Тяжелые металлы в окружающей среде
жүктеу/скачать 6.49 Mb. Pdf көрінісі
|
| «мобильный» являются синонимами и часто считаются равнозначными термину «доступный
растениям», в английском языке для этих терминов употребляется одно слово – «avаilаble». Согласно ГОСТ 27593-88, термин «подвижность» определяется как способность элемента переходить из твердых фаз почвы в почвенный раствор – но из определения не ясно, как из- мерять эту величину. Д.С. Орлов (2001) считает недопустимым, когда для нахождения одно- типных параметров применяют различающиеся растворители или этим термином обознача- ют неодинаковые по природе группы соединений и предлагает использовать несколько гра- даций, различая слабо подвижные, подвижные, легко подвижные соединения. Часто предла- гают различать три группы элементов в почвах по их подвижности: 1) мобильные (непосред- ственный источник и ближайший резерв ХЭ), 2) фиксированные (потенциальный резерв), 3) изоморфные примеси (стратегический резерв) (Ильин, Сысо, 2001; Мотузова. 2013; Heavy …, 1995; Kabata-Pendias, 2010 и др.). Таким образом, исследования состава соединений ХЭ в почвах и механизмов их трансформации весьма актуальны и в настоящее время, хотя и имеют почти вековую исто- рию. В Западной Сибири научный интерес к содержанию ХЭ в почвах возник в начале тридцатых годов прошлого века в связи с необходимостью определения потребности в мик- роэлементах сельскохозяйственных культур, возделываемых на этих почвах. Недостаток микроэлементов для сельскохозяйственных культур, выращиваемых на черноземах и серых лесных почвах региона, в 1933 г. впервые выявил профессор Омского сельскохозяйственно- го института А.З. Ламбин. Им же было начато определение валового содержания и подвиж- ных форм микроэлементов в почвах Сибири. Естественно, первоначально внимание было обращено на микроэлементы, наиболее необходимые для роста и развития растений. Позд- нее учеными были проведены исследования влияния B, Mn, Zn, Ni, Fe, I, Sr, Cd и других ХЭ на урожай и химический состав различных растений (яровая пшеница, томаты, кукуруза, лен, мак, горчица, рыжик, подсолнечник и пр.). Закономерности распределения Mn, Cu, Zn и Co в основных типах почв изучены Г.П. Гамзиковым, в пойменных почвах – Н.Н. Сказало- вой, Cu и Мо в дерново-подзолистых почвах – В.А. Агеевым, В – Э.Д. Орловой и А.А. Неупокоевым и т.д.; при этом исследователями использовались самые различные экстраген- ты: Mn – 0.1 н H 2 SO 4 , B – H 2 O, Mo – оксалатный буфер Грига, Cu и Zn – 1н HCl, Co – 1 н HNO 3 (Орлова, 1989). В Новосибирске вопросами содержания и статуса ХЭ (В, Со, Си, I, Mn, Mo, Zn) в поч- вах начали заниматься в лаборатории биогеохимии и агрохимии микроэлементов Института почвоведения и агрохимии СО АН СССР – В.Б. Ильин, А.П. Аникина, В.К. Бахнов, А.И. Сы- со, А.А. Трейман и др. При этом значительное распространение получили вытяжки Я.В. Пейве и Г.Я. Ринькиса (Ринькис, 1972). По результатам широкомасштабных обследований было установлено, что большинство сибирских почв богато подвижным марганцем, медью, 154 155 кобальтом, бором. В то же время многие почвы имеют среднее и низкое содержание молиб- дена и все они бедны подвижной формой цинка (Ильин, Сысо, 2001). Из используемых в сельском хозяйстве земель самой низкой обеспеченностью подвижными микроэлементами отличаются на юге – каштановые и черноземы южные, на севере – дерново-подзолистые лег- кого гранулометрического состава и торфяные, а также дерново-подзолистые песчаные и су- песчаные почвы, сформировавшиеся на высоких террасах крупных рек. Это обусловлено как общим малым запасом микроэлементов, так и свойствами почв, снижающими их дос- тупность растениям. Итогом исследований стало районирование почвенного покрова на юге Западной Сибири по валовому содержанию и концентрации подвижной формы марганца, цинка, меди, молибдена, бора. Были установлены индексы обеспеченности почв подвижны- ми формами микроэлементов и их оптимальные дозы (Ильин, Сысо, 2001). В дальнейшем круг изучаемых ХЭ постепенно расширялся. В него вошли те из них, важ- ное биологическое значение которых для живых организмов было доказано в более позднее время. Кроме того, обращалось внимание на ХЭ, которые естественным путем, в силу природ- ных особенностей некоторых территорий, накапливались в объектах окружающей среды и тем самым представляли экологический интерес. Начали изучать свинец, кадмий, никель, хром, стронций, ртуть и другие элементы, называя их уже не микроэлементами, а тяжелыми метал- лами (ТМ). Для их анализа стали использовать три параллельные вытяжки – дистиллирован- ную воду, ацетатно-аммонийный буфер (ААБ) с рН 4,8 (предложен Н.К. Крупским и А.М. Александровой в 1964 г.) для определения «подвижной» формы и одномолярную кислоту, со- ляную или азотную, для определения содержания «кислоторастворимой» формы. Доля водорастворимой формы ХЭ в общем их содержании в почвах Западной Сибири составила: Со, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn – менее 0,1%; Fe и Мn – менее 1,0; В – 0,1-30; Вr – 15-35; I – 0,1-5,0; Sr – 0,1-15% (Экогеохимия …, 1996; Ильин, Сысо, 2001; Сысо, 2007). Большинство исследователей считают бесперспективным использование водной вытяжки в незагрязнен- ных почвах. Это обусловлено низкой концентрацией извлекаемых ХЭ, зачастую на уровне следов. Для количественного определения ХЭ требуется концентрирование выпариванием, экстрагированием, а также приготовление большого объема самой вытяжки. Выделение дан- ной формы может быть целесообразным в загрязненных почвах, где количество ХЭ, пере- ходящее в нее, будет достаточно большим. Ацетатно-аммонийный буфер оказывает на почву смешанное воздействие. При его ис- пользовании ХЭ могут переходить из почвы в раствор путем ионного обмена, гидролиза не- которых легкогидролизуемых соединений под действием ионов водорода, образования рас- творимых ацетатных или аммонийных комплексных соединений. Несмотря на разные меха- низмы экстракции, этот реактив способен к извлечению в раствор лишь наименее прочносвя- занных с почвой ионов ХЭ, что оправдывает его применение для оценки доступности ХЭ растениям. Доля растворимых в ААБ ХЭ в почвах Западной Сибири оказалась невелика – не более 10 % для Со, Сr, Сu, Fe, Mn, Sr, Zn (Ильин, Сысо, 2001; Сысо, 2007). Она зависела от типа почв и валового содержания в них изучаемых ХЭ, количества физической глины и гу- муса, реакции среды. Наименьшие значения были получены для кислых малогумусных под- золистых почв, а наибольшие – для лугово-черноземных и каштановых почв, а также чер- ноземов обыкновенных. Обнаруженные пределы колебаний доли подвижной формы ХЭ в целом соответствовали значениям, выявленным в почвах России. «Кислоторастворимая» форма ХЭ (за исключением Cu, Zn, Co) изучена значительно слабее. Она определяет тот потенциальный запас ХЭ, который является резервом питания растений либо в экстремальных условиях (чаще всего создаваемых человеком) может отри- цательно влиять на окружающую среду. Исследователи отмечают, что в почвах доля этой формы ХЭ может быть почти на порядок выше, чем растворимой в ААБ. Пожалуй, это весь перечень форм соединений ХЭ, которые были исследованы в Запад- ной Сибири. Можно лишь отметить, что в некоторых случаях определяли так называемую «органическую» форму, используя в качестве экстрагента 0,1 н NaOH – для меди, свинца, 154 155 кобальтом, бором. В то же время многие почвы имеют среднее и низкое содержание молиб- дена и все они бедны подвижной формой цинка (Ильин, Сысо, 2001). Из используемых в сельском хозяйстве земель самой низкой обеспеченностью подвижными микроэлементами отличаются на юге – каштановые и черноземы южные, на севере – дерново-подзолистые лег- кого гранулометрического состава и торфяные, а также дерново-подзолистые песчаные и су- песчаные почвы, сформировавшиеся на высоких террасах крупных рек. Это обусловлено как общим малым запасом микроэлементов, так и свойствами почв, снижающими их дос- тупность растениям. Итогом исследований стало районирование почвенного покрова на юге Западной Сибири по валовому содержанию и концентрации подвижной формы марганца, цинка, меди, молибдена, бора. Были установлены индексы обеспеченности почв подвижны- ми формами микроэлементов и их оптимальные дозы (Ильин, Сысо, 2001). В дальнейшем круг изучаемых ХЭ постепенно расширялся. В него вошли те из них, важ- ное биологическое значение которых для живых организмов было доказано в более позднее время. Кроме того, обращалось внимание на ХЭ, которые естественным путем, в силу природ- ных особенностей некоторых территорий, накапливались в объектах окружающей среды и тем самым представляли экологический интерес. Начали изучать свинец, кадмий, никель, хром, стронций, ртуть и другие элементы, называя их уже не микроэлементами, а тяжелыми метал- лами (ТМ). Для их анализа стали использовать три параллельные вытяжки – дистиллирован- ную воду, ацетатно-аммонийный буфер (ААБ) с рН 4,8 (предложен Н.К. Крупским и А.М. Александровой в 1964 г.) для определения «подвижной» формы и одномолярную кислоту, со- ляную или азотную, для определения содержания «кислоторастворимой» формы. Доля водорастворимой формы ХЭ в общем их содержании в почвах Западной Сибири составила: Со, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn – менее 0,1%; Fe и Мn – менее 1,0; В – 0,1-30; Вr – 15-35; I – 0,1-5,0; Sr – 0,1-15% (Экогеохимия …, 1996; Ильин, Сысо, 2001; Сысо, 2007). Большинство исследователей считают бесперспективным использование водной вытяжки в незагрязнен- ных почвах. Это обусловлено низкой концентрацией извлекаемых ХЭ, зачастую на уровне следов. Для количественного определения ХЭ требуется концентрирование выпариванием, экстрагированием, а также приготовление большого объема самой вытяжки. Выделение дан- ной формы может быть целесообразным в загрязненных почвах, где количество ХЭ, пере- ходящее в нее, будет достаточно большим. Ацетатно-аммонийный буфер оказывает на почву смешанное воздействие. При его ис- пользовании ХЭ могут переходить из почвы в раствор путем ионного обмена, гидролиза не- которых легкогидролизуемых соединений под действием ионов водорода, образования рас- творимых ацетатных или аммонийных комплексных соединений. Несмотря на разные меха- низмы экстракции, этот реактив способен к извлечению в раствор лишь наименее прочносвя- занных с почвой ионов ХЭ, что оправдывает его применение для оценки доступности ХЭ растениям. Доля растворимых в ААБ ХЭ в почвах Западной Сибири оказалась невелика – не более 10 % для Со, Сr, Сu, Fe, Mn, Sr, Zn (Ильин, Сысо, 2001; Сысо, 2007). Она зависела от типа почв и валового содержания в них изучаемых ХЭ, количества физической глины и гу- муса, реакции среды. Наименьшие значения были получены для кислых малогумусных под- золистых почв, а наибольшие – для лугово-черноземных и каштановых почв, а также чер- ноземов обыкновенных. Обнаруженные пределы колебаний доли подвижной формы ХЭ в целом соответствовали значениям, выявленным в почвах России. «Кислоторастворимая» форма ХЭ (за исключением Cu, Zn, Co) изучена значительно слабее. Она определяет тот потенциальный запас ХЭ, который является резервом питания растений либо в экстремальных условиях (чаще всего создаваемых человеком) может отри- цательно влиять на окружающую среду. Исследователи отмечают, что в почвах доля этой формы ХЭ может быть почти на порядок выше, чем растворимой в ААБ. Пожалуй, это весь перечень форм соединений ХЭ, которые были исследованы в Запад- ной Сибири. Можно лишь отметить, что в некоторых случаях определяли так называемую «органическую» форму, используя в качестве экстрагента 0,1 н NaOH – для меди, свинца, кобальта, марганца, ртути и др.; для таллия «органическую» форму определяли по методу Шоля (после обработки навески концентрированной HNO 3 +H 2 O 2 при нагревании) (Ильин, Сысо, 2001). В некоторой степени в незагрязненных почвах региона изучены также формы мышьяка и галогенов. Таким образом, имеющиеся сведения о содержании подвижных форм ХЭ в почвах За- падной Сибири дают весьма приблизительное представление об этом, несмотря на то, что изучение форм соединений ХЭ в почвах имеет большое значение для различных направле- ний почвоведения. Знание того, в каких формах находятся ХЭ в почве, с какими ее компо- нентами они образуют связи и какова прочность этих связей, позволяет сделать вывод о за- пасе элементов, которые могут использоваться растениями, о масштабах и возможных эко- логических последствиях загрязнения почв. За последние десятилетия было опробовано множество экстрагентов – растворов нейтральных солей; солей, забуференных с целью поддержания определенного рН; органи- ческих соединений с хелатирующими свойствами; разной степени разбавления кислот и ще- лочей. Однако все они не обладают универсальностью (пригодностью для изучения любого ХЭ) и к тому же большинство из них не обеспечивает сильной прямой корреляции между количеством элемента, извлекаемого из почвы и поглощенного растениями, – наиболее важ- ного показателя практической ценности экстрагента. Подтверждением сказанному могут служить результаты работы германских исследователей E. Rietz, H. Söchtig (цит. по: Ильин, Сысо 2001): опробовав в экспериментах с тяжелыми металлами 23 экстрагента с широким диапазоном химических свойств, авторы, тем не менее, не смогли сделать выбор и дать соот- ветствующие рекомендации. Говоря о подвижных формах соединений ХЭ, стоит уточнить, что именно подразумева- ется под данным определением. В Большой Советской энциклопедии указано: «Химическое соединение – это индивидуальное вещество, в котором атомы одного или нескольких хими- ческих элементов соединены между собой тем или иным видом химической связи. Они, как правило, подчиняются закону постоянства состава и кратных отношений...». Понятие «хими- жүктеу/скачать 6.49 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|