Важкі метали, потрапивши у ґрунтовий розчин кислих ґрунтів, утворюють, в основному, розчинні органо-мінеральні комплекси. У ґрунтах же з нейтральною реакцією середовища, наприклад, у чорноземах, у складі легкорозчинних мінеральних солей переважають бікарбонат і сульфат кальцію [19, 179]. Наявність у ґрунтовому розчині значної кількості кальцію при гуматному типі органічної речовини призводить до різкого скорочення частки розчинної фракції гумусу. Тому Pb, Zn, Hg, Co, потрапляючи у ґрунтовий розчин, взаємодіє, в основному, з мінеральною частиною, утворюючи нерозчинні і слабкорозчинні карбонати і сульфати.

Від значення рН і окисно-відновного потенціалу (ОВП) залежить рухомість сполук практично всіх Зd-металів. Високі значення ОВП здатні знижувати активність електронів у ґрунті, густину електронної хмари і заряду ацидоїдів. Із збільшенням ОВП відбувається селективне поглинання ґрунтом катіонів із меншою густиною заряду. Найбільш сильно залежить від ОВП рухомість сполук Fe і Мn.

Кислотно-основні умови і окисно-відновлювальне оточення чинять великий вплив на міграційні можливості важких металів у ґрунті. Уявлення про це дає класифікація важких металів за особливостями водної міграції, виконана А.І. Перельманом (1979) [19, 182]:

Катіоногенні елементи                              Аніоногенні елементи

Рухливі з постійною валентністю

Sr

Слабкорухливі з постійною валентністю

Rb                 Cs

Слабкорухливі зі змінною валентністю

Ті                                                                    Sn    Sb  As

Рухливі й слабкорухливі в окисних і              Рухливі й слабкорухливі в

глеєвих умовах і інертні у                            окисних умовах і інертні у

відновній сірководневих умовах              відновних (глеєвій і

                                                                   сірководневій) умовах:

                                                                    V   Mo   Se

а) Добре мігрують у кислих водах окисної і

глеєвої природи і осаджуються на лужному бар'єрі:

Zn Cu   Ni   Pb  Cd

б) Мігрують і у кислих, і у лужних водах окисних

умов:

Hg   Ag   Bi 

Рухливі й слабкорухливі у відновному

глеєвому середовищі і інертні в окисному

 і відновному сірко­водневому середовищі:

Мn    Co

Малорухливі за більшості умов

Слабка міграція з органічними комплексами, частково мігрують

 у сильно кислому середовищі                     у лужному середовищі

Ті           Сг                                                          Zr       W

Дані свідчать про те, що група пріоритетних важких металів – Cd, Pb, Zn, Cu, Ni – має значну рухомість у кислому середовищі і стає інертними при зміні реакції середовища в бік підлужування. Далі треба відмітити, що такий сильний токсикант, як ртуть, здатний за наявності умов для окислення мігрувати в широкому діапазоні рН. Малорухливим елементом у більшості природних умов є хром.

Карбонати

Карбонати – це ті сполуки, які сильно знижують рухомість мікроелементів у ґрунтах. Механізм цієї дії обумовлений як сорбційними властивостями високодисперсних фракцій карбонатів, так і їх впливом, опосередкованим через регуляцію реакції середовища.

Застосування добрив

Систематичне застосування добрив певним чином впливає на вміст мікроелементів у ґрунті і накопичення їх у рослинах. Вплив цей різнобічний і складний: добрива змінюють рН ґрунтового розчину і таким чином впливають на ступінь розчинності сполук мікроелементів; вони певним чином впливають на інтенсивність і направленість обмінних реакцій, на процеси акумуляції; підвищуючи врожайність сільськогосподарських культур, добрива сприяють росту виносу мікроелементів із ґрунту; порушують баланс мікроелементів у ґрунті, часто у негативний бік.

Органічна речовина ґрунту

Органічна речовина є прекрасним інактиватором важких металів у ґрунті, збільшуючи його буферність, сприяючи зниженню токсичної дії важких металів, концентруючи солі у ґрунтовому розчині, зменшуючи фітотоксичність багатовалентних важких металів і перешкоджаючи надходженню їх у рослини.

Процеси взаємодії органічної речовини ґрунту з іонами металів ідентифікуються як іоноутворення, адсорбція на поверхні, хелатування, реакції коагуляції і пептизації. Основними продуктами взаємодії є прості солі (гумати, фульвати) і хелатні сполуки. Швидкість взаємодії металів із гуміновими кислотами визначається стандартним окислювально-відновним потенціалом і стійкістю утворених комплексів (Гарнст, Савич) [19, 187]. Відомості про стійкість сполук металів з органічною речовиною ґрунту дуже суперечливі. Орієнтовні інтервали значень ІgK для ГК (Орлов, 1990) [19, 191]:

Гумати      ІgК             Фульвати    ІgК

ГК – Сu    7,0-9,7   ФК – Сu     3,2-8,7

ГК – Zn     2,9-10,8      ФК – Zn     1,7-9,3

(мінімальні величини ІgК виміряні при рН 2-4, максимальні – рН 8-10).

Коефіцієнти констант стійкості варіюють у залежності від ґрунтових умов, методу вимірювання і відібраних значень молекулярних мас (Орлов, 1990). Із підвищенням рН стійкість органо-мінеральних комплексів, як правило, зростає.

Загальний порядок стабільності комплексних сполук гумусових речовин з важкими металами, за Р.С. Беквізом [Beckwith, 1959], виглядає наступним чином: Рb²⁺>Сu²⁺> Ni²⁺>Co²⁺>Zn²⁺>Cd²⁺>Fe²⁺>Mn²⁺.

Ґрунтова біота

Багатьма авторами було показано, що вміст у ґрунті рухомої форми важких металів динамічний у часі. Причини змін можуть бути різні, однак у більшості випадків коливання пояснюються діяльністю ґрунтових мікроорганізмів і віковими змінами рослин в інтенсивності поглинання хімічних елементів. На мікробіологічну діяльність великий вплив чинить волога ґрунту, яка тісно пов'язана з погодними умовами і тому не може мати певного ритму. Динаміка рухомих форм важких металів може бути значною: максимальні величини можуть переважати мінімальні у 5 разів і більше.

Тип ґрунту

За здатністю міцно фіксувати важкі метали і швидкістю процесу трансформації вивчені Н.Г. Зиріним зі співав. (1985) ґрунти розташовуються у такий ряд: чорнозем типовий > дерново-підзолистий окультурений > дерново-підзолистий не окультурений [19, 196].

Вміст обмінних форм Zn і Cd у чорноземах нижчий, ніж у ґрунтах інших типів. Очевидно, обмінні Zn і Cd утримуються чорноземними ґрунтами більш міцно (специфічна сорбція), ніж іншими.

Чорноземи за рахунок функціональних груп своїх ГК можуть утримувати найрізноманітніші іони металів і звичайно є багатшими на мікроелементи за інші ґрунти.

Обухов А.І. (1989): чорноземні ґрунти страждають від післядії забруднення значно менше, ніж підзолисті і дерново-підзолисті ґрунти [19, 203].

Рb інтенсивніше надходить у рослини на дерново-підзолистому ґрунті, ніж на чорноземі.

Міграція за профілем ґрунту

Важкі метали, що потрапили у ґрунт, перш за все, їх мобільна форма підлягають різним трансформаціям. Один з основних процесів, що впливає на долю їх у ґрунті, – закріплення гумусовою речовиною. Міграційні можливості важких металів при цьому, в основному, знижуються. Саме цією обставиною значною мірою пояснюється підвищений вміст важких металів у верхньому, тобто найбільш гумусованому, шарі ґрунту.

Низхідній міграції важких металів перешкоджають також гідроксиди і оксиди Fe і Мn, які звичайно концентруються у верхній частині профілю ґрунту. Доля захоплених ними важких металів може бути значною.

Б.К. Блинов і Г.К. Вертинська (1978) дійшли висновку, що 57-74% Рb і Нg при антропогенному забрудненні закріплюються в шарі 0-10 см і тільки 3-8% мігрує до глибини 30-40 см. Ф. Стівенсон і Дж. Уейч (Stivenson, Weich, 1979) встановили, що переміщення Рb вглиб ґрунту відбувається у вигляді халату [19, 206-208].

Глибина проникнення важких металів у забруднених ґрунтах звичайно не перевищує 20 см, при сильному забрудненні вони проникають на глибину до 160 см. Найбільшою міграційною здатністю характеризуються Нg і Zn, які, як правило, рівномірно розподіляються у шарі ґрунту на глибині 0-20 см. Рb частіше накопичується у поверхневому шарі (0-2,5 см), Cd займає проміжне положення між ними.

Особливості металу

Встановлено, що метали-забруднювачі мають неоднакову здатність до адсорбції, від чого токсичність їх для рослин при однаковому забрудненні може бути різною. Таж, при рівних умовах іон Сu адсорбується у більшій кількості, ніж іон Cd (Cavallano, Mebride, 1978; Mayer, 1978) [19, 211].

Цинк утримується ґрунтами більш міцно, ніж кадмій. Найбільша кількість цинку зв'вязана з оксидами заліза. Кадмій, в основному, знаходиться в обмінній формі, і невелика його кількість зв'язана з оксидами заліза.

Трансформації у ґрунті і переходу в міцно фіксований стан більшою мірою підлягає свинець, значно менше – цинк і кадмій, які переходять, в основному, в іонообмінні форми.