вмешательство внешних факторов. Связь микроэлементов с определенными фа- зами и компонентами почв является основой, определяющей их поведение.
Бор (В). Среднее содержание элемента в земной коре – 3×10-4 весовых про- цента. Содержание бора в почвах выше, чем в земной коре и составляет 3×10-3%. Содержание элемента в пахотных почвах в среднем 9-85 мг/кг.
Некоторые соединения бора, например бура, известны с давних пор. В 1702 г. химик Гомберг получил из буры борную кислоту. В 1808 г. Гей-Люссак впервые выделил металлический бор, нагревая борный ангидрид с металлическим калием.
Бор образует ряд минералов, главным образом, гидроксидов и силикатов, из которых наиболее широко представлены минералы группы турмалина. При хими-
ческом выветривании пород элемент легко переходит в раствор, образуя различ- ные анионы (ВО2-, В4О72-, Н2ВО3- и т.д.).
Бор сорбируется почвой гораздо сильнее, чем другие анионы (например, Cl- и NO3-). Тип сорбции В на поверхности глин сходен с сорбцией катионов.
Бор сильнее удерживается полуторными окислами, чем глинистыми минера- лами, и водный оксид алюминия в этом отношении наиболее эффективен. Ад- сорбция элемента на оксидах железа и марганца является важным механизмом, управляющим его растворимостью в почвах. Однако процесс адсорбции бора изу- чен недостаточно. Эти реакции сильно зависят от рН, при это максимум наблюда- ется при рН 7. Адсорбция элемента кислородными и гидроксильными радикалами на поверхности алюмосиликатов и путем включения в их межсолевые или струк- турные позиции преобладают в кислых и нейтральных почвах.
Среди микрокомпонентов питания бор считается наиболее подвижным эле- ментом в почвах. Он легко вымывается вниз по почвенному профилю. Бор может концентрироваться в почвенных горизонтах, обогащенных иллитовыми глинами или полуторными оксидами.
Глинистые почвы содержат бора больше, чем песчаные, а почвы, образовав- шиеся породах, богатых боросиликатами, больше, чем на других породах.
В большинстве почв В сравнительно дефицитный элемент. Однако в аридных областях, а также при его избыточном внесении с удобрениями количество эле- мента в почвах может стать опасным. Сточные воды и выбросы в атмосферу золы от сжигания топлива также являются источниками загрязнения почв бором.
Медь (Cu). Среднее содержание меди в земной коре - 1×10-2 весовых про- цента. Повышенные содержания меди свойственны основным и средним горным породам, пониженные – карбонатным.
Медь образует большое число минералов, из которых наиболее распростра- ненными являются простые и сложные сульфиды. Они легко поддаются процес- сам выветривания и высвобождают ионы меди, особенно в кислых средах.
Катионы меди обладают разнообразными свойствами и в почвах проявляют большую склонность к химическому взаимодействию с минеральными и органи- ческими компонентами. Ионы Сu могут легко осаждаться такими анионами, как сульфид, карбонат и гидроксид. В итоге медь является малоподвижным элемен- том в почвах, и ее суммарное содержание создает сравнительно слабые вариации в почвенных профилях.
Средние валовые содержания Cu в почвах колеблются от 6 до 60 мг/кг, при этом минимум приходится на песчаные и органические почвы. Максимальные ко- личества элемента аккумулируются в верхних горизонтах почв, что связано с ее биоаккумуляцией и современными техногенными поступлениями. Атмосферный
привнос элемента может отчасти возмещать удаление меди при образовании биомассы живого вещества в некоторых случаях превышать удаление металла что приводит к загрязнению почв.
Преобладающей подвижной формой меди в почвах является катион с валент- ностью +2, однако в почвах могут присутствовать и другие ионные формы. Ионы меди могут прочно удерживаться в обменных позициях как на неорганических, так и на органических веществах.
Процессы, контролирующие фиксацию меди на восстанавливающих почву компонентах, связаны с: 1) адсорбцией, 2) окклюзией и соосаждением, 3) образо- ванием органических хелатов и комплексообразованием, 4) микробиологической фиксацией.
Все минералы почв способны адсорбировать ионы Cu из раствора. Это свой- ство зависит от заряда поверхности адсорбента. Поверхностный заряд строго кон- тролируется величиной рН. Этот тип сорбции меди самый важный в почвах с вы- соким содержанием минералов с переменным поверхностным зарядом. Наиболь- шие количества адсорбированной меди связаны с оксидами Fe и Mn (гематитом, гётитом, бёрнесситом), аморфными гидроксидами Fe и Al и глинистыми минера- лами. Наиболее сильная корреляция в поверхностном слое почв наблюдается ме- жду адсорбцией Cu и суммой оснований, в более глубоких слоях – с содержанием вермикулита.
Неспецифическая адсорбция меди включает окклюзию, соосаждение и заме- щение в кристаллической решетке. Фракция меди, неспособная к диффузионному переносу в почве, представляет собой медь, заключенную в различные минераль- ные структуры. Некоторые почвенные минералы (гидроксиды алюминия и желе- за, фосфаты, карбонаты, глинистые силикаты) имеют большую склонность к свя- зыванию Cu в неподвижные соединения. Они являются наиболее устойчивыми формами меди в почвах. Хемосорбция может включать в себя также образование кислородных мостиковых связей. Основными реакциями, управляющими поведе- нием меди в почвах – хелато- и комплексообразование.
Медь хорошо связывают также органические составляющие почв. Множест- во органических соединений образуют с Cu растворимые и нерастворимые ком- плексы, поэтому способность почв связывать медь или содержать ее в растворен- ном виде сильно зависит от характера и количества в почвах органического веще- ства. Максимальное количество Cu2+, которое может быть связано с гуминовыми и фульвокислотами, примерно равно содержанию в них кислородных функцио- нальных групп.
Характер связи меди с органическим веществом почв отличается от того, что установлено для других двухвалентных ионов. Так, торф и гуминовые кислоты прочно фиксируют ионы Cu2+ путем образования прямых координационных свя- зей с кислородом функциональных групп.
Гуминовые и фульвокислоты способны образовывать устойчивые комплексы с Cu, когда она присутствует в малых количествах, при этом органическое веще-
ство способно изменять характер некоторых реакций меди с неорганическими компонентами почв.
Микробиологическая фиксация также играет важную роль в связывании меди в некоторых типах почв и является важным этапом ее биологического круговоро- та. Количество Cu, связанной в биомассе микроорганизмов, меняется в широких пределах и зависит от концентрации меди, свойств почвы, сезона года.
Содержание меди в почвенных растворах достаточно велико во всех типах почв. Суммарная растворимость катионных и анионных форм меди понижается при рН около 7-8. При рН ниже 7 наиболее существенными формами меди явля- ются продукты гидролиза CuОН+ и Cu2(ОН)22+, при рН выше 8 становятся важны- ми анионные оксикомплексы меди. Растворимость Cu в виде комплекса CuСО30
не зависит от кислотности и является главной нерастворенной формой меди в нейтральных и щелочных почвенных растворах. Доля комплексов с нитратом, хлоридом, сульфатом незначительна.
Однако наиболее важная форма меди в почвенных растворах – ее раствори- мые органические хелаты, которые составляют около 80% от суммы ее раство- ренных форм. Образование органических комплексов меди имеет важное практи- ческое значение для управления биологической доступностью и миграцией эле- мента в почве.
Концентрация меди в почвенных растворах контролируется ее реакциями с активными группами на поверхности твердой фазы и реакциями со специфиче- скими веществами.
Загрязнение почв соединениями меди связано с использованием медьсодер- жащих веществ: удобрений, сельскохозяйственных и коммунальных отходов, промышленным производством. Медь имеет тенденцию к накоплению в верхнем слое почвы. При загрязнении почв вблизи индустриальных источников ее содер- жание часто возрастает до опасных значений превышающих пороговые. Методы обезвреживания почв от избытка меди основаны на внесении извести, торфа, фосфатов, которые оказывают различные действия в зависимости от особенно- стей почв и растительности. Медь, сохраняющаяся в поверхностном слое, влияет на биологическую активность почвы и может станоситься доступной для расте- ний.
Молибден (Мо). Содержание элемента в земной коре – 3×10-4 весовых про- цента. Природные соединения молибдена весьма разнообразны. В свободном со- стоянии Мо в природе не найден. Элемент связан в основном с кислыми магмати- ческими породами. Первичный минерал – молибденит МоS2 известен как концен-
тратор большей части земного молибдена и ассоциируется с минералами железа и титана. Молибден проявляет как фалькофильные, так и литофильные свойства. Его геохимия связана в основном с анионными формами.
Содержание элемента в почвах близко к его концентрации в материнских по- родах. В почвах мира изменяется в пределах 0,013-17,0 мг/кг. Почвы, развитые на
гранитных породах и на обогащенных органикой сланцах, содержат повышенное количество Мо.
В почвах среди других микроэлементов молибден выделяется меньшей рас- творимостью в кислых почвах и подвижностью в щелочных.
Неорганические формы молибдена связаны с оксидами железа в виде адсор- бированной фракции. Формы Мо, адсорбированные свежеосажденным Fe(OH)3, являются легкообменными, но с течением времени выпавший в осадок молибден становится менее растворимым, образуя слаборастворимые Zn-Мо- полукристаллические формы.
Растворимость и доступность элемента для растений во многом зависит от рН и условий дренирования почв. На увлажненных щелочных почвах Мо более дос- тупен для растений. Поглощение Мо обусловлено высокой активностью МоО42- в щелочной среде, а также образованием растворимых МоS42-, МоО2S22- (тиомолиб- датов) в восстановительных условиях.
В условиях кислых почв с рН<5,5 с невысоким содержанием Мо, особенно при повышенных количествах оксидов Fe, молибден становится труднодоступ- ным для растений. Слабое поглощение Мо из торфянистых почв обусловлено ак- тивной фиксацией Мо5+ гуминовой кислотой, сопровождающейся опережающим восстановлением МоО42-. С другой стороны, из-за медленного высвобождения элемента из связанных с органическим веществом форм в почвах, богатых орга- никой, могут накапливаться достаточные для растений количества элемента.
Растения поглощают Мо из почвы в виде водорастворимых соединений. Основная его функция – участие в усвоении растениями азота, а также использо- ванию фосфора и кальция. Недостаток или избыток элемента в почвах вызывает заболевание растений и животных. Для повышения доступности Мо для растений проводят известкование кислых почв или примененяют соли молибдена. Для снижения поступления элемента в биоту эффективно применение серы.
Причиной повышения молибдена в почвах может быть техногенное загряз- нение в результате добычи, выплавки и обработки металлов, рафинирования неф- ти, использования сточных вод на сельхозполях, использоавание вкачестве удоб- рений летучей золы угольных электростанций и т.д.
Цинк (Zn). Содержание цинка в земной коре - 5×10-3 весовых процента. В горных породах цинк встречается в виде многочисленных собственных минера- лов, а также в виде примесей в слюдах, амфиболах и других минералов. Главные минеральные виды цинка представлены сульфидами, сульфатами, силикатами, фосфатами.
Средние содержание элемента в почвах, как и в земной коре – 5×10-3 весо- вых процента. Цинк легко адсорбируется как минералами, так и органическими компонентами, поэтому в большинстве типов почв он аккумулируется в верхних горизонтах.
Баланс Zn в поверхностных слоях показывает, что атмосферные поступле-
ния этого металла превышают его вынос за счет выщелачивания и образования биомассы.
Основной, наиболее подвижной формой цинка в почвах считается Zn2+, но могут присутствовать и другие ионные формы. Элемент достаточно прочно удер- живается глинами и органическим веществом.
Существует два различных механизма адсорбции цинка:
1)в кислой среде, связанный с катионным обменом;
2)в щелочной среде – рассматривается как хемосорбция и зависит от при- сутствия органических лигандов.
Образование микрочастиц гидроксида цинка на поверхности глин может
привести к сильной зависимости удержания металла в почвах от рН. Адсорбция Zn2+ может ослабевать при низких рН за счет конкуренции со стороны других ио- нов. Это приводит к легкой мобилизации и выщелачиванию цинка из кислых почв. При повышении рН, когда в почвенном растворе возрастает концентрация органических веществ, Zn-органические комплексы также могут вносить свой вклад в растворимость элемента.
Наиболее важными факторами, контролирующими растворимость Zn в поч- вах, является содержание глинистых минералов и водных оксидов, величина рН. Образование органических комплексов, осаждение цинка в виде гидроксидов, карбонатов, сульфидов не имеет большого значения. Элемент может также вхо- дить в кристаллическую структуру некоторых слоистых силикатов, и становится малоподвижным. Органическое вещество почв способно связывать Zn в устойчи- вые формы, что способствует его накоплению в гумусовых горизонтах и торфе.
Цинк, по сравнению с другими металлами, наиболее растворим в почвах. Его концентрация в почвенном растворе колеблется от 4 до 270 мкг/л.
Цинк наиболее подвижен и биологически доступен в кислых легких мине- ральных почвах. Для растений наиболее доступна фракция Zn, связанная с окси- дами железа и марганца. Для мобилизации цинка особенно действенно кислое выщелачивание, поэтому в подзолах и бурых лесных почвах, развитых на песках, наблюдается его потеря некоторыми горизонтами.
Растворимость и доступность Zn в почвах имеет обратную корреляцию со степенью насыщенностью кальцием и содержанием соединений фосфора. Эти со- отношения отражают как влияние адсорбции и осаждения, так и взаимодействие между элементами. В области высоких значений рН необходимо учитывать влия- ние на растворимость и доступность цинка образования растворимых Zn- органических комплексов и комплексных анионных форм цинка.
Неподвижность Zn наблюдается в почвах, богатых Са и Р, содержащих со- единения серы, повышенное количество насыщенных кальцием минералов и вод- ных оксидов, а также в хорошо аэрируемых почвах.
Антропогенные источники цинка – предприятия цветной металлургии и аг- ротехническая деятельность. Восстановление качества загрязненных цинком почв
основано на ограничении его биологической доступности путем внесения извести
или органического вещества.
Кобальт (Со). Среднее содержание кобальта в земной коре равно 5×10-3 весовых процента. Количество элемента в почвах сильно колеблется в зависимо- сти от комплекса почвообразующих условий. Известно около 130 минералов, в
состав которых входит Со. Из них 30 относится к собственно кобальтовым: ко- бальтин, линнеит, скуттерудит. Кобальт широко представлен вместе с железом в пирите, с никелем и железом в бравоите, с цинком в цинковой обманке.
Вприродных условиях кобальт встречается в двух состояниях окисления – Со2+ и Со3+, а также комплексного аниона Со(ОН)3-. В геохимических циклах он тесно связан с железом и марганцем. Оксиды железа обладают высокой избира- тельной способностью к адсорбции кобальта. Это находит отражение в характере распределения элемента по почвенному профилю, которое близко к распределе- нию Fe.
Внекоторых почвах, богатых минералами Mn, связь кобальта и марганца
преобладают над другими процессами. Механизм сорбции Со на кристаллических оксидах марганца основывается на взаимообмене Со2+ и Mn2+ при низких значе-
ниях рН и образовании Со(ОН)2, осаждающегося на поверхности оксидов. При
широких интервалах рН может иметь место специфическая обменная сорбция с образованием водородной связи.
Важными факторами поведения Со в почвах являются органическое веще- ство и содержание в почве глинистых частиц. Большую роль играют монтморил-
лонитовые и иллитовые глины в связи с их высокой сорбционной способностью и относительно легким высвобождением кобальта. С органическим веществом ко- бальт способен давать комплексные соединения, поэтому он накапливается в гу- мусовом горизонте почв. Подвижность кобальта зависит от характера органиче- ского вещества. Органические хелаты кобальта известны как легкоподвижные и активно транспортируемые в почвах соединения.
Вкислой среде кобальт относительно подвижен, но из-за активной сорб- ции оксидами Fe и Mn, а также глинистыми минералами этот металл не мигриру- ет в растворенной фазе.
Ввиде гидратов и других легко растворимых соединений кобальт вымыва- ется из почвы. Этому способствуют кислые растворы торфянистых и подзолистых почв.
Несмотря на то, что в природных условиях содержания Со изменяются в широких пределах, его токсичное действие на растения наблюдается редко. Как правило, его высокие концентрации в почвах и избыточные накопления в расте- ниях связаны с техногенной деятельностью, например, в результате загрязнения почв в районах выплавки цветных металлов, при сжигании угля и т.д.
15.3.Тяжелые металлы в почвах.
Внастоящий момент для обозначения практически одинаковой группы хи- мических элементов широко применяются два различных термина: микроэлемен- ты и тяжелые металлы.
Микроэлементы – понятие, зародившееся в геохимии и ныне активно ис- пользуемое в сельскохозяйственных науках, медицине, токсикологии, санитарии.
Оно обозначает группу химических элементов, которые содержатся в природных объектах в очень малых количествах – менее 0,01%, как правило, 10-3–10-12 %.
Формально в основу выделения положена их распространенность в природе, ко- торая для разных природных сред и объектов (литосфера, педосфера, донные осадки, гидросфера, растения, животные и др.) существенно различается.
Термин ''тяжелые металлы'' в большей степени отражают эффект загрязне-
ния окружающей среды и токсичное воздействие элементов при их поступлении в биоту. Он заимствован из технической литературы, где применяется для обозна- чения химических элементов с плотностью более 5 г/см3. Если исходить из этого показателя, тяжелыми следует считать 43 из 84 металлов, входящих в Периодиче- скую систему элементов Менделеева. Однако при такой трактовке под данное оп-
ределение не попадают Be – 1,85 г/см3, Al – 2,7, Sc – 3,0, Ti – 4,6, Rb – 1,5, Sr – 2,6, Y – 4,5, Cs – 1,9, Ba – 3,8 г/см3, которые при избыточных концентрациях также бывают опасными. Необходимость включения в эту группу легких металлов- токсикантов была достигнута изменением критерия отбора, когда в данную груп- пу стали относить элементы с атомной массой более 40. При таком подходе из токсикантов в нее не попали лишь Be и Al.
Поэтому вполне обоснованным является включение в современную трактов- ку термина “тяжелые металлы” большой группы токсичных химических элемен- тов, в том числе и неметаллов.
Всего насчитывается свыше 40 тяжелых металлов. Приоритетными загрязни- телями считаются Pb, Cd, Zn, Hg, As и Cu, так как их техногенное накопление в окружающей среде идет очень высокими темпами. Эти элементы обладают боль- шим сродством к физиологически важным органическим соединениям. Их избы- точные количества в организме живых существ нарушает все процессы метабо- лизма и приводят к серьезным заболевания человека и животных.
В то же время, многие их элементов (Co, Cu, Zn, Se, Mn) довольно широко используются в народнохозяйственном производстве (особенно в сельском хозяй- стве, медицине и др.) под названием микроэлементы, о чем говорилось выше.
Остановимся на характеристике основных из них.
Хром (Cr). Его наиболее высокие концентрации отмечены в основных и вул- канических породах. Содержание элемента в почвах зависит от его содержания в материнских породах.
Хром отличается широким разнообразием состояний окисления и способно- стью формировать комплексные анионные и катионные ионы (Cr(OH)2+, CrO42-, CrO3-). В природных соединениях он обладает валентностью +3 (хромовые соеди-
нения) и +6 (хроматы). Высокоокислительные формы хрома менее стабильны, чем Cr3+.
Большая часть Cr3+ присутствует в хромате FeCr2O4 или других минералах шпинелевого ряда в которых он замещает железо и алюминий. Хромит, типичный минерал хрома, устойчив к выветриванию, что обуславливает присутствие этого элемента в остаточном материале.
В почвах большая часть хрома присутствует в виде Cr3+ входит в состав ми- нералов или образует различные Cr3+ и Fe3+ оксиды. Соединения хрома в почвах весьма стабильны, так как в кислой среде он инертен (при рН 5,5 он почти полно- стью выпадает в осадок). Шестивалентный хром крайне нестабилен и легко моби-
лизуется как в кислых, так и в щелочных почвах. Поведение хрома зависит от рН и окислительно-восстановительного потенциала почв.
На поведение хрома в почвах большое влияние оказывают и органические комплексы. Доминирующее влияние органического вещества сказывается в сти- муляции восстановления Cr6+ до Cr3+.
Важным моментом в поведении элемента, с которым связана доступность хрома для растений, является легкость, с которой растворимый Cr6+ при нормаль- ных почвенных условиях переходит в нерастворимый Cr3+. В результате окис-
ляющей способности соединений марганца в почвах может наблюдаться окисле- ние Cr3+.
Хром является важным элементомпитания растений. Снижение его подвиж- ности хрома в почвах может приводить к дефициту в растениях. Легко раствори- мый в почвах Cr6+ токсичен для растений и животных.
В результате антропогенного загрязнения отмечается возрастание содержа- ний хрома в поверхностном слое почвы. Наивысшие его содержания колеблются от 214 до 399 мг/кг.
Известкование применение фосфора и органических веществ заметно снижа- ет токсичность хрома в загрязненных почвах.
Свинец (Pb). Содержание свинца в земной коре составляет 1,6×10-3 весовых процента. Естественное содержание свинца в почвах колеблется от 3 до 189 мг/кг.
Свинец обладает сильными халькофильными свойствами поэтому в естест- венных условиях его главная форма – галенит PbS. Свинец присутствует в виде Pb2+. Образует ряд других минералов которые относительно плохо растворимы в природных водах.
При выветривании сульфиды свинца медленно окисляются элемент может образовывать карбонаты входить в глинистые минералы, оксиды железа и мар- ганца, связываться органическим веществом. По геохимическим свойствам сви- нец близок к группе двухвалентных щелочноземельных элементов, поэтому спо- собен замещать К, Ва, Sr, Са как в минералах, так и при процессе сорбции.
Из-за широкомасштабного загрязнения свинцом большинство почв особенно верхние горизонты, обогащены этим элементом.
Природные содержания свинца в почвах тесно связаны с характером подсти- лающих пород. Среди тяжелых металлов он наименее подвижен. Свинец ассо- циируется главным образом с глинистыми минералами, оксидами марганца, гид- роксидами железа и алюминия, органическим веществом. В некоторых почвах
элемент может концентрироваться в частицах карбоната Са или в фосфатных конкрециях.
При высоких рН свинец осаждается в почве в виде гидроксида, фосфата, карбоната. Эти же условия способмствуют образованию Pb-органических ком- плексов.
Среди глинистых минералов иллиты проявляют наибольшую склонность к сорбции Pb. Адсорбция свинца зависит от числа лигандов, участвующих в обра- зовании гидрокомплексов свинца. Сорбция свинца на монтмориллните идет как
простой катионообменный процесс, на каолините и иллите адсорбция носит ха- рактер конкуренции.
Свинец более избирательно адсорбируется на оксидах железа, галлуазите, имоголите менее избирательно – на гумусе, каолините, монтмориллоните.
Характер локализации Pb в поверхностном слое почвы связан с накоплением здесь органического вещества. Поэтому органическое вещество должно рассмат- риваться как важный потребитель элемента в загрязненных почвах.
Концентрации свинца в поверхностном слое почвы, вызванные техногенным загрязнением, составляют в ряде случаев 2% на сухое вещество. Уровни содер- жаний, при котором элемент становится токсичным, колеблются в пределах 100500 мг/кг. Свинцовые загрязнения от предприятий цветной металлургии пред- ставлены минеральными формами, от выхлопных газов автотранспорта – галоге- нидных солей. Содержащие Pb частицы выхлопных газов неустойчивы и легко превращаются в оксиды, карбонаты, сульфаты.
Загрязнение почв свинцом носит необратимый характер, поэтому накопление микроэлемента в верхнем горизонте почв будет идти даже в условиях его не- большого привноса.
Загрязнение почв свинцом в настоящее время не вызывает большого беспо- койства из-за нерастворимости адсорбированных и осажденных ионов Pb в поч- вах. Однако содержание свинца в корнях растений коррелирует с его содержани- ем в почвах, что указывает на поглощение элемента растениями. Накопление свинца в верхнем горизонте почв имеет также большое экологическое значение,
так как он сильно воздействует на биологическую активность почв и почвенную биоту. Его высокие концентрации могут тормозить микробиологические процес- сы особенно в почвах с низким значением катионообменной емкости.
Кадмий (Cd). Кадмий является рассеянным элементом. Распространенность кадмия в земной коре составляет 5×10-5 весовых процента. Главные минералы кадмия являются очень редкими – гринокит и отавит.
Геохимия Cd тесно связана с геохимией цинка, но он обладает большим сродством к сере и обнаруживает большую подвижность в кислых средах.
При выветривании кадмий легко переходит в раствор где присутствует в виде Cd2+. Он может образовывать комплексные ионы CdCl+, CdOH+, CdHCO3+, Cd(OH)3-, Cd(OH)42- , а также органические хелаты. Главное валентное состояние кадмия в природных средах - +2. Наиболее важными факторами, контролирую- щие подвижность ионов кадмия, являются рН среды и окислительно- восстановительный потенциал. В сильноокислительных условиях Cd способен образовывать собственно минералы, а также накапливаться в фосфатах и биоген- ных осадках.
Главный фактор, определяющий содержание элемента в почвах – состав ма- теринских пород. Среднее содержание кадмия в почвах – от 0,07 до 1,1 мг/кг. При этом фоновые уровни не превосходят 0,5 мг/кг, более высокие значения являются результатом антропогенной деятельности.
В связывании кадмия различными компонентами почвы ведущим процессом является конкурирующая адсорбция на глинах. Именно адсорбция, а не осажде-
ние контролируют концентрацию Cd в почвенных растворах до тех пор, пока не будет повышена некоторая предельная величина рН. При рН выше 7,5 сорбиро- ванный почвой Cd перестает быть легкоподвижным. В растворимости кадмия важное значение играют природа сорбирующих поверхностей и органических ли- гандов. Энергия связи при адсорбции Cd больше у органического вещества, чем у глин. Оксиды железа, аллофан, имоголит обладают наибольшей склонностью к селективной адсорбции Cd.
Влюбой почве активность кадмия сильно зависит от рН. В кислых почвах органическое вещество и полуторные оксиды могут в значительной степени кон- тролировать растворимость кадмия, в щелочных почвах надо учитывать осажде- ние кадмиевых соединений.
Элемент наиболее подвижен в кислых почвах в интервале рН 4,5-5,5, в ще-
лочных он относительно неподвижен. При росте рН до щелочных значений появ- ляется одновалентный гидроксокомплекс CdОН+, который не может легко заме- нить позиции в ионообменном комплексе.
Концентрация кадмия в почвенных растворах относительно низкая и состав- ляет 0,2-6 мкг/л. Более высокие значения указывают на загрязнение почвы.
Для кадмия наиболее характерна миграция вниз по профилю, чем накопление
вверхних горизонтах почв, поэтому обогащение элементом верхних слоев свиде- тельствует о загрязнении почв. Загрязнение почв Cd опасно для биоты.
Сорбция кадмия является очень быстрым процессом. В интервале рН 4-7,7 сорбционная емкость почв возрастает примерно втрое при увеличении рН на еди- ницу. Повышенные концентрации Са в почвенных растворах существенно уменьшают сорбционную емкость почв в отношении кадмия.
Вусловиях техногенной нагрузки максимальные уровни кадмия в почвах ха- рактерны для районов свинцово-цинковых рудников, вблизи предприятий цвет- ной металлургии, на сельскохозяйственных угодьях, где используются сточные воды и фосфатные удобрения.
Для уменьшения токсичности Cd в почвах используются методы, направлен- ные на повышение рН и катионообменной емкости почв.
Ртуть (Hg). Ртуть и ее сульфид (киноварь) известны человеку с давних вре- мен. Это единственный металл, который при обычной температуре находится в жидком виде. Алхимики считали ртуть носительницей металлических свойств и
рассматривали ее как общую составную часть всех металлов.
Содержание ртути в земной коре составляет 1×10-6%. Известные в природе соединения ртути составляют около 20 самостоятельных минералов. Основной минерал – киноварь. В процессе миграции образуются также самородная ртуть, амальгамы ртути с золотом, серебром, ртутно-сурьмяные, галоидные и другие минералы ртути.
Важными геохимическими свойствами ртути являются: образование сильных связей с серой, образование органно-металлических соединений, сравнительно устойчивых в водной среде, летучесть элементарной ртути.
Ртуть малоподвижна при выветривании. Поступая в почву, ртуть, вероятно, связывается в форме элементарной ртути и в виде катионных или анионных ком-