Забруднення ґрунтів важкими металами внаслідок військових дій та їх рекультивація

Що таке важкі метали? «Важкі метали» - це речовини, питома вага яких перевищує 5 г/см3 або атомний номер яких перевищує 20. Серед найнебезпечніших важких металів виокремлюють свинець, кадмій, ртуть, миш’як та фтор. Важкі метали не піддаються розкладанню в ґрунті, на відміну від деяких інших забруднюючих речовин, наприклад, діючі речовини пестицидів. Потрапляючи в живі організми важкі метали накопичуються та негативно впливають на загальних стан організму, тому їх знешкодження в ґрунті є особливо актуальним.

Важкі метали присутні в складі здорових ґрунтів і в невисоких концентраціях не мають шкідливого впливу на рослини. Проте, збільшення їх концентрації веде до пригнічення росту, розвитку рослин та діяльності мікроорганізмів в ґрунті. Це, в свою чергу, ускладнює вирощування сільськогосподарських культур, призводить до зниження врожайності та погіршення якості продукції.

Чи актуальне питання забруднення важкими металами сьогодні? В 2006 році ДУ «Держгрунтоохорона» вибірково дослідила ґрунти 18 міст України на вміст промислових токсинів. Високі середньорічні концентрації важких металів (свинцю, кадмію та інших), були зафіксовані в ґрунтах Київської області (Вишневе, Фастів), Донецької та Дніпропетровської областей. В м. Маріуполь вміст свинцю перевищував норму у 2,95 разів, а в м. Донецьк в середньому в двічі. Також проблему забруднення орних земель становлять радіонукліди. За даними «Облдержродючості» в Україні забруднення цезієм-137 поширене на території 461,7 тис/га, з яких орних земель – 345,9 тис. га. А стронцієм-90 забруднено 4,6 млн. га земель.

Згідно даних мінагрополітики на кінець січня 2023 року, в Україні через ведення бойових дій не можливо використовувати приблизно 25% площ. А кожен снаряд, міна чи авіабомба, які нажаль застосовуються на цих територіях це джерело важких металів, які потрапляють в ґрунт.

Інститут охорони ґрунтів України провів дослідження впливу збільшення вмісту важких металів в ґрунтах Сумської області в зонах бойових дій та поза зоною бойових дій. Були зафіксовані наступні результати: вміст свинцю у ґрунті в зоні бойових дій в середньому збільшився на 437,4% (з 20,63 мг/кг до 110,88 мг/кг ґрунту). А вміст кадмію збільшився на 44,7% (з 0,52 мг/кг до 0,76 мг/кг ґрунту).

Враховуючи вище наведені дані, після звільнення окупованих земель та проведення їх розмінування не менш важливим буде вживання заходів для їх реабілітації, з метою відновлення придатності посівних площ для подальшого ведення сільського господарства.

Способи детоксикації накопичених у ґрунті важких металів.

Доведено, що гумінові речовини приймають участь в регулюванні майже всіх важливих властивостей ґрунту. Для прикладу вони формують більш темне забарвлення ґрунту, тим самим збільшуючи коефіцієнт поглинання сонячних променів, збільшуючи температуру ґрунту. Це, в свою чергу, сприяє створенню оптимальних умови для життєдіяльності ґрунтових мікроорганізмів, проростання насіння та їх росту на ранніх стадіях. Гумати в ґрунті також відіграють важливу роль у зберіганні та доступності поживних речовин. Проте, розглянемо їх роль у протистоянні забрудненню важкими металами.

Гумати містять велику кількість карбоксильних та гідроксильних груп, які здатні утворювати нерозчинні комплекси з важкими металами. Ця властивість сприяє нейтралізація іонів важких металів та радіонуклідів.

Фото — Гумінова кислота (гумат) при 35 000-кратному збільшенні. (Copyright © Humintech 2000)

Розглянемо приклад дослідження, як гумат впливає на захист рослин від важких металів.

В 2019 році «Коледж ресурсів, навколишнього середовища та матеріалів Гуансі» (Китай) опублікував наступні результати досліджень. Внесення гумінової кислоти (гумат) в ґрунт із загальною кількістю діючої речовини: 1. Варіант - 6,4 кг/га; 2. Варіант - 10,3 кг/га; 3. Варіант - 14,8 кг/га забезпечило зменшення концентрації важких металів в листі рослин тютюну.

Внесення проводили в три етапи з нормою виливу води 100 л/га. Найкращий результат забезпечило внесення 14,8 кг/га д.р. гумінової кислоти (гумат). В результати завдяки зв’язуванню гуміновою кислотою важких металів в ґрунтів їх доступність для рослин знизилась на 37% для кадмію (Cd) та на 39% для свинцю (Pb).

Ці результати підтверджують ефективність застосування гуматів у детоксикації важких металів у ґрунтів та їхньому впливі на забезпечення здорового стану рослин.

Сьогодні існує дві основні стратегії знезараження ґрунту від важких металів та інших токсичних речовин: фізичне знезараження та біоремедіація.

Фізичне знезараження проводиться за допомогою таких методів, як промивання ґрунту та вилучення парів із ґрунту, і може застосовуватися для різноманітних як органічних, так і неорганічних токсинів. Однак, ця стратегія має високі витрати та є неефективним для DNAPL (щільні рідини без водної фази), таких як залишки нафти.

Біоремедіація є тривалим процесом, який використовується для очищення та детоксикації забруднених ділянок шляхом використання мікроорганізмів, рослин або гумусовмісних речовин (гумат калію) для руйнування та деградації забруднень навколишнього середовища. Він передбачає природне або навмисне введення цих речовин для підвищення швидкості деградації та перетворення забруднюючих речовин в нешкідливі.

Для очищення ґрунтів методом біоремедіації ідеально підходять продукти на основі гумінових кислот (гумат).

Рекомендації від німецького виробника гуматів Humintech

Технології німецької компанії Humintech можуть бути використані в Україні для відновлення родючості та придатності до використання сільськогосподарськими виробниками. Ще в 1970-ті роки німецький виробник поставив перед собою схоже питанням:

«Як екологічним способом відновити родючість земель, які були забруднені в результаті видобування вугілля?».

Відповідь на питання було знайдено спільно із Інститутом рослинництва в Боннському університеті та створено кондиціонер та ґрунтозбагачувач на основі сильно окисленого бурого вугілля. Вироблений продукт виявився ефективним і по сьогоднішній день застосовується у понад 70-ти країнах світу для відновлення та підвищення родючості ґрунтів.

1 г д.р. гумату може зв’язувати від 119 до 890 мг важких металів.

Для рекультивації площ компанія Humintech рекомендує до застосування препарати: Гуміфілд в.г., (гумат калію) в нормі від 2 до 8 кг/га або Гуміфілд ВР-18 в.с., (гумат калію) в нормі від 8 до 32 л/га. Норма внесення буде залежати від рівня зараження ґрунту. Внесення рекомендується провести за 3-4 прийоми з поливною водою або обприскуванням поверхні ґрунту з подальшим перемішуванням (дискуванням, оранкою).

Застосування препаратів Гуміфілд в.г., або Гуміфілд ВР-18 в.с. - це ефективний, органічний і простий спосіб рекультивації деградованих і забруднених ґрунтів. Гумінові кислоти (гумат), які входять до складу нетоксичні і повільно розкладаються. Вони мають низьку потребу в кисні та мають чудові властивості фіксації та адсорбції ксенобіотиків (чужорідних хімічних сполук) у ґрунті.

Анотація. Були проведені експерименти для оцінки ефективності 29 мг/л розчину гумінової кислоти (гумат калію) для посилення видалення шести ароматичних вуглеводнів (бензолу, толуолу, п-ксилолу, етилтолуолу, втор-бутилбензолу та тетраметилбензолу) з піщаного матеріалу. Жодна зі сполук не була повністю видалена з матеріалу. Тим не менш, сполуки з найвищою розчинністю у воді, бензол і толуол, були ефективно видалені; менше 1 масового % утримувалося з використанням або розчину гумінової кислоти, або води. Для менш розчинних органічних сполук видалення було важчим і посилювалося розчином гумінової кислоти порівняно з водою. Масовий відсоток, що утримується з гуміновою кислотою, був таким: п-ксилол, 1,4% (на 24% менше, ніж вода); 3-етилтолуол 6,4% (на 40% менше); втор-бутилбензол 39% (на 14% менше); і тетраметилбензолу 43% (на 14% менше).

Позитивний вплив гумінової кислоти на видалення цих органічних речовин виникає внаслідок агрегації молекул гумінової кислоти з утворенням мембран та/або міцел, що мають гідрофільну зовнішню частину та гідрофобну внутрішню частину. Розподіл гідрофобної органіки з основного розчину в гідрофобну внутрішню частину цих гумінових кислотних структур може пояснити їх посилене видалення з піщаного матеріалу.

Для отримання більш детальної інформації звертайтесь до спеціалістів компанії Агротехносоюз.