İnsan üretim faaliyetleri (sanayi, ulaşım vb.) sonucu çevreye giren ağır metaller biyosferin en tehlikeli kirleticileri arasında yer almaktadır. Cıva, kurşun, kadmiyum ve bakır gibi elementler “çevresel stresin göstergesi olan kritik maddeler” olarak sınıflandırılır. Yalnızca metalurji işletmelerinin her yıl dünya yüzeyine 150 bin tondan fazla bakır saldığı tahmin edilmektedir; 120 - çinko, yaklaşık 90 - kurşun, 12 - nikel ve yaklaşık 30 ton cıva. Bu metaller biyolojik döngünün ayrı kısımlarında sabitlenme, mikroorganizmaların ve bitkilerin biyokütlesinde birikme ve trofik zincirler yoluyla hayvanların ve insanların vücuduna girerek hayati fonksiyonlarını olumsuz yönde etkileme eğilimindedir. Öte yandan ağır metallerin ekolojik durum üzerinde belirli bir etkisi vardır ve birçok organizmanın gelişimini ve biyolojik aktivitesini baskılar.
Ağır metallerin toprak mikroorganizmaları üzerindeki etkisi sorununun önemi, organik kalıntıların mineralizasyon işlemlerinin çoğunluğunun toprakta yoğunlaştığı ve biyolojik ve jeolojik döngünün birleşmesini sağladığı gerçeğiyle belirlenir. Toprak, canlı ve cansız maddelerin etkileşiminin en yoğun şekilde meydana geldiği biyosferin ekolojik bağlantı düğümüdür. Toprak, yerkabuğu, hidrosfer, atmosfer ve karada yaşayan organizmalar arasındaki metabolik süreçlerin kapalı olduğu, aralarında toprak mikroorganizmalarının önemli bir yer tuttuğu yerdir.
Roshidromet'in uzun vadeli gözlem verilerinden, beş kilometrelik bir bölgedeki bölgeler için hesaplanan ağır metallerle toprak kirliliğinin toplam endeksine göre, Rus yerleşim yerlerinin% 2,2'sinin "son derece tehlikeli" kategorisine ait olduğu biliniyor. kirlilik”, %10,1 - “tehlikeli kirlilik”, %6,7 - “orta derecede tehlikeli kirlilik”. Rusya Federasyonu'nun 64 milyondan fazla vatandaşı aşırı hava kirliliğinin olduğu bölgelerde yaşıyor.
90'lı yıllardaki ekonomik durgunluğun ardından, son 10 yılda Rusya'da sanayi ve ulaşımdan kaynaklanan kirletici emisyon seviyelerinde yeniden bir artış yaşandı. Endüstriyel ve evsel atıkların geri dönüşüm oranı, çamur depolama tesislerinde oluşma oranından birkaç kat daha düşüktür; 82 milyar tondan fazla üretim ve tüketim atığı çöplüklerde ve depolama sahalarında birikti. Sanayide ortalama atık kullanım ve bertaraf oranı yaklaşık %43,3 olup, katı evsel atıkların neredeyse tamamı doğrudan gömülmektedir.
Rusya'da rahatsız edilen arazilerin alanı şu anda 1 milyon hektardan fazladır. Bunların %10'unu tarım, 10'unu demir dışı metalurji, 9'unu kömür endüstrisi, 9'unu petrol endüstrisi, 7'sini gaz, 5'ini turba, %4'ünü demir metalurjisi oluşturuyor. Restore edilen 51 bin hektarlık alanla her yıl aynı miktar bozulan kategorisine giriyor.
Kentsel ve endüstriyel alanların topraklarında zararlı maddelerin birikmesiyle de son derece elverişsiz bir durum gelişiyor, çünkü şu anda ülke genelinde 100 binden fazla tehlikeli sanayi ve tesis (bunlardan yaklaşık 3 bini kimyasal) dikkate alınıyor. yüksek düzeyde toksik malzemelerin büyük ölçekli salınımından kaynaklanan kazalar ve teknolojik kirlilik risklerinin çok yüksek düzeylerini önceden belirler.
Ekilebilir topraklar, pestisitlerin, biyositlerin, bitki büyüme uyarıcılarının ve yapı oluşturucuların bir parçası olarak toprağa giren cıva, arsenik, kurşun, bor, bakır, kalay, bizmut gibi elementlerle kirlenmektedir. Çeşitli atıklardan yapılan geleneksel olmayan gübreler genellikle yüksek konsantrasyonlarda çok çeşitli kirletici maddeler içerir.
Tarımda mineral gübrelerin kullanılmasıyla topraktaki bitki besin maddesi içeriğinin arttırılması ve tarımsal ürünlerin veriminin arttırılması amaçlanmaktadır. Ancak ana besin maddelerinin etken maddesinin yanı sıra ağır metaller de dahil olmak üzere birçok farklı kimyasal gübrelerle birlikte toprağa karışır. İkincisi, hammaddedeki toksik yabancı maddelerin varlığı, gübre üretimi ve kullanımı için kusurlu teknolojilerden kaynaklanmaktadır. Bu nedenle, mineral gübrelerdeki kadmiyum içeriği, gübrelerin üretildiği hammaddenin türüne bağlıdır: Kola Yarımadası'nın apatitlerinde önemsiz miktarda (0,4-0,6 mg / kg), Cezayir fosforitlerinde - 6'ya kadar ve Fas'ta - 30 mg/kg'dan fazla. Kola apatitlerinde kurşun ve arsenik varlığı, Cezayir ve Fas fosforitlerine göre sırasıyla 5-12 ve 4-15 kat daha düşüktür.
A.Yu. Aydiev ve ark. Mineral gübrelerdeki ağır metal içeriğine ilişkin aşağıdaki verileri sağlar (mg/kg): nitrojen - Pb - 2-27; Zn - 1-42; Cu - 1-15; Cd - 0,3-1,3; Ni - 0,9; fosfor - sırasıyla 2-27; 23; 10-17; 2.6; 6.5; potas - sırasıyla 196; 182; 186; 0,6; 19,3 ve Hg - 0,7 mg/kg, yani gübreler toprak-bitki sisteminin kirlenmesinin kaynağı olabilir. Örneğin, kışlık buğdayın monokültürü için tipik chernozem üzerinde N45P60K60 dozunda mineral gübrelerin eklenmesiyle, toprak yıllık olarak Pb - 35133 mg/ha, Zn - 29496, Cu - 29982, Cd - 1194, Ni - 5563 alır. mg/ha. Uzun bir süre boyunca miktarları önemli değerlere ulaşabilir.
Teknolojik kaynaklardan atmosfere salınan metallerin ve metaloidlerin peyzajdaki dağılımı, kirlilik kaynağından uzaklığa, iklim koşullarına (rüzgarın gücü ve yönü), araziye, teknolojik faktörlere (atık durumu, yöntem) bağlıdır. çevreye giren atık miktarı, işletme borularının yüksekliği).
Toprak kirliliği, metallerin ve metaloidlerin teknolojik bileşikleri herhangi bir faz halinde çevreye girdiğinde ortaya çıkar. Genel olarak gezegende aerosol kirliliği hakimdir. Bu durumda, en büyük aerosol parçacıkları (>2 mikron) kirlilik kaynağının yakın çevresine (birkaç kilometre içinde) düşerek, kirleticilerin maksimum konsantrasyonuna sahip bir bölge oluşturur. Kirlilik onlarca kilometrelik bir mesafeden takip edilebiliyor. Kirlilik alanının büyüklüğü ve şekli yukarıdaki faktörlerin etkisiyle belirlenir.
Kirleticilerin ana kısmının birikimi esas olarak humus birikimli toprak ufkunda gözlenir. Çeşitli etkileşim reaksiyonları nedeniyle alüminosilikatlar, silikat olmayan mineraller ve organik maddelerle bağlanırlar. Bazıları bu bileşenler tarafından sıkı bir şekilde tutulur ve toprak profili boyunca göçe katılmamakla kalmaz, aynı zamanda canlı organizmalar için de tehlike oluşturmaz. Toprak kirliliğinin olumsuz çevresel sonuçları metallerin ve metaloidlerin hareketli bileşikleri ile ilişkilidir. Topraktaki oluşumları, bu elementlerin, sorpsiyon-desorpsiyon, çökelme-çözünme, iyon değişimi ve karmaşık bileşiklerin oluşumu reaksiyonları nedeniyle katı toprak fazlarının yüzeyindeki konsantrasyonundan kaynaklanmaktadır. Tüm bu bileşikler toprak çözeltisi ile dengededir ve birlikte çeşitli kimyasal elementlerin topraktaki hareketli bileşiklerinden oluşan bir sistemi temsil eder. Emilen elementlerin miktarı ve bunların toprak tarafından tutulma gücü, elementlerin özelliklerine ve toprağın kimyasal özelliklerine bağlıdır. Bu özelliklerin metallerin ve metaloidlerin davranışları üzerindeki etkisi hem genel hem de spesifik özelliklere sahiptir. Emilen elementlerin konsantrasyonu, ince kil mineralleri ve organik maddenin varlığına göre belirlenir. Asitlikteki bir artışa, metal bileşiklerin çözünürlüğünde bir artış eşlik eder, ancak metaloid bileşiklerin çözünürlüğünde bir sınırlama olur. Silikat olmayan demir ve alüminyum bileşiklerinin kirleticilerin emilimi üzerindeki etkisi topraktaki asit-baz koşullarına bağlıdır.
Süzme koşulları altında metallerin ve metaloidlerin potansiyel hareketliliği gerçekleşir ve bunlar toprak profilinin ötesine taşınarak yeraltı suyunun ikincil kirlenmesinin kaynağı haline gelebilir.
Aerosollerin en ince parçacıklarının (mikron ve mikron altı) bir parçası olan ağır metal bileşikleri, atmosferin üst katmanlarına girebilir ve binlerce kilometreyle ölçülen uzun mesafeler boyunca taşınabilir, yani maddelerin küresel taşınmasına katılabilir.
Vostok meteorolojik sentez merkezine göre, Rusya topraklarının diğer ülkelerdeki kurşun ve kadmiyum kirliliği, bu ülkelerin batı-doğu hava kütlesinin hakimiyeti nedeniyle Rus kaynaklarından kaynaklanan kirleticilerle kirlenmesinden 10 kat daha fazla. transferi. Rusya'nın Avrupa topraklarındaki (ETP) yıllık kurşun birikimi şu tutarlara ulaşmaktadır: Ukrayna'daki kaynaklardan - yaklaşık 1100 ton, Polonya ve Beyaz Rusya - 180-190, Almanya - 130 tondan fazla Ukrayna'daki kaynaklardan ETP'deki kadmiyum birikimi yıllık 40'ı aşmaktadır. ton, Polonya - neredeyse 9, Beyaz Rusya - 7, Almanya - 5 tondan fazla.
Ağır metaller (TM) ile artan çevre kirliliği, doğal biyokompleksler ve agrosenozlar için bir tehdit oluşturmaktadır. Toprakta biriken TM'ler bitkiler tarafından topraktan çıkarılır ve artan konsantrasyonlarda trofik zincirler yoluyla hayvanların vücuduna girer. Bitkiler TM'yi yalnızca topraktan değil aynı zamanda havadan da biriktirir. Bitki türüne ve ekolojik duruma bağlı olarak toprak veya hava kirliliğinin etkisi ağır basmaktadır. Bu nedenle bitkilerdeki TM konsantrasyonu topraktaki içeriğinden fazla veya düşük olabilir. Yapraklı sebzeler özellikle havadaki kurşunun çoğunu (%95'e kadar) emer.
Yol kenarlarında motorlu taşıtlar toprağı başta kurşun olmak üzere ağır metallerle önemli ölçüde kirletmektedir. Topraktaki konsantrasyonu 50 mg/kg olduğunda bu miktarın yaklaşık onda biri otsu bitkiler tarafından biriktirilir. Bitkiler ayrıca, içlerindeki miktarı topraktaki içeriğinden birkaç kat daha yüksek olabilen çinkoyu da aktif olarak emer.
Ağır metaller toprak mikrobiyotasının sayısını, tür kompozisyonunu ve hayati aktivitesini önemli ölçüde etkiler. Topraktaki çeşitli maddelerin mineralizasyon ve sentez süreçlerini engeller, toprak mikroorganizmalarının solunumunu bastırır, mikrobiyostatik etkiye neden olur ve mutajenik bir faktör olarak hareket edebilir.
Ağır metallerin çoğu yüksek konsantrasyonlarda topraktaki enzimlerin aktivitesini engeller: amilaz, dehidrojenaz, üreaz, invertaz, katalaz. Buna dayanarak, iyi bilinen LD50 göstergesine benzer endeksler önerilmiştir; burada belirli fizyolojik aktiviteyi %50 veya %25 oranında azaltan bir kirletici konsantrasyonunun, örneğin toprak tarafından CO2 salınımında bir azalmanın etkili olduğu kabul edilir. - EkD50, dehidrojenaz aktivitesinin inhibisyonu - EC50, invertaz aktivitesinin %25 oranında baskılanması, ferrik demir indirgeme aktivitesinin azalması - EC50.
S.V. Levin ve ark. Gerçek koşullarda toprağın ağır metallerle kirlenmesinin farklı seviyelerinin göstergeleri olarak aşağıdakiler önerilmiştir. Kabul edilen kimyasal analiz yöntemleri kullanılarak ağır metallerin arka plan konsantrasyonlarının aşılmasıyla düşük kirlilik seviyeleri belirlenmelidir. Ortalama kirlenme seviyesi, kirlenmemiş toprağın homeostaz bölgesinin boyutuna karşılık gelen konsantrasyonun iki katına eşit bir kirletici dozunun ilave olarak eklenmesi üzerine başlatılan toprak mikrobiyal topluluğunun üyelerinin yeniden dağıtılmaması ile en açık şekilde kanıtlanır. Ek gösterge işaretleri olarak, toprakta nitrojen fiksasyonunun aktivitesinde bir azalma ve bu sürecin değişkenliği, toprak mikroorganizmaları kompleksinin tür zenginliği ve çeşitliliğinde bir azalma ve toksin oranında bir artışın kullanılması uygundur. -oluşturucu formlar, epifitik ve pigmentli mikroorganizmalar. Yüksek düzeyde bir kirliliği belirtmek için, yüksek bitkilerin kirliliğe tepkisinin dikkate alınması tavsiye edilir. Ek işaretler, toprağın mikrobiyolojik aktivitesinde genel bir azalmanın arka planına karşı, belirli bir kirletici maddeye dirençli mikroorganizma formlarının yüksek popülasyon yoğunluklarının toprakta tespiti olabilir.
Bir bütün olarak Rusya'da, belirlenen tüm TM'lerin topraktaki ortalama konsantrasyonu 0,5 MAC'ı geçmemektedir. Bununla birlikte, bireysel elementler için değişim katsayısı %69-93 aralığındadır ve kadmiyum için bu oran %100'ü aşmaktadır. Kumlu ve kumlu tınlı topraklarda ortalama kurşun içeriği 6,75 mg/kg'dır. Bakır, çinko, kadmiyum miktarı 0,5-1,0 ODC aralığındadır. Her yıl toprak yüzeyinin her metrekaresi yaklaşık 6 kg kimyasal maddeyi (kurşun, kadmiyum, arsenik, bakır, çinko vb.) emer. Tehlike derecesine göre TM'ler üç sınıfa ayrılır; bunlardan ilki oldukça tehlikeli maddeler olarak sınıflandırılır. Pb, Zn, Cu, As, Se, F, Hg'yi içerir. İkinci orta derecede tehlikeli sınıf B, Co, Ni, Mo, Cu, Cr ile temsil edilir ve üçüncü (düşük tehlikeli) sınıf ise Ba, V, W, Mn, Sr'dir. Tehlikeli TM konsantrasyonlarına ilişkin bilgiler, mobil formlarının analiziyle sağlanmaktadır (Tablo 4.11).
Ağır metallerle kirlenmiş toprakların ıslahı için çeşitli yöntemler kullanılır; bunlardan biri doğal zeolitlerin veya sorbent iyileştiricilerin katılımıyla kullanılmasıdır. Zeolitler birçok ağır metale karşı yüksek seçiciliğe sahiptir. Bu minerallerin ve zeolit içeren kayaların topraktaki ağır metalleri bağlama ve bitkilere girişini azaltmadaki etkinliği ortaya çıkarılmıştır. Kural olarak, topraklar küçük miktarlarda zeolitler içerir, ancak dünyanın birçok ülkesinde doğal zeolit yatakları yaygındır ve bunların toprak detoksifikasyonu için kullanımı, toprağın tarımsal kimyasal özelliklerinin iyileştirilmesi nedeniyle ekonomik olarak ucuz ve çevresel açıdan etkili olabilir. .
Pegassky yatağından elde edilen 35 ve 50 g/kg hölandit toprağının (fraksiyon 0,3 mm) sebze mahsulleri için bir çinko izabe tesisinin yakınındaki kirlenmiş chernozemler üzerinde kullanılması, hareketli çinko ve kurşun formlarının içeriğini azalttı, ancak aynı zamanda nitrojen ve Bitkilerin kısmen fosfor-potasyum beslenmesi bozuldu ve bu da verimliliklerini düşürdü.
V.S.'ye göre. Belousova, Khadyzhenskoye yatağından (Krasnodar Bölgesi) %27-35 zeolit (stalbit, hölandit) içeren 10-20 ton/ha zeolit içeren kayaların ağır metallerle kirlenmiş toprağa (arka planın 10-100 katı) eklenmesi seviyesi), bitkilerde TM birikiminin azaltılmasına yardımcı oldu: bakır ve çinko 5-14 kata kadar, kurşun ve kadmiyum - 2-4 kata kadar. Ayrıca, CSP'nin adsorpsiyon özellikleri ile metal inaktivasyonunun etkisi arasında bariz bir korelasyonun bulunmadığını da ortaya çıkardı; bu, örneğin adsorpsiyonda CSP'nin çok yüksek absorpsiyonuna rağmen, test kültürlerinde kurşun içeriğindeki nispeten düşük azalma oranlarıyla ifade edilir. Deneyler oldukça beklenen bir durumdur ve bitki türlerinin ağır metal biriktirme yeteneğindeki farklılıkların bir sonucudur.
Asitli topraklar için izin verilen maksimum konsantrasyonun 10 katına karşılık gelen, 640 mg Pb/kg miktarında yapay olarak kurşunla kirlenmiş çimenli-podzolik topraklar (Moskova bölgesi) üzerindeki bitki örtüsü deneylerinde, Sokirnitskoye yatağından zeolitin kullanımı ve modifiye edilmesi Toprak kütlesinin %0,5'i oranında aktif bileşen olarak amonyum, potasyum, magnezyum ve fosfor iyonlarını içeren zeolit "clino-phos"un toprakların zirai kimyasal özellikleri, bitki büyümesi ve gelişmesi üzerinde farklı etkileri olduğu görülmüştür. Modifiye zeolit toprağın asitliğini azalttı, bitkiler için mevcut olan azot ve fosfor içeriğini önemli ölçüde arttırdı, amonifikasyon aktivitesini ve mikrobiyolojik süreçlerin yoğunluğunu arttırdı ve marul bitkilerinin normal bitki örtüsünü sağlarken, doymamış zeolit uygulaması yapılmadı. etkili.
Doymamış zeolit ve modifiye zeolit “clinofos” da toprağın kompostlaştırılmasından 30 ve 90 gün sonra kurşuna karşı soğurma özelliklerini göstermedi. V.G.'nin verilerinin de gösterdiği gibi, kurşunun zeolitler tarafından soğurulması sürecini tamamlamak için belki 90 gün yeterli değildir. Mineeva ve ark. zeolitlerin soğurma etkisinin yalnızca uygulamadan sonraki ikinci yılda ortaya çıkması hakkında.
Semipalatinsk Irtysh bölgesinin kestane topraklarına yüksek derecede dağılmış zeolit eklendiğinde, içindeki yüksek iyon değişim özelliklerine sahip aktif mineral fraksiyonunun nispi içeriği arttı ve bunun sonucunda toplam emme kapasitesi arttı. ekilebilir katman arttı. Uygulanan zeolit dozu ile adsorbe edilen kurşun miktarı arasında bir ilişki kaydedildi; maksimum doz, en fazla kurşun emilimine yol açtı. Zeolitlerin adsorpsiyon prosesi üzerindeki etkisi önemli ölçüde öğütülmesine bağlıdır. Böylece, kumlu tınlı toprağa 2 mm öğütülmüş zeolitlerin eklenmesiyle kurşun iyonlarının adsorpsiyonu ortalama 3,0 oranında arttı; %6,0 ve %8,0; orta tınlı toprakta - 5,0'a kadar; %8,0 ve %11,0; solonetzik orta tınlıda - 2,0'a kadar; Sırasıyla %4,0 ve %8,0. 0,2 mm öğütme zeolitleri kullanıldığında, emilen kurşun miktarındaki artış şöyle olmuştur: kumlu tınlı toprakta ortalama %17, 19 ve 21, orta tınlı toprakta - %21, 23 ve 26, solonetzik ve orta tınlı toprakta - Sırasıyla %21, %23 ve %25.
sabah Semipalatinsk Irtysh bölgesindeki kestane topraklarındaki Abduazhitova ayrıca doğal zeolitlerin toprakların ekolojik stabilitesi ve kurşunla ilgili emme kapasiteleri üzerindeki etkisine ilişkin olumlu sonuçlar elde ederek fitotoksisiteyi azalttı.
M.S.'ye göre. Panin ve T.I. Gulkina, çeşitli zirai kimyasalların bu bölgedeki bakır iyonlarının toprak tarafından emilimi üzerindeki etkisini incelerken, organik gübre ve zeolit uygulamasının toprakların emme kapasitesinin artmasına katkıda bulunduğu tespit edildi.
Kurşunlu otomobil yakıtının yanma ürünü olan Pb ile kirlenmiş karbonatlı hafif tınlı toprakta, bu elementin %47'si kum fraksiyonunda bulunmuştur. Pb(II) tuzları kirlenmemiş killi toprağa ve kumlu ağır tınlı toprağa girdiğinde, bu fraksiyonda yalnızca %5-12 Pb görünür. Zeolitin (klinoptilolit) eklenmesi toprağın sıvı fazındaki Pb içeriğini azaltır, bu da bitkiler için kullanılabilirliğinin azalmasına yol açmalıdır. Ancak zeolit, rüzgarın tozla birlikte atmosfere karışmasını önlemek amacıyla metalin toz ve kil fraksiyonundan kum fraksiyonuna geçmesine izin vermez.
Doğal zeolitler, solonetzik toprakların ıslahı için çevre dostu teknolojilerde kullanılır, fosfojips ile eklendiğinde topraktaki suda çözünür stronsiyum içeriğini %15-75 oranında azaltır ve ayrıca ağır metal konsantrasyonlarını azaltır. Arpa, mısır yetiştirirken ve fosfojips ve klinoptiolit karışımı eklendiğinde, fosfojipsin neden olduğu olumsuz etkiler ortadan kaldırılmış ve bu da mahsullerin büyümesi, gelişmesi ve verimliliği üzerinde olumlu bir etki yaratmıştır.
Bir arpa test tesisi ile kirlenmiş topraklar üzerinde yapılan bir yetiştirme deneyinde, zeolitlerin fosfat tamponlaması üzerindeki etkisi, toprağa 5, 10 ve 20 mg P/100 g toprak eklenmesi arka planına karşı incelenmiştir. Kontrol, düşük dozda P gübresinde yüksek yoğunlukta P emilimi ve düşük fosfat tampon kapasitesi (PBC(p)) gösterdi. NH ve Ca zeolitler PBC'yi (p) azalttı ve H2PO4'ün yoğunluğu bitki büyüme mevsiminin sonuna kadar değişmedi. İyileştiricilerin etkisi topraktaki P içeriğinin artmasıyla arttı, bunun sonucunda PBC(p) potansiyelinin değeri iki kat arttı ve bu da toprak verimliliği üzerinde olumlu bir etkiye sahipti. Zeolit iyileştiriciler bitkilerin gübrelenmesini mineral P ile uyumlu hale getirirken, sözde doğal bariyerleri de aktive eder. Zn-iklimlendirme; bunun sonucunda test tesislerinde toksik maddelerin birikmesi azaldı.
Meyve ve meyve bitkilerinin yetiştirilmesi, ağır metal içeren koruyucu ilaçlarla düzenli tedaviyi gerektirir. Bu mahsullerin tek bir yerde uzun süre (onlarca yıl) yetiştiği göz önüne alındığında, ağır metallerin bahçe topraklarında birikme eğilimi göstermesi meyve ürünlerinin kalitesini olumsuz yönde etkilemektedir. Uzun vadeli çalışmalar, örneğin meyve tarlaları altındaki gri orman toprağında brüt TM içeriğinin bölgesel arka plan konsantrasyonunu Pb ve Ni için 2 kat, Zn için 3 kat, Cu için 6 kat aştığını ortaya koymuştur.
Siyah kuş üzümü, ahududu ve bektaşi üzümünün kirlenmesini azaltmak için Khotynets yatağından zeolit içeren kayaların kullanılması çevresel ve ekonomik açıdan etkili bir önlemdir.
L.I.'nin çalışmasında. Leontyeva, bizce çok önemli olan aşağıdaki özelliği belirledi. Yazar, gri orman toprağındaki hareketli P ve Ni formlarının içeriğindeki maksimum azalmanın, 8 ve 16 ton/ha dozunda zeolit içeren kaya ve Zn ve Cu - 24 ton/ha dozunda eklenmesiyle sağlandığını buldu. ha, yani elementin sorbent miktarına farklı bir oranı gözlenir.
Endüstriyel atıklardan gübre bileşimleri ve toprak oluşturulması, özellikle ağır metal içeriğinin düzenlenmesi olmak üzere özel kontrol gerektirir. Bu nedenle zeolitlerin burada kullanılması etkili bir teknik olarak kabul edilmektedir. Örneğin, aşağıdaki şemaya göre humus podzolize chernozem tabakası temelinde oluşturulan topraklarda asterin büyüme ve gelişme özelliklerini incelerken: kontrol, toprak + 100 g/m cüruf; toprak + 100 g/m2 cüruf + 100 g/m2 zeolit; toprak + 100 g/m2 zeolit; toprak + 200 g/m2 zeolit; toprak + kanalizasyon çamuru 100 g/m2 + zeolit 200 g/m2; toprak + tortu 100 g/m2, asterlerin gelişimi için en iyi toprağın kanalizasyon çamuru ve zeolit içeren toprak olduğu bulunmuştur.
Zeolitlerden, kanalizasyon çamurundan ve cüruf elemelerinden toprak oluşturmanın sonraki etkileri değerlendirilerek bunların kurşun, kadmiyum, krom, çinko ve bakır konsantrasyonu üzerindeki etkisi belirlendi. Kontrolde hareketli kurşun miktarı topraktaki toplam içeriğin %13,7'si ise cüruf ilavesiyle bu oran %15,1'e çıkmıştır. Arıtma çamurundan elde edilen organik maddenin kullanımı hareketli kurşun içeriğini %12,2'ye düşürdü. Zeolit, kurşunun hareketsiz formlara sabitlenmesinde en büyük etkiye sahip oldu ve Pb'nin hareketli formlarının konsantrasyonunu %8,3'e düşürdü. Cüruf kullanıldığında kanalizasyon çamuru ve zeolitin birleşik etkisi ile hareketli kurşun miktarı %4,2 oranında azaldı. Hem zeolit hem de kanalizasyon çamurunun kadmiyumun fiksasyonu üzerinde olumlu etkisi olmuştur. Bakır ve çinkonun topraktaki hareketliliğini azaltmada zeolit ve bunun kanalizasyon çamurunun organik maddeleri ile kombinasyonu büyük ölçüde kendini göstermiştir. Arıtma çamurundaki organik madde nikel ve manganezin hareketliliğinin artmasına katkıda bulunmuştur.
Lyubertsy havalandırma istasyonundan gelen kanalizasyon çamurunun kumlu, çimenli-podzolik topraklara girmesi, bunların TM ile kirlenmesine yol açtı. Mobil bileşiklerle OCB ile kirlenmiş topraklarda TM birikim katsayıları, kirlenmemiş topraklarla karşılaştırıldığında brüt içerikten 3-10 kat daha yüksekti; bu, çökeltilerle taşınan TM'nin yüksek aktivitesini ve bunların bitkiler için kullanılabilirliğini gösterdi. Organik madde ile güçlü TM komplekslerinin oluşması nedeniyle turba gübresi karışımı eklenirken TM hareketliliğinde maksimum azalma (başlangıç seviyesinden% 20-25 oranında) kaydedildi. İyileştirici olarak en az etkili olan demir cevheri, hareketli metal bileşiklerinin içeriğinde %5-10 oranında bir azalmaya neden olmuştur. Zeolit, iyileştirici etkisinde ara bir pozisyon işgal ediyordu. Deneylerde kullanılan iyileştiriciler Cd, Zn, Cu ve Cr'nin hareketliliğini ortalama %10-20 oranında azaltmıştır. Bu nedenle, iyileştiricilerin kullanımı, topraktaki TM içeriği izin verilen maksimum konsantrasyona yakın olduğunda veya izin verilen konsantrasyonları %10-20'den fazla aşmadığında etkili olmuştur. İyileştiricilerin kirlenmiş topraklara dahil edilmesi, bunların bitkilere girişini %15-20 oranında azaltmıştır.
Batı Transbaikalia'nın alüvyonlu çamurlu toprakları, amonyum-asetat ekstraktında belirlenen mikro elementlerin hareketli formlarının sağlanması açısından yüksek manganez, orta düzeyde çinko ve bakır, çok yüksek kobalt içerir. Mikro gübrelerin kullanımını gerektirmezler, bu nedenle kanalizasyon çamurunun uygulanması toprağın toksik elementlerle kirlenmesine yol açabilir ve çevresel ve jeokimyasal bir değerlendirme gerektirir.
LL. Ubugunov ve ark. Kanalizasyon çamurunun (SWS), Myxop-Talinskoe yatağındaki (MT) mordenit içeren tüflerin ve mineral gübrelerin alüvyonlu çim topraklarındaki hareketli ağır metal formlarının içeriği üzerindeki etkisi incelenmiştir. Çalışmalar aşağıdaki şemaya göre yürütülmüştür: 1) kontrol; 2) N60P60K60 - arka plan; 3) OCB - 15 t/ha; 4) MT - 15 ton/ha; 5) arka plan + WWS - 15 t/ha; 6) arka plan+MT 15 t/ha; 7) OCB 7,5 t/ha+MT 7,5 t/ha; 8) OCB Jut/ha+MT 5 t/ha; 9) arka plan + WWS 7,5 t/ha; 10) arka plan + WWS 10 t/ha + MT 5 t/ha. Mineral gübreler yıllık olarak, WWS, MT ve bunların karışımları - 3 yılda bir uygulandı.
Topraktaki TM birikiminin yoğunluğunu değerlendirmek için jeokimyasal göstergeler kullanıldı: konsantrasyon katsayısı - Kc ve toplam kirlilik göstergesi - Zc, aşağıdaki formüllerle belirlenir:
burada C deneysel versiyondaki elementin konsantrasyonudur, Cf kontroldeki elementin konsantrasyonudur;
Zc = ΣKc - (n-1),
burada n, Kc ≥ 1,0 olan elementlerin sayısıdır.
Elde edilen sonuçlar, mineral gübrelerin, WWS'nin, mordenit içeren tüflerin ve bunların karışımlarının 0-20 cm toprak tabakasındaki hareketli mikro elementlerin içeriği üzerindeki belirsiz etkisini ortaya çıkardı; ancak deneyin tüm varyantlarında bunların miktarlarının MPC seviyesini aşmamalıdır (Tablo 4.12).
MT ve MT+NPK dışında hemen hemen tüm gübre türlerinin kullanılması mangan içeriğinin artmasına neden olmuştur. OCB mineral gübrelerle birlikte toprağa uygulandığında Kc maksimum değerine (1.24) ulaştı. Toprakta çinko birikimi daha belirgin bir şekilde meydana geldi: OCB ilavesiyle Kc 1,85-2,27 değerlerine ulaştı; mineral gübreler ve WW+MT -1.13-1.27 karışımları; zeolit kullanımıyla birlikte minimum 1,00-1,07 değerine kadar düşmüştür. Toprakta bakır ve kadmiyum birikimi yoktu; tüm deney varyantlarında bunların içeriği genellikle kontrol düzeyinde veya biraz altındaydı. OCB'nin hem saf formunda (versiyon 3) hem de NPK (versiyon 5) ve Cd (Kc) arka planına karşı kullanıldığı varyantta Cu içeriğinde (Kc - 1.05-1.11) yalnızca hafif bir artış kaydedildi. - 1.13 ) toprağa mineral gübreler eklerken (var. 2) ve arka planlarına karşı OCB (var. 5). Zeolit kullanan seçenekler hariç, tüm gübre türlerini (maksimum - versiyon 2, Kc -1.30) kullanırken kobalt içeriği biraz arttı. Maksimum nikel (Kc - 1.13-1.22) ve kurşun (Kc - 1.33) konsantrasyonu, toprağa NPK (var. 3, 5) arka planına karşı OCB ve OCB eklendiğinde ve OCB zeolitlerle birlikte kullanıldığında kaydedildi. (var. 7, 8) bu göstergeyi düşürdü (Kc - 1,04 - 1,08).
0-20 cm toprak tabakasının ağır metallerle toplam kirlenme değerine göre (Tablo 4.12), gübre türleri aşağıdaki sıralı seride düzenlenmiştir (parantez içindeki Zc değeri): OCB+NPK (3.52) → WWS (2,68) - NPK (1,84) → 10SV+MT+NPK (1,66-1,64) → OCB+MT, var. 8 (1,52) → OSV+MT var. 7 (1,40) → MT+NPK (1,12). Toprağa gübre uygulandığında ağır metallerle toplam toprağın kirlenme düzeyi, kontrole kıyasla genellikle önemsizdi (Zc)<10), тем не менее тенденция накопления TM при использовании осадков сточных вод четко обозначилась, как и эффективное действие морденитсодержащих туфов в снижении содержания подвижных форм тяжелых металлов в почве, а также в повышении качества клубней картофеля.
L.V. Kiriycheva ve I.V. Glazunova, oluşturulan emici iyileştiricilerin bileşen bileşimi için aşağıdaki temel gereksinimleri formüle etti: bileşimin yüksek emme kapasitesi, bileşimde organik ve mineral bileşenlerin eşzamanlı varlığı, fizyolojik nötrlük (pH 6.0-7.5), bileşimin yeteneği TM'nin mobil formlarını adsorbe eder, bunları hareketsiz formlara dönüştürür, bileşimin artan hidrobirikim kapasitesi, içinde yapı oluşturucu bir maddenin varlığı, liyofilite ve pıhtılaştırıcı özellikler, yüksek spesifik yüzey alanı, hammaddelerin bulunabilirliği ve düşük maliyetleri, kullanım Sorbentin bileşimindeki hammadde atıklarının (geri dönüştürülmesi), sorbentin üretilebilirliği, zararsızlığı ve çevresel nötrlüğü.
Yazarlar, doğal kökenli 20 sorbent bileşiminden %65 sapropel, %25 zeolit ve %10 alümina içeren en etkili olanı belirlediler. Bu sorbent-iyileştirici patentli ve “Sorbex” adını almıştır (RF patent No. 2049107 “Toprak ıslahı için bileşim”).
Toprağa uygulandığında emici iyileştiricinin etki mekanizması çok karmaşıktır ve çeşitli fizikokimyasal nitelikteki işlemleri içerir: kemisorpsiyon (az çözünen bileşiklerin TM oluşumu ile absorpsiyon); mekanik absorpsiyon (büyük moleküllerin hacim absorpsiyonu) ve iyon değişim süreçleri (toprak emici kompleksteki (SAC) TM iyonlarının toksik olmayan iyonlarla değiştirilmesi). "Sorbex"in yüksek emme kapasitesi, katyon değişim kapasitesinin düzenlenmiş değerinden, yapının inceliğinden (geniş spesifik yüzey alanı, 160 m2'ye kadar) ve ayrıca pH değeri üzerindeki stabilizasyon etkisinden kaynaklanmaktadır. En tehlikeli kirleticilerin desorpsiyonunu önlemek için kirliliğin doğası ve çevrenin reaksiyonu.
Emici maddede toprak nemi varlığında, sapropelin organik maddesini oluşturan alüminyum sülfat ve hümik maddelerin kısmi ayrışması ve hidrolizi meydana gelir. Elektrolitik ayrışma: A12(SO4)3⇔2A13++3SO4в2-; A13++H2O = AlOH2+ = OH; (R* -COO)2 Ca ⇔ R - COO-+R - COOCa+ (R - hümik maddelerin alifatik radikali); R - COO+H2O ⇔ R - COOH+OH0. Hidroliz sonucunda elde edilen katyonlar, çözünmeyen tuzlar veya stabil organo-mineral bileşikleri oluşturan arsenik (V) gibi kirletici maddelerin anyonik formlarının sorbentleridir: Al3+ - AsO4в3- = AlAsO4; 3R-COOCa++AsO4in3- = (R-COOCa)3 AsO4.
TM'nin karakteristik daha yaygın katyonik formları, hümik maddelerin polifenolik grupları ile güçlü şelat kompleksleri oluşturur veya karboksillerin, fenolik hidroksillerin - sunulan reaksiyonlara göre sapropel hümik maddelerin fonksiyonel grupları ayrışması sırasında oluşan anyonlar tarafından emilir: 2R - COO + Pb2+ = (R - COO)2 Pb; 2Аr - O+ Сu2+ = (Аr - O)2Сu (Hümik maddelerin Ar aromatik radikali). Sapropelin organik maddesi suda çözünmediği için TM'ler dayanıklı organomineral kompleksler şeklinde hareketsiz formlara geçer. Sülfat anyonları, başta baryum veya kurşun olmak üzere katyonları çökeltir: 2Pb2+ + 3SO4в2- = Pb3(SO4)2.
Tüm iki ve üç değerlikli TM katyonları, sapropeldeki hümik maddelerin anyonik kompleksi üzerinde emilir ve sülfat, kurşun ve baryum iyonlarını immobilize etmez. Çok değerlikli TM kirlenmesinde, katyonlar arasında bir rekabet vardır ve daha yüksek elektrot potansiyeline sahip katyonlar, metal voltajlarının elektrokimyasal serisine göre tercihen emilir, bu nedenle kadmiyum katyonlarının emilmesi nikel, bakır, kurşun ve kobalt varlığı nedeniyle engellenecektir. çözeltideki iyonlar.
Sorbex'in mekanik absorpsiyon kapasitesi, ince dağılımı ve önemli spesifik yüzey alanı ile sağlanır. Pestisitler, atık yağ ürünleri vb. gibi büyük moleküllü kirleticiler, sorpsiyon tuzaklarında mekanik olarak tutulur.
En iyi sonuç, toprağa emici madde eklendiğinde elde edildi; bu, yulaf bitkilerinin topraktan TM tüketimini azaltmayı mümkün kıldı: Ni - 7,5 kat; Cu - 1,5; Zn - 1.9'da; P - 2.4'te; Fe - 4.4'te; Mn - 5 kez.
Toplam toprak kirliliğine bağlı olarak “Sorbex”in TM'nin bitkisel ürünlere girişi üzerindeki etkisini değerlendirmek A.V. Ilyinsky bitki örtüsü ve tarla deneyleri yaptı. Bir vejetasyon deneyinde, podzolize chernozemin Zn, Cu, Pb ve Cd ile farklı seviyelerde kirlenmesinde "Sorbex"in yulaf fitomas içeriği üzerindeki etkisi şemaya göre incelenmiştir (Tablo 4.13).
Toprak, kimyasal olarak saf suda çözünebilen tuzlar eklenerek kirlendi ve iyice karıştırıldı, ardından 7 gün boyunca maruz bırakıldı. TM tuzlarının dozlarının hesaplanması, arka plan konsantrasyonları dikkate alınarak yapıldı. Denemede her kapta 7 kg'lık toprak kütlesi bulunan 364 cm2 alana sahip bitki kapları kullanıldı.
Toprak aşağıdaki zirai kimyasal göstergelere sahipti: pHKCl = 5,1, humus - %5,7 (Tyurin'e göre), fosfor - 23,5 mg/100 g ve potasyum 19,2 mg/100 g (Kirsanov'a göre). Zn, Cu, Pb, Cd'nin hareketli (1M HNO3) formlarının arka plan içeriği - 4,37; 3.34; 3.0; Sırasıyla 0,15 mg/kg. Deneyin süresi 2,5 ay sürdü.
Optimum nemi 0,8HB'de korumak için sulama periyodik olarak temiz suyla yapıldı.
Son derece tehlikeli kirlilik durumunda, Sorbex ilavesi olmayan varyantlarda yulaf fitokütlesinin verimi (Şekil 4.10) 2 kattan fazla azalır. 3,3 kg/m2 oranında "Sorbex" kullanımı, kontrole kıyasla bitki kütlesinde 2 veya daha fazla kat artışa (Şekil 4.10) ve ayrıca Cu, Zn, tüketiminde önemli bir azalmaya katkıda bulunmuştur. Bitkiler tarafından Pb. Aynı zamanda yulaf fitomasındaki Cd içeriğinde hafif bir artış olmuştur (Tablo 4.14), bu da sorpsiyon mekanizması hakkındaki teorik önermelere karşılık gelmektedir.
Bu nedenle, sorbent iyileştiricilerin kirlenmiş toprağa dahil edilmesi, yalnızca ağır metallerin bitkilere girişini azaltmakla kalmaz, bozunmuş chernozemlerin zirai kimyasal özelliklerini iyileştirmeye izin vermez, aynı zamanda tarımsal mahsullerin verimliliğini de arttırır.
Topraktaki ağır metaller
Son zamanlarda sanayinin hızla gelişmesi nedeniyle çevredeki ağır metallerin düzeyinde önemli bir artış yaşanmaktadır. Ağır metaller terimi, yoğunluğu 5 g/cm3'ü aşan veya atom numarası 20'den büyük olan metaller için kullanılır. Ancak başka bir bakış açısı da vardır: atom kütleleri 50'yi aşan 40'tan fazla kimyasal element. ağır metaller olarak sınıflandırılır. birimler Kimyasal elementler arasında ağır metaller en zehirli olanıdır ve tehlike düzeyi açısından pestisitlerden sonra ikinci sırada yer alır. Aynı zamanda aşağıdaki kimyasal elementler toksik kabul edilir: Co, Ni, Cu, Zn, Sn, As, Se, Te, Rb, Ag, Cd, Au, Hg, Pb, Sb, Bi, Pt.
Ağır metallerin fitotoksisitesi kimyasal özelliklerine bağlıdır: değerlik, iyon yarıçapı ve kompleks oluşturma yeteneği. Çoğu durumda elementler toksisite sırasına göre düzenlenir: Cu > Ni > Cd > Zn > Pb > Hg > Fe > Mo > Mn. Ancak bu seri, elementlerin toprak tarafından eşit olmayan şekilde çökeltilmesi ve bitkilerin erişemeyeceği bir duruma geçmesi, büyüme koşulları ve bitkilerin kendi fizyolojik ve genetik özelliklerine bağlı olarak bir miktar değişiklik gösterebilir. Ağır metallerin dönüşümü ve migrasyonu, kompleksleşme reaksiyonunun doğrudan ve dolaylı etkisi altında meydana gelir. Çevre kirliliğini değerlendirirken toprağın özelliklerini ve her şeyden önce granülometrik bileşimi, humus içeriğini ve tamponlama kapasitesini dikkate almak gerekir. Tampon kapasitesi, toprağın toprak çözeltisindeki metal konsantrasyonunu sabit bir seviyede tutma yeteneği olarak anlaşılmaktadır.
Ağır metaller toprakta katı ve toprak çözeltisinde olmak üzere iki fazda bulunur. Metallerin varoluş biçimi, çevrenin reaksiyonu, toprak çözeltisinin kimyasal ve malzeme bileşimi ve her şeyden önce organik maddelerin içeriği ile belirlenir. Toprağı kirleten kompleksleştirici elementler esas olarak üst 10 cm'lik katmanda yoğunlaşmıştır. Bununla birlikte, düşük tamponlu toprak asitleştirildiğinde, değişim tarafından absorbe edilen metallerin önemli bir kısmı toprak çözeltisine geçer. Kadmiyum, bakır, nikel ve kobalt asidik ortamda güçlü bir göç kabiliyetine sahiptir. PH'da 1,8-2 birimlik bir azalma, çinkonun hareketliliğinde 3,8-5,4, kadmiyumun 4-8, bakırın 2-3 kat artmasına neden olur.
Tablo 1 İzin verilen maksimum konsantrasyon (MAC) standartları, topraktaki kimyasal elementlerin arka plan içerikleri (mg/kg)
| Öğe | Tehlike sınıfı | MPC | Toprak gruplarına göre UEC | Arka plan içeriği | |||
| Brüt içerik | Amonyum asetat tamponu ile ekstrakte edilebilir (pH=4,8) | Kumlu, kumlu tınlı | Tınlı, killi | ||||
| pHxl< 5,5 | pH x l > 5,5 | ||||||
| kurşun | 1 | 32 | 6 | 32 | 65 | 130 | 26 |
| Zn | 1 | - | 23 | 55 | 110 | 220 | 50 |
| CD | 1 | - | - | 0,5 | 1 | 2 | 0,3 |
| Cu | 2 | - | 3 | 33 | 66 | 132 | 27 |
| Hayır | 2 | - | 4 | 20 | 40 | 80 | 20 |
| Ortak | 2 | - | 5 | - | - | - | 7,2 |
Böylece ağır metaller toprağa girdiğinde organik ligandlarla hızla etkileşime girerek karmaşık bileşikler oluştururlar. Yani topraktaki düşük konsantrasyonlarda (20-30 mg/kg) kurşunun yaklaşık %30'u organik madde ile kompleks halindedir. Kompleks kurşun bileşiklerinin oranı, konsantrasyonun 400 mg/g'a kadar artmasıyla artar ve daha sonra azalır. Metaller aynı zamanda demir ve manganez hidroksit çökeltileri, kil mineralleri ve topraktaki organik madde tarafından da (değiştirilebilir veya değiştirilemez şekilde) emilir. Bitkilerin kullanabileceği ve yıkanabilen metaller toprak çözeltisinde serbest iyonlar, kompleksler ve şelatlar halinde bulunur.
HM'lerin toprak tarafından emilmesi büyük ölçüde çevrenin reaksiyonuna ve toprak çözeltisinde hangi anyonların baskın olduğuna bağlıdır. Asidik bir ortamda bakır, kurşun ve çinko daha fazla emilir ve alkali bir ortamda kadmiyum ve kobalt yoğun bir şekilde emilir. Bakır tercihen organik ligandlara ve demir hidroksitlere bağlanır.
Tablo 2 Toprak çözeltisinin pH'ına bağlı olarak çeşitli topraklarda mikro elementlerin hareketliliği
Toprak ve iklim faktörleri genellikle HM'lerin topraktaki göçünün ve dönüşümünün yönünü ve hızını belirler. Bu nedenle, orman-bozkır bölgesindeki toprak ve su rejimlerinin koşulları, HM'nin toprak profili boyunca yoğun dikey göçüne katkıda bulunur; buna metallerin çatlaklar, kök geçitleri vb. boyunca su akışıyla olası aktarımı da dahildir.
Nikel (Ni), 58,71 atom kütlesi ile periyodik tablonun Grup VIII'de yer alan bir elementtir. Nikel, Mn, Fe, Co ve Cu ile birlikte, bileşikleri yüksek biyolojik aktiviteye sahip olan geçiş metalleri olarak adlandırılanlara aittir. Elektronik yörüngelerin yapısal özellikleri nedeniyle, nikel de dahil olmak üzere yukarıdaki metallerin belirgin bir kompleks oluşturma yeteneği vardır. Nikel, örneğin sistein ve sitratın yanı sıra birçok organik ve inorganik ligandla stabil kompleksler oluşturma yeteneğine sahiptir. Kaynak kayaların jeokimyasal bileşimi büyük ölçüde topraktaki nikel içeriğini belirler. En fazla miktarda nikel, bazik ve ultrabazik kayalardan oluşan topraklarda bulunur. Bazı yazarlara göre çoğu tür için nikelin aşırı ve toksik düzeylerinin sınırları 10 ila 100 mg/kg arasında değişmektedir. Nikelin büyük kısmı toprağa hareketsiz bir şekilde sabitlenir ve kolloidal durumda ve mekanik süspansiyonların bileşiminde çok zayıf göç, bunların dikey profil boyunca dağılımını etkilemez ve oldukça tekdüzedir.
Kurşun (Pb). Topraktaki kurşunun kimyası, zıt yönlü süreçlerin hassas dengesiyle belirlenir: soğurma-desorpsiyon, çözünme-katı duruma geçiş. Toprağa salınan kurşun, fiziksel, kimyasal ve fizikokimyasal dönüşümlerin bir döngüsüne dahil edilir. İlk başta, mekanik hareket süreçleri (kurşun parçacıkları yüzey boyunca ve topraktaki çatlaklar boyunca hareket eder) ve konvektif difüzyon hakimdir. Daha sonra, katı fazdaki kurşun bileşikleri çözündükçe, tozla gelen kurşun bileşiklerinin dönüşümüyle birlikte daha karmaşık fiziksel ve kimyasal işlemler (özellikle iyon difüzyon işlemleri) devreye girer.
Kurşunun hem dikey hem de yatay olarak hareket ettiği ve ikinci sürecin birinciye üstün geldiği tespit edilmiştir. Karışık otlu bir çayırda 3 yıl boyunca yapılan gözlemlerde, toprak yüzeyine lokal olarak uygulanan kurşun tozu yatay olarak 25-35 cm hareket etmiş, toprak kalınlığına nüfuz etme derinliği ise 10-15 cm olmuştur. Biyolojik faktörler önemli rol oynamaktadır. kurşunun göçünde: bitki kökleri iyon metallerini emer; büyüme mevsimi boyunca toprakta hareket ederler; Bitkiler öldüğünde ve ayrıştığında, çevredeki toprak kütlesine kurşun salınır.
Toprağın, içine giren teknojenik kurşunu bağlama (emme) yeteneğine sahip olduğu bilinmektedir. Emilimin birkaç süreci içerdiğine inanılmaktadır: toprak emici kompleksin katyonları ile tam değişim (spesifik olmayan adsorpsiyon) ve toprak bileşenlerinin donörleri ile kurşun kompleksinin bir dizi reaksiyonu (spesifik adsorpsiyon). Toprakta kurşun esas olarak organik madde ile birlikte kil mineralleri, manganez oksitler, demir ve alüminyum hidroksitlerle de ilişkilidir. Humus, kurşunu bağlayarak komşu ortamlara geçişini engeller ve bitkilere girişini sınırlar. Kil minerallerinden illitler, kurşunu absorbe etme eğilimi ile karakterize edilir. Kireçleme sırasında toprak pH'ındaki artış, az çözünen bileşiklerin (hidroksitler, karbonatlar vb.) oluşması nedeniyle toprakta kurşunun daha da fazla bağlanmasına yol açar.
Toprakta hareketli formda bulunan kurşun, zamanla toprak bileşenleri tarafından sabitlenir ve bitkiler tarafından erişilemez hale gelir. Yerli araştırmacılara göre kurşun en çok çernozem ve turba-silt topraklarında sabitlenir.
Kadmiyum (Cd) Kadmiyumun onu diğer HM'lerden ayıran özelliği, toprak çözeltisinde esas olarak katyonlar (Cd 2+) formunda bulunması, ancak nötr reaksiyon ortamına sahip toprakta az miktarda çözünebilir hale gelebilmesidir. sülfatlar ve fosfatlar veya hidroksitlerle kompleksler.
Mevcut verilere göre, arka plan topraklarının toprak çözeltilerindeki kadmiyum konsantrasyonu 0,2 ila 6 μg/l arasında değişmektedir. Toprak kirliliğinin olduğu bölgelerde 300-400 µg/l'ye çıkar.
Topraktaki kadmiyumun çok hareketli olduğu bilinmektedir. büyük miktarlarda katı fazdan sıvı faza ve geri dönüş yeteneğine sahiptir (bu da tesise girişinin tahmin edilmesini zorlaştırır). Toprak çözeltisindeki kadmiyum konsantrasyonunu düzenleyen mekanizmalar, sorpsiyon süreçleriyle belirlenir (sorpsiyon ile adsorpsiyonun kendisini, çökelmeyi ve kompleksleşmeyi kastediyoruz). Kadmiyum toprak tarafından diğer HM'lere göre daha küçük miktarlarda emilir. Ağır metallerin topraktaki hareketliliğini karakterize etmek için katı fazdaki metal konsantrasyonlarının denge çözeltisindeki metal konsantrasyonlarına oranı kullanılır. Bu oranın yüksek değerleri, ağır metallerin sorpsiyon reaksiyonu nedeniyle katı fazda tutulduğunu gösterirken, düşük değerler, metallerin çözelti halinde olduğunu, buradan başka ortamlara geçebileceklerini veya çeşitli reaksiyonlara (jeokimyasal) girebileceklerini gösterir. veya biyolojik). Kadmiyumun bağlanmasında en önemli prosesin kil tarafından adsorpsiyon olduğu bilinmektedir. Son yıllarda yapılan araştırmalar da bu süreçte hidroksil gruplarının, demir oksitlerin ve organik maddenin önemli rolünü ortaya koymuştur. Kirlilik düzeyi düşük olduğunda ve çevrenin reaksiyonu nötr olduğunda kadmiyum esas olarak demir oksitler tarafından adsorbe edilir. Asidik bir ortamda (pH=5) organik madde güçlü bir adsorban görevi görmeye başlar. Daha düşük pH değerlerinde (pH=4), adsorpsiyon fonksiyonları neredeyse tamamen organik maddeye kayar. Mineral bileşenler bu süreçlerde herhangi bir rol oynamayı bırakır.
Kadmiyumun yalnızca toprak yüzeyi tarafından absorbe edilmediği, aynı zamanda çökelme, pıhtılaşma ve kil mineralleri tarafından paketler arası emilim nedeniyle sabitlendiği de bilinmektedir. Toprak parçacıklarının içine mikro gözenekler ve diğer yollarla yayılır.
Kadmiyum farklı toprak türlerinde farklı şekilde sabitlenir. Toprak emici kompleksteki sorpsiyon süreçlerinde kadmiyumun diğer metallerle rekabetçi ilişkileri hakkında şimdiye kadar çok az şey biliniyor. Kopenhag Teknik Üniversitesi'nden (Danimarka) uzmanların yaptığı araştırmaya göre nikel, kobalt ve çinko varlığında kadmiyumun toprak tarafından emilimi bastırıldı. Diğer çalışmalar, kadmiyumun toprak tarafından soğurulması işlemlerinin, klor iyonlarının varlığında sönümlendiğini göstermiştir. Toprağın Ca2+ iyonlarıyla doygunluğu kadmiyum emiliminin artmasına neden olmuştur. Kadmiyumun toprak bileşenleriyle olan bağlarının çoğu, belirli koşullar altında (örneğin, ortamın asidik reaksiyonu) kırılgan hale gelir, serbest bırakılır ve çözeltiye geri döner.
Kadmiyumun çözünmesi ve hareketli duruma geçiş sürecinde mikroorganizmaların rolü ortaya çıkmıştır. Yaşamsal aktivitelerinin bir sonucu olarak, ya suda çözünür metal kompleksleri oluşur ya da kadmiyumun katı fazdan sıvı faza geçişi için uygun fizikokimyasal koşullar yaratılır.
Toprakta kadmiyum ile meydana gelen süreçler (sorpsiyon-desorpsiyon, çözeltiye geçiş vb.) birbiriyle bağlantılı ve birbirine bağımlıdır; bu metalin bitkilere sağlanması bunların yönüne, yoğunluğuna ve derinliğine bağlıdır. Kadmiyumun toprak tarafından emilme miktarının pH değerine bağlı olduğu bilinmektedir: Toprağın pH'ı ne kadar yüksek olursa, o kadar fazla kadmiyum emer. Böylece, mevcut verilere göre, pH 4 ila 7,7 aralığında, pH'ın bir birim artmasıyla toprakların kadmiyuma göre emme kapasitesi yaklaşık üç kat arttı.
Çinko (Zn). Çinko eksikliği hem asidik, yüksek oranda podzolize edilmiş hafif topraklarda hem de karbonatlı, çinko bakımından fakir topraklarda ve humus bakımından oldukça zengin topraklarda kendini gösterebilir. Çinko eksikliğinin tezahürü, yüksek dozda fosforlu gübrelerin kullanılması ve alt toprağın ekilebilir ufka kadar güçlü bir şekilde sürülmesiyle arttırılır.
En yüksek brüt çinko içeriği tundra (53-76 mg/kg) ve chernozem (24-90 mg/kg) topraklarında, en düşük ise çimenli-podzolik topraklarda (20-67 mg/kg) bulunur. Çinko eksikliği çoğunlukla nötr ve hafif alkali karbonatlı topraklarda görülür. Asitli topraklarda çinko daha hareketlidir ve bitkiler tarafından kullanılabilir.
Toprakta çinko, asidik ortamda katyon değişim mekanizmasıyla veya alkali ortamda kimyasal adsorpsiyonun sonucu olarak adsorbe edildiği iyonik formda bulunur. En hareketli iyon Zn 2+'dır. Çinkonun topraktaki hareketliliği temel olarak pH ve kil minerallerinin içeriğinden etkilenir. pH'ta<6 подвижность Zn 2+ возрастает, что приводит к его выщелачиванию. Попадая в межпакетные пространства кристаллической решетки монтмориллонита, ионы цинка теряют свою подвижность. Кроме того, цинк образует устойчивые формы с органическим веществом почвы, поэтому он накапливается в основном в горизонтах почв с высоким содержанием гумуса и в торфе.
Bitkilerdeki ağır metaller
A.P. Vinogradov'a (1952) göre, tüm kimyasal elementler bitkilerin yaşamına bir dereceye kadar katılmaktadır ve eğer birçoğunun fizyolojik olarak önemli olduğu düşünülüyorsa, bunun nedeni henüz bunun için bir kanıt bulunmamasıdır. Bitkiye küçük miktarlarda giren ve enzimlerin ayrılmaz bir parçası veya aktivatörü haline gelen mikro elementler, metabolik süreçlerde hizmet fonksiyonlarını yerine getirir. Alışılmadık derecede yüksek konsantrasyonlarda elementler çevreye girdiğinde bitkiler için toksik hale gelirler. Ağır metallerin bitki dokusuna aşırı miktarlarda nüfuz etmesi, organlarının normal işleyişinin bozulmasına yol açar ve bu bozulma, toksik maddelerin fazlalığı arttıkça daha güçlü olur. Sonuç olarak üretkenlik düşer. HM'lerin toksik etkisi, bitki gelişiminin erken aşamalarından itibaren kendini gösterir, ancak farklı topraklarda ve farklı ürünlerde değişen derecelerde olur.
Kimyasal elementlerin bitkiler tarafından emilimi aktif bir süreçtir. Pasif difüzyon, emilen mineral bileşenlerin toplam kütlesinin yalnızca %2-3'ünü oluşturur. Topraktaki metal içeriği arka plan seviyesinde olduğunda, iyonların aktif emilimi meydana gelir ve bu elementlerin topraktaki düşük hareketliliğini hesaba katarsak, bunların emiliminden önce sıkı bağlı metallerin harekete geçmesi gerekir. Kök tabakasındaki ağır metallerin içeriği, metalin toprağın iç kaynakları kullanılarak sabitlenebileceği maksimum konsantrasyonları önemli ölçüde aşan miktarlarda olduğunda, o kadar miktarda metal köklere girer ki, zarlar onları artık tutamaz. Sonuç olarak iyonların veya element bileşiklerinin temini artık hücresel mekanizmalar tarafından düzenlenmiyor. Asitli topraklarda, nötr veya nötre yakın reaksiyon ortamına sahip topraklara göre daha yoğun bir HM birikimi vardır. HM iyonlarının kimyasal reaksiyonlara gerçek katılımının bir ölçüsü onların aktiviteleridir. Ağır metallerin yüksek konsantrasyonlarının bitkiler üzerindeki toksik etkisi, diğer kimyasal elementlerin temini ve dağıtımının bozulmasıyla kendini gösterebilir. Ağır metallerin diğer elementlerle etkileşiminin doğası konsantrasyonlarına bağlı olarak değişir. Bitkiye göç ve giriş karmaşık bileşikler şeklinde gerçekleşir.
Ağır metallerle çevre kirliliğinin ilk döneminde, toprağın tampon özelliği nedeniyle toksik maddelerin etkisiz hale getirilmesi nedeniyle bitkiler neredeyse hiçbir olumsuz etkiyle karşılaşmayacaklardır. Ancak toprağın koruyucu işlevleri sınırsız değildir. Ağır metal kirliliği düzeyi arttıkça bunların inaktivasyonu tamamlanamaz ve iyon akışı köklere saldırır. Bitki, iyonların bir kısmını, bitkinin kök sistemine nüfuz etmeden önce bile daha az aktif bir duruma dönüştürebilmektedir. Bu, örneğin kök salgılarını kullanan şelasyon veya karmaşık bileşiklerin oluşumuyla köklerin dış yüzeyinde adsorpsiyondur. Ek olarak, açıkça toksik dozlarda çinko, nikel, kadmiyum, kobalt, bakır ve kurşunla yapılan bitki örtüsü deneylerinin gösterdiği gibi, kökler HM toprağıyla kirlenmemiş katmanlarda bulunur ve bu durumlarda fototoksisite belirtileri yoktur.
Kök sisteminin koruyucu işlevlerine rağmen, ağır metaller kirli koşullar altında köklere girer. Bu durumda, HM'lerin bitki organları arasında spesifik bir dağılımının oluşması sayesinde, büyüme ve gelişmelerinin mümkün olduğunca eksiksiz korunmasını mümkün kılan koruma mekanizmaları devreye girmektedir. Üstelik, örneğin çok kirli ortamlardaki kök ve tohum dokularındaki ağır metallerin içeriği 500-600 kat değişebilir, bu da bu yeraltı bitki organının büyük koruyucu yeteneklerine işaret eder.
Kimyasal elementlerin fazlalığı bitkilerde toksikoza neden olur. Ağır metal konsantrasyonu arttıkça, önce bitki büyümesi yavaşlar, daha sonra yaprakta kloroz meydana gelir, bunun yerini nekroz alır ve son olarak kök sistemi zarar görür. HM'nin toksik etkisi doğrudan ve dolaylı olarak kendini gösterebilir. Bitki hücrelerinde aşırı ağır metallerin doğrudan etkisi, enzim blokajı veya protein çökelmesiyle sonuçlanan kompleksleşme reaksiyonlarından kaynaklanmaktadır. Enzimatik sistemlerin deaktivasyonu, enzim metalinin kirletici bir metalle değiştirilmesi sonucu meydana gelir. Toksik madde içeriği kritik olduğunda enzimin katalitik yeteneği önemli ölçüde azalır veya tamamen bloke olur.
Bitkiler ağır metallerin hiperakümülatörleridir
A.P. Vinogradov (1952), elementleri konsantre edebilen bitkileri tanımladı. İki tür bitkiye dikkat çekti: yoğunlaştırıcılar: 1) elementleri kütlesel ölçekte yoğunlaştıran bitkiler; 2) seçici (tür) konsantrasyonuna sahip bitkiler. Birinci tipteki bitkiler, eğer ikincisi toprakta artan miktarlarda bulunursa, kimyasal elementlerle zenginleştirilir. Bu durumda konsantrasyon çevresel bir faktörden kaynaklanmaktadır. İkinci tip bitkiler, ortamdaki içeriğine bakılmaksızın sürekli olarak yüksek miktarda bir veya başka bir kimyasal element ile karakterize edilir. Genetik olarak sabit bir ihtiyaç tarafından belirlenir.
Ağır metallerin topraktan bitkilere alınma mekanizması dikkate alındığında elementlerin bariyerli (konsantre olmayan) ve bariyersiz (konsantre) birikim şekillerinden bahsedebiliriz. Bariyer birikimi çoğu yüksek bitki için tipiktir ve briyofitler ve likenler için tipik değildir. Böylece, M.A. Toikka ve L.N. Potekhina'nın (1980) çalışmasında, sfagnum (2,66 mg/kg), kobaltın bitki yoğunlaştırıcısı olarak adlandırılmıştır; bakır (10,0 mg/kg) - huş ağacı, sert çekirdekli meyve, vadi zambağı; manganez (1100 mg/kg) - yaban mersini. Lepp ve ark. (1987) huş ormanlarında yetişen Amanita muscaria mantarının sporoforlarında yüksek konsantrasyonlarda kadmiyum buldular. Mantarın sporoforlarındaki kadmiyum içeriği kuru ağırlık olarak 29,9 mg/kg ve üzerinde büyüdükleri toprakta ise 0,4 mg/kg idi. Kobalt yoğunlaştırıcı olan bitkilerin de nikele karşı oldukça toleranslı oldukları ve onu büyük miktarlarda biriktirebildikleri kanısındayız. Bunlar özellikle Boraginaceae, Brassicaceae, Myrtaceae, Fabaceae, Caryophyllaceae familyalarının bitkilerini içerir. Şifalı bitkiler arasında nikel yoğunlaştırıcılar ve süper yoğunlaştırıcılar da bulunmuştur. Süper yoğunlaştırıcılar arasında kavun ağacı, belladonna belladonna, sarı gelincik, anaç likörü, çarkıfelek ve Thermopsis lanceolata bulunur. Besin ortamında yüksek konsantrasyonlarda bulunan kimyasal elementlerin birikim şekli, bitki büyüme aşamalarına bağlıdır. Engelsiz birikim, bitkilerin toprak üstü kısımlarını çeşitli organlara ayırmadığı fide aşamasının ve büyüme mevsiminin son aşamalarında - olgunlaşmadan sonra ve ayrıca bariyerin oluştuğu kış uykusu döneminde - karakteristiktir. Serbest birikime, katı fazda fazla miktarda kimyasal elementin salınması eşlik edebilir (Kovalevsky, 1991).
Aşırı birikim yapan bitkiler Brassicaceae, Euphorbiaceae, Asteraceae, Lamiaceae ve Scrophulariaceae familyalarında bulunur (Baker 1995). Bunların arasında en ünlüsü ve üzerinde çalışılanı, büyük biyokütle geliştiren ve Pb, Cr (VI), Cd, Cu, Ni, Zn, 90Sr, B ve Se biriktirme kapasitesine sahip bir bitki olan Brassica juncea'dır (Hint hardalı). Salt ve diğerleri 1995; Test edilen farklı bitki türlerinden B. juncea, kurşunu yer üstüne taşıma konusunda en belirgin yeteneğe sahipti ve bu elementin %1,8'inden fazlasını yer üstü organlarda biriktiriyordu (kuru ağırlığa göre). Ayçiçeği (Helianthus annuus) ve tütün (Nicotiana tabacum) hariç, diğer Brassicaceae dışı bitki türlerinin biyolojik alım katsayısı 1'den azdı.
Birçok yabancı yazar tarafından kullanılan ve bitkilerin büyüme ortamlarındaki ağır metallerin varlığına verdikleri tepkilere göre sınıflandırılmasına göre, bitkilerin metallerle kirlenmiş topraklarda büyümek için üç ana stratejisi vardır:
Metal dışlayıcılar. Bu tür bitkiler, topraktaki konsantrasyonundaki büyük değişikliklere rağmen metalin sabit düşük konsantrasyonunu korur ve esas olarak metali köklerde tutar. Özel bitkiler, membran geçirgenliğini ve hücre duvarlarının metal bağlama kapasitesini değiştirme veya büyük miktarda şelatlayıcı madde salma yeteneğine sahiptir.
Metal göstergeler. Bunlar, toprak üstü kısımlarında aktif olarak metal biriktiren ve genellikle topraktaki metal içeriğinin seviyesini yansıtan bitki türlerini içerir. Hücre dışı metal bağlayıcı bileşiklerin (şelatlayıcılar) oluşumu nedeniyle mevcut metal konsantrasyonu seviyesini tolere ederler veya metali duyarsız alanlarda depolayarak metal bölümlemenin doğasını değiştirirler. Metal biriktiren bitki türleri. Bu gruba ait bitkiler, topraktakinden çok daha yüksek konsantrasyonlarda metali toprak üstü biyokütlede biriktirebilirler. Baker ve Brooks, metal hiperakümülatörlerini %0,1'den fazla içeren bitkiler olarak tanımladılar; kuru ağırlıkta 1000 mg/g'dan fazla bakır, kadmiyum, krom, kurşun, nikel, kobalt veya %1 (10.000 mg/g'den fazla) çinko ve manganez. Nadir metaller için bu değer kuru ağırlık cinsinden %0,01'in üzerindedir. Araştırmacılar, kirlenmiş alanlarda veya cevher kütlelerinin açığa çıktığı yerlerde olduğu gibi, toprağın arka plan seviyelerinin üzerinde konsantrasyonlarda metal içerdiği alanlardaki bitkileri toplayarak aşırı birikim yapan türleri tespit ediyor. Hiperbirikim olgusu araştırmacılar için birçok soruyu gündeme getiriyor. Örneğin metalin yüksek toksik konsantrasyonlarda birikmesinin bitkiler için önemi nedir? Bu soruya kesin bir cevap henüz alınamadı, ancak birkaç ana hipotez var. Bu tür bitkilerin, henüz üzerinde çalışılmamış belirli fizyolojik işlevleri yerine getirmek için gelişmiş bir iyon alım sistemine ("kasıtsız" alım hipotezi) sahip olduğu varsayılmaktadır. Ayrıca hiperbirikimin, yetiştirme ortamındaki yüksek metal içeriğine karşı bitki toleransının türlerinden biri olduğuna inanılmaktadır.
Ağır metal içeriğinin standardizasyonu
toprakta ve bitkilerde tüm çevresel faktörlerin tam olarak dikkate alınmasının imkansızlığı nedeniyle son derece karmaşıktır. Böylece toprağın yalnızca zirai kimyasal özelliklerini değiştirmek (orta reaksiyon, humus içeriği, bazlarla doygunluk derecesi, parçacık büyüklüğü dağılımı), bitkilerdeki ağır metal içeriğini birkaç kez azaltabilir veya artırabilir. Bazı metallerin arka plan içeriği hakkında dahi çelişkili veriler mevcuttur. Araştırmacıların verdiği sonuçlar bazen 5-10 kat farklılık gösteriyor.
Birçok ölçek önerildi
ağır metallerin çevresel düzenlemesi. Bazı durumlarda sıradan antropojenik topraklarda gözlenen en yüksek metal içeriği, izin verilen maksimum konsantrasyon olarak alınır; diğerlerinde ise fitotoksisite sınırı olan içerik alınır. Çoğu durumda, üst limitten birkaç kat daha yüksek olan ağır metaller için MPC'ler önerilmiştir.
Teknolojik kirliliği karakterize etmek
ağır metaller için, kirlenmiş topraktaki elementin konsantrasyonunun arka plan konsantrasyonuna oranına eşit bir konsantrasyon katsayısı kullanılır. Birkaç ağır metalle kirlendiğinde, kirliliğin derecesi toplam konsantrasyon indeksinin (Zc) değeriyle değerlendirilir. IMGRE tarafından önerilen ağır metallerle toprak kirliliğinin ölçeği Tablo 1'de sunulmaktadır.
Tablo 1. Kimyasallarla kirlenme derecesine göre tarımsal kullanıma yönelik toprakların değerlendirilmesi şeması (SSCB Goskomhidromet, No. 02-10 51-233, 12/10/90 tarihli)
| Kirlenme derecesine göre toprak kategorisi | Zc | MPC'ye göre kirlilik | Toprakların olası kullanımları | Gerekli aktiviteler |
| Kabul edilebilir | <16,0 | Arka planı aşar ancak MPC'den yüksek değildir | Herhangi bir ürün için kullanın | Toprak kirliliği kaynaklarının etkisinin azaltılması. Bitkiler için toksik maddelerin azaltılmış kullanılabilirliği. |
| Orta derecede tehlikeli | 16,1- 32,0 | Genel sıhhi ve su göçü zararlılık göstergelerini sınırlamak için MPC'yi aşar, ancak yer değiştirme göstergesi için MPC'den düşüktür | Mahsul ürünlerinin kalite kontrolüne tabi olan tüm mahsuller için kullanın | Kategori 1'e benzer faaliyetler. Sınırlayıcı migrasyon suyu göstergesine sahip maddeler varsa, bu maddelerin yüzey ve yer altı sularındaki içeriği izlenir. |
| Son derece tehlikeli | 32,1- 128 | Sınırlayıcı translokasyon tehlike göstergesiyle MPC'yi aşar | Onlardan yiyecek ve yem elde edilmeden endüstriyel bitkiler için kullanın. | Kimyasal konsantre tesislerden kaçının |
| Kategorilere benzer faaliyetler 1. Gıda ve yem olarak kullanılan bitkilerdeki toksik madde içeriğinin zorunlu kontrolü. Hayvan yemi için yeşil kütlenin, özellikle de yoğunlaştırıcı tesislerin kullanımının sınırlandırılması. | > 128 | Son derece tehlikeli | MPC'yi her bakımdan aşıyor | Tarımsal kullanımın dışında bırak |
Kirlilik seviyelerinin azaltılması ve atmosferde, toprakta ve sularda toksik maddelerin tutulması.
Tablo 2, tehlike göstergelerine göre resmi olarak onaylanmış maksimum konsantrasyon sınırlarını ve içeriklerinin izin verilen seviyelerini göstermektedir. Tıbbi hijyenistler tarafından benimsenen şemaya uygun olarak, topraktaki ağır metallerin düzenlenmesi, translokasyon (elementin bitkilere geçişi), göçmen su (suya geçiş) ve genel sıhhi (kendi kendini temizleme yeteneği üzerindeki etki) olarak bölünmüştür. topraklar ve toprak mikrobiyosenozu).
Tablo 2. Topraktaki kimyasal maddelerin izin verilen maksimum konsantrasyonları (MAC) ve zararlılık bakımından içeriklerinin izin verilen seviyeleri (01/01/1991 itibariyle. SSCB Doğayı Koruma Devlet Komitesi, 12/10/90 tarih ve 02-2333 sayılı) ).
| Maddelerin adı | MPC, mg/kg toprak, arka plan dikkate alınarak | Zararlılık göstergeleri | ||
| Translokasyon | su | Genel sıhhi | ||
| Suda çözünen formlar | ||||
| flor | 10,0 | 10,0 | 10,0 | 10,0 |
| Hareketli formlar | ||||
| Bakır | 3,0 | 3,5 | 72,0 | 3,0 |
| Nikel | 4,0 | 6,7 | 14,0 | 4,0 |
| Çinko | 23,0 | 23,0 | 200,0 | 37,0 |
| Kobalt | 5,0 | 25,0 | >1000 | 5,0 |
| flor | 2,8 | 2,8 | - | - |
| Krom | 6,0 | - | - | 6,0 |
| Brüt içerik | ||||
| Antimon | 4,5 | 4,5 | 4,5 | 50,0 |
| Manganez | 1500,0 | 3500,0 | 1500,0 | 1500,0 |
| Vanadyum | 150,0 | 170,0 | 350,0 | 150,0 |
| Yol göstermek ** | 30,0 | 35,0 | 260,0 | 30,0 |
| Arsenik** | 2,0 | 2,0 | 15,0 | 10,0 |
| Merkür | 2,1 | 2,1 | 33,3 | 5,0 |
| Kurşun+cıva | 20+1 | 20+1 | 30+2 | 30+2 |
| Bakır* | 55 | - | - | - |
| Nikel* | 85 | - | - | - |
| Çinko* | 100 | - | - | - |
* - brüt içerik - yaklaşık değer.
** - çelişki; arsenik için ortalama arka plan içeriği 6 mg/kg'dır; kurşunun arka plan içeriği de genellikle MPC standartlarını aşmaktadır.
UEC tarafından resmi olarak onaylandı
1995 yılında 6 ağır metal ve arseniğin brüt içeriği için geliştirilen ADC'ler, çevresel reaksiyon seviyesini ve toprağın granülometrik bileşimini hesaba kattıklarından, toprağın ağır metallerle kirlenmesinin daha eksiksiz bir tanımını elde etmeyi mümkün kılar.
Tablo 3. Farklı fizikokimyasal özelliklere (brüt içerik, mg/kg) sahip topraklarda ağır metallerin ve arseniklerin yaklaşık izin verilen konsantrasyonları (ATC) (MPC ve APC No. 6229-91 listesine ek No. 1).
| Öğe | Toprak grubu | UDC arka planı dikkate alıyor | Agrega yerin durumu topraklarda | Tehlike sınıfları | Özellikler eylemler vücutta |
| Nikel | Kumlu ve kumlu tınlı | 20 | Katı: tuz formunda, minerallerin bir parçası olarak emilmiş formda | 2 | Sıcakkanlı hayvanlar ve insanlar için düşük toksisite. Mutajenik etkiye sahiptir |
| <5,5 | 40 | ||||
| Nötr'e yakın (tınlı ve killi), рНKCl >5,5 | 80 | ||||
| Bakır | Kumlu ve kumlu tınlı | 33 | 2 | Hücresel geçirgenliği arttırır, glutatyon redüktazı inhibe eder, -SH, -NH2 ve COOH- gruplarıyla etkileşime girerek metabolizmayı bozar. | |
| Asidik (tınlı ve killi), pH KCl<5,5 | 66 | ||||
| Nötr'e yakın (tınlı ve killi), pH KCl>5,5 | 132 | ||||
| Çinko | Kumlu ve kumlu tınlı | 55 | Katı: minerallerin bir parçası olarak tuzlar, organo-mineral bileşikleri, emilmiş formda | 1 | Eksikliği veya fazlalığı gelişimsel sapmalara neden olur. Çinko içeren pestisitlerin uygulanmasına yönelik teknolojinin ihlali nedeniyle zehirlenme |
| Asidik (tınlı ve killi), pH KCl<5,5 | 110 | ||||
| Nötr'e yakın (tınlı ve killi), pH KCl>5,5 | 220 | ||||
| Arsenik | Kumlu ve kumlu tınlı | 2 | Katı: minerallerin bir parçası olarak tuzlar, organo-mineral bileşikleri, emilmiş formda | 1 | Zehirlidir, çeşitli enzimleri inhibe eder, metabolizmayı olumsuz etkiler. Muhtemelen kanserojen |
| Asidik (tınlı ve killi), pH KCl<5,5 | 5 | ||||
| Nötr'e yakın (tınlı ve killi), pH KCl>5,5 | 10 | ||||
| Kadmiyum | Kumlu ve kumlu tınlı | 0,5 | Katı: minerallerin bir parçası olarak tuzlar, organo-mineral bileşikleri, emilmiş formda | 1 | Oldukça toksiktir, enzimlerin sülfhidril gruplarını bloke eder, demir ve kalsiyum metabolizmasını bozar ve DNA sentezini bozar. |
| Asidik (tınlı ve killi), pH KCl<5,5 | 1,0 | ||||
| Nötr'e yakın (tınlı ve killi), pH KCl>5,5 | 2,0 | ||||
| Yol göstermek | Kumlu ve kumlu tınlı | 32 | Katı: minerallerin bir parçası olarak tuzlar, organo-mineral bileşikleri, emilmiş formda | 1 | Çeşitli olumsuz etkiler. Proteinlerin -SH gruplarını bloke eder, enzimleri inhibe eder, zehirlenmelere ve sinir sisteminde hasara neden olur. |
| Asidik (tınlı ve killi), pH KCl<5,5 | 65 | ||||
| Nötr'e yakın (tınlı ve killi), pH KCl>5,5 | 130 |
Malzemelerden, gereksinimlerin esas olarak ağır metallerin yığın formlarına uygulandığı anlaşılmaktadır. Hareketli olanlar arasında yalnızca bakır, nikel, çinko, krom ve kobalt bulunur. Bu nedenle, halihazırda geliştirilen standartlar artık tüm gereksinimleri karşılamamaktadır.
öncelikle bitkisel ürünlerin, sızmanın ve yüzey sularının potansiyel kirlenme tehlikesini yansıtan bir kapasite faktörüdür. Toprağın genel kirlenmesini karakterize eder, ancak bitki için elementlerin kullanılabilirlik derecesini yansıtmaz. Bitkilerin toprak beslenme durumunu karakterize etmek için sadece hareketli formları kullanılır.
Hareketli formların tanımı
Çeşitli ekstraktanlar kullanılarak belirlenirler. Metalin hareketli formunun toplam miktarı, asidik bir ekstrakt (örneğin 1N HCL) kullanılarak elde edilir. Topraktaki ağır metallerin hareketli rezervlerinin en hareketli kısmı amonyum asetat tamponuna gider. Su ekstraktındaki metal konsantrasyonu, en tehlikeli ve “agresif” kısım olan topraktaki elementlerin hareketlilik derecesini gösterir.
Taşınabilir formlar için standartlar
Çeşitli gösterge niteliğinde normatif ölçekler önerilmiştir. Aşağıda ağır metallerin izin verilen maksimum hareketli formlarının ölçeklerinden birinin bir örneği bulunmaktadır.
Tablo 4. Ağır metallerin topraktaki hareketli formunun izin verilen maksimum içeriği, mg/kg ekstraktan 1N. HC1 (H. Chuljian ve diğerleri, 1988).
| Öğe | İçerik | Öğe | İçerik | Öğe | İçerik |
| Hg | 0,1 | Sb | 15 | kurşun | 60 |
| CD | 1,0 | Gibi | 15 | Zn | 60 |
| Ortak | 12 | Hayır | 36 | V | 80 |
| CR | 15 | Cu | 50 | Mn | 600 |
| SİTE NAVİGASYONU: | |||||||
| SSS? | toprağa | jele | sonuç | teknik veriler | fiyatlar | ||
Herkesin, kentsel gaz kirliliğinin olmadığı, ekolojik olarak temiz bir bölgede bir yazlık ev sahibi olmak istediği bir sır değil. Çevre, araba egzoz gazlarından bile gelen ağır metalleri (arsenik, kurşun, bakır, cıva, kadmiyum, manganez ve diğerleri) içerir. Dünyanın, atmosferin ve yeraltı suyunun doğal bir temizleyicisi olduğu, yalnızca ağır metalleri değil aynı zamanda hidrokarbonlu zararlı böcek ilaçlarını da biriktirdiği anlaşılmalıdır. Bitkiler de toprağın onlara verdiği her şeyi alırlar. Toprağa yerleşen metal, sadece toprağın kendisine değil, bitkilere ve dolayısıyla insanlara da zarar verir.
Ana yolun yakınında toprağın yüzey katmanlarına nüfuz eden ve bitkilerin yapraklarına yerleşen çok sayıda kurum vardır. Böyle bir arsada kök bitkileri, meyveler, meyveler ve diğer verimli ürünler yetiştirilemez. Yoldan minimum mesafe 50 m'dir.
Ağır metallerle dolu toprak kötü topraktır; ağır metaller zehirlidir. Üzerinde asla karıncaları, yer böceklerini veya solucanları göremezsiniz, ancak büyük miktarda emici böcek olacaktır. Bitkiler genellikle mantar hastalıklarından muzdariptir, kurur ve zararlılara karşı dayanıklı değildir.
En tehlikeli olanı, asidik toprakta kolayca oluşan ağır metallerin hareketli bileşikleridir. Asidik veya hafif kumlu toprakta yetişen bitkilerin, nötr veya kireçli toprakta yetişenlere göre daha fazla metal içerdiği kanıtlanmıştır. Üstelik asidik reaksiyona sahip kumlu toprak özellikle tehlikelidir; kolayca birikir ve aynı kolaylıkla yıkanarak yeraltı suyuna karışır. Aslanın payının kil olduğu bir bahçe arsası da ağır metallerin birikmesine karşı kolaylıkla hassastır ve kendi kendini temizleme uzun ve yavaş bir şekilde gerçekleşir. En güvenli ve en dayanıklı toprak, kireç ve humusla zenginleştirilmiş chernozemdir.
Toprakta ağır metaller varsa ne yapmalı? Sorunu çözmenin birkaç yolu vardır.
1. Başarısız bir arsa satılabilir.
2. Kireçleme, topraktaki ağır metal konsantrasyonunu azaltmanın iyi bir yoludur. Farklı olanlar var. En basiti: sirkeli bir kaba bir avuç toprak atın; köpük ortaya çıkarsa toprak alkalidir. Veya toprağı biraz kazın, içinde beyaz bir tabaka bulursanız asit var demektir. Sorun ne kadar olduğu. Kireçlemeden sonra asitliği düzenli olarak kontrol edin; işlemi tekrarlamanız gerekebilir. Dolomit unu, yüksek fırın cürufu, turba külü, kireçtaşı içeren kireç.
Zeminde zaten çok fazla ağır metal birikmişse, toprağın üst tabakasını (20-30 cm) kaldırıp yerine siyah toprak koymak faydalı olacaktır.
3. Organik gübrelerle (gübre, kompost) sürekli besleme. Toprakta humus ne kadar fazla olursa, ağır metaller de o kadar az olur ve toksisite azalır. Zayıf, verimsiz toprak bitkileri koruyamaz. Mineral gübrelerle, özellikle azotla aşırı doyurmayın. Mineral gübreler organik maddeleri hızla ayrıştırır.
4. Yüzey gevşemesi. Gevşettikten sonra turba veya kompost uyguladığınızdan emin olun. Gevşetirken bitkilerle topraktaki toksik maddeler arasında bariyer oluşturacak vermikülitin eklenmesinde fayda vardır.
5. Toprağı yıkamak sadece iyi drenaj ile. Aksi takdirde ağır metaller su ile birlikte tüm alana yayılacaktır. Sebze bitkileri için 30-50 cm, meyve çalıları ve ağaçlar için 120 cm'ye kadar toprak tabakası yıkanacak şekilde temiz su ile doldurun. Yıkama, kıştan sonra toprakta yeterli nem olduğunda ilkbaharda yapılır.
6. Toprağın üst katmanını çıkarın, genişletilmiş kil veya çakıl taşlarından iyi bir drenaj yapın ve üstünü siyah toprakla doldurun.
7. Bitkileri toprağın kolayca değiştirilebileceği kaplarda veya serada yetiştirin. Dikkat edin, bitkiyi tek bir yerde uzun süre yetiştirmeyin.
8. Bahçe arsası yola yakınsa, araba egzoz gazlarıyla çıkan toprakta kurşun bulunma olasılığı yüksektir. Bitkiler arasına bezelye ekerek kurşunu çıkarın; hasat yapmayın. Sonbaharda bezelyeleri kazın ve meyvelerle birlikte yakın. Toprak, fosfor, potasyum ve kalsiyumu derin katmandan üst katmana aktaracak güçlü, derin kök sistemine sahip bitkiler tarafından iyileştirilecektir.
9. Ağır toprakta yetişen sebze ve meyveler her zaman ısıl işleme tabi tutulmalı veya en azından akan su altında yıkanmalı, böylece atmosferdeki toz uzaklaştırılmalıdır.
10. Kirli alanlarda veya yola yakın alanlarda sağlam bir çit kurulur; zincir bağlantılı ağ, yol tozuna karşı bariyer görevi görmez. Çitin arkasına yaprak döken ağaçlar diktiğinizden emin olun (). Bir seçenek olarak, atmosferik toz ve isten koruyucu rolünü üstlenecek çok katmanlı dikimler mükemmel koruma olacaktır.
Toprakta ağır metallerin varlığı ölüm cezası değildir; asıl mesele bunların zamanında tespit edilmesi ve etkisiz hale getirilmesidir.
Topraktaki ağır metaller
Son zamanlarda sanayinin hızla gelişmesi nedeniyle çevredeki ağır metallerin düzeyinde önemli bir artış yaşanmaktadır. Ağır metaller terimi, yoğunluğu 5 g/cm3'ü aşan veya atom numarası 20'den büyük olan metaller için kullanılır. Ancak başka bir bakış açısı da vardır: atom kütleleri 50'yi aşan 40'tan fazla kimyasal element. ağır metaller olarak sınıflandırılır. birimler Kimyasal elementler arasında ağır metaller en zehirli olanıdır ve tehlike düzeyi açısından pestisitlerden sonra ikinci sırada yer alır. Aynı zamanda aşağıdaki kimyasal elementler toksik kabul edilir: Co, Ni, Cu, Zn, Sn, As, Se, Te, Rb, Ag, Cd, Au, Hg, Pb, Sb, Bi, Pt.
Ağır metallerin fitotoksisitesi kimyasal özelliklerine bağlıdır: değerlik, iyon yarıçapı ve kompleks oluşturma yeteneği. Çoğu durumda elementler toksisite sırasına göre düzenlenir: Cu > Ni > Cd > Zn > Pb > Hg > Fe > Mo > Mn. Ancak bu seri, elementlerin toprak tarafından eşit olmayan şekilde çökeltilmesi ve bitkilerin erişemeyeceği bir duruma geçmesi, büyüme koşulları ve bitkilerin kendi fizyolojik ve genetik özelliklerine bağlı olarak bir miktar değişiklik gösterebilir. Ağır metallerin dönüşümü ve migrasyonu, kompleksleşme reaksiyonunun doğrudan ve dolaylı etkisi altında meydana gelir. Çevre kirliliğini değerlendirirken toprağın özelliklerini ve her şeyden önce granülometrik bileşimi, humus içeriğini ve tamponlama kapasitesini dikkate almak gerekir. Tampon kapasitesi, toprağın toprak çözeltisindeki metal konsantrasyonunu sabit bir seviyede tutma yeteneği olarak anlaşılmaktadır.
Ağır metaller toprakta katı ve toprak çözeltisinde olmak üzere iki fazda bulunur. Metallerin varoluş biçimi, çevrenin reaksiyonu, toprak çözeltisinin kimyasal ve malzeme bileşimi ve her şeyden önce organik maddelerin içeriği ile belirlenir. Toprağı kirleten kompleksleştirici elementler esas olarak üst 10 cm'lik katmanda yoğunlaşmıştır. Bununla birlikte, düşük tamponlu toprak asitleştirildiğinde, değişim tarafından absorbe edilen metallerin önemli bir kısmı toprak çözeltisine geçer. Kadmiyum, bakır, nikel ve kobalt asidik ortamda güçlü bir göç kabiliyetine sahiptir. PH'da 1,8-2 birimlik bir azalma, çinkonun hareketliliğinde 3,8-5,4, kadmiyumun 4-8, bakırın 2-3 kat artmasına neden olur. .
Tablo 1 İzin verilen maksimum konsantrasyon (MAC) standartları, topraktaki kimyasal elementlerin arka plan içerikleri (mg/kg)
|
Tehlike sınıfı |
Toprak gruplarına göre UEC |
||||||
|
Amonyum asetat tamponu ile ekstrakte edilebilir (pH=4,8) |
Kumlu, kumlu tınlı |
Tınlı, killi |
|||||
|
pH xl< 5,5 |
pH xl > 5,5 |
||||||
Böylece ağır metaller toprağa girdiğinde organik ligandlarla hızla etkileşime girerek karmaşık bileşikler oluştururlar. Yani topraktaki düşük konsantrasyonlarda (20-30 mg/kg) kurşunun yaklaşık %30'u organik madde ile kompleks halindedir. Kompleks kurşun bileşiklerinin oranı, konsantrasyonun 400 mg/g'a kadar artmasıyla artar ve daha sonra azalır. Metaller aynı zamanda demir ve manganez hidroksit çökeltileri, kil mineralleri ve topraktaki organik madde tarafından da (değiştirilebilir veya değiştirilemez şekilde) emilir. Bitkilerin kullanabileceği ve yıkanabilen metaller toprak çözeltisinde serbest iyonlar, kompleksler ve şelatlar halinde bulunur.
HM'lerin toprak tarafından emilmesi büyük ölçüde çevrenin reaksiyonuna ve toprak çözeltisinde hangi anyonların baskın olduğuna bağlıdır. Asidik bir ortamda bakır, kurşun ve çinko daha fazla emilir ve alkali bir ortamda kadmiyum ve kobalt yoğun bir şekilde emilir. Bakır tercihen organik ligandlara ve demir hidroksitlere bağlanır.
Tablo 2 Toprak çözeltisinin pH'ına bağlı olarak çeşitli topraklarda mikro elementlerin hareketliliği
Toprak ve iklim faktörleri genellikle HM'lerin topraktaki göçünün ve dönüşümünün yönünü ve hızını belirler. Bu nedenle, orman-bozkır bölgesindeki toprak ve su rejimlerinin koşulları, HM'nin toprak profili boyunca yoğun dikey göçüne katkıda bulunur; buna metallerin çatlaklar, kök geçitleri vb. boyunca su akışıyla olası aktarımı da dahildir. .
Nikel (Ni), 58,71 atom kütlesi ile periyodik tablonun Grup VIII'de yer alan bir elementtir. Nikel, Mn, Fe, Co ve Cu ile birlikte, bileşikleri yüksek biyolojik aktiviteye sahip olan geçiş metalleri olarak adlandırılanlara aittir. Elektronik yörüngelerin yapısal özellikleri nedeniyle, nikel de dahil olmak üzere yukarıdaki metallerin belirgin bir kompleks oluşturma yeteneği vardır. Nikel, örneğin sistein ve sitratın yanı sıra birçok organik ve inorganik ligandla stabil kompleksler oluşturma yeteneğine sahiptir. Kaynak kayaların jeokimyasal bileşimi büyük ölçüde topraktaki nikel içeriğini belirler. En fazla miktarda nikel, bazik ve ultrabazik kayalardan oluşan topraklarda bulunur. Bazı yazarlara göre çoğu tür için nikelin aşırı ve toksik düzeylerinin sınırları 10 ila 100 mg/kg arasında değişmektedir. Nikelin büyük kısmı toprağa hareketsiz bir şekilde sabitlenir ve kolloidal durumda ve mekanik süspansiyonların bileşiminde çok zayıf göç, bunların dikey profil boyunca dağılımını etkilemez ve oldukça tekdüzedir.
Kurşun (Pb). Topraktaki kurşunun kimyası, zıt yönlü süreçlerin hassas dengesiyle belirlenir: soğurma-desorpsiyon, çözünme-katı duruma geçiş. Toprağa salınan kurşun, fiziksel, kimyasal ve fizikokimyasal dönüşümlerin bir döngüsüne dahil edilir. İlk başta, mekanik hareket süreçleri (kurşun parçacıkları yüzey boyunca ve topraktaki çatlaklar boyunca hareket eder) ve konvektif difüzyon hakimdir. Daha sonra, katı fazdaki kurşun bileşikleri çözündükçe, tozla gelen kurşun bileşiklerinin dönüşümüyle birlikte daha karmaşık fiziksel ve kimyasal işlemler (özellikle iyon difüzyon işlemleri) devreye girer.
Kurşunun hem dikey hem de yatay olarak hareket ettiği ve ikinci sürecin birinciye üstün geldiği tespit edilmiştir. Karışık otlu bir çayırda 3 yıl boyunca yapılan gözlemlerde, toprak yüzeyine lokal olarak uygulanan kurşun tozu yatay olarak 25-35 cm hareket etmiş, toprak kalınlığına nüfuz etme derinliği ise 10-15 cm olmuştur. Biyolojik faktörler önemli rol oynamaktadır. kurşunun göçünde: bitki kökleri iyon metallerini emer; büyüme mevsimi boyunca toprakta hareket ederler; Bitkiler öldüğünde ve ayrıştığında, çevredeki toprak kütlesine kurşun salınır.
Toprağın, içine giren teknojenik kurşunu bağlama (emme) yeteneğine sahip olduğu bilinmektedir. Emilimin birkaç süreci içerdiğine inanılmaktadır: toprak emici kompleksin katyonları ile tam değişim (spesifik olmayan adsorpsiyon) ve toprak bileşenlerinin donörleri ile kurşun kompleksinin bir dizi reaksiyonu (spesifik adsorpsiyon). Toprakta kurşun esas olarak organik madde ile birlikte kil mineralleri, manganez oksitler, demir ve alüminyum hidroksitlerle de ilişkilidir. Humus, kurşunu bağlayarak komşu ortamlara geçişini engeller ve bitkilere girişini sınırlar. Kil minerallerinden illitler, kurşunu absorbe etme eğilimi ile karakterize edilir. Kireçleme sırasında toprak pH'ındaki artış, az çözünen bileşiklerin (hidroksitler, karbonatlar vb.) oluşması nedeniyle toprakta kurşunun daha da fazla bağlanmasına yol açar.
Toprakta hareketli formda bulunan kurşun, zamanla toprak bileşenleri tarafından sabitlenir ve bitkiler tarafından erişilemez hale gelir. Yerli araştırmacılara göre kurşun en çok çernozem ve turba-silt topraklarında sabitlenir.
Kadmiyum (Cd) Kadmiyumun onu diğer HM'lerden ayıran özelliği, toprak çözeltisinde esas olarak katyonlar (Cd 2+) formunda bulunması, ancak nötr reaksiyon ortamına sahip toprakta az miktarda çözünebilir hale gelebilmesidir. sülfatlar ve fosfatlar veya hidroksitlerle kompleksler.
Mevcut verilere göre, arka plan topraklarının toprak çözeltilerindeki kadmiyum konsantrasyonu 0,2 ila 6 μg/l arasında değişmektedir. Toprak kirliliğinin olduğu bölgelerde 300-400 µg/l'ye çıkar. .
Topraktaki kadmiyumun çok hareketli olduğu bilinmektedir. büyük miktarlarda katı fazdan sıvı faza ve geri dönüş yeteneğine sahiptir (bu da tesise girişinin tahmin edilmesini zorlaştırır). Toprak çözeltisindeki kadmiyum konsantrasyonunu düzenleyen mekanizmalar, sorpsiyon süreçleriyle belirlenir (sorpsiyon ile adsorpsiyonun kendisini, çökelmeyi ve kompleksleşmeyi kastediyoruz). Kadmiyum toprak tarafından diğer HM'lere göre daha küçük miktarlarda emilir. Ağır metallerin topraktaki hareketliliğini karakterize etmek için katı fazdaki metal konsantrasyonlarının denge çözeltisindeki metal konsantrasyonlarına oranı kullanılır. Bu oranın yüksek değerleri, ağır metallerin sorpsiyon reaksiyonu nedeniyle katı fazda tutulduğunu, düşük değerler ise metallerin çözelti içinde olması nedeniyle başka ortamlara geçebilecekleri veya içine girebilecekleri anlamına gelir. çeşitli reaksiyonlar (jeokimyasal veya biyolojik). Kadmiyumun bağlanmasında en önemli prosesin kil tarafından adsorpsiyon olduğu bilinmektedir. Son yıllarda yapılan araştırmalar da bu süreçte hidroksil gruplarının, demir oksitlerin ve organik maddenin önemli rolünü ortaya koymuştur. Kirlilik düzeyi düşük olduğunda ve çevrenin reaksiyonu nötr olduğunda kadmiyum esas olarak demir oksitler tarafından adsorbe edilir. Asidik bir ortamda (pH=5) organik madde güçlü bir adsorban görevi görmeye başlar. Daha düşük pH değerlerinde (pH=4), adsorpsiyon fonksiyonları neredeyse tamamen organik maddeye kayar. Mineral bileşenler bu süreçlerde herhangi bir rol oynamayı bırakır.
Kadmiyumun yalnızca toprak yüzeyi tarafından absorbe edilmediği, aynı zamanda çökelme, pıhtılaşma ve kil mineralleri tarafından paketler arası emilim nedeniyle sabitlendiği de bilinmektedir. Toprak parçacıklarının içine mikro gözenekler ve diğer yollarla yayılır.
Kadmiyum farklı toprak türlerinde farklı şekilde sabitlenir. Toprak emici kompleksteki sorpsiyon süreçlerinde kadmiyumun diğer metallerle rekabetçi ilişkileri hakkında şimdiye kadar çok az şey biliniyor. Kopenhag Teknik Üniversitesi'nden (Danimarka) uzmanların yaptığı araştırmaya göre nikel, kobalt ve çinko varlığında kadmiyumun toprak tarafından emilimi bastırıldı. Diğer çalışmalar, kadmiyumun toprak tarafından soğurulması işlemlerinin, klor iyonlarının varlığında sönümlendiğini göstermiştir. Toprağın Ca2+ iyonlarıyla doygunluğu kadmiyum emiliminin artmasına neden olmuştur. Kadmiyumun toprak bileşenleriyle olan bağlarının çoğu, belirli koşullar altında (örneğin, ortamın asidik reaksiyonu) kırılgan hale gelir, serbest bırakılır ve çözeltiye geri döner.
Kadmiyumun çözünmesi ve hareketli duruma geçiş sürecinde mikroorganizmaların rolü ortaya çıkmıştır. Yaşamsal aktivitelerinin bir sonucu olarak, ya suda çözünür metal kompleksleri oluşur ya da kadmiyumun katı fazdan sıvı faza geçişi için uygun fizikokimyasal koşullar yaratılır.
Toprakta kadmiyum ile meydana gelen süreçler (sorpsiyon-desorpsiyon, çözeltiye geçiş vb.) birbiriyle bağlantılı ve birbirine bağımlıdır; bu metalin bitkilere sağlanması bunların yönüne, yoğunluğuna ve derinliğine bağlıdır. Kadmiyumun toprak tarafından emilme miktarının pH değerine bağlı olduğu bilinmektedir: Toprağın pH'ı ne kadar yüksek olursa, o kadar fazla kadmiyum emer. Böylece, mevcut verilere göre, pH 4 ila 7,7 aralığında, pH'ın bir birim artmasıyla toprakların kadmiyuma göre emme kapasitesi yaklaşık üç kat arttı.
Çinko (Zn). Çinko eksikliği hem asidik, yüksek oranda podzolize edilmiş hafif topraklarda hem de karbonatlı, çinko bakımından fakir topraklarda ve humus bakımından oldukça zengin topraklarda kendini gösterebilir. Çinko eksikliğinin tezahürü, yüksek dozda fosforlu gübrelerin kullanılması ve alt toprağın ekilebilir ufka kadar güçlü bir şekilde sürülmesiyle arttırılır.
En yüksek brüt çinko içeriği tundra (53-76 mg/kg) ve chernozem (24-90 mg/kg) topraklarında, en düşük ise çimenli-podzolik topraklarda (20-67 mg/kg) bulunur. Çinko eksikliği çoğunlukla nötr ve hafif alkali karbonatlı topraklarda görülür. Asitli topraklarda çinko daha hareketlidir ve bitkiler tarafından kullanılabilir.
Toprakta çinko, asidik ortamda katyon değişim mekanizmasıyla veya alkali ortamda kimyasal adsorpsiyonun sonucu olarak adsorbe edildiği iyonik formda bulunur. En hareketli iyon Zn 2+'dır. Çinkonun topraktaki hareketliliği temel olarak pH ve kil minerallerinin içeriğinden etkilenir. pH'ta<6 подвижность Zn 2+ возрастает, что приводит к его выщелачиванию. Попадая в межпакетные пространства кристаллической решетки монтмориллонита, ионы цинка теряют свою подвижность. Кроме того, цинк образует устойчивые формы с органическим веществом почвы, поэтому он накапливается в основном в горизонтах почв с высоким содержанием гумуса и в торфе .
