Моделирование загрязнения чернозема свинцом с целью установления экологически безопасной концентрации

По мере выделения оксиды азота, главным образом с помощью газофазных реакций, в течение примерно 10 часов превращаются в азотную кислоту. Далее эквивалентная доля азотной кислоты нейтрализуется присутствующим всегда в атмосфере города аммиаком. Оставшаяся часть кислот посредством вымывания дождем, туманом или снегом, а также и сухого поглощения поступает на поверхность почвы.

В почве кислот

ы последовательно нейтрализуются на пяти эшелонированных буферных зонах (карбонатной 6,2 < рН < 8,6; силикатной 5,0 < рН < 6,2; катионо-обменной 4,2 < рН < 5,0; алюминиевой 3,0 < рН < 4,2 и железной 2,5 < рН < 3,0). Сдвиг из одной буферной зоны с более высокими значениями рН в другую, с более низкими значениями водородного показателя, в результате дополнительного поступления в почву кислот не только ухудшает комплекс физико-химических свойств почв, но и резко увеличивает скорость возможного выхода в раствор различных соединений свинца.

Анализ полей концентрации водород-ионов в почвах показывает, что в настоящее время в г. Тюмени непосредственной угрозы приведения в действие «химической бомбы замедленного действия», несмотря на интенсивное поступление кислотообразующих ингредиентов, нет. Судя по показателям рН городских почв (6,0—8,2), карбонатная буферная зона все еще имеет достаточную емкость для противостояния свинцовому давлению.

Известкование почв, внесение фосфорных удобрений, особенно в частном секторе городской застройки и садовых участках, расположенных в городской черте, как меры, наиболее доступные в современной социально-экономической ситуации, могут способствовать сохранению сложившегося квазиздорового состояния городских почв. Наиболее перспективным в этом плане, конечно же, является решение проблем свинцового загрязнения, непосредственно связанных с автотранспортом.

почва свинец безопасный концентрация

Глава 3. Моделирование загрязнения чернозема свинцом с целью установления экологически безопасной концентрации

Проблема нормирования загрязнения почв различными химическими веществами была и остается одной из наиболее сложных задач современной прикладной науки.

Был использован чернозем обыкновенный южно-европейской фации. Отбор почвы для модельных опытов производили на территории опытно-полевого хозяйства ДонГАУ (пос. Персиановский Ростовской обл.) из пахотного горизонта.

Свинец вносили в разных дозах - 0,25; 0,5; 1,0; 2,5; 5,0 и 10 ПДК (25, 50, 100, 250, 500 и 1000 мг/кг соответственно). Использовали значение ПДК, разработанное в Германии, — 100 мг/кг почвы, в связи с тем, что российская ПДК свинца меньше его содержания во многих почвах [3].

Свинец вносили в почву в виде оксида РЬО. На 70 - 90% загрязнение почвы тяжелыми металлами (ТМ) происходит в виде оксидов.

Так как оксид свинца не растворим в воде, то для равномерного распределения во всем объеме почвы вегетационного сосуда его сначала растирали с небольшим количеством почвы, а затем тщательно смешивали с остальной почвой.

Инкубирование почвы массой 1 кг проводили в стеклянных вегетационных сосудах при температуре 20 — 22°С и влажности 60% наименьшей полевой влагоемкости. Модельные опыты проведены в трехкратной повторности.

Состояние почвы определяли через 30 сут. после загрязнения. Этот срок является наиболее информативным при исследовании влияния химического загрязнения на биологические свойства почвы.

Лабораторно-аналитические исследования выполнены с использованием общепринятых в экологии, биологии и почвоведении методов. Использовали биологические показатели как наиболее чувствительные и информативные [2, 6]. Численность аммонифицирующих бактерий и микроскопических грибов учитывали методом посева почвенной суспензии на плотные питательные среды (мясо-пептонный агар икислую среду Чапека). Численность бактерий рода Azotobacter учитывали методом комочков обрастания на среде Эшби. Активность каталазы измеряли по методике Галстяна, инвертазы — по методу Галстяна в модификации Хазиева. Целлюлозолитическую способность определяли по степени разложения хлопчатобумажного полотна, экспонированного в почве в течение 10 дней. С помощью экспресс-метода Аристовской и Чугуновой измеряли скорость разложения в почве мочевины. Фитотоксичность оценивали по показателям прорастания семян озимой пшеницы (всхожесть, энергия, дружность и скорость прорастания) и интенсивности начального роста проростков (длина корней, длина зеленых проростков).

Интегральный показатель биологического состояния почвы (ИПБС) определяли на основе наиболее информативных показателей ее биологической активности [4]: численность аммонифицирующих бактерий, микроскопических грибов, бактерий рода Azotobacter, активность каталазы, инвертазы, целлюлозолитическая активность.

Для расчета ИПБС значение каждого из шести указанных показателей в незагрязненной почве — контроле — принимали за 100 % и по отношению к нему выражали в процентах значения в остальных вариантах опыта (в загрязненной почве). Затем определяли среднее значение шести выбранных показателей для каждого варианта опыта. Использованная методика позволяет интегрировать относительные значения разных показателей, абсолютные значения которых не могут быть суммированы, так как имеют разные единицы измерения.

Рис.2 (а, б, в)

Рис. 3 (а, б)

Выбор биологических показателей обусловлен следующими причинами. Численность аммонифицирующих бактерий и микроскопических грибов характеризует состояние редуцентов в экосистеме. Бактерии рода Azotobacter традиционно используют как индикатор химического загрязнения почвы. Активность каталазы и инвертазы, целлюлозолитическая активность отражают интенсивность биологических процессов в почве. Каталаза характеризует протекание окислительно-восстановительных процессов, инвертаза — гидролитических. При этом активность ферментов каталазы и инвертазы служит показателем потенциальной биологической активности почвы, а скорость разложения полотна характеризует актуальную активность. Представленный набор показателей дает объективную информацию о протекающих в почве биологических процессах и ее состоянии.

Зафиксировано негативное воздействие свинца на общую численность бактерий в черноземе, определяемую люминесцентным методом (рис. 3, а). Этот метод имеет преимущества перед чашечным, так как обеспечивает более полное выявление бактерий в почве. Однако его недостатком является тот факт, что нельзя дифференцировать активные и покоящиеся формы бактерий. Существенное влияние на численность бактерий рода Azotobacter также оказывает концентрация загрязняющего вещества в почве (рис. 3, б). Так, загрязнение почвы 0,25 ПДК свинца вызвало снижение численности Azotobacter до 92 % контроля, 10 ПДК - до 20 %. С увеличением концентрации свинца сильнее проявляется его токсический эффект, нарушается метаболизм микроорганизмов, замедляются их рост и размножение.

 Скачать реферат