IN momentan Für eine nahezu identische Gruppe chemischer Elemente werden häufig zwei unterschiedliche Begriffe verwendet: Spurenelemente und Schwermetalle.

Mikroelemente sind ein Konzept, das seinen Ursprung in der Geochemie hat und heute in den Agrarwissenschaften, der Medizin, der Toxikologie und der Hygiene aktiv eingesetzt wird. Es bezeichnet eine Gruppe chemischer Elemente, die in vorkommen natürliche Objekte in sehr geringen Mengen – weniger als 0,01 %, normalerweise 10 –3 –10 –12 %. Formal basiert die Identifizierung auf ihrer Verbreitung in der Natur, die für verschiedene natürliche Umgebungen und Objekte (Lithosphäre, Pedosphäre, Bodensedimente, Hydrosphäre, Pflanzen, Tiere usw.) erheblich variiert.

Der Begriff „Schwermetalle“ spiegelt weitgehend die Auswirkungen von Umweltverschmutzung und die toxische Wirkung von Elementen wider, wenn sie in die Biota gelangen. Der Begriff ist der Fachliteratur entlehnt und bezeichnet dort chemische Elemente mit einer Dichte von mehr als 5 g/cm 3 . Basierend auf diesem Indikator sollten 43 der 84 in der Zusammensetzung enthaltenen Metalle als schwer angesehen werden. Periodensystem Mendelejews Elemente. Allerdings ist mit dieser Interpretation diese Definition fallen nicht Be – 1,85 g/cm 3, Al – 2,7, Sc – 3,0, Ti – 4,6, Rb – 1,5, Sr – 2,6, Y – 4,5, Cs – 1,9, Ba – 3,8 g/cm 3, was auch möglich ist in zu hohen Konzentrationen gefährlich sein. Die Notwendigkeit, leichte toxische Metalle in diese Gruppe aufzunehmen, wurde durch eine Änderung der Auswahlkriterien erreicht, als Elemente mit einer Atommasse von mehr als 40 in diese Gruppe aufgenommen wurden. Mit diesem Ansatz wurden nur Be und Al nicht in diese Gruppe aufgenommen .

Daher ist es durchaus sinnvoll, eine große Gruppe giftiger chemischer Elemente, einschließlich Nichtmetalle, in die moderne Interpretation des Begriffs „Schwermetalle“ einzubeziehen.

Insgesamt gibt es über 40 Schwermetalle. Pb, Cd, Zn, Hg, As und Cu gelten als vorrangige Schadstoffe, da ihre technogene Anreicherung in der Umwelt sehr schnell erfolgt. Diese Elemente haben eine hohe Affinität zu physiologisch wichtigen organischen Verbindungen. Ihre übermäßigen Mengen im Körper von Lebewesen stören sämtliche Stoffwechselvorgänge und führen zu schweren Erkrankungen bei Mensch und Tier. Gleichzeitig werden viele ihrer Elemente (Co, Cu, Zn, Se, Mn) in der volkswirtschaftlichen Produktion (insbesondere in der Landwirtschaft, Medizin usw.) häufig unter der Bezeichnung Mikroelemente verwendet, wie oben erläutert.

Chrom (Cr). Der Gehalt des Elements im Boden hängt von seinem Gehalt im Ausgangsgestein ab.

Chrom zeichnet sich durch eine große Vielfalt an Oxidationsstufen und die Fähigkeit zur Bildung komplexer anionischer und kationischer Ionen (Cr (OH) 2+, CrO 4 2-, CrO 3 -) aus. In natürlichen Verbindungen hat es eine Wertigkeit von +3 (Chromverbindungen) und +6 (Chromate). Das meiste Cr 3+ kommt in FeCr 2 O 4-Chromat oder anderen Spinellmineralien vor, in denen es Eisen und Aluminium ersetzt.

In Böden Großer Teil Chrom liegt in Form von Cr 3+ vor und ist Bestandteil von Mineralien oder bildet verschiedene Cr 3+- und Fe 3+-Oxide. Chromverbindungen in Böden sind sehr stabil, da sie in einer sauren Umgebung inert sind (bei pH 5,5 fällt sie fast vollständig aus). Das Verhalten von Chrom hängt vom pH-Wert und dem Redoxpotential der Böden ab.

Auch organische Komplexe haben großen Einfluss auf das Verhalten von Chrom in Böden. Ein wichtiger Punkt Im Verhalten des Elements, mit dem die Verfügbarkeit von Chrom für Pflanzen verbunden ist, liegt die Leichtigkeit, mit der sich lösliches Cr 6+ unter normalen Bodenbedingungen in unlösliches Cr 3+ umwandelt. Aufgrund der Oxidationsfähigkeit von Manganverbindungen in Böden kann es zu einer Cr 3+ -Oxidation kommen.

Chrom ist ein wichtiges Element in der Pflanzenernährung. Eine verminderte Mobilität von Chrom im Boden kann zu einem Mangel bei Pflanzen führen. Cr 6+ ist im Boden leicht löslich und für Pflanzen und Tiere giftig.

Durch die Begrenzung des Einsatzes von Phosphor und organischen Stoffen wird die Toxizität von Chrom in kontaminierten Böden deutlich reduziert.

Blei (Pb). Führen Sie Inhalte ein Erdkruste beträgt 1,6×10 -3 Gewichtsprozent. Der natürliche Bleigehalt im Boden liegt zwischen 3 und 189 mg/kg. Unter natürlichen Bedingungen ist Bleiglanz PbS seine Hauptform. Blei liegt in Form von Pb 2+ vor. Bei Witterungseinflüssen oxidieren Bleisulfide langsam.

Nach Geo chemische Eigenschaften Blei gehört zur Gruppe der zweiwertigen Erdalkalielemente und kann daher K, Ba, Sr, Ca sowohl in Mineralien als auch während des Sorptionsprozesses ersetzen. Aufgrund der weit verbreiteten Bleibelastung sind die meisten Böden, insbesondere die oberen Horizonte, mit diesem Element angereichert.

Unter den Schwermetallen ist es das am wenigsten mobile. Blei wird hauptsächlich mit Tonmineralien, Manganoxiden, Eisen- und Aluminiumhydroxiden sowie organischem Material in Verbindung gebracht. Bei hohem pH-Wert fällt Blei in Form von Hydroxid, Phosphat und Carbonat im Boden aus. Die gleichen Bedingungen fördern die Bildung von Pb-organischen Komplexen.

Die Konzentrationen, bei denen das Element toxisch wird, liegen zwischen 100 und 500 mg/kg. Die Bleiverschmutzung durch Nichteisenmetallurgieunternehmen erfolgt durch mineralische Formen und durch Fahrzeugabgase durch Halogenidsalze. Pb-haltige Abgaspartikel sind instabil und verwandeln sich leicht in Oxide, Carbonate und Sulfate. Die Bodenverunreinigung mit Blei ist irreversibel, sodass die Anreicherung des Mikroelements im oberen Bodenhorizont auch bei geringer Zugabe anhält.

Aufgrund der Unlöslichkeit der adsorbierten und ausgefällten Pb-Ionen im Boden stellt die Bleiverunreinigung von Böden derzeit kein großes Problem dar. Der Bleigehalt in Pflanzenwurzeln korreliert jedoch mit seinem Gehalt im Boden, was auf die Aufnahme des Elements durch Pflanzen hinweist. Die Anreicherung von Blei im oberen Bodenhorizont ist auch für die Umwelt von großer Bedeutung, da es die biologische Aktivität von Böden und Bodenbiota stark beeinflusst. Seine hohen Konzentrationen können hemmend wirken mikrobiologische Prozesse insbesondere in Böden mit geringer Kationenaustauschkapazität.

Cadmium (Cd). Cadmium ist ein Spurenelement. Der Cadmiumgehalt in der Erdkruste beträgt 5×10 -5 Gewichtsprozent. Die Geochemie von Cd ist eng mit der Geochemie von Zink verbunden; es weist in sauren Umgebungen eine größere Mobilität auf.

Bei der Bewitterung geht Cadmium leicht in Lösung und liegt dort in Form von Cd 2+ vor. Es kann komplexe Ionen CdCl +, CdOH +, CdHCO 3 +, Cd (OH) 3 -, Cd (OH) 4 2- sowie organische Chelate bilden. Der Hauptwertigkeitszustand von Cadmium in natürlichen Umgebungen ist +2. Die wichtigsten Faktoren, die die Mobilität von Cadmiumionen steuern, sind der pH-Wert der Umgebung und das Redoxpotential. Unter stark oxidierenden Bedingungen ist Cd in der Lage, selbst Mineralien zu bilden und sich in Phosphaten und biogenen Sedimenten anzureichern.

Der Hauptfaktor, der den Gehalt des Elements in Böden bestimmt, ist die Zusammensetzung des Ausgangsgesteins. Der durchschnittliche Cadmiumgehalt in Böden liegt zwischen 0,07 und 1,1 mg/kg. Gleichzeitig überschreiten die Hintergrundwerte 0,5 mg/kg nicht; höhere Werte sind das Ergebnis anthropogener Aktivität.

Der führende Prozess bei der Bindung von Cadmium durch verschiedene Bodenbestandteile ist die konkurrierende Adsorption an Tonen. In jedem Boden hängt die Cadmiumaktivität stark vom pH-Wert ab. Das Element ist in sauren Böden im pH-Bereich von 4,5–5,5 am mobilsten; in alkalischen Böden ist es relativ unbeweglich. Wenn der pH-Wert auf alkalische Werte ansteigt, entsteht ein einwertiger Hydroxokomplex Cd OH +, der Positionen im Ionenaustauschkomplex nicht einfach ersetzen kann.

Es ist wahrscheinlicher, dass Cadmium entlang des Profils wandert, als dass es sich in den oberen Bodenhorizonten ansammelt. Daher weist die Anreicherung der oberen Schichten mit dem Element auf eine Bodenverunreinigung hin. Eine Bodenverunreinigung mit Cd ist gefährlich für die Tierwelt. Unter Bedingungen technogener Belastung sind die maximalen Cadmiumgehalte in Böden typisch für Gebiete mit Blei-Zink-Bergwerken, in der Nähe von Nichteisenmetallurgieunternehmen und auf landwirtschaftlichen Flächen, auf denen Abwasser und Phosphatdünger verwendet werden.

Um die Toxizität von Cd in Böden zu verringern, werden Methoden eingesetzt, die darauf abzielen, den pH-Wert und die Kationenaustauschkapazität von Böden zu erhöhen.

Quecksilber (Hg). Quecksilber und sein Sulfid (Zinnober) sind dem Menschen seit der Antike bekannt. Dies ist das einzige Metall, das bei normalen Temperaturen in flüssiger Form vorliegt. Alchemisten betrachteten Quecksilber als Träger metallischer Eigenschaften und betrachteten es als General Komponente alle Metalle.

Wichtige geochemische Eigenschaften von Quecksilber sind: Bildung starke Bindungen mit Schwefel, die Bildung metallorganischer Verbindungen, die in Gewässern relativ stabil sind, die Flüchtigkeit von elementarem Quecksilber. Quecksilber ist während der Verwitterung inaktiv und wird vom Boden hauptsächlich in Form schwach mobiler organischer Komplexe zurückgehalten.

Die Aufnahme von Hg 2+ im Boden variiert je nach pH-Wert und erreicht ihr Maximum bei pH 4-5. Die durchschnittliche Quecksilberkonzentration in der oberflächlichen Bodenschicht beträgt nicht mehr als 400 µg/kg. Der Hintergrundgehalt des Elements kann auf 0,n mg/kg geschätzt werden, genaue Mengen sind jedoch aufgrund der weitverbreiteten Bodenverunreinigung mit diesem Metall schwer zu bestimmen. Die Kontamination des Bodens mit Quecksilber wird mit der Produktion von Schwermetallen, der chemischen Produktion und dem Einsatz von Fungiziden in Verbindung gebracht.

Eine Bodenverunreinigung mit Quecksilber stellt an sich kein ernstes Problem dar; aufgrund der toxischen Eigenschaften von Quecksilberdampf stellen jedoch auch einfache Hg-Salze oder metallisches Quecksilber eine Gefahr für Pflanzen und Bodenbiota dar. Der Verbrauch des Elements durch Pflanzenwurzeln kann durch Zugabe von Kalk, schwefelhaltigen Verbindungen und festen Phosphaten minimiert werden.

Arsen (As). Arsen ist seit der Antike bekannt. Aristoteles und Theophrastus erwähnen auch natürliche Schwefelverbindungen des Arsens, die als Heilmittel und Farben verwendet wurden. Der durchschnittliche Gehalt des Elements in der Erdkruste beträgt 5×10 -4 Gewichtsprozent. Gekennzeichnet durch eine gleichmäßige Verteilung in den Haupttypen Felsen. Bildet eigene Mineralien und ist Bestandteil anderer. Das Element wird mit Vorkommen anderer Mineralien in Verbindung gebracht und dient als Indikator bei der geochemischen Erkundung. Arsenmineralien sind gut löslich. Aufgrund der aktiven Sorption durch Tonpartikel, Hydroxide und organische Stoffe ist die Intensität seiner Migration jedoch gering.

Häufige Oxidationsstufen von As; -3, 0, +3, +5. Komplexe Anionen AsO 2 -, AsO 4 3-, NAsO 4 2-, As 2 O 3 - sind die häufigsten mobilen Formen von Arsen. Vom Verhalten her ähnelt AsO 4 3- den Phosphaten. Die unter Umweltbedingungen am häufigsten vorkommende Form von Arsen ist As 5+.

Vom Boden adsorbiertes Arsen ist schwer zu desorbieren und die Bindungsstärke des Elements an den Boden nimmt mit den Jahren zu. Am meisten niedrige Level Der Arsengehalt ist typisch für sandige Böden. Seine höchsten Konzentrationen sind mit alluvialen Böden und Böden verbunden, die mit organischer Substanz angereichert sind.

Die Arsentoxizität im Boden kann verringert werden verschiedene Wege abhängig von der Verschmutzungsquelle und den Bodeneigenschaften. Eine Erhöhung des oxidativen Zustands von Böden und der Einsatz von Stoffen, die die Ausfällung und Bindung des Elements fördern (Eisensulfat, Calciumcarbonat), begrenzen die Bioverfügbarkeit von Arsen. Auch die Ausbringung von Phosphatdüngern verringert die Versorgung der Biota mit dem Element.

Nickel (Ni). Der Nickelgehalt in der Erdkruste beträgt 8×10 -3 Gewichtsprozent. Die Verteilung von Nickel in der Erdkruste ähnelt der von Kobalt und Eisen. In kontinentalen Sedimenten liegt es in Form von Sulfiden und Arseniden vor und ersetzt häufig Eisen in ferromagnesischen Verbindungen. In Verbindungen ist Nickel überwiegend zwei- und dreiwertig.

Wenn Gesteine ​​verwittern, wird das Element leicht freigesetzt und dann mit Eisen- und Manganoxiden ausgefällt. Es ist in wässrigen Lösungen relativ stabil und kann über große Entfernungen wandern.

In Böden ist Nickel eng mit Mangan- und Eisenoxiden verbunden und in dieser Form für Pflanzen am besten zugänglich. In den oberen Bodenhorizonten liegt Nickel in organisch gebundener Form vor, teilweise in Form leicht löslicher Chelate. Die höchsten Ni-Gehalte finden sich in tonigen und lehmigen Böden, Böden auf mafischen und vulkanischen Gesteinen sowie Böden, die reich an organischer Substanz sind.

Nickel gilt mittlerweile als ernstzunehmender Schadstoff. Anthropogene Nickelquellen führen zu einer deutlichen Zunahme der Böden. Im Niederschlag Abwasser Ni liegt in Form leicht verfügbarer organischer Chelate vor und kann phytotoxisch sein. Die Verringerung seiner Verfügbarkeit für Pflanzen wird durch die Zugabe von Phosphaten oder erleichtert organische Substanz.

In Weißrussland durchgeführte Berechnungen zeigen, dass 72 % Arsen, 57 % Quecksilber, etwa 99 % Nickel, 27 % Cadmium, 33 % Chrom, 27 % Kupfer, 15 % Blei nur aus der Luft in die Republik gelangen stationäre Kraftstoffverbrennungsquellen. 11 % Zink. Bei der Zementherstellung werden erhebliche Mengen an Cadmium, Blei und Chrom eingeführt. Mobile Quellen belasten die Atmosphäre hauptsächlich mit Zink und Kupfer.

Zusätzlich zur atmosphärischen Deposition wird eine erhebliche Menge an Metallen durch den Einsatz von Düngemitteln, unter anderem auf der Basis von Klärschlamm und anderen, in den Boden eingetragen Hausmüll. Zu den Verunreinigungen in Düngemitteln zählen Cadmium, Chrom, Kupfer, Blei, Uran, Vanadium und Zink, bei Abfällen aus der intensiven Vieh- und Geflügelhaltung Kupfer und Arsen, bei Kompost und Mist Cadmium, Kupfer, Nickel, Zink und Arsen und bei Pestiziden Cadmium , Arsen, Quecksilber, Blei, Mangan und Zink.

Die Komplexität der Bodenzusammensetzung und eine Vielzahl chemischer Verbindungen ermöglichen das gleichzeitige Ablaufen verschiedener Prozesse. chemische Reaktionen und die Fähigkeit fester Bodenphasen, eine relativ konstante Zusammensetzung der Bodenlösung aufrechtzuerhalten, aus der Pflanzen direkt chemische Elemente beziehen. Diese Fähigkeit, eine konstante Zusammensetzung der Bodenlösung aufrechtzuerhalten, wird als Bodenpufferung bezeichnet. In einer natürlichen Umgebung drückt sich die Pufferkapazität von Böden darin aus, dass es beim Verbrauch eines Elements aus der Bodenlösung zu einer teilweisen Auflösung fester Phasen kommt und die Konzentration der Lösung wiederhergestellt wird. Gelangen übermäßige Mengen irgendwelcher Verbindungen von außen in die Bodenlösung, binden die festen Phasen des Bodens diese Stoffe und sorgen so für eine gleichbleibende Zusammensetzung der Bodenlösung. Es funktioniert also allgemeine Regel: Bodenpufferung ist auf eine Vielzahl gleichzeitig ablaufender chemischer Reaktionen zwischen der Bodenlösung und festen Teilen des Bodens zurückzuführen. Die chemische Vielfalt macht den Boden widerstandsfähig gegenüber sich ändernden Bedingungen natürlichen Umgebung oder aufgrund anthropogener Aktivitäten.

Standardisierung des Schwermetallgehalts

in Böden und Pflanzen ist äußerst komplex, da nicht alle Umweltfaktoren vollständig berücksichtigt werden können. So kann allein die Veränderung der agrochemischen Eigenschaften des Bodens (Mediumreaktion, Humusgehalt, Sättigungsgrad mit Basen, Partikelgrößenverteilung) den Gehalt an Schwermetallen in Pflanzen um ein Vielfaches verringern oder erhöhen. Selbst über den Hintergrundgehalt einiger Metalle gibt es widersprüchliche Daten. Die von Forschern angegebenen Ergebnisse weichen manchmal um das 5- bis 10-fache voneinander ab.

Es wurden viele Maßstäbe vorgeschlagen

Umweltregulierung von Schwermetallen. In einigen Fällen wird der höchste Gehalt an Metallen, der in normalen anthropogenen Böden beobachtet wird, als maximal zulässige Konzentration angenommen, in anderen wird der Gehalt angenommen, der den Grenzwert für Phytotoxizität darstellt. In den meisten Fällen wurden MPC-Werte für Schwermetalle vorgeschlagen, die um ein Vielfaches über der Obergrenze liegen.

Zur Charakterisierung der technogenen Verschmutzung

Für Schwermetalle wird ein Konzentrationskoeffizient verwendet, der dem Verhältnis der Konzentration des Elements im kontaminierten Boden zu seiner Hintergrundkonzentration entspricht. Bei einer Belastung durch mehrere Schwermetalle wird der Verschmutzungsgrad anhand des Wertes des Gesamtkonzentrationsindex (Zc) beurteilt. Das von IMGRE vorgeschlagene Ausmaß der Bodenkontamination mit Schwermetallen ist in Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle 1. Schema zur Bewertung von Böden für die landwirtschaftliche Nutzung nach dem Grad der Kontamination mit Chemikalien (Goskomhydromet der UdSSR, Nr. 02-10 51-233 vom 10.12.90)

Bodenkategorie nach Verschmutzungsgrad	Zc	Verschmutzung im Verhältnis zu maximal zulässigen Konzentrationen	Einsatzmöglichkeiten von Böden	Notwendige Aktivitäten
Akzeptabel	<16,0	Übersteigt den Hintergrund, aber nicht höher als MPC	Verwendung für alle Kulturen	Reduzierung der Auswirkungen von Bodenverschmutzungsquellen. Reduzierte Verfügbarkeit von Giftstoffen für Pflanzen.
Mäßig gefährlich	16,1- 32,0	Übersteigt den MPC für die Begrenzung allgemeiner Gesundheits- und Wassermigrationsindikatoren für die Schädlichkeit, ist jedoch niedriger als der MPC für den Translokationsindikator	Verwendung für alle Kulturen, die einer Qualitätskontrolle der Pflanzenerzeugnisse unterliegen	Aktivitäten ähnlich der Kategorie 1. Sofern Stoffe mit einem migrationsbegrenzenden Wasserindikator vorhanden sind, wird der Gehalt dieser Stoffe in Oberflächen- und Grundwasser überwacht.
Höchst gefährlich	32,1- 128	Übersteigt den MPC mit einem begrenzenden Translokationsgefahrenindikator	Verwendung für Industriekulturen, ohne daraus Nahrungs- und Futtermittel zu gewinnen. Eliminieren Sie Hub-Anlagen Chemikalien	Aktivitäten ähnlich der Kategorie 1. Obligatorische Kontrolle des Gehalts an Giftstoffen in Pflanzen, die als Lebens- und Futtermittel verwendet werden. Begrenzung der Verwendung von Grünmasse für Viehfutter, insbesondere für Konzentratoranlagen.
Extrem gefährlich	> 128	Übertrifft MPC in jeder Hinsicht	Von der landwirtschaftlichen Nutzung ausschließen	Verringerung des Verschmutzungsgrads und der Speicherung von Giftstoffen in der Atmosphäre, im Boden und in den Gewässern.

Offiziell zugelassene MPCs

Tabelle 2 zeigt die amtlich zugelassenen Höchstkonzentrationsgrenzen und zulässigen Gehalte entsprechend den Gefahrenindikatoren. Gemäß dem von medizinischen Hygienikern übernommenen Schema wird die Regulierung von Schwermetallen in Böden in Translokation (Übergang des Elements in Pflanzen), wanderndes Wasser (Übergang in Wasser) und allgemeine Hygiene (Auswirkung auf die Selbstreinigungsfähigkeit von) unterteilt Böden und Bodenmikrobiozönose).

Tabelle 2. Maximal zulässige Konzentrationen (MAC) von Chemikalien in Böden und zulässige Gehaltsniveaus im Hinblick auf ihre Schädlichkeit (Stand 01.01.1991. Staatliches Komitee für Naturschutz der UdSSR, Nr. 02-2333 vom 10.12.90) .

Name der Stoffe	MPC, mg/kg Boden, unter Berücksichtigung des Hintergrunds	Schädlichkeitsindikatoren
		Translokation	Wasser	Allgemeine Sanitäranlagen
Wasserlösliche Formen
Fluor	10,0	10,0	10,0	10,0
Bewegliche Formen
Kupfer	3,0	3,5	72,0	3,0
Nickel	4,0	6,7	14,0	4,0
Zink	23,0	23,0	200,0	37,0
Kobalt	5,0	25,0	>1000	5,0
Fluor	2,8	2,8	-	-
Chrom	6,0	-	-	6,0
Grober Inhalt
Antimon	4,5	4,5	4,5	50,0
Mangan	1500,0	3500,0	1500,0	1500,0
Vanadium	150,0	170,0	350,0	150,0
Führen **	30,0	35,0	260,0	30,0
Arsen**	2,0	2,0	15,0	10,0
Quecksilber	2,1	2,1	33,3	5,0
Blei+Quecksilber	20+1	20+1	30+2	30+2
Kupfer*	55	-	-	-
Nickel*	85	-	-	-
Zink*	100	-	-	-

* - Bruttoinhalt - ungefähr.
** - Widerspruch; für Arsen beträgt der durchschnittliche Hintergrundgehalt 6 mg/kg; auch der Hintergrundgehalt von Blei liegt meist über den MPC-Standards.

Offiziell von der UEC genehmigt

Die 1995 entwickelten UDCs für den Bruttogehalt von 6 Schwermetallen und Arsen ermöglichen es, mehr zu erhalten Gesamte Beschreibungüber die Bodenbelastung mit Schwermetallen, da der Grad der Umweltreaktion und die granulometrische Zusammensetzung des Bodens berücksichtigt werden.

Tisch 3. Ungefähre zulässige Konzentrationen (ATC) von Schwermetallen und Arsen in Böden mit unterschiedlichen physikalisch-chemischen Eigenschaften (Bruttogehalt, mg/kg) (Ergänzung Nr. 1 zur Liste von MPC und APC Nr. 6229-91).

Element	Bodengruppe	ODC unter Berücksichtigung des Hintergrunds	Aggregat Zustand des Ortes in Böden	Gefahrenklassen	Besonderheiten Aktionen auf dem Körper
Nickel	Sandiger und sandiger Lehm	20	Feststoff: in Form von Salzen, in sorbierter Form, als Bestandteil von Mineralien	2	Geringe Toxizität für Warmblüter und Menschen. Wirkt mutagen
	<5,5	40
	Nahezu neutral (lehmig und tonig), ðНKCl >5,5	80
Kupfer	Sandiger und sandiger Lehm	33		2	Erhöht die Zellpermeabilität, hemmt die Glutathionreduktase und stört den Stoffwechsel durch Interaktion mit -SH-, -NH2- und COOH-Gruppen
	Sauer (lehmig und tonig), pH-Wert KCl<5,5	66
	Nahezu neutral (lehmig und tonig), pH-Wert KCl>5,5	132
Zink	Sandiger und sandiger Lehm	55	Feststoff: in Form von Salzen, organisch-mineralischen Verbindungen, in sorbierter Form, als Bestandteil von Mineralien	1	Mangel oder Überschuss führen zu Entwicklungsstörungen. Vergiftung aufgrund eines Verstoßes gegen die Technologie zur Anwendung zinkhaltiger Pestizide
	Sauer (lehmig und tonig), pH-Wert KCl<5,5	110
	Nahezu neutral (lehmig und tonig), pH-Wert KCl>5,5	220
Arsen	Sandiger und sandiger Lehm	2	Feststoff: in Form von Salzen, organisch-mineralischen Verbindungen, in sorbierter Form, als Bestandteil von Mineralien	1	Giftig, hemmt verschiedene Enzyme, wirkt sich negativ auf den Stoffwechsel aus. Möglicherweise krebserregend
	Sauer (lehmig und tonig), pH-Wert KCl<5,5	5
	Nahezu neutral (lehmig und tonig), pH-Wert KCl>5,5	10
Cadmium	Sandiger und sandiger Lehm	0,5	Feststoff: in Form von Salzen, organisch-mineralischen Verbindungen, in sorbierter Form, als Bestandteil von Mineralien	1	Es ist hochgiftig, blockiert Sulfhydrylgruppen von Enzymen, stört den Eisen- und Kalziumstoffwechsel und stört die DNA-Synthese.
	Sauer (lehmig und tonig), pH-Wert KCl<5,5	1,0
	Nahezu neutral (lehmig und tonig), pH-Wert KCl>5,5	2,0
Führen	Sandiger und sandiger Lehm	32	Feststoff: in Form von Salzen, organisch-mineralischen Verbindungen, in sorbierter Form, als Bestandteil von Mineralien	1	Verschiedene negative Auswirkungen. Blockiert -SH-Gruppen von Proteinen, hemmt Enzyme, verursacht Vergiftungen und Schäden nervöses System.
	Sauer (lehmig und tonig), pH-Wert KCl<5,5	65
	Nahezu neutral (lehmig und tonig), pH-Wert KCl>5,5	130

Aus den Materialien geht hervor, dass die Anforderungen hauptsächlich an Schwermetalle in Massenform gestellt werden. Zu den mobilen gehören nur Kupfer, Nickel, Zink, Chrom und Kobalt. Daher erfüllen die derzeit entwickelten Standards nicht mehr alle Anforderungen.

ist ein Kapazitätsfaktor, der in erster Linie die potenzielle Gefahr einer Kontamination pflanzlicher Produkte, Infiltration usw. widerspiegelt Oberflächengewässer. Charakterisiert die allgemeine Kontamination des Bodens, spiegelt jedoch nicht den Grad der Verfügbarkeit von Elementen für die Pflanze wider. Um den Zustand der Bodenernährung von Pflanzen zu charakterisieren, werden nur ihre mobilen Formen verwendet.

Definition beweglicher Formen

Sie werden mit verschiedenen Extraktionsmitteln bestimmt. Die Gesamtmenge der mobilen Form des Metalls wird mit einem sauren Extrakt (z. B. 1 N HCL) entfernt. Der mobilste Teil der mobilen Schwermetallreserven im Boden gelangt in den Ammoniumacetatpuffer. Die Metallkonzentration in einem Wasserextrakt zeigt den Grad der Beweglichkeit der Elemente im Boden, der gefährlichsten und „aggressivsten“ Fraktion.

Standards für bewegliche Formen

Es wurden mehrere indikative normative Skalen vorgeschlagen. Nachfolgend finden Sie ein Beispiel für eine der Skalen der maximal zulässigen mobilen Formen von Schwermetallen.

Tabelle 4. Maximal zulässiger Gehalt der mobilen Form von Schwermetallen im Boden, mg/kg Extraktionsmittel 1N. HCl (H. Chuljian et al., 1988).

Element	Inhalt	Element	Inhalt	Element	Inhalt
Hg	0,1	Sb	15	Pb	60
CD	1,0	Als	15	Zn	60
Co	12	Ni	36	V	80
Cr	15	Cu	50	Mn	600

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Der Gehalt an Schwermetallen in Böden hängt, wie viele Forscher festgestellt haben, von der Zusammensetzung der ursprünglichen Gesteine ​​ab, deren erhebliche Vielfalt mit dem Komplex verbunden ist geologische Geschichte Entwicklung von Territorien. Die chemische Zusammensetzung bodenbildender Gesteine, dargestellt durch Gesteinsverwitterungsprodukte, wird durch die chemische Zusammensetzung der ursprünglichen Gesteine ​​vorgegeben und hängt von den Bedingungen der Supergenumwandlung ab. Schwermetallhaltiger Teichboden

Die erste Stufe der Umwandlung von Schwermetalloxiden in Böden ist ihre Wechselwirkung mit der Bodenlösung und ihren Bestandteilen. Selbst in einem so einfachen System wie Wasser im Gleichgewicht mit CO2 und atmosphärischer Luft unterliegen HM-Oxide Veränderungen und unterscheiden sich erheblich in der Stabilität.

Der Prozess der Umwandlung von HMs, die während der Technogenese in den Boden gelangen, umfasst die folgenden Phasen:

• 1) Umwandlung von Schwermetalloxiden in Hydroxide (Carbonate, Bicarbonate);
• 2) Auflösung von Schwermetallhydroxiden und Adsorption der entsprechenden HM-Kationen durch feste Phasen von Böden;
• 3) die Bildung von Schwermetallphosphaten und ihren Verbindungen mit organischer Bodensubstanz.

Schwermetalle, an der Bodenoberfläche ankommend, reichern sich in der Bodensäule, insbesondere im oberen Horizont, an und werden durch Auswaschung, Pflanzenverbrauch und Erosion langsam entfernt. Die erste Halbwertszeit von HMs variiert erheblich für verschiedene Elemente: Zn – 70 – 510 Jahre, Cd – 13 – 110 Jahre, Cu – 310 – 1500 Jahre, Pb – 740 – 5900 Jahre.

Blei (Pb). Atommasse 207.2. Das vorrangige Element ist giftig. Alle löslichen Bleiverbindungen sind giftig. Unter natürlichen Bedingungen liegt es hauptsächlich in Form von PbS vor. Clark Pb in der Erdkruste 16,0 mg/kg. Im Vergleich zu anderen HMs ist es am wenigsten mobil und der Grad der Mobilität des Elements wird stark reduziert, wenn Böden gekalkt werden. Mobiles Pb liegt in Form von Komplexen mit organischer Substanz vor. Bei hohen pH-Werten wird Blei chemisch in Form von Hydroxid-, Phosphat-, Carbonat- und Pb-organischen Komplexen im Boden fixiert.

Der natürliche Bleigehalt in Böden wird von den Ausgangsgesteinen geerbt und steht in engem Zusammenhang mit deren mineralogischer und chemischer Zusammensetzung. Die durchschnittliche Konzentration dieses Elements in den Böden der Welt liegt nach verschiedenen Schätzungen zwischen 10 und 35 mg/kg. Die maximal zulässige Bleikonzentration für Böden beträgt in Russland 30 mg/kg, in Deutschland 100 mg/kg.

Hohe Bleikonzentrationen in Böden können sowohl mit natürlichen geochemischen Anomalien als auch mit anthropogenen Einflüssen in Verbindung gebracht werden. Bei technogener Belastung findet sich die höchste Konzentration des Elements meist in der obersten Bodenschicht. In einigen Industriegebieten erreicht es 1000 mg/kg und in der Oberflächenschicht von Böden rund um Nichteisenmetallurgieunternehmen Westeuropa- 545 mg/kg.

Der Bleigehalt in Böden in Russland variiert erheblich je nach Bodenart, der Nähe von Industrieunternehmen und natürlichen geochemischen Anomalien. In Böden von Wohngebieten, insbesondere solchen, die mit der Verwendung und Herstellung bleihaltiger Produkte verbunden sind, liegt der Gehalt dieses Elements häufig um das Zehnfache oder sogar noch mehr als die maximal zulässige Konzentration. Nach vorläufigen Schätzungen weisen durchschnittlich bis zu 28 % der Landesfläche einen Pb-Gehalt im Boden auf, der unter dem Hintergrundwert liegt, und 11 % können als Risikozone eingestuft werden. Zur gleichen Zeit, in Russische Föderation Das Problem der Bodenverunreinigung mit Blei ist vor allem in Wohngebieten ein Problem.

Cadmium (Cd). Atommasse 112,4. Cadmium ähnelt in seinen chemischen Eigenschaften Zink, unterscheidet sich jedoch durch eine größere Mobilität in sauren Umgebungen und eine bessere Zugänglichkeit für Pflanzen. In der Bodenlösung liegt das Metall in Form von Cd2+ vor und bildet Komplexionen und organische Chelate. Der Hauptfaktor, der den Gehalt eines Elements in Böden bestimmt, ist dessen Abwesenheit anthropogener Einfluss, - Elternfelsen. Clarke von Cadmium in der Lithosphäre 0,13 mg/kg. In bodenbildenden Gesteinen beträgt der durchschnittliche Metallgehalt: in Tonen und Schiefern - 0,15 mg/kg, in Löss und lössähnlichen Lehmen - 0,08, in Sanden und sandigen Lehmen - 0,03 mg/kg. In quartären Ablagerungen Westsibirien die Cadmiumkonzentration schwankt im Bereich von 0,01–0,08 mg/kg.

Die Mobilität von Cadmium im Boden hängt von der Umgebung und dem Redoxpotential ab.

Der durchschnittliche Cadmiumgehalt in den Böden der Welt beträgt 0,5 mg/kg. Seine Konzentration in der Bodenbedeckung des europäischen Teils Russlands beträgt 0,14 mg/kg in Soddy-Podsol-Böden, 0,24 mg/kg in Schwarzerde und 0,07 mg/kg in den wichtigsten Bodentypen Westsibiriens. Der ungefähr zulässige Cadmiumgehalt (ATC) für sandige und sandige Lehmböden beträgt in Russland 0,5 mg/kg, in Deutschland beträgt der MPC von Cadmium 3 mg/kg.

Die Belastung des Bodens mit Cadmium gilt als eines der gefährlichsten Umweltphänomene, da es sich in Pflanzen bereits bei schwacher Bodenbelastung über der Norm anreichert. Die höchsten Cadmiumkonzentrationen in der obersten Bodenschicht werden in Bergbaugebieten beobachtet – bis zu 469 mg/kg in der Nähe von Zinkhütten; sie erreichen 1700 mg/kg.

Zink (Zn). Atommasse 65,4. Sein Gehalt in der Erdkruste beträgt 83 mg/kg. Zink ist in tonigen Sedimenten und Schiefern in Mengen von 80 bis 120 mg/kg, in Deluvial-, Löss- und Karbonat-Lehmablagerungen des Urals und in den Lehmen Westsibiriens in Mengen von 60 bis 80 mg/kg konzentriert.

Wichtige Faktoren, die die Mobilität von Zn in Böden beeinflussen, sind der Gehalt an Tonmineralien und der pH-Wert. Wenn der pH-Wert steigt, geht das Element in organische Komplexe über und bindet sich an den Boden. Auch Zinkionen verlieren an Mobilität, wenn sie in die Zwischenräume der Pakete gelangen Kristallgitter Montmorillonit. Zn bildet mit organischer Substanz stabile Formen und reichert sich daher in den meisten Fällen in Bodenhorizonten mit hohem Humusgehalt und in Torf an.

Die Gründe für den erhöhten Zinkgehalt in Böden können sowohl natürliche geochemische Anomalien als auch technogene Verschmutzungen sein. Die wichtigsten anthropogenen Einnahmequellen sind vor allem Nichteisenmetallurgieunternehmen. Bodenverunreinigungen mit diesem Metall haben in einigen Gebieten zu einer extrem hohen Anreicherung in der oberen Bodenschicht geführt – bis zu 66.400 mg/kg. In Gartenböden reichern sich bis zu 250 mg/kg Zink an. Der MPC von Zink für sandige und sandige Lehmböden beträgt 55 mg/kg; deutsche Wissenschaftler empfehlen einen MPC von 100 mg/kg.

Kupfer (Cu). Atommasse 63,5. Clark in der Erdkruste beträgt 47 mg/kg (Vinogradov, 1962). Chemisch gesehen ist Kupfer ein Metall mit geringer Aktivität. Der grundlegende Faktor, der den Wert des Cu-Gehalts beeinflusst, ist seine Konzentration in bodenbildenden Gesteinen. Von den magmatischen Gesteinen reichert sich die größte Menge des Elements in Grundgesteinen an – Basalten (100–140 mg/kg) und Andesiten (20–30 mg/kg). Deck- und lössartige Lehme (20–40 mg/kg) sind weniger reich an Kupfer. Der niedrigste Gehalt wird in Sandsteinen, Kalksteinen und Graniten beobachtet (5-15 mg/kg). Metallkonzentration in Tonen des europäischen Teils des Territoriums ehemalige UdSSR erreicht 25 mg/kg, in lössartigem Lehm - 18 mg/kg. Sandiger Lehm und sandige bodenbildende Gesteine ​​des Altai-Gebirges reichern durchschnittlich 31 mg/kg Kupfer an, im Süden Westsibiriens sind es 19 mg/kg.

In Böden ist Kupfer ein schwach wanderndes Element, obwohl der Gehalt in der mobilen Form recht hoch sein kann. Die Menge an mobilem Kupfer hängt von vielen Faktoren ab: der chemischen und mineralogischen Zusammensetzung des Ausgangsgesteins, dem pH-Wert der Bodenlösung, dem Gehalt an organischer Substanz usw. Die größte Kupfermenge im Boden ist mit Eisenoxiden verbunden. Mangan, Eisen- und Aluminiumhydroxide und insbesondere mit Montmorillonit und Vermiculit. Humin- und Fulvosäuren sind in der Lage, mit Kupfer stabile Komplexe zu bilden. Bei pH 7-8 ist die Löslichkeit von Kupfer am niedrigsten.

Der durchschnittliche Kupfergehalt in den Böden der Welt beträgt 30 mg/kg. In der Nähe industrieller Schadstoffquellen können teilweise Bodenbelastungen mit Kupfer bis zu 3500 mg/kg beobachtet werden. Der durchschnittliche Metallgehalt in den Böden der zentralen und südlichen Regionen der ehemaligen UdSSR beträgt 4,5-10,0 mg/kg, im Süden Westsibiriens - 30,6 mg/kg, Sibirien und Fernost- 27,8 mg/kg. Die maximal zulässige Kupferkonzentration beträgt in Russland 55 mg/kg, die maximal zulässige Konzentration für sandige und sandige Lehmböden liegt bei 33 mg/kg, in Deutschland bei 100 mg/kg.

Nickel (Ni). Atommasse 58,7. In kontinentalen Sedimenten kommt es hauptsächlich in Form von Sulfiden und Arseniten vor, ist aber auch mit Karbonaten, Phosphaten und Silikaten vergesellschaftet. Der Clarke-Wert des Elements in der Erdkruste beträgt 58 mg/kg. Ultrabasische (1400–2000 mg/kg) und basische (200–1000 mg/kg) Gesteine ​​reichern die größte Menge an Metall an, während Sedimentgesteine ​​und saure Gesteine ​​es in viel geringeren Konzentrationen enthalten – 5–90 und 5–15 mg/kg. jeweils. Sehr wichtig Die granulometrische Zusammensetzung bodenbildender Gesteine ​​spielt bei der Anreicherung von Nickel eine Rolle. Am Beispiel der bodenbildenden Gesteine ​​Westsibiriens lässt sich erkennen, dass der Gehalt in leichteren Gesteinen am niedrigsten, in schweren Gesteinen am höchsten ist: in Sanden - 17, sandigen Lehmen und leichten Lehmen -22, mittleren Lehmen - 36 , schwerer Lehm und Ton -49.

Der Nickelgehalt in Böden hängt maßgeblich von der Versorgung der bodenbildenden Gesteine ​​mit diesem Element ab. Die höchsten Nickelkonzentrationen werden normalerweise in tonigen und lehmigen Böden beobachtet, in Böden, die auf basischem und vulkanischem Gestein aufgebaut sind und reich an organischer Substanz sind. Die Verteilung von Ni im Bodenprofil wird durch den Gehalt an organischer Substanz, amorphen Oxiden und der Menge an Tonanteil bestimmt.

Die Höhe der Nickelkonzentration in der obersten Bodenschicht hängt auch vom Grad der technogenen Belastung ab. In Gebieten mit einer entwickelten metallverarbeitenden Industrie kommt es zu einer sehr hohen Anreicherung von Nickel im Boden: In Kanada erreicht der Bruttogehalt 206–26.000 mg/kg und in Großbritannien erreicht der Gehalt an mobilen Formen 506–600 mg/kg. In Böden Großbritanniens, Hollands und Deutschlands, die mit Klärschlamm behandelt werden, reichert sich Nickel bis zu 84-101 mg/kg an. In Russland (laut einer Untersuchung von 40-60 % der Böden auf landwirtschaftlichen Flächen) sind 2,8 % der Bodenbedeckung mit diesem Element kontaminiert. Der Anteil der mit Ni kontaminierten Böden unter anderen HMs (Pb, Cd, Zn, Cr, Co, As usw.) ist tatsächlich am bedeutendsten und steht nach den mit Kupfer kontaminierten Böden an zweiter Stelle (3,8 %). Laut Landüberwachungsdaten der staatlichen Station des agrochemischen Dienstes „Buryatskaya“ für 1993-1997. Auf dem Territorium der Republik Burjatien wurde auf 1,4 % der Flächen der untersuchten landwirtschaftlichen Fläche eine Überschreitung der maximal zulässigen Nickelkonzentration registriert, darunter die Böden des Zakamensky (20 % der Fläche – 46.000 Hektar). kontaminiert) und Khorinsky-Bezirke (11 % des Landes - 8.000 Hektar sind kontaminiert).

Chrom (Cr). Atommasse 52. In natürlichen Verbindungen hat Chrom eine Wertigkeit von +3 und +6. Der größte Teil des Cr3+ kommt in Chromit FeCr2O4 oder anderen Spinellmineralien vor, wo es Fe und Al ersetzt, denen es in seinen geochemischen Eigenschaften und seinem Ionenradius sehr ähnlich ist.

Chromgehalt in der Erdkruste: 83 mg/kg. Die höchsten Konzentrationen unter magmatischen Gesteinen sind typisch für ultramafische und basische Gesteine ​​(1600-3400 bzw. 170-200 mg/kg), die niedrigsten für mittlere Gesteine ​​(15-50 mg/kg) und die niedrigsten für saure Gesteine ​​(4-3400 bzw. 170-200 mg/kg). 25 mg/kg). Unter den Sedimentgesteinen wurde der maximale Gehalt des Elements in tonigen Sedimenten und Schiefern gefunden (60–120 mg/kg), der minimale in Sandsteinen und Kalksteinen (5–40 mg/kg). Der Metallgehalt in bodenbildenden Gesteinen verschiedener Regionen ist sehr unterschiedlich. Im europäischen Teil der ehemaligen UdSSR beträgt sein Gehalt in den häufigsten bodenbildenden Gesteinen wie Löss, lössähnlichem Karbonat und Decklehm durchschnittlich 75-95 mg/kg. Bodenbildendes Gestein Westsibiriens enthält durchschnittlich 58 mg/kg Cr, und seine Menge hängt eng mit der granulometrischen Zusammensetzung des Gesteins zusammen: sandige und sandige Lehmgesteine ​​– 16 mg/kg, und mittlere lehmige und tonige Gesteine ​​– etwa 60 mg/kg.

In Böden liegt das meiste Chrom in Form von Cr3+ vor. In einer sauren Umgebung ist das Cr3+-Ion bei pH 5,5 inert, es fällt fast vollständig aus. Das Cr6+-Ion ist äußerst instabil und lässt sich sowohl in sauren als auch in alkalischen Böden leicht mobilisieren. Die Adsorption von Chrom durch Tone hängt vom pH-Wert des Mediums ab: Mit zunehmendem pH-Wert nimmt die Adsorption von Cr6+ ab und Cr3+ zu. Die organische Substanz des Bodens stimuliert die Reduktion von Cr6+ zu Cr3+.

Der natürliche Chromgehalt in Böden hängt hauptsächlich von seiner Konzentration in bodenbildenden Gesteinen ab, und seine Verteilung entlang des Bodenprofils hängt von den Merkmalen der Bodenbildung, insbesondere von der granulometrischen Zusammensetzung genetischer Horizonte, ab. Der durchschnittliche Chromgehalt in Böden beträgt 70 mg/kg. Der höchste Gehalt des Elements wird in Böden beobachtet, die auf basischem und vulkanischem Gestein bestehen, das reich an diesem Metall ist. Der durchschnittliche Cr-Gehalt in Böden in den USA beträgt 54 mg/kg, in China 150 mg/kg und in der Ukraine 400 mg/kg. In Russland sind seine hohen Konzentrationen in Böden unter natürlichen Bedingungen auf die Anreicherung bodenbildender Gesteine ​​zurückzuführen. Kursker Tschernozeme enthalten 83 mg/kg Chrom, Soddy-Podsol-Böden der Region Moskau - 100 mg/kg. In den auf Serpentiniten gebildeten Böden des Urals enthält das Metall bis zu 10.000 mg/kg, in Westsibirien 86 - 115 mg/kg.

Der Beitrag anthropogener Quellen zur Chromversorgung ist sehr bedeutend. Chrommetall wird hauptsächlich zur Verchromung als Bestandteil von legierten Stählen verwendet. Eine Bodenverunreinigung mit Cr wird durch Emissionen aus Zementfabriken, Eisen-Chrom-Schlackendeponien, Ölraffinerien, Eisen- und Nichteisenmetallurgiebetrieben, der Verwendung von Industrieabwasserschlamm in der Landwirtschaft, insbesondere Gerbereien, und Mineraldüngern festgestellt. Die höchsten Chromkonzentrationen in technogen kontaminierten Böden erreichen 400 mg/kg und mehr, was besonders charakteristisch ist Großstädte. In Burjatien sind laut Landüberwachungsdaten der staatlichen Station des agrochemischen Dienstes „Buryatskaya“ für den Zeitraum 1993-1997 22.000 Hektar mit Chrom kontaminiert. In den Regionen Dzhidinsky (6,2 Tausend Hektar), Zakamensky (17,0 Tausend Hektar) und Tunkinsky (14,0 Tausend Hektar) wurden MPC-Überschüsse um das 1,6- bis 1,8-fache festgestellt. Die maximal zulässige Konzentration für Chrom in Böden in Russland ist noch nicht festgelegt, in Deutschland liegt sie jedoch für Böden landwirtschaftlicher Nutzflächen bei 200–500 und für Privatgrundstücke bei 100 mg/kg.

Merkmale der Phytoremediation als Methode zur Reinigung von mit Schwermetallen kontaminierten Böden. Schwermetalle im System Boden-Pflanze

Schwermetalle im System „Boden-Pflanze“, Schwermetallgehalt in den Böden der Region Kursk, Eintragsquellen

Derzeit gibt es in der Region Kursk große Menge Böden mit einem hohen Gehalt an Schwermetallen, der von Forschern ständig erfasst wird (Zhideeva, 2000; Prusachenko, 2011; Nevedrov, Protsenko, 2013; Nevedrov et al., 2013a, Nevedrov et al., 2016; Nevedrov, Vytovtova, 2016 ) und autorisierte staatliche Umweltstrukturen (Strukova, 2013).

Die vorrangigen Bodenschadstoffe in der Region Kursk unter den Schwermetallen sind Pb, Zn, Cu und Cd. Hohe Gehalte dieser Elemente werden in natürlichen, städtischen und landwirtschaftlichen Ökosystemen beobachtet. Aufgrund der Überwachungsergebnisse wurde festgestellt, dass in einigen Gebieten der Region und der Stadt eine Tendenz zu einem Anstieg des Schwermetallgehalts in der Bodenbedeckung besteht. Die höchsten Schadstoffkonzentrationen wurden in Böden im Gebiet von Kursk in der Nähe von Industriegebieten gemessen (Zhideeva, 2000; Prusachenko, 2011; Nevedrov, 2016; Nevedrov et al., Vytovtova, 2016).

Der Begründer der Biogeochemie V.I. Wernadskij sprach als erster über die Einheit des Lebens und der geochemischen Umwelt, über den Zusammenhang zwischen der elementaren Zusammensetzung lebender Materie und der Erdkruste. Diese Idee bildete die Grundlage für die Untersuchung der chemischen Zusammensetzung von Böden (Vernadsky, 1960, 1992). Der wichtigste Indikator für den chemischen Zustand von Böden ist ihre chemische Zusammensetzung; sie ist auch ein Spiegel der Eigenschaften von Böden und ihrer Entstehung (Vernadsky, 1940, 1992).

Alle wesentlichen Migrationszyklen von Schwermetallen in der Biosphäre (aquatisch, atmosphärisch, biologisch) beginnen im Boden, da sie dort mobilisiert und in verschiedenen mobilen Formen gebildet werden. Das komplexeste System Die Umwandlung von HMs im Boden wird durch eine erhebliche Reaktionsoberfläche der mineralischen Komponente, das Vorhandensein von Bodenlösungen und organischer Substanz, die Fülle an Mikroorganismen, Mesofauna und Wurzelsystemen von Pflanzen erzeugt (Mukha 1991; Sokolov, Chernikov, 2008).

Es gibt zwei Phasen von Schwermetallen in Böden – die feste Phase und die Bodenlösung. Gehalt an organischer Substanz im Boden, Umweltreaktion, chemische und Material Zusammensetzung Bodenlösung bestimmen die Existenzform von Metallen (Dyakonova, 1964). Bodenschadstoffe werden verstärkt in der oberen Zehn-Zentimeter-Schicht abgelagert (Tabelle 1.1).

Tabelle 1.1

„Standards für maximal zulässige Konzentrationen (MPC), Hintergrundgehalte chemischer Elemente in Böden (mg/kg)“ (GN 2.1.7.020-94, 1995; GN 2.1.7.2041-06, 2006; Ghosh, Singh,

	Gefahrenklasse			UDC nach Bodengruppen
			Extrahierbar mit Ammoniumacetatpuffer (pH=4,8)	Sandig, sandiger Lehm	Lehmig, lehmig

Ein erheblicher Teil der Schwermetalle befindet sich in einem austauschabsorbierten Zustand, die Versauerung von Böden mit niedrigem Puffergehalt fördert jedoch deren aktiven Übergang in die Bodenlösung. Bei Metallen wie Cadmium, Kupfer, Nickel und Kobalt erhöht sich die Migrationsfähigkeit in einer sauren Umgebung. Wenn beispielsweise der pH-Wert um 1,8–2 Einheiten sinkt, erhöht sich die Mobilität von Zink um das 3,8–5,4fache, von Cadmium um das 4–8fache und von Kupfer um das 2–3fache (Kudryashov, 2003).

Beim Eintritt in den Boden interagieren Schwermetalle mit organischen Liganden und bilden komplexe Verbindungen. Ungefähr 30 % des Bleis sind bei geringen Konzentrationen im Boden (20–25 mg/kg) in der organischen Substanz des Bodens fixiert. Die Menge an komplexen Bleiverbindungen nimmt mit zunehmendem Gehalt auf bis zu 400 mg/g zu und nimmt dann allmählich ab (Bolshakov, 1993; Kudryashov, 2003). Im Boden, Tonmineralien und organischem Bodenmaterial enthaltene Niederschläge von Eisen- und Manganhydroxiden sind ebenfalls in der Lage, Metalle (austauschbar oder nicht austauschbar) zu sorbieren. Metalle, die in der Bodenlösung in Form freier Ionen, komplexer Verbindungen und chelatisierter Formen vorhanden sind, stehen den Pflanzen zur Verfügung und können ausgewaschen werden.

Umweltreaktionen beeinflussen in erster Linie die Aufnahme von Schwermetallen durch den Boden; der Prozess der Aufnahme von Schwermetallen hängt auch davon ab, welche Anionen in der Bodenlösung dominieren: Ein saures Milieu fördert eine stärkere Sorption von Kupfer, Blei und Zink, ein alkalisches Milieu führt dazu intensive Aufnahme von Metallen wie Cadmium und Kobalt. Kupfer geht in verstärktem Maße Bindungen mit Eisenhydroxiden und organischen Liganden ein (Tabelle 1.2).

Zink und Quecksilber sind in einer Tiefe von 0-20 cm gleichmäßig in der Bodenschicht verteilt und weisen wiederum die höchste Migrationsfähigkeit auf. Blei reichert sich am häufigsten in der Oberflächenschicht (0–3 cm) an, während sich Cadmium in einer genau dazwischen liegenden Tiefe ablagert.

Tabelle 1.2

„Mobilität von Mikroelementen in verschiedenen Böden in Abhängigkeit vom pH-Wert der Bodenlösung“ (Kriushin, 2002)

In Umweltgegenständen abgelagerte Schwermetalle wirken sich häufig nachteilig auf lebende Organismen aus versteckter Charakter. Die Toxizität manifestiert sich unerwartet auf einigen einzelnen trophischen Ebenen, wo die Akkumulationswirkung stärker ausgeprägt ist. Die Toxizität von HMs variiert für verschiedene Gruppen lebender Organismen. Es besteht hauptsächlich aus den Eigenschaften und dem Konzentrationsniveau der Elemente selbst sowie ihrer Fähigkeit, in verschiedene Komponenten des Ökosystems zu wandern, und dem Ausmaß der Ablagerung in Organen und Geweben (Sokolov, Chernikov, 2008).

B.A. Yagodin (2002) nennt vier Konzentrationsstufen eines chemischen Elements, die eine umfassende Bewertung seiner Wirkung auf lebende Organismen bestimmen:

• Mangel an einem Element, der Körper verspürt aufgrund seines Mangels Beschwerden;
• optimale Pflege, der Körper ist in einem stabilen Zustand;
• Bei erträglichen Konzentrationen beginnt eine Depression des Körpers aufzutreten;
• schädliche Konzentrationen für einen bestimmten Organismus (Yagodin, 2002).

Zink im Boden. Schwermetall Zink, abhängig vom Hintergrundgehalt in

Boden ist ein essentielles (für Pflanzen lebenswichtiges) Element, wird jedoch bei erhöhten Konzentrationen zu einem Schadstoff der Gefahrenklasse (GOST 17.4.1.02-83, 1983; Vodyanitsky, 2011).

Zink weist eine immer höhere Technophilie auf (Perelman, 1975). Dies ist für Bodenwissenschaftler, die sich mit Umweltfragen befassen, von großem Interesse. In Böden bildet das Metall eine große Anzahl von Trägerphasen und weist verschiedene Formen der Fixierung in mineralischen und organischen Böden auf, was die Möglichkeit eines universellen Ansatzes zur Reinigung zinkkontaminierter Böden ausschließt (Vodyanitsky, 2010).

Der Gesamtzinkgehalt in Chernozemen variiert zwischen 24 und 90 mg/kg, in grauen Waldböden zwischen 28 und 65 (V.A. Kovda et al., 1959). Der hohe Zinkgehalt in Chernozemen ist gerechtfertigt Große anzahl Humus in diesem Bodentyp (S.A. Zakharov, 1906, 1929; G.K. Zykina, 1978). Organisches Material, das in großen Mengen in Chernozemen enthalten ist, und die saure Reaktion der Umgebung fixieren Zink fest, und sein Gehalt kann 90 mg/kg erreichen. In grauem Waldboden wird dieser Effekt nicht beobachtet; die Metallkonzentration sinkt auf 23 mg/kg (Protasova, Shcherbakov, 2003).

Kursker Tschernozem ist der Standard für den Bruttozinkgehalt (52 mg/kg) (Sheudzhen, Aleshin, 1996). Pflanzen stehen nur wasserlösliche (Zinkchlorid, -sulfat und Zinknitrat) und austauschbare Formen von Zink zur Verfügung, die vielfältig sind und von der Bodenart abhängen. Der Gehalt an mobilem Zink im Boden beträgt etwa 1 % der Gesamtreserve. Laut N.P. Yumasheva, I.A. Laut Trunova (2006) kommt die größte Menge an mobilem Zink in typischen und ausgelaugten Schwarzerden vor, in grauen Waldböden ist sie deutlich geringer. In der Literatur wird darauf hingewiesen, dass der Gehalt an mobilem Zink in jungfräulichem Schwarzerde höher ist als in gepflügtem Boden (Yumashev, Trunov, 2006).

Der im Boden enthaltene Phosphor hat einen besonderen Einfluss auf die Mobilität von Zink. Durch die Bildung schwerlöslicher Zinkphosphate reduziert Phosphor die Menge an mobilem Metall im Boden (Lazarev et al., 2013).

Zink kommt im Boden in ionischer Form vor. Die Adsorption von Zink in einer sauren Bodenumgebung erfolgt über einen Kationenaustauschmechanismus. In einer alkalischen Umgebung kommt es durch Chemisorption zur Bildung chemischer Metallbindungen. Das Zn 2+-Ion ist das mobilste. Da der pH-Wert und der Gehalt an Tonmineralien einen direkten Einfluss auf die Mobilität von Zink im Boden haben, gilt der pH-Wert

Zink in der Erdkruste gehört zu den Chalkophyllen (Perelman, 1975). Die natürliche Versorgung des Bodens mit Zink ist mit der Zerstörung von Gesteinen und deren anschließender Auswaschung und Ausfällung in Form von Karbonaten, Silikaten und Phosphaten verbunden (Vodyanitsky, 2010). Durch den Einsatz veralteter pyrometallurgischer Technologie in den Hütten kam es zu einer anthropogenen Kontamination einer großen Anzahl von Böden, die große Mengen an mit Zink angereichertem Staub und Rauch ausstieß (Zyrin und Sadovnikova, 1975; Plekhanova, 2008). Hüttenwerke Sowohl in Russland als auch im Ausland sind sie häufig die Schuldigen der Bodenverunreinigung mit Zink (Vodyanitsky, 2010). In der Nähe einer Blei-Zink-Schmelze in Kanada erreichte der Zinkgehalt im Boden 1390 mg/kg mit Hintergrundwerten von 50-75 mg/kg (Ladonin, 2002).

Die höchsten Zinkkonzentrationen in den Böden der Region Kursk wurden in grauen Waldböden der Stadt Kursk, in bestimmten Bereichen der Stadt – Blumenbeeten und – festgestellt Land in der Nähe von Kozhzavod - sein Gehalt erreicht 27.000 mg/kg. Sehr oft gibt es Gebiete mit einem Verschmutzungsgrad von 2-5 GPC (Bruttogehalt), - Gartengrundstücke„Frühling – 1“, „Frühling – 2“, „Khimik“, „Lavsan“, unbebaute Grundstücke in der Nähe des Werks Kurskrezinotekhnika, unbebaute Grundstücke von „Magistralny Proezd“ (Zhideeva, 2000; Prusachenko, 2011; Nevedrov, 2013a).

Laut V.A. Laut Zhideeva (2000) sind einige Tschernozem-Agrozönosen der Region auch anfällig für Zinkverunreinigungen. Die Böden von Obst- und Apfelgärten in den Bezirken Oboyansky, Sovetsky, Shchigrovsky, Lgovsky, Vedovsky und landwirtschaftlichen Flächen in der Nähe der Obstgärten enthalten Zink in Mengen, die über der Hintergrundkonzentration liegen. Die Zinktoxizität in diesen Böden resultierte aus der Verwendung von Kupfer-Zink-Insektiziden und Fungiziden.

Die Hauptquellen für den Eintrag von anthropogenem Zink in den Boden sind Gas- und Staubemissionen industrielle Produktion, Klärschlamm und Zinkdünger (Robson, 1993).

Als biophiler Bestandteil lebender Zellen ist Zink für alle lebenden Organismen, an denen es beteiligt ist, notwendig biochemische Prozesse Bei hohen und übermäßigen Konzentrationen in Organismen wird es jedoch hochgiftig (Vodyanitsky, 2010). Es wurde festgestellt, dass Zink in den Zonenböden der Region Kursk ein sehr gefährlicher Schadstoff ist: Es wird von Pflanzen leicht angereichert und gelangt über die Nahrungskette in den menschlichen Körper (Zhideeva, 2000).

Zink in Pflanzen. Zink gelangt über den Boden und das Wasser in den Pflanzenkörper und ist an der Atmung und dem Stoffwechsel (Protein und Nukleinsäure) beteiligt. Darüber hinaus leistet Zink solche wichtige Funktion Als Wachstumsregulator beeinflusst es die Bildung der Aminosäure Tryptophan, die eine Vorstufe von Auxin – dem Wachstumshormon – ist. Als Bestandteil einer Reihe von Enzymsystemen ist das Schwermetall Zink äußerst wichtig bei der Bildung von Atmungsenzymen – Cytochrom A und B, Cytochromoxidase (bei Zinkmangel wird ein starker Rückgang seiner Aktivität beobachtet). Die Enzyme Alkoholdehydrase und Glycylglycindipeptidase enthalten Zink in ihrer Zusammensetzung, und Carboanhydrase ist ebenfalls ein zinkhaltiges Enzym. Unter dem Einfluss von Zink erhöht sich der Gehalt an Vitamin C, Carotin, Kohlenhydraten und Proteinen in Pflanzenzellen. Auch bei Fruchtbildungsprozessen spielen Zinkverbindungen eine wichtige Rolle. Der normale Zinkgehalt in Pflanzen trägt zur günstigen Ausbildung der Frostresistenz sowie der Hitze-, Trockenheits- und Salzresistenz der Pflanzen bei. Zink hat die Eigenschaft, das Wachstum des Wurzelsystems bei einer Reihe von Pflanzenarten zu fördern (Peive, 1954; Dobrolyubsky, 1956; Drobkov, 1958; Yakushkina, 2004).

Der hohe Zinkgehalt im Boden spiegelt sich im morphophysiologischen Zustand der Pflanzen wider und ist ein Faktor, der das Längenwachstum der Pflanzen hemmt, die Pflanzenproduktivität verringert und in einigen Fällen die Samenkeimung unterdrückt. E.V. Chursina (2012) stellt fest, dass „bei einem erhöhten Zinkgehalt im Boden (250 und 500 mg pro 1 kg Boden) ein deutlicher Rückgang der Weizenproduktivität zu beobachten ist.“ Aufgrund der sortenspezifischen Reaktion der Pflanzen auf eine Bodenverunreinigung mit Zink kam es zu einer Abnahme der Assimilationsfläche und des Photosynthesepotenzials der Pflanzen sowie des Korngehalts der Ähre“ (Chursina, 2012).

Kupfer im Boden. Das Schwermetall Kupfer ist wie Zink ein lebenswichtiges Element. Kupfer wird gemäß der russischen Sanitär- und Hygieneverordnung GOST 17.4.102-83 als mäßig gefährliches Schwermetall eingestuft. Der Kupfergehalt im Referenz-Chernozem von Kursk beträgt 26 mg/kg und in grauen Waldböden 5 bis 39 mg/kg (Protasova, Shcherbakov, 2003).

Mobile Formen von Kupfer stehen Pflanzen zur Verfügung; ihre Menge übersteigt im Allgemeinen nicht 10 % des gesamten Metallgehalts im Boden (Katalymow, 1965).

Im Boden wird Kupfer durch Salze und Hydrate von Kupferoxid in einem Zustand repräsentiert, der von organischen und mineralischen Kolloiden absorbiert wird. Der Gehalt an mobilem Kupfer im Boden hängt hauptsächlich von der Menge an organischer Substanz und der Menge der absorbierten Basen sowie von der granulometrischen Zusammensetzung des Bodens ab (Zakharov, 1906; Zykina, 1978) und ist immer linear Zusammenhang zwischen dem Gehalt an mobilem Kupfer im Boden und der granulometrischen Zusammensetzung. Böden mit schwerer granulometrischer Zusammensetzung enthalten mehr Kupfer als leichte Böden. Eine Erhöhung des Podsolisierungsgrades des Bodens verringert nicht nur den Kupfergehalt im Boden, sondern hat auch eine immobilisierende Wirkung.

Forscher stellen außerdem fest, dass in sauren und sandigen Böden mit geringer Absorptionsfähigkeit ein Prozess der Kupferauswaschung beobachtet wird, der zur Erschöpfung der Reserven des lebenswichtigen Elements im Boden führt. Die Zahl der Gebiete mit sauren Böden in der zentralen Tschernozemregion nimmt stetig zu, und daher wird der Gehalt an mobilen Formen von Kupfer in ihnen abnehmen (Lazarev et al., 2013).

Durch technogene Ausbreitung gelangt Kupfer auf vielfältige Weise in den Boden. Laut D.S. Orlova, L.K. Sadovnikova (2002) sind die Hauptquellen technogener Kupferemissionen in die Atmosphäre Emissionen aus dem Industriekomplex, die als Ergebnis von Prozessen entstehen, die von Hochtemperaturreaktionen begleitet werden: in der Eisen- und Nichteisenmetallurgie, beim Brennen von Zementrohstoffen und bei der Verbrennung mineralischer Brennstoffe. Emissionen werden oft durch atmosphärische Strömungen über große Entfernungen (5–10 km) transportiert. Der Hauptteil dieser Emissionen gelangt in einer Entfernung von 1–3 km vom Epizentrum in den Boden und lagert sich in den Böden in der Nähe der ursprünglichen Verschmutzungsquelle ab.

Laut dem „Bericht über den Zustand und den Schutz der Umwelt in der Region Kursk im Jahr 2013“ belaufen sich die jährlichen Emissionen spezifischer Schadstoffe auf 150 Tonnen, davon Kupfer - 2-3 % (Bericht über den Zustand und den Schutz..., 2014).

Es ist erwähnenswert, dass im Durchschnitt etwa 65 % des gesamten Kupfers in der Umwelt des Gesamtgehalts in der obersten Schicht von Boden, Wasser und Atmosphäre eine vom Menschen verursachte Komponente sind (Kozachenko, 1999).

Eine weitere Quelle der Kupferverschmutzung kann die Bodenbewässerung mit Wasser sein, das einen hohen Gehalt dieses Metalls enthält. Der „Bericht über den Zustand und den Schutz der Umwelt in der Region Kursk im Jahr 2013“ veröffentlichte Informationen, die belegen, dass sich die Qualität der Oberflächengewässer in der Region Kursk (Dnjepr-Becken) erheblich verschlechtert und der Kupfergehalt in ihnen zwischen 1,5 und 1,5 liegt 3,0 MPC. Dieses Phänomen wird durch den Einfluss industrieller und häuslicher Abwässer verursacht (Status- und Schutzbericht..., 2014).

K.I. Levit (2001) geht davon aus, dass „die Kontamination von Land mit Kupfer nicht nur auf die Emissionen von Industrieunternehmen zurückzuführen ist, sondern auch auf die von ihnen verbrauchten Substanzen.“ Landwirtschaft zB Pestizide. Eine solche Verschmutzung wird als agrogen bezeichnet“ (Levit, 2001). Der Einsatz von Pestiziden in der modernen landwirtschaftlichen Produktion dient nicht nur der Erhaltung und Steigerung der Ernteerträge, sondern stellt leider auch eine erhebliche Bedrohung dar umliegende Natur. Pestizidrückstände verunreinigen den Boden und verringern seine biologische Aktivität. Da sie krebserregende Eigenschaften besitzen, reichern sie sich in den vegetativen Organen von Pflanzen an, was anschließend zu deren morphophysiologischen Veränderungen führt (Levit, 2001).

Der Großteil der mit Kupfer kontaminierten Böden in der Region Kursk befindet sich in den Böden der Stadt und angrenzenden Industriegebieten. So enthalten die Böden von Obst- und Apfelgärten in den Bezirken Obojanski, Sowetski, Schtschigrowski, Lgowski, Wedowski und auf den landwirtschaftlichen Flächen in der Nähe der Obstgärten toxische Konzentrationen des Metalls. Die Kontamination dieser Gebiete mit Kupfer erfolgte aus demselben Grund wie ihre Kontamination mit Zink, d. h. durch den Einsatz von Kupfer-Zink-Insektiziden und Fungiziden bei der Obstverarbeitung. Durch den Einsatz dieser Mittel sammelten sich jährlich bis zu 8–10 kg/ha technogen erzeugtes Kupfer in den Böden an, mit einer ziemlich gleichmäßigen Verteilung in der Nähe der Verwendungsquelle (Zhideeva, 2000).

Kupfer in Pflanzen. Kupfer ist wie Zink ein essentielles Element für pflanzliche Organismen. Einige der in Blattchloroplasten konzentrierten Kupferionen sind an der Regulierung von Photosyntheseprozessen beteiligt. Dieses Mikroelement steht in engem Zusammenhang mit der Synthese komplexer organischer Verbindungen: Anthocyane, Eisenporphyrine, Chlorophyll. Als Chlorophyllstabilisator schützt Kupfer es vor Zerstörung. Kupfer bildet das oxidative Enzym Polyphenoloxidase und geht als Strukturbestandteil in die Zusammensetzung der Proteinverbindung ein (Kupferprotein mit 0,3 % Kupfer). Kupfer in Pflanzen beeinflusst auch die Aktivität von Peroxidase und anderen eisenhaltigen Enzymen und ist ein integraler Bestandteil der Synthese von Proteinen, Kohlenhydraten und Fetten. Es wurde festgestellt, dass die Wasserhaltekapazität pflanzlicher Gewebe durch Kupfer reguliert wird, genauer gesagt durch kupferabhängige Proteine, die in Pflanzen synthetisiert werden (Stiles, 1949; Shkolnik, 1950; Peive, 1954; Dobrolyubsky, 1956; Drobkov, 1958; Peive, 1960).

Kupfermangel führt bei Pflanzen zu Krankheiten, die vor allem mit einer Abnahme der Hydrophilie von Gewebekolloiden einhergehen. Darunter treten häufig Krankheiten wie Exantheme oder trockene Kronen von Obstbäumen, Chlorose der Blätter, Absterben der Triebspitzen, Verschlechterung der Blüte und des Fruchtansatzes auf. Die Bedeutung von Kupferdüngern liegt auf der Hand: Ihre Verwendung auf Böden, denen das biogene Element Kupfer fehlt, trägt dazu bei, die Frost- und Trockenresistenz der Pflanzen sowie wahrscheinlich auch die Resistenz gegen bakterielle Krankheiten zu erhöhen (Stiles, 1949; Shkolnik, 1950; Peive, 1954). ; Dobrolyubsky, 1956; Shkolnik, Makarova, 1958;

Blei und Cadmium in Böden. Blei und Cadmium gelten als hochgefährliche Schadstoffe [Russian Sanitary and Hygienic GOST 17.4.102-83, 1983]. In den Böden des nach ihm benannten Biosphärenreservats Zentraler Tschernozem. V.V. Aljechina, der durchschnittliche Bleigehalt beträgt 9 mg/kg, Cadmium - 0,1 mg/kg (Zhideeva, 2000).

Blei und Cadmium gelangen wie andere Schwermetalle über zwei Wege in die Umwelt – über natürliche und vom Menschen verursachte. Waldbrände, Abfolge von See- und Sumpfökosystemen, Gesteinsverwitterungsprozesse, Vulkanausbrüche, Meeresgischt – all das Naturphänomen dienen als natürliche Blei- und Cadmiumquellen. Vom Menschen verursachte Emissionen von Blei und Cadmium in die Atmosphäre setzen sich aus Gas- und Staubemissionen von Chemieölraffinerien und metallurgischen Betrieben, Fahrzeugen und Wärmekraftwerken, Einleitungen von schlecht behandeltem Abwasser in die Hydrosphäre sowie organisierten und nicht genehmigten Deponien zusammen. Wenn wir Blei und Cadmium vergleichen, ist ersteres weniger giftig, da Blei in verschiedenen Umweltobjekten weniger mobil ist. Eine langfristige Bleibelastung des menschlichen Körpers führt jedoch zu chronischen Vergiftungen mit verschiedenen klinischen Erscheinungsformen: Störungen des zentralen und peripheren Nervensystems, Erkrankungen des Magen-Darm-Trakts, Schädigung Knochenmark, Veränderungen der Blutzusammensetzung (Lindiman, 2009).

Der Prozess der Bleianreicherung im Boden wird seit langem untersucht (Zakharov, 1906, 1929; Zykina, 1978). Der Boden ist eine Senke für atmosphärisches Blei; in der Regel setzt sich das Metall in Form von Oxiden im Boden ab, geht hier in die Bodenlösung über und wandelt sich dann nach und nach in Hydroxide, Carbonate oder die kationische Form um. Im Boden kann es zur Bildung starker Bindungen mit Blei kommen, was dazu beiträgt, eine Kontamination des Bodens zu verhindern Wasser trinken und pflanzliche Produkte. In diesem Fall entsteht zwangsläufig ein weiteres Problem: Wenn sich Blei im Boden ablagert und fest verankert, nimmt der Grad seiner Verunreinigung allmählich zu und das Risiko der Zerstörung organischer Bodensubstanz wird hoch, was zur Freisetzung von Blei in den Boden führt Bodenlösung. Dieser Boden muss aufgrund seiner Ungeeignetheit aus der landwirtschaftlichen Nutzung entfernt werden. Die Kapazität einer Meterschicht von einem Hektar Erde, die Blei zurückhält, kann 500-600 Tonnen erreichen. Eine solche Bodenverunreinigung mit Blei kommt in der Natur nicht vor (Orlov, 1992; Mosina 2012).

Sandige, humusarme Böden hingegen sind äußerst resistent gegen Bleiverunreinigungen. Schwach fixiertes Blei dringt leicht in Pflanzen ein oder wandert mit Filterwasser entlang des Profils (Orlov, 1992; Orlov et al., 2003, 2005).

Den Quellen zufolge ist die Gesamtkapazität von Blei in der Oberflächenschicht des Bodens bis zu einer Tiefe von 5 cm deutlich höher als die einer Reihe von Metallen (Kupfer, Molybdän, Eisen, Nickel und Chrom). Das ist sehr gefährliches Phänomen, da Blei das giftigste der aufgeführten Metalle ist. Der Boden in Gebieten, in denen Batterieanlagen und Blei-Zink-Anlagen stehen, enthält Blei in Mengen, die 20–30 Mal höher sind als der Durchschnitt. Dementsprechend wird auch die „lokale“ Vegetation ein beeindruckendes „Bleigepäck“ haben (Zhideeva, 2000).

Eines der giftigsten chemischen Elemente für Lebewesen ist Cadmium. Dieses Schwermetall gehört zu den Schadstoffen einer hohen Gefahrenklasse (GOST 17.4.102-83, 1983; Vodyanitsky, 2011).

Das Eindringen von Cadmium in den Körper führt zu dessen Vergiftung, während die Beschaffenheit der Cadmiumverbindungen von geringer Bedeutung ist. Forscher gehen davon aus, dass Cadmium beim Eintritt in einen lebenden Organismus in eine biologische Konkurrenz mit Zink tritt, was zu Störungen laufender physiologischer Prozesse führt. Darüber hinaus ist die schützende Wirkung von Zink bei Cadmiumvergiftung bekannt.

Laut A.V. Laut Prusachenko (2011) liegt der Bleigehalt in grauen Waldböden von Kursk zwischen 23 mg/kg und 94 mg/kg und der Cadmiumgehalt zwischen 0,12 und 0,98 mg/kg. Häufig gibt es Bereiche mit Bleigehalten, die den maximal zulässigen Wert überschreiten. Die Hauptquelle der Bleiverschmutzung ist das in Kursk betriebene Akkumulyator-Werk. Laut V.A. Zhideeva (2000) belief sich in den 62 Jahren des Bestehens der Akkumulyator-Anlage die Emission von Blei in die Atmosphäre auf mehr als 4500 Tonnen und Cadmium auf mehr als 300 Tonnen.

Blei und Cadmium in Pflanzen. Eine Folge davon ist das Vorhandensein von Blei in den meisten pflanzlichen und tierischen Produkten und Futtermitteln globale Umweltverschmutzung Umwelt führend. Pflanzenprodukte enthalten im Allgemeinen mehr Blei als tierische Produkte. Übermäßige Bleikonzentrationen wirken sich nachteilig auf die Bodenbiota (Mikrobiozönose) aus und verringern die Zahl ihrer Hauptvertreter, was zu einer Verringerung der Bodenfruchtbarkeit führt (Revel, 1994). Der Toxizitätsgrenzwert für Blei im Boden liegt bei krautigen Pflanzen bei einer Konzentration über 0,3 g/kg, bei Gehölzen bei 1,5 g/kg. Wenn der Bleigehalt im Boden 0,05 – 0,3 g/kg beträgt, nimmt die Qualität der Nahrungspflanzenprodukte ab und sie werden ungeeignet.

Das Metall kann sich in unterschiedlichen Mengen in verschiedenen Organen verschiedener Pflanzengruppen anreichern. Beispielsweise gelangt Blei bei Salat und Sellerie hauptsächlich in die Blätter, während es sich bei Karotten und Löwenzahn hauptsächlich im Wurzelsystem ansammelt (A.F. Titov et al., 2007). Hülsenfrüchte sind geringe Konzentrationen von Blei (Kozarenko, 1987; Petrunina, 1974; Kuboi et al., 1986).

Pflanzen nutzen die Ressourcen Boden, Wasser und atmosphärischen Niederschlag und nehmen Blei zusammen mit lebenswichtigen chemischen Elementen auf. Ein hoher Bleigehalt in der Luft ist eine der Ursachen für sommerlichen Laubfall. Gehölze sind eine Art Bleifilter. Indem sie atmosphärisches Blei in ihren Organen ansammeln, neutralisieren sie die gleiche Menge an aktivem Blei, die bei der Verbrennung von 130 Litern Benzin freigesetzt wird. Haselnuss und Fichte sind aktive Bleispeicher, während die kumulative Wirkung von Ahorn dagegen äußerst gering ist. Die Blätter von Bäumen am Straßenrand enthalten 30-60 % mehr Metalle. Gute Bleifilter sind Nadelbäume(Fichte und Kiefer) können sie Metall ansammeln und nicht austauschen Umfeld(Sennovskaya, 2006).

Blei wird auch von Vertretern niederer Pflanzen intensiv abgelagert – auch in Pilzen werden hohe Konzentrationen des Schwermetalls festgestellt. Landwirtschaftliche Pflanzen wie Kohl, Rettich und Kartoffeln reichern aktiv Blei an (Titov et al., 2007).

Allerdings benötigen lebende Organismen immer noch geringe Mengen Blei. Jedes Jahr gelangen 70.000 bis 80.000 Tonnen Blei in die Landvegetation biologischer Kreislauf. Der Massenanteil von Blei in den Ascherückständen von Pflanzen ist nicht signifikant und beträgt 0,001 – 0,002 %.

Die vom Menschen verursachte Bleiausbreitung erfolgt äußerst intensiv; das Flusswasser transportiert 17.000 bis 18.000 Tonnen Blei pro Jahr, was etwa 200-mal weniger ist als die Menge des geschmolzenen Metalls.

Für Pflanzen ist Cadmium ein hochgiftiges Element, das zu den gefährlichsten Schwermetallen zählt (Alekseev, 1987; Kaznina, 2010; Prasad, 1995; Heiss et al., 2003). Wirtschaftstätigkeit Der Mensch führt zu einer Erhöhung seines Gehalts in der Bodenbedeckung. Dieses Phänomen geht auch mit einem deutlichen Anstieg der Menge toxischer Ionen in Pflanzen einher, was viele Prozesse ihres Lebens erheblich beeinflusst (Titov et al., 2007). Die Untersuchung der Wirkung von Cadmium auf Pflanzen zieht häufig Forscher an; zahlreiche Studien widmen sich diesem Thema. wissenschaftliche Arbeiten(Melnichuk, 1990; Seregin, 2001; Titov et al., 2007; Sanita di Toppi, Gabrielli, 1999; Vassilev, 2002). Die oben genannten Arbeiten berichten, dass bei der Bestimmung des Grades der Metallhemmung bestimmte physiologische Parameter die taxonomische Zugehörigkeit berücksichtigen von Pflanzen spielt eine wichtige Rolle, ebenso wie die Konzentration des Metalls in der Wurzelzone und die Dauer seiner Wirkung auf die Pflanze. Einige Autoren stellen fest, dass die Reaktion von Pflanzen auf die Wirkung von Cadmium von ihrem biologischen Alter abhängt Es gibt nur sehr wenige objektive experimentelle Daten, die dieses Phänomen bestätigen (Kaznina et al., 2010).

Die negative Wirkung von Cadmium auf die lebenswichtigen Funktionen des Pflanzenorganismus wurde auch auf zellulärer Ebene festgestellt (Lindiman, 2009). Untersuchungen von Wissenschaftlern legen nahe, dass Cadmium zu einer Reihe struktureller Veränderungen in Pflanzenzellen führt. Durch die Interaktion mit Enzymen, die katalytische Funktionen erfüllen, hemmt ein Schwermetall beispielsweise die Photosynthesefunktion.