Поведение фторидов в почве

Среднее содержание фтора в земной коре (кларк) 6,25×10^-2% по массе; в кислых изверженных породах (гранитах) оно составляет 8×10^-2%, в основных – 3,7×10^-2%, в ультраосновных – 1×10^-2%. Для большинства природных («незагрязненных») почв содержания фтора колеблются впределах 150-400 мг/кг(Виноградов А.П., 1957).Фтор присутствует в вулканических газах и термальных водах. Важнейшие соединения фтора – флюорит, криолит и топаз. Всего известно более 80 фторсодержащих минералов. Соединения фтора находятся также в апатитах, фосфоритах и других.

Высокие уровни фтора в почвах (до 1000 мг/кг и более) установлены в провинциях с эндемией флюороза и в рудных районах. Почвы областей былого и современного вулканизма, а также почвы районов с обилием фторапатита содержат фтор в количествах более 0,1%. В каштановых почвах правого борта Чуйской котловины, сложенного элювиоделювием шиферных сланцев, концентрации его достигают 1585 мг/кг (Пузанова О.Ю., 1990).

Поведение фтора в почвах изучалось многими исследователями. Полученные результаты свидетельствуют о том, что его миграционные свойства весьма разнообразны, а уровень содержаний в почвенном растворе зависит от присутствия глинистых минералов, величины рН и концентраций кальция и фосфора в почвах. В целом наибольшая адсорбция фтора минеральными компонентами почв отмечается в интервалах нейтральной рН от 6 до 7 (ТанделовЮ.П., 2012).

В.Г. Сараев (1994), изучавший миграцию фтора в почвах горно-таежных и лесостепных фаций Назаровской котловины и ее горного окружения, установил, что валовое содержание этого элемента во всех типах почв возрастало к материнской породе, причем минимальные концентрации его фиксировались в органогенных горизонтах. В изученных геохимических сопряжениях лесостепного ландшафта латеральная миграция фтора наиболее интенсивной была в верхних горизонтах почв, в почвах горно-таежного ландшафта – в нижележащих почвах на его миграцию значительное воздействие оказывают кальций и ионы карбонатов, в горно-таежных почвах – полуторные окислы.

Фтор накапливается преимущественно в илистой фракции почв (до 70%), тогда как в песчаной фракции его содержание не превышает 0,2-4% от общего количества. Поэтому глинистые почвы всегда содержат больше фтора, чем песчаные (Лозановская И.Н. и др., 1998).

Фтор обладает способностью легко замещать в глинистых минералах гидроксильные группы, поэтому было высказано предположение, что глинистые минералы, в частности иллиты, способны связывать большую часть этого элемента в почвах. Пределы содержания фтора в минералах групп иллита и хлорита составляют 0,1–2,3%. Вымыванию фтора способствуют щелочные воды (Фтор.Фиторемедиация, 2015).

В почвах Сев. Алтая, где концентрации фтора находятся в пределах значений типичных для незагрязненных районов, его распределение по профилю почв неравномерно. В частности, отсутствует биогенная аккумуляция фтора в гумусовом горизонте и намечается тенденция накопления в иллювиальном горизонте (Пузанова О.Ю. и др.,1993).

В засоленных почвах лесостепных ландшафтов Обь-Иртышского междуречья наблюдаются высокие уровни водорастворимого фтора, которые часто превышают в 2-3 раза ПДК (Ермолов Ю.В., 1999). На таких почвах растения активно поглощают фтор (Фтор и фториды, 1989).

В природных условиях фтор малоподвижен и не накапливается в верхних горизонтах почв, особенно кислых. Высокая растворимость фтора в кислых почвах обусловлена присутствием легкорастворимых фторидов, например NaF, KF, NH₄F, тогда как AIF₃известен своей низкой растворимостью. Таким образом, увеличивающееся содержание фтора с глубиной определяется величиной рН среды. Песчаные почвы не накапливают подвижные формы фтора, так как они легко вымываются в кору выветривания, тогда как глинистые минералы адсорбируют и накапливают многие микроэлементы, в том числе фтор (Давыдова Н.Д., 2011).Наиболее устойчивые комплексы фтора формируются при рН < 7. На интенсивность миграции фтора и на условия его осаждения определяющее влияние оказывают свойства самого элемента, в частности, исключительная способность его иона к комплексообразованию и возможность образования малорастворимого СаF₂ (ПерельманА.И., 2000).

Пониженная миграция фтора в известковых почвах обусловлена образованием слаборастворимых CaF₂ и комплексов фтора с железом, алюминием и кремнием. С другой стороны, присутствие в содовых почвах способного к активному обмену натрия увеличивало растворимость фтора.

Содержание фтора в почвах определяется его концентрацией в материнских породах, что же касается особенностей его распределения в почвенном профиле, то они зависят от почвообразующих процессов, из которых важное значение имеют интенсивность выветривания и содержание глинистых частиц. Очевидно, фтор выносится из верхних горизонтов большинства почв, что отчасти свидетельствует о его инертности к органическому веществу. Например, концентрации фтора в органическом веществе верхних горизонтов почв были очень низкими и составляли 0,03—0,12 мг/кг (Танделов Ю.П., 2004).

Поступающие в почву при техногенном загрязнении соединения фтора обычно легкорастворимы и, следовательно, доступны для растений. Значительная часть этого фтора или фиксируется компонентами почв (глинами, кальцием, фосфором), или быстро вымывается из легких почв водой. Тем не менее легкорастворимые фторсодержащие удобрения (например, фтороборат калия) или осадки сточных вод могут вызывать более интенсивную биоаккумуляцию почвенного фтора.

Наиболее опасное последствие загрязнения почв фтором связано с изменением их свойств в результате химической активности фтористоводородной кислоты, которая образуется как из твердых, так и из газообразных поллютантов этого элемента. Прослеживается разрушение глинистых и других минералов кремнезема в почвах, сильно загрязненных фтором. Кроме того, выявлено деструкция гумусовых минеральных комплексов, проявляющаяся в заметном выщелачивании органического вещества из почв. Получены также данные о снижении ферментативной активности некоторых почвенных микроорганизмов при добавлении в почву NaF(Фтор.Фиторемедиация, 2015).

В элювиальном горизонте повышение количества фтор-иона связано с оподзоливанием почвы, одним из признаков которого является вынос ионов Ca и Mg в нижние горизонты. Характер ответных реакций почв на поступление фтора проявляется в изменении кислотно-щелочных свойств лесной подстилки и почв (повышение рН_KCl), а также в изменении состава и свойств почвенно-поглощающего комплекса. Под влиянием фторида Na происходит интенсивный вынос органоминеральных компонентов из перегнойно-аккумулятивного горизонта почв, преимущественно в виде гуматовNa. С этим явлением сопряжено вымывание Fe в коллоидной форме и Mn в растворенной, а также прослеживаетсясвязь в интенсивности ответных реакций почв на воздействие поллютанта с почвенно-геохимическими условиями, определяющими прочность закрепления фтор-иона и гумуса (Янин Е.П., 2007).

Известно, что наличие техногенного фтора в почве уменьшает количество кальция, увеличивает плотность почвы и снижение её пористости. Также идет накопление фтора и натрия,способствующихосолонцеванию и подщелачиванию почвы (С.Ю. Зорина и др.).