Карначёва Елена Фёдоровна « Роль катионов тяжелых металлов в процессе поглощения нитратов черноземами Дона» В результате хозяйственной деятельности человека происходит загрязнение окружающей среды различными химическими средствами интенсификации сельскохозяйственного производства, органическими отходами животноводческих комплексов. Удобрения как источник питания растений и увеличение урожайности изучают давно, а как фактор плодородия, зависящий от содержания тяжёлых металлов в почве и растениях, исследуют сравнительно недавно и данные противоречивы. С одной стороны, в составе удобрений могут быть тяжёлые металлы, которые способны загрязнять почву, растения, грунтовые воды, с другой стороны, удобрения, могут влиять на подвижность тяжёлых металлов в почве и их поступления в растения. Контроль за накоплением и миграцией тяжёлых металлов в почве - важный аспект сохранения и воспроизводства плодородия почвы при её интенсивном использовании. Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами (ТМ) является одной из наиболее серьезных проблем, стоящих перед современным обществом. Проблема возникает вследствие постоянного нарушения человеком сложившегося в природе равновесного распределения ТМ между компонентами окружающей природной среды, среди которых почва играет важнейшую роль. Исследования закономерностей поглощения ТМ почвами интенсивно проводятся в разных странах на протяжении достаточно длительного времени. Однако актуальность этих исследований не снижается вследствие важности и сложности проблемы. В настоящее время достаточно слабо изучены механизмы влияния состава и свойств почв, и почвенных растворов на перераспределение ТМ между эффективными фазами почв.Полученные результаты часто носят противоречивый характер. Почвы Дона являются одними из самых плодородных в России. Однако влияние тяжёлых металлов на поглощение нитратов почвой исследовано недостаточно. В связи с этим
целью
работы явилось исследование влияния ионов меди, цинка на содержание нитрат ионов в почве, вносимых в виде удобрений. В работе решались следующие
задачи
: 1.Изучить влияние природы ионов тяжёлых металлов в почве на процесс накопления нитратов при внесении нитратных удобрений.
2. Изучить зависимость накопления нитрат – ионов от концентрации ТМ. 3.Изучить закономерности обменных процессов с участием нитрат - ионов в почве в присутствии ионов Cu 2+ , Zn 2+ .
Практическая значимость.
Исследования, проведенные нами, представляют интерес в плане использования их для экологического образования учащихся. Результаты выполненных исследований могут быть использованы при разработке новых принципов нормирования тяжёлых металлов в почвах, а также при оценке экологического состояния почвенного покрова. Результаты исследований будут использованы при чтении элективных курсов: “ Химия окружающей среды ”; “ Химическое загрязнение почв ”; “Экологические функции почв”. Предлагаемый материал можно использовать как лекцию, сопровождаемую демонстрационным экспериментом при изучении темы “ Азот” в девятом классе. В эксперименте использованы чернозёмные почвы Неклиновского района, отобранные по стандартным методам с пахотных полей на глубине не более 20см. Для изучения влияния тяжёлых металлов создана модельная система “почва – нитратное удобрение – ион тяжёлого металла”. Агрохимическую характеристику почвы до и после эксперимента контролировали по методике 2.2. Перед закладкой опыта почва имела следующую агрохимическую характеристику: Гидролитическая кислотность, Hr0,72 Гумус, % 3,5 Кальций и магний, мг.экв/100г 24,9 Для изучения влияния природы металла на процесс накопления нитратов в почве проводили серию опытов по следующей системе: 1. Почву обрабатывали растворами солей Cu 2+ , Zn 2+. 2. Почву, содержащую ионы Cu 2+ , Zn 2+ , обрабатывали насыщенным раствором KNO 3 (нитратное удобрение). 3. Проводили анализ водной вытяжки Результаты анализа представлены в таблице 1.

Таблица 1

Содержание нитрат – ионов в почве в присутствии ионов меди (II), цинка

(II) (содержание ионов металлов в почве 30 мг/кг)
Исследуемая система Содержание нитратов Почва + KNO 3 + CuSO 4 Почва + KNO 3 +ZnSO 4 Тёмно – малиновая окраска –150мг/л Бледно – малиновая – 70мг/л Установлено, что количество вытесненныхNO 3 – резко возрастает при изменении природы металла: Cu>>Zn. Для изучения влияния содержания металлов в почве на процессах накопления нитратов проводили серию опытов на почве с различными содержаниями иона ТМ. Результаты представлены в таблице 2.
Таблица 2

Содержание нитрат – ионов в почве в присутствии ионов меди (II), цинка

(II)
Исследуемая система Содержание и нов металлов, мг/кг Содержание нитрат ионов Cu 2+ Содержание нитрат ионов Zn 2+ Почва+KNO 3 +MSO 4 30.0 Тёмно- малиновая (150мг/л) Бледно- малиновая (70 мг/л) Почва+KNO 3 +MSO 4 12.0 Малиновая (120 мг/л) Светло- малиновая (60мг/л) Почва+KNO 3 +MSO 4 3.0 Бледно- малиновая (70мг/л) Интенсивно- розовая (25мг/л) Почва-фон - Розовая (20мг/л) Окрашивание отсутствует Почва+KNO 3 - Светло- малиновая (70мг/л) Розовая (20мг/л) Установлено, что в присутствии ионов Cu 2+ , Zn 2+ количественное накопление NO 3 – ионов в почвенном растворе значительно нарастает. Присутствие меди, (Сm 2+ = 30мг/кг) приводит к нарастанию количества нитратов в 2 раза, тогда как цинк, добавленный в таких же количествах существенного влияния не оказывает.
Исследование влияния различных концентраций ионов меди, цинка, на процесс обмена нитрат – ионов в почве показали, что с увеличением содержания ионов ТМ усиливается на процесс накопления NO 3 – ионов в почвенном растворе. Влияние природы иона ТМ на процесс накопления нитратов, очевидно во многом определяется комплексообразующей способностью ионов Cu 2+ , Zn 2+ . При исследования влияния ТМ на обменный процессы почвы нами контролировался такой показатель как гидролитическая кислотность, Hr. Результаты анализа представлены в таблице 3.
Таблица 3

Агрохимические

характеристики

почвы

после

обработки

2*10

-3

М

раствором KNO

3

и растворами солей тяжёлых металлов (Cm

2+

=30 мг/кг)
Исследуемая система Гидролитическая кислотность,Hr Почва+KNO 3 Почва+KNO 3 +CuSO 4 Почва+KNO 3 +ZnSO 4 0,81 0,97 1,52 В присутствии ионов Cu 2+ , Zn 2+ изменяются агрохимические характеристики почвы. Усиливаются процессы обмена с участием NO 3 – ионов в почве.
Выводы
1. Изучено влияние природы ионов тяжёлых металлов, их содержание в почве на процесс накопления нитратов при внесении нитратных удобрений. Соединения тяжёлых металлов довольно устойчивы и долго сохраняют свои токсические свойства. Поэтому проблема накопления тяжёлых металлов в почве и поступления их в растения имеет важное значение. 2. Установлено, что в присутствии ионов Cu 2+ и Zn 2+ количественное накопление NO 3 – ионов в почвенном растворе значительно нарастает. Присутствие меди ( С сu 2+ =30мг/кг) приводит к нарастанию нитратов в 2 раза, тогда как цинк, добавленный в таких же количествах существенного влияния не оказывает. Влияние природы иона тяжёлого металла на процесс накопления нитратов, во многом определяется комплексообразующей способностью ионов Cu 2+ , Zn 2+ . 3. Изучены закономерности обменных процессов с участием нитрат – ионов в почве в присутствии ионов Cu 2+ и Zn 2+ . В присутствии ионов меди и цинка изменяются агрохимические характеристики почвы ( гидролитическая кислотность). Усиливаются процессы обмена с участием нитрат - ионов в почве.