Влияние некоторых минералов и горных пород на процесс детоксикации мышьяка в почве

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации Россельхозакадемии

Влияние некоторых минералов и горных пород на процесс детоксикации мышьяка в почве

Л.В. Кирейчева, доктор технических наук, профессор

Л.И. Московкина

При попадании в почвенный слой часть мышьяка трансформируется при взаимодействии с веществами и минералами, входящими в состав почвы. Реальную угрозу для экосистем представляет не валовое содержание мышьяка, а его содержание в подвижной форме. Природные сорбенты способны в значительной мере трансформировать мышьяк в малоподвижные формы, ограничивая его доступность для растений.

Негативное антропогенное воздействие на экосистемы создает угрозу не только природной среде, но и здоровью самого человека, особенно когда речь идет о химическом загрязнении агроэкосистем. Отрицательное воздействие на здоровье человека происходит, если на загрязненных почвах выращиваются употребляемые в пищу, сельскохозяйственные культуры или же кормовые культуры, в этом случае токсичные загрязнители попадают в организм человека по цепям питания при употреблении им молока и мяса. Одним из наиболее опасных загрязнителей является мышьяк. Органами-мишенями при избыточном содержании мышьяка в организме являются костный мозг, желудочно-кишечный тракт, кожа, легкие и почки. Хроническая интоксикация наблюдается при потреблении 1-5 мг в сутки. Поступая из желудочно-кишечного тракта, мышьяк и различные мышьяковистые соединения быстро поглощаются тканями организма, особенно печенью. Токсическое действие мышьяка связано с нарушением им окислительных процессов в тканях вследствие блокады ряда ферментных систем организма. Наиболее быстро под влиянием мышьяка разрушается нервная ткань [1].

В настоящее время пахотные земли ряда областей РФ подвержены загрязнению мышьяком. Пахотные земли с содержанием мышьяка в концентрациях выше ПДК находятся в Читинской и Астраханской областях, Краснодарском крае, Республике Адыгее, Липецкой, Вологодской, Архангельской областях, Республике Коми, Агинском и Бурятском автономных округах [2].Наличие мышьяка в пахотных землях в пределах ПДК наблюдается на территории Карачаево-Черкесской Республики, Ставропольского края, Республики Калмыкии, Волгоградской, Саратовской, Самарской, Сахалинской Оренбургской, Курганской и Омской областей, Алтайского и Красноярского края, Республики Бурятии[2]. По данным на 01.01.2000 г. в России площадь пахотных земель с катастрофическим уровнем загрязнения мышьяком составляет 0,4 % от общей площади загрязненных земель, с чрезвычайным уровнем - 9,0 %, с удовлетворительным - 90,1 %. Наиболее загрязнены почвы Республики Коми (29,6% пахотных земель), Краснодарского края (18,0 %), Читинской области (23,0%), Липецкой области (9,5%), Вологодской области (8,7 %), Астраханской области (7,35%), Архангельской области (5,41%).

Антропогенными источниками загрязнения почвы мышьяком являются: пестициды; десиканты; пищевые добавки в птицеводстве и медикаменты; уголь и нефть; рудничные и металлургические отходы; моющие средства. детоксикация мышьяк почва миграционный

Основная цель настоящих исследований состояла в разработке методов снижения миграционной способности мышьяка, т.е. перевод его подвижных форм в неподвижные с использованием минералов и горных пород, обладающих сорбционными свойствами.

Для оценки влияния отдельных минералов и горных пород на иммобилизацию мышьяка был проведен следующий опыт: в искусственно загрязненную мышьяком почву вносились сорбенты из расчета 10 т/га и после стабилизации почвенного раствора определялось содержание мышьяка в подвижной форме на спектрометре серии «Спектроскан». Наилучший сорбент определялся в варианте с наименьшим количеством подвижных форм мышьяка. Опыт был проведен в 2 серии. Повторность 3-х кратная. В 1 серии было исследовано действие диатомита, цеолита, сапропеля и СОРБЭКСа, после были проведены 2 вегетационных опыта, которые показали необходимость исследования большего числа природных материалов, как следствие, была проведена 2 серия опыта.

В качестве природных веществ на основании анализа литературных данных нами были выбраны следующие вещества: цеолит (месторождение Хотынец, Орловской обл.), карбонатный сапропель (оз. Неро Ярославской обл.), диатомит (Инзенское месторождение, Ульяновская обл.), вермикулит (Ковдорское месторождение, Мурманская обл.), голубая глина (с. Высокое, Рязанская обл.), красная глина (с. Ровное, Рязанская обл.), СОРБЭКС (состоит из 65 % карбонатного сапропеля оз. Неро, 25 % цеолита и 10 % сульфата алюминия), торф (торфяник Марьино-Ласково Рязанской обл.), сапропель, обработанный Fe3+, диатомит, обработанный Fe3+, торф, обработанный Fe3+. Химический состав приведен в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты химического анализа сорбентов (мг/кг)

Для возможности сравнения результатов, полученные данные переведены в проценты снижения подвижных форм мышьяка и приведены в таблице 2.

Наилучшим сорбентом показал себя сапропель, так как после взаимодействия с ним выявлено достоверно наименьшее количество подвижных форм мышьяка. Сапропель включает в себя органические и минеральные компоненты, которые образуют органоминеральный комплекс, это способствует переводу мышьяка в малоподвижные формы, уменьшая при этом его поглощение растениями, что подтверждается исследованиями других авторов [3].

Таблица 2 - Содержание подвижных форм мышьяка после взаимодействия с сорбентами

Миграцию мышьяка в системе «почва - растение» и отношение растений к накоплению мышьяка изучали в вегетационном опыте. Для его проведения из сельскохозяйственных растений нами в качестве тест-культуры был выбран редис сорта «Жара», в качестве сорбентов были выбраны сапропель и диатомит. Исследования проводились на аллювиальных почвах, которые широко применяются для выращивания овощных и кормовых культур. Почва искусственно загрязнялась мышьяком (раствором Na2AsO3) до концентрации 20 (2ОДК), 40 (4ОДК) и 80 (8ОДК) мг/кг. Контролем являлась исходная почва без сорбента, а также загрязненная почва без сорбента (для каждого уровня загрязнения). Сорбенты вносили из расчета 10 т/га. Повторность опытов 3-кратная.

По окончании опыта были определены вес сырой массы растений в каждом сосуде и среднее содержание мышьяка в наземной и корневой части растения по каждому варианту. В массе растений не выявлено существенных различий, но по количеству накопленного в биомассе мышьяка варианты имеют существенную разницу, которая наиболее четко просматривается на максимальной концентрации (80 мг/кг) (рис. 1).

Сапропель снизил содержание мышьяка в корнеплодах редиса в 1,3 раза, в зеленой массе - в 1,4 раза. В тех вегетационных сосудах, где был применен диатомит, содержание мышьяка, напротив, было большим по сравнению с вариантом с аналогичным уровнем загрязнения без внесения сорбентов как в корнеплодах, так и в зеленой массе.

Механизм действия сапропеля включает в себя несколько физико-химических процессов связывания мышьяка: абсорбцию, хемосорбцию (образование соединений, в которых мышьяк в малоподвижной форме), замещение в почвенно-поглощающем комплексе арсенатов на нетоксичные ионы.

Рис. 1 - Содержание мышьяка в фитомассе редиса при уровне

загрязнения 80 мг/кг

Все эти процессы в совокупности переводят часть внесенного мышьяка в малоподвижную форму. Действие диатомита характеризуется лишь механической сорбцией, которая в данном случае оказалась недейственной из-за несоответствия радиуса ионов арсенатов и размеров пор сорбента (поры диатомита значительно больше и не задерживают ионы мышьяка) [4].

На следующем этапе был заложен вегетационный опыт с яровым овсом сорта «Борец». В качестве сорбентов в котором использовались сапропель и сапропель, обработанный Fe3+. Схема опыта и методика проведения аналогична первому вегетационному опыту.

В конце опыта были определены вес сырой и сухой массы растений для наземной и корневой части отдельно в каждом сосуде и среднее содержание мышьяка в наземной и корневой части растения по каждому варианту. Масса сырого вещества в вариантах с использованием сапропеля выше, чем в вариантах с использованием сапропеля, обработанного Fe3+. Наибольшая масса и в корневой, и в наземной части растения при применении в качестве сорбента сапропеля, при применении сапропеля, обработанного Fe3+ масса несколько ниже, минимальная масса при этом уровне загрязнения почвы в варианте без использования сорбентов.

По количеству накопленного в зеленой массе мышьяка варианты имеют существенную разницу, которая наиболее четко просматривается при максимальной концентрации (80 мг/кг), внесение сапропеля на данном уровне загрязнения позволило снизить содержание мышьяка в 1,5 раза, а сапропеля, обработанного Fe3+ в 1,9 раза. В корневой части содержание мышьяка при уровне загрязнения 80 мг/кг примерно одинаково как в варианте без внесения сорбента, так и в вариантах с внесением сорбентов.

Таким образом, в результате проведенных исследований было выявлено, что при внесении в почву минералов и горных пород наблюдается снижение подвижных форм мышьяка в почве. Наиболее существенный результат получен при внесении карбонатного сапропеля озера Неро. По сравнению с контролем содержание подвижных форм уменьшилось на 63%. Все исследуемые вещества по эффективности их воздействия можно расположить в следующий ряд: сапропель - диатомит+Fe3+ - вермикулит - голубая глина - красная глина - СОРБЕКС - сапропель+Fe3+ - диатомит - торф+Fe3+ - торф - вермикулит+Fe3+ - цеолит.

Библиографический список

1. Материалы сайта http://medicinform.net/

2. Агроэкологическая характеристика пахотных почв Российской Федерации по содержанию тяжелых металлов, мышьяка и фтора (по состоянию на 01.01.2000 г.). - М.; Агроконсалт, 2002. - 30 с.

3. Кирейчева Л.В., Хохлова О.Б. Изучение эффективности природных сорбентов для иммобилизации мышьяка в почве//Агрохимический вестник. - 2009. - №2. - с. 16-18.

4. Кужварт М. Неметаллические полезные ископаемые. М., 1986. - 60 с.

Размещено на Allbest.ru