Поглощение, трансформация и стабилизация меди и цинка в загрязненных почвах гидроморфного ряда Ростовской области

Проект направлен на получение фундаментальных результатов по оценке состояния тяжелых металлов (ТМ) в загрязненных почвах гидроморфного ряда. Впервые будут изучены закономерности поглощения, трансформации и стабилизации Cu и Zn в луговых, аллювиальных и техногенно преобразованных почвах (хемоземы), расположенных в пойме р. Северский Донец Ростовской области. Исследованы механизмы взаимодействия металлов с твердыми фазами почв и компонентами почвенного раствора. Произведен расчет термодинамических параметров адсорбции ТМ и дан сравнительный анализ результатов с учетом физических и химических свойств почв. Показаны различия в поглощении металлов при моно- и полиэлементном загрязнении. Исследована кинетика распределения ТМ в системе почвенный раствор-адсорбент и определено время установления равновесного состояния. Выявлены механизмы изменения pH при поглощении исследуемыми почвами ТМ. Дана оценка состояния катионов ТМ (свободных и ассоциированных с органическими и неорганическими лигандами) в равновесных растворах. Показана возможность образования осадков малорастворимых соединений ТМ на поверхности почвенных частиц.Путем постановки серии модельных вегетационных опытов будет изучено влияние концентрации, формы соединений Cu и Zn (нанодисперсная и макродисперсная формы), вида загрязнения (моно и полиметальное загрязнение), длительности загрязнения (хемоземы), свойств почв (аллювиальная и луговая почвы) на трансформацию и доступность металлов растениям. Будет проведен сравнительный анализ результатов определения форм соединений ТМ, полученных с использованием наиболее распространенных методов последовательного фракционирования (Tessier et al., 1979; BCR, 1994; Miller et al., 1986), обоснованы условия их применения для гидроморфных загрязненных почв. Модифицированы методы последовательного фракционирования для обеспечения полноты экстракции соединений металлов из гидроморфных техногенно загрязненных почв. Показано, что характер закрепления ТМ в гидроморфных загрязненных почвах в значительной степени зависит от состава Fe- и S- содержащих минералов. Для характеристики состояния и идентификации соединений Fe, S, Cu и Zn в гидроморфных хемоземах будут применены методы электронной сканирующей микроскопии, энергодисперсионной рентгеновской и мессбауэровской (ядерной гамма‒резонансной) спектроскопии. Выявлены механизмы структурных превращений минералов при взаимодействии с ионами ТМ в гидрогенных хемоземах с использованием инновационных физических методов рентгеноспектральной и рентгеноструктурной диагностики. Изучено влияние условий хранения образцов гидроморфных почв на результаты содержания в них неустойчивых Fe-минералов и металлов, связанных c данными компонентами.Будут изучены особенности роста и развития растений, подвергшихся воздействию металлов в макроформе и в форме наночастиц, установлены особенности их проникновения в клетки растений ярового ячменя (Hordeum vulgare L.) и механизмы их взаимодействия с внутриклеточными структурами в процессе метаболизма.В условиях модельного опыта будет изучено влияние органических (биочар), минеральных (глауконит) сорбентов и нанокомпозитов на стабилизацию металлов в гидроморфных искусственно и техногенно загрязненных почвах. Нанокомпозиты будут получены путем добавления к применяемым органическим и минеральным сорбентам синтезированных высокопористых металлорганических координационных полимеров (МОКП) нового поколения, отличающихся рекордно высокой удельной поверхностью (до 10000 м2/г). Эти соединения представляют собой новую ступень развития пористых материалов, размер пор в которых и структуру активного центра можно контролируемо изменять в широких пределах. Изучены состав, свойства, структура, удельная поверхность и порозность сорбентов с использованием инструментальных методов сканирующей электронной микроскопии (TEM), энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDXS), ИК-спектроскопии с Фурье-преобразованием. Установлено влияние применяемых сорбентов и доз их внесения на стабилизацию ТМ в почвах и снижение доступности металлов растениям ярового ячменя.