Взаимосвязь свойств почв и состояния в них тяжелых металловНИР

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2013 г.-31 декабря 2013 г. разработка методик для выявления взаимосвязи свойств почв и состояния в них тяжелых металлов
Результаты этапа: Научные исследования коллектива в 2013 году проводились в разных направлениях: методических, аналитических, экологических, теоретических. В ходе методических работ выявлено влияние на результаты ионообменной хроматографии почвенных вытяжек из почв вида используемой смолы, насыщающих смолу ионов, кислотно-основных условий, последовательности пропускания через смолу анализируемых растворов. На этой основе разработана методика определения соединений металлов в растворах методом ионообменной хроматографии. Дана оценка эффективности метода электродиализа, методов потенциометрического и кондуктометрического титрования для анализа взаимодействия ионов металлов с водорастворимыми органическими веществами. Установлено соответствие результатов анализа соединений Cu, Zn, Pb в почвах незагрязненных и загрязненных металлами, полученных методом рентгеновской спектроскопии XANES и их экстракционного фракционирования. С помощью молекулярно-структурного анализа выявлены позиции, занимаемые ионами Cu, Zn, Pb в структуре удерживающих их органических и минеральных компонентов. Установлены особенности миграции ионов металлов в динамических лабораторных условиях в зависимости от состояния анализируемого образца почвы: растертого или монолитного. На основе результатов методических испытаний в статических и динамических условиях лабораторных опытов определены показатели поглотительной и миграционной способности металлов в ряду исследуемых почв. Предложены показатели экологического состояния почв, основанные на фракционно-групповом составе соединений тяжелых металлов в почвах: коэффициент подвижности ТМ и коэффициент стабильности почв по отношению к ТМ. На примере черноземов Ростовской области показана информативность названных показателей при оценке экологического состояния почв. Установлено повышение подвижности металлов при загрязнении ими почв и понижение ее при внесении в почвы мелиорантов.
2 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. Исследование почвенных процессов взаимодействия металлов и органических веществ
Результаты этапа: Работы 2014 года включали методические и аналитические исследования, экологические, почвенно-химические, ландшафтно-геохимические теоретические обобщения. В продолжение методических работ, начатых в прошлом году, усовершенствована, обобщена и апробирована методика определения соединений металлов в почвенных растворах методом ионообменной хроматографии. По этой методике определен состав водорастворимых соединений меди и цинка в подзолистой почве и в черноземе. Выявлены особенности их состава, влияние концентрации металлов и количества органических веществ на водорастворимые соединения металлов. Поставлена серия лабораторных и полевых опытов с искусственным загрязнением почв медью и оценкой влияния на состояние металла гуминового препарата «Экстра». На почве со слабощелочной реакцией внесение гуминового препарата не вызвало изменений ни сорбционной способности почвы в отношении меди, ни миграционной способности меди, что обусловлено высокой величиной рН. На слабокислой почве выявлено снижение сорбционной способности почвы по отношению к меди и повышение миграционной способности металла в почве при применении гуминового препарата в виде гумата калия. Дана характеристика информативности показателей состава соединений тяжелых металлов в почвах, определенных методами экстракционного фракционирования, для оценки экологического состояния ландшафта. На примере черноземов Ростовской области установлено соответствие состава соединений Cu, Zn в черноземных почвах, определенного методом рентгеновской спектроскопии и их экстракционного фракционирования. Предложены показатели экологического состояния почв, основанные на фракционно-групповом составе соединений тяжелых металлов в почвах: коэффициент подвижности ТМ и коэффициент стабильности почв по отношению к ТМ. Сформулировано положение о реальной и потенциальной опасности загрязнения почв тяжелыми металлами, опирающееся на показатели состава соединений металлов в почвах. Реальную опасность представляют подвижные соединения металлов, непрочно связанные с почвенными компонентами. Результаты, полученные при выполнении проекта, могут быть применены для разработки прогноза экологических последствий загрязнения почв металлами, для обеспечения эффективной защиты биосферы от последствий загрязнения ее тяжелыми металлами, для контроля состояния загрязненных почв и их реабилитации.
3 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Выявление взаимосвязи свойств почв и состояния в них тяжелых металлов
Результаты этапа: Исследованы закономерности процессов взаимодействия ионов металлов с растворенными органическими веществами почв таежной зоны с различными свойствами, выявлено влияние этих процессов на кислотно-основные свойства водных вытяжек из почв. Доказано, что процессы взаимодействия ионов металлов с веществами в жидких фазах - это саморегулирующийся процесс, характеризующийся прямыми и обратными связями. Комплексообразование ионов металлов с водорастворимыми органическими веществами почв с разными свойствами проявляет себя и как фактор, влияющий на кислотность раствора, и как процесс, зависимый от кислотности почв. Выявлены закономерности комплексообразования ионов металлов с водорастворимыми органическими веществами исследуемых почв, установлены факторы, влияющие на этот процесс. Установлено изменение свойств водорастворимых органических веществ под действием ионов меди, взаимодействующих с ними. Выявлены изменения свойств растворимых органических веществ под действием ионов меди. Предполагается разрушение комплексов растворимых органических веществ с железом и алюминием и замещение их комплексами с ионами меди. Выполнены исследования форм соединений металлов свинца в черноземных почвах Ростовской области, искусственно загрязненных высокими дозами оксида и нитрата свинца, с использованием двух методов: традиционного метода экстракционного фракционирования соединений металлов (Tessier, 1979) и новейшего метода околопороговой (вблизи края поглощения) тонкой структуры рентгеновских спектров поглощения XANES (Tan et al., 2006;Funasaka et al., 2008). Данные по химическому экстракционному фракционированию показали, что среди непрочно связанных форм свинца увеличивается относительное содержание обменных и комплексных форм. Преимущественный вклад в прочную фиксацию Pb в загрязненных почвах вносят соединения, связанные с органическим веществом (около 70% ). Анализ XANES спектров свинца в исходных соединениях PbO и Pb(NO3)2 и в почвенных образцах показал, что при внесении в почву свинца ионы металла изменяют ближнее окружение. Наблюдается «размытость» спектральных особенностей на спектрах почвенных образцов, насыщенных нитратом свинца, что означает, согласно правилу Натоли, увеличение длины связи металла с лигандами. Адсорбированные ионы Pb в исследуемой почве образуют многочисленные внутрисферные комплексы. Соотношение внешнесферных и внутрисферных комплексов свинца зависит от ионной силы и рН среды. Продолжены исследования влияния внесения гуминового препарата на состояния меди в загрязненной металлом почве. Показано, что внесение меди в верхний горизонт почвы, со слабокислой реакцией, приводит к снижению значению рН водной вытяжки. Процесс подкисления сопровождается уменьшением содержания водорастворимых органических веществ. Внесение гумата калия смягчает эффект подкисления, и приводит к увеличению содержания водорастворимых органических веществ в 2 раза. Несмотря на высокую дозу внесения меди в почву (1000 мг/кг), в водной вытяжке её содержание оказывается ниже величины ПДК металла для питьевых вод. В варианте с внесением гумата калия концентрация меди возрастает в 3 раза до уровня ПДК (~1 мг/л), но при этом содержание свободных ионов Cu2+ ничтожно мало. То, что почти вся медь в водной вытяжке этого варианта опыта связана в комплексы с органическими веществами подтверждают и результаты полученные методом ионной хроматографии: около 94 % меди сорбируется анионообменной смолой. Чуть ниже этот процент (~90) - в контрольном варианте, и до 80 % снижается для варианта с внесением меди без гуминового препарата. Т.е. внесение гумата калия в загрязненную медью почву может оказывать двоякий эффект. С одной стороны, оно увеличивает общее содержание водорастворимой меди, что усиливает их потенциальную миграционную способность. С другой стороны, оно увеличивает долю металлов, связанных с водорастворимыми органическими веществами, что ослабляет его токсическое действие на биоту.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".