Хімічний склад грунтів різних територій неоднорідний і поширення містяться в грунтах хімічних елементів по території нерівномірне. Так, наприклад, перебуваючи переважно в розсіяному стані, важкі метали здатні утворювати локальні зв'язку, де їх концентрації в багато сотень і тисячі разів перевищують кларкового рівні.
Ряд хімічних елементів необхідний для нормального функціонування організму. Їх недолік, надлишок або дисбаланс може викликати хвороби, звані Мікроелементози 1. або Біогеохімічні ендемії, які можуть бути як природними так і техногенними. В їх распротраненіе важлива роль належить воді, а також харчових продуктів, в які хімічні елементи потрапляють з грунту по харчових ланцюжках.
Найбільш вивченими представляються забруднення грунтів кадмієм, ртуттю, свинцем, миш'яком, міддю, цинком і марганцем. Розглянемо забруднення грунтів цими металами окремо для кожного. 2
У кислих грунтах кадмій присутній в формі Cd 2+. CdCl +. CdSO4. а в вапняних грунтах - в формі Cd 2+. CdCl +. CdSO4. CdHCO3 +. [1]
Негативний вплив збільшення pH на кадмієві доступність пов'язано зі зниженням не тільки розчинності кадмію в фазі ґрунтового розчину, але і кореневої активності, що впливає на абсорбцію.
Кадмій досить мало рухливий в грунтах, і, якщо додавати кадмій-якому матеріал на її поверхню, основна його кількість залишається недоторканим.
Методи для видалення забруднень з грунту включають або видалення самого забрудненого шару, або видалення кадмію з шару, або покриття забрудненого шару. Кадмій може бути перетворений в комплексні нерозчинні сполуки доступними хелатообразующіе агентами (наприклад, етилендіамінтетраоцтової кислотою). [1,3].
Через відносно швидкого поглинання кадмію з грунту рослинами і низького токсичної дії зазвичай зустрічаються його концентрацій, кадмій може накопичуватися в рослинах і надходити в ланки харчового ланцюга швидше ніж свинець і цинк. Тому найбільшу небезпеку для здоров'я людини при внесенні в грунт відходів являє кадмій.
Процедура для мінімізації кількості кадмію, здатного входити в харчовий ланцюг людини із забруднених грунтів, - це вирощування на цьому грунті рослин, що не використовуються в їжу або таких культур, які абсорбують малі кількості кадмію.
В цілому культури на кислих грунтах абсорбують більше кадмію, ніж такі на нейтральних або лужних ґрунтах. Тому вапнування кислих ґрунтів - це ефективний засіб зниження кількості абсорбованого кадмію.
Ртуть знаходиться в природі у вигляді пари металу Hg 0. утворюються при її випаровуванні із земної кори; у вигляді неорганічних солей Hg (I) і Hg (II), і у вигляді органічної сполуки метилртути СН3 Hg +. монометіл- і диметил похідних СН3 Hg + та (CH3) 2 Hg.
Ртуть накопичується у верхньому горизонті (0-40 см) грунту і слабо мігрірут в більш глибокі її шари. Сполуки ртуті відносяться до високостабільним речовин грунту. Рослини, які ростуть на забрудненій ртуттю грунті, засвоюють значну кількість елемента і накопичують його в небезпечних концентраціях, або не ростуть.
Миш'як знаходиться в навколишньому середовищі у вигляді різноманітних хімічно стійких форм. Його два головних стану окислення: As (III), і As (V). У природі поширений пятивалентного миш'як у вигляді різноманітних неорганічних сполук, хоча і тривалентний миш'як легко виявляється в воді, особливо в анаеробних умовах.
Природні мідні мінерали в грунтах включають сульфати, фосфати, оксиди і гідроксиди. Мідні сульфіди можуть утворюватися в погано дренованих або затоплюваних грунтах, де реалізуються відновлювальні умови. Мідні мінерали зазвичай занадто розчинні, щоб залишатися в вільно дреніруемих сільськогосподарських грунтах. У забруднених металом грунтах, проте, хімічне середовище може контролюватися нерівновагими процесами, що приводять до накопичення метастабільних твердих фаз. Передбачається, що і в відновлених, забруднених міддю грунтах можуть перебувати ковеллин (CuS) або халькопирит (CuFeS2).
Слідові кількості міді можуть міститися у вигляді окремих сульфідних включень в силікату і можуть ізоморфно заміщати катіони в філлосілікати. Незбалансовані по заряду глинисті мінерали неспецифически абсорбують мідь, а ось оксиди і гідроксиди заліза і марганцю показують дуже високу специфічна спорідненість до міді. Високомолекулярні органічні сполуки здатні бути твердими абсорбентами для міді, а низькомолекулярні органічні речовини схильні утворювати розчинні комплекси.
Складність складу грунтів обмежує можливість кількісного поділу мідних з'єднань на конкретні хімічні форми. вказує на -> Наявність великої маси мідних конгломератів знаходиться і в органічних речовинах, і в оксидах Fe і Mn. Внесення медьсодержащих відходів або неорганічних солей міді підвищує концентрацію сполук міді в грунті, здатних до екстрагуванню порівняно м'якими реагентами; таким чином, мідь може перебувати в грунті у вигляді лабільних хімічних форм. Але легко розчинний і замінний елемент - мідь - утворює малу кількість форм, здатних до поглинання рослинами, зазвичай менше 5% від загального вмісту міді в грунті.
Токсичність міді збільшується зі збільшенням pH грунту і при низькій катіонообменной ємності грунту. Збагачення міддю за рахунок екстракції відбувається тільки в поверхневих шарах грунту, і зернові культури з глибокою кореневою системою не страждають від цього.
Навколишнє середовище та харчування рослин можуть вплинути на фітотоксичність міді. Так, наприклад, мідна токсичність для рису на рівнинних землях відзначалася явно, коли рослини поливали холодною, а не теплою водою. Справа в тому, що мікробіологічна активність пригнічується в холодній грунті і створює ті відновлювальні умови в грунті, які б сприяли осадження міді з розчину.
Фітотоксичність по міді відбувається спочатку від надлишку в грунті доступною міді і посилюється кислотністю грунту. Оскільки мідь порівняно малорухливі в грунті, майже вся потрапляє в грунт мідь залишається у верхніх шарах. Внесення органічних речовин в забруднені міддю грунту може знизити токсичність завдяки адсорбції розчинної металу органічним субстратом (при цьому іони Cu 2+ перетворюються в менш доступні для рослини комплексні сполуки) або підвищенням мобільності іонів Cu 2+ та вимиванням їх з грунту у вигляді розчинних медьорганіческіх комплексів.
Цинк може перебувати в грунті у вигляді оксосульфатов, карбонатів, фосфатів, силікатів, оксидів і гідроксидів. Ці неорганічні сполуки метастабільних в хорощо дреніруемих сельскохозяественних угіддях. Мабуть, сфалерит ZnS є термодинамічно переважною формою як в відновлених, так і в окислених грунтах. Деяка асоціація цинку з фосфором і хлором в наявності в відновлених, забруднених важкими металами опадах. Отже, порівняно розчинні солі цинку повинні зустрічатися в багатьох металами грунтах.
Цинк ізоморфно заміщається іншими катіонами в силікатних мінералах, він може бути оклюдованого або соосажден з гідроксиду марганцю і заліза. Філлосілікати, карбонати, гідратованих оксиди металів, а також органічні сполуки хорощо абсорбують цинк, при цьому використовуються і специфічні, і неспецифічні місця зв'язування.
Растворімочть цинку підвищується в кислих грунтах, а також при комплексообразовании з низькомолекулярними органічними лігандами. Відновлюючі умови можуть зменшувати розчинність у цинку через утворення нерозчинного ZnS.
Мобільність цинку в грунтах підвищується в присутності хелатообразователей (природних або синтетичних). Збільшення концентрації розчинного цинку, викликане утворенням розчинних хелатів, компенсує зниження мобільності, обумовлене збільшенням розміру молекули. Концентрації цинку в тканинах рослин, його загальна поглинання і симптоми токсичності позитивно корелюють з концентрацією цинку в розчині, що омиває коріння рослини.
Вільний іон Zn 2+ переважно абсорбується кореневою системою рослин, тому утворення розчинних хелатів сприяє розчинності даного металу в ґрунтах, а ця реакція компенсує знижену доступність цинку в хелатній формі.
Більшість дослідів по забрудненню по грунту Zn-містить відстоєм не показало падіння врожаю або явну їх фітотоксичність; все ж їх довготривале внесення з високою швидкістю здатне зашкодити рослинам. Просте внесення цинку у вигляді ZnSO4 викликає зниження зростання культур в кислих грунтах, в той час як багаторічна внесення його в майже нейтральні грунту проходить непоміченим.
Токсичність рівнів в сельскохозяественних грунтах цинк досягає, як правило, через поверхневого цинку; він зазвичай не проникає на глибину більше 15-30 см. Глибоке коріння певних культур можуть уникнути контакту з надмірною цинком завдяки їх розташуванню в незабрудненій підґрунті.
Вапнування ґрунтів, забруднених цинком, знижує концентрацію останнього в польових культурах. Добавки NaOH або Ca (OH) 2 знижують токсичність цинку в овочевих культурах, вирощених на високоцінкових торф'яних ґрунтах, хоча в цих грунтах поглинання цинку рослинами досить обмежена. Викликану ж цинком недостатність по залізу можна усунути за допомогою внесення хелатов заліза або FeSO4 в грунт або прямо на листя. Фізичне видалення або захоронення забрудненого цинком верхнього шару взагалі може дозволити уникнути токсичного впливу металу на рослини.
У грунті марганець знаходиться в трьох станах окислення: +2. +3. +4. Здебільшого цей метал асоційований з первинними мінералами або з вторинними металлоксідамі. У грунті загальна кількість марганцю коливається на рівні 500 - 900 мг / кг.
Розчинність Mn 4+ надзвичайно мала; тривалентний марганець дуже нестійкий в грунтах. Велика частина марганцю в грунтах присутня у вигляді Mn 2+. в той час як в добре аерованих грунтах велика частина його в твердій фазі присутня у вигляді оксиду, в якому метал знаходиться в ступені окислення IV; в погано ж аеріруемих грунтах марганець повільно відновлюється мікробної середовищем і переходить в грунтовий розчин, стаючи таким чином високомобільним.
Розчинність Mn 2+ збільшується значно при низьких значеннях pH, але при цьому поглинання марганцю рослинами падає.
Марганцева токсичність часто має місце там, де загальний рівень марганцю від середнього до високого, pH грунту досить низький і киснева доступність для грунту теж низька (тобто є відновлювальні умови). Щоб усунути дію перерахованих умов, pH грунту слід збільшувати за допомогою вапнування, витратити зусилля на поліпшення грунтового дренажу, зменшити надходження води, тобто в цілому поліпшити структуру даної грунту.