41. Почвы и растения как поглотители загрязнений атмосферы .

Почвы способны поглощать и задерживать в себе газы, жидкости, солевые растворы и твердые частицы.

Различают пять видов поглотительной способности почв: механическую, физическую, химическую, физико-химическую и биологическую.

Механическая поглотительная способность – свойство задерживать взвешенные частицы в процессе фильтрации их через почву.

Физическая поглотительная способность – изменение концентрации растворенного вещества в слое раствора, пограничным с твердой фазой почвы, обусловленное действием физических сил.

Химическая поглотительная способность – образование нерастворимых или малорастворимых солей в почвенных растворах.

Физико-химическая (или обменная) поглотительная способность – свойство почвы эквивалентно обменивать ионы почвенного раствора и твердой фазы почв.

Поскольку на поверхности частиц твердой фазы почв преобладают активные центры, имеющие отрицательный заряд, то для почв характерна преимущественно катионообменная способность.

Явление обратимого обмена катионами между твердой и жидкой фазами относят к числу фундаментальных свойств почвы.

Катионы, которые входят в состав почвенно–поглощающего комплекса и могут быть замещены в процессе ионного обмена, называют обменными катионами.

К ним наиболее часто относят катионы: Ca2+, Mg2+, K+, Na+, Al3+, H+.

Емкость катионного обмена почв зависит от механического состава почв, преобладающей группы минералов и, в первую очередь, от содержания гумусовых веществ в почвенно-поглощающем комплексе.

Под влиянием кислотных выпадений существенно изменяется состав почвенного раствора.

В исходных почвах низкие значения рН связаны главным образом с присутствием органических кислот.

В почвах, подвергшихся влиянию кислотных выпадений, главную роль играют H2SO4 и HNO3.

При подкислении в органогенных горизонтах замедляется разложение органических веществ.

Под влиянием повышения кислотности в почвенном растворе резко возрастает концентрация ионов Al3+ и ряда тяжелых металлов, которая достигает токсичного уровня (Pb2+, Cu2+, Zn2+,Cd2+ ).

Количество оснований в почвенном растворе (Ca2+, Mg2+, K+, Na+) может, как возрастать, так и уменьшаться в зависимости от интенсивности и продолжительности кислотных выпадений и от содержания оснований в исходной почве.

В органогенных и верхнем минеральном горизонтах наблюдается потеря 50-60% обменных Ca2+, Mg2+, Na+ и существенная потеря обменного K+ .

Одновременно в этих горизонтах почти вдвое возрастает содержание обменного Al3+

Это связано с вытеснением катионов протоном в результате ионообменных процессов.

Аналогичные процессы протекают в растениях.

При взаимодействии кислых техногенных выпадений с растительным покровом за счет процессов выщелачивания с осадками, фильтрующимися из растительных тканей, в почву поступают катионы Ca2+, Mg2+, K+ , вымывание которых из листьев возрастает при увеличении кислотности осадков.

42. Загрязнение почв тяжелыми металлами

Содержание ТМ в атмосфере колеблется в широких пределах в зависимости от расстояния от источника загрязнения и метеоусловий.

Поскольку аэротехногенные выбросы представляют собой многокомпонентные системы, в которых кроме ТМ присутствуют соединения как кислотного, так и щелочного характера, то воздействие выбросов на геосистемы и поведение в них ТМ будут во многом определяться соотношением этих компонентов.

Промышленные источники аэрогенного загрязнения почвы ТМ условно делят на две группы:

- с высокими концентрациями металлов в составе выбросов при невысокой (до 1000 т/год) общей массе пылевого выброса. В эту группу входят заводы цветной металлургии;

- предприятия с невысокими концентрациями ТМ в составе выбросов, но с большим объемом выбросов - ≥10 000 т/год. В эту группу входят предприятия энергетики, цементные заводы и др.

Большие массы металлов, выбрасываемых цементными заводами, образуются за счет огромного общего пылевого выброса.

Трансформация ЗВ происходит уже на поверхности растительного покрова, что подтверждается изменением соотношения основных форм ТМ в исходном пылевом материале и пыли, смываемой с листьев атмосферными осадками.

В кронах деревьев и на поверхности листьев происходит комплексообразование ТМ, поступающих с техногенными выпадениями, с органическими соединениями растений.

Процесс комплексообразования продолжается в почвенных горизонтах.

При этом Pb, Cu, Fe тяготеют к высокомолекулярным органическим соединениям, в то время как Zn, Cd, Mn связываются с среднемолекулярными растительными органическими веществами.

Трансформация соединений ТМ, поступающих в почву, включает следующие процессы: растворение, адсорбция катионов ТМ твердой фазой почв, образование новой твердой фазы.

Основным процессом, контролирующим содержание водорастворимых форм ТМ, является адсорбционно-десорбционное равновесие.

Адсорбция ТМ органическим веществом почв сопровождается обычно замещением протона в кислотных функциональных группах.

Но в отношении некоторых ТМ наблюдается повышенная селективность вследствие образования координационных связей металлов с функциональными группами.

Сродство органического вещества почв к ТМ изменяется следующим образом:

В той же последовательности изменяется склонность соответствующих катионов к гидролизу.

Следовательно, адсорбция ТМ в почве протекает преимущественно в виде гидроксо ионов, образующихся по реакции:

Добавление ионов H+ смещает равновесие гидролиза влево и приводит к переходу ионов ТМ из адсорбированного состояния в почвенный раствор. Поэтому кислые почвы почти всегда остаются ненасыщенными в отношении ТМ даже при сильном загрязнении.

Органические комплексообразователи, содержащиеся в почвенном растворе, способствуют удержанию ТМ в неадсорбированном состоянии, увеличивая тем самым их общее содержание в водной среде.

Поступление ТМ в растения при аэротехногенном загрязнении может происходить двумя основными путями: из атмосферы через листовую поверхность и из почвы через корневую систему.

Почва в отношении аэрогенного потока техногенных веществ является мощным фильтром, очищающим биосферу, геохимическим барьером, как, правило, прочно фиксирующим загрязнители.

И в то же время в результате перераспределения их и миграции по внутрипочвенным и поверхностным стокам может стать источником вторичного загрязнения.

Перераспределение поступающих на поверхность почвы загрязнителей осуществляется путем латеральной (боковой) и радиальной (вертикальной) миграции в пределах геохимических ландшафтов, которые связаны между собой миграционными потоками и образуют сопряженную цепь (т.е. ведут себя как единое целое).