Навигация
Важкі метали та радіонукліди в ґрунті і рослинах
33929
знаков
1
таблица
3
изображения
2. Важкі метали та радіонукліди в ґрунті і рослинах
2.1 Важкі метали в ґрунтах
Зростаюча увага людства до збереження та охорони навколишнього середовища викликає особливий інтерес до шляхів забруднення, розподілу по профілю, міграції у ґрунті, впливу на рослини, а в кінцевому результаті, і на здоров'я людини елементів важких металів. На мою думку, дослідження в цьому напрямку тільки починаються, і ще є багато невідомого.
Важкі метали - це елементи з порівняно великою атомною масою (свинець, ртуть, цинк, стронцій і інші). Доказана пряма залежність між вмістом мікроелементів у ґрунті і материнською породою. Але, навіть на одній підстилаючій і материнській породі вміст в кореневмісному шарі значно відрізняється. Причини цього в фаціальній відмінності і міграції елементів в ґрунтовому шарі за участю природних вод, поверхневого стоку і переміщення у зв'язку з цим твердої фази ґрунту.
В залежності від вмісту у ґрунті важкі метали виступають як каталізатори або інгібітори біохімічних процесів в рослинах. Нестача, або надлишок їх в літосфері викликає серйозні захворювання у людини.
Підвищення вмісту важких металів в ґрунтах інактивує ферменти, в першу чергу дегідрогеназу і протеазу, іноді подавляючи їх повністю.
Накопичення у ґрунті важких металів веде до зниження рН, руйнує ґрунтово-поглинальний комплекс. В дослідженнях на дерново-підзолистих ґрунтах встановлено, що забруднення важкими металами супроводжувалось суттєвими змінами біоти: зменшенням загальної кількості бактерій, їх спороутворенням, різким зменшенням актиноміцетів і збільшенням кількості грибів, зменшенням кількості ґрунтових комах і дощових черв'яків.
Слід відмітити, що не всі елементи важких металів є однаково шкідливими для рослини. До особливо токсичних відносяться Ni, Zn, Ca, РЬ, Сu. Поглинання і накопичення важких металів рослинами залежить від багатьох факторів: типу ґрунту, його фізичних і фізико-хімічних властивостей, вмісту органічної речовини, окислювально-відновних умов, антагонізму чи синергізму між металами, їх кількості в педосфері; температури ґрунту, типу рослинності, тощо.
Важкі метали розподіляються по профілю ґрунту дуже нерівномірно. Перерозподіл і міграція їх в ґрунті залежить від вмісту органічної речовини, гранулометричного складу, типу водного режиму, реакції середовища ґрунтового розчину, температури окремих горизонтів.
Так, високий вміст гумусу і вільних окисів заліза, які є основними носіями важких металів, слабокисла реакція ґрунту, важкий гранулометричний склад забезпечують міцну фіксацію мікроелементів і відносну їх нерухомість у ґрунтовому профілі.
Основна доля сполук токсичних елементів техногенного походження представлена оксидами, менше сульфідами, які трансформуються у ґрунті, але легко розчиняються в розбавлених сильних кислотах. Найбільше накопичується у ґрунті: Zn - коефіцієнт біологічного поглинання 10,8; Мn -7,5; Сu - 6,0.
Міграція мікроелементів по профілю ґрунту великою мірою зв'язана з тим, що мобільні їх форми потрапляють у ґрунт з рослинним осадом. По образному виразу відомого норвезького геохіміка В.Гольдшмідта рослина, як насос перекачує розсіяні метали із продуктів вивітрювання у верхні горизонти землі. Органічні рештки потрапляють у ґрунт у складі міцних комплексних органічних сполук, частіше в вигляді хелатів з порфіріновими кільцями, протогенними амінокислотами, поліфенолами.
Кількісні показники адсорбції важких металів в значній мірі залежать від рН середовища . В.С. Горбатов, Н.Г. Зирін вважають, що процеси адсорбції металів можуть змінювати, а саме, знижувати величину рН ґрунтових розчинів. На думку цих авторів причинами цього явища є: виділення протонів при гідролізі солей важких металів, витіснення катіонів при специфічній адсорбції металів.
В ґрунтах з елювіально-ілювіальним профілем елювіальний горизонт збіднюється важкими металами, тоді як ілювіальний горизонт збагачується ними. В мулистих частинках вміст важких металів у 2-4 рази більший ніж у ґрунтовій масі в цілому.
В залежності від констант рівноваги мікроелементи здатні конкурувати між собою. Кальцій конкурує з Мn і Zn , витісняючи їх з комплексних сполук. Тому надзвичайно ефективним заходом зниження надлишку марганцю і цинку в ґрунтах є проведення вапнування. Якщо активність Са в ґрунтовому розчині більша, ніж активність Мn2+ і Zn2+, тоді два останніх катіони будуть виходити із комплексів, міграція їх у ґрунтовому комплексі знизиться.
Отже, важкі метали в залежності від їх вмісту у ґрунті виступають або як каталізатори, або як інгібітори ґрунтових біохімічних процесів. Антропогенні фактори великою мірою впливають на вміст важких металів у ґрунті, зокрема надмірна кількість хіммеліорантів і мінеральних добрив може різко збільшити вміст важких металів у ґрунті.[1]
2.2 Фактори накопичення та міграції радіонуклідів в ґрунті та продукції
Ґрунтова оболонка біосфери - педосфера - один з основних компонентів в природі, де відбувається локалізація штучних радіонуклідів, що скидаються в навколишнє середовище людиною внаслідок його техногенної діяльності. Ґрунтовий покрив не завжди є первинною ланкою, в яке поступають штучні радіонукліди. У багатьох випадках таким первинним резервуаром служать нижні шари атмосфери, куди викидаються радіонукліди. Проте, внаслідок достатньо інтенсивного очищення приземного повітря від домішок, радіонукліди швидко осідають на ґрунтовий покрив. Можливе також надходження в ґрунт радіонуклідів і після їх скидання в мережу гідрографії з паводковими водами, при зрошуванні і т.п. Ґрунт володіє виключно великою місткістю поглинання радіонуклідів, і інших техногенних домішок, і інтенсивна їх сорбція в ґрунтах забезпечує створення в наземному середовищі могутнього депо радіонуклідів.
Сорбція радіонуклідів в ґрунті має двояке значення для їх міграції в біосфері і, зокрема, в сільськогосподарській сфері. З одного боку, закріплення їх у верхніх горизонтах ґрунту - в кореневмісному шарі рослин - забезпечує існування в природі тривало-діючого джерела радіонуклідів для кореневого накопичення рослинами. З другого боку, сильна сорбція твердою фазою ґрунту радіонуклідів обмежує їх засвоєння через кореневі системи рослин. Ця діалектична суперечність в ролі сорбції радіонуклідів ґрунтовим поглинаючим комплексом обумовлює підтримку в наземному середовищі тривало протікаючих процесів накопичення радіонуклідів рослинами з ґрунту.
У різних радіологічних ситуаціях, пов’язаних з виведенням радіонуклідів в сільськогосподарську сферу (особливо це торкається випадків, коли в навколишнє середовище поступають довгоживучі радіонукліди) акумуляція радіонуклідів рослинами з ґрунту визначає початкові масштаби включення радіонуклідів в харчові ланцюги в системі радіоактивні випадання - ґрунт - сільськогосподарські рослини - сільськогосподарські тварини - людина. З цим пов'язано важливе значення ланки ґрунт - рослина в загальному циклі кругообігу радіонуклідів в наземному середовищі в цілому і в агропромисловій сфері зокрема. Поглинання радіоактивних речовин рослинами з ґрунту в першу чергу залежить від її властивостей - від ґрунтової хімії радіонуклідів. Ґрунт є одним з найважливіших сільськогосподарських об'єктів, які піддаються інтенсивній дії з боку людини при агропромисловому використовуванні, механічній обробці, обводнювальній або осушній меліорації, внесенні добрив і ін. Всі ці дії впливають і на ґрунтову хімію радіонуклідів. Поява техногенних, або штучних, радіонуклідів (ШРН) в біосфері пов'язана з діяльністю людини.
Відповідно до генезису ШРН підрозділяють на 3 групи.
Радіоактивні продукти ядерного розподілу, виникаючі в реакціях ділення ядер 235U, 238U, 239Pb і ін., утворюють першу групу. Основні джерела цієї групи радіонуклідів в біосфері - випробування ядерної зброї, функціонування підприємств АЕК і атомної промисловості (атомно-енергетичні установки, радіохімічні заводи).
Другу групу ШРН складають продукти наведеної активації, що утворюються в результаті атомних реакцій елементарних частинок (в основному нейтронів) з ядрами атомів стабільних елементів, що входять до складу конструкційних матеріалів комунікацій і теплоносіїв атомних реакторів, корпусів боєголовок і так далі.
Третя група ШРН - радіоактивні трансуранові елементи, що виникають в атомно-енергетичних установках і при атомних вибухах в результаті послідовних реакцій з ядрами атомів матеріалу, що ділиться, і подальшого радіоактивного розпаду надважких ядер, що утворилися. Радіонукліди цієї групи характеризуються дуже високою радіотоксичністю, великим періодом напіврозпаду, відсутністю стабільних ізотопних аналогів в природі. ШРН з періодами напіврозпаду менше 102-104 років знаходяться в ґрунтах в ультра малих концентраціях, чим визначається істотна залежність їх поведінки в ґрунтах від концентрації і властивостей їх ізотопних або неізотопних носіїв. Важливим чинником, що визначає закріплення, розподіл і трансформацію ШРН в компонентах ґрунтів, є початкова фізико-хімічна форма, в якій радіонуклід введений в біосферу. У ряді випадків поведінка ШРН в ґрунтах визначається не закономірностями поведінки стабільних ізотопних і неізотопних носіїв (хімічних аналогів), а поведінкою і розподілом в ґрунтах типоморфних елементів ландшафтів.[1]
Стронцій Природний Sr складається з 4 стабільних ізотопів з масовими числами 84, 86, 87, 88. До числа продуктів розподілу входять 2 радіоізотопи Sr – 90Sr, що відноситься до числа найбільш біологічно рухомих (Т0,5= 28,1 роки, В-випромінювач з максимальною енергією 0,544 МеВ), і 89Sr, більш короткоживучий радіонуклід (Т0,5= 50,5 діб, В-випромінювач з енергією 1,463 МеВ).
На поведінку 90Sr в ґрунті робить значний вплив органічна речовина. Розподіл і рухливість 90Sr в значній мірі визначаються кількістю і якісним складом гумусу переважно 90Sr зв'язується фульвокислотами. У вилуженому чорноземі і дерново-підзолистих ґрунтах з гумусом пов'язано відповідально 38 і 36 % 90Sr.
Під міграцією радіонуклідів в ґрунті розуміється сукупність процесів, що приводять до переміщення радіонуклідів у ґрунті або перерозподілу між різними фазами та станами і які викликають перерозподіл радіонуклідів по глибині і в горизонтальному напрямі. До рушійних сил, що приводять до міграції радіонуклідів в ґрунтах, відносяться: конвективне перенесення (фільтрація атмосферних опадів вглиб ґрунту, капілярне підтікання вологи до поверхні в результаті випаровування, термоперенос вологи під дією градієнта температури); дифузія вільних і адсорбованих іонів; перенесення по кореневих системах рослин; перенесення на мігруючих колоїдних частинках; риюча діяльність ґрунтових тварин; господарська діяльність людини. Перераховані чинники не є рівнозначними, оскільки інтенсивність і тривалість їх дії різні і залежать від конкретних умов.
Якісна відмінність в характері дії двох найважливіших чинників -конвективного перенесення із струмом вологи і дифузія полягає в наступному. Якщо в початковий момент часу радіонуклід знаходиться - в дуже тонкому поверхневому шарі ґрунту і в процесі міграції ззовні не поступає, то перший з цих чинників приводить до переміщення зони знаходження радіонукліда із зсувом максимуму концентрації радіонукліда вглиб ґрунту. Дифузійний характер викликає розширення зони знаходження радіонукліда з одночасним зменшенням величини максимуму концентрації. Значущість перенесення радіонуклідів по кореневих системах рослин залежить від глибини розповсюдження і густини корінців у ґрунті, фізико-хімічних властивостей радіонуклідів, біологічних особливостей рослин і т.д.. В умовах, коли сумарний об'єм коріння складає незначну частку від об'єму всього кореневмісного шару ґрунту, внесок кореневого перенесення радіонуклідів невеликий.
Конвективне перенесення і дифузія радіонуклідів тісно пов'язані з поглинанням і міцністю їх закріплення твердою фазою ґрунту. Конвективне перенесення характерне для водорозчинної і, частково, обмінної форм радіонуклідів; дифузне перенесення і перенесення по кореневих системах рослин - для водорозчинної і обмінної форм. Механічне перенесення на колоїдних частинках або пересування в результаті риючої діяльності ґрунтових тварин характерні для всіх форм радіонуклідів.
Надходження радіонуклідів Sr у рослини. Накопичення 89Sr і 90Sr залежно від властивостей ґрунтів і біологічних особливостей рослин коливається в дуже широких межах. На різних типах ґрунтів в північній-тайговій, південнотайговій, лісостеповій, степовій, напівпустинній і пустинній зонах 80Sr варіюють для однієї і тієї ж сільськогосподарської культури від 5 до 15 разів. Для зерна і соломи злакових культур Кп складають відповідно 0,6-2,8 і 2,2-10,7, а для бульб і бадилля картоплі 0,7-3,2 і 7,8-48. Максимальні величини Кп90Sr відмічені в північних і південних зонах, мінімальні - в лісостеповій і степовій зонах, що в основному обумовлене властивостями ґрунтів. При визначенні накопичення 908г в рослинах по показнику Фредрікссона встановлено, що для різних культур і різних типів ґрунтів він коливається до 50 разів. [1]
Цезій Коефіцієнт накопичення 137Сs сільськогосподарськими рослинами дуже змінюються. Надходження 137Сs в рослини з ґрунту в середньому в 5-10 разів менше, ніж 90Sr, проте для окремих районів з своєрідними ґрунтово кліматичними умовами КН Сs досягають високих значень, майже 4,5. До таких районів відносяться території - Українського і Білоруського Полісся, де поширені дерново-підзолисті і торф'яні супіщані і піщані ґрунти, слабо насичені основами.
Накопичення 137Сs рослинами залежно від властивостей ґрунтів змінюється в середньому в 20-30 разів, а залежно від біологічних особливостей рослин до 10 разів. Сортові відмінності в поглинанні Сs рослинами не перевищують 1,5-2 рази. Добре накопичують Сs калієлюбні рослини, оскільки його поглинання рослинами з ґрунту пов'язане із засвоєнням К. Із збільшенням змісту обмінного К в ґрунтах накопичення 137Сз в рослинах зменшується, проте зворотної лінійної залежності між цими величинами не встановлено. Причиною пригнічення Сs відносно К при переході з ґрунту в рослини є сильніша сорбція твердою фазою ґрунту 137Сs в порівнянні з К. При надходженні в фунт Сs, як правило, знаходиться в доступній для рослин, формі. Проте з часом вміст в ґрунті обмінного Сs знижується. Найінтенсивніше цей процес проходить в перші 2 роки, а приблизно з 5-го року зміст обмінного Сs стабілізується на рівні 3-кратного зменшення його вмісту в ґрунті в порівнянні з первинною кількістю, що приводить до зниження концентрації Сs в рослинах.
На сьогодні є численні дані про вплив генетичних особливостей ґрунтів на накопичення 137Сs у сільськогосподарській продукції. Досить високі коефіцієнти переходу його з ґрунту в продукцію властиві торфовим ґрунтам, дерново-підзолистим легкого гранулометричного складу, найменші - чорноземам суглинковим. За даними Б.С. Прістера, коефіцієнти переходу 137Сs з ґрунту в кормові культури на сірих лісових ґрунтах у 2-2,5 рази вищі, ніж на чорноземах. Існують різні пояснення цього факту, але більшість авторів звертають увагу на різну ємність поглинання та вміст глинистих мінералів, кількість у ґрунті калію та міцність його фіксації. [1]
Похожие работы
... з цього питання. Так, Міжнародна конференція у Ріо-де-Жанейро (1991 р.) звернулась до світового співтовариства із заявою про необхідність переходу на шлях сталого розвитку, який передбачає збалансований підхід до розв'язання соціально-економічних проблем і збереження довкілля для майбутніх поколінь. Під водоресурсною складовою сталого розвитку розуміють такий стан водних об'єктів та систем їх ...
... числі Малині – 16077,9 грн., Житомирі – 9146,7 грн., Коростені – 8569,3 грн., Бердичеві – 6645,1 грн., Новограді-Волинському – 5777,6 грн. 6 ПРОБЛЕМИ ТА ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ І РОЗМІЩЕННЯ ГОСПОДАРСЬКОГО КОМПЛЕКСУ ОБЛАСТІ Виходячи із стратегічних напрямків та з метою переведення процесу реформування економіки на якісно новий рівень, в області визначено 6 головних цілей. Зокрема: стале економі ...
0 комментариев