Джерелами забруднення ґрунтів важкими металами можуть бути. Джерела забруднення важкими металами

S. Donahue - Забруднення ґрунтів важкими металамиГрунт-грунти є одним з найважливіших компонентів сільськогосподарського та міського середовища, і в обох випадках розумне управління є ключем до якості ґрунту. Ця серія технічних приміток розглядає техногенну діяльність людини, що спричиняє деградацію ґрунтів, а також методи управління, що захищають міські ґрунти. Ця технічна записка присвячена забруднення ґрунту важкими металами.

Метали у ґрунті

Видобуток, виробництво та використання синтетичних речовин (наприклад, пестициди, фарби, промислові відходи, побутові та промислові води) можуть призвести до забруднення міських та сільськогосподарських земель важкими металами. Тяжкі метали також зустрічаються в природі, але рідко в токсичних кількостях. Потенційне забруднення ґрунту можуть утворитися на старих звалищах (особливо на тих, що використовуються для промислових відходів), у старих садах, на яких використовували пестициди, що містять миш'як як активний інгредієнт, на полях, які в минулому застосовувалися під стічні води або муніципальні опади, в районах або навколо гірських відвалів та хвостосховищ, промислових районах, де хімічні речовини, можливо, були скинуті на землю в районах з підвітряного боку промислових об'єктів.

Надлишкові накопичення важких металів у ґрунтах є токсичним для людини та тварин. Накопичення важких металів, як правило, хронічне (вплив протягом тривалого часу), разом із їжею. Гостро (негайне) отруєння важкими металами відбувається при ковтанні або шкірному контакті. Хронічними проблемами, пов'язаними із довгостроковим впливом важких металів є:

Свинець – психічні розлади.
Кадмій – впливає на нирки, печінку та шлунково-кишковий тракт.
Миш'як - шкірні захворювання, що впливає на нирки та центральну нервову систему.

Найбільш поширеними катіонними елементами є ртуть, кадмій, свинець, нікель, мідь, цинк, хром та марганець. Найбільш поширеними аніонними елементами – миш'як, молібден, селен, бор.

Традиційні способи відновлення забруднених ґрунтів

Методи рекультивації ґрунтів та сільськогосподарських культур може допомогти запобігти попаданню забруднюючих речовин у рослини, залишаючи їх у ґрунті. Дані методи рекультивації не призведуть до видалення важких металів забруднюючих речовин, але допоможе іммобілізації їх у грунт і зменшити ймовірність негативного наслідки металів. Зверніть увагу, що вид металу (катіон або аніон) необхідно враховувати:

Збільшення рН ґрунту до 6,5 або вище. Катіонні метали більш розчинні на нижчих рівнях рН, тому підвищення рН робить їх менш доступними для рослин і, отже, менш імовірно, будуть включені в тканини рослин і потраплять до організму людини. Підвищення рН має протилежний вплив на аніонні елементи.
Злив у вологих ґрунтах. Дренаж покращує аерацію ґрунту і дозволить металам окислятися, що робить їх менш розчинними та доступними. Зворотне властивість спостерігатиметься для хрому, який є більш доступним в окисленій формі. Активність органічної речовини є ефективною у зниженні доступності хрому.
. Застосування фосфатів. Застосування фосфатів може призвести до зниження доступності катіонних металів, але мати протилежний ефект на аніонних сполуках, таких як миш'як. Застосовувати фосфати потрібно розумно, оскільки високий рівень фосфору в грунті може призвести до забруднення води.
Ретельний підбір рослин для використання на металево забруднених ґрунтах Рослини переміщують велику кількість металів у листі, ніж їх плоди або насіння. Найбільший ризик зараження харчових продуктів у ланцюжку листових овочів (салат або шпинат). Інший небезпекою є поїдання цих рослин худобою.

Установки для екологічного очищення

Дослідження показали, що рослини ефективні в очищенні забруднених грунтів (Венцель та співавт., 1999). Фіторемедіація - це загальний термін використання рослин для видалення важких металів або для вмісту ґрунту в чистому стані, без забруднюючих речовин, таких як важкі метали, пестициди, розчинники, сира нафта, поліциклічні ароматичні вуглеводні. Наприклад, степова трава може стимулювати розпад нафтопродуктів. Польові квіти були нещодавно використані для деградації вуглеводнів від розливу нафти в Кувейті. Гібридні види тополь можуть видалити хімічні сполуки, такі як TNT, а також як високий вміст нітратів та пестицидів (Brady та Weil, 1999).

Рослини для обробки металево забруднених ґрунтів

Рослини були використані для стабілізації та видалення металів із ґрунту та води. Використовуються три механізми: фітоекстракція, ризофільтрація та фітостабілізація.

Ця стаття розповідає про ризофільтрацію та фітостабілізацію, але основну увагу приділить фітоекстракції.

Ризофільтрація - це адсорбція на коренях рослин або поглинання корінням рослин забруднювачів, які знаходяться в оточуючих кореневу зону розчинах (ризосфері).

Ризофільтрація використовується для знезараження підземних вод. Рослини вирощують у теплицях. Забруднена вода використовується для акліматизації рослин у навколишньому середовищі. Потім, ці рослини висаджуються на місці забруднених ґрунтових вод, де коріння фільтрують води та забруднюючі речовини. Як тільки коріння насичується забрудненими речовинами, рослини збирають. У Чорнобилі, таким чином, був використаний соняшник, для видалення радіоактивних речовин у підземних водах (EPA, 1998)

Фітостабілізація - це використання багаторічних рослин для стабілізації або іммобілізації шкідливих речовин у ґрунті та ґрунтових водах. Метали поглинаються і накопичуються в корінні, адсорбуються на коренях, або осаджуються в ризосфері. Також дані рослини можуть бути використані для відновлення рослинності, в місцях, де не вистачає природної рослинності, тим самим зменшуючи ризик водної та вітрової ерозії та вилуговування. Фітостабілізація знижує рухливість забруднюючих речовин і запобігає подальшому руху забруднених речовин у ґрунтові води або повітря, і знижує попадання їх у харчові ланцюги.

Фітоекстракція

Фітоекстракція - це процес вирощування рослин у металево забрудненому ґрунті. Коріння переміщують метали у надземні частини рослин, після чого ці рослини збирають і спалюють або компостують для переробки металів. Декілька циклів зростання сільськогосподарських культур можуть бути необхідні для зменшення рівня забруднення в допустимих межах. Якщо рослини спалюють, золу потрібно утилізувати на звалищах відходів.

Рослини, що вирощуються для фітоекстракції, називають гіперакумуляторами. Вони поглинають надзвичайно велику кількість металу в порівнянні з іншими рослинами. Гіперакумулятори можуть містити близько 1000 міліграмів на кілограм кобальту, міді, хрому, свинцю, нікелю, і навіть 10 000 міліграмів на кілограм (1%) марганцю та цинку в сухій речовині (Baker і Брукс, 1989).

Фітоекстракція простіше для таких металів, як нікель, цинк, мідь, тому що ці металів воліють більшість із 400 рослин гіперакумуляторів. Деякі рослини з роду Thlaspi (pennycress), як відомо, містять близько 3% цинку у тканинах. Ці рослини можна використовувати як руду у зв'язку з високою концентрацією металу (Бреді та Вейля, 1999).

З усіх металів, свинець є найпоширенішим забруднювачем ґрунту (EPA, 1993). На жаль, рослини не накопичують свинець у природних умовах. Такі хелатори, як ЕДТА (етилендіамінтетраоцтової кислоти) повинні бути додані до ґрунту. ЕДТА дозволяє рослинам витягувати свинець. Найбільш поширеною рослиною, що використовується для вилучення свинцю, є індійська гірчиця (Brassisa juncea). Phytotech (приватна дослідницька компанія) повідомила, що вони очистили плантації в Нью-Джерсі під промисловими стандартами з 1 по 2 за допомогою індійської гірчиці (Wantanabe, 1997).

Рослини можуть видаляти цинк, кадмій, свинець, селен і нікель із ґрунту на проектах, які є середньо та довгостроково перспективними.

Традиційне очищення на територіях може коштувати від $ 10.00 і $ 100.00 за кубічний метр (м3), у той час як видалення забруднених матеріалів може коштувати від $ 30.00 до $ 300/м3. Для порівняння, фітоекстракція може коштувати $0,05 (Watanabe, 1997).

Перспективи на майбутнє

Фіторемедіація була вивчена у процесі дослідження малих та повномасштабних додатків. Фіторемедіація може переміститися у сферу комерціалізації (Watanabe, 1997). Прогнозується, що фіторемедіації ринку досягне $214 до $370 млн. до 2005 року (Environmental Science & Technology, 1998). З огляду на нинішню ефективність фіторемедіації найкраще підходить для очищення ширших областей, де забруднювачі присутні в низьких і середніх концентраціях. Перед повною комерціалізацією фіторемедіації необхідні подальші дослідження, щоб переконатися, що тканини рослин, що використовуються для фіторемедіації, не мають несприятливого впливу на навколишнє середовище, дику природу або на людину (EPA, 1998). Дослідження також необхідні, щоб знайти більш ефективні біоакумулятори, які виробляють більше біомаси. Існує необхідність для комерційного вилучення металів з рослинної біомаси, тому вони можуть бути перероблені. Фіторемедіація повільніша, ніж традиційні методи видалення важких металів із ґрунту, але набагато дешевше. Попередження забруднення ґрунту набагато дешевше, ніж виправлення катастрофічних наслідків.

Список використаної літератури

1.Baker, A.J.M., та R.R. Brooks. 1989. територіальні плани, які перезавантажують металеві елементи - на думку про їх розповсюдження, екологію, і фітохімічні. Biorecovery 1:81:126.
2. Brady, N.C., та R.R. Weil. 1999. The nature and properties of soils. 12th ed. Prentice Hall. Upper Saddle River, NJ.
3. Environmental Science & Technology. 1998. Phytoremediation; forecasting. Environmental Science & Technology. Vol. 32, issue 17, p.399A.
4. McGrath, S.P. 1998. Phytoextraction for soil remediation. p. 261-287. У R. Brooks (ed.) Plants що hyperaccumulate heavy metals їх роль у phytoremediation, microbiology, archaeology, mineral exploration і phytomining. CAB International, New York, NY.
5. Phytotech. 2000. Phytoremediation technology.

Важкі метали зараз значно випереджають такі широко відомі забруднювачі, як двоокис вуглецю та сірки, у прогнозі ж вони мають стати найнебезпечнішими, небезпечнішими, ніж відходи АЕС та тверді відходи. Забруднення важкими металами пов'язане з їх широким використанням у промисловому виробництві разом зі слабкими системами очищення, внаслідок чого важкі метали потрапляють у довкілля. Грунт є основним середовищем, в яке потрапляють важкі метали, у тому числі з атмосфери та водного середовища. Вона ж є джерелом вторинного забруднення приземного повітря та вод, що потрапляють із неї у Світовий океан. З ґрунту важкі метали засвоюються рослинами, які потім потрапляють у їжу більш високоорганізованим тваринам.

Термін важкі метали, що характеризує широку групу забруднюючих речовин, набув останнім часом значного поширення. У різних наукових та прикладних роботах автори по-різному трактують значення цього поняття. У зв'язку з цим кількість елементів, які належать до групи важких металів, змінюється у межах. Як критерії приналежності використовуються численні характеристики: атомна маса, щільність, токсичність, поширеність у природному середовищі, ступінь залучення до природних та техногенних циклів.

У роботах, присвячених проблемам забруднення навколишнього природного середовища та екологічного моніторингу, на сьогоднішній день до важких металів відносять понад 40 металів періодичної системи Д.І. Менделєєва з атомною масою понад 50 атомних одиниць: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi та ін. При цьому важливу роль у категоруванні важких металів грають такі умови : їх висока токсичність для живих організмів у відносно низьких концентраціях, а також здатність до біоакумуляції та біомагніфікації.

За класифікацією Н.Реймерса, важкими слід вважати метали щільністю понад 8 г/см3. Таким чином, важких металів відносяться Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg.

Формально визначенню важких металів відповідає велика кількість елементів. Однак, на думку дослідників, зайнятих практичною діяльністю, пов'язаною з організацією спостережень за станом та забрудненням навколишнього середовища, сполуки цих елементів далеко не рівнозначні як забруднюючі речовини. Тому в багатьох роботах відбувається звуження рамок групи важких металів, відповідно до критеріїв пріоритетності, зумовлених напрямом та специфікою робіт. Так було в класичними роботах Ю.А. Ізраеля у переліку хімічних речовин, що підлягають визначенню у природних середовищах на фонових станціях у біосферних заповідниках, у розділі важкі метали наведені як Pb, Hg, Cd, As. З іншого боку, згідно з рішенням Цільової групи з викидів важких металів, що працює під егідою Європейської Економічної Комісії ООН та займається збором та аналізом інформації про викиди забруднюючих речовин у європейських країнах, тільки Zn, As, Se та Sb були віднесені до важких металів.

Нормування вмісту важких металів у ґрунті та рослинах є надзвичайно складним через неможливість повного обліку всіх факторів природного середовища. Так, зміна лише агрохімічних властивостей ґрунту (реакції середовища, вмісту гумусу, ступеня насиченості основами, гранулометричного складу) може у кілька разів зменшити або збільшити вміст важких металів у рослинах. Є суперечливі дані про фоновому змісті деяких металів. Знайдені результати, що наводяться дослідниками, розрізняються іноді в 5-10 разів.

Розподіл металів-забруднювачів у просторі дуже складний і залежить від багатьох факторів, але в будь-якому випадку саме грунт є головним приймачем та акумулятором техногенних мас важких металів.

Надходження важких металів у літосферу внаслідок техногенного розсіювання здійснюється різноманітними шляхами. Найважливішим із них є викид при високотемпературних процесах (чорна та кольорова металургія, випалення цементної сировини, спалювання мінерального палива). Крім того, джерелом забруднення біоценозів можуть служити зрошення водами з підвищеним вмістом важких металів, внесення опадів побутових стічних вод у ґрунти як добрива, вторинне забруднення внаслідок виносу важких металів з металургійних підприємств водними або повітряними потоками, надходження великих кількостей тяжких доз органічних, мінеральних добрив та пестицидів. У додатку №1 відображено відповідність між джерелами техногенного забруднення та металами забруднювачами.

Для характеристики техногенного забруднення важкими металами використовується коефіцієнт концентрації, що дорівнює відношенню концентрації елемента в забрудненому грунті для його фонової концентрації. При забрудненні кількома важкими металами рівень забруднення оцінюється за величиною сумарного показника концентрації (Zc) .

У додатку №1 кольором виділено галузі промисловості, які зараз діють на території Комсомольська-на-Амурі. З таблиці видно, що такі елементи як цинк, свинець, кадмій вимагають обов'язкового контролю за рівнем ГДК, особливо враховуючи той факт, що вони входять до списку основних забруднювачів з важких металів (Hg, Pb, Cd, As - за Ю.А. Ізраелем ), головним чином тому, що техногенне накопичення їх у навколишньому середовищі йде високими темпами.

Виходячи з цих даних, познайомимося докладніше з особливостями цих елементів.

Цинк належить до активних мікроелементів, що впливають на ріст і нормальний розвиток організмів. У той же час багато сполук цинку токсичні, насамперед його сульфат і хлорид.

ГДК Zn 2+ становить 1 мг/дм 3 (лімітуючий показник шкідливості - органолептичний), ГДК вр Zn 2+ - 0.01 мг/дм 3 (лімітуючий ознака шкідливості - токсикологічний) (Біогеохімічні властивості Див. Додаток 2).

Нині свинець посідає перше місце серед причин промислових отруєнь. Це викликано широким застосуванням їх у різних галузях промисловості (Прил. 1).

Свинець міститься у викидах підприємствами металургії, які є головним джерелом забруднень, металообробки, електротехніки, нафтохімії. Значним джерелом свинцю є вихлопні гази автомобілів, що використовують етилований бензин.

В даний час продовжує збільшуватись кількість автомобілів та інтенсивність їх руху, що також збільшує кількість свинцевих викидів у навколишнє середовище.

Комсомольський-на-Амурі Акумуляторний завод у період своєї діяльності був потужним джерелом свинцевого забруднення міських територій. Елемент, через атмосферу осідав на поверхні ґрунту, накопичувався і зараз практично не виводиться із нього. На сьогоднішній день одним із джерел забруднення є також металургійний завод. Відбувається подальше накопичення свинцю, поряд із неліквідованими раніше «запасами». При вмісті 2-3г свинцю на 1кг грунту - грунт стає мертвим.

Біла книга, опублікована російськими фахівцями, повідомляє, що свинцеве забруднення покриває всю країну і є одним із численних екологічних лих у колишньому Радянському Союзі, які стали відомі останніми роками. Більшість території Росії зазнає навантаження від випадання свинцю, що перевищує критичну для нормального функціонування екосистеми. У десятках міст вже у 90-х роках відзначалося перевищення концентрацій свинцю в повітрі та ґрунті вище за величини, що відповідають ГДК. На сьогоднішній день, незважаючи на вдосконалення технічної апаратури, ситуація не сильно змінилася (Додаток 3).

Забруднення довкілля свинцем впливає стан здоров'я людей. Надходження хімікату в організм відбувається при вдиханні повітря, що містить свинець, і надходження свинцю з їжею, водою, на пилових частках. Хімікат накопичується в тілі, кістках і поверхневих тканинах. Впливає на нирки, печінку, нервову систему та органи кровотворення. Вплив свинцю порушує жіночу та чоловічу репродуктивну систему. Для жінок вагітних та дітородного віку підвищені рівні свинцю в крові становлять особливу небезпеку, тому що під його дією порушується менструальна функція, частіше бувають передчасні пологи, викидні та смерть плода внаслідок проникнення свинцю через плацентарний бар'єр. У новонароджених дітей висока смертність. Низька вага у дітей при народженні, відставання в зростанні та втрата слуху також є результатом свинцевого отруєння.

Для маленьких дітей отруєння свинцем надзвичайно небезпечно, оскільки він негативно діє на розвиток мозку та нервової системи. Навіть при низьких дозах свинцеве отруєння у дітей дошкільного віку викликає зниження інтелектуального розвитку, уваги та вміння зосередитися, відставання в читанні, веде до розвитку агресивності, гіперактивності та інших проблем у поведінці дитини. Ці відхилення у розвитку можуть мати тривалий характері і бути незворотними. Високі дози інтоксикації ведуть до розумової відсталості, викликають кому, конвульсії та смерть.

Лімітуючий показник шкідливості – санітарно-токсилогічний. ГДК у свинцю становить 0.03 мг/дм 3 ПДК вр - 0.1 мг/дм 3 .

Антропогенні джерела надходження кадмію в довкілля можна поділити на дві групи:

§ локальні викиди, які пов'язані з промисловими комплексами, що виробляють (до них належить ряд хімічних підприємств, особливо з виробництва сірчаної кислоти) або використовують кадмій.
§ дифузно розсіяні по Землі джерела різної потужності, починаючи від теплових енергетичних установок та моторів і закінчуючи мінеральними добривами та тютюновим димом.

Дві властивості кадмію визначають його важливість для довкілля:

1. Порівняно високий тиск пари, що забезпечує легкість його випаровування, наприклад, при плавленні або при згорянні вугілля;
2. Висока розчинність у воді, особливо при невеликих кислотних значеннях рН (особливо при рН5).

Кадмій, що поступив у ґрунт, в основному присутній у ній у рухомій формі, що має негативне екологічне значення. Рухлива форма обумовлює порівняно високу міграційну здатність елемента в ландшафті та призводить до підвищеної забрудненості потоку речовин із ґрунту в рослини.

Забруднення ґрунту Cd зберігається тривалий час і після того, як цей метал перестає надходити знову. До 70% кадмію, що потрапляє в грунт, пов'язується з ґрунтовими хімічними комплексами, доступними для засвоєння рослинами. У процесах утворення кадмієво-органічних сполук бере участь і ґрунтова мікрофлора. Залежно від хімічного складу, фізичних властивостей грунту і форми кадмію, що надходить, його перетворення в грунті завершуються протягом декількох діб. У результаті кадмій накопичується в іонній формі у кислих водах або у вигляді нерозчинних гідроксиду та карбонату. Він може перебувати у ґрунті та у вигляді комплексних сполук. У зонах підвищеного вмісту кадмію у ґрунті встановлюється 20-30 кратне збільшення його концентрації у наземних частинах рослин у порівнянні з рослинами незабруднених територій. Видимі симптоми, викликані підвищеним вмістом кадмію в рослинах, - це хлороз листя, червоно-буре забарвлення їх країв і прожилок, а також затримка росту та пошкодження кореневої системи.

Кадмій дуже токсичний. Висока фітотоксичність кадмію пояснюється його близькістю за хімічними властивостями до цинку. Тому кадмій може заміняти цинк у багатьох біохімічних процесах, порушуючи роботу великої кількості ферментів. Фітотоксичність кадмію проявляється у гальмівній дії на фотосинтез, порушенні транспірації та фіксації вуглекислого газу, а також у зміні проникності клітинних мембран.

Специфічне біологічне значення кадмію як мікроелемента не встановлено. В організм людини кадмій проникає двома шляхами: на виробництві та з їжею. Харчові ланцюжки надходження кадмію формуються в районах підвищеного забруднення кадмієм ґрунту та водойм. Кадмій знижує активність травних ферментів (трипсину та меншою мірою -пепсину), змінює їх активність, активує ферменти. Кадмій впливає на вуглеводний обмін, викликаючи гіперглікемію, пригнічуючи синтез глікогену у печінці.

ГДК становить 0.001 мг/дм 3 , ГДК вр - 0.0005 мг/дм 3 (лімітуючий ознака шкідливості - токсикологічний).

За рахунок антропогенної діяльності в довкілля надходить величезна кількість різних хімічних елементів та їх сполук – до 5 т органічних та мінеральних відходів на кожну людину щорічно. Від половини до двох третин цих надходжень залишається у шлаках, золі, утворюючи локальні аномалії у хімічному складі ґрунтів та вод.

Підприємства, будівлі, міське господарство, промислові, побутові та фекальні відходи населених пунктів та промислових районів не лише відчужують ґрунт, а й на десятки кілометрів навколо порушують нормальну біогеохімію та біологію ґрунтово-екологічних систем. Якоюсь мірою кожне місто чи індустріальний центр є причиною виникнення великих біогеохімічних аномалій, небезпечних для людини.

Джерелом важких металів є головним чином промислові викиди. При цьому лісові екосистеми страждають значно більше, ніж ґрунти сільськогосподарських угідь та сільськогосподарські культури. Особливо токсичними є свинець, кадмій, ртуть, миш'як та хром.

Тяжкі метали, як правило, накопичуються в ґрунтовій товщі, особливо у верхніх гумусових горизонтах. Період напіввидалення важких металів із ґрунту (вилуговування, ерозія, споживання рослинами, дефляція) становить залежно від типу ґрунту для:

цинку – 70-510 років;
кадмію - 13-Політ;
міді – 310-1500 років;
свинцю – 740-5900 років.

Складні та іноді незворотні наслідки впливу важких металів можна зрозуміти і передбачати лише на основі ландшафтно-біогеохімічного підходу до проблеми токсикантів у біосфері. Особливо впливають на рівні забруднення та токсико-екологічну ситуацію такі показники:

біопродуктивність ґрунтів та вміст у них гумусу;
кислотно-основний характер грунтів та вод;
окисно-відновні умови;
концентрація ґрунтових розчинів;
поглинальна здатність ґрунтів;
гранулометричний склад ґрунтів;
тип водяного режиму.

Роль цих факторів вивчена поки що недостатньо, хоча саме ґрунтовий покрив є кінцевим приймачем більшості техногенних хімічних речовин, що залучаються до біосфери. Ґрунти є головним акумулятором, сорбентом та руйнівником токсикантів.

Значна частина металів потрапляє у ґрунти від антропогенної діяльності. Розсіювання починається з видобутку руди, газу, нафти, вугілля та інших корисних копалин. Ланцюжок розсіювання елементів простежується від видобувної копальні, кар'єру, далі втрати відбуваються при транспортуванні сировини на збагачувальну фабрику, на фабриці розсіювання триває по технологічній лінії збагачення, потім у процесі металургійного переділу, виготовлення металів і аж до відвалів, промислових і побутових звалищ.

З викидами промислових підприємств у значних кількостях надходить широкий набір елементів, причому ЗВ не завжди пов'язані з основною продукцією підприємств, а можуть входити до складу домішок. Так, поблизу свинцево-плавильного заводу пріоритетними забруднювачами, крім свинцю та цинку, можуть бути кадмій, мідь, ртуть, миш'як, селен, а біля підприємств, що виплавляють алюміній, - фтор, миш'як, берилій. Значна частина викидів підприємств надходить у глобальний кругообіг - до 50% свинцю, цинку, міді та до 90% ртуті.

Річний видобуток деяких металів перевершує їхню природну міграцію, особливо значно для свинцю і заліза. Очевидно, що все зростає тиск техногенних потоків металів на навколишнє середовище, в тому числі і на ґрунти.

Близькість розташування джерела забруднення позначається на атмосферному забрудненні грунтів. Так, два великі підприємства у Свердловській області – Уральський алюмінієвий завод та Красноярська ТЕЦ – виявилися джерелами техногенного забруднення атмосферного повітря з вираженими межами випадання техногенних металів з атмосферними опадами.

Небезпека забруднення ґрунтів техногенними металами з аерозолів повітря існує для будь-яких видів ґрунтів і в будь-яких місцях міста з тією лише різницею, що ґрунти, що ближче розташовані до джерела техногенезу (металургійний комбінат, ТЕЦ, АЗС або рухомий транспорт) будуть більш забруднені.

Часто інтенсивна дія підприємств поширюється на невелику площу, що призводить до підвищення вмісту важких металів, сполук миш'яку, фтору, оксидів сірки, сірчаної кислоти, іноді соляної кислоти, ціанідів у концентраціях, що часто перевищують ГДК (табл. 4.1). Гинуть трав'яний покрив, лісові насадження, руйнується ґрунтовий покрив, розвиваються ерозійні процеси. До 30-40 % важких металів із ґрунту може надходити у ґрунтові води.

Однак ґрунт також служить потужним геохімічним бар'єром для потоку ЗВ, але лише до певної межі. Розрахунки показують, що чорноземи здатні лише в орному шарі потужністю 0-20 см міцно фіксувати до 40-60 т/га свинцю, підзолисті - 2-6 т/га, а ґрунтові горизонти загалом - до 100 т/га, але при цьому у ґрунті виникає гостра токсикологічна ситуація.

Ще одна особливість грунту - здатність активно трансформувати сполуки, що до неї надходять.У цих реакціях беруть участь мінеральні та органічні компоненти, можлива трансформація біологічним шляхом. При цьому найбільш поширені процеси переходу водорозчинних сполук важких металів у важкорозчинні (оксиди, гідроксиди, солі з низьким виробленням. Таблиця 4.1.Перелік джерел забруднення та хімічних елементів, накопичення яких можливе у ґрунті в зоні впливу цих джерел (Методичні вказівки МУ 2.1.7.730-99 «Гігієнічна оцінка якості ґрунту населених місць»)

Джерела забруднення	Тип виробництва	Коефіцієнт концентрування До с
Джерела забруднення	Тип виробництва
Кольорова металургія	Виробництво кольорових металів із руд та концентратів	Pb, Zn, Сі, Ag	Sn, As, Cd, Sb, Hg, Se, Bi
	Вторинна переробка кольорових металів	Pb, Zn, Sn, Сі
	Виробництво твердих та тугоплавких кольорових металів.
	Виробництво титану	Ag, Zn, Pb, В, Сі	Ti, Mn, Mo, Sn, V
Чорна металургія	Виробництво легованих сталей	З, Mo, Bi, W, Zn
Чорна металургія	Залізорудне виробництво
Машинобудівна та металообробна промисловість	Підприємства з термічним обробленням металів (без ливарних цехів)		Ni, Cr, Hg, Sn, Сі
	Виробництво свинцевих акумуляторів
	Виробництво приладів для електронної та електротехнічної промисловості
Хімічна промисловість	Виробництво суперфосфату		Рідкісні землі, Cu, Cr, As, It
Хімічна промисловість	Виробництво пластмас
Промисловість будматеріалів	Виробництво цементу
Поліграфічна промисловість	Шрифтоліварні заводи, друкарні
Тверді побутові відходи		Pb, Cd, Sn, Сі, Ag, Sb, Zn
Осади стічних вод		Pb, Cd, V, Ni, Sn, Cr, Сі, Zn

денням розчинності ПР) у складі ґрунтового поглинаючого комплексу (ППК): органічна речовина утворює з іонами важких металів комплексні сполуки. Взаємодія іонів металів з компонентами ґрунту відбувається за типом реакцій сорбції, осадження-розчинення, комплексоутворення, утворення простих солей. Швидкість та напрямок процесів трансформації залежать від pH середовища, вмісту тонкодисперсних частинок, кількості гумусу.

Для екологічних наслідків забруднення ґрунтів важкими металами істотне значення набувають величини концентрацій та форми знаходження важких металів у ґрунтовому розчині. Рухливість важких металів тісно пов'язана зі складом рідкої фази: низька розчинність оксидів і гідроксидів важких металів зазвичай спостерігається у ґрунтах із нейтральною або лужною реакцією. Навпаки, мобільність важких металів найбільш висока при сильнокислій реакції ґрунтового розчину, тому токсичний вплив важких металів у сильнокислих тайгово-лісових ландшафтах може бути істотним порівняно з нейтральними або лужними грунтами. Токсичність елементів для рослин та живих організмів безпосередньо пов'язана з їх рухливістю у ґрунтах. Крім кислотності на токсичність впливають властивості грунтів, що зумовлюють міцність фіксації ЗВ, що надходять; Істотно впливає спільна присутність різних іонів.

Найбільшу небезпеку для вищих організмів, у тому числі й для людини, є наслідками мікробної трансформації неорганічних сполук важких металів у комплексні сполуки. Наслідками забруднення металами може бути порушення ґрунтових трофічних ланцюгів у біогеоценозах. Можлива також зміна цілих комплексів, угруповань мікроорганізмів та ґрунтових тварин. Тяжкі метали пригнічують важливі мікробіологічні процеси в грунті - трансформацію сполук вуглецю - так зване «дихання» грунту, а також азотфіксацію.

Забруднення ґрунтів важкими металами має різні джерела:

1. відходи металообробної промисловості;
2. промислові викиди;
3. продукти згоряння палива;
4. автомобільні вихлопи відпрацьованих газів;
5. засоби хімізації сільського господарства

Забруднення ґрунтів в результаті, як природних факторів, так і головним чином антропогенних джерел не тільки змінює хід ґрунтоутворювальних процесів, що призводить до зниження врожаю, послаблює самоочищення ґрунтів від шкідливих організмів, а й надає пряме чи непряме (через рослини, рослинні чи тваринні продукти харчування) ) вплив. Тяжкі метали, надходячи з ґрунту в рослини, передаючись по ланцюгах харчування, надають токсичну дію на рослини, тварин та на здоров'я людини.

Тяжкі метали за рівнем токсичного на довкілля поділяються на три класу опасности:1. As, Cd, Hg, Pb, Se, Zn, Ti;

2. Co, Ni, Mo, Cu, So, Cr;
3. Bar, V, W, Mn, Sr.

Вплив забруднення на врожайність сільськогосподарських культур та якість продукції.

Порушення, що відбуваються в рослинних організмах під дією надлишку важких металів, призводять до зміни врожайності та якості рослинницької продукції (насамперед за рахунок збільшення вмісту самих металів. Проведення заходів щодо санації забруднених важкими металами ґрунтів саме по собі не може гарантувати отримання високих врожаїв екологічно безпечно сільськогосподарської продукції. Рухливість важких металів і доступність їх для рослин значною мірою контролюються такими властивостями ґрунтів як кислотно-лужні умови, окислювально-відновлювальні режими, вміст гумусу, гранулометричний склад та пов'язана з ними ємність поглинання. Відновлення родючості забруднених ґрунтів, необхідно визначити критерії їх класифікації щодо небезпеки забруднення важких металів, що базуються на сукупності фізико-хімічних властивостей.

У грунтах токсичні рівні забруднюючих речовин повільно накопичуються, проте довго у ній зберігаються, негативно впливаючи на екологічну обстановку цілих регіонів. Ґрунти забруднені важкими металами та радіонуклідами очистити практично неможливо. Поки що відомий єдиний шлях: засіяти такі ґрунти швидкорослими культурами, що дають велику зелену масу; такі культури витягають із ґрунту токсичні елементи, а потім зібраний урожай підлягає знищенню. Але це досить тривала та дорога процедура. Можна знизити рухливість токсичних сполук і надходження їх у рослини, якщо підвищити рН ґрунтів вапном або додавати великі дози органічних речовин, наприклад, торфу. Непоганий ефект може дати глибоке оранка, коли верхній забруднений шар ґрунту при оранці опускають на глибину 50-70 см, а глибокі шари ґрунту піднімають на поверхню. Для цього можна скористатися спеціальними багатоярусними плугами, але при цьому глибокі шари все одно залишаються забрудненими. Нарешті, на забруднених важкими металами (але не радіонуклідами) ґрунтах можна вирощувати культури, які не використовуються як продовольство або корми, наприклад квіти. З 1993 р. на території РБ здійснюється агроекологічний моніторинг за основними токсикантами довкілля – важкими металами, пестицидами та радіонуклідами. На території району, де знаходиться господарство, перевищення ГДК важкими металами виявлено не було.

До важких металів (ТМ) відносяться близько 40 металів з атомними масами понад 50 і щільністю понад 5 г/см 3 хоча в число ТМ входить і легкий берилій. Обидві ознаки досить умовні та переліки ТМ за ними не збігаються.

За токсичністю та поширенням у навколишньому середовищі можна виділити пріоритетну групу ТМ: Pb, Hg, Cd, As, Bi, Sn, V, Sb. Дещо менше значення мають: Сг, Cu, Zn, Mn, Ni, Co, Mo.

Всі ТМ тією чи іншою мірою отруйні, хоча деякі з них (Fe, Cu, Co, Zn, Mn) входять до складу біомолекул та вітамінів.

Тяжкі метали антропогенного походження потрапляють з повітря в ґрунт у вигляді твердих або рідких опадів. Лісові масиви з їх розвиненою поверхнею, що контактує, особливо інтенсивно затримують важкі метали.

Загалом, небезпека забруднення важкими металами з повітря існує однаково для будь-яких ґрунтів. Тяжкі метали негативно впливають на ґрунтові процеси, родючість ґрунтів та якість сільськогосподарської продукції. Відновлення біологічної продуктивності ґрунтів, забруднених важкими металами – одна з найскладніших проблем охорони біоценозів.

p align="justify"> Важливою особливістю металів є стійкість забруднення. Сам елемент зруйнуватися не може, переходячи з одного з'єднання в інше або переміщаючись між рідкою та твердою фазами. Можливі окислювально-відновлювальні переходи металів із змінною валентністю.

Небезпечні для рослин концентрації ТМ залежить від генетичного типу грунту. Основними показниками, що впливають на накопичення ТМ у ґрунтах, є кислотно-основні властивостіі зміст гумусу.

Врахувати всю різноманітність ґрунтово-геохімічних умов при встановленні ГДК важких металів практично неможливо. В даний час для ряду важких металів встановлено ОДК їх утримання в ґрунтах, які використовуються як ГДК (додаток 3).

При перевищенні допустимих значень вмісту ТМ у ґрунтах ці елементи накопичуються в рослинах у кількостях, що перевищують їх ГДК у кормах та продуктах харчування.

У забруднених ґрунтах глибина проникнення ТМ зазвичай не перевищує 20 см, проте за сильного забруднення ТМ можуть проникати на глибину до 1,5м. Серед усіх важких металів цинк і ртуть мають найбільшу міграційну здатність і розподіляються рівномірно в шарі грунту на глибині 0...20 см, тоді як свинець накопичується тільки в поверхневому шарі (0...2,5 см). Проміжне положення між цими металами займає кадмій.

У свинцю чітко виражена тенденція до накопичення у ґрунті, т.к. його іони малорухливі навіть за низьких значеннях рН. Для різних видів ґрунтів швидкість вимивання свинцю коливається від 4г до 30 г/га на рік. У той самий час кількість свинцю може становити у різних районах 40…530 г/га на рік. Свинець, що потрапляє при хімічному забрудненні в грунт, порівняно легко утворює гідроксид у нейтральному або лужному середовищі. Якщо грунт містить розчинні фосфати, тоді гідроксид свинцю перетворюється на важкорозчинні фосфати.

Значні забруднення ґрунту свинцем можна виявити вздовж великих автомагістралей, поблизу підприємств кольорової металургії, поблизу установок зі спалювання відходів, де відсутнє очищення газів, що відходять. Поступова заміна моторного палива, що містить тетраетилсвинець, паливом без свинцю дає позитивні результати: надходження свинцю в грунт різко знизилося і в майбутньому це джерело забруднення значною мірою буде ліквідовано.

Небезпека попадання свинцю з частинками ґрунтів до організму дитини є одним із визначальних факторів при оцінці небезпеки забруднення ґрунтів населених пунктів. Фонові концентрації свинцю у ґрунтах різного типу коливаються в межах 10…70 мг/кг. На думку американських дослідників, вміст свинцю в міських ґрунтах не повинен перевищувати 100 мг/кг – при цьому забезпечується захист організму дитини від надлишкового надходження свинцю через руки та забруднені іграшки. У реальних умовах вміст свинцю в грунті значно перевищує цей рівень. У більшості міст вміст свинцю в ґрунті варіюється в межах 30...150 мг/кг за середньої величини близько 100 мг/кг. Найбільш високий вміст свинцю – від 100 до 1000 мг/кг – виявляється у ґрунті міст, в яких розташовані металургійні та акумуляторні підприємства (Алчевськ, Запоріжжя, Дніпродзержинськ, Дніпропетровськ, Донецьк, Маріуполь, Кривий Ріг).

Рослини більш стійкі по відношенню до свинцю, ніж люди та тварини, тому необхідно ретельно стежити за вмістом свинцю в продуктах харчування рослинного походження та у фуражі.

У тварин на пасовищах перші ознаки отруєння свинцем спостерігаються при добовій дозі близько 50 мг/кг сухого сіна (на сильно забруднених свинцем грунтах одержуване сіно може містити свинцю 6,5 г/кг сухого сіна!). Для людей при вживанні салату ГДК становить 7,5 мг свинцю на 1 кг листя.

На відміну від свинцю кадмій потрапляє у ґрунт у значно менших кількостях: близько 3…35 г/га на рік. Кадмій заноситься в грунт з повітря (близько 3 г/га на рік) або з добривами, що містять фосфор (35...260 г/т). У деяких випадках джерелом забруднення можуть бути підприємства, пов'язані з переробкою кадмію. У кислих ґрунтах зі значенням рН<6 ионы кадмия весьма подвижны и накопления металла не наблюдается. При значениях рН>6 кадмій відкладається разом із гідроксидами заліза, марганцю та алюмінію, при цьому відбувається втрата протонів групами ВІН. Такий процес при зниженні рН стає оборотним, і кадмій, а також інші ТМ можуть незворотно повільно дифундувати в кристалічні грати оксидів і глин.

Сполуки кадмію з гуміновими кислотами значно менш стійкі, ніж аналогічні сполуки свинцю. Відповідно накопичення кадмію в гумусі протікає значно меншою мірою, ніж накопичення свинцю.

Як специфічне з'єднання кадмію в грунті можна назвати сульфід кадмію, який утворюється з сульфатів за сприятливих умов відновлення. Карбонат кадмію утворюється тільки при значеннях рН >8, таким чином, передумови його здійснення вкрай незначні.

Останнім часом велику увагу стали приділяти тій обставині, що в біологічному мулі, який вноситься в ґрунт для її покращення, виявляється підвищена концентрація кадмію. Близько 90% кадмію, наявного в стічних водах, перетворюється на біологічний мул: 30% при початковому осадженні і 60…70% за її подальшої обробці.

Видалити кадмій із мулу практично неможливо. Однак більш ретельний контроль за вмістом кадмію в стічних водах дозволяє знизити його вміст в мулі до значень нижче 10 мг/кг сухої речовини. Тому практика використання мулу очисних споруд як добрива дуже різниться у різних країнах.

Основними параметрами, що визначають вміст кадмію в ґрунтових розчинах або його сорбцію ґрунтовими мінералами та органічними компонентами, є рН і вид ґрунту, а також присутність інших елементів, наприклад кальцію.

У ґрунтових розчинах концентрація кадмію може становити 0,1...1мкг/л. У верхніх шарах ґрунту, глибиною до 25см, залежно від концентрації та типу ґрунту елемент може утримуватися протягом 25...50 років, а в окремих випадках навіть 200...800 років.

Рослини засвоюють з мінеральних речовин грунту як життєво важливі їм елементи, а й такі, фізіологічне дію яких або невідомо, або байдуже рослини. Зміст кадмію в рослині повністю визначається його фізичними та морфологічними властивостями – його генотипом.

Коефіцієнт перенесення важких металів із ґрунту в рослини наведено нижче:

Pb 0,01…0,1 Ni 0,1…1,0 Zn 1…10

Cr 0,01…0,1 Cu 0,1…1,0 Cd 1…10

Кадмій схильний до активного біоконцентрування, що призводить у досить короткий час для його накопичення у надлишкових біодоступних концентраціях. Тому кадмій, порівняно з іншими ТМ, є найсильнішим токсикантом ґрунтів (Cd > Ni > Cu > Zn).

p align="justify"> Між окремими видами рослин спостерігаються значні відмінності. Якщо шпинат (300 млрд -1), качаний салат (42 млрд -1), петрушку (31 млрд -1), а також селеру, крес-салат, буряк та цибулю-різанець можна віднести до рослин, „збагаченим” кадмієм, то у бобових, томатах, кісточкових та зерняткових фруктах міститься відносно мало кадмію (10…20 млрд -1). Усі концентрації вказані щодо маси свіжої рослини (або плоду). Із зернових культур зерно пшениці сильніше забруднене кадмієм, ніж зерно жита (50 і 25 млрд -1), проте 80...90% кадмію, що надійшов з коріння, залишається в корінні і соломі.

Поглинання кадмію рослинами з ґрунту (перенесення ґрунт/рослина) залежить не тільки від виду рослини, а й від вмісту кадмію в ґрунті. При високій концентрації кадмію в ґрунті (понад 40 мг/кг) на першому місці стоїть його поглинання корінням; при меншому вмісті найбільше поглинання походить із повітря через молоді пагони. Тривалість зростання також впливає на збагачення кадмієм: чим коротше вегетація, тим менше перенесення із ґрунту в рослину. Це є причиною того, що накопичення кадмію в рослинах з добрив виявляється меншим, ніж його розведення за рахунок прискорення росту рослини, спричиненого дією цих добрив.

Якщо в рослинах досягається висока концентрація кадмію, це може призвести до порушень нормального росту рослин. Урожай бобів та моркви, наприклад, знижується на 50%, якщо вміст кадмію в субстраті становить 250 млн -1 . У моркви листя в'яне при концентрації кадмію 50 мг/кг субстрату. У бобів при цій концентрації на листі виступають іржаві (різко окреслені) плями. У вівса на кінцях листя можна спостерігати хлороз (знижений вміст хлорофілу).

У порівнянні з рослинами багато видів грибів накопичують велику кількість кадмію. До грибів з високим вмістом кадмію відносять деякі різновиди печериць, зокрема овечій печериці, у той час як луговий та культурний печериці містять відносно мало кадмію. При дослідженні різних частин грибів було встановлено, що пластинки в них містять більше кадмію, ніж сам капелюшок, а найменше кадмію в ніжці гриба. Як показують досліди з вирощування печериць, дво-триразове збільшення вмісту кадмію в грибах виявляється в тому випадку, якщо його концентрація в субстраті збільшується в 10 разів.

Дощові черв'яки мають здатність швидкого накопичення кадмію з ґрунту, внаслідок чого вони виявилися придатними для біоіндикації залишків кадмію в ґрунті.

Рухливість іонів міді набагато вище, ніж рухливість іонів кадмію. Це створює більш сприятливі умови засвоєння міді рослинами. Завдяки своїй високій рухливості мідь легше вимивається із ґрунту, ніж свинець. Розчинність сполук міді у ґрунті помітно збільшується при значеннях рН< 5. Хотя медь в следовых концентрациях считается необходимой для жизнедеятельности, у растений токсические эффекты проявляются при содержании 20 мг на кг сухого вещества.

Відома альгіцидна дія міді. Мідь має токсичну дію і на мікроорганізми, при цьому достатня концентрація близько 0,1 мг/л. Рухливість іонів міді в гумусному шарі нижче, ніж у мінеральному шарі, що знаходиться нижче.

До порівняно рухливих елементів у ґрунті відноситься цинк. Цинк належить до поширених у техніці і побуті металів, тому щорічне внесення їх у грунт досить велике: воно становить 100…2700г на гектар. Особливо забруднений ґрунт поблизу підприємств, що переробляють цинкові руди.

Розчинність цинку у ґрунті починає збільшуватися при значеннях рН<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.

Для рослин токсичний ефект створюється при вмісті близько 200 мг цинку на кг сухого матеріалу. Організм людини досить стійкий до цинку і небезпека отруєння при використанні сільськогосподарських продуктів, що містять цинк, невелика. Тим не менш, забруднення грунту цинком є серйозною екологічною проблемою, оскільки при цьому страждають багато видів рослин. При значеннях рН>6 відбувається накопичення цинку у ґрунті у великих кількостях завдяки взаємодії з глинами.

Різні сполуки заліза відіграють істотну роль грунтових процесах у зв'язку зі здатністю елемента змінювати ступінь окислення з утворенням сполук різної розчинності, окисленості, рухливості. Залізо дуже високою мірою залучено в антропогенну діяльність, воно відрізняється настільки високою технофільністю, що нерідко говорять про сучасне «залізнення» біосфери. До техносфери нині залучено понад 10 млрд т заліза, 60% якого розсіяно у просторі.

Аерація відновлених горизонтів ґрунту, різних відвалів, териконів призводить до реакцій окиснення; при цьому присутні в таких матеріалах сульфіди заліза перетворюються на сульфати заліза з одночасним утворенням сірчаної кислоти:

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

У таких середовищах значення рН можуть знижуватись до 2,5...3,0. Сірчана кислота руйнує карбонати з утворенням гіпсу, сульфатів магнію та натрію. Періодична зміна окислювально-відновних умов середовища призводить до декарбонізації ґрунтів, подальшого розвитку стійкого кислого середовища з рН 4…2,5, причому сполуки заліза та марганцю накопичуються у поверхневих горизонтах.

Гідроксиди та оксиди заліза та марганцю при утворенні опадів легко захоплюють та пов'язують нікель, кобальт, мідь, хром, ванадій, миш'як.

Основні джерела забруднення ґрунту нікелем – підприємства металургії, машинобудування, хімічної промисловості, спалювання кам'яного вугілля та мазуту на ТЕЦ та котелень. Антропогенне забруднення нікелем спостерігається з відривом до 80…100 км і більше від джерела викиду.

Рухливість нікелю у ґрунті залежить від концентрації органічної речовини (гумусових кислот), рН та потенціалу середовища. Міграція нікелю має складний характер. З одного боку, нікель надходить із ґрунту у вигляді ґрунтового розчину в рослини та поверхневі води, з іншого – його кількість у ґрунті поповнюється внаслідок руйнування ґрунтових мінералів, відмирання рослин та мікроорганізмів, а також за рахунок його внесення у ґрунт з атмосферними опадами та пилом, з мінеральними добривами.

Основне джерело забруднення ґрунту хромом – спалювання палива та відходи гальванічних виробництв, а також відвали шлаків під час виробництва ферохрому, хромових сталей; деякі фосфорні добрива містять хром до 10 2 …10 4 мг/кг.

Оскільки Cr +3 в кислому середовищі інертний (випадаючи майже повністю осад при рН 5,5), його сполуки в грунті дуже стабільні. Навпаки, Cr +6 вкрай нестабільний і легко мобілізується у кислих та лужних ґрунтах. Зниження рухливості хрому у ґрунтах може призводити до його дефіциту в рослинах. Хром входить до складу хлорофілу, що надає листям рослин зеленого кольору, і забезпечує засвоєння рослинами з повітря вуглекислоти.

Встановлено, що вапнування, а також застосування органічних речовин та сполук фосфору суттєво знижує токсичність хроматів у забруднених ґрунтах. При забрудненні ґрунтів шестивалентним хромом підкислення, а потім застосування відновлювальних агентів (наприклад, сірки) використовується для відновлення до Cr +3 , після чого проводиться вапнування для осадження сполук Cr +3 .

Висока концентрація хрому у ґрунті міст (9…85 мг/кг) пов'язані з високим вмістом їх у дощових і поверхневих водах.

Накопичення або вимивання токсичних елементів, що потрапили в ґрунт, значною мірою залежить від вмісту гумусу, який зв'язує та утримує ряд токсичних металів, але насамперед – мідь, цинк, марганець, стронцій, селен, кобальт, нікель (у гумусі кількість цих елементів у сотні-тисячі разів більше, ніж у мінеральній складовій ґрунтів).

Природні процеси (сонячна радіація, клімат, вивітрювання, міграція, розкладання, вимивання) сприяють самоочищенню ґрунтів, основною характеристикою якого є його тривалість. Тривалість самоочищення- це час, протягом якого відбувається зменшення на 96% масової частки забруднюючої речовини від початкового значення або до його фонового значення. Для самоочищення ґрунтів, а також їх відновлення потрібно багато часу, що залежить від характеру забруднення та природних умов. Процес самоочищення ґрунтів триває від кількох днів до кількох років, а процес відновлення порушених земель – сотні років.

Здатність ґрунтів до самоочищення від важких металів невелика. З досить багатих органічною речовиною лісових ґрунтів помірного пояса з поверхневим стоком видаляється лише приблизно 5% свинцю, що надходить з атмосфери, і близько 30% цинку і міді. Інша частина ТМ, що випали практично повністю затримується в поверхневому шарі грунту, оскільки міграція вниз по грунтовому профілю відбувається вкрай повільно: зі швидкістю 0,1 ... 0,4 см / рік. Тому час напіввиведення свинцю залежно від типу грунтів може становити від 150 до 400 років, а цинку і кадмію – 100…200 років.

Сільськогосподарські ґрунти дещо швидше очищаються від надмірних кількостей деяких ТМ в силу більш інтенсивної міграції за рахунок поверхневого та внутрішньоґрунтового стоку, а також через те, що помітна частина мікроелементів через кореневу систему переходить у зелену біомасу та виноситься з урожаєм.

Слід зазначити, що забруднення ґрунтів деякими токсичними речовинами суттєво гальмує процес самоочищення ґрунтів від бактерій групи кишкової палички. Так, при вмісті 3,4-бензпірену 100 мкг/кг ґрунту чисельність цих бактерій у ґрунті у 2,5 рази вища, ніж у контролі, а при концентрації понад 100 мкг/кг та до 100 мг/кг – їх значно більша.

Дослідження ґрунтів у районі металургійних центрів, проведені Інститутом ґрунтознавства та агрохімії, свідчать, що у радіусі 10 км вміст свинцю в 10 разів перевищує фонове значення. Найбільше перевищення відзначено у м. Дніпропетровську, Запоріжжі та Маріуполі. Зміст кадмію в 10…100 разів вище за фоновий рівень відмічено навколо Донецька, Запоріжжя, Харкова, Лисичанська; хрому – довкола Донецька, Запоріжжя, Кривого Рогу, Нікополя; заліза, нікелю – навколо Кривого Рогу; марганцю – у районі Нікополя. Загалом, за даними того ж таки інституту, близько 20% території України забруднено важкими металами.

Під час оцінки ступеня забруднення важкими металами використовують дані про ГДК та їх фоновий вміст у ґрунтах основних природно-кліматичних зон України. У разі встановлення у ґрунті підвищеного вмісту кількох металів забруднення оцінюють по металу, вміст якого перевищує норматив найбільшою мірою.