Рекультивация земель – загрязненных тяжелыми металлами

К тяжелым металлам относятся более 40 химических элементов периодической системы Д.И.Менделеева, масса атомов которых составляет более 50 атомных единиц. Часть из них (медь, цинк, молибден, марганец). Получивших название микроэлементов, играют важную роль в жизни растений. Они входят в состав многих ферментов, являясь катализаторами биохимических процессов, но эти же элементы в больших количествах могут и подавлять ферментные процессы и наносить существенный вред биоте. Поэтому термин «тяжелые металлы» используется для опасных концентрациях химических элементов. Наиболее опасными токсичными загрязнителями являются-ртуть, свинец, кадмий, мышьяк и др.

Источники поступления (выветривание горных пород и минералов) и техногенные (добыча и переработка полезных ископаемых, сжигание топлива, влияние транспорта, сельского хозяйства. Они накапливаются в верхнем слое почвы и медленно удаляются при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии. Период полуудаления составляет продолжительное время: для цинка-70-510, для кадмия-13-1100, для меди-310-1500 и для свинца-740-5900 лет

Тяжелые металлы имеют свойство накапливаться в высших (культурных) растениях в значительных количествах, создавая угрозу для животных и человека. Поэтому для предотвращения негативных последствий воздействия загрязняющих веществ на отдельные компоненты природной среды необходимо знать их предельные уровни, при которых возможны нормальная жизнедеятельность и функционировании организмов.

Содержание вредных химических соединений в компонентах природной среды регламентирует ПДК-содержание вредного вещества в окружающей среде, которое при постоянном контакте или при воздействии за определенный промежуток времени практически не влияет на здоровье человека.

При этом, при определении ПДК учитывают влияние загрязняющего вещества не только на здоровье человека, но и на животных, растения, микроорганизмы, а также на природные сообщества в целом.

Профилактические меры основаны на совершенствовании технологий производства, создании замкнутых технологических систем, а также на контроле внесения в почву отходов промышленности в качестве удобрений и мелиорантов. Реабилитационные меры применяют для ликвидации последствий уже существующего загрязнения почв, путем проведения санации почв.

При санацией почвы понимают систему методов и способов приводящих к уменьшению токсичного действия ТМ или снижения их в почве до фонового уровня. Санацию почв можно проводить методами очистки и дезоксидации. Очистку можно проводить путем промывок, извлечения ТМ из почвы с помощью растений (фитомелиорация), удаление верхнего загрязненного слоя и иными способами (глубокая вспашка, рыхление и др.).

Различные способы санации загрязненных ТМ почв оценивают по следующим критериям: способ должен быть экологически безопасным, технологически эффективным и экономически рентабельным. Экологическая безопасность подразумевает, что использование способа не повлечёт за собой экологических ущербов. Технологическая эффективность заключается в том, что доля извлечённых или закреплённых ТМ должна быть высокой. Экономическая эффективность плодородия почвы заключается в том, что восстановление плодородия почвы должно быть экономически более выгодным, чем получение на ней низких урожаев и некачественной сельскохозяйственной продукции при выведении загрязненных земель из сельскохозяйственного оборота.

Для уменьшения или ликвидации техногенного загрязнения агроландшафтов ТМ используют физические, химические, биологические и комплексные способы мелиорации почв, применение которых позволяет:

• оптимизировать водный режим почв, снизить поступление токсикантов в растения;
• довести реакцию среды до оптимального уровня, при котором подвижные соединения ТМ переходят в недоступную растениям форму;
• сократить поступление ТМ в культурные растения с помощью элементов-антагонистов, фосфора, кальция и др.;
• создать искусственные биохимические барьеры с помощью фитомелиорации и химмелиорантов;
• физические методы очистки почвы используют приемы рекультивации (полного удаления загрязненного слой почвы)и его замена внесением чистого грунта, торфа, сапропеля. Эти способы целесообразно применять для почв с очень опасной степенью загрязнения.

Методы химической очистки почв предполагают удаление из почвы ТМ химическими способами . Химическую очистку почв осуществляет путём её промывки. промывные нормы должны быть достаточными только для вытеснения почвенного раствора с ТМ в слое почвы, подстилающие корнеобитаемый слой. К технологии  промывки почв предъявляют  следующие требования:

• промывная территория должно быть хорошо дренирована;
• сбор вытекающего раствора должен быть гарантирован;
• исключается миграция загрязнителей в сопряженные среды.

Биологические методы очистки почвы предполагают выведение  ТМ из почвы помощью растений и микроорганизмов. Приемы фитосанации основаны на способности растений поглощать из почвы в значительных количествах некоторые тяжёлые металлы. Затем эти растения скашивают и утилизируют. к растениям-толерантам относятся: бобовые (горох, вика, люпин); из злаковых-гречиха; из овощных культур – свекла, капуста и картофель.

Агроэкологическое состояние длительно не используемых осушаемых земель

Выведенные из сферы сельскохозяйственного производства пахотные земли постепенно зарастают травянистой, а затем и древесно-кустарниковой растительностью.

Так, на супесчаных, легко- и среднесуглинистых дерново-подзолистых среднекультуренных почвах при осушении выпаса скота залежь начинает зарастать вейново-опушечной растительностью с участием малоценных в кормовом отношении видов трав, каких как вейник наземный, купырь лесной, кипрей, осоки и др., а на участках с избыточной влажностью начинает появляться и кустарнико-древесная растительность.

Кроме агромелиоративных мероприятий, применяют другие приемы обработки бывшей залежи, направленные на усиление внутрипочвенного стока воды по пахотному и подпахотному слоям почвы.

В первую очередь это рыхление осушаемой почвы на различную глубину, которое также улучшает воздухопроницаемость, здесь различают глубокое мелиоративное рыхление, выполняемое на глубину 50-80 см и эксплуатационное (агрономическое) – на глубину 25-35 см. Глубокое мелиоративное рыхление повторяют через 2-4 года в зависимости от гранулометрического состава почвы и биологических особенностей культур. Глубокое мелиоративное рыхление проводят на участках, с почвами тяжелого гранулометрического состава.