Дипломная работа: Изучение влияния соединений тяжёлых металлов на почву и растения (на примере соединений кадмия и свинца)

Валовое содержание  Pb в кочанах поздней капусты не превышало ПДК, а содержание Cd  находилось в пределах гигиенически допустимого количества. В последствии содержание кадмия и свинца в растениях однолетних трав оставалось довольно высоким. Если содержание Pb в зеленой массе трав не превышало нормативного уровня, то содержание Cd было выше санитарных норм.

Загрязнение почв кадмием и свинцом не оказывало существенного влияния на величину урожая поздней капусты, однолетних трав и биохимический состав выращенной продукции.

Таким образом,  внесение Cd и Pb способствовало их транслокации в темно-цветной пойменной почве. Из-за слабой подвижности свинца и наличия у растений защитных функций аккумуляция этого элемента в продуктивной части растений не отмечалась. Однако кадмий загрязнял растениеводческую продукцию.

На основе проведённого анализа имеющихся в литературе сведений о поведении ионов ТМ в почве и сопредельных средах можно заключить, что изучению химического поведения Pb (II), Cd (II) и других ТМ в почвах и иных объектах агроэкосистем в настоящее время уделяется значительное, но всё же недостаточное внимание. Это обусловлено как недооценкой проблемы из-за отсутствия аналитической информации на основе многолетних наблюдений, так и отсутствием современных инструментальных средств для определения многих ТМ в объектах окружающей среды. Наиболее информативным является экспериментальный путь изучения механизмов поглощения тяжёлых металлов на модельных системах в лабораторных условиях.

В связи с этим в настоящей работе была предпринята попытка изучения подвижности ионов Pb (II), Cd (II) в почвах при различных условиях на модельных системах с последующей оценкой их фитотоксичности методом биоиндикации. В данном исследовании в качестве тестовой культуры был выбран овёс посевной, который быстро реагирует на поступление и накопление тяжёлых металлов.

2.  Методы и объекты исследования

Для изучения подвижности ионов ТМ и обменных процессов, происходящих в системе «почва – растение», с их участием, выбрана почва Минусинского района. По агрохимическим характеристикам это выщелоченные черноземы. Они отличаются высоким содержанием гумуса или органического вещества, которое имеет важное значение для плодородия почвы и питания растений.

Различные типы почв отличаются не только по общему содержанию гумуса, но и по его составу и свойствам. Для выщелоченных чернозёмов характерно содержание гумуса 6-8 % с соотношением гуминовых кислот к фульвокислотам 1-1,5 и более. Наибольшей комплексообразующей способностью по отношению к ионам ТМ обладают гуминовые кислоты. Исследование агрохимических характеристик почвы и изучение кислоторастворимых форм металлов проводилось на базе государственной агрохимической службы «Минусинская» с использованием методик 2.1-2.6.

2.1  Методика отбора проб почвы

Пробы почв с горизонта А0  отбирались на дачном участке на протяжении 100 метров через каждые 10 метров. Аналогично пробы почв отбирались с горизонтов А, В.

Подготовка почв к анализу:

1.  почву доводили до воздушно – сухого состояния

2.  образцы почв усредняли методом квортования

3.  почву просеивали через набор сит и отбирали фракцию с определенным размером частиц (d=2мм)

Приготовление почвенной вытяжки:

1.  навеску воздушно – сухой почвы 60 г помещали в колбу объемом 500мл. и приливали 300мл. дистиллированной воды, не содержащей углекислый газ. Получали гетерогенную систему, в которой отношение почвы к воде составляет 1:5

2.  колбу со смесью встряхивали 3 минуты

3.  всю суспензию, не давая отстаиваться, фильтровали через сухой беззольный фильтр «желтая лента»

4.  колбу с фильтром следует держать закрытой.

2.2  Определение гумуса почвы по методу И.В. Тюрина [20]

Метод И.В. Тюрина основан на окислении органического вещества почвы хромовой кислотой до образования углекислоты. Количество кислорода, израсходованное на окисление органического углерода, определяют по разности между количеством хромовой кислоты, взятой для окисления, и количеством ее, оставшимся неизрасходованным после окисления. В качестве окислителя применяют 0,4 н. раствор K2Cr2O7 в серной кислоте, предварительно разбавленной водой в соотношении 1:1.

Реакция окисления протекает по следующим уравнениям:

1)  2K2Cr2O7+8H2SO4=2K2SO4+2Cr2(SO4)3+8H2O+3O2

2)  3C+3O2=3CO2

Остаток хромовой кислоты, не израсходованной на окисление, оттитровывают 0,1 н. раствором соли Мора с индикаторм дифениламином. Титрование солью Мора, представляющей собой двойную соль сернокислого аммония и сернокислой закиси железа – (NH4)2SO4.FeSO4.GH2O, идёт по следующему уравнению:

K2Cr2O7+7H2SO4+6FeSO4=7H2O+K2SO4+Cr2(SO4)3+3Fe2(SO4)3

Полнота окисления органического вещества при соблюдении всех условий метода, указанных ниже, составляет 85-90% величины окисления методом сухого сжигания (по Густавсону) [12].

Применение сернокислого серебра в качестве катализатора увеличивает полноту окисления до 95% (Комарова).

Для получения надёжных результатов необходимо обратить внимание:1) на тщательную подготовку почвы к анализу и 2) на точное соблюдение продолжительности кипячения при окислении органического вещества; само кипение окислительной смеси должно протекать спокойно. Метод даёт хорошую сходимость параллельных анализов, быстр, не требует специальной аппаратуры (в связи с чем может быть использован и в экспедиционных условиях) и в настоящее время является общепринятым, особенно при проведении массовых анализов.

Подготовка почвы к анализу. При подготовке почвы к анализу на содержание гумуса особое внимание должно быть обращено на удаление из почвы корешков и различных органических остатков растительного и животного происхождения.

Из взятого в поле и доведённого до воздушно-сухого состояния образца почвы берут среднюю пробу в количестве 50г, тщательно отбирают пинцетом корни и видимые глазом органические остатки (панцири насекомых, семена, угольки и т. д.), раздавливают почвенные комки деревянным пестиком с резиновым наконечником и вновь тщательно отбирают корни, пользуясь при этом лупой.

Затем растирают почву в фарфоровой ступке и пропускают через сито с диаметром отверстий в 1мм, после чего из неё снова берут среднюю пробу весом 5г и повторяют отбор корешков, используя для этого следующий приём. Сухую стеклянную палочку энергично натирают сухой суконной или шерстяной тканью и быстро проводят на высоте около 10см над почвой, распределённой тонким слоем по поверхности восковки или пергаментной бумаги.

Тонкие мелкие корешки и полуразложившиеся растительные остатки, которые до этого не удалось отобрать в связи с их малыми размерами, прилипают к поверхности наэлектризованной палочки и таким образом выносятся из почвы. Их снимают с палочки при повторном её натирании. Не следует слишком низко проводить палочкой над поверхностью почвы во избежание выноса из почвы не только органических остатков, но и мелкозёма.

В процессе отбора корешков надо неоднократно перемешивать почву и вновь распределять её тонким слоем. Операцию следует вести до тех пор, пока на палочке будут обнаруживаться лишь единичные корешки. Чистоту отбора корешков контролируют, помимо того, просмотром почвы в лупу.

По окончании отбора корешков почву снова растирают в фарфоровой, яшмовой или агатовой ступке и пропускают через сито с диаметром отверстий в 0,25 мм. Описанным выше способом должен быть подготовлен весь образец в 5г. Отбрасывать трудно поддающуюся растиранию часть образца ни в коем случае нельзя.

Почву, подготовленную вышеуказанным образом для анализа, следует хранить в пакетиках из пергаментной бумаги или восковки либо в пробирках с пробками.

Содержание гумуса определяют по специальной формуле на основании количества хромовой кислоты, пошедшей на окисление. Анализируемый материал должен быть тщательно очищен от органических остатков.

Ход анализа:

1.  От образца растёртого резиновой пробкой в ступке отбирали среднюю пробу, из которой берётся навеска в 1 г, тщательно отбираются растительные остатки.

2.  Из очищенного материала брали навеску 0,2 г и переносили в коническую колбу на 100 мл. В колбу приливали 15 мл хромовой смеси. Раствор хромовой смеси готовили: 40 г дихромата калия (K2Cr2O7): 1 л Н2О:1 л Н2SO4.

3.  Обе колбы кипятили 5 минут с обратным холодильником.

4.  После того, как жидкость в колбах остыла, в них добавляли дистиллированную воду до 25% объёма и прибавляли 5 капель индикатора (0,2% раствор фенилантраниловой кислоты).

5.  Далее производили титрование 0,2% раствором соли Мора. Хромовая смесь реагирует с солью Мора следующим образом:

K2Cr2O7 + 7H2SO4 + 6FeSO4 = 7H2O + K2SO4 + Cr2 (SO4)3 + 3 Fe2 (SO4)3

В процессе титрования окраска раствора постепенно изменялась от фиолетовой до зелёной. При появлении яркой зелёной окраски, свидетельствующей о восстановлении индикатора (полной нейтрализации хромовой смеси), титрование заканчивали. В первую очередь определяли исходное количество хромовой смеси, взятой для опыта. Титровали холостой опыт для определения количества хромовой смеси, неизрасходованной на окисление органического углерода.

6. Определение гумуса производили по формуле:

A = (a-b)NK * 100%, где

           4

А – количество гумуса в %;

а – количество кубических сантиметров раствора соли Мора, пошедшее на титрование хромовой смеси без почвы;

b –количество кубических сантиметров раствора соли Мора, пошедшее на титрование хромовой смеси с почвой;

N – нормальность раствора соли Мора 0,2;

К – коэффициент перевода на гумус, равный 0,00517;

о – навеска почвы в граммах.

2.3 Определение рН водной вытяжки почв [12]

Материалы и оборудование: образцы почв, весы с разновесами, прибор Н.И.Алямовского.

Пояснения к заданию. Кислотность почвы характеризуют величиной рН водных или солевых вытяжек. Если определяют актуальную кислотность почвы, т.е. кислотность почвенного раствора, то готовят водную вытяжку из почвы, обрабатывая её дистиллированной водой. Если же ставят целью определение обменной кислотности почвы, то готовят солевую вытяжку, обрабатывая почву 1н. раствором хлористого калия.

Определение реакции почвы чаще всего проводится колориметрическим, или цветным, методом по шкале Н.И. Алямовского. Этот метод основан на свойствах некоторых веществ, называемых индикаторами, менять окраску при изменении реакции среды.

Ход работы.

1.  Из смешанного образца взять почву и насыпать в пробирку до нижней метки(если нет прибора с нанесёнными чёрточками, то берут навеску почвы 20г, помещают её в коническую колбу ёмкостью 100мл и приливают 50 мл дистиллированной воды или 1 н. раствора КCl. Колбу с содержимым хорошо взбалтывают).

2.  Прилить к почве до верхней метки пробирки 1н. раствор КCl (если определяют обменную кислотность) или дистиллированную воду (если определяют актуальную кислотность).

3.  Закрыть пробирку резиновой пробкой и хорошо взболтать в течение 5 минут. Если после встряхивания уровень жидкости будет ниже верхней метки, то необходимо добавить раствора и снова взболтать в течение нескольких секунд.

4.  Дать жидкости хорошо отстояться до полного осветления.

5.  Перенести пипеткой 5 мл прозрачной почвенной вытяжки в чистую пробирку и добавить туда 5-6 капель (0,3мл) комбинированного индикатора[2].

2.4 Определение суммы поглощённых оснований [12]

Метод основан на обработке почвы 0,1н. раствором HCl, при этом часть кислоты идёт на вытеснение и нейтрализацию поглощённых оснований, а остаток её учитывается титрованием 0,1 н. раствором NаOH. По разности между взятым и оставшимся количеством HCl находят ту  часть её, которая израсходована на вытеснение и нейтрализацию поглощённых оснований.

Ход анализа:

На технохимических весах берут навеску почвы массой 10 г, помещают её в колбу на 250 мл и приливают из бюретки 50 мл 0,1 н. раствора HCl, колбу закрывают пробкой и содержимое взбалтывают в течение часа на ротаторе, после чего почву с кислотой оставляют отстаиваться на сутки, затем хорошо взбалтывают вручную и фильтруют через сухой беззольный фильтр. Из полученного фильтрата берут пипеткой 25 мл, помещают в коническую колбу на 100 мл, прибавляют 3 капли фенолфталеина, кипятят на газовой горелке и в горячем виде при помешивании титруют 0,1 н. раствором NаOH до слабо-розовой окраски, не исчезающей в течение 1 минуты.

Результаты анализа вычисляют по формуле:

S=  (a*T1-b*T2)*20   , где

             10

S – это сумма поглощённых оснований, мг.экв/100г почвы;

а – количество взятой 0,1 HCl, мл;

в – количество 0,1 NaOH, пошедшего на титрование, мл;

Т1 и Т2 – поправки к титру 0,1н HCl и 0,1 н.NaOH

20 – коэффициент для перевода результатов на 100г почвы

10 – коэффициент для перевода результатов в мг. Экв.

Используя полученные результаты, рассчитывают ёмкость поглощения почвы (мг.) Экв на 100г)

T=S+Hг, где

S – сумма поглощённых оснований

Нг – гидролитическая кислотность мг/экв. Степень насыщенности почвы основаниями (V) вычисляют по формуле:

V= ST*100%

2.5. Кислотность почвы

   Кислотность – важнейшая агрохимическая характеристика почвы.

   Кислотность почвы выражается обычно величиной рН. рН, или водородный показатель, представляет собой отрицательный логарифм концентрации водородных ионов.

По степени кислотности (величине рН) почвы делятся на следующие группы:

сильнокислотные рН<4,5

кислые рН 4,6-5,5

слабокислые рН 5,6-6,0

нейтральные рН 6,1-7,0

щелочные рН 7,1-8,0

сильнощелочные рН> 8,1

Нейтральной реакцией с небольшими отклонениями в ту или другую сторону обладают чернозёмы. Кислую реакцию имеют подзолистые и болотные почвы, щелочную – засоленные почвы.

Различают два вида почвенной кислотности – актуальную (активную) и потенциальную (скрытую). Последняя в свою очередь делится на обменную и гидролитическую.

Актуальной кислотностью называют концентрацию свободных ионов водорода в почвенном растворе. Она обусловлена наличием в почвенном растворе органических и минеральных кислот, создающих определенную степень подкисления. Для обнаружения актуальной кислотности почву промывают водой с последующим определением в водной вытяжке концентрации водородных ионов и таким образом устанавливают величину водного рН.

Потенциальной (скрытой) кислотностью называют способность твёрдой фазы почвы подкислять раствор при взаимодействии с солями. Она обусловлена ионами Н+ или Al3+, которые находятся в поглощённом почвой состоянии, а не в почвенном растворе.

В зависимости от того, какие соли используют для выявления потенциальной кислотности, последнюю подразделяют на обменную и гидролитическую. Обменной кислотностью почвы называют ту часть потенциальной кислотности, которая выявляется при вытеснении из почвы ионов Н+ или Al3+ раствором нейтральной соли (KCl, NaCl, BaCl2). Чаще всего для этой цели используют 1 н. раствор KCl:

= [почва] H+ KCl     [почва] K+ НCl;

                                                К+

=[почва]Al+3 KCl    [почва] K+AlCl3;

                                                К+

= AlCl3+3H2O     Al(OH)3+3HCl

Обменную кислотность также выражают в величине рн, но указывают, что это рН солевой, а на водной вытяжки.

Обменная кислотность всегда выше актуальной, так как при её определении одновременно учитываются водородные ионы, находившиеся в почвенном растворе. Обменную кислотность необходимо учитывать при внесении в почву удобрений.

Гидролитической кислотностью называют ту часть потенциальной кислотности почвы, которая образуется при вытеснении из почвы ионов Н+или Al3+раствором гидролитической щелочной соли ( т.е. соли сильного основания и слабой кислоты). Чаще всего для этой цели используют 1 н. раствор CH3COONa:

             Н+                                       Na+

[почва] Н+3СН3COONa=[почва]Na+3CH3COOH;

             Н+                                       Na+

[почва]Al+3CH3COONa=[почва]3Na+(CH3COO)3Al;

(CH3COO)8Al+3H2O=Al(OH)3+3CH3COOH.

Принципиальной разницы между обменной и гидролитической кислотностью нет. Но величина гидролитической кислотности больше обменной, так как при действии уксусного натрия на почву вытесняется не только собственно гидролитическая кислотность, но также обменная и актуальная кислотности почвы. Величина гидролитической кислотности выражают в миллиграмм-эквивалентах Н или Al, содержащихся в 100г.

2.5.1 Определение обменной кислотности [20]

Приготовление растворов.

1.  Калий хлористый 1н. раствор: 75г.KCl растворили в дистиллированной воде и доводили объём полученного раствора до 1 литра.

Раствор должен иметь рН5,6\6,0. Если рН ниже 5,6, то различие в значение рН устраняют прибавлением к раствору по каплям 1%-ного КОН, а при рН выше 6,0 к раствору прибавляют 1%-ный раствор HCl. Контроль рН проводят с помощью рН-метра.

2.  Приготовление едкого натра 0,1н. титрованный раствор.

К 100 г NaOH прибавляли 100 мл H2O, после охлаждения раствор переливали в высокий цилиндр, плотно закрывали его резиновой пробкой и оставляли стоять 7-10 дней. За это время нерастворимый в крепком растворе щелочи Na2CO3, которым обычно загрязнён едкий натр, осядет на дно. После этого осторожно сливали прозрачный NaOH в другую склянку.

Для определения нормальности полученного раствора отбирали 1 мл пробы в коническую колбу и прибавляли 25 мл дистиллированной воды, 2 капли 0,2%-раствора метилового оранжевого (0,2 г индикатора растворяли в 100 мл дистиллированной воды) и отфильтровывали 0,1н. раствором HCl или H2SO4, приготовленным из фиксанала, до перехода окраски от жёлтой до оранжево-розовой.

По объёму кислоты, пошедшему на титрование, рассчитывали объём крепкого раствора NaOH по формуле:

X=(B*0,1*B1)/B2, где

Х - объём крепкого NaOH, необходимый для приготовления требуемого объёма 0,1 н. раствора NaOH, мл.

В – требуемый объём 0,1 н. раствора  NaOH мл.

В1 – объём кислоты, пошедший на титрование пробы крепкого раствора NaOH, мл

В2 – объём пробы крепкого раствора NaOH, взятый для титрования, мл.

Н – нормальность кислоты, мг-экв/мл.

0,1 – нормальность кислоты приготовленного раствора NaOH, мг-экв/мл.

3.  Приготовление фенолфталеина 1%-ного, спиртовой раствор: 1г реактива растворяли в 100 мл 96% этилового спирта.

Ход анализа.

30 г почвы воздушно – сухой, просеянной через сито D=2 мм заливали 75 мл KCl н.с рН  5,6-6,0, перемешивали почву с раствором в течение 1 мин. Далее отфильтровывали вытяжку. Для потенциометрического титрования отфильтровывают по фенолфталеину. Для этого 25 мл вытяжки помещали в коническую колбу ёмкостью 100 мл, прибавляли по каплям 2к. 1%-ного раствора фенолфталеина и титровали 0,1 н. раствором NaOH до появления слабо-розовой окраски раствора, не исчезающей в течение 1 мин.

Величину обменной кислотности определяли по результатам параллельных измерений и она составляла рН=1,03, это указывает на сильный характер раствора после десорбции ионов из ППК и согласуется с данными о составе обменных катионов, основная доля обменных протонов принадлежит слабым фульво- и гуминовым кислотам, образованных в результате гидролиза катионов Al3+,NH4+.

2.5.2 Определение гидролитической кислотности почв рН-метрическим методом [20]

Метод основан на определении гидролитической кислотности при обработке почвы 1н. раствором уксуснокислого натрия по Каппену при отношении почвы к раствору 1:5 с последующим измерением рН суспензии.

Приготовление растворов:

1.  Натрий уксуснокислый 1,0н. раствор: К 68 г соли прибавляли дистиллированной воды и доводили до 0,5 литра. Раствор должен иметь рН 8,3-8,4 при измерении стеклянным электродом.

Если раствор имеет рН менее 8,3, его подщелачивали 1%-ным раствором NaOH, если раствор имеет рН более 8,4-его подкисляли раствором CH3COOH. Раствор быстро портился, его можно хранить не более 3 –4 дней.

Ход анализа.

На технических весах отвешивали 30г воздушно-сухой почвы, размолотой и просеянной через сито D=2мм. Почву помещали в банку и прибавляли 75 мл 1н. раствора CH3COONa(pH=8,3-8,4). Тщательно перемешивали в течение 1 мин. Суспензию оставляли до следующего дня. На следующий день перемешивали суспензию в течение 1 мин. И измеряли рН стеклянным электродом.

Показания рН-метра снимали с точностью до сотых долей.

2.6 Методика определения кислоторастворимых форм металлов в почвенных вытяжках методом атомной абсорбции

Сущность метода и принцип работы.  Атомно-абсорбционный анализ основан на способах свободных атомов определяемых элементов, образующихся в пламени при введении в него анализируемых растворов, селективно поглощать резонансное излучение определённых для каждого элемента длин волн.

Метод обеспечивает предел обнаружения многих элементов на уровне 0,1-0,01 мкг/мл, что во многих случаях даёт возможность анализировать пробы без предварительного концентрирования элементов. Атомно-абсорбционный метод позволяет в настоящее время определить до 70 элементов, преимущественно металлов.

Метод атомной абсорбции, сокращённо АА-метод, основан на использовании способности свободных атомов определяемых элементов селективно поглощать резонансное излучение определённой для каждого элемента длинны волны. Раствор, содержащий ион металла, впрыскивается в пламя, где растворитель испаряется, а многие ионы восстанавливаются до атомов. Источником излучения служит лампа с полым катодом, которая излучает свет с определёнными длинами волн. Поглощаемая атомами анализируемого образца энергия излучения с одной из этих длин волн пропорциональна количеству испарившегося в пламени элемента.

Этот метод очень чувствителен благодаря жёстким требованиям к длине волны источника света.

В пламени специальной горелки атомно-абсорбционного анализатора происходит испарение раствора, подаваемого в виде аэрозоля вместе с горючим газом и окислителем, при этом плавится и испаряется растворённая проба, идёт термическая диссоциация молекул и образование свободных атомов. Важно, чтобы при этом большинство атомов находилось в невозбуждённом состоянии. В качестве атомизатора используется воздушно-пропан-бутановое пламя. Оптимальная температура пламени для атомизации составляет 2000-30000С. Световой поток от спектральной лампы проходит через пламя горелки и монохроматор. Между пламенем и монохроматором помещается диафрагма, позволяющая уменьшить щель, через которую свет проходит на монохроматор, а от него – на фотоэлектричесикй детектор. Сигнал, получаемый с детектора, усиливается специальным усилителем и регистрируется цифропоказывающим индикатором, который может быть связан с печатающим устройством.

Наиболее универсальным, удобным и стабильным источником получения свободных атомов является пламя. В пламени происходит испарение растворителя, растворённые вещества превращаются в мелкие твёрдые частицы, которые далее плавятся и испаряются. Образующиеся пары содержат смесь свободных атомов, ионов и молекул различных химических соединений.

В качестве детектора излучения системы регистрации используют фотоэлектронные умножители (ФЭУ). Они должны обладать достаточной чувствительностью в широкой области спектра (табл. 3).

Таблица 3

Аналитическая линия чувствительности и оптическая область концентрации атомно-абсорбционного определения элементов

В настоящей работе рекомендуется использовать 1н. HNO3  или 1 н. HCl и ацетатно-аммонийный буферный раствор с рН 4,8, экстракцию проводят из отдельных навесок почв в трёхкратной повторности.

Приготовление растворов необходимо проводить в вытяжном шкафу.

Буферный раствор с рН – 4,8

Для приготовления 1 дм3 этого раствора берут 108 см3 98% уксусной кислоты (СН3СООН) и 75 см3 25% раствора аммиака (NH4OH). В справочнике находят их массовые доли в весовых процентах. Если найденные значения массовых долей отличаются от вышеуказанных, объёмы реактивов, необходимые для приготовления буферного раствора, вычисляют по формуле:

V2 = V3 c1d1 , где

              c2d2

V2 – искомый объём реактива, см3;

c1  - необходимая массовая доля вещества, вес %;          

c2 – найденная массовая доля вещества, вес %;

d1 – плотность заданной массовой доли вещества, г/см3;

d2 – плотность, соответствующая найденной массовой доли вещества, г/см3.

Найденные объёмы уксусной кислоты и аммиака приливают к 500-600 см3 бидистиллированной воды  и доводят до метки.

Приготовление раствора 1 н. HNO3

В коническую колбу из термостойкого стекла вместимостью 1000см3 наливают 900 см3 бидистиллированной воды и приливают к ней 62 см3 азотной кислоты плотностью 1,42 г/см3, осторожно помешивая раствор, доводят до метки водой, а затем полученный раствор охлаждают до комнатной температуры.

3 Экспериментальная часть

3.1 Агрохимические характеристики почв

Проведён химический анализ почв для выявления агрохимических показателей почвы  с использованием методик 2.2-2.5. Данные представлены в таблице 4.

На основе этих данных можно сделать вывод, что исследуемая почва относится к выщелоченным чернозёмам, характеризующиеся содержанием гумуса 6-8%.

В чернозёмах высока доля содержания гумуса. Известно, что гумус -это депо для тяжёлых металлов. Особенно высока комплексообразующая способность гумусовых веществ по отношению к Cu(II), Cd(II) и Pb(II).

Тяжёлые металлы  вносили в почву в виде солей азотнокислого кадмия и уксуснокислого свинца, из расчета на элемент в ПДК: кадмий – 3мг/кг и свинец – 1мг/кг[4]. Данные химического анализа после эксперимента представлены в таблицах 5 и 6.

Из этих данных видно, что тяжёлые металлы оказывают значительное влияние на основные агрохимические характеристики: содержание Са2+, Мg2+, рН водной вытяжки, суммы поглощённых оснований.

Таблица 4

Агрохимические характеристики образцов почвы пригородной зоны

г. Минусинска

Обменная кислотность остаётся неизменной при внесении ТМ, а гидролитическая кислотность изменяется незначительно: только при внесении ионов Pb (II) в контрольный образец почвы гидролитическая кислотность возросла на 0,19 ммоль/100 г, а в случае с Cd (II) – на 0,47 ммоль/100 г. Это указывает на вытеснение ионов Al3+, Fe3+ из почвенного поглотительного комплекса ионами Cd (II) и Pb (II) и усилением процессов гидролиза.

Известкование является эффективным приёмом в снижении содержания подвижных форм ТМ в почве, т. к. способствует их детоксикации, а высокое содержание в почвенном растворе водорастворимых органических соединений приводит к повышению миграционной способности металлов благодаря образованию устойчивых органоминеральных комплексов. В их составе металлы могут транспортироваться за пределы почвенного профиля.

Использование ацетата натрия приводит к тому, что рН среды повышается и в условиях подщелачивания ионы металлов становятся очень подвижными, при этом снижается общее количество гумуса.

Очень важной агрономической характеристикой почвы является кислотность. Как правило, чернозёмы обладают нейтральной реакцией с небольшими отклонениями в ту или другую сторону. В нашем случае обменная кислотность не изменяется и остаётся постоянной, т. к. для чернозёмов она менее характерна. Чаще всего приходится встречаться с гидролитической кислотностью, которая свойственна большинству почв. Её необходимо определять для установления дозы извести и возможности эффективного применения фосфоритной муки.

Кроме того, для характеристики почвы важно знать не только абсолютное значение кислотности, т. е. общее количество поглощённых ионов водорода, но и соотношение между ними и другими поглощёнными катионами – Са2+, Mg2+, Na+, K+ и другие. Величина степени насыщенности основаниями – важный показатель для характеристики степени кислотности почвы, её учитывают при определении нуждаемости почв в известковании.

В модельном эксперименте значение суммы поглощённых оснований в разных вариантах колеблется от 44,7 до 46,8 ммоль/100 г в сравнении с почвой – контролем, что свидетельствует о незначительной потребности почвы в известковании.

Таблица 5

Изменение агрохимических показателей почвы после внесения соли Pb(II) в разных концентрациях.

Страницы: 1, 2, 3, 4