Изучение влияния соединений тяжёлых металлов на почву и растения на примере соединений кадмия и (стр. 7 из 9)
Приготовление раствора 1 н. HNO3
В коническую колбу из термостойкого стекла вместимостью 1000см3 наливают 900 см3 бидистиллированной воды и приливают к ней 62 см3 азотной кислоты плотностью 1,42 г/см3, осторожно помешивая раствор, доводят до метки водой, а затем полученный раствор охлаждают до комнатной температуры.
3 Экспериментальная часть
3.1 Агрохимические характеристики почв
Проведён химический анализ почв для выявления агрохимических показателей почвы с использованием методик 2.2-2.5. Данные представлены в таблице 4.
На основе этих данных можно сделать вывод, что исследуемая почва относится к выщелоченным чернозёмам, характеризующиеся содержанием гумуса 6-8%.
В чернозёмах высока доля содержания гумуса. Известно, что гумус -это депо для тяжёлых металлов. Особенно высока комплексообразующая способность гумусовых веществ по отношению к Cu(II), Cd(II) и Pb(II).
Тяжёлые металлы вносили в почву в виде солей азотнокислого кадмия и уксуснокислого свинца, из расчета на элемент в ПДК: кадмий – 3мг/кг и свинец – 1мг/кг[4]. Данные химического анализа после эксперимента представлены в таблицах 5 и 6.
Из этих данных видно, что тяжёлые металлы оказывают значительное влияние на основные агрохимические характеристики: содержание Са2+, Мg2+, рН водной вытяжки, суммы поглощённых оснований.
Таблица 4
Агрохимические характеристики образцов почвы пригородной зоны
г. Минусинска
| Содержа-ние гумуса, % | Жёсткость водной вытяжки, ммоль/100г | Сумма погло-щённых основа-ний, ммоль/100г | Гидролитическая кислот-ность, ммоль/100г | Обменная кислот-ность, ммоль/100г | рН | |
| Значение показателя | 6,5 | 1,68 | 46 | 0,27 | 0,01 | 7,36 |
Обменная кислотность остаётся неизменной при внесении ТМ, а гидролитическая кислотность изменяется незначительно: только при внесении ионов Pb (II) в контрольный образец почвы гидролитическая кислотность возросла на 0,19 ммоль/100 г, а в случае с Cd (II) – на 0,47 ммоль/100 г. Это указывает на вытеснение ионов Al3+, Fe3+ из почвенного поглотительного комплекса ионами Cd (II) и Pb (II) и усилением процессов гидролиза.
Известкование является эффективным приёмом в снижении содержания подвижных форм ТМ в почве, т. к. способствует их детоксикации, а высокое содержание в почвенном растворе водорастворимых органических соединений приводит к повышению миграционной способности металлов благодаря образованию устойчивых органоминеральных комплексов. В их составе металлы могут транспортироваться за пределы почвенного профиля.
Использование ацетата натрия приводит к тому, что рН среды повышается и в условиях подщелачивания ионы металлов становятся очень подвижными, при этом снижается общее количество гумуса.
Очень важной агрономической характеристикой почвы является кислотность. Как правило, чернозёмы обладают нейтральной реакцией с небольшими отклонениями в ту или другую сторону. В нашем случае обменная кислотность не изменяется и остаётся постоянной, т. к. для чернозёмов она менее характерна. Чаще всего приходится встречаться с гидролитической кислотностью, которая свойственна большинству почв. Её необходимо определять для установления дозы извести и возможности эффективного применения фосфоритной муки.
Кроме того, для характеристики почвы важно знать не только абсолютное значение кислотности, т. е. общее количество поглощённых ионов водорода, но и соотношение между ними и другими поглощёнными катионами – Са2+, Mg2+, Na+, K+ и другие. Величина степени насыщенности основаниями – важный показатель для характеристики степени кислотности почвы, её учитывают при определении нуждаемости почв в известковании.
В модельном эксперименте значение суммы поглощённых оснований в разных вариантах колеблется от 44,7 до 46,8 ммоль/100 г в сравнении с почвой – контролем, что свидетельствует о незначительной потребности почвы в известковании.
Таблица 5
Изменение агрохимических показателей почвы после внесения соли Pb(II) в разных концентрациях.
| вариант | гумус, % | Жёсткость, ммоль/100г | Сумма поглощённых оснований, ммоль/100г | Гидролити-ческая кислотн., ммоль/100г | Обменная кислотн., ммоль/100г | |||
| ПДК (Pb(II)) = 20 мг/кг | ||||||||
| Фон+Pb2++ биогумус | 9,2 | 0,39 | 45,4 | 0,25 | 0,01 | |||
| Фон+Pb2++ известь | 8,1 | 12,35 | 46,4 | 0,25 | 0,01 | |||
| Фон+ Pb2+ +СН3СООNa | 5,9 | 2,34 | 45,4 | 0,29 | 0,01 | |||
| ПДК (Pb(II)) =60 мг/кг | ||||||||
| Фон+ Pb2+ +биогумус | 9,7 | 0,36 | 46,8 | <0,23 | 0,01 | |||
| Фон+ Pb2+ + известь | 8,5 | 1.53 | 46,4 | <0,23 | 0,01 | |||
| Фон+ Pb2+ +СН3СООNa | 5,5 | 2,36 | 45,4 | 0,27 | 0,01 | |||
| Почва – контроль | ||||||||
| Почва | 6,5 | 1,68 | 46 | 0,27 | 0,01 | |||
Таблица 6
Изменение агрохимических показателей почвы после внесения соли Cd(II) в разных концентрациях
| вариант | Гумус , % | Жёсткость, ммоль/100г | Сумма поглощённых оснований, ммоль/100г | Гидролити-ческая кислотн., ммоль/100г | Обменная кислотн., ммоль/100г | ||
| ПДК (Cd (II)) = 20 мг/кг | |||||||
| Фон+ Cd2++ биогумус | 8,4 | 0,39 | 45,37 | 0,25 | 0,01 | ||
| Фон+ Cd 2++ известь | 7,9 | 10,24 | 45,56 | 0,25 | 0,01 | ||
| Фон+ Cd 2+ +СН3СООNa | 4,9 | 2,34 | 44,7 | 0,29 | 0,01 | ||
| ПДК (Cd (II)) =60 мг/кг | |||||||
| Фон+ Cd 2+ + биогумус | 8,6 | 0,37 | 45,3 | <0,23 | 0,01 | ||
| Фон+ Cd 2+ + известь | 8,5 | 2,87 | 46,4 | <0,23 | 0,01 | ||
| Фон+ Cd 2+ +СН3СООNa | 4,7 | 2,41 | 44,76 | 0,27 | 0,01 | ||
| Почва – контроль | |||||||
| Почва | 6,5 | 1,68 | 46 | 0,27 | 0,01 | ||
3.2 Изучение подвижности соединений Pb2+ и Cd2+ в почвах
В работе решалась задача изучения степени подвижности ионов свинца (II) и кадмия (II) и, в частности, выявление доли кислоторастворимых форм ТМ в системе «почва-растение». Экспериментальные данные изучения подвижности ионов Pb (II), Cd (II) под влиянием различных концентраций их в почве и почвенном растворе в зависимости от кислотности почвы проводились с использованием солей Cd(NO3)2 и Pb(CH3COO)2.
Ионы металлов вводили в почву в количествах, кратных 20 ПДК и 60 ПДК (ПДК Cd (II) = 3 мг/кг [18], ПДК Pb (II) = 1 мг/кг [13]) по схеме:
1. контроль (почва-фон)
2. фон + ТМ (Pb 2+ /Cd 2+) + биогумус
3. фон + ТМ (Pb 2+ /Cd 2+) +известь
4. фон + ТМ (Pb 2+ /Cd 2+) + ацетат натрия
Опыты были заложены в сосудах без дна размером 10*15*40 см.
После выращивания биокультуры в течение 30 суток почву подвергали химическому анализу на содержание валовых и подвижных форм Pb (II), Cd (II) методом атомно-абсорционной спектроскопии (методика 2.6.) с целью определения доли поглощения ТМ. Результаты представлены в таблицах 7, 8 и на диаграммах 1-4.
Таблица 7
Содержание валовых форм Pb (II), Cd (II), мг/кг в почве Минусинского района
| Исследуемая система | С иона (валовое), мг/кг почвы, 5 н. HNO3 | |||
| Pb 2+ | pH | Cd 2+ | pH | |
| 1. почва-фон | 8,69 | 7,36 | 0,323 | 7,36 |
| 2. почва + Ме 2+ | 0,181 | 6,62 | 33,404 | 6,90 |
| 3. почва + Ме 2+ + СН3СOONa | 1,554 | 9,30 | 15,650 | 9,65 |
| 4. почва + Ме 2++ биогумус | 0,386 | 6,71 | 29,645 | 7,00 |
| 5. почва + Ме 2+ + известь | 0,320 | 7,34 | 22,034 | 7,12 |
Таблица 8
Содержание подвижных форм Pb (II), Cd (II), мг/кг в почве Минусинского района.
| Исследуемая система | С иона (подвижное), мг/кг почвы, | |||
| 1 н. HNO3 | 1 н. СН3СOONН4 | |||
| Pb 2+ | Cd 2+ | Pb 2+ | Cd 2+ | |
| 1. почва-фон | 6,43 | 0,250 | 2,91 | 0,079 |
| 2. почва + Ме 2+ | 0,183 | 27,755 | 0,097 | 25,128 |
| 3. почва + Ме 2+ + СН3СOONa | 1,832 | 10,350 | 0,780 | 5,983 |
| 4. почва + Ме 2++ биогумус | 0,171 | 9,332 | 0,077 | 8,309 |
| 5. почва + Ме 2+ + известь | 0,222 | 19,543 | 0,146 | 7,864 |
Рис. 1. Валовое содержание кадмия (II), мг/кг
Рис.2. Валовое содержание свинца (II), мг/кг
Условные обозначения к рисункам 7-8:
1- почва + Ме2+
2- почва + Ме2+ + СН3СООNa
3- почва + Ме2+ + биогумус
4- почва + Ме2+ + известь
Рис. 3. Содержание подвижных форм кадмия в почве (экстр. 1 н. СН3СООNН4), мг/кг почвы
Рис.4.Содержание подвижных форм свинца в почве (экстр. 1 н. СН3СООNН4), мг/кг почвы