Динамика содержания подвижных соединений тяжелых металлов в субстратах

Процесс трансформации органического вещества компоста сопровождается изменением химических форм тяжелых металлов. Катионы ТМ, высвобождающиеся при минерализации органического вещества, реагируют с ионами почвенного раствора и твердой фазой почвы. Биодоступность тяжелых металлов будет зависеть от рН, содержания органического вещества и ионного состава почвенного раствора.

Опыт показал, что в процессе минерализации компоста из ТБО не происходит увеличения содержания подвижных соединений тяжелых металлов (табл. 6.7). Так, интенсивное разложение органического вещества в течение первых 10 суток компостирования сопровождалось уменьшением концентрации подвижных соединений цинка во всех вариантах на 50-52%. Через 11 месяцев концентрация подвижного цинка была существенно ниже, чем в момент закладки опыта. Концентрации подвижных соединений свинца и марганца в течение всего периода наблюдений были на уровне и ниже концентраций на момент закладки опыта.

Процесс минерализации органического вещества сопровождается увеличением зольности субстрата. При компостировании органосодержащих веществ в сосудах отсутствуют потери химических элементов, которые наблюдаются в полевых условиях (вертикальная миграция и вынос растениями). Следовательно, закономерно должны возрастать валовые концентрации зольных элементов. Постоянный уровень концентраций подвижных соединений тяжелых металлов в субстратах в процессе трансформации органического вещества свидетельствует о возрастании коэффициентов распределения между твердой и жидкой фазами, то есть о снижении относительного содержания подвижных соединений химических элементов.

Примечание: варианты опыта: 1 - компост; 2 - кварцевый песок + компост (1:1); 3 - кварцевый песок + компост (3:1)

Трансформация оксидов тяжелых металлов в почве включает растворение в воде, образование малорастворимых соединений с анионами почвенного раствора, комплексообразование с неорганическими и органическими лигандами и адсорбцию (Горбатов, 1988). Логично предположить, что эти процессы определяют и механизмы трансформации соединений тяжелых металлов, поступающих в почву в составе компоста из ТБО.

Заметное влияние на растворимость ТМ оказывают ионы Н+, ОН^-, СО3^2-, НСО₃^-, Н₂РО₄^-, преобладающие в почвенном растворе. Большинство органических лигандов образуют с ТМ более прочные связи, чем неорганические анионы (Горбатов, 1988). В процессе компостирования ТБО происходит увеличение содержания гуминовых кислот (СпеГе12 е! а1., 1996), следовательно, должно возрастать и количество комплексов металлов с гумусовыми кислотами. Известно, что с повышением рН устойчивость комплексов ТМ с гумусовыми кислотами увеличивается (Stevenson, 1977).

Металлы (Cu, Ni, Zn, Cd, Pb, Fe), которые встречаются в растворимой фазе компостов из ТБО, существуют главным образом в виде органических комплексов (Kaschl et al.,2002 (1); Kaschl et al., 2002 (2)).

В представленном эксперименте в процессе трансформации органического вещества компоста в условиях нейтральной и слабощелочной среды Zn, Pb и Mn переходили в фиксированные формы: не наблюдалось увеличения содержания их подвижных соединений (табл. 6.7). Это явление можно объяснить, основываясь на имеющейся информации о поведении тяжелых металлов в почве.

Известно (Громова, 1973; Исидоров, 1999), что цинк способен образовывать прочные комплексы с органическими лигандами. Предполагается, что органические соединения цинка представляют собой соединения хелатного типа, образование которых определяется условиями среды. При рН от 5 до 6 доля комплексов с гумусовыми кислотами невелика, но она резко возрастает при увеличении pH. В кислой среде взаимодействие цинка с органическим веществом ослаблено, и подвижность его остается высокой. Установлено (Пейве, 1961; Громова, 1973; Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989), что растворимость и доступность цинка обнаруживает отрицательную корреляцию со степенью насыщенности кальцием и с содержанием соединений фосфора.

Свинец, по сравнению с другими тяжелыми металлами, обладает максимальной прочностью связи с почвенным поглощающим комплексом и, как следствие этого, наименьшей миграционной способностью (Обухов, Цаплина, 1990). Данный элемент активно связывается с органическим веществом (Ильин, Степанова, 1982; Ладонин, Пляскина, 2003). Однако есть данные, что в кислых почвах существенная часть Pb находится обменном состоянии, по-видимому, в составе органо-минеральных комплексов (Понизовский, Мироненко, 2001). При высоком рН свинец осаждается в виде гидроксида, фосфата, карбоната; это же условие способствует образованию Pb-органических комплексов (Орлов, 1985; Вильдфлуш и др., 1999).

Многие исследователи указывают на слабую связь марганца с органическим веществом. При гумификации органических остатков этот элемент быстро освобождается и фиксируется в форме диоксида, пополняя запасы минеральных соединений марганца в верхних горизонтах. Предполагается, что основная форма соединений марганца cорганическим веществом почв - комплексно-гетерополярные соли и хелаты. При нейтральной реакции гумусовые вещества могут закреплять значительные количества марганца (Маданов, 1953; Шарова, 1957: Степанова, 1976; Мотузова, 1999).

Подвижность марганца увеличивается при подкислении почвы. При рН более 6 содержание МП в растворе минимально (Авдонин, 1969; Мельникова, Куделя, 1972; Hati et al.,1979; Sanders, 1983). Очевидно, что переход тяжелых металлов в системе компост - почва - растения будет зависеть от скорости под-кисления почвы.