاص المرتبطة بذلك ، قبل الانتقال إلى وضع تدابير محددة لاستعادة خصوبة التربة الملوثة ، من الضروري تحديد معايير تصنيفها وفقًا لخطر التلوث بالمعادن الثقيلة ، بناءً على مجموعة من الخصائص الفيزيائية والكيميائية. غلة محاصيل اللامي آخذة في الانخفاض بشكل حاد.

في التربة ، تتراكم المستويات السامة من الملوثات ببطء ، لكنها تبقى فيها لفترة طويلة ، مما يؤثر سلبًا على الوضع البيئي لمناطق بأكملها. يكاد يكون من المستحيل تنظيف التربة الملوثة بالمعادن الثقيلة والنويدات المشعة. حتى الآن ، الطريقة الوحيدة معروفة: زرع مثل هذه التربة بمحاصيل سريعة النمو تعطي كتلة خضراء كبيرة ؛ تستخلص هذه المحاصيل العناصر السامة من التربة ، ثم يتم تدمير المحصول المحصود. لكن هذا إجراء طويل ومكلف إلى حد ما. من الممكن الحد من تنقل المركبات السامة ودخولها إلى النباتات عن طريق رفع درجة حموضة التربة عن طريق الجير أو إضافة جرعات كبيرة من المواد العضوية ، مثل الخث. يمكن أن يعطي الحرث العميق تأثيرًا جيدًا ، عندما تنخفض طبقة التربة الملوثة العلوية إلى عمق 50-70 سم أثناء الحرث ، وترتفع الطبقات العميقة من التربة إلى السطح. للقيام بذلك ، يمكنك استخدام محاريث خاصة متعددة المستويات ، لكن الطبقات العميقة لا تزال ملوثة. أخيرًا ، يمكن استخدام التربة الملوثة بالمعادن الثقيلة (ولكن ليس النويدات المشعة) لزراعة المحاصيل التي لا تستخدم كغذاء أو علف ، مثل الزهور. منذ عام 1993 ، تم إجراء رصد بيئي زراعي للمواد السامة البيئية الرئيسية - المعادن الثقيلة ومبيدات الآفات والنويدات المشعة - على أراضي جمهورية بيلاروسيا. على أراضي المنطقة التي تقع فيها المزرعة ، لم يتم الكشف عن أي فائض من MPC بواسطة المعادن الثقيلة.

تشمل المعادن الثقيلة (HMs) حوالي 40 فلزًا بكتل ذرية تزيد عن 50 وكثافة تزيد عن 5 جم / سم 3 ، على الرغم من أن البريليوم الخفيف مدرج أيضًا بين HMs. كلتا الميزتين مشروطة إلى حد ما وقوائم أصحاب الجلالة لا تتطابق معهما.

وفقًا للسمية والتوزيع في البيئة ، يمكن تمييز مجموعة الأولوية من HMs: Pb ، Hg ، Cd ، As ، Bi ، Sn ، V ، Sb. أقل أهمية إلى حد ما هي: Cr ، Cu ، Zn ، Mn ، Ni ، Co ، Mo.

جميع HMs سامة إلى حد ما ، على الرغم من أن بعضها (Fe ، Cu ، Co ، Zn ، Mn) جزء من الجزيئات الحيوية والفيتامينات.

تدخل المعادن الثقيلة ذات الأصل البشري إلى التربة من الهواء في شكل ترسيب صلب أو سائل. تحتفظ مساحات الغابات بسطح التلامس المتطور بشكل مكثف بالمعادن الثقيلة.

بشكل عام ، فإن خطر تلوث المعادن الثقيلة من الهواء موجود بشكل متساوٍ لجميع أنواع التربة. تؤثر المعادن الثقيلة سلباً على عمليات التربة وخصوبة التربة وجودة المنتجات الزراعية. تعد استعادة الإنتاجية البيولوجية للتربة الملوثة بالمعادن الثقيلة من أصعب المشاكل في حماية التكاثر الحيوي.

من السمات المهمة للمعادن استقرار التلوث. لا يمكن للعنصر نفسه أن ينهار ، أو ينتقل من مركب إلى آخر ، أو ينتقل بين الطور السائل والصلب. من الممكن حدوث انتقالات الأكسدة والاختزال للمعادن ذات التكافؤ المتغير.

تركيزات HM الخطرة على النباتات تعتمد على النوع الجيني للتربة. المؤشرات الرئيسية التي تؤثر على تراكم HMs في التربة هي خصائص الحمض القاعديو محتوى الدبال.

يكاد يكون من المستحيل مراعاة كل تنوع الظروف الجيوكيميائية للتربة عند إنشاء MPC للمعادن الثقيلة. حاليًا ، بالنسبة لعدد من المعادن الثقيلة ، تم إنشاء AECs لمحتواها في التربة ، والتي تُستخدم كمناطق بحرية متوسطة الحجم (الملحق 3).

عندما يتم تجاوز القيم المسموح بها لمحتوى HM في التربة ، تتراكم هذه العناصر في النباتات بكميات تتجاوز MPC في الأعلاف والمنتجات الغذائية.

في التربة الملوثة ، لا يتجاوز عمق اختراق HMs عادة 20 سم ، ومع ذلك ، في حالة التلوث الشديد ، يمكن أن تخترق HMs إلى عمق يصل إلى 1.5 متر. من بين جميع المعادن الثقيلة ، يتمتع الزنك والزئبق بأعلى قدرة على الانتقال ويتم توزيعهما بالتساوي في طبقة التربة على عمق 0 ... 20 سم ، بينما يتراكم الرصاص فقط في الطبقة السطحية (0 ... 2.5 سم). يحتل الكادميوم موقعًا وسيطًا بين هذه المعادن.

في قيادة يتم التعبير بوضوح عن الميل إلى التراكم في التربة ؛ أيوناتها غير نشطة حتى عند قيم الأس الهيدروجيني المنخفضة. بالنسبة لأنواع التربة المختلفة ، يتراوح معدل ترشيح الرصاص من 4 جم إلى 30 جم / هكتار سنويًا. في الوقت نفسه ، يمكن أن تكون كمية الرصاص التي يتم إدخالها في مناطق مختلفة 40 ... 530 جم / هكتار في السنة. يؤدي دخول الرصاص إلى التربة أثناء التلوث الكيميائي إلى تكوين هيدروكسيد بسهولة نسبيًا في بيئة محايدة أو قلوية. إذا كانت التربة تحتوي على فوسفات قابل للذوبان ، فإن هيدروكسيد الرصاص يتحول إلى فوسفات قليل الذوبان.

يمكن العثور على تلوث كبير للتربة بالرصاص على طول الطرق السريعة الرئيسية ، بالقرب من مؤسسات التعدين غير الحديدية ، بالقرب من محارق النفايات ، حيث لا توجد معالجة لغازات المداخن. أظهر الاستبدال التدريجي المستمر لوقود المحركات المحتوي على رباعي إيثيل الرصاص بالوقود الخالي من الرصاص نتائج إيجابية: فقد انخفض تدفق الرصاص إلى التربة بشكل حاد وسيتم القضاء على مصدر التلوث هذا في المستقبل إلى حد كبير.

يعد خطر دخول جزيئات التربة إلى جسم الطفل أحد العوامل المحددة في تقييم مخاطر تلوث التربة في المستوطنات. تتراوح تركيزات الرصاص في الخلفية في أنواع مختلفة من التربة من 10 إلى 70 مجم / كجم. وفقًا للباحثين الأمريكيين ، يجب ألا يتجاوز محتوى الرصاص في التربة الحضرية 100 مجم / كجم - مع حماية جسم الطفل من الإفراط في تناول الرصاص من خلال اليدين والألعاب الملوثة. في الظروف الحقيقية ، يتجاوز محتوى الرصاص في التربة هذا المستوى بشكل كبير. في معظم المدن ، يتراوح محتوى الرصاص في التربة بين 30 ... 150 مجم / كجم بمتوسط قيمة حوالي 100 مجم / كجم. يوجد أعلى محتوى من الرصاص - من 100 إلى 1000 مجم / كجم - في تربة المدن التي توجد بها شركات التعدين والبطاريات (Alchevsk ، Zaporozhye ، Dneprodzerzhinsk ، Dnepropetrovsk ، Donetsk ، Mariupol ، Krivoy Rog).

النباتات أكثر تحملاً للرصاص من البشر والحيوانات ، لذلك يجب مراقبة مستويات الرصاص في الأطعمة النباتية والأعلاف بعناية.

في الحيوانات في المراعي ، لوحظت العلامات الأولى للتسمم بالرصاص بجرعة يومية تبلغ حوالي 50 مجم / كجم من القش الجاف (في التربة شديدة التلوث بالرصاص ، قد يحتوي التبن الناتج على 6.5 جم / كجم من القش الجاف!). بالنسبة للبشر ، عند تناول الخس ، فإن MPC هي 7.5 مجم من الرصاص لكل 1 كجم من الأوراق.

على عكس الرصاص الكادميوم يدخل التربة بكميات أقل بكثير: حوالي 3 ... 35 جم / هكتار في السنة. يتم إدخال الكادميوم إلى التربة من الهواء (حوالي 3 جم / هكتار في السنة) أو مع الأسمدة المحتوية على الفوسفور (35 ... 260 جم / طن). في بعض الحالات ، قد تكون مصانع معالجة الكادميوم مصدرًا للتلوث. في التربة الحمضية ذات قيمة الأس الهيدروجيني<6 ионы кадмия весьма подвижны и накопления металла не наблюдается. При значениях рН>يتم ترسيب 6 الكادميوم مع هيدروكسيدات الحديد والمنغنيز والألمنيوم ، مع فقدان البروتونات بواسطة مجموعات OH. تصبح هذه العملية قابلة للعكس مع انخفاض الرقم الهيدروجيني ، ويمكن للكادميوم ، بالإضافة إلى HMs الأخرى ، أن ينتشر ببطء لا رجعة فيه في الشبكة البلورية للأكاسيد والطين.

تعتبر مركبات الكادميوم مع الأحماض الدبالية أقل استقرارًا بكثير من مركبات الرصاص المماثلة. وفقًا لذلك ، فإن تراكم الكادميوم في الدبال يحدث بدرجة أقل بكثير من تراكم الرصاص.

يمكن ذكر كبريتيد الكادميوم ، الذي يتكون من الكبريتات في ظل ظروف اختزال مواتية ، كمركب محدد للكادميوم في التربة. تتكون كربونات الكادميوم فقط عند قيم الأس الهيدروجيني> 8 ، وبالتالي فإن المتطلبات الأساسية لتنفيذه منخفضة للغاية.

في الآونة الأخيرة ، تم إيلاء الكثير من الاهتمام لحقيقة أن زيادة تركيز الكادميوم يوجد في الحمأة البيولوجية ، والتي يتم إدخالها في التربة لتحسينها. يمر حوالي 90 ٪ من الكادميوم الموجود في مياه الصرف الصحي في الحمأة البيولوجية: 30 ٪ أثناء الترسيب الأولي و 60 ... 70 ٪ أثناء المعالجة الإضافية.

يكاد يكون من المستحيل إزالة الكادميوم من الحمأة. ومع ذلك ، يمكن أن يؤدي التحكم الأكثر دقة في محتوى الكادميوم في مياه الصرف إلى تقليل محتواه في الحمأة إلى قيم أقل من 10 مجم / كجم من المادة الجافة. لذلك ، تختلف ممارسة استخدام حمأة الصرف الصحي كسماد بشكل كبير من بلد إلى آخر.

العوامل الرئيسية التي تحدد محتوى الكادميوم في محاليل التربة أو امتصاصه بواسطة معادن التربة والمكونات العضوية هي الرقم الهيدروجيني ونوع التربة ، وكذلك وجود عناصر أخرى ، مثل الكالسيوم.

في محاليل التربة ، يمكن أن يكون تركيز الكادميوم 0.1 ... 1 ميكروغرام / لتر. في طبقات التربة العلوية ، التي يصل عمقها إلى 25 سم ، اعتمادًا على تركيز ونوع التربة ، يمكن الاحتفاظ بالعنصر لمدة 25 ... 50 عامًا ، وفي بعض الحالات حتى 200 ... 800 عام.

تمتص النباتات من المواد المعدنية للتربة ، ليس فقط العناصر الحيوية بالنسبة لها ، ولكن أيضًا العناصر التي يكون تأثيرها الفسيولوجي غير معروف أو غير مبال بالنبات. يتم تحديد محتوى الكادميوم في النبات تمامًا من خلال خصائصه الفيزيائية والمورفولوجية - التركيب الوراثي.

يرد أدناه معامل نقل المعادن الثقيلة من التربة إلى النباتات:

الرصاص 0.01 ... 0.1 نيكل 0.1 ... 1.0 زن 1 ... 10

0.01 كر ... 0.1 نحاس 0.1 ... 1.0 قرص مضغوط 1 ... 10

الكادميوم عرضة للتركيز الحيوي النشط ، مما يؤدي في وقت قصير إلى حد ما إلى تراكم التركيزات الزائدة المتوفرة بيولوجيًا. لذلك ، فإن الكادميوم ، بالمقارنة مع HMs الأخرى ، هو أقوى مادة سامة للتربة (Cd> Ni> Cu> Zn).

لوحظت اختلافات كبيرة بين الأنواع النباتية الفردية. إذا كانت السبانخ (300 جزء في البليون) ، والخس (42 جزء في البليون) ، والبقدونس (31 جزء في البليون) ، وكذلك الكرفس والجرجير والبنجر والثوم المعمر يمكن أن تُعزى إلى النباتات "المخصبة" بالكادميوم ، ثم البقوليات ، والطماطم ، والفواكه ذات النواة الحجرية ، والتفاح تحتوي الفاكهة على القليل نسبيًا من الكادميوم (10 ... 20 جزء في البليون). جميع التركيزات مرتبطة بوزن النبات الطازج (أو الفاكهة). من محاصيل الحبوب ، تكون حبوب القمح أكثر تلوثًا بالكادميوم من حبوب الجاودار (50 و 25 جزء في البليون) ، ولكن 80 ... 90 ٪ من الكادميوم المستلم من الجذور يبقى في الجذور والقش.

لا يعتمد امتصاص النباتات للكادميوم من التربة (نقل التربة / النبات) على نوع النبات فحسب ، بل يعتمد أيضًا على محتوى الكادميوم في التربة. مع وجود تركيز عالٍ من الكادميوم في التربة (أكثر من 40 مجم / كجم) ، فإن امتصاصه عن طريق الجذور يحتل المرتبة الأولى ؛ عند محتوى أقل ، يحدث أكبر امتصاص من الهواء من خلال البراعم الصغيرة. تؤثر مدة النمو أيضًا على تخصيب الكادميوم: فكلما كان موسم النمو أقصر ، قل الانتقال من التربة إلى النبات. هذا هو السبب في أن تراكم الكادميوم في النباتات من الأسمدة أقل من تخفيفه بسبب تسارع نمو النبات الناتج عن عمل نفس الأسمدة.

إذا تم الوصول إلى تركيز عالٍ من الكادميوم في النباتات ، فقد يؤدي ذلك إلى اضطرابات في النمو الطبيعي للنباتات. على سبيل المثال ، ينخفض إنتاج الفول والجزر بنسبة 50٪ إذا كان محتوى الكادميوم في الركيزة 250 جزء في المليون. في الجزر تذبل الأوراق بتركيز كادميوم 50 ملجم / كجم من الركيزة. في الفاصوليا ، عند هذا التركيز ، تظهر بقع صدئة (محددة بشكل حاد) على الأوراق. في الشوفان ، يمكن ملاحظة الإصابة بالكلور (انخفاض محتوى الكلوروفيل) في نهايات الأوراق.

مقارنة بالنباتات ، تتراكم أنواع كثيرة من الفطريات كميات كبيرة من الكادميوم. يحتوي الفطر الذي يحتوي على نسبة عالية من الكادميوم على بعض أنواع الفطر ، ولا سيما فطر الأغنام ، بينما يحتوي المروج والفطر المزروع على القليل نسبيًا من الكادميوم. عند فحص أجزاء مختلفة من الفطر ، وجد أن الأطباق الموجودة فيها تحتوي على كمية من الكادميوم أكثر من الغطاء نفسه ، وأقل كادميوم في ساق الفطر. كما تظهر التجارب على نمو الفطر ، تم العثور على زيادة بمقدار ثلاثة أضعاف في محتوى الكادميوم في الفطر إذا زاد تركيزه في الركيزة بمقدار 10 مرات.

ديدان الأرض لديها القدرة على تراكم الكادميوم بسرعة من التربة ، ونتيجة لذلك فهي مناسبة للدلالة الحيوية على بقايا الكادميوم في التربة.

الحركة الأيونية نحاس أعلى من حركة أيونات الكادميوم. هذا يخلق ظروفًا أكثر ملاءمة لامتصاص النباتات للنحاس. نظرًا لقابليته العالية للتنقل ، يسهل غسل النحاس من التربة أكثر من الرصاص. تزداد قابلية ذوبان مركبات النحاس في التربة بشكل ملحوظ عند قيم الأس الهيدروجيني< 5. Хотя медь в следовых концентрациях считается необходимой для жизнедеятельности, у растений токсические эффекты проявляются при содержании 20 мг на кг сухого вещества.

من المعروف أن عمل مبيد الطحالب للنحاس. للنحاس تأثير سام على الكائنات الحية الدقيقة ، بينما يكفي تركيز حوالي 0.1 مجم / لتر. حركة أيونات النحاس في طبقة الدبال أقل من الطبقة المعدنية الأساسية.

تشمل العناصر المتحركة نسبيًا في التربة الزنك. يعد الزنك أحد أكثر المعادن شيوعًا في التكنولوجيا والحياة اليومية ، لذا فإن استخدامه السنوي على التربة كبير جدًا: فهو 100 ... 2700 جرام للهكتار. التربة القريبة من الشركات التي تعالج الخامات المحتوية على الزنك ملوثة بشكل خاص.

تبدأ قابلية ذوبان الزنك في التربة في الزيادة عند قيم الأس الهيدروجيني<6. При более высоких значениях рН и в присутствии фосфатов усвояемость цинка растениями значительно понижается. Для сохранения цинка в почве важнейшую роль играют процессы адсорбции и десорбции, определяемые значением рН, в глинах и различных оксидах. В лесных гумусовых почвах цинк не накапливается; например, он быстро вымывается благодаря постоянному естественному поддержанию кислой среды.

بالنسبة للنباتات ، يتم إنشاء تأثير سام عند محتوى يبلغ حوالي 200 مجم من الزنك لكل كجم من المادة الجافة. جسم الإنسان مقاوم بدرجة كافية للزنك وخطر التسمم عند استخدام المنتجات الزراعية المحتوية على الزنك منخفض. ومع ذلك ، فإن تلوث التربة بالزنك يمثل مشكلة بيئية خطيرة ، حيث أنه يؤثر على العديد من الأنواع النباتية. عند قيم الأس الهيدروجيني> 6 ، يتراكم الزنك في التربة بكميات كبيرة بسبب التفاعل مع الطين.

وصلات مختلفة السدادة تلعب دورًا مهمًا في عمليات التربة نظرًا لقدرة العنصر على تغيير درجة الأكسدة بتكوين مركبات مختلفة الذوبان والأكسدة والحركة. يشترك الحديد في النشاط البشري المنشأ بدرجة عالية جدًا ؛ وهو يتميز بدرجة عالية من المحبة التكنولوجية لدرجة أنه غالبًا ما يقال إن "ferruginization" للغلاف الحيوي. يوجد حاليًا أكثر من 10 مليارات طن من الحديد في الغلاف الجوي التقني ، 60٪ منها منتشر في الفضاء.

تؤدي تهوية آفاق التربة المستعادة ، والمقالب المختلفة ، وأكوام النفايات إلى تفاعلات الأكسدة ؛ بينما يتم تحويل كبريتيدات الحديد الموجودة في هذه المواد إلى كبريتات الحديد مع التكوين المتزامن لحمض الكبريتيك:

4FeS 2 + 6H 2 O + 15O 2 \ u003d 4FeSO 4 (OH) + 4H 2 SO 4

في مثل هذه الوسائط ، يمكن أن تنخفض قيم الأس الهيدروجيني إلى 2.5 ... 3.0. حمض الكبريتيك يدمر الكربونات بتكوين الجبس والمغنيسيوم وكبريتات الصوديوم. يؤدي التغيير الدوري في ظروف الأكسدة في البيئة إلى إزالة الكربون من التربة ، وزيادة تطوير بيئة حمضية مستقرة مع الرقم الهيدروجيني 4 ... 2.5 ، والحديد و المنغنيز تتراكم في آفاق السطح.

هيدروكسيدات وأكاسيد الحديد والمنغنيز أثناء تكوين الرواسب يسهل التقاط وربط النيكل والكوبالت والنحاس والكروم والفاناديوم والزرنيخ.

المصادر الرئيسية لتلوث التربة النيكل - شركات التعدين والهندسة الميكانيكية والصناعات الكيماوية واحتراق الفحم وزيت الوقود في محطات الطاقة الحرارية ومنازل الغلايات. لوحظ تلوث بالنيكل من صنع الإنسان على مسافة تصل إلى 80 ... 100 كم أو أكثر من مصدر الانبعاث.

تعتمد حركة النيكل في التربة على تركيز المادة العضوية (الأحماض الدبالية) ، ودرجة الحموضة ، وإمكانات الوسط. هجرة النيكل معقدة. من ناحية ، يأتي النيكل من التربة على شكل محلول تربة للنباتات والمياه السطحية ، ومن ناحية أخرى ، تتجدد كميته في التربة بسبب تدمير معادن التربة وموت النباتات والكائنات الحية الدقيقة ، وأيضًا بسبب دخوله إلى التربة مع هطول الأمطار والغبار والأسمدة المعدنية.

المصدر الرئيسي لتلوث التربة الكروم - احتراق الوقود والنفايات الناتجة عن إنتاج الجلفنة ، وكذلك مقالب الخبث في إنتاج الحديد والكروم والفولاذ ؛ تحتوي بعض الأسمدة الفوسفاتية على الكروم حتى 10 2 ... 10 4 مجم / كجم.

نظرًا لأن Cr +3 يكون خاملًا في بيئة حمضية (يترسب بشكل كامل تقريبًا عند درجة الحموضة 5.5) ، فإن مركباته في التربة مستقرة جدًا. على العكس من ذلك ، فإن Cr +6 غير مستقر للغاية ويمكن تعبئته بسهولة في التربة الحمضية والقلوية. يمكن أن يؤدي انخفاض حركة الكروم في التربة إلى نقصه في النباتات. الكروم هو جزء من الكلوروفيل ، الذي يعطي أوراق النباتات اللون الأخضر ، ويضمن امتصاص النباتات لثاني أكسيد الكربون من الهواء.

لقد ثبت أن الجير ، وكذلك استخدام المواد العضوية ومركبات الفوسفور ، يقلل بشكل كبير من سمية الكرومات في التربة الملوثة. عندما تتلوث التربة بالكروم سداسي التكافؤ ، يتم استخدام التحميض ثم استخدام عوامل الاختزال (مثل الكبريت) لتقليلها إلى Cr +3 ، وبعد ذلك يتم تنفيذ التجيير لترسيب مركبات Cr +3.

يرتبط التركيز العالي للكروم في تربة المدن (9 ... 85 مجم / كجم) بمحتواه العالي من الأمطار والمياه السطحية.

يعتمد تراكم أو ترشيح العناصر السامة التي دخلت التربة إلى حد كبير على محتوى الدبال ، الذي يربط ويحتفظ بعدد من المعادن السامة ، ولكن بشكل أساسي النحاس والزنك والمنغنيز والسترونتيوم والسيلينيوم والكوبالت والنيكل (كمية هذه العناصر الموجودة في الدبال تزيد مئات إلى آلاف المرات عن المكونات المعدنية للتربة).

تساهم العمليات الطبيعية (الإشعاع الشمسي ، المناخ ، التجوية ، الهجرة ، التحلل ، النض) في التنقية الذاتية للتربة ، والتي تتمثل الخاصية الرئيسية لها في مدتها. مدة التنظيف الذاتي- هذا هو الوقت الذي يحدث فيه انخفاض بنسبة 96٪ من الجزء الكتلي للمادة الملوثة من القيمة الأولية أو إلى قيمتها الخلفية. للتنقية الذاتية للتربة ، وكذلك استعادتها ، يتطلب الأمر الكثير من الوقت ، والذي يعتمد على طبيعة التلوث والظروف الطبيعية. تستغرق عملية التنقية الذاتية للتربة من عدة أيام إلى عدة سنوات ، وتستغرق عملية استعادة الأراضي المضطربة مئات السنين.

قدرة التربة على التطهير الذاتي من المعادن الثقيلة منخفضة. من التربة الحرجية الغنية إلى حد ما بالمواد العضوية في المنطقة المعتدلة مع جريان السطح ، تتم إزالة حوالي 5٪ فقط من الرصاص من الغلاف الجوي وحوالي 30٪ من الزنك والنحاس. يتم الاحتفاظ ببقية HMs المترسبة بالكامل تقريبًا في طبقة التربة السطحية ، نظرًا لأن الهجرة إلى أسفل ملف تعريف التربة بطيئة للغاية: بمعدل 0.1-0.4 سم / سنة. لذلك ، يمكن أن يتراوح عمر النصف للرصاص ، حسب نوع التربة ، من 150 إلى 400 سنة ، وللزنك والكادميوم - 100-200 سنة.

يتم تطهير التربة الزراعية بشكل أسرع إلى حد ما من الكميات الزائدة من بعض HMs بسبب الهجرة المكثفة بسبب الجريان السطحي وتحت التربة ، وأيضًا بسبب حقيقة أن جزءًا كبيرًا من العناصر الدقيقة يمر عبر نظام الجذر إلى الكتلة الحيوية الخضراء ويتم حمله بعيدًا مع محصول.

وتجدر الإشارة إلى أن تلوث التربة ببعض المواد السامة يثبط بشكل كبير عملية التنقية الذاتية للتربة من بكتيريا مجموعة الإشريكية القولونية. وبالتالي ، عند محتوى 3،4-benzpyrene 100 ميكروغرام / كيلوغرام من التربة ، يكون عدد هذه البكتيريا في التربة أعلى بـ 2.5 مرة من المجموعة الضابطة ، وبتركيز يزيد عن 100 ميكروغرام / كيلوغرام ويصل إلى 100 ملغم / كغم ، فهي أكثر عددًا.

تشير دراسات التربة في مجال المراكز المعدنية ، التي أجراها معهد علوم التربة والكيمياء الزراعية ، إلى أن محتوى الرصاص في دائرة نصف قطرها 10 كيلومترات أعلى بعشر مرات من القيمة الأساسية. ولوحظ أكبر فائض في مدن دنيبروبيتروفسك وزابوروجي وماريوبول. لوحظ محتوى الكادميوم 10… 100 مرة أعلى من مستوى الخلفية حول دونيتسك ، زابوروجي ، خاركوف ، ليسيتشانسك ؛ الكروم - حول دونيتسك ، زابوروجي ، كريفوي روج ، نيكوبول ؛ الحديد والنيكل - حول Krivoy Rog ؛ المنغنيز - في منطقة نيكوبول. بشكل عام ، وفقًا للمعهد نفسه ، فإن حوالي 20 ٪ من أراضي أوكرانيا ملوثة بالمعادن الثقيلة.

عند تقييم درجة التلوث بالمعادن الثقيلة ، يتم استخدام بيانات حول MPC ومحتوى خلفيتها في تربة المناطق الطبيعية والمناخية الرئيسية في أوكرانيا. إذا تم إنشاء محتوى مرتفع من عدة معادن في التربة ، يتم تقييم التلوث بواسطة المعدن ، الذي يتجاوز محتواه المعيار إلى أقصى حد.