Химическая мелиорация почв
Для ликвидации последствий загрязнения почв тяжелыми металлами важное значение имеют предупредительные меры, которые базируются на совершенствовании технологий производства, в том числе агрохимикатов. Хорошо очищенные отходы химической и машиностроительной промышленности после обогащения фосфором (до 100 г/кг отходов) представляют большую ценность для сельского хозяйства.
Для очистки сточных вод, применяемых в качестве удобрений, используют различные вещества: известняк, ионообменные смолы, синтетические сорбенты. Эффективными методами являются обратный осмос, вымораживание, электролиз. Заслуживает внимания способность многих микроорганизмов концентрировать некоторые металлы, что позволяет получать медь, уран и т.д. микробиологическим путем и тем самым очищать сточные воды от присутствия тяжелых металлов.
Для ликвидации уже существующего загрязнения применяют материалы, связывающие тяжелые металлы в недоступные для растений формы (органические и минеральные удобрения, известь, цеолиты, синтетические смолы и др.). Рекомендуют также возделывать культуры, толерантные к загрязнению или используемые на технические цели.
Для сильнозагрязненных территорий практикуют удаление загрязненного слоя с последующим извлечением тяжелых металлов путем перевода их соединений в подвижную форму и дальнейшего вымывания раствором FeCl3 в кислой среде. Внесение в почву солей железа способствует улучшению ее физического состояния: происходит агрегирование почв за счет склеивающего эффекта железогуматных комплексов. По завершении очистки проводят комплексное окультуривание почвы: известкование, внесение органических и минеральных удобрений, компенсирующих потери биогенных элементов при промывке.
Менее дорогой прием рекультивации почв - внесение веществ-инактиваторов. В некоторых странах (Великобритания, Германия, Франция, Япония) для этого используют меркапто-8-триазин. При этом кадмий, свинец, ртуть и никель прочно фиксируются в почве в нерастворимом и недоступном для растений виде. Элементы питания - кальций, магний, калий и другие - в данном случае не закрепляются. Недостатки этого приема - ограниченная емкость и инактивирующая способность веществ-инактиваторов.
В Германии нашли применение ионообменные смолы, образующие с металлами хелатные соединения, обладающие высокой прочностью связи. Их используют в кислотной или солевой форме, внося в почву в виде порошка или гранул в дозах, определяемых уровнем загрязнения. Так, натриевая форма катионита сорбировала около 95 % свинца.
В основе химической мелиорации лежит также перевод тяжелых металлов в недоступное состояние, главным образом изменением реакции среды. В гумидных регионах с избыточным увлажнением это достигается с помощью известкования. Защитное действие извести проявляется в результате замены водорода в почвенном поглощающем комплексе (ПИК) на кальций. При этом происходят нейтрализация среды и образование коллоидов гидроксидов тяжелых металлов, находящихся в почвенном растворе. Одновременно активизируется деятельность бактериальной микрофлоры, существенно возрастает биомасса микроорганизмов, часть которых может аккумулировать металлы. Если процесс биологической аккумуляции активнее процесса минерализации органического вещества, то наблюдается снижение подвижности тяжелых металлов, которые закрепляются в составе ППК.
Наибольший эффект проявляется от совместного внесения извести и минеральных удобрений, так как последние компенсируют отрицательное воздействие избытка тяжелых металлов, а известкование приводит к образованию менее подвижных соединений металлов (карбонатов, фосфатов, гидроксидов) и, как следствие, к значительному уменьшению содержания данных элементов в растениях.
Важное место в детоксикации отводится органическим удобрениям, которые также снижают подвижность тяжелых металлов вследствие образования органоминеральных соединений, обладающих низкой растворимостью. Однако при этом необходимо учитывать степень разложения органического вещества. Внесение в почву неразложившейся и слаборазложившейся соломы при рН 8 повышало подвижность тяжелых металлов.
Для снижения фитотоксичности тяжелых металлов можно использовать природные цеолиты, которые являются не только хорошими сорбентами, но и источниками элементов питания, а также веществами, улучшающими структуру почвы. Широко распространенный цеолит-клиноптиллолит фиксирует свинец в 5-10 раз активнее, чем почва.
Для снижения опасности загрязнения почв тяжелыми металлами важно применять агрономические средства защиты (подбор сельскохозяйственных культур, использование различных частей растений с учетом неодинаковой способности их к накоплению металлов и др.). Так, по степени устойчивости к токсичному действию тяжелых металлов растения можно расположить в порядке убывания: травы - злаковые - зерновые - картофель - сахарная свекла. При одинаковом содержании свинца в почве (1000 мг/кг) картофель и томаты незначительно накапливали этот элемент, а морковь и редис аккумулировали его в количествах, в 1,5-2 раза превышающих ПДК. Различия в поглощении кадмия у разных гибридов кукурузы достигали 13-18 раз. Особенно нежелательно возделывать на загрязненных территориях овощные листовые культуры - салат, шпинат, лук, щавель и т.п. Нельзя использовать загрязненные почвы для выращивания кормов, так как скоту скармливают те части растений и в той фазе, когда в них накапливается особенно много металлов.
Уровень почвенного плодородия и «здоровье» земли во многом зависят от состояния живых компонентов почвы. Знание законов функционирования почвенной биоты, учет особенностей поведения различных ингредиентов имеют первостепенное значение для создания продуктивных, устойчивых агроэкосистем, что будет способствовать выращиванию экологически безопасной сельскохозяйственной продукции и минимизации загрязнения окружающей природной среды.