С чем связано загрязнение почвы тяжелыми металлами

Загрязнение почвы имеет несколько путей. Основные — промышленность, ТБО и окружающая среда.

Твердые бытовые отходы

Чтобы последствия загрязнения бытовыми отходами на землю сводились к минимуму, необходима правильная организация захоронения.

В деревне Воловичи Московской области в 1990-ом году был вырыт двухметровый котлован. Система захоронения выглядит так: два метра отходов отделяются друг от друга слоем земли в 30 сантиметров. В основании рва расположен глиняный замок. На данный момент котлован использован на 98%. Взятые около него образцы выявили, что показатели кислотности и ПДК тяжелых металлов не превышает оптимальную отметку в 16 ПДК, либо очень близки к ней.

Такие же исследования были проведены вблизи свалки мусора в городе Ульяновске. В образцах были обнаружены свинец, медь, кадмий. Содержание металла в этом образце — 29 ПДК, когда допустимая норма 16. Превышение ПДК кадмия при исследовании обнаружено не было. Но если выпадет кислотный осадок, кадмий окислится и его вредоносное содержание превысит допустимые показатели.

На пересечении Московского проспекта с Обводным каналом в Санкт-Петербурге раньше была свалка мусора. Сейчас эта часть города застраивается — там будет жилой комплекс. Район не был обезврежен или очищен. Проба земли в этих местах показала содержание свинца в 270 ПДК.

Окружающая среда

Тяжелые металлы в окружающей среде сконцентрированы также в воде и воздухе. Все, что сбрасывают в атмосферу заводы, рассеивается и оседает на поверхности земли и воды. Влага, если это не пруд или озеро, проходит естественную фильтрацию через почву. Получается, что плодородный слой оказался наименее защищенной средой. Химические элементы накапливаются и приводят к его истощению.

В 2015-ом году на Уфимском заводе цветных металлов была осуществлена проверка очистительных сооружений. Стало известно, что печь для плавления алюминия работала с недостаточной защитой. В атмосферу были выброшены опасные пары. Образцы вблизи завода показали, что ПДК свинца превысило норму в 20 раз, кадмия — в 16.

Промышленность

Промышленные предприятия, находящиеся в непосредственной близости от населенного пункта, оказывают самое сильное влияние на экологию города. Металлургические заводы загрязняют окружающую среду на 10 — 15 км вокруг.

На Среднем и Южном Урале сосредоточено крупнейшее металлургическое производство страны. При исследовании почв в Ревде, Асбесте, Реже показатели ПДК тяжелых металлов были превышены в 5 — 10 раз. 12% территории Челябинска относится к зоне экологического бедствия: содержание цинка и свинца выше нормы в 25 раз.

Город Сызрань Самарской области известен крупными предприятиями по переработке нефтепродуктов. Почва, взятая на пробу в радиусе 15 км от , показала превышение ПДК свинца в 2,5 раза.

Последствия загрязнения почвы тяжелыми металлами

 Стремительная индустриализация и интенсивная сельскохозяйственная деятельность за последние несколько десятилетий привели к накоплению различных загрязняющих веществ в окружающей среде, в особенности — тяжёлых металлов. Негативные последствия загрязнения окружающей среды тяжёлыми металлами представляют реальную угрозу для биосферы.

Ключевые слова: тяжёлые металлы, металлоиды, почва, загрязнение, микроорганизмы, окружающая среда.

В последние десятилетия ведущим процессом, определяющим формирование эколого-геохимического состояния территории, стал техногенез. Интенсивное промышленное использование природных ресурсов вызвало существенные изменения распределения некоторых химических элементов в поверхностном слое зоны аэрации. Прежде всего это касается тяжёлых металлов, накопление высоких концентраций которых в естественной среде связано с антропогенной деятельностью. Тяжёлые металлы, как особая группа элементов, выделяются в связи с токсическим действием на живые организмы при их высоких концентрациях, значительно превышающих фоновые величины. Выбросы и сбросы техногенных объектов, с высоким содержанием тяжёлых металлов, аккумулируются в почвах, которые в значительной степени подвержены влиянию, обусловленному промышленной деятельностью человека.

Почва — это сложная и динамичная система. Она состоит из нескольких слоёв, которые различаются по своему физическому, химическому, минералогическому и биологическому характеру, на которые влияет климат и активность живых организмов. Кроме того, способствуя сохранению всех форм жизни, образующихся на земной поверхности, почва играет важную роль в защите грунтовых вод, действующих как коллекторный фильтр органических и неорганических остатков, способствуя связыванию возможных токсичных соединений [10, с. 661–670].

В последние годы, с развитием мировой экономики, как тип, так и содержание тяжёлых металлов в почве, вызванные деятельностью человека, постепенно увеличивались, что приводило к ухудшению состояния окружающей среды [6, c. 62–67; 6].

В конце XX-го века люди стали осознавать значение почвы как экологического компонента и признали необходимость поддерживать или улучшать способность почвы к выполнению присущих ей различных функций. В то же время учёные доказали, что почва не является неисчерпаемым ресурсом и если её использовать ненадлежащим образом, она может утратить свои характеристики за очень короткий промежуток времени, иногда даже без возможности регенерации [9, с. 161].

В прошлом загрязнению почвы уделялось гораздо меньше значения, чем загрязнению, например, воды и воздуха. Однако в последние годы люди стали осознавать всю серьёзность ситуации, поэтому проблеме загрязнения почвы уделяется всё больше внимания и горячо обсуждается на саммитах по охране окружающей среды во всём мире.

Загрязнение тяжёлыми металлами является чрезмерным осаждением токсичных тяжелых металлов в почве в результате деятельности человека. Загрязнение почвенного покрова тяжелыми металлами связано с наличием различных источников техногенных эмиссий поллютантов: промышленные объекты горно-металлургического, химического, топливно-энергетического комплекса, машиностроительные предприятия, разветвленная транспортная система и т. д. Среди тяжёлых металлов в почве часто встречаются металлы высокой биологической токсичности, такие как ртуть (Hg), кадмий (Cd), свинец (Pb), хром (Cr), мышьяк (As) и т. д. Также почву загрязняют такие металлы как цинк (Zn), медь (Cu), никель (Ni), олово (Sn), адид (V) и прочие.

В 2006–2015 гг. Росгидрометом проводились наблюдения за уровнем загрязнения почв токсикантами промышленного происхождения — тяжёлыми металлами, фтором, нефтью и нефтепродуктами, сульфатами, нитратами, бенз(а)пиреном. Основным источником загрязнения пахотных почв тяжёлыми металлами до (50 %) являются фосфорные удобрения. Наиболее опасны по степени загрязнения почв тяжёлыми металлами почвы многогумусовые, глинисто-суглинистые с щелочной реакцией среды: темно-серые лесные, черноземы и темно-каштановые — почвы, обладающие высокой аккумулятивной способностью [13, с. 118]. Геохимическая обстановка, присущая дерново-подзолистым почвам, не способствует аккумуляции тяжёлых металлов, однако в этих областях техногенная нагрузка настолько велика, что почвы не успевают «самоочищаться». Локальное загрязнение почв тяжелыми металлами связано, прежде всего, с крупными городами и промышленными центрами.

Опасность поступления в окружающую среду тяжёлых металлов определяется тем, что в отличие от органических загрязнителей, они не разрушаются, а переходят из одной формы в другую, в частности, включаются в состав солей, оксидов, металлоорганических соединений.

Интересно, что тяжёлым металлам присуще антагонистическое и синергетическое поведение. Иными словами, наличие одного тяжёлого металла в почве может повлиять на наличие другого. Например, ингибирующее действие Mn на общее количество минерализованного C антагонизировалось Cd. Медь и цинк, а также никель и кадмий конкурируют за те же мембранные носители в растениях. Напротив, сообщалось, что медь увеличивает токсичность цинка в яровом ячмене. Это означает, что взаимосвязь между тяжёлыми металлами довольно сложна. Различные виды одного и того же металла могут также взаимодействовать друг с другом. Наличие арсенита сильно подавляет поглощение арсената рисовыми растениями, растущими на загрязнённой почве [8, с. 123].

Тяжёлые металлы оказывают неблагоприятное воздействие на здоровье человека по трём путям воздействия: ингаляционное, оральное и через кожу. Многие тяжёлые металлы и металлоиды настолько токсичны, что могут вызывать нежелательные последствия и серьёзные проблемы даже при очень низких концентрациях [2, c. 32]. Тяжелые металлы вызывают процесс повреждения клетки в результате окисления, так называемый окислительный стресс [8]. Что касается их токсичности, наиболее опасными тяжёлыми металлами являются As, Cd, Cr, Cu, Hg, Pb, Sn и Zn [7]. Токсичные тяжёлые металлы могут вызывать различные проблемы со здоровьем в зависимости от вида металла и его концентрации. Например, потребление неорганического мышьяка в течение длительного периода может привести к хроническому отравлению мышьяком — арсеникозу, — в результате чего повреждаются желудочно-кишечный тракт, кожа, сердце, печень. Отравление мышьяком может вызвать развитие диабета, болезни костного мозга и крови, сердечно-сосудистые, онкологические заболевания. А вот органические соединения мышьяка менее вредны для здоровья и достаточно быстро выводятся из организма.

Функционирование урбоэкосистем производит дополнительное поступление в биогеохимических циклах целого ряда опасных токсикантов, среди которых особое место занимает кадмий — элемент первого класса токсичности, который способен оказывать тератогенные, мутагенные и канцерогенные действия на организм человека. Следует отметить, что благодаря своим буферным свойствам, даже антропогенно преобразованные почвы, среди которых ведущее место занимают урбаноземы, способны депонировать кадмий в течение длительного времени, частично исключая его избыток из кругооборота.

Интоксикация солями кадмия вызывает повреждение печени и почек, приводит к снижению плотности костной ткани, к нестерпимым болям в суставах и позвоночнике. Эти симптомы известны как болезнь итай-итай («ой как больно»). При ингаляционном воздействии кадмий чрезвычайно канцерогенен.

Отравление свинцом наносит неврологический ущерб, приводит к снижению уровня IQ, внимания, к нарушению координации рук, вызывает энцефалопатию, ухудшает состояние костей, гипертонию, болезнь почек.

Воздействие метилртути, наиболее вредной формы ртути, влияет на развитие мозга, что приводит к снижению уровня IQ. Ртуть приводит к повреждению центральной нервной и желудочной систем, влияет на координацию, зрение и чувство осязания, повреждает почки, сердце, печень. Интоксикация вызывает тревогу, беспокойство, депрессивное состояние, раздражительность, тремор [4].

Отравление медью вызывает повреждение головного мозга и почек; цирроз печени, хроническую анемию, желудочное и кишечное раздражение. Никель вызывает аллергический дерматит, при ингаляционном воздействии возникает угроза рака лёгких, носа, горла, желудка. Оказывает токсическое воздействие на иммунную, репродуктивную системы, кровь, имеет нейротоксическое и генотоксическое действие, повреждает печень, вызывает потерю волос. Избыток цинка приводит к головокружению и усталости.

Некоторые тяжёлые металлы, такие как As, Cd, Hg, Pb не оказывают существенное влияние на рост растений, поскольку им не присуща какая-либо известная физиологическая функция в жизненном цикле растений, но такие металлы как Cu, Fe, Mn, Mo, Ni и Zn являются важными элементами, необходимыми для нормального роста и метаболизма растений. Но избыток этих веществ может привести к существенному отравлению растения.

Поглощение тяжёлых металлов растениями и последующее накопление вдоль пищевой цепи представляет собой потенциальную угрозу для здоровья животных и человека. Поглощение корнями растений является одним из основных путей поступления тяжёлых металлов в пищевую цепь. Поглощение и накопление тяжёлых металлов в растительной ткани зависит от многих факторов: температуры, влажности, органического вещества, PH, питательных веществ и т. д. [5].

Загрязнение грунта сопряжено также с ухудшением качества воды, потому что тяжёлые металлы могут попадать в питьевую воду и становиться источником заболеваний для человека и животных.

Накопление тяжёлых металлов в растениях происходит также в зависимости от вида растений. Повышенный уровень свинца в почве может снизить её продуктивность, а очень низкая концентрация может ингибировать некоторые жизненно важные процессы, такие как фотосинтез, митоз и водопоглощение [3]. Тяжёлые металлы потенциально токсичны для растений, их концентрация приводит к хлорозу, слабому росту растений, снижению урожайности и может даже сопровождаться снижением поглощения питательных веществ, нарушением в метаболизме растений и снижением способности фиксировать молекулярный азот в бобовых растениях.

Повышение общего содержания тяжёлых металлов в почве сопряжено с увеличением относительного содержания более подвижных соединений металлов, что свидетельствует о снижении способности почвы защищать сопредельные среды от загрязнения.

Загрязнение металлами влияет на фауну и микрофауну почвы. При повреждении лесного покрова в лесной подстилке падает численность насекомых (клещей, бескрылых насекомых), при этом количество пауков и многоножек может оставаться стабильным. Страдают и почвенные беспозвоночные, часто наблюдается гибель дождевых червей. Дикие виды древесных растений на загрязнённых территориях формируют листовую пластинку меньшей площади, большей толщины, с меньшим содержанием хлорофиллов, кратно снижается в них активность клеточных ферментов.

Как уже было отмечено, в загрязнённых металлами почвах существенно меняются важнейшие микробиологические и химические свойства. Ухудшается состояние микробоценоза. Концентрации тяжёлых металлов оказывают влияние на биологическую активность почвенных микроорганизмов. Загрязнение почвы тяжёлыми металлами оказывает давление на чувствительные микроорганизмы, изменяя разнообразие почвенной микрофлоры, которая представляет собой трофические группы микроорганизмов. Самую высокую чувствительность к загрязнению тяжёлыми металлами проявляют олиготрофные бактерии, что указывает на то, что ограничение бактериального сообщества более выражено в почвах, состояние которых неудовлетворительное по органическому веществу и содержанию питательных веществ.

Почвенные микроорганизмы, как свободноживущие, так и симбиотические почвенные микробы в ризосфере растений, растущих на загрязнённых тяжёлыми металлами почвах, могут увеличить производство биомассы растений и усилить процесс фиторемедиации. Однако тяжёлые металлы влияют на рост, морфологию и метаболизм почвенных микроорганизмов через функциональные нарушения, денатурацию белка или разрушение целостности клеточных мембран. Почвенные микроорганизмы необходимы для разложения органического вещества почвы; любое уменьшение микробного разнообразия или обилия может отрицательно повлиять на способность растений поглощать питательные вещества из почвы. Повышенные уровни тяжёлых металлов в почвах оказывают значительное влияние на численность популяции и общую активность почвенных микробных сообществ. Несколько исследований, в зависимости от используемых методов изоляции, показали, что загрязнение тяжелыми металлами привело к сдвигам в микробных популяциях.

Также была замечена корреляция между повышенными уровнями никеля и хрома в почве и амплитудой землетрясений. Землетрясения связаны с конкретными геологическими особенностями и границами плиток.

Высокий уровень техногенной нагрузки на геологическую среду обусловил комплексные изменения геохимических условий. Эти изменения привели к устойчивому ухудшению природной обстановки и получили трансграничный характер. Техногенез вызвал значительные изменения элементного состава компонентов биосферы. Наиболее ярко это проявляется в загрязнении почвы тяжёлыми металлами, которые являются наиболее опасными токсикантами с экоцидными свойствами.

Загрязнение тяжёлыми металлами может повлиять на всю окружающую среду, но серьёзная экологическая проблема и самые длительные последствия человеческой деятельности — загрязнение почв. Накопление тяжёлых металлов в почве происходит в результате добычи, плавки металлических руд, промышленных выбросов и применения пестицидов, гербицидов и удобрений. Металлы, такие как Cd, Cu, Pb, Zn и металлоиды (например, As), считаются загрязнителями окружающей среды ввиду их стойкости, биоаккумулятивности и способности оказывать серьёзное негативное воздействие на здоровье человека и окружающую среду.

1. A New Strategy for Heavy Metal Polluted Environments: A Review of Microbial Biosorbents / Ayansina Segun Ayangbenro, Olubukola Oluranti Babalola // Int J Environ Res Public Health. 2020 Jan; 14(1): 94.
2. Asfa Rizvi and Mohammad Saghir Khan. “Cellular Damage, Plant Growth Promoting Activity and Chromium Reducing Ability of Metal Tolerant Pseudomonas aeruginosa CPSB1 Recovered from Metal Polluted Chilli (Capsicum annuum) Rhizosphere”. cta Scientific Agriculture 1.2 (2017): 36–46.
3. Dixit R., Malaviya D., Pandiyan K., Singh U. B., Sahu A., Shukla R., Singh B. P., Rai J. P., Sharma P. K., Lade H. Bioremediation of heavy metals from soil and aquatic environment: An overview of principles and criteria of fundamental processes. Sustainability. 2015;7:2189–2212. doi: 10.3390/su7022189.
4. Finally, a global agreement on mercury Elaine Baker, Kristina Thygesen & Charles Roche. — September 26, 2020. Available at: https://news.grida.no/finally-a-global-agreement-on-mercury
5. Gaur N., Flora G., Yadav M., Tiwari A. A review with recent advancements on bioremediation-based abolition of heavy metals. Environ. Sci. Process. Impacts. 2014;16:180–193. doi: 10.1039/C3EM00491K.
6. Grain size fraction of heavy metals in soil and their relationship with land use / M. H. Sayadi1, A. Rezaei, M. R. G. Sayyed // Proceedings of the International Academy of Ecology and Environmental Sciences, 2020, 7(1): 1–11. Available at: https://www.iaees.org/publications/journals/piaees/articles/2017–7(1)/grain-size-fraction-of-heavy-metals-in-soil.pdf
7. Heavy Metal Toxicity & Contamination: What You Need To Know. — Jun 28, 2020. Available at: https://www.hydroviv.com/blogs/water-smarts/heavy-metal-toxicity
8. M. J. Abedin, J. Feldmann, and A. A. Meharg, “Uptake kinetics of arsenic species in rice plants,” Plant Physiology, vol. 128, no. 3, pp. 1120–1128, 2002.
9. Nortcliff S. Standardisation of soil quality attributes. Agriculture, Ecosystems and Environment 2002.
10. Sousa A, Pereira R, Antunes SC, Cachada A, Pereira E, Duarte AC, Gonçalves F. Validation of avoidance assays for the screening assessment of soils under different anthropogenic disturbances. Ecotoxicology and Environmental Safety 2008. 661–670.
11. US EPA 2020. How does mercury threaten our health? Available at: https://www.epa.gov/international-cooperation/mercury-emissions-global-context#health
12. Zojaji F, Hassani AH, Sayadi MH. 2014. Bioaccumulation of chromium by Zea mays in wastewater-irrigated soil: An experimental study. Proceedings of the International Academy of Ecology and Environmental Sciences, 4.
13. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2020 году». — М.: Минприроды России; НИА-Природа. — 2020. — 639 с.

Индикаторы загрязнения почвы

Самыми распространенными индикаторами загрязнения являются растения и микроорганизмы. У цветов наблюдается отмирание листьев — в почве накопился цинк. Они медленно растут — земля переполнена медью. Ненормальное развитие растения в целом говорит о превышенном показателе кобальта. Самым часто используемым биологическим индикатором загрязнения почвы тяжелыми металлами являются слива и фасоль.

Микроорганизмы в отравленном плодородном слое ведут себя по-разному в зависимости от местонахождения. На лесопарковых территориях микроорганизмы более активны. Это связано с тем, что почва там загрязнена меньше.

В зоне, приближенной к предприятиям и свалкам, наблюдается снижение численности микроорганизмов и почвенных животных. Тяжелые металлы влияют на их жизнедеятельность: микроорганизмы начинают медленно развиваться, плохо растут, наблюдаются изменения на генетическом уровне.

Биота либо погибает, либо выбирает другие места обитания.

Воздействие тяжелых металлов на наземные и почвенные экосистемы

Замечание 1
Тяжелые металлы являются представителями одной из приоритетных групп загрязнителей, являющихся причиной деградации окружающей среды. К ним относят более 40 элементов с атомной массой выше 50 а.е.м.

Как правило, основная масса тяжёлых металлов, поступающая в окружающую среду со временем аккумулируется почвой. Поступление металлов в почву сопровождается рядом физических, химических, биохимических, физико-химических и других взаимодействий, в ходе которых и происходит их аккумуляция, выщелачивание, осуществление межфазных переходов, а также поступление в растительные и животные организмы.

Следует отметить, что в ходе этих взаимодействий опасность металлов для живых организмов может существенно меняться. Для биоты наибольшую опасность тяжелые металлы представляют, когда они сконцентрированы в почвенном растворе. Поступление тяжелых металлов в экосистемы зачастую сопровождается их деградацией и даже полным разрушением. Однако чаще всего воздействие тяжелых металлов сопровождается следующими реакциями со стороны наземных экосистем:

Готовые работы на аналогичную тему

• Курсовая работа Влияние тяжелых металлов на экосистемы 480 руб.
• Реферат Влияние тяжелых металлов на экосистемы 250 руб.
• Контрольная работа Влияние тяжелых металлов на экосистемы 210 руб.

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту Узнать стоимость

• наблюдается ухудшение состояния биологической составляющей экосистем, проявляющееся в снижении видового разнообразия, а также объёмов общей биомассы и численности организмов; происходит осуществление процесса техногенной сукцессии, характеризующейся развитием биоценоза в сторону ее пионерных стадий;
• происходит снижение продуктивности экосистем;
• наблюдается процесс деградации почвенного покрова, сопровождающийся уменьшением запасов гумуса, а также ухудшением его качественного состава, увеличением почвенной кислотности, снижением биологической активности и др.;
• происходит снижение плодородных свойств и как следствие — уменьшение запаса доступных растениям форм биогенных элементов, сопровождающееся нарушением оптимального соотношения макро- и микроэлементов.

Действие тяжёлых металлов на почву путем вмешательства в биологические циклы происходит как прямо, так и опосредованно. При этом зачастую подвергается изменениям структура микробиологического сообщества и его состав, являющийся показателем видового разнообразия. Больше всего действию тяжелых металлов в микробоценозе подвержены нитрифицирующие и целлюлолитические бактерии. Их угнетение приводит к нарушению прохождения цикла азота в почве и процессов минерализации органического вещества.

Кроме косвенного тяжелые металлы оказывают ещё и прямое воздействие на почву и её характеристики. Так, например, имеется информация о консервации в загрязненных почвах органического вещества. Причиной тому является ограниченная доступность комплексов тяжелых металлов с гумусовыми кислотами для минерализации микроорганизмами.

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, как правило, применяются совместно. Загрязненный слой снимается и проходит электрохимическое выщелачивание. Происходит переход металлов в подвижную форму. Затем обезвреженная земля помещается назад, слои перемешиваются. Полученный образец снова берется на анализ. Если содержание металлов не превышает ПДК, почва пригодна для сельского хозяйства.

Почва является поверхностным слоем суши. При воздействии техногенных факторов состав грунта подвергается изменениям. Процесс, при котором в земле появляются нехарактерные микроэлементы, характеризующиеся токсичным воздействием, и влияющим на свойства грунта, называется загрязнением почвы тяжелыми металлами.

Негативные последствия провоцируются переизбытком любых инородных примесей в грунтовых слоях. Самыми опасными, с учетом степени их токсичности, считаются ртуть, кадмий и свинец. Но другие вещества, не характерные для состава, также вызывают загрязнение и вредят земле.

Рассмотрим на примере ртуть. Загрязнение почв ртутью определяется функционированием предприятий цветной металлургии, применением ртутьсодержащих фунгицидов, использованием сточных вод в целях орошения и разработкой месторождений ртути. Накопление ртути в окружающей среде связывают с применением соединений ртути в сельском хозяйстве. В настоящее время соединения ртути в большинстве стран используются практически только в качестве протравителей семян.

Наиболее широкое применение получили различные соли метилртути, этилртути, метоксиэтилртути и фенилртути. Ртуть в почвенном покрове распределяется неоднородно, концентрации ее зависят от уровня содержания ртути в почвообразующих породах, и колеблется в пределах (0,005-1,275) мг/кг (Сибирь). Распределение ртути по профилю зависит от свойств почв — гранулометрического, количественного и качественного состава органического вещества, рН среды, содержания карбонатов.

Высокие концентрации ртути наблюдаются в почвах на территории вблизи ртутных месторождений, особенно находящихся над рудными телами. В почвах ртутных ореолов рассеяния содержание ртути в 2-3 раза выше фоновых значений. Большое влияние на закрепление ртути в почве оказывают органические вещества. В одном и том же элементарном ландшафте ртуть в большей степени аккумулируется в обогащенных органикой участках. Вниз по разрезу доля ртути, переходящей в солянокислую вытяжку, увеличивается с уменьшением количества гумуса. Таким образом, процессы перераспределения ртути в малом цикле почва — растение усиливают депонирующую роль почвы и ее информативность для выявления загрязнения окружающей среды. Наличие остаточных токсикантов в почве, в частности, тяжелых металлов, может вызвать загрязнение растений, произрастающих на ней. Загрязнение почвы ртутью оценивается вблизи источника загрязнения, а доступность ртути — по степени ее поглощения растениями.

Растения чаще всего содержат ртуть в меньших количествах, чем почвы, но в процессе минерализации растительных остатков возможно накопление ртути в верхних горизонтах. Величина отношения корни/надземная часть обычно меньше 1. Тонкие корни в большей степени, чем крупные, накапливают ртуть и играют роль барьера. В дерновом горизонте почв наблюдается отчетливое увеличение содержания ртути в надземных и корневых органах растений (0,018-3,000) мг/кг по мере повышения ее концентрации в почве. Минимальное содержание Hg (0,01-0,02) мг/кг накапливается в растениях, произрастающих на почвах с низкими концентрациями ртути до 0,10 мг/кг.

Избыток таких веществ провоцирует ряд негативных эффектов. К опасным последствиям загрязнения почв относятся патологии, возникающие при попадании металлов в организм. Большинство описанных элементов в избыточных концентрациях обладают нейротоксическими свойствами. Отравление может сопровождаться как острыми, так и хроническими заболеваниями, потенциально опасными для жизни осложнениями. В число негативных для почвы последствий загрязнения входят:

• ухудшение роста растений;
• снижение общей плодородности грунта;
• гибель полезных растительных культур;
• ухудшение качества воды;
• уменьшение количества питательных веществ в земле;
• негативное влияние на фауну;
• воздействие на микробиологические характеристики.

Загрязнение тяжелыми металлами приводит к нарушению круговорота веществ в природе, что отражается на всех элементах биосферы.

Для снижения концентрации отравляющих элементов применяют физические, химические и биологические методы. К ним относятся:

• увеличение кислотности почвы за счет органических и минеральных удобрений;
• очистка грунтовых вод;
• снижение выбросов металлической пыли в атмосферу;
• альтернативные источники энергии;
• уменьшение потерь во время производственных процессов;
• переработка и безопасная утилизация промышленных отходов.

Одновременно с очищением почвенных масс требуются меры, направленные на снижение вредных выбросов в атмосферу и загрязнение почвы. Поэтому защита грунта от тяжелых металлов – только одна из трудностей, связанных с техногенным воздействием на окружающую среду.

Источники загрязнения окружающей среды

В широком смысле источники загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами можно поделить на природные и техногенные. В первом случае химические элементы попадают в биосферу из-за водной и ветровой эрозии, извержения вулканов, выветривания минералов. Во втором случае ТМ попадают в атмосферу, литосферу, гидросферу из-за активной антропогенной деятельности: при сжигании топлива для получения энергии, при работе металлургической и химической индустрии, в агропромышленности, при добыче ископаемых и т. п.

Во время работы промышленных объектов загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами происходит различными путями:

Тяжелые металлы — наиболее опасные элементы, способные загрязнять почву

Почва – это поверхность земли, имеющая свойства, которые характеризуют как живую, так и неживую природу.

Почва является индикатором общей техногенной обстановки. Загрязнения поступают в почву с атмосферными осадками, поверхностными отходами. Также они вносятся в почвенный слой почвенными породами и подземными водами.

К группе тяжелых металлов относятся все цветные металлы с плотностью, превышающей плотность железа. Парадокс этих элементов состоит в том, что в определенных количествах они необходимы для обеспечения нормальной жизнедеятельности растений и организмов.

• Тяжелые металлы, загрязняющие почву Ртуть
• Свинец
• Кадмий
• Медь и цинк
• Молибден

Мышьяк

Но их избыток может привести к тяжелым заболеваниям и даже гибели. Пищевой круговорот становится причиной того, что вредные соединения попадают в организм человека и часто наносят огромный вред здоровью.
Источники загрязнения тяжелыми металлами — это промышленные предприятия. Существует методика, по которой рассчитывается допустимая норма содержания металлов. При этом учитывается суммарная величина нескольких металлов Zc.

Выделяют 4 категории загрязнения земель металлами, которые учитываются в сельском хозяйстве:

• допустимая;
• умеренно опасная;
• высоко-опасная;
• чрезвычайно опасная.

Очень важна охрана почв. Постоянный контроль и мониторинг не позволяет выращивать сельскохозяйственную продукцию и вести выпас скота на загрязненных землях.

Тяжелые металлы, загрязняющие почву

Существует три класса опасности тяжелых металлов. Всемирная организация здравоохранения самыми опасными считает заражение свинцом, ртутью и кадмием. Но не менее вредна и высокая концентрация остальных элементов.

Ртуть

Загрязнение почвы ртутью происходит с попаданием в нее пестицидов, различных бытовых отходов, например люминесцентных ламп, элементов испорченных измерительных приборов.

По официальным данным годовой выброс ртути составляет более пяти тысяч тонн. Ртуть может поступать в организм человека из загрязненной почвы.

Если это происходит регулярно, могут возникнуть тяжелые расстройства работы многих органов, в том числе страдает и нервная система.

При ненадлежащем лечении отравления ртутью возможен летальный исход.

Свинец

Очень опасным для человека и всех живых организмов является свинец.

Он чрезвычайно токсичен. При добыче одной тонны свинца двадцать пять килограммов попадает в окружающую среду. Большое количество свинца поступает в почву с выделением выхлопных газов.

Зона загрязнения почвы вдоль трасс составляет свыше двухсот метров вокруг. Попадая в почву, свинец поглощается растениями, которые употребляют в пищу человек и животные, в том числе и скот, мясо которого также присутствует в нашем меню. От избытка свинца поражается центральная нервная система, головной мозг, печень и почки. Он опасен своим канцерогенным и мутагенным действием.

Кадмий

Огромной опасностью для организма человека является загрязнение почвы кадмием. Попадая в пищу, он вызывает деформацию скелета, остановку роста у детей и сильные боли в спине.

Медь и цинк

Высокая концентрация в почве этих элементов становится причиной того, что замедляется рост и ухудшается плодоношение растений, что приводит в конечном итоге к резкому уменьшению урожайности. У человека происходят изменения в мозге, печени и поджелудочной железе.

Молибден

Избыток молибдена вызывает подагру и поражения нервной системы.

Опасность тяжелых металлов заключается в том, что они плохо выводятся из организма, накапливаются в нем. Они могут образовывать очень токсичные соединения, легко переходят из одной среды в другую, не разлагаются. При этом они вызывают тяжелейшие заболевания, приводящие часто к необратимым последствиям.

Основные источники загрязнения

Выделяют антропогенные факторы и естественные источники. Первые возникают в результате хозяйственной деятельности людей, вторые – следствие естественных природных явлений.

Промышленные отходы и выбросы

Металлургия, машиностроение, целлюлозно-бумажная промышленность производят вредные выбросы: мышьяк, цианистый калий, тяжелые металлы, катализаторы в огромном количестве вместе со стоками попадают в почву.

Предприятие теплоэнергетики

Для выработки тепла и энергии ТЭС используют уголь, газ, нефть – это не самые экологически чистые источники. При сжигании этих продуктов образуется шлак, оксид серы, сажа, летучая зола, газообразные продукты неполного сгорания. Все это загрязняет атмосферу. При сжигании каменного угля образуется зола, в которой содержатся тяжелые металлы. Золошлаковые отвалы отравляют почву, насыщая почву вредными составляющими.

Выхлопные газы транспортных средств

Двигатель внутреннего сгорания, применяемый в автомобилях, выделяет углеводороды и оксид азота. С выхлопными газами в атмосферу также попадают тяжелые металлы, например, свинец, один автомобиль за год вырабатывает около килограмма свинца. Все эти опасные соединения оседает вдоль дорог, накапливаясь в почве. Это не позволяет использовать эти земли для выращивание сельскохозяйственных культур.

Бытовые отходы

Ежедневно на городские свалки вывозятся тонны мусора и бытовых отходов. Неправильная утилизация батареек, ртутьсодержащих ламп, старых градусников ведет к тому, что в почву попадают тяжелые металлы. Они не разлагаются, а накапливаются в земле, создавая повышенный радиационный фон.

Удобрения и пестициды, используемые в сельском хозяйстве

Для получения высокого урожая фермеры применяют прикормки и удобрения. Они ускоряют рост плодов, но истощают почвенный слой, так как все эти прикормки и удобрения по природе – искусственные и содержат концентраты стимуляторов роста. Повышение их концентрации в почве ведет к образованию нитратов, нитритов и других вредных веществ.

Сточные воды, используемые для полива полей

Все сточные и канализационные воды проходят очистку, но это не гарантирует получения чистой воды, безвредной для окружающей среды. Уровень содержания отходов промышленного производства в ней по-прежнему высокий. Нередко воду из водоемов, в которые попадают канализационные сточные воды используют для полива полей. Это ведет к повышению содержания вредных химических соединений в почвенном слое.

Утечки нефти

Добыча и перевозка нефти сопряжена с большим риском. Ежегодно миллионы тонн этого природного ресурса попадает в воду и почву. Нефть токсична, испаряясь с поверхности почвы она попадает в атмосферу.

Захоронение радиоактивных отходов

В процессе ядерной реакции часть топлива превращается в энергию. Оставшиеся радиоактивные отходы (плутоний, цезий, стронций) необходимо утилизировать. Захоронение таких отходов происходит в гидросферу и литосферу планеты.

Кислотные дожди

Токсичные соединения, сажа, оксиды серы, опасные летучие соединения от производственных объектов попадают в атмосферные слои. Здесь они вступают в химическую реакцию с углекислотой, водой и солнечной радиацией образуя молекулы кислоты. В верхних слоях атмосферы из мельчайших капель воды и кислоты образуются облака, в виде осадков они выпадают на землю.

Естественные источники

Выветривание гор, извержение вулканов, выходящие из берегов реки – все это естественные процессы, в результате которых также происходит загрязнение почвенного слоя земли. Но природа самостоятельно способна исправлять негативные последствия, которые были получены экосистемой от извержений и ветра.

Прочие причины

Военные действия и испытания оружия – тоже источник загрязнения почвы. Современные боевые снаряды отличает повышенное содержание отравляющих веществ. Главная задача такого снаряда – массовое уничтожение врага на больших территориях. От применения такого снаряда гибнет все живое в радиусе действия, начинается деградация почвенного слоя.

Сурьма

Присутствует в некоторых рудах.
Входит в состав сплавов, используемых в различных производственных сферах.

Ее избыток вызывает тяжелые пищевые расстройства.

Мышьяк

Основным источником загрязнения почвы мышьяком являются вещества, с помощью которых борются с вредителями сельскохозяйственных растений, например гербициды, инсектициды. Мышьяк – это накапливающийся яд, вызывающий хронические отравления. Его соединения провоцируют заболевания нервной системы, мозга, кожных покровов.

Марганец

В почве и растениях наблюдается высокое содержание этого элемента.

При попадании в почву дополнительного количества марганца быстро создается его опасный избыток. На организме человека это сказывается в виде разрушения нервной системы.

Не менее опасен переизбыток и остальных тяжелых элементов.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что накопление тяжелых металлов в почве влечет за собой тяжелые последствия для состояния здоровья человека и окружающей среды в целом.

Из чего состоит грунт?

Структура любой почвы представлена четырьмя следующими компонентами:

• вода;
• воздушные массы;
• горная порода;
• шар гумуса (перегноя).

Основной частью грунта является горная порода, в процентном соотношении она составляет до 50% всей массы той или иной почвы.

По особенностям внутренней структуры почвоведы выделяют несколько основных видов грунтов: песчаные, каменистые, глинистые, солончаковые и другие. В зависимости от географического (широтного) расположения они бывают: черноземные (самые плодородные), дерново-подзолистые, лучные, серые лесные, красноземы и прочие.

Основные методы борьбы с загрязнением почв тяжелыми металлами

Методы борьбы с загрязнением почвы тяжелыми металлами могут быть физическими, химическими и биологическими. Среди них можно выделить следующие способы:

• Увеличение кислотности почвы повышает возможность загрязнения ее тяжелыми металлами. Поэтому внесение органических веществ и глины, известкование помогают в какой-то мере в борьбе с загрязнением.
• Посев, скашивание и удаление с поверхности почвы некоторых растений, например клевера, существенно снижает концентрацию тяжелых металлов в почве. К тому же данный способ является совершенно экологичным.
• Проведение детоксикации подземных вод, ее откачивание и очистка.
• Прогнозирование и устранение миграции растворимой формы тяжелых металлов.
• В некоторых особо тяжелых случаях требуется полное снятие почвенного слоя и замена его новым.

Какие причины загрязнения грунта?

На насущный вопрос, с чем связано загрязнение почвы тяжелыми металлами, экологи отвечают: существует несколько основных причин. Наиболее сильно на загрязнение и деградацию почвы, ухудшение ее качества влияет:
1. Развитие промышленной деятельности человечества. Несмотря на то, что прогрессирование промышленной сферы позволило сделать человечеству большой прорыв в развитии, это сфера была и остается опасной для экологии и здоровья планеты. Связано это с тем, что массовая добыча полезных ископаемых, горных пород, создание шахт и рудников способствуют тому, что на поверхности почвы остается большое количество промышленных отходов, которые не распадаются и не перерабатываются на протяжении многих лет. Происходит загрязнение почвы нефтью и нефтепродуктами. Грунт становится непригодным для дальнейшего использования. 2. Развитие сельскохозяйственной сферы. В процессе развития сферы сельского хозяйства все большее количество удобрений и способов обработки взращиваемых культур перестали иметь натуральную основу и стали химическими. Использование химически активных веществ упрощает и улучшает процесс производства продуктов сельского хозяйства, увеличивает урожай. Однако, эти же химикаты становятся опасными и вредоносными для грунта и человечества. Как влияет загрязнение почвы на здоровье человека? Чужеродные вещества не разлагаются и не расщепляются в грунте, просачиваются в воду, отравляя и постепенно снижая плодородность и здоровье почвы. Химические вещества в сельском хозяйстве также отравляют растения, вызывают загрязнение и истощение почвы, становятся серьезной угрозой для атмосферы планеты. 3. Отходы и их утилизация. Несмотря на то, что промышленная сфера деятельности человека наносит ежегодно огромный удар по экологии и чистоте грунта своими отходами, сам человек загрязняет планету не меньше. В настоящее время главными показателями загрязнения почв химическими веществами являются естественные человеческие отходы жизнедеятельности, которые скапливаются в виде огромных куч биологического мусора. В отходах человека содержится большое количество токсичных веществ, которые негативным образом влияют на здоровье и функционирование грунта. 4. Нефтяные аварии. В процессе производства и транспортировки нефтяных продуктов немалое их количество может быть пролито или рассыпано на почву. Примеров этого явления за время производства нефти более чем достаточно. Нефть просачивается в грунт и попадает в грунтовые воды, которые пропитывают почву и провоцируют загрязнение почвы нефтепродуктами, делают ее непригодной для использования в дальнейшем, а воду — опасной для здоровья человека. 5. Кислотные дожди и их последствия. Кислотные дожди являются результатом промышленной деятельности человека. Испарение большого количества химических веществ в атмосферу приводит к их скапливанию и проникновению обратно в грунт в качестве дождя. Химические дожди могут значительным образом нанести урон растениям и грунту, поменять их биологическую структуру и сделать непригодными для дальнейшего использования или употребления в пищу.

Влияние металлургии на окружающую среду

Процесс плавки заключается в том, что предприятия черной и цветной металлургии извлекают из руд металлы. Такие металлы, как железо, медь или свинец, часто извлекаются с помощью этого процесса. Несмотря на то, что плавильные печи широко используются при производстве металла, есть много недостатков плавки, которые влияют на окружающую среду.

Горнодобывающая и металлургическая промышленность наносят серьезный ущерб как земной, так и водной среде в местном и региональном масштабе. На рудниках и металлургических заводах образуется большое количество отходов, которые необходимо размещать на суше или в водных системах. Основные последствия деятельности металлургического производства связаны с загрязнением воздуха, почвы, речной воды и грунтовых вод тяжелыми металлами. И для сокращения негативного воздействия на природу такому предприятию нужно сделать многое, начиная от разработки проекта санитарно-защитной зоны заканчивая комплексным мониторингом выбросов в атмосферу.

Токсичные загрязнители воздуха

В процессе плавки разрушается руда, содержащая не только металлы, но и другие химические вещества. В результате многие химические вещества из руды попадают в атмосферу. К некоторым химическим веществам относятся диоксид серы и фтористый водород, которые вызывают тошноту и загрязняют атмосферу.

Загрязнение воды

Отходы плавки включают в себя жидкие отходы, попадающие в систему водоснабжения. Вода, используемая для охлаждения остатков руды, обычно утилизируется и очищается. Однако может произойти случайная утечка, в результате которой эта токсичная вода снова попадет в окружающую среду. Эта вода содержит ряд опасных химических веществ, таких как свинец и хром, которые крайне опасны для растительного и животного мира.

Кислотный дождь

В результате загрязнения от металлургического завода может возникнуть кислотный дождь. Кислотный сернистый газ выбрасывается из предприятий, попадает в атмосферу и реагирует с водой в ней. Погодные явления вызывают кислотный дождь. Кислотные дожди ускоряют эрозию почвы и наносят физический вред растениям и животным при прикосновении.

Здоровье работников

Рабочие плавильных заводов ежедневно подвергаются воздействию токсичных химикатов. Хотя нанесенный экологический ущерб может быть дорогостоящим для населения, рабочие, как правило, подвергаются воздействию более высоких уровней токсинов в результате прямого воздействия на металлоперерабатывающих заводах. Вдыхание — обычный способ, которым многие работники подвергают себя воздействию токсичных химических веществ в процессе плавки, что может нанести вред здоровью и производительности работников плавильных предприятий.

Источник https://ecokroshka.ru/problemy/soderzhanie-tyazhelyh-metallov-v-pochve.html

Источник https://chistiy-timashevsk.ru/resursy/zagryaznenie-pochvy-tyazhelymi-metallami.html

Источник https://laboratoria.by/stati/metallurgiya-i-priroda