Реферати українською » Ботаника и сельское хоз-во » Вивчення впливу сполук важких металів на грунт і рослини (на прикладі сполук кадмію і свинцю)


Реферат Вивчення впливу сполук важких металів на грунт і рослини (на прикладі сполук кадмію і свинцю)

Страница 1 из 6 | Следующая страница

>Оглавление

Запровадження

1. Тяжкі метали у грунтах і методи вивчення їх рухливості

1.1 Механізми поглинання і трансформації іонів важких металів ґрунтами

1.1.1 Фізико-хімічні основи механізму поглинанняPb(II) грунтом

1.1.2 Зміст кадмію (II) в ґрунтових розчинах

1.1.3 Поглиненна сполук кадмію і перенесення їх рослинами

1.2 Використання ґрунтових витяжок щодо сполук

важких металів

1.3 Проявфитотоксичности важких металів у системі «грунт – рослина»

2. Методи і об'єкти дослідження

2.1 Методика відбору проб грунту

2.2 Визначення гумусу грунту методом І.В.Тюрина

2.3 Визначення рН водної витяжки грунтів

2.4 Визначення сумипоглощенних підстав

2.5 Кислотність грунтів

2.6 Методика визначеннякислоторастворимих форм металів в ґрунтовихвитяжках методом атомної абсорбції

2.6.1 Визначення обмінній кислотності

2.6.2 Визначеннягидролитической кислотності

3. Експериментальна частина

3.1 Вивчення чинників, які впливають поглинальну здатністьвищелоченнихчерноземов

3.2 Вивчення рухливості сполуксвинца(II) і кадмію (II) у ґрунтах

3.3 Вивченняфитотоксичности іонівPb (II) іCd (II)

Висновки

Література

Запровадження

 

У конкурсній програмі моніторингу довкілля свинець і кадмій віднесено до пріоритетним токсичною елементам. Це як тенденціями розвитку сучасної промисловості, продовжує їхфизиолого-биохимическими особливостями.

Доступність свинцю і кадмію рослинам значною мірою залежить від цього, наскільки вони міцно пов'язані у грунті.Поведению цих металів у грунті присвячено дуже багато публікацій [3, 6, 8], у яких ключове питання про механізми зв'язування свинцю (II) і кадмію (II) залишається дискусійним.

Відомо, що внесення винищити і добрив, особливо органічної природи, значною мірою може змінитися поведінка елементів у грунті [17, 19] і, отже, його доступність рослинам.

Зміст у грунті важких металів ісопряженная з цимтранслокация в рослини – складного процесу, який впливає чимало чинників. Щоб осягнути механізм впливу кожного їх, слід вивчати вплив окремих чинників нафитотоксическое дію важких металів за умов експерименту.

Метою роботи стало вивчення ступеня рухливості сполук свинцю (II) і кадмію (II) у грунтах і способів зниження їхфитотоксичности.

За виконання роботи вирішувалися такі:

1. Вивчити поглинальну здатність грунтів стосовноионамCd(II) іPb(II) під впливом різних чинників (зміст органічного речовини, іонів ТМ впочвенном розчині, рН середовища).

2. Встановити часткукислоторастворимих (рухливих) форм іонів свинцю (II) і кадмію (II) при акумуляції в грунті.

3. Методом біоіндикації вивчити ефективність різних способів зниженняфитотоксичности іонів ТМ у системі «грунт – рослина».

Як об'єкти дослідження щодо хімічного поведінки іонів ТМ у ґрунтах було обрановищелоченниечерноземи Мінусинського району, які характеризуються високоїемкостью поглинання.

Предметом дослідження стала рухливість іонівCd(II) іPb(II) ввищелоченнихчерноземах за умов мінливих кислотності грунту, рівня змісту гумусу і іонів ТМ.

Діяльність перевірялася гіпотеза - про тому, що визначального чинникафитотоксичних властивостей іонів металів є рухливість їх хімічних форм впочвенном розчині.

Дослідження з визначеннюкислоторастворимих форм металів і агрохімічних характеристик грунту було проведено з урахуванням державної станції агрохімічної служби «>Минусинская».

Основні результати своєї роботи доповідалися на наукових конференціях:

1. «Екологія Південної Сибіру – 2004 р» (>Абакан, 3 місце)

2. «Молодь і хімія – 2004 р» (Красноярськ, 1 місце)

3. «>Катановские читання – 2005 р» (>Абакан, 1 місце)

Матеріали дослідження було опубліковано у збірниках наукових конференцій.


1.  Тяжкі метали у грунтах і методи вивчення їх рухливості

1.1  Механізми поглинання і трансформації іонів важких металів у ґрунтах

У системі циклічного масообміну металів окреме місце посідає грунт, у якій сходяться загальні міграційні потоки. З одного боку, у грунті мобілізуються метали,вовлекаемие потім у різні міграційні цикли, з іншого – перерозподіляються маси металів, які зпочвообразующих порід, зопадом рослинності іосаждениями з атмосфери. Регулювання грунтоммассопотоков металів зумовлено системою рівноваг івзаимопереходов між різними формами перебування металів, різняться міцністю закріплення та здібністю входитимуть у той чи інший вид міграції. Надлишкові маси металів, що надійшли в біосферу з природних явищ внаслідок техногенного забруднення, виводяться із системи міграційних циклів й остаточно зв'язуються в твердої фазі грунту, звідки можуть поступово мобілізуватися й окремімассопотоки.

Зміст у грунті важких металів ісопряженная з цимтранслокация в рослини – складного процесу, який впливає чимало чинників. Щоб осягнути механізм впливу кожного їх, варто вивчити вплив окремих чинників за умов експерименту.

Про характер зв'язування свинцю і кадмію можна судити з їх змісту у ґрунтах і залежності профільного розподілу від властивостей грунтів. У грунту свинець і кадмій вступають у вигляді домішок в добривах,галогенидов і оксидів цих металів, які у вихлопних газах автомобілів під час використання тетраетилсвинцю як до бензину [3,21,26], у складі відходів, які виникають при видобутку й переробці відпрацьованих акумуляторних батарей [5,6, 7].

Дослідженнями низки авторів [7, 8] встановлено, що відсотковий вміст свинцю становить від 2 до 300 мг/кг. Середні значення дляантропогеннонезагрязненних ландшафтів оцінюється як 15 – 17 мг/кг у ґрунтах легенів складу і 17 – 22 мг/кг у ґрунтах важкого складу.

У поверхневому горизонті зміст свинцю найчастіше здається найбільш високим. У промислових ірудодобивающих районах це відносять рахунок антропогенного впливу. Проте, підвищена концентрація свинцю в поверхневому шарі необов'язково означає забруднення шару рахунок атмосферних випадань. Майже у всіхнезагрязненних районах зміст елемента значно більше у лісовій підстилці ігумусових горизонтах, особливо укорнеобитаемой зоні [9]. Не виключено, що такий розподіл формується через перерозподіл свинцю, що міститься впочвообразующейся породі, під агресивний вплив винесення його рослинами і наступному накопиченні у лісовій підстилці ігумусовом обрії, у яких концентрації свинцю виявляються максимальними. У цілому нині, валове зміст свинцю та її профільне розподіл не інформативні розуміння характеру зв'язування цього елемента у грунтах, доступності рослинам й можливості винесення його з грунту з поверховим чи грунтовою стоком. Вирішальне значення для відповіді опікується цими питаннями, очевидно, повинен мати хімічний склад парламенту й властивості сполук, у складі яких метал перебуває.

У грунті переважна більшість свинцю перебуває у вигляді твердих сполук.Рекомендуемие у літературі методики [3], дозволяють виділити лише ті умовні фракції свинцю, які можна зарахувати до певним хімічним сполукам.

У цілому нині, вони дають усе ж таки підстави сподіватися, що у кислих грунтах існує частина свинцю, до 70%, здатна справді обмінюватися інші іони; в нейтральних грунтах переважають фракції, «пов'язані з оксидами Fe –Mn» і органічним речовиною, аслабощелочних і лужних умовах свинецьраспределен між «карбонатної», «органічної» і «залишкової» фракціями. Проте, хімічний склад парламенту й властивості сполук, наявність яких обумовлює наявність елемента у цих «фракціях», залишаються неясними. Отже, саме собою «фракціонування» порівняно є малоінформативним.

>Твердие сполуки свинцю у ґрунтах перебувають у взаємодії з грунтовим розчином, з якого відбувається як надходження елемента у рослини, івнутрипочвенная міграція, і трансформація його сполук. Характер зв'язування свинцю в твердих складових, мабуть, і визначає її концентрацію в розчині, які мають, в такий спосіб, відбивати властивості сполук, у яких перебуває свинець. Щоб осягнути причини появи свинцю впочвенном розчині, необхідно проаналізувати властивості сполук цього елемента, які б бути присутнім на грунтах, і можливі механізми його зв'язування.

свинець кадмій грунтфитотоксичность

>1.1.1.Физико-химические оцінки механізмів поглинання >Pb (II)

Як механізмів зв'язування свинцю автори [6] називають осадження йогомалорастворимих солей іобменное чинеобменное поглинаннягидроксидами металів,силикатами і органічним речовиною грунтів.

Домалорастворимим сполукам свинцю відносять природні мінерали, основними із яких єгаленит (>PbS), зустрічається у багатьох районах земної кулі, а як і рудні мінералианглезит (>PbSO4),церуссит (>PbCO3),пироморфит (>PbCl2*3Pb3(PO4)2) імилитезит (>PbCl2*3Pb3(AsJ4)3). Ці сполуки, мабуть, і потрапляють у грунту поблизу розробок рудних родовищ. Металевий свинець порівняно стійкий до впливу природних чинників, бо під впливом повітря і водяної пари з його поверхні утворюєтьсяпленкаоксикарбоната, захищає метал від подальшого окислення. Вплив води, що міститьрастворенний кисень, призводить до утвореннягидроксидов свинцю, розчинення яких і було робить воду токсичною.

>Оксид свинцю (II) утворюється під час нагріванні металу надворі. Іншими оксидами єPb6O2 іPb3O4. Перший входить до складу пластин свинцевих акумуляторів, другий використовують як пігменту фарб. У лужних розчинах утворюютьсягидроксомплекси [>Pb4(OH)4]4+, [>Pb2(OH)]3+, [>Pb3(OH)4]2+, [>Pb(OH)]+, [>Pb6(OH)8]4+, [>Pb(OH)2]0.

>Нитрат свинцю добре розчинний у питній воді, але його дисоціації у питній воді утворюється стабільний комплекс.

>Оксигалиди свинцюPb2>OCl2,Pb3O2CI2,Pb3>OCl4 відомі як мінерали.

>Гидрофосфат (>PbHPO4) утворюємалорастворимий у питній воді мінералмонетит.

>Соединения із загальною формулою [3Pb3(PO4)2 *PbX2], де X –Сl,Br чиOH називаютьапатитами свинцю.Хлорапатит свинцю є у природою вигляді мінералухлоропироморфита (>Pb5(PO4)3Сl).КарбонатPbCO3 одна із найменш розчинних сполук свинцю.

У природі він зустрічають у вигляді мінералуцеруссита. Розчинність його помітно зростає у присутності розчинної у питній воді СО2. Ще менш розчинний сульфід свинцю –галенит. На повітрі поволі окислюється, у результаті під час перебуваннясульфидной руди надворігаленит поступово покривається спочатку кіркоюанглезитаPbSO4, і потім із поверхні перетворюється нацеруссит.

Розчинність деяких сполук свинцю та їхні твори розчинності наведені у таблиці 1.

За таких даних можна дійти невтішного висновку у тому, що у рідкої фазі грунтів концентрацію елемента міг би контролювати лише карбонат, сульфід іпироморфит свинцю.

Наявність у грунтахкальцита, концентрація якої значно вищий, ніж вцеруссита, призводить до появи впочвенном розчині іонів карбонатів ігидрокарбанатов в концентраціях, достатніх для осадження іонів свинцю з розчину.

У присутностікальцита при характерне багатьом грунтів змістом вуглекислого газу близько 0,3% зміст свинцю становить 31мкг/л.

Отже, в карбонатних грунтах зв'язування іонів свинцю відбувається поза рахунок осадженняцеруссита.


Таблиця 1

Розчинність деяких сполукPb (II) у питній воді. [3]

з'єднання розчинність ->lg (ПР) >t, З
мг/л >моль/л
>Pb(OH)2 11,4 5,5*10 15 25
>PbCl2 5745-12830 2,77*10-6,2*10 4,67-3,62 25
>PbCO3 0,037 1,8*10 13,48 18
>PbHPO4 2,3 1,8*10 9,92 25
>PbSO4 37 1,8*10 7,8 25
>PbS 6*10 2,8*10 27,1 25
>Pb5(PO4)3Cl 1*10 5*10 83,7 25

Альтернативним механізмом поглинання свинцю єобменное чинеобменное поглинанняPb (II) оксидами –гидроксидами Fe іMn,глинистими мінералами і органічним речовиною грунтів. У разі лабораторного експерименту дослідники [3] встановили, що оксидами –гидроксидами заліза в інтервалі рН від 3,5 до 5,5 практично цілком поглинають іони свинцю з розчину.

ОксидиMn як і пов'язуютьрастворенний свинець, рН впливає цей процес на значно нижчою ступеня. Практично не надає нею впливовості проекту та зміни поверхні твердої фази. Від 20 до 93% свинцю,поглощенногосвежеосажденними оксидами марганцю, не вдавалося екстрагувати 25% оцтової кислотою, а після «>состаривания» протягом 28 тижнів для частка цієїнеекстрагируемой фракції зросла до 37 – 100% поглинанняPd (II). Длясвежеосажденного і «>состаренного»гетита часткаекстрагируемого такий кислотою свинцю становила, відповідно, 10 – 44 та19 – 62%. Можна дійти невтішного висновку у тому, що з взаємодії свинцю і з простими сорбентами частину його виявляється міцніше пов'язаної, а частина менш, тобто, проявляється неоднорідність «>сорбционних центрів».

Щоб заряд поверхні частинок залишався незмінним, поглинання свинцю ґрунтами та його складовими має супроводжуватись витісненням в розчин яких то інших іонів.Связивание 1 мільPb (II)гидроксидамиMn при рН 4, за даними [11], призводить до витіснення H+ у кількості 1 міль длябирнессита і 1,3 міль длякриптомелона. Длягидроксидов заліза (гематиту і петиту) цей показник становило відповідно 1,3 і 2 міль. Авторами роботи [11], висунуто те, що поглинання свинцю з кислих розчинів відбувається у відповідність до рівнянням:

>SOH0 +Pb2+ = [>SO –Pb 2+] + H+,                                            (1)

деSOH0 – незаряджений ділянку поверхні, а формула в квадратних дужках відбиває поглинуту формукатиона свинцю.

Зі збільшенням рН очікується поглинаннямоногидроксокомплекса:

>SOH0 +Pb 2+ +Н2О = [>SO- -Pb(OH)2] +2Н+                         (2)

З подальшим поверхово - індукованиммежфазним осадженнямгидроксида металу у відповідність до вираженням:

P.S +Pb 2+ + 2Н2О = [P.S -Pb(OH)2] +2Н+                                        (3)

Для оксидів заліза різке збільшення поглинання у вузькому діапазоні рН автор приписує досягненню рівня рН, у якому стає можливим поглинанняPbOH+.Соединения у складі яких був свинець лежить на поверхні оксидів –гидроксидов, належать до поверховимвнутрисферним комплексам.

Ґрунти з великим змістом гумусу не виявляли більшої селективності стосовноPb 2+. Найбільшселективними сорбентами виявилися оксиди заліза.

«Більше – еквівалентну» поглинання виявлено, відповідно до [13], при зв'язуванні ґрунтами інших катионів, наприклад катионів міді. Відповідно до даними досліджень [14], поглинання катионів ґрунтами прийнято підрозділяти на «неспецифічне» і «специфічне». Під «неспецифічний» зазвичай розуміють зв'язування катионів рахунок дії електростатичних наснаги в реалізації подвійному електричному шарі, а «специфічне» відносять рахунок формування координаційних зв'язку з поверхнею через атоми кисню чи групи – ВІН. «Більше – еквівалентну» поглинання відбувається за рахунок механізму,неселективного поглинання стосовноионамPb 2+.  

Про особливості механізму зв'язування свинцю ґрунтами, підтверджують гіпотезу [14], можна зважити на те, що його величина не пропорційнаемкости катіонного обміну.

Запропоновано та інші гіпотези механізму поглинання свинцю у ґрунтах. Зокрема, іншим типом взаємодії то, можливо освіту комплексів свинцю з органічним речовиною,сорбированними лежить на поверхні глинистих частинок.Висказивается думка у тому [3,12], що роль глинистої фракції вже о поглинанні свинцю незначна проти роллю органічного речовини.

Роль органічного речовини неоднозначна під іншим кутом зору [12]: виділені з грунтівгуминовие кислоти міцно пов'язували частина свинцю, але 65% утриманого ними свинцю опинялись у обмінній фракції.

>Виделяемая1н.HNO3 фракція свинцю, на думку авторів [12] , входить до складу комплексних сполук згуминовими кислотами.КатиониPb 2+ може бути пов'язані згуминовими кислотами або черезкарбоксильние, або черезгидроксильние групи.

>Недиссоциированниеслабокислие ВІН – групи цукрів і фенолів також, можливо, беруть участь у освіті таких комплексів.

Отже, з урахуванням приведених данихподтвержденние і гіпотетичні механізми поглинання свинцю можна як схеми, показаної в таблиці 2.

Отже, на етапі дослідження механізмів поглинання металу можна стверджувати, що, по-перше, є певні умовні

Страница 1 из 6 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація