WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 23 | 24 || 26 | 27 |   ...   | 39 |

«СОЕДИНЕНИЯ ЖЕЛЕЗА И ИХ РОЛЬ В ОХРАНЕ ПОЧВ Москва 2010 0 РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК ПОЧВЕННЫЙ ИНСТИТУТ имени В.В. ДОКУЧАЕВА Ю. Н. ВОДЯНИЦКИЙ СОЕДИНЕНИЯ ...»

-- [ Страница 25 ] --

Подщелачивание среды, образование новых минералов – все это инициирует трансформацию органических поллютантов и рост диссимиляционных металлоредуцирующих бактерий. Однако образующееся Fe(II) может тормозить развитие начавшейся редукции железа за счет автоторможения. Основная причина замедления бактериальной редукции гетита – адсорбция или осаждение Fe(II) на поверхности оксидов и клеток бактерий железоредукторов Geobacter и Shewanella (Roden, Urrutia, 2002). Особенно это проявляется при отсутствии в системе электронных челноков и хелатов для Fe(III), когда значительная доля новообразованного Fe(II) ассоциирована твердой фазой (Roden, Urrutia, 2002). Насыщение поверхностных гидроксильных групп гидроксидов железа сорбированным Fe(II) блокирует редукцию частиц гидроксидов железа из-за ограничения доступа редуктазы к реакционным местам гидроксидов. Под «сорбированным Fe(II)» понимают не только поверхностные комплексы, но и осадки, поскольку в обоих случаях Fe(II) взаимодействует с поверхностью частиц гидроксидов железа. При высокой дозе фосфатов в среде образуется поверхностный осадок Fe(II)-РО4, т.е. вивианит Fe3(РО4)2. Очень убедительно негативная роль сорбированного Fe(II) доказана в опыте, когда отмытый от Fe(II) гетит вновь редуцировали свежими клетками S. аlgae (Roden, Zachara, 1996), через 3 сут содержание Fe(II) увеличилось в 4 раза. Этот опыт доказывает ингибирующее влияние поверхностно закрепленного Fe(II) на биологическую редукцию частиц гидроксидов железа.

Имеет место и еще один нежелательный эффект: при участии Fe(II) активный ферригидрит превращается в относительно инертный гетит (Yee et al., 2006). Превращение в гетит идет через фазу растворения ферригидрита, процесс который каталитически ускоряется с участием Fe(II).

Снижение редукционной активности гидроксидов железа хорошо объясняет результаты многочисленных опытов, при которых биологическая редукция захватывает всего 1–10% всех гидроксидов железа. С этим явлением также связано сохранение значительного количества кристаллов гидроксидов железа в анаэробных минеральных почвах и осадках.

Но негативная роль Fe(II) этим не ограничивается, теряют активность и клетки бактерий-железоредукторов. Функциональные группы на поверхности клетки несут отрицательный заряд при нейтральном рН, в результате чего сорбируют катионы металлов. Следовательно, поверхность клеток бактерий железоредукторов, так же как поверхность гидроксидов железа, представляет собой геохимически активные фазы, прочно связывающие биогенное Fe(II). Действительно, у S. algae (как и у G. metallireducens) сорбционная емкость по отношению к Fe(II) (около 0.1 мМ/г) сравнима с емкостью синтетического гетита (0.25 мг/кг). Это означает, что насыщение клеток железоредукторов двухвалентным железом снижает активность внешнемебранной редуктазы и ингибирует редукцию гидроксидов железа. Удаление новообразованного Fe(II) из почв с промывным режимом активизирует процесс редукции гидроксидов железа.

При застойном режиме влажности ситуация с железом складывается сложнее. Хотя лабораторные опыты говорят о самоторможении редукции гидроксидов железа и быстром ее завершении, в реальных условиях ситуация иная. Для развития железоредуцирующих бактерий необходима положительная температура, выше 5–10С (Кауричев, Орлов, 1982, Савич и др., 1999). При охлаждении почв редукция Fe(III) сменяется противоположным спонтанным процессом – оксидогенезом железа. В почвах с контрастным температурным режимом в течение года идут колебательные реакции редукции окисления. При участии новообразованного Fe(III) возобновляется сопряженная реакция окисления органических поллютантов.

Данных о сезонной вариации редокс потенциала ЕН в ряде почв, где весенне-летнее снижение ЕН сменяется зимним его увеличением, много. При круглогодичном мониторинге авторы отмечают специфический цвет почв, образующийся в зимний период. Козловский и Корнблюм (1972), анализируя почвы Волго-Ахтубинской поймы, увидели, что перезимовавшие оливково-серые и охристо-бурые наносы приобретают ржаво-бурую или коричнево-бурую окраску. Ковалев (1985) фиксирует смену минералов железа в болотах Белоруссии, где летний карбонат – сидерит сменяется зимними оксидами: гематитом и магнетитом. Ногина с соавт. (1968) отметили повышенный оксидогенез железа в мерзлотных почвах Забайкалья. Смирнов (1978) связывает необычно высокую магнитную восприимчивость сибирских черноземов с масштабным образованием магнетита при отрицательных температурах. Таким образом, в холодных странах кратковременное летнее оглеение сменяется длительным зимним оксидогенезом.

Колебательный сезонный процесс редукции–окисления оказывается полезным при ограниченных ресурсах активных форм гидроксидов железа в почвах с застойным режимом влажности. Зимний этап окисления Fe(II) восстанавливает запасы (гидр)оксидов железа, которые летом при участии бактерий-железоредукторов способны служить акцепторами электронов в сопряженной реакции окисления органических поллютантов. Таким образом, достаточно небольшого количества активных частиц (гидр)оксидов железа в переувлажненных, загрязненных нефтью почвах со слабым водообменом, чтобы началась колебательная реакция редукции–окисления Fe. Но при промывном режиме влажности, когда Fe(II) удаляется из профиля, масштабы зимнего оксидогенеза будут снижаться.

Отметим еще одно важное следствие техногенного оглеения нефтезагрязненных почв: снижение в криоземах верхней границы мерзлоты (Русанова, Денева, 2004). Это положительный результат техногенного оглеения. Оттаивание верхней толщи удлиняет продуктивный теплый период, способствует активизации биоты и зарастанию пораженной территории. Причины понижения границы мерзлоты не обсуждаются.



Вероятно, их несколько. Во-первых, загрязненная нефтью почва становится чернее и лучше прогревается в дневной период. Во-вторых, аэробное окисление углеводородов разогревает почву. В-третьих, возможно выделение энергии в ходе зимнего спонтанного окисления Fe(II) до Fe(III).

Солнцева (1998) считает, что почвы в районах добычи нефти следует изучать по двум направлениям: 1) разовой оценки современного состояния почв, основанной на инвентаризации морфологических свойств и геохимического состояния; 2) длительного контроля за временным изменением геохимических процессов с прогнозом изменения свойств почв.

Особый научный интерес представляет второе направление. Оно должно включать больший набор параметров, изучаемых в условиях природного стационара. Такой стационар организован в районе Бемиджи, шт. Миннесота (США), где после пролива нефти наблюдения ведутся более 20 лет.

В рамках мониторинга загрязненных нефтью почв предлагается следующий перечень анализов (Солнцева, 1998): водная вытяжка, рН, С орг и содержание битумных веществ, групповой состав полициклических ароматических углеводородов, обменные катионы (Са2+, Mg2+, Na+, H+, Al3+), емкость катионного обмена, гидролитическая кислотность, элементы питания (K2O, NH4, NO3, P2O5), подвижные формы элементов (Fe, Al, Mn, Si), валовой силикатный анализ, мезо- и микроморфологический анализы, микроэлементы.

Учитывая важную роль соединений железа в деструкции органических поллютантов в переувлажненных почвах, дополним и уточним этот список. При изучении техногенного оглеения минеральных почв можно использовать те же методики анализа почв, что и природного, в частности – определение оксалаторастворимого железа Fe окс. Так, в целинных лесных суглинистых почвах, содержание Fe окс увеличивается в верхнем, загрязненном нефтью горизонте. За 3.5 года развития вторичного глеегенеза в верхней части профиля содержание Fe окс возросло в среднем в 2.7 раза, а в нижних горизонтах, где оглеение выражено слабее – в 1.9 раза (Солнцева, 1998). На основе этого делается вывод об увеличении подвижности железа. Мы этот вывод можем конкретизировать, зная, что количество Fe окс зависит от Fe(II). Следовательно, при техногенном оглеении увеличение редуцированного Fe(II) имеет два следствия. Во-первых, снижается доля активных дисперсных частиц гидроксидов железа, выступающих в качестве акцепторов электронов. Во-вторых, Fe(II), сорбируясь на поверхности частиц гидроксидов железа, блокирует их дальнейшую редукцию.

Кроме того, следует выполнять другой традиционный анализ: определить содержание дитиониторастворимых форм железа. Отношение Fe окс : Fe дит весьма полезно, как показатель участия железа в процессе редукционного разложения органических поллютантов.

При стационарных исследованиях необходимы и более сложные анализы: мессбауэровская спектроскопия для определения форм соединений железа и магнитная восприимчивость для определения содержания новообразованного магнетита.

Вместо состава микроэлементов желательно определить содержание тяжелых металлов, поскольку нефть содержит некоторые из них. Речь идет о ванадии, никеле, галлии, молибдене. Кроме них, важно знать содержание меди и цинка, так как у этих элементов увеличивается подвижность при попутном засолении почвы. В силу дисбаланса между химическими элементами в почве, растения на загрязненных участках больше накапливают Ti, V, Cr, Ni и меньше потребляют биогенных и щелочноземельных элементов: P, Mn, Ca, Mg, Sr (Нечаева, 2007).

В районах нефтедобычи аллювиальные почвы загрязнены наилком. Сильно загрязнены тяжелыми металлами наилки пойменных почв в Среднем Приобье. В этих наилках содержание V и Cr достигает 50–150 мг/кг, Ni и Cr – 10–50 мг/кг, Со и Pb – 5–25 мг/кг (Нечаева, 2007). В результате наилки, которые традиционно считались носителями плодородия, в районах нефтяных разливов, становятся источником загрязнения аллювиальных почв. Необходимость контроля за содержанием тяжелых металлов в загрязненных нефтью почвах отмечают и другие исследователи (Елсаков, Денева, 2007; Опекунова, Кукушкин, 2007). При этом подчеркивается важность знания регионального фона.

Например, Западная Сибирь для ряда металлов представляет собой отрицательную геохимическую аномалию и сравнение загрязненных местных почв с кларковыми значениями не имеет смысла. Следовательно, предметом мониторинга должны быть тяжелые металлы.

Глава 8. НАКОПЛЕНИЕ МАГНЕТИТА В ТЕХНОГЕННО ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВАХ

Хорошо известно, что почвы, загрязненные тяжелыми металлами, отличаются повышенной магнитной восприимчивостью. Это установлено для городских почв Москвы, Перми, Ижевска (Иванов, 2003; Гладышева, 2007; Страдина, 2008; Водяницкий, Васильев, Лобанова, 2009), для окрестностей Череповца (Водяницкий и др., 1995) в России, в городах Польши (Magiera et al., 2002; 2007), Великобритании (Maher, 1986), Франции (Lecoanet et al., 2001; 2003), Китая (Lu, Bay, 2006; Yang et al., 2007) и других стран. Поэтому оказываются эффективными «магнитные критерии техногенности» загрязненных почв (Williams, Cooper, 1990; Водяницкий, 2008). Повышенную магнитную восприимчивость почв обеспечивает техногенный магнетит Fe3О4 (Бабанин и др., 1995; Иванов, 2003).

Изучение техногенного магнетита позволило расширить границы значений магнитной восприимчивости оксида. Если у природных магнетитов восприимчивость изменяется от 40000 до 100000·10-8 м3/кг, то у техногенного она ниже, вплоть до 10000·10-8 м3/кг. Следовательно, величины магнитной восприимчивости магнетита в почвах могут изменяться в 10 раз. Градация магнитной восприимчивости магнетита в почвах: низкая 30000·10-8 м3/кг; средняя (30000–60000)·10-8 м3/кг; высокая 60000·10-8 м3/кг.



Pages:     | 1 |   ...   | 23 | 24 || 26 | 27 |   ...   | 39 |
 



Похожие работы:

«ПРОГРАММА вступительного испытания по направлению подготовки 35.06.01 – сельское хозяйство для поступающих на обучение по программам подготовки научно-педагогических кадров в аспирантуре (поступающие на данное научное направление подготовки имеют возможность в процессе обучения защитить диссертацию на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук по следующим научным специальностям: 06.01.01 - общее земледелие, растениеводство; 06.01.04 – агрохимия; 06.01.05 - селекция и...»

«КАФЕДРА ОБЩЕЙ И ПРИКЛАДНОЙ ЭКОЛОГИИ ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА Учебно-методический комплекс по дисциплине для студентов направления бакалавриата 280200 Защита окружающей среды всех форм обучения Самостоятельное учебное электронное издание СЫКТЫВКАР 2012 УДК 502 ББК 28.080 О-93 Рекомендован к изданию в электронном виде кафедрой общей и прикладной экологии Сыктывкарского лесного института Утвержден к изданию в электронном виде советом технологического...»

«Б.Б. Намсараев, В.В. Хахинов, Е.Ж. Гармаев, Д.Д. Бархутова, З.Б. Намсараев, А.М. Плюснин ВОДНЫЕ СИСТЕМЫ БАРГУЗИНСКОЙ КОТЛОВИНЫ Ответственный редактор д-р. геогр. наук, проф. К.Ш. Шагжиев Улан-Удэ Издательство Бурятского госуниверситета 2007 УДК 553.7 (571.54) ББК 26.22 (2 Р 54) В Утверждено к печати Ученым Советом научно-образовательного центра Байкал, редакционно-издательским советом Бурятского государственного университета Рецензенты Д.М. Могнонов доктор химических наук, профессор А.Б....»

«_ КУРСОВАЯ РАБОТА Кристаллография снежинок Добрецова Е.А. Студентка. Научный руководитель. доцент Дорохова Г.И.. МОСКВА 2008 г. Введение Наиболее распространенным минералом земной коры можно считать лед (снег), покрывающий значительную часть ее поверхности в виде ледников, занимающих около 11% площади всей суши, или в виде вечной мерзлоты (~14%). Если сюда добавить сезонный снег и лед, морские льды, то окажется, что этот минерал присутствует повсеместно. Его большая роль в формировании...»

«ПРИНЯТО Ученым советом ИГХ СО РАН Протокол № 7 от _20 июня 2012 Председатель Ученого совета ИГХ СО РАН член-корреспондент РАН В.С. Шацкий _ ОСНОВНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПРОГРАММА ПОСЛЕВУЗОВСКОГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ (АСПИРАНТУРА) 25.00.36 Геоэкология (по отраслям) Иркутск 2012 год 1 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОСЛЕВУЗОВСКОГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ПО ОТРАСЛИ 1.1. Ученая степень, присуждаемая при условии освоения основной профессиональной образовательной программы...»

«ИССЛЕДОВАНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ И РАСТИТЕЛЬНОСТИ В ЗОНЕ ДЕЙСТВИЯ ГОРНОПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ Т.Н. Александрова, Л.Н. Липина Институт горного дела ДВО РАН, IGD@rambler.ru lipina@igd.khv.ru RESEARCH OF THE MAINTENANCE OF HEAVY METALS IN SOILS AND VEGETATION TO THE OPERATIVE RANGE OF THE MINING ENTERPRISE В статье приводятся результаты исследований содержания тяжелых металлов в почвах и растительности в зоне действия горнопромышленного предприятия. Выявлены зоны локального...»

«Аннотация Книга представляет собой научно-художественную биографию великого русского советского ученого и мыслителя, академика Владимира Ивановича Вернадского (1863—1945). Геохимик и минералог в начале своего пути, В. И Вернадский в дальнейшем создал целостную картину развития нашей планеты, увязав в своей теории данные геологии с наукой о жизни и человеке. Настоящее издание посвящено 125-летию со дня рождения всемирно известного ученого. Содержание I 5 Глава 1 5 Глава II 14 Глава III 30 Глава...»






 
© 2013 www.knigi.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

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.