Почвы как ионообменные сорбенты, особенности сорбции ионов свинца дерново-подзолистой супесчаной почвы (стр. 1 из 7)

Почвы как ионообменные сорбенты, особенности сорбции ионов свинца дерново-подзолистой супесчаной почвы

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1Стуктура почвы

1.1Органическая часть

1.2Неорганическая часть

2Химический состав почвы

3 Кислотность почвы

4 Окислительно-востановительные режимы почвы

5 Механизм катионного обмена, особенность адсорбции

6 Пути поступления тяжелых металлов в почву

7 Сорбция тяжелых металлов почвой

8 Фракционный состав тяжелых металлов в почве

Заключение

Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ

Почва – особое природное образование, обладающие рядом свойств, присущих живой и неживой природе, сформировавшееся в результате длительного преобразования поверхностных слоев литосферы под совместным взаимообусловленным взаимодействием гидросферы, атмосферы, живых и мертвых организмов.Почвенный покров – важнейшее природное образование. Его роль в жизни общества определяется тем, что почва представляет собой источник продовольствия, обеспечивающий 95-97 % продовольственных ресурсов для населения планеты.

Особое свойство почвенного покрова – его плодородие, под которым понимается совокупность свойств почвы, обеспечивающих урожай сельскохозяйственных культур. Естественное плодородие почвы связано с запасом питательных веществ в ней и ее водным, воздушным и тепловым режимами. Почва обеспечивает потребность растений в водном и азотном питании, являясь важнейшим агентом их фотосинтезирующей деятельности. Плодородие почвы зависит также от величины аккумулированной в ней солнечной энергии. Растительность аккумулирует ежегодно большое количество солнечной энергии в ходе фотосинтеза и создания биомассы, трансформируясь в n*1010 т органического вещества. Большая часть синтезированного органического вещества вследствие его разложения возвращается в почву и воду. Потребление фитомассы человеком оценивается величиной порядка 3,6*1018 т[1].

Почвенный покров принадлежит к саморегулирующейся биологической системе, являющейся важнейшей частью биосферы в целом. Живые организмы, растения и животные, населяющие Землю, фиксируют солнечную энергию в форме фито- и зоомассы. Продуктивность наземных экосистем зависит от теплового и водного балансов земной поверхности, которые определяют многообразие форм обмена энергией и веществом в пределах географической оболочки планеты.

Площади земельных ресурсов мира составляет 129 млн. км2, или 86,5% площади суши. Под пашней и многолетними насаждениями в составе сельскохозяйственных угодий занято около 15 млн. км2 (10% суши), под сенокосами и пастбищами – 37,4 млн. км2 (25%). Общая площадь пахотнопригодных земель оценивается различными исследователями по-разному: от 25 до 32 млн. км2 [7].

Земельные ресурсы планеты позволяют обеспечивать продуктами питания больше населения, чем имеется в настоящее время. Вместе с тем, в связи с ростом населения, особенно в развивающихся странах, деградацией почвенного покрова, загрязнения, эрозии и т.д.; а также вследствие отвода земель под застройку городов, поселков и промышленных предприятий количество пашни на душу населения резко сокращается [2].

Воздействие человека на почву – составная часть общего влияния человеческого общества на земную кору и ее верхний слой, на природу в целом, особенно возросшее в век научно-технической революции. При этом не только усиливается взаимодействие человека с землей, но и меняются основные черты взаимодействия. Проблема «почва – человек» осложняется урбанизацией, все большим использованием земель, их ресурсов для индустриального и жилищного строительства, ростом потребностей в продуктах питания. По воле человека изменяется характер почвы, меняются факторы почвообразования – рельеф, микроклимат, появляются новые реки и т.д. Под влиянием промышленных и сельскохозяйственных загрязнений изменяются свойства почвы и почвообразовательные процессы, потенциальное плодородие, снижается технологическая и питательная ценность сельскохозяйственной продукции и так далее [3].

Процессы поглощения играют существенную роль в деференцации всех веществ по почвенному профилю. Адсорбции принадлежит важная роль в формировании почвенных коллоидов, а также физических и физико-механических свойств почвы.

Известно, что в результате сорбции органических веществ изменяется гидрофильность почвенных коллоидов. Изменение состава обменных катионов приводит к возрастанию пептизируемости коллоидов при увеличении в составе почвенно-поглощающий комплекс (ППК) доли ионов щелочных металлов или, наоборот, к их коагуляции при увеличении в составе ППК доли 2-и 3-валентных катионов. Состояние и свойства почвенных коллоидов влияют на агрегатообразование, позорность плотность почвы, а также ее физико-мехфнические свойства.

Процессы поглощения могут играть важную роль в формировании микроморфологических признаков почв, закреплении элементов питания в корнеобитаемом слое почвы. Благодаря сорбции эти элементы не вымываются из почвенных горизонтов, а аккумулируются в них и используются растениями. В условиях интенсивного земледелия роль сорбционных процессов и их регулирование возрастает, поскольку именно сорбционные процессы во многом определяют характер взаимодействия удобрений, химических меллиорантов, с почвой и эффективность использования средств химизации в сельском хозяйстве (С\Х) [14].

Изучая сорбционные процессы в почве, а особенно сорбцию тяжелых металлов, можно предсказать интенсивность поступления тяжелых металлов (ТМ) в почвенный покров, распределение их там.

1 Структура почвы

Механические элементы почвы могут находиться в раздельно-частичном состоянии или быть объединены в структурные отдельности (агрегаты, комки, комочки) разной формы и размера. Способность почвы распадаться на агрегаты называется структурностью, а совокупность агрегатов различной величины, формы и качественного состава называется почвенной структурой.

Рисунок 1- Перечень гуминовых веществ почвы [10]

В почве можно выделить две части: органическую и неорганическую.

1.1 Органическая часть

Первичными источниками органических веществ почвы являются первичные продуценты или автотрофы-организмы способные к самостоятельному синтезу органического вещества из минеральных соединений. В наземных экосистемах подавляющее большинство первичной продукции производят зеленые растения.

В почву поступают не только органические остатки отмерших растений (первичное органическое вещество) но и продукты их микробиологической трансформации. Практически все органическое вещество почвы перерабатывают микроорганизмы и представители почвенной фауны. Конечным продуктом этой переработки являются минеральные соединения [5]. В составе органического вещества почвы находится все соединения растений, бактерий и грибной плазмы, а также продукты их последующего взаимодействия. Таким образом, сложность и разнообразие органических веществ почвы уже заранее предопределены разнообразием поступающих в почву органических остатков и условиями их последующей трансформации микроорганизмами почвы [6].

Значения реакций взаимодействия между органической и неорганической частью почвы можно охарактеризовать:

1) под влиянием органических веществ образуются минералы почвообразующей породы.

2) органические вещества способствуют растворению многих минеральных соединений, переводя элементы в миграционно-способное и доступное растениям состояние.

3) органические вещества - образуют покрытые на поверхности почвенных частиц трудно растворимые соединения ингибируя, при этом процессы выветривания.

4) Участвуют в окислительно-востановительных реакциях, тем самым прямо или косвенно влияя на окислительное состоянии минеральных соединений.

5) Следствием органоминеральных взаимодействий является формирование почвенных агрегатов [7].

Многообразие органоминеральных соединений в почвах обусловлено тем, что в органической части почвы сосредоточен большой набор функциональных групп, среди которых наибольшее значение имеют карбоксильные, фенольные и аминогруппы. Углеродные скелеты фрагментов гуминовых и фульвокислот, идентифицированы по продуктам их окисления.

Основу органической части почвы представляют гумусовые и фульвокислоты. Сравнительный анализ молекулярной структуры препаратов гуминовых кислот (ГК) и фульвокислот (ФК) показал, что ФК обогащены кислородсодержащими фрагментами, что объясняет их лучшую растворимость в воде и миграционную способность. Высокое содержание карбоксильных групп (до 27.1%) обуславливает кислотную агрессивность ФК по отношению к почвенным минералам и способность образовывать комплексные соединения с катионами железа, алюминия и других металлов, переводя их в растворимые формы.

Рисунок 2 - Главные типы углеродных скелетов, идентифицированных в продуктах окисления гумусовых кислот [7]

Большое количество углеводных фрагментов (до 23.2 %) делает молекулы ФК более предпочтительным объектом питания почвенных микроорганизмов по сравнению с ГК, которые более чем наполовину состоят из алифатических цепочек и ароматических фрагментов и чье окисление энергетически менее выгодно [4]. Оценка содержания функциональных групп и молекулярных фрагментов ГК свидетельствует о существенном различии их молекулярного состава, при переходе от органогенного горизонта к минеральному, во всех исследованных почвах. Отмечена высокая степень ароматичности гумусовых веществ верхних горизонтов (А и А1) как в подзолистой, так и в торфянисто-подзолисто-глееватой почвах. При сравнении молекулярной структуры ГК почв разной степени гидроморфизма, следует отметить, что ГК, выделенные из подзолистой почвы, обогащены ароматическими фрагментами в отличие от ГК торфянисто-подзолисто-глееватой почвы. Кроме того, отмечено увеличение относительного содержания кислородсодержащих функциональных групп (–СООН, –С=О) в молекулах ГК при переходе от горизонта А к А1А2 в подзолистой почве. Содержание аналогичных групп в структуре ГК торфянисто-подзолисто-глееватой почвы уменьшается при переходе от горизонта А2 к А2 . Отмеченный факт объясняется тем, что в подзолистой почве формируются аэробные условия, способствующие протеканию процессов окисления, а для торфянисто-подзолисто-глееватых почв характерны анаэробные условия, в которых идут восстановительные процессы [9].