С чем связано загрязнение почвы тяжелыми металлами и как с этим бороться. С чем связано загрязнение почвы тяжелыми металлами.

Если содержание токсичных веществ высокое, стоит использовать метод промывки почвы. Для этого используются реагенты. Данный метод имеет ряд недостатков. К ним относятся риск выщелачивания тяжелых металлов в грунтовые воды и удаление ценных веществ из структуры почвы.

С чем связано загрязнение почв разными тяжелыми металлами и 6 методов борьбы

Тяжелые металлы считаются обычными загрязнителями, которые необходимо держать под контролем в почве. Что такое загрязнение почвы тяжелыми металлами? Сжигание ископаемого топлива считается одной из основных причин поступления тяжелых металлов в почву. Однако возможны и другие пути. Наибольший риск представляют металлы с высокотоксичными свойствами — ртуть, кадмий, свинец.

Существует несколько категорий риска для тяжелых металлов. Всемирная организация здравоохранения считает ртуть, кадмий и свинец наиболее опасными веществами. Концентрации других элементов не менее опасны.

Главная опасность тяжелых металлов заключается в том, что они трудно выводятся из организма и накапливаются в нем. Это приводит к образованию токсинов. Они легко переносятся из одной среды в другую, не разлагаясь. В этом случае вещества вызывают серьезные заболевания и часто имеют необратимые последствия.

Ртуть

Загрязнение почвы ртутью может быть вызвано пестицидами и всевозможными бытовыми отходами. Это могут быть люминесцентные лампы и части сломанных измерительных приборов.

По официальным данным, ежегодные выбросы ртути составляют более 5 000 тонн. Этот металл может попасть в организм человека через загрязненную почву. Если это происходит систематически, существует риск сложного повреждения внутренних органов, в том числе нервной системы. Если отравление ртутью не лечить должным образом, существует риск смерти.

Свинец

Свинец представляет значительную опасность для человека. Он считается очень токсичным металлом. При добыче 1 тонны свинца в окружающую среду попадает 25 кг этого вещества. Большая часть элемента попадает в почву с выхлопными газами.

Агроном с 12-летним опытом работы. Лучший эксперт для нашего ландшафта.

Вдоль трубопроводов почвы загрязнены на протяжении более 200 метров. Свинец попадает в почву и поглощается культурными растениями, плоды которых употребляют в пищу люди и животные. Чрезмерное количество свинца в организме вызывает поражение нервной системы, печени, почек и мозга. Это вещество обладает мутагенными и канцерогенными свойствами.

Кадмий

Загрязнение почвы кадмием представляет большую опасность для человека. Если он попадает в почву, то вызывает деформацию скелета и нарушения роста у детей. Кроме того, есть подозрение, что этот металл вызывает сильные боли в спине.

Медь и цинк

Повышенная концентрация этих веществ в почве приводит к замедлению роста и снижению плодовитости растений. Это приводит к резкому снижению параметров урожайности сельскохозяйственных культур. У человека аномальные процессы наблюдаются в печени, головном мозге и поджелудочной железе.

Молибден

Повышенное количество молибдена в составе почвы вызывает опасные расстройства у человека. Это вещество может стать причиной развития подагрического артрита. Также оно часто становится причиной различных заболеваний нервной системы.

Как бороться с проблемой

Прежде чем пытаться устранить проблему, важно определить степень загрязнения почвы тяжелыми металлами. Для этого используются различные методы. Каждый из них имеет свои особенности и по-разному эффективен в зависимости от местности. Поэтому содержание загрязняющих веществ оценивается в зависимости от возможных источников загрязнения.

Существуют следующие виды исследований:

1. Биоиндикация. В этом случае проводят определение состояния почвы, которое отражается биологическими индикаторами. К ним относят состояние растений на территории, активность почвенных микроорганизмов, реакции мхов и лишайников на процессы, протекающие в структуре земли.
2. Определение степени загрязнения снежного покрова. В промышленных областях микроэлементы проникают в почву с техногенной пылью. Она оседает и впоследствии попадает в грунтовые слои. Благодаря оценке снежного покрова зимой удается определить приблизительное количество металлов, которые попадают в почву на протяжении определенного временного интервала.
3. Оценка магнитной восприимчивости грунта. Это экспресс-метод, который позволяет определить объемов оксидов железа, присутствующих в грунте. Эти элементы представляют собой основных разносчиков загрязнений при попадании выбросов в атмосферу.

В районах, где почва наиболее загрязнена тяжелыми металлами, необходимо подсчитать количество микроорганизмов. Этот показатель отражает параметры активности почвы и качество процессов разложения и поглощения элементов.

Агроном с 12-летним опытом работы. Лучший эксперт для нашего ландшафта.

Чтобы избежать негативных последствий загрязнения почвы токсичными веществами, предпринимаются различные меры. Первая мера — это снижение концентрации металлов, которые попадают в почву с отходами в процессе производства.

Второй способ решения проблемы — рекультивация уже поврежденной почвы. Это делается с помощью методов, которые помогают уменьшить и нейтрализовать металлы.

Для устранения загрязнения почвы могут использоваться физические, биологические и химические методы. К наиболее эффективным относятся следующие:

1. Повышение кислотности грунта увеличивает риск его загрязнения тяжелыми металлами. Потому использование органики, извести и глины помогает в определенной мере решить проблему.
2. Посев, скашивание и удаление некоторых растений с поверхности грунта помогает значительно уменьшить концентрацию вредных металлов в структуре почвы. Помимо этого, данный метод отличается экологичностью.
3. Детоксикация подземных вод тоже дает хорошие результаты. Для этого их откачивают и очищают.
4. Важно строить прогнозы и устранять миграцию растворимой формы тяжелых металлов.
5. В сложных случаях нужно полностью удалить почвенный слой и заменить его на новый.

Последствия накопления тяжелых металлов

Чрезмерное количество вредных металлов в почве приводит к негативным последствиям. Особенно опасны патологии, возникающие при попадании этих веществ в организм. Большое количество многих элментов характеризуется нейротоксическим действием. Отравление может привести к острым и хроническим заболеваниям и вызвать опасные для жизни осложнения.

К негативным последствиям загрязнения почвы относятся следующие:

• нарушение развития культур;
• уменьшение общей плодородности почвы;
• гибель полезных растений;
• снижение качества воды;
• уменьшение объема питательных элементов в структуре грунта;
• отрицательное воздействие на фауну;
• влияние на микробиологические свойства.

Загрязнение почвы металлами приводит к нарушению естественного круговорота веществ. Это оказывает негативное воздействие на все компоненты биосферы.

Агроном с 12-летним опытом работы. Лучший эксперт для нашего ландшафта.

Проникновение тяжелых металлов в почву считается побочным эффектом деятельности человека. Чтобы минимизировать негативное воздействие этих веществ, необходимо точно определить состав почвы и при необходимости провести рекультивацию.

Источники отравления почвы тяжелыми металлами

Естественным источником химических соединений этой категории являются магматические и осадочные породы. Некоторые токсичные элементы попадают в атмосферу, а затем с вулканическими газами, выбросами гейзеров — в почву.

Однако масштабное загрязнение почвы связано с технологической деятельностью. Тяжелые металлы попадают в почву следующими путями:

• с отходами предприятий металлообрабатывающей промышленности;
• в процессе сжигания ископаемых видов топлива. Установлено, что угольная и нефтяная зола содержит практически все тяжелые металлы. Суммарная концентрация доходит до 500 г на одну тонну топлива;
• с автомобильными выхлопами;
• с химикатами, применяемыми в сельском хозяйстве.

Всемирная организация здравоохранения называет три наиболее токсичных варианта загрязнения почвы: свинец, кадмий и ртуть. Именно эти показатели всегда исследуются при анализе почвы. Но и другие тяжелые металлы в более высоких концентрациях наносят значительный ущерб почвенным ресурсам.

Они выводятся из верхних гумусовых горизонтов почвы следующим образом:

• в процессе вымывания водорастворимых соединений;
• путем накапливания растениями;
• в результате выветривания.

Однако почти для всех представителей этой группы период, пока их содержание не уменьшится вдвое, очень длителен:

• от 700 до 6000 лет у свинца;
• от 300 до 1500 – у меди;
• от 70 до 500 – у цинка.

Тяжелые металлы могут вступать в химические реакции с органическими компонентами почвы. В слоях, богатых гумусом, они поглощаются очень слабо. На образование соединений и переходных форм влияют свойства почвы:

• при избытке влаги тяжелые металлы переходят в низшие окислительные степени и растворимые формы;
• в условиях анаэробности они легко поглощаются растениями;
• растения накапливают соединения в листьях и стеблях.

Затем токсичные вещества попадают в организм человека по питательной цепи.

Последствия загрязнения почв тяжелыми металлами

Загрязнение почвенного слоя кадмием, ртутью, свинцом и цинком влияет на фауну и флору:

• снижается численность насекомых;
• наблюдается гибель дождевых червей;
• у деревьев уменьшаются в размерах листья, поскольку падает активность клеточных ферментов;
• наблюдается снижение концентрации олиготрофных бактерий.

Микроорганизмы в почве необходимы для разложения органических веществ. Отклонение их количества от нормы, вызванное загрязнением почвы тяжелыми металлами, замедляет и тормозит этот процесс.

В результате загрязнения изменяется содержание гумуса, кислотность и структура почвенного покрова, что приводит к снижению плодородия.

Помимо дестабилизации состава почвы и сокращения количества и видов микроорганизмов, загрязнение почвы тяжелыми металлами способствует попаданию токсичных веществ в организм человека по пищевой цепи, что приводит к росту заболеваемости и сокращению продолжительности жизни.

Охрана почв от загрязнений

Наиболее важной защитной мерой является предотвращение загрязнения почвы тяжелыми металлами, так как их устранение является очень сложной задачей. Если показатели безопасности, полученные в результате анализа почвы, отклоняются от стандартов, очевидно, что загрязнение уже произошло. Существующие методы восстановления включают следующие меры:

• известкование, внесение органических веществ увеличивает показатели кислотности. В некоторой мере это снижает уровень концентрации токсичных металлов;
• высевание и скашивание некоторых растительных культур. Известно, что клевер способен накапливать токсичные элементы;
• устранение миграции тяжелых металлов;
• детоксикация грунтовых вод.

В случаях, когда допустимые нормы значительно превышены, принимаются радикальные меры: полное удаление, ликвидация почвенного покрова, замена новым слоем.

Состояние почвенных ресурсов проверяется с помощью лабораторных исследований. Распространенным методом является анализ образцов методом атомной абсорбции. Его преимущества:

• высокая чувствительность;
• избирательность;
• простота выполнения исследований.

Позволяет определить качественный состав (до 70 токсичных элементов) и количественное содержание с точностью 0,1-0,01 мг/кг.

Определение валового содержания металлов не всегда отражает степень загрязнения. Исследование концентрации подвижных форм и соединений проводится путем экстракции из проб кислотами, солями и буферными растворами.

Читайте также

Наиболее распространенным и опасным видом загрязнения почвы является химическое загрязнение.

Производство продуктов — хлеба, сыра, кефира, сметаны, кваса и многих других — невозможно без грибков и бактерий.

Человек сегодня очень активно влияет на окружающую среду. Промышленные предприятия и транспорт производят множество токсичных соединений, которые попадают в атмосферу, океаны и почвенный слой.

• Экспертиза сроков годности
• Экспертиза проектов СЗЗ, ПДВ, ОВОС
• Экспертиза проектов перепланировки

Какие металлы загрязняют почву?

Рассмотрим наиболее токсичные вещества.

Ртуть

Это вещество попадает в почву с пестицидами, используемыми в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями и болезнями растений. Второй источник ртути — бытовые и промышленные отходы, содержащиеся в люминесцентных лампах, термометрах и многих измерительных приборах.

Ежегодно в почву попадает до 5 тонн ртути. Это вещество выделяется в виде паров, попадает в воду, а также накапливается в зеленых тканях растений, которыми питаются сельскохозяйственные животные, что позволяет металлу попасть в организм человека. Ртуть вызывает тяжелое отравление, приводит к серьезным нарушениям центральной нервной системы и часто является причиной смерти.

Свинец

Большая часть свинца оказывается в почве, где его добывают. На каждую тонну добытого металла в почву попадает 20-30 кг свинцовой пыли. Автомобили также являются источником загрязнения — металл содержится в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания. По этой причине свинца много вблизи автомагистралей и автострад в радиусе до 200 метров.

Оттуда токсины попадают в сельскохозяйственные культуры, которые используются для производства продуктов питания или корма для животных. Свинец попадает в организм человека через пищу и откладывается в печени и почках.

Микроэлемент поражает мозг и нервную систему, вызывает рак и часто приводит к врожденным дефектам у детей.

Кадмий

Основным источником кадмия являются промышленные отходы при добыче меди и свинца. Кроме того, кадмий попадает в почву с фунгицидами, суперфосфатами и выхлопными газами.

Цинк и медь

Эти микроэлементы присутствуют почти во всех веществах, вызывающих загрязнение тяжелыми металлами. В малых дозах они не представляют опасности, но при накоплении становятся токсичными. Загрязнение особенно велико в районах добычи этих металлов и в радиусе нескольких километров от заводов по производству кабелей, электронного оборудования и лакокрасочной продукции.

Молибден

Они попадают в почву во время добычи и переработки медных и молибденовых руд. Это вещества второй категории опасности — ежедневное поступление в организм человека с пищей происходит в минимальных дозах, суточная норма составляет 250 мкм. Однако, когда она превышает 15 мг, то вызывает тяжелое отравление, провоцирует развитие подагры, поражает костный мозг и селезенку.

Сурьма

Она попадает в почву в результате деятельности предприятий по производству и обработке цветных металлов, сплавов, красок и удобрений. Опасность сурьмы заключается в том, что она образует летучие соединения и может переноситься ветром на большие расстояния.

Мышьяк

Этот металл попадает в почву с пестицидами и гербицидами, используемыми в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями. Мышьяк известен как высокотоксичное вещество.

При попадании в организм он вызывает тяжелое поражение нервной системы — нейротоксикоз — и приводит к отказу жизненно важных органов.

Марганец

Марганец попадает в почву в результате промышленной деятельности. Из почвы он попадает в растения и воду. По биологическим цепочкам он попадает в организм животных и человека. Это важный микроэлемент, который необходим организму для хорошего роста. Однако превышение необходимых концентраций оказывает негативное воздействие на органы и ткани. При избытке марганца гибнут нервные клетки, что приводит к тяжелым расстройствам и часто к смерти живых существ.

Последствия

Тяжелые металлы оказывают наиболее вредное воздействие на почву. К ним относятся:

• снижение плодородия грунта;
• замедление роста и развития культур;
• гибель растений;
• ухудшение качества воды;
• токсичное воздействие на фауну;
• патогенное влияние на микробиологические характеристики.

Загрязнение почвы солями тяжелых металлов нарушает естественный круговорот, что оказывает разрушительное воздействие на важные компоненты биосферы.

Методика определения

Для определения степени загрязнения почвы используются различные методы, каждый из которых имеет свои особенности и может быть по-разному эффективен для различных источников загрязнения. Список этих методов приведен ниже.

• Биоиндикация. Это оценка состояния почвы на основе биоиндикаторов. К ним относят активность почвенных микроорганизмов, состояние растений на территории, реакция лишайников и мхов на изменения в структуре субстрата.
• Анализ снежного покрова. В промрегионах с развитой промышленностью токсичные металлы поступают в воздух в виде техногенной пыли и оседают на снегу. Оценка состояния снежного покрова в зимнее время помогает рассчитать приблизительное количество металлов, которое попадает в землю за определенный период времени.
• Расчет магнитной восприимчивости грунта. Это экспресс-методика, она определяет наличие в почве оксидов железа. Именно эти вещества становятся основными разносчиками тяжелых металлов при выбросах в атмосферу.

В районах, где почва загрязнена тяжелыми металлами, обязательным является определение количества микроорганизмов в почве. Их количество дает информацию об активности почвы, параметрах разложения и адсорбции органического вещества.

Способы очистки почвы от тяжелых металлов

Существует три метода очистки почв от загрязнения тяжелыми металлами: физический, химический и биологический.

Физический и химический методы

Эти два метода обычно используются вместе. Загрязненный слой снимается и подвергается электрохимическому выщелачиванию. В этом процессе металлы переходят в подвижную форму. Затем снова наносится обеззараженная почва, и слои перемешиваются. Полученный образец снова берется на анализ. Если содержание металлов не превышает максимального уровня, то почва пригодна для выращивания.

Биологический метод

Суть метода заключается в посеве семян композитных растений: полыни, полыни, тысячелистника, клевера. Семена высеваются в соотношении 1:1:1 с расчетом 1,5-2 миллиона на гектар земли. Когда растения достигают фазы быстрого роста, надземную часть скашивают, сушат и удаляют. Процесс повторяют несколько раз, а затем анализируют. Этот метод очистки считается безопасным, поскольку почва не подвергается воздействию химикатов.

С чем связано загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами?

Тяжелые металлы являются известными загрязнителями окружающей среды из-за их токсичности, длительного пребывания в окружающей среде и биоаккумулирующих свойств. Можно выделить следующие источники:

1. Естественные – включают выветривание металлосодержащих пород и извержения вулканов;
2. Антропогенные – включают горнодобывающую промышленность и различные виды промышленной и сельскохозяйственной деятельности.

В горнодобывающей промышленности используются горные отходы и промышленная переработка. Их последующее использование для экономического развития привело к повышенной мобилизации этих элементов в окружающей среде. Это нарушает биогеохимические циклы.

Загрязнение водных и наземных экосистем токсичными тяжелыми металлами является экологической проблемой, вызывающей обеспокоенность общественности. Являясь стойкими загрязнителями, тяжелые металлы накапливаются в окружающей среде. Как следствие, они загрязняют пищевые цепи.

Накопление потенциально токсичных тяжелых металлов представляет потенциальную угрозу для здоровья их потребителей, включая человека. К наиболее вредным для окружающей среды тяжелым металлам и металлоидам относятся Cr, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb, Hg и As.

В настоящее время проводятся обширные химические и токсикологические исследования опасных тяжелых металлов и металлоидов. Результаты показывают, что необходимо принять меры для минимизации воздействия этих элементов на здоровье человека и окружающую среду.

Источники загрязнения тяжелыми металлами

Тяжелые металлы естественным образом присутствуют в земной коре с момента ее образования. Расширение использования человеком окружающей среды привело к неизбежному выбросу токсичных металлов в наземную и водную среду.

В большинстве случаев загрязнение тяжелыми металлами обусловлено антропогенной деятельностью. Они являются основной причиной загрязнения по следующим причинам:

• добычи металлов, плавки, литья;
• других отраслей, в которых используются металлы;
• выщелачивания металлов из различных источников, в том числе и из мусорных свалок;
• экскрементов, домашнего скота и куриного помета;
• стоков, автомобилей и дорожных работ.

Загрязнение почвы тяжелыми металлами происходит из-за использования разработок научно-технической революции в сельскохозяйственном секторе. Это происходит, например, из-за использования пестицидов, инсектицидов, удобрений и т.д.

Естественные причины также могут увеличить загрязнение тяжелыми металлами. К ним относятся вулканическая деятельность, эрозия металлов, испарение металлов из почвы и воды, ресуспензия осадков, эрозия почвы и геологическое выветривание.

Воздействие тяжелых металлов на окружающую среду

Загрязнение тяжелыми металлами становится серьезной проблемой во всем мире. Она увеличивается в связи с растущим использованием и обращением с этими металлами в различных видах деятельности для удовлетворения потребностей быстро растущего населения. Почва, вода и воздух являются основными компонентами окружающей среды, на которые влияет загрязнение тяжелыми металлами.

Загрязнение тяжелыми металлами почв

Тяжелые металлы попадают в почву и загрязняют ее:

• промышленные выбросы;
• удаление отходов с высоким содержанием металлов;
• этилированный бензин и краски;
• внесение удобрений на землю, пестициды, навоз;
• осадки сточных вод;
• остатки от сжигания угля и разлив нефтехимических веществ.

Было отмечено, что почвы являются важными резервуарами для тяжелых металлов, которые попадают в окружающую среду в результате антропогенной деятельности, упомянутой выше. Большинство из них не подвергаются ни микробиологической, ни химической деградации, поскольку они не разлагаются. Их общая концентрация сохраняется в течение длительного времени после попадания в окружающую среду.

Присутствие тяжелых металлов в почве является серьезной проблемой, поскольку они попадают в пищевые цепи и разрушают всю экосистему. Поскольку органические загрязнители могут быть биоразлагаемыми, скорость их биоразложения снижается из-за присутствия тяжелых металлов в окружающей среде. Это удваивает загрязнение, поскольку органические загрязнители и тяжелые металлы увеличиваются в окружающей среде.

Тяжелые металлы представляют угрозу для человека, животных, растений и экосистем в целом несколькими способами. К ним относятся следующие способы:

• прямое попадание в организм;
• поглощение растениями;
• пищевые цепи;
• потребление загрязненной воды;
• изменение pH почвы, пористости, цвета и ее естественного химического состава, что, в свою очередь, влияет на качество почвы.

Загрязнение тяжелыми металлами воды

Хотя существует множество источников загрязнения воды, индустриализация и урбанизация являются двумя основными виновниками увеличения загрязнения водоемов тяжелыми металлами. Они переносятся в сточных водах промышленных предприятий, муниципалитетов и городских районов. Загрязнение водоемов тяжелыми металлами связано с тем, что они накапливаются в почве и донных отложениях водоемов. Они высокотоксичны и создают серьезные проблемы для здоровья человека и других экосистем.

Опасность загрязнения воды для человека определяется степенью токсичности металлов, которая зависит от таких факторов:

• организмы, которые подвергаются его воздействию;
• его природа и биологическая роль;
• период, в течение которого организмы подвергаются воздействию металла.

Пищевые цепи символизируют взаимоотношения между организмами в экосистеме. Следовательно, загрязнение воды тяжелыми металлами влияет на все организмы в цепи. Люди, употребляющие в пищу самые высокие уровни, более подвержены серьезным проблемам со здоровьем. Это происходит потому, что концентрация тяжелых металлов в пищевой цепочке увеличивается.

Загрязнение тяжелыми металлами атмосферы

Индустриализация и урбанизация, вызванные быстрым ростом населения планеты, в последнее время сделали загрязнение воздуха одной из основных экологических проблем во всем мире. Загрязнение воздуха растет из-за пыли и твердых частиц (ТЧ), образующихся в результате естественных и антропогенных процессов.