WWW.ДЕНЬСИЛЫ.РФ

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Медицина

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |

Поглощение меди, свинца и цинка черноземами нижнего дона

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Гапонова Юлия Ивановна

ПОГЛОЩЕНИЕ МЕДИ, СВИНЦА И ЦИНКА ЧЕРНОЗЕМАМИ НИЖНЕГО ДОНА

03.00.27 – почвоведение,

03.00.16 – экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Ростов-на-Дону

2009

Работа выполнена на кафедре почвоведения и агрохимии биолого-почвенного факультета Южного федерального университета

Научные руководители: доктор биологических наук, доцент

Минкина Т.М.

доктор биологических наук

Пинский Д.Л.

Официальные оппоненты: доктор географических наук, профессор

Федоров Ю.А.

кандидат биологических наук

Ладонин Д.В.

Ведущее учреждение: Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Новочеркасская государственная мелиоративная академия»

Защита диссертации состоится 18 декабря 2009 года в 13 00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.208.16 по биологическим наукам в Научно-исследовательском институте биологии Южного федерального университета (344090, г. Ростов-на-Дону, просп. Стачки, 194/1, кафедра почвоведения, конференц-зал).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Южного Федерального университета (344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148).

Автореферат разослан « 17 » ноября 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат биологических наук, доцент Н.Е. Кравцова

Общая характеристика работы

Актуальность исследований. 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. Распределение химических элементов между твердой и жидкой фазами почв, прочность образующихся адсорбционных соединений и скорость сорбционно-десорбционных процессов при изменении почвенных условий являются факторами, определяющими подвижность и потенциальную доступность ТМ живым организмам, и, следовательно, их токсичность.

Однако молекулярные механизмы, обусловливающие их поведение и функции в почвенных экосистемах до настоящего времени изучены недостаточно. Результаты многочисленных исследований показали сложность процессов, протекающих в системе почва-раствор, обусловленную, прежде всего, химической, дисперсной и энергетической неоднородностью почвы, а также сложным поведением ТМ в жидкой фазе почв.

Наиболее универсальным типом взаимодействия, определяющим перераспределение ТМ между почвенным поглощающим комплексом (ППК) и почвенным раствором, является ионный обмен и адсорбция. Многокомпонентность и полидисперсность химического и минералогического состава ППК, а также собственные свойства катионов ТМ определяют сложные механизмы этих процессов, происходящих на поверхности почвенных частиц.

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. Практически не изучены механизмы поликатионной адсорбции, взаимоотношения поглощаемых катионов ТМ и присутствующих в почве обменных катионов, включая обменный водород, роль отдельных гранулометрических фракций в иммобилизации катионов ТМ природного и техногенного происхождения.

Почвы Нижнего Дона являются одними из самых плодородных в России. Однако их поглотительная способность и роль в иммобилизации ТМ в настоящее время исследованы недостаточно.

Цель работы: изучение закономерностей и механизмов поглощения катионов меди, свинца и цинка черноземами Нижнего Дона.

Задачи исследований:

  1. Провести сравнительное изучение закономерностей поглощения черноземами меди, свинца и цинка при раздельном и совместном поступлении их в почву;
  2. Изучить особенности поглощения меди, свинца и цинка фракциями ила и физической глины;
  3. Изучить влияние на процессы адсорбции почвой меди, свинца и цинка следующих факторов: состава обменных катионов (почвы с естественным содержанием обменных катионов и насыщенные Са2+), сопутствующего аниона, концентраций внесенных металлов, соотношения твердой и жидкой фаз почвы, кинетических факторов;
  4. Оценить баланс поглощенных меди, свинца и цинка и вытесненных в раствор обменных катионов, включая Н+.

Научная новизна. Впервые проведено детальное изучение поглощения меди, свинца и цинка черноземами Нижнего Дона при совместном и раздельном поступлении их в почву. Установлено влияние состава и свойств почвы и условий протекания процессов на поглощение ТМ. Выявлены закономерности поглощения ТМ при раздельном и совместном присутствии их в растворе. Установлена доминирующая роль конкурентных отношений ТМ в адсорбционных процессах. Впервые проведен сравнительный анализ адсорбции ТМ черноземами в естественных и Са-насыщенных формах. Рассчитаны параметры адсорбции катионов Cu, Pb и Zn исследуемыми почвами в целом и их различными гранулометрическими фракциями. Разработан метод оценки адсорбционных свойств почв по отношению к тому или иному ТМ по данным гранулометрического состава. Применена новая методика расчета максимальной емкости адсорбента с учетом константы динамического равновесия полидисперсной системы почв. Показано влияние сопутствующего аниона, величин внесенных концентраций металлов, соотношения твердой и жидкой фаз почвы, времени взаимодействия почвы и раствора на процессы адсорбции ТМ черноземами, вытеснение обменных катионов. Установлены закономерности поликатионного обмена и изменения рН почвенного раствора при адсорбции Cu, Pb, Zn почвами. Результаты работы расширяют представления о механизмах ионообменных процессов в почвах, способах аккумуляции и роли гранулометрических фракций почв в закреплении ТМ.



Практическая значимость.

Результаты выполненных исследований могут быть использованы при разработке новых принципов нормирования ТМ в почвах, методов ремедиации почв, загрязненных соединениями ТМ, а также при оценке экологического состояния почвенного покрова, разработки рекомендаций по снижению токсико-экологических последствий загрязнения.

Результаты исследования используются в учебном процессе при чтении курсов: «Химия почв», «Химическое загрязнение почв», «Химическая термодинамика почв», «Экологические функции почв», «Трансформация, миграция и аккумуляция тяжелых металлов в почвах» в Южном федеральном университете; «Экотоксикология», «Охрана окружающей среды», «Сельскохозяйственная экология», «Химия окружающей среды» на кафедре агроэкологии Донского государственного аграрного университета; «Общая экология» на кафедре Пущинского государственного университета.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Поглощение меди, свинца и цинка черноземами Нижнего Дона описывается уравнением ограниченной адсорбции Лэнгмюра. Величины предельной адсорбции (Смакс.) и прочность образующихся адсорбционных соединений (К) обусловлены химической природой элемента, составом и свойствами почвы, катионным и анионным составом контактирующего раствора, а также рН среды. При этом экстенсивная характеристика адсорбции - максимальная адсорбция, является менее чувствительной к изменению различных параметров, чем интенсивная характеристика процесса – константа адсорбционного равновесия.

2. Поглощение меди, свинца и цинка почвами осуществляется через механизм поликатионного обмена, в который вовлечены все обменные катионы ППК. Количество вытесняемых из ППК макрокатионов изменяется в ряду: Ca2+ > Mg2+ > Na+ > K+ > H+.

3. Поглотительная способность почв Нижнего Дона по отношению к меди, свинцу и цинку зависит от гранулометрического состава и уменьшается в ряду: чернозем обыкновенный тяжелосуглинистый = чернозем южный тяжелосуглинистый > чернозем южный среднесуглинистый > чернозем южный супесчаный.

4. При совместном поглощении катионов меди, свинца и цинка почвами, доминирующим процессом, влияющим на форму изотермы и параметры адсорбции является их взаимная конкуренция.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на V Всероссийском Съезде Общества почвоведов им. В.В. Докучаева (Ростов-на-Дону, 2008); II Всероссийской научно-практической конференции «Наука и устойчивое развитие» (Нальчик, 2008); V Международной научно-практической конференции «Экологические проблемы. Взгляд в будущее» (Ростов-на-Дону, 2008); Научной конференции «Молодежь XXI века - будущее Российской науки» (Ростов-на-Дону, 2008); Международной научно-практической конференции «Инновационные подходы в решении экологических проблем сельскохозяйственного производства» (Персиановский, 2008); II Международной научной конференции «Современные проблемы загрязнения почв» (Москва, 2007); Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2007); 10-ой Пущинской школе-конференции молодых ученых "Биология - наука XXI века" (Пущино, 2006); Молодежной научной конференции ЮНЦ РАН (Ростов-на-Дону, 2006); Научно-практических конференциях «Проблемы экологии сельскохозяйственного производства» (Персиановский, 2006); «Актуальные проблемы экологии в сельскохозяйственном производстве» (Персиановский, 2005).

Личный вклад автора. Модельные, лабораторные и аналитические исследования проведены лично автором, при его участии или под его руководством.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, из них 1 статья в издании, рекомендованном Высшей аттестационной комиссией РФ. Общий объем публикаций – 1,4 печатных листа, личный вклад автора в публикации – 80 %.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 188 страницах машинописного текста, включает 42 таблицы, 66 рисунков. Состоит из введения, обзора литературы, объектов и методов, результатов исследования и их обсуждения, выводов и 3 приложений. Список литературы включает 221 наименование, в том числе 109 иностранных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В данной главе представлен обзор публикаций, посвященный вопросам взаимодействия ТМ с почвенными компонентами, а также формам нахождения ТМ в почвах. Подробно рассмотрены механизмы поглощения почвой катионов металлов, такие как ионообменное поглощение, ассоциация, образование осадков малорастворимых соединений ТМ в почвенном растворе. Показана динамика концентраций ТМ и макрокатионов в почвенном растворе и распределение ТМ по гранулометрическим фракциям почв.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Объекты исследования

Объектами исследования являются верхние гумусовые горизонты чернозема южного карбонатного среднемощного тяжелосуглинистого на желто-бурых структурных глинах (пашня, Миллеровский район, Ростовская область); чернозема южного среднемощного среднесуглинистого на желто-бурых лессовидных суглинках (пашня, Шолоховский район, Ростовская область); чернозема южного среднемощного супесчаного на песках (пашня, Шолоховский район, Ростовская область); чернозёма обыкновенного карбонатного среднегумусного тяжелосуглинистого (пашня, Октябрьский район, Ростовская область) (табл. 1).

Таблица 1 - Физико-химические свойства исследуемых почв

Почва Физ. глина, % Ил, % Гумус, % pH CaCO3, % P2O5, мг/ 100г K2O, мг/ 100г Ca2++ Mg2+, мг-экв/ 100г ЕКО, мг-экв/ 100г
Чернозем обыкновенный тяжелосуглинистый 48,1 28,6 4,2 7,3 0,12 1,6 22,8 35,0 36,0
Чернозем южный тяжелосуглинистый 53,9 31,0 3,9 7,4 0,45 1,5 25,3 35,2 36,1
Чернозем южный среднесуглинистый 31,4 19,1 3,5 7,5 - 1,5 23,2 29,5 31,8
Чернозем южный супесчаный 12,4 8,0 3,5 7,2 - 1,5 17,6 24,9 25,9






Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 


Похожие работы:







 
2013 www.деньсилы.рф - «МЕДИЦИНА-ЛЕЧЕНИЕ-ОЗДОРОВЛЕНИЕ»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.