hemijski sastav zemljišta. zemljište kao …nasport.pmf.ni.ac.rs/materijali/2297/1. i 2....
TRANSCRIPT
Hemijski sastav zemljišta. Zemljište kao polidisperzni sistem.
1. predavanje
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 1
Šta je zemljište?
Zemljište je prirodno telo nastalo pod uticajem živih organizama, a sastoji se od čvrste (minerali i organska materija), tečne i gasovite faze.
Na površini se graniči sa vazduhom, vodom i biljnim materijalom (koji nije započeo razgradnju). Smatra se da neka površina nije zemljište ukoliko je stalno prekrivena vodom (više od 2.5 m).
Donju granicu, koja razdvaja zemljište od nezemljišta, je teško definisati. U cilju klasifikacije, donja granica se arbitrarno postavlja na 200 cm.
Izvor: Soil Science Society of America
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 2
Zemljište kao trofazni sistem
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 3
Zemljišni
rastvor
Zemljišni
vazduh
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 4
Nivo podzemnih voda
Podzemna vodaZona podzemnih
voda
Zona kapilarne
vode
Aerisana
zona
Čestica zemlje
Higroskopna voda
Vazduh i vodena
para u zemljištu
Vodeni film
Zasićena
kapilarna voda
Černozem
• najplodnije zemljište
• nastaje na geološkoj podlozi u kojojdominira les i to u uslovima suvekontitentalne klime (zemljištesemiaridnog stepskog područja)
• u uslovima navodnjavanja, postižu se visoki i stabilni prinosi gajenih biljaka.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 5
Smonica (Vertisol)
• Formiranje na matičnimsupstratima sa više od 30% gline, pretežnomontmorilonitnog tipa u klimatskim uslovima u kojimase smenjuju vlažni i sušniperiodi.
• U vlažnom periodu, visok udeogline uzrokuje bubrenje ismanjenu dreniranostzemljišta, a u sušnom periodugodine dolazi do kontrakcijekada se stvaraju pukotine u koje se obrušava zemljiste izpovršinskog horizonta.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 6
Gajnjača
• To su dobro ocedna i topla zemljišta. Hemijska svojstva variraju u zavisnostiod intenziteta korišćenja, stepenaerodiranosti, hemijskih svojstavamatičnog supstrata, a i stepenarazvoja. Sadržaj humusa kod gajnjačaje u intervalu od 2 do 5%, neutralnesu do slabokisele hemijske reakcije, imaju visok kapacitet adsorbcije, a odjona dominira Ca i Mg.
• Primarni tip vegetacije na gajnjačamasu hrastove šume (kitnjaka, sladuna icera), mada su gajnjače pogodne i zaratarsku, povrtarsku, voćarsku ivinogradarsku proizvodnju.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 7
Crvenica
• Crvenica (terra rossa) je naziv zacrvena rezidualna tla, posebnoraširena u području karsta Istočne(Kučaj, Beljanica, Svrljiškeplanine, Suva planina,...) i Zapadne Srbije(Stari Vlah i Raška) kao i u oblastiMetohije. Smatrase da je crvenicatip reliktnog tla nastala u toplijimklimatskim uslovima oddanašnjih. U geološkom smislucrvenica je naziv za crvenkasta, smeđecrvena i žućkastocrvenaglinovito-prašinasta tla kojapokrivaju krečnjake i dolomite. Često se javlja na dnu vrtača. Karakteristična crvenkasta bojapotiče od amorfnih gvožđevitihhidroksida.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 8
Obala Vlasinskog jezera. Crvenicana usečenoj obali
Podzol
• Kiselo tlo koje nastaje nakiselim silikatnim stenama. Rasprostranjene su naplaninskim područjima iznad900 m nadmorske visine u uslovima hladne i vlažne klime. U ovakvim uslovima dominiračetinarski tip vegetacije. Podzol je lagano tlo, vodopropusno, siromašnofosforom, kalcijumom iazotom. Ovo zemljište siveboje je slabeplodnosti zbogintenzivnog ispiranjamineralnih materija i velike je kiselosti.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 9
Mehanički sastav zemljišta
Glina Clay
Prašina Silt
Pesak Sand
Šljunak Gravels
sitan grub
2 μm 20 μm 200 μm 2000 μm
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 10
Pesak: lak, dobra drenaža, lako se aeriše. Najvažnije komponente peska su kvarc i feldspati; relativno su inertni i slab su izvor nutrijenata.Glinovita zemljišta su teška, imaju lošu drenažu i aeraciju. Komponente su: minerali gline, organska materija, primarni minerali i hidratisani oksidi Fe i Al. Velika ukupna površina čestica, učestvuje u jonoizmenjivačkim i/ili adsorpcionim reakcijama.
Adsorptivna sposobnost zemljišta, odnosno, sposobnost zadržavanja nutrijenata jevezana za glinovitu frakciju.
Pesak• Može se videti golim okom.
• Prilikom uzorkovanja rukom ne zadržava se u ruci.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 11
Prašina Suva: praškasta i daje puderast osećaj - poput brašna.
Mokra: mekan i klizav osećaj.
Nije lepljiva i nema plastična svojstva.
Može se videti lupom ili mikroskopom.
Prilikom uzorkovanja rukom stvara prevlaku na ruci, može se ostrugati sa ruke.
Glina Suva: tvrda.
Mokra: Lepljiva, plastični osećaj.
Može se videti elektronskim mikroskopom.
Prilikom uzorkovanja rukom lepi se za prste.
Tekstura zemljišta
Predstavlja odnos disperznih frakcija izraženih u % u uzorku suvog zemljišta.
Određuje se na osnovu trokomponentnog dijagrama.
Važno svojstvo jer određuje primenu zemljišta.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 12
Osobine zemljišta koje proističu iz njegove teksture
– Poroznost
– Permeabilnost
– Bubrenje-skupljanje
– Kapacitet zadržavanja vode
– Erodabilnost
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 13
Zemljišta sa finom teksturom
• Velika količina prašine i gline, što ih čini “blatnjavim” kada su mokra.
• Veličina pora je mala, ali ih ima mnogo pa zadržavaju vodu.
• Kada glinovita zemljišta počnu da se suše, ona i dalje mogu da zadrže veliku količinu vode, ali adhezivna i kohezivna svojstva vode, čine vodu nedostupnom za biljku.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 14
Zemljišta sa grubom teksturom
– Veličina pora je veća, što dopušta vodi da lako otiče kroz zemljište van zone korena.
– Sklona isušivanju.
– Mala specifična površina čestica redukuje plodnost zemljišta.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 16
Ilovačasta zemljišta
Smeša peska, prašine i gline koja je optimalna za agrokulturu.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 18
Primer:
• 35% gline
• 30% prašine
• 35% peska
Glinovita ilovača
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 19
Uticaj frakcija zemljišta na njegove osobine i ponašanje u prirodi
Osobina/Ponašanje Pesak Prašina Glina
Kapacitet zadržavanja
vodeNizak Srednje visok Visok
Aeracija Dobra Srednja Niska
OM razlaganje Brzo Srednje Sporo
Potencijal erozije
vodomNizak Visok Nizak
Snabdevanje
nutrijentimaSiromašno
Srednje
visokoVisoko
Izluživanje polutanata Izraženo Srednje Nisko
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 20
Zemljišna tekstura i specifična površina
• Smanjenjem veličine čestica, raste specifična površina.
– Glina ima oko 10 000 puta veću površinu od peska.
• Specifična površina ima veliki uticaj na:
– kapacitet zadržavanja vode,
– hemijske reakcije,
– koheziju zemljišta,
– sposobnost održavanja mikroorganizama.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 21
Gustina zemljišta
ukazuje na sastav zemljišta, tj. na relativan odnos organske materije i minerala.
Gustina individualnih čestica - gustina čvrste faze (particle density). Manja od 1g/cm3 za OM, veća od 5 g/cm3 za neke metalne okside ili 7 g/cm3 za manje česte minerale kao što su metalni sulfidi.
http://www.youtube.com/watch?v=yGnNE-MWDV4
Zapreminska gustina zemljišta (bulk density) je gustina u prirodnom, neporemećenom sklopu, uključuje prostor pora između čestica;manja je od gustine čvrste faze.
http://www.youtube.com/watch?v=HetuYVdnGh0
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 22
Core sample
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 23
Površinski sloj zemljišta, sa dovoljnom količinom peska,pokazuje zapreminsku gustinu od 1,2 do 1,8 g/cm3.
Zemljišta sa višim sadržajem humusa, pokazuju manju zapreminsku gustinu, od 1,0 do 1,6 g/cm3, zbog manje čestične gustine i zbog veće ukupne poroznosti koja nastaje između i unutar strukturnih agregata pod uticajem humusa.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 24
Kada je poznata gustina čvrste faze i zapreminska gustina, može se izračunati poroznost zemljišta:
Zemljišta sa velikom zapreminskom gustinom imaju nisku poroznost, pa samim tim nisku permeabilnost.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 25
100gutina čestična
gustina azapreminsk gustina čestična%) (vol zemljištaPoroznost
−=
Po pravilu peskovita zemljišta pokazuju poroznost od 35 do 50%, zemljišta sa većim sadržajem OM pokazuju veću poroznost od oko 60%.
Sa porastom dubine zemljišta, zemljište postaje kompaktnije od površinskog zemljišta i obično sadrži nizak % OM, tako da se i poroznost smanjuje.
Struktura zemljišta
Mehaničke frakcije se međusobno povezuju u strukturne agregate različite forme i veličine.
Skup agregata predstavlja strukturu zemljišta.Prirodni lepak zemljišta (cementna materija) su koloidi
organskog i neorganskog sastava (Ca-humat).Koloidi slepljuju čestice gline, praha i peska u
mikroagregate.Mikroagregati se međusobno lepe u makroagregate.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 26
Permeabilnost zemljištaili hidraulična provodljivost je mera sposobnosti
zemljišta da propušta vodu naniže.Stepen lateralnog kretanja podzemnih voda u dubljim
slojevima zemljišta, takođe je određen permeabilnošću.
Brzina kretanja vode naniže je obično 1 – 5 cm3/h (0,5 cm3/h – veoma sporo, 15 cm3/h veoma brzo).
Zavisi od teksture zemljišta (grub pesak u pustinjama ima veliku permeabilnost, dok aluvijalna zemljišta fine strukture mogu pokazati veoma nisku permeabilnost).
Zemljišta sa razvijenom strukturom su propustljivija od onih bez definisane strukture.
Važna osobina zemljišta jer utiče na hemijske procese. Tako, zemljišta sa malom permeabilonšću, mogu da postanu poplavljena, što dovodi do stvaranja potencijalno redukcionih uslova. Zatim, permeabilnost utiče na transport hemikalija kroz zemljište.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 29
Elementarni sastav zemljišta
Reflektuje sastav Zemljine kore: O, Si, Al.
U sastav zemljišta ulaze svi poznati elementi
(10-15 elemenata najzastupljeniji).
Elementarni sastav zavisi od:
o vrste zemljišta (različit sastava stena od kojih je zemljište nastalo)
o zemljišnog horizonta (starost zemljišta).
Pedosfera je bogatija Si, C, O, H, N od litosfere,
ali je siromašnija Ca, Mg, Na, K od litosfere.
ukupni elementi dostupni elementi
Dostupni elementi su onaj deo elemenata koji mogu da učestvuju u hemijskim i biološkim reakcijama.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 30
Organska materija zemljišta
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 32
Živi organizmi
(edafon)
Zemljišna
organska
materija
Neizmenjen
materijal
Transformisani
proizvodi
(humus)
Nehuminske
supstance
Huminske
supstance
Organska materija zemljišta
Sastav zemljišta jako varira kako u horizontalnom tako i u vertikalnom pravcu.
Spoljašnja i unutrašnja morfologija zemljišta
Serija horizontalnih slojeva koji se razlikuju po boji i/ili teksturi –horizonti
Skup zemljišnih horizonata čini zemljišni profil.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 33
Ugrožavanje zemljišta
1. Izluživanje
2. Erozija
3. Zaslanjivanje zemljišta
4. Acidifikacija zemljišta
5. Metali u zemljištu
6. Organski polutanti u zemljištu
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 34
Način ugrožavanja i zagađivanja zemljišta
Za razliku od hidrosfere i atmosfere, zagađujuće supstance koje dospevaju u litosferu (pogotovu one nerastvorne u vodi) se
tu nagomilavaju.– Erozija tla– Laterizacija tla– Dezertifikacija tla– Klizanje zemljišta– Premalo ili previše vode– Izluživanje tla– Salinizacija– Acidifikacija– Zagađivanje tla
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 35
Proces izluživanja tlaVažan jer dovodi do zagađenja podzemnih voda.
U kojoj meri će doći do izluživanja iz zemljišta zavisi od:
– fluksa vode: kišnice ili irigacione vode,– teksture zemljišta i– prirode biljnog pokrivača.
Kod zemljišta fine teksture sa bujnijom vegetacijom izluživanje se u manjoj meri javlja.
GEOHEMIJSKA I BIOHEMIJSKA INHIBICIJA IZLUŽIVANJA
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 36
Posebno je važan problem izluživanja katjonskih makronutrijenata NH4
+, K+, Ca2+ i Mg2+.Da li će doći do njihovog izluživanja zavisi od prirode fizičko-hemijske
interakcije između makronutrijenata i zemljišta.Katjoni se vezuju za negativno naelektrisane izmenjivačke komplekse
(minerale glina, OM).
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 37
Ca+
zemljište
Ca+
Ca+
Ca+
Ca+
Ca+Ca+
Ca+
Ca+Ca+
Ca+Ca+
Ca+
Ca+
+
H+
H+
H+
H+
H+H+
Izmenjivački kompleks rastvor
+
H+
H+Ca+
Ca+
Izmenjivački kompleks rastvor
Primer jonske izmeneDodatak H+ jona zemljištu
Ukoliko se u zemljišnom rastvoru poveća koncentracija nekog drugog katjona, uključujući i H3O+, može doći do istiskivanja nutrijenata vezanih za izmenjivačke komplekse.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 38
Relativna izmenjivačka moć jona na katjonskom izmenjivačkom kompleksu – izmenljivost katjona - će zavisiti od:
• njegove valence, • njegovog prečnika hidratisane forme i • vrste i koncentracije drugih jona prisutnih u zemljišnom
rastvoru.
Izmenljivost katjona na katjonoizmenjivačkom kompleksu:
Katjon koji je više naelektrisan će istisnuti katjon manjeg naelektrisanja.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 39
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 40
NH4+ jon specifičan primer.
Pri visokim pE uslovima, oksiduje se do NO3-, koji se uglavnom ne
vezuje u značajnoj meri kod većine zemljišta, tako da je dostupan biljci, a višak zaostaje u rastvoru i izlužuje se iz zone korena u podzemne vode (eutrofikacija, toksičan). U kojoj meri će se NO3
- izluživati zavisi od učestanosti primene đubriva, vrste biljnog pokrivača, količine vode, prirode zemljišta.
Pozitivno naelektrisani NH4+ i metalni joni vezuju se za negativno naelektrisane izmenjivačke komplekse, koje čine minerali gline i organska materija. Zato zemljišta sa visokim CEC vrednostima zadržavaju katjone i sprečavaju njihovo izluživanje. Ipak uvek je u rastvoru prisutna niska koncentracija ovih hemijskih vrsta, jer se tu radi o ravnoteži koja postoji između izmenjivačkog kompleksa i rastvora. Ukoliko se u tom zemljišnom rastvoru poveća koncentracija nekog drugog katjona, uključujući i H3O+, može doći do toga da se nutrijenti koji su vezani za izmenjivačke komplekse istiskuju, jer dolazi do kompeticije, tj. izlužuju se iz zemljišne faze.
Sorpcija anjona
• Sorpcija anjona na pozitivno naelektrisanim zemljišnim koloidima.
• Hidratisani oksidi Fe/Al su obično pozitivno naelektrisani na pH 7, pa predstavljaju glavna mesta anjonske izmene.
• Nitrati i hloridi nisu adsorbovani u značajnoj meri, ali se ortofosfati jako adsorbuju.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 41
Ortofosfati prisutni u zemljišnom rastvoru se jako vezuju za zemljišne minerale uključujući i Al i Fe okside i 1:1 gline.
Fiksacija može biti toliko jaka da je rastvorni fosfor u vodi perkoliranoj kroz zemljište prisutan samo u tragovima. Samo u slučaju erozije gubitak ovog nutrijenta može biti značajan.
Za razliku od nespecifične adsorpcije, specifičnaadsorpcija ne doprinosi izluživanju.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic
42
Fiksacija: Aluminijum/Gvožđe oksidi
Fe
Fe
OH
OH
OH
H2(PO4)-
+
Fe
FE
OH
OH
H2(PO4)-
OH-
+
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 43
Prevlaka na peščanim, silikatnim i glinovitim četicama
Fe prevlaka
Fe
Fe
OH
OH
H2(PO4)-
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 45
Proces erozije
Erozija je proces uklanjanja površinskog humusnog sloja zemljišta.
Prirodna ili geološka erozijaspor proces, uravnotežen sa procesom stvaranja zemljišta.
Ubrzana erozijabrz proces, gubitak zemljišta se ne nadoknađuje.
2000 do 7000 godina za stvaranje humusnog sloja debljine oko 20 cm; pri ubrzanoj eroziji humusni sloj se gubi za svega 10 do 30 godina.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 46
Glavni uzročnici erozije tla su vetar i voda. Jačina erozije zavisiće od njihove brzine kretanja i od biljnog pokrivača (deforestacija → dezertifikacija).
Erozija tla pod dejstvom vetra – deflacija javlja se u oblastima u kojima duvaju jaki vetrovi, gde se javljaju tzv. "crne bure" kada vetar diže takvu količinu prašine da vazduh gubi prozračnost.
Erozija pod dejstvom vode je više prisutna od deflacije; nastaje pod dejstvom kiša, voda nastalih topljenjem snega, tako da je posebno značajna u planinskim predelima. Posle jakih kiša, niz padine se obrušavaju bujice koje nose sa sobom zemlju, čak i krupne stene.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 47
Zaslanjivanje tla (salinizacija)
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 48
NAVODNJAVANJE SALINIZACIJA
Salinizacija je akumuliranje soli u zemljištu i na njegovoj površini u količini koja štetno deluje na razvoj organizama.
Salinitet zemljišta predstavlja ukupan sadržaj soli zemljišta.
Joni koji su odgovorni za salinizaciju su: Na+, K+, Ca2+, Mg2+ i Cl–.Ukoliko preovlađuje Na+ u zemljištu, zemljište se naziva sodno zemljište.
Čak i slatka voda, kojom se navodnjava zemljište, sadrži 200-500 ppm (0.02 do 0.05%) rastvorenih soli. Voda se isparavanjem ili transpiracijom gubi iz zemljišta, ostavljajući za sobom akumuliranu so.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 49
Prilikom prolaska kišnice kroz zemljište dolazi s jedne strane do zadržavanja jonskih vrsta iz kišnice na zemljišnim česticama, a sa druge strane do rastvaranja jonskih vrsta sa zemljišnih čestica i prelaska u zemljišni rastvor (drenažnu vodu).
Obično drenažna voda sadrži veoma malu koncentraciju jonskih vrsta pa ne dolazi do neke značajnije akumulacije soli na zemljištu, u bilo kom delu zemljišnog profila.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 50
Međutim, u uslovima slabe precipitacije i izražene evaporacije, drenažna voda može biti nedovoljna da izluži sve soli akumulirane blizu površine zemljišta.
Zaslanjena zemljišta su česta u aridnim i semi-aridnim uslovima sveta (Irak, Sudan, Pakistan, Australija).
Zaslanjivanje zemljišta se javlja kada su tokom dužeg vremenskog perioda evaporacija i evapotranspiracija iz zemljišta dominantni procesi u odnosu na perkoliranje kišnice ili irigacione vode kroz zemljište.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 51
• Plodno zemljište može da se uništi i nepravilnom izgradnjom akumulacionih jezera kada dolazi do zaslanjivanja tla. Nepravilna izgradnja akumulacionog jezera (Cimljansko jezero na Donu)
(Egipat (1970) Aswan High Dam(brana))
• Navodnjavanje zagađenim vodama (dolina kristala u Kaliforniji). Voda reke Kolorado: oko 750 ppm sulfata. Na oranicama za 1 do 2 godine zaostalo oko 11 tona natrijum-sulfata po hektaru.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 52
Zaslanjena zemljišta se često klasifikuju u nekoliko kategorija na osnovu vrednosti: pH, EC, CEC, ESP, SAR.
• ESP (exchangeable sodium percentage) procenat izmenjivog natrijuma je frakcija izmenjivog natrijumovog jona [(Na+)E] u odnosu na ukupne izmenjive jone (CEC) (izražen je u %):
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 53
( ) 100
CEC
NaESP E =
+ Sodno zemljište ima više od 6% ESP
• SAR (sodium adsorption ratio) odnos adsorbovanog natrijuma se koristi da prikaže sadržaj natrijuma u zemljišnom rastvoru i definiše sa kao:
SAR predstavlja koristan indeks zemljišne sodnosti. Zemljišta čije je SAR veće od 13 su sodna.
Koncentracije (mmol/l) Na, Ca i Mg se mere u vodenim ekstraktima zemljišta.
Jedinica SAR-a je (mmol/l)1/2.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 54
)C(C2
1
CSAR
22 MgCa
Na
++
+
+
=
EC je mera koncentracije svih jona u zemljišnom rastvoru i meri se u zasićenom ekstraktu.
• "normalna" zemljišta imaju EC manje od 4mS/cm i ESP ispod 15%.
• slana zemljišta imaju EC veće od 4 mS/cm i ESP manje od 15%. Pošto su rastvorne soli u slanim zemljištima uglavnom neutralne (jer ih čine katjoni kao što su Ca i Mg i anjoni Cl- i SO4
2-) pH slanih zemljišta je uglavnom ispod 8,5.• sodna zemljišta imaju EC manje od 4 mS/cm, ali ESP veće od
15%. Koncentracija neutralnih soli je mala, a so kao što je Na2CO3 dominira. U vodi CO3
2- jon hidrolizuje, stvara OH- pa je pH ovih zemljišta visoko 8,5 -10.
• Slano-sodna zemljišta predstavljaju četvrtu kategoriju zaslanjenih zemljišta. Ova zemljišta imaju visoko i EC veće od 4 mS/cm i ESP veće od 15%. Prisustvo velikih koncentracija neutralnih soli obezbeđuje pH manje od 8,5.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic55
Štetno dejstvo soli na biljke• So u zemljištu povećava osmotski pritisak zemljišnog rastvora,
tako da biljke ne uzimaju vodu iz njega. Kada je zemljište slano, ono ima veću koncentraciju jona nego što je u korenu, tako da koren ne usvaja vodu iz spoljašnje sredine.
• So može pokazati i direktnu toksičnost, ali je njeno štetno dejstvo vezano, pre svega, za smanjenje moći korišćenja vode od strane biljaka.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 56
Acidifikacija zemljišta
pH zemljišta zavisi od njegovog sastava:
ukoliko preovlađuju karbonatni minerali, pH > 7
Na2CO3 + H2O → Na+ + OH- + HCO3-
ukoliko preovlađuje Fe(III) i Al(III), pH < 7
[Al(H2O)6]3+ + H2O → [Al(OH)(H2O)5]2+ + H3O+
ukoliko preovlađuje organska materija, pH < 7
(jer njihovom dekompozicijom nastaju organske kiseline i jer tokom respiracije mikroorganizmi oslobađaju CO2.)
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 57
Antropogeni faktori acidifikacije
• Kisela depozicija
Središnja godišnja depozicija za Zapadnu Evropu je:
pH = 4,2, sa količinom padavina od 1m na površinu od 1 ha, prema tome broj molova kiseline koja se na taj način doda jednom hektaru površine zemljišta je:
n(H3O+) = 1m · 10 000m2 ·1000 l/m3 · 10-4,2 mol/l = 630 mol
• Azotna đubriva
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 58
Azotna đubriva
• amonijačna (amonijum-sulfat, amonijum-hlorid),
• amonijačno-nitratna,
• nitratna i
• amidna (urea).
Nakon unošenja đubriva u zemljište počinje njegova transformacija i neposredno ili posredno usvajanje preko korena biljaka.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 59
Amonijačni jon podleže oksidaciji dejstvom bakterija Nitrosomonas, pod aerobnim uslovima:
2NH4+
(aq) + 3O2 + 2H2O = 2NO2-(aq) + 4H3O+
(aq)
Oksidacija nitrita do nitrata pod dejstvom bakterija Nitrobacter, ne dovodi do stvaranja dodatne kiseline:
NO2- + 1/2O2 = NO3
-
Ako je 200kg/ha azota dodato zemljištu u formi čvrstog (NH4)2SO4, to odgovara oko 14 000 mol N (200000/14 = 14286 mol).
Prema tome, usled nitrifikacije, nastaje 28000 mol H3O+ in situ na 1 ha površine zemljišta.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 60
Postoji nekoliko načina neutralizacije povećane kiselosti zemljišta:
• geohemijske reakcije i
• biološke reakcije.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 61
Geohemijske reakcijeneutrlizacije povećane kiselosti zemljišta
Zemljište koje sadrži karbonatne minerale, neutrališe kiseline rastvaranjem čvrstih karbonatnih vrsta.
Za kalcit (krečnjak) reakcija je:
2CaCO3 (s) + H2SO4 (aq) → 2 Ca2+(aq) +2HCO3
-(aq) + SO4
2-(aq)
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 62
Geohemijske rekacijeneutrlizacije povećane kiselosti zemljišta
(nastavak)
Kod zemljišta koja sadrže malo ili uopšte ne sadrže karbonatne minerale, neutralizacija se odvija zahvaljujući katjonsko-izmenjivačkim reakcijama:
Zemljište:K++ H3O+(aq)+NO3
-(aq)→Zemljište:H3O++K+
(aq)+NO3-(aq)
Bazno zasićenje izmenjivačkog kompleksa se smanjuje pri neutralizaciji.
U kolikoj meri će se ove izmenjivačke reakcije odvijati zavisi od izmenjivačkog kapaciteta i baznog zasićenja zemljišta.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 63
Geohemijske rekacije neutrlizacije povećane kiselosti zemljišta (nastavak)
Zemljišta koja sadrže hidratisane okside Fe i Al mogu da uklanjaju sulfate (a sa njima i hidronijum jone) specifičnim reakcijama kompleksiranja.
Jedan od mogućih načina da se opiše ovaj proces je:
Al(OH)3 (s) + SO42-
(aq) +2H3O+ → AlOHSO4 (s) + 4H2O
Ova reakcija je specifična za sulfat (ne za nitrat) i čvrsti Al i Fe-hidroksid, gde uporedo sa usvajanjem sulfatnog jona, simultano se eliminiše H3O+.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 64
Biološke reakcije
neutralizacije povećane kiselosti zemljištaAcidifikovanje zemljišta nitratima je uslovljeno činjenicom da N u
formi nitrata, predstavlja makronutrijent biljaka. Stoga, na zemljištima na kojima rastu biljke, nitrati se usvajaju preko korena reakcijama koje počinju sa anjono-izmenjivačkim procesima na površini korena. Obično se uzima da je anjon koji učestvuje u izmeni CO3
2-:
Koren:CO32- + H3O+
(aq) + 2NO3-
(aq) → Koren:(NO3-)2 + H2O + HCO3
-(aq)
Ova reakcija pokazuje da je nitrat usvojila biljka, nešto hidronijum jona je utrošeno na neutralizaciju oslobođene slabe baze karbonata, tako da je pH puferovano.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 65
Zemljišta koja ne mogu da neutrališu povećanu acidifikaciju su ona koja:
• nemaju slobodne karbonatne minerale,
• imaju male CEC vrednosti,
• imaju mali sadržaj Fe i Al oksida,
• na kojima nema vegetacije.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 66
Metali u zemljištuCa, Mg, K, Na - metali grupe A
Pod nešto izmenjenim uslovima životne sredine može doći do akumulacije i metala grupe B. (mada su prisutni u niskoj koncentraciji, izazivaju veliku pažnju jer mogu biti izluženi u podzemne vode).
grupa C – katjoni prelaznih metala, prelazni elementi sa nepopunjenim d-orbitalama.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 67
Odakle potiču ovi metali u zemljištu?
1. od stena prekursora, od kojih je zemljište i nastalo, 2. usled depozicije iz atmosferskog aerosola (prašina, vulkani,
isparljiva i čestična OM iz šumskih oblasti i mora),3. usled depozicije iz vode.
U kojim formama se metali nalaze u zemljištu?
1. kao strukturne komponente zemljišnih minerala ili kao mikroelementi inkorporirani u ZOM,
2. kao depoziti usled specifične sorpcije na površini minerala,3. vezani za izmenjivačka mesta elektrostatičkim silama na
mineralnoj odnosno organskoj materiji,4. i na kraju veoma mala količina metala se može naći i u vodi
zemljišnih pora.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 68
Najvažniji ekološki problem koji ispoljavaju u zemljištu je njihova mobilnost, koja je uslovljena njihovom količinom, hemijskom formom u kojoj se nalaze, kao i permeabilnošću zemljišta.
Metali koji se javljaju kao strukturne komponente minerala nisu lako mobilni.
Metali koji su vezani za površinu hidratisanih oksida Fe i Al mogu postati mobilni usled promene pH i/ili redoks uslova (mobilizacija se javlja pri kiselim i redukujućim uslovima).
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 71
Tako, kada se zemljište, koje se nalazi u oksidujućoj sredini, poplavi, kretanje kiseonika je smanjeno, a zaostali kiseonik u zemljištu se vrlo brzo istroši u mikrobiološkim aerobnim reakcijama.
U takvim uslovima smanjenog kiseonika, kao elektron akceptori javljaju se NO3
-, čvrsta mineralna faza Mn(IV)-oksida i Fe(III)-oksida kao i njihove hidratisane forme i SO4
2-.
Redosled približnih pE opsega, preko kojih se ovi procesi odvijaju je:
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 72
UTICAJ REDOKS POTENCIJALA NA MOBILNOST
Usled redukcije Mn i Fe oksida javlja se mobilizacija mangana i gvožđa u +2 formi.
Takođe, javlja se i sekundarna mobilizacija (npr., mobilizacija As).
Pri visokom pE, As je u formi H2AsO4- i HAsO4
2- koje su jako adsorbovane na površini hidratisanog oksida gvožđa.
Pri niskom pE, mobilizuje se i Fe i As.
Taloženje metalnih sulfida utiče na mobilnost metala.Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 73
Fe(OH)3
AsO33-
AsO43-
Al(OH)3 AsO43-
Red.
Red.
Fe(OH)3AsO4
3-
Fe2+
AsO33-
AsO43-
+
Redukcija adsorbata Redukcija adsorbenta
Red.
Red.
Mogući mobilizacioni procesi
Fe(OH)3 AsO33-
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 74
Uticaj organske materije zemljišta na mobilizaciju metala u zemljištu
• OM može i da mobilizuje i da zaustavi kretanje metala u zemljištu.
• Rastvorljivost metala koji su strukturna komponenta OM, ilionih koji grade jake komplekse sa OM, je uslovljenarastvorljivošću OM.
• Rastvorljivost HM je veća kada je zemljišni rastvor neutralanili slabo alkalan, nego kada je kiseo. Metali koji sukompleksirani sa HM su, stoga rastvorljiviji pri višim pH vrednostima.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 75
OM (visoko molarna humusna frakcija) služi kao rezervoar, tj. redukuje mobilnost metala. Tako, olovo koje se oslobađaprilikom sagorevanja olovnog benzina, deponuje se nazemljištu u blizini saobraćajnica; utvrđeno je da se olovoakumulira na površini zemljišta u asocijaciji sa OM. Tokomvećeg niza godina, primećeno je samo neznatno smanjenjekoncentracije kretanjem ka većim dubinama.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 76
Biodostupnost metala
Pravilo:
• Biodostupnost ili toksičnost metala u korelaciji su sa koncentracijom slobodnih jona metala.
• Slobodni joni metala najbiodostupniji oblici rastvorenih metala.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 77
Međutim...
• Nije uvek slučaj da su slobodni joni najizraženije biodostupnosti ili pak da su jedini biodostupni oblicirastvorenih metala.
• npr. neutralni kompleksi određenih metala (HgCl20) mogu biti
lipofilniji u poređenju sa naelektrisanim oblicima (Hg2+), što u slučaju prisustva značajne količine neutralnog hloro kompleksa (npr. u morskoj vodi), može značajno izmeniti njihovu biodostupnost.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 78
Kompeticija katjona
• Kompeticija metala na mestu usvajanja modifikovana je hemijom vode.
• H+ joni učestvuju u kompeticiji sa jonima metala na inicijalna mesta adsorpcije (npr. karboksilne grupe pektina ćelija algi)
• Rastvoreni metali stupaju u interakciju sa Ca2+, Mg2+ i Na+ jonima na mestima vezivanja za ćeliju.
• Kompeticija između metala i katjona tvrdoće vode(Ca i Mg) na različitim biološkim površinama, ukazuje da je tvrdoća jedan od razloga smanjenja biodostupnosti (toksičnosti) teških metala.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic79
Mobilizacija metala iz sedimenata
• Pod pogodnim uslovima, neki metali u sklopu sedimenata i suspendovanih čestica se vraćaju u gornji sloj vode vršeći remobilizaciju i difuziju na gore.
• Ovaj proces može biti značajan izvor zagađenja metalima.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 80
Najmanje 5 glavnih procesa utiče na oslobađanje metala iz sedimenata:
1. Povećana koncentracija soli (alkalnih i zemnoalkalnih katjona)
2. Promene redox uslova
3. Promene pH
4. Prisustvo kompleksirajućih agenasa
5. Biohemiska transformacija
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 81
Povećana koncentracija soli dovodi do oslobađanja metala iz sedimenata
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 82
Promena pH vrednosti dovodi do oslobađanja metala iz sedimenata
Smanjenje pH vodi ka rastvaranju karbonata i hidroksida, kao i povećanju desorpcije metalnih katjona kroz kompeticiju sa H+
jonima.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 83
Precipitacija značajne količine Fe i Cu daje dnu narandžasto-braon boju.
Prisustvo kompleksirajucih agenasa dovodi do oslobađanja metala iz sedimenata
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 84
Organski polutanti u zemljištu
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 85
VOC – benzen, toluen, ksileni, dihlormetan, trihloretan
PCB – ispitivanja zemljišta u V. Britaniji od 1940. do 1992.
Tokom humifikacije org. pol.
se vezuju za humus –
imobilizacija i detoksifikacija
polutanata.
Mikrobiološki enzimi vrše kovalentno vezivanje za HS –
vezani rezidui. Biološki i hemijski otporni.
FIFRA u USA – Federal Insecticide, Fungicide and
Rodenticide act
• Faktori koji određuju da li se org. jed. može koristiti kao pesticid:
– sorpcija pesticida na zemljištu;
– izluživanje pesticida u podzemne vode –potencijalni zagađivač podzemnih voda;
– efekat koji ima na mikroorganizme i makroorganizme zemljišta i
– mogućnost produkcije relativno toksičnijih degradacionih proizvoda.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 86
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 87
Adsorpcija pesticida na zemljištu
Herbicid parakvat se jonskom
izmenom zadržava na zemljištu
Tri puta degradacije pesticida u ili na zemljištu:
hemijska degradacija, fotohemijske reakcije i najvažnija biodegradacija.
Hemijska degradacija
trihlorometafos
Remedijacione tehnike
tehnologija za obnavljanje i prečišćavanje zemljišta.
Hemijska obrada
Termička obrada
Ekstrakcija isparenja
Ispiranje zemljišta
Biološko obnavljanjeHemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 89
Hemijska obrada
Primenjuje se kada su prisutne organske supstance koje se ne mogu razložiti biološkom razgradnjom (PCB, dioksin, herbicidi, piraleni) ili neke neorganske supstance, kao što su teški metali ili radioaktivni elementi.
Postupak se sastoji u tome da se zagađeno zemljište odkopa i prenese u postrojenje za hemijsku obradu. Tada se dodaju reagensi koji rastvaraju organske zagađivače i hemijski ih modifikuju. Zemljište se nakon toga cedi, ispira čistom vodom i vraća na mesto odakle je izvađeno.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 91
Ekstrakcija isparenja
• Često se koristi u sistemima sa komunalnim otpadom.
• Ugrađuju se cevi za sakupljanje i odvođenje isparljivih i zapaljivih komponenti.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic93
Ispiranje zemljišta
• Površinski sloj zemljišta se skida i prebacuje u postrojenje za prečišćavanje
• U separatorima se odvajaju pesak, prašina i humus od šljunka, koji se ne prečišćava
• Pesak se sipa na sita na kojima se ispira reagensima, a humus i prašina idu na obradu istim reagensima ali u sudovim uz mešanje.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 94
Biološko obnavljanje (bioremedijacija)
Zagađeno zemljište nekom organskom zagađujućom supstancom se obrađuje mikroorganizmima, koji taj zagađivač mogu da razgrade (metabolički ili kometabolički).
Kao proizvodi razgradnje nastaju mineralne supstance, jednostavna, netoksična, organska jedinjenja i toplota.
Prehrana mikroorganizama rastvorima koji sadrže azot, fosfor i neke mikroelemente (Fe, Zn i dr.).
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 95
BIOREMEDIJACIJA – deli se na dve podkategorije
Biostimulacija (aplikacija
nutrijenata kako bi se ubrzao
proces razgradnje)
Bioaugmentacija (dodavanje ili
“zasejavanje” mikroorganizama
kako bi došlo do razgradnje ciljne
kontaminacije ili otpadnog
materijala)
Određene heterotrofne bakterije imaju sposobnost da razlažu različite
sintetičke materije, pesticide, mineralna đubriva i druge štetne
materije koje dospevaju u zemljište.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 96
CILJEVI BIOREMEDIJACIJE
1. Redukcija toksičnosti – smanjenje ukupne toksičnosti
kontaminiranog zemljišta putem različitih metaboličkih
stupnjeva i međustupnjeva
2. Povećanje rastvorljivosti – povećanje relativne
rastvorljivosti kontaminanata može dovesti do drugačijeg
rasporeda i na taj način lakšeg uklanjanja
3. Restauracija – vraćanje staništa u prethodno stanje, koje
naseljavaju autohtone populacije mikro i makro organizama
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 97
TOKSIČNE MATERIJE
U odnosu na okolinu, toksične materije imaju brojne osobine koje
ih čine “teškim” za uklanjanje ili apsorpciju:
1. Toksičnost (za ljude, biljke, životinje i
mikroorganizme)
2. Perzistentnost (materijali se mogu zadržati u
nepromenjenom toksičnom obliku izuzetno
dugo vremena)
3. Spor metabolizam (materijali se ne mogu
uspešno metabolisati od strane autohtonih
populacija)
4. Slaba rastvorljivost (materijali koji se teško
rastvaraju, ne mogu se lako ukloniti sa staništa.
To može uticati na poremećaj u metabolizmu
razgradnje od strane autohtonih populacija)
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 98
Mnoga jedinjenja mogu biti razgrađena mikroorganizmima, i to u
formama netoksičnih materija ili manje toksičnih intermedijera:
1. 2,4-D (2,4-dihlorofenoksiacetilna kiselina)
(herbicidi)
2. DDT (pesticidi)
3. Ugljovodonična goriva i ulja
4. PCB - polychlorinated biphenyls (tečnosti za
hlađenje u električnim transformatorima)
5. Sapuni i deterdženti
6. Neke vrste plastike
7. Neorganski kontaminanti - arsen, selen, živa
(baterije), nitriti (sastojci đubriva), uranijum
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 99
FITOREMEDIJACIJA
Američka agencija
za zaštitu životne
sredine EPA
definisala je
FITOREMEDIJACI
JU kao tehnologiju
koja koristi biljke i
njihove rizosferične
mikroorganizme da
ukloni, degradira ili
zadrži štetne
hemijske materije
koje se nalaze u
zemljištu,
podzemnim i
površinskim vodama
i atmosferi.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 100
Prednosti fitoremedijacije
➢ Fitoremedijacija spada u jednu od jeftinijih biotehnologija
➢ Fitoremedijacija je prirodna tehnologija «environmentalfriendly», odnosno njenom primenom se ne opterećujedodatno životna sredina
➢ Obezbeđivanje energije za ovu biotehnologiju odvija se napotpuno prirodan način (od strane biljaka u procesufotosinteze)
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 101
Nedostaci fitoremedijacije
➢ stepena zagađenja zemljišta
➢ dostupnosti metala (zagađujućih materija) za usvajanjekorenovima biljaka (biodostupnost)
➢ sposobnosti biljaka da absorbuju i akumuliraju teške metale usvojim organima
➢ tipa zagađenja (toksične materije) koji je prisutan u prirodikao i od njegove koncentracije
➢ odabira vrste koja će se primeniti u fitoremedijaciji koji jekritičan korak koji određuje uspešnost fitoremedijacije
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 102
uspešnost fitoremedijacije zavisi od:
nedostaci i ograničenja fitoremedijacije:
❖ primena je ograničena na plića zemljišta,
❖ primena je ograničena kod pojedinih vrsta vodotokova,
❖ za svaku biljnu vrstu postoje vrednosti tolerancije biljakaprema toksičnim materijama,
❖ vremenski period za odvijanje uklanjanja zagađenja iz životnesredine je veći nego kod neke druge metode, na primermehaničkog uklanjanja,
❖ fitoremedijacija je efikasna samo kod umereno hidrofobnihjedinjenja,
❖ potencijalna opasnost da dođe do ulaska toksina u lanacishrane unošenjem biljnih tkiva sa akumuliranim zagađujućimmaterijama u životinje i njegova dalja distribucija kroz lanacishrane.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 103
Fitoremedijacione tehnike
1. Fitoakumulacija / Fitoekstrakcija
2. Fitostabilizacija
3. Rizosferna biodegradacija / stimulacija mikroorganizama
4. Fitodegradacija / Fitotransformacija
5. Fitovolatilizacija
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 104
1. Fitoakumulacija / Fitoekstrakcija
Fitoekstrakcija je upotreba viših biljaka s ciljem da se pomoću njih
uklone zagađujuće materije, primarno teški metali, iz zemljišta. U ovom
pristupu koriste se biljke koje su sposobne da usvajaju kontaminantne
putem korenovog sistema i translociraju i/ili akumuliraju ih do nadzemnih
delova (stabla i listova)
Po dostizanju određenog stepena rasta i razvoja vrši se žetva biomase
iznad površine zemlje i na taj način se uklanja deo ukupne količine teških
metala koji se nalazi u zemljištu
Različite biljne vrste mogu da usvajaju i koncentrišu
različite teške metale pa čak i radioaktivne elemente i
olovo. Demonstracioni projekti izvedeni su na više
lokacija, kao što je Černobilj u Rusiji, koji je bio
teško zagađen radioaktivnim elementima nakon
havarije nuklearnog reaktora.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 105
Skoro je uvrđeno da AMONIJUMOVI JONI povećavaju sposobnost
usvajanja CEZIJUMA iz zemljišta od strane biljaka tako da vrsta
Amaranthus retroflexus čak do 40 puta više usvaja ovaj radioaktivni
element iz kontaminiranog tla od ostalih biljaka
Biljke su razvile mehanizme koji ih štite od potencijalnog stresa, jer su
teški metali za biljke toksični. Tolerancija prema sredini u kojoj imamo
prisustvo povećanih količina teških metala, nastaje kao posledica dva
mehanizma:
❖ ne usvajanja metala
❖detoksifikacije metala
Utvrđeno je da zemljišta kontaminirana URANIJUMOM mogu da se
tretiraju LIMUNSKOM KISELINOM što za 100 puta povećava
mogućnost usvajanja i koncentracije ovog radioaktivnog elementa od
strane korenovih sistema biljaka, jer ova kiselina povećava
rastvorljivost uranijuma u vodi i njegovo usvajanje
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 106
Biljka kandidat za fitoekstrakciju arsena ?
Pteris vittata – kineska paprat !
- velika produkcija biomase
- razvijen korenov sistem
- hiperakumulacija arsena u
nadzemnom delu čak i u uslovima
niske koncentracije As u zemljištu
- otpornost na bolesti i pesticide
- snažan habitus i višegodišnjost
- sposobnost naseljavanja različitih
ekoloških niša sa visokom vrednošću
pH, što je pogodno za usvajanje As
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 107
2. Fitostabilizacija
Fitostabilizacija je proces (fenomen) proizvodnje (sintetisanja) hemijskih
jedinjenja od strane biljaka kako bi se imobilisale zagađujuće materije koje se
nalaze u prostoru između površine korena i samog zemljišta.
Fitostabilizacijom se takođe sprečava migracija polutanata eolskom, vodenom
erozijom ili spiranjem ili dispergovanjem u zemljištu.
Fitostabilizacija se odvija kroz korenovu zonu mikrobiološkim ili hemijskim
mehanizmima same zone korena pri čemu dolazi do promene hemizma
zemljišta i/ili zagađujuće materije, npr. promena pH vrednosti zemljišta kao
posledice izdvajanja eksudata korenovog sistema ili usled nastajanja ugljen
dioksida.
Fitostabilizacija može da dovede do promene
rastvorljivosti metala ili organskih jedinjenja
Može doći i do fitolignifikacije, odnosno oblika
fitostabilizacije kada se organska jedinjenja
ugrađuju u lignin biljaka
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 108
Fitostabilizacija se s uspehom može primenjivati za prečišćavanje
zemljišta, sedimenata i muljeva koji sadrže zagađujuće materije u
zoni korenovog sistema
Prednosti ovog sistema su velike, jer nije potrebno uklanjanje
zemljišta odnosno njegovo prenošenje na neku drugu lokaciju, čime se
postiže veća ekonomičnost
Fitostabilizacijom se postiže vezivanje zagađujućih materija za delove
vegetacije prisutne na nekoj lokaciji koja je zagađena i to je i osnovni
nedostatak ove vrste biotehnologije, jer sama zagađujuća materija ostaje
na terenu
Opasnost takođe postoji i zbog toga što može da dođe do povećavanja
rastvorljivosti teških metala i njihovog naknadnog ispiranja u dublje
slojeve van domašaja korenovih sistema, zbog čega se mora vršiti stalna
kontrola korenove zone, korenskih izlučevina, zagađujućih materija i
zemljišta.Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 109
3. Rizosferna biodegradacija / stimulacija mikroorganizama
Rizosferna degradacija odvija se u zemljištu koje se nalazi u neposrednoj
okolini korenovih sistema biljaka koje vrše biodegradaciju
To je mikrobiološko razlaganje organskih zagađujućih materija koje je
potpomognuto korenovim sistemima viših biljaka, jer sami korenovi sistemi luče i
obezbeđuju enzime i organske supstance (polisaharidi, aminokiseline,
organske i masne kiseline, faktori rasta), koje stimulišu rast i razmnožavanje
mikroorganizama i omogućavaju im da svojom aktivnošću razgrade zagađujuće
materije.
S druge strane korenov sistem povećava aktivnu
površinu za odvijanje degradacije zagađujućih
materija, on zatim poboljšava aeraciju zemljišta,
sadržaj vlage u zemljištu i doprinosi stvaranju
optimalnijih uslova za dejstvo
mikroorganizama.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 110
Prva prednost ove metode su in situ uslovi razgradnje zagađujućih
organskih jedinjenja, što doprinosi znatnoj uštedi materijalnih
sredstava pri sanaciji zagađenja
Druga prednost je smanjena mogućnost premeštanja zagađenja iz
zemljišta u biljku i dalje u lanac ishrane, ili iz biljke u atmosferu.
Nedostatak ove metode je u tome što je za odvijanje ovog procesa
potrebno dosta vremena, što može biti izrazito nepovoljno kada
zagađeno zemljište ima loše vodno-vazdušne, ili mehaničke osobine, koje
dodatno usporavaju razvoj mikroorganizama i njihovo dejstvo kao i
razvoj samih korenovih sistema
Ova vrsta fitoremedijacije je naročito uspešna za razgradnju organskih
jedinjenja poreklom iz nafte i derivata, zatim za jedinjenja BTEX
kompleksa (benzen, toluen, etil-benzen i ksilen), pesticide, itd.
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 111
4. Fitodegradacija / Fitotransformacija
Fitodegradacija ili fitotransformacija podrazumeva degradaciju zagađujućih
materija putem metaboličkih procesa samih biljaka, pri čemu se to razlaganje
odnosno degradacija može odvijati unutar samih biljaka, u okolini biljke pod
dejstvom njenih enzima (dehalogenaze, oksigenaze) ili izlučivanjem enzima biljaka u
samo zemljište
Dakle osnovni mehanizmi u ovoj fitoremedijaciji
su usvajanje i metabolizam zagađujućih materija
od strane biljaka
Osobine molekula zagađujućih jedinjenja kao što
su rastvorljivost, hidrofobnost i polarnost
određuju stepen uspešnosti ove biotehnologije
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 112
Prednosti ove metode se ogledaju u tome što se
fitodegradacija može primeniti kod onih zemljišta koja
nemaju vijabilnu i aktivnu mikrofloru, koja bi svojom
aktivnošću takođe mogla doprineti razlaganju zagađujućih
materija
Nedostatak je mogućnost obrazovanja toksičnih metabolita i
međuproizvoda metabolizma o čemu se mora striktno voditi
računa prilikom opredeljivanja i implementacije ove metode
u praksi
Metoda fitodegradacije korisna je pri tretiranju zagađenog
plitkog zemljišta, zatim podzemnih i površinskih voda i to u
širokom opsegu klimatskih prilika
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 113
5. Fitovolatilizacija
Fitovolatilizacija je proces usvajanja, transporta i oslobađanja zagađujućih
materija, putem mehanizma transpiracije kod viših biljaka uz otpuštanje
zagađujućih materija u istom ili modifikovanom obliku u atmosferu
Emisija putem transpiracije manje toksičnih
ili netoksičnih jedinjenja je završna faza
ovog oblika fitoremedijacije
Početna faza je usvajanje iz zagađenog medijuma toksične ili opasne materije,
zatim njena translokacija do mesta metaboličke promene i sama promena
putem metaboličkih mehanizama u ćelijama tkiva biljnog organizma.
Fitovolatilizacija se može uspešno
primenjivati za tretiranje podzemnih voda,
zemljišta, sedimenata i muljeva
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 114
Pošto se kod ove metode radi o procesu transpiracije svi oni činioci
koji utiču na odvijanje transpiracije kod biljaka mogu pozitivno ili
negativno uticati i na fitovolatilizaciju
Naime, temperatura, padavine, insolacija, vazdušni pritisak i vetar
znatno mogu uticati na efikasnost i količinu transpirisane zagađujuće
materije
Problem kod fitovolatilizacije može da predstavlja emisija u
atmosferu štetnih jedinjenja koja mogu da imaju kancerogeno
dejstvo, kao što je vinil-hlorid, koji se u nekim slučajevima dobija
metabolizmom trihloretena
Drugi nedostatak predstavlja mogućnost akumulacije štetnih
metabolita i međuproizvoda u biljnim tkivima i plodovima čime ona
mogu da uđu u lanac ishraneHemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 115
Iako neke biljke poseduju genetički potencijal za uklanjanje
teških metala iz zemljišta one pokazuju i neke negativne osobine
s aspekta biotehnologije. Na primer, većina biljaka koje su
hiperakumulatori su sitne i sporo rastuće vrste ili su njihova
staništa jako slabo zastupljena na većim površinama.
Zbog toga je potrebno usmeriti se na genetički inženjering
kako bi se veštačkim putem ove osobine korigovale. Zato se
predlaže tranfer gena odgovornih za fenotip hiperakumulacije
iz vrsta koje su niske i sporo rastuće u one koje imaju visoku
produkciju biomase, ali nisku sposobnost hiperakumuliranja
teških metala
POBOLJŠANJE FITOREMEDIJACIJE BIOTEHNOLOGIJOM
Hemija vode i zemljišta- T. Andjelkovic 116