Corectat De Damian In 1 Septembrie Disertatie Ariciu Dumitras Claudia (1) [311008]

Introducere

Poluarea reprezintă una dintre căile cele mai importante de deteriorare a capitalului natural[Botnariuc și Vădineanu 1982, Vădineanu 1998]. [anonimizat]. Metalele grele fac parte din această categorie.

Pentru a [anonimizat], [anonimizat]. Primul pas în acest sens este caracterizarea distribuției lor în compartimentele acestor sisteme. [anonimizat] (de exemplu din sol) către populația umană.

Solul reprezintă o resursă naturală prin intermediul căruia se asigură o [anonimizat] a apărut ca o necesitate pentru a răspunde cerințelor actuale de protecție sau de refacere a resurselor naturale. Una dintre cele mai importante astfel de căi de transfer este prin consumul alimentelor de origine vegetală și animală produse în zona contaminată. [anonimizat] o agricultură de subzistență.

În România există câteva zone critice din punct de vedere al poluării cu metale grele ([anonimizat], Copșa Mică). [anonimizat], [anonimizat].

Analiza gradului de poluare cu metale grele a fost realizat pentru 4 metale: Pb, Cu, Zn și Cd. Concentrațiile în formă totală a celor 4 metale grele au fost analizate pe baza unor probe globale ale tipurilor de sol faeoziom și aluviosol și pe probe de sol din orizonturile pedogenetice ale profilelor de sol realizate în arealele de dezvoltare a celor două tipuri de sol. Aceste două tipuri de sol au răspândirea cea mai mare în aria de influență maximă a emisiilor gazoase de la Sometra S.A Copșa Mică. [anonimizat]. În scopul identificării comportării metalelor grele în relație cu componenții solului au fost realizate analize de fracționare a metalelor grele. S-au realizat și încercari de tratare a [anonimizat], ([anonimizat]) obținindu-se porobele de substrat: CM-O [anonimizat]-I [anonimizat]-[anonimizat], după datele prezentate de Damian et al., [2008]. În toate variantele s-au făcut încercări de creștere a plantelor de porumb. Amendamentele utilizate pentru tratarea solurilor studiate au favorizat creșterea plantelor pe un termen îndelungat. Pentru a evidenția mobilitatea și transferul metalelor grele din sol în părțile componente ale plantelor, s-au calculat factorul de bioacumulare și factorul de translocare.

Capitolul 1. Date generale despre poluarea solului cu metale grele

1.1 Definirea noțiunii de metal greu.

Termenul de metal greu se referă la orice element chimic metalic care are relativ o densitate ridicată și care este toxic sau otrăvitor în concentrații mici cum sunt de exemplu: Hg, Cd, As, Cr, Tl și Pb. Metalele grele sunt acelea care au densități de cinci ori mai mari decât apa. Oamenii consumă elemente metalice atât prin apă cât și prin hrană. [Nicole, Noah, Megan, Heavy Metals, 2000].

Metalele grele sunt etichetate ca și metale grele, dacă în starea lor naturală au o greutate specifică de mai mult de 5g/cm3. Sunt cunoscute 60 de metale grele, acestea se acumulează în timp în sol și plante, și pot avea de asemenea o influență negativă asupra activității fiziologice a plantelor cum ar fi: fotosinteza, schimbul de gaze și absorbția nutrienților, care determină reducerea activității de creștere, acumularea substanțelor uscate și produse ale reacțiilor chimice. În concentrații mici urmele de metale grele în plante sau animale nu sunt toxice, dar avem ca și excepție de la regulă Pb, Cd și Hg care chiar și în concentrații foarte mici sunt toxice.

„Metalele grele”, în accepțiunea generală a noțiunii, reprezintă o parte a componentei anorganice a solului ce cuprinde elemente chimice cu caracter electropozitiv, care au densitatea atomică mai mare de 5g/cm³, (Fe, Mn, Cu, Zn, Pb, Cd, Co, Ni), [Duffus 2002].

Teoretic, fiecare 1000 kg de sol, conține în mod normal 200g Cr, 80g Ni, 16g Pb, 0,5g Hg și 0,2g Cd. Monitorizarea contaminării solului este foarte importantă și de un larg interes deoarece are influență asupra apei subterane și de suprafață și de asemenea asupra plantelor, animalelor și oamenilor. Astfel, principalul scop al acestei cercetări a fost să aflăm care ar fi cea mai bună metodă de a extrage din sol aceste metale dar care să fie și viabilă din punct de vedere economic.

Comparația concentrațiilor de metale grele s-a făcut în conformitate cu Standardele aflate în vigoare, (www.genie-soft.com)

Sursele primare de contaminare a solului cu metale grele a solului sunt:

Fertilizatorii care conțin Pb și As;

Pesticidele conținând Pb, As și Hg;

Nămolul provenit de la tratarea apelor în stațiile de epurare care pot conține Cd, As și Pb

Apa de la irigații care poate transporta metale grele dizolvate pe terenurile agricole unde metale precum Cd poate fi încorporat de plante în țesuturi;

Sedimentarea metalelor existente în atmosferă.

Metal greu sau metal urmă este termenul aplicat unui grup mare de elemente urmă care sunt importante atât din punct de vedere biologic cât și din punct de vedere industrial.

Deși termenul de metal greu nu este atât de corect din punct de vedere chimic, este cel mai des folosit pentru a denumi un număr mare de elemente cu o densitate mai mare de 6g/cm3. O multitudine de alte nume au fost atribuite acestui grup printre care și metale toxice care se potrivește și mai puțin deoarece toate elementele urmă pot deveni toxice pentru organismele vii dacă se găsesc în exces.

Un termen mult mai nou folosit din ce în ce mai mult ca și referință la efectul dăunător care îl au metalele grele este cel de element toxic potențial sau PTE și se pare că acesta câștigă tot mai mult teren în cadrul limbajului de specialitate.

Metalele grele care duc la cele mai multe îngrijorări în ceea ce privește sănătatea umană sunt: As, Pd, Hg, Cd, Tl și U. Pe de altă parte, în unele părți ale lumii agricultura este compromisă din cauza deficiențelor de elemente urmă, a micronutrienților după cum li se mai spune, cum ar fi: Zn, Cu, Mn în cazul cerealelor, și Co, Mn, Cu și Zn în cazul zootehniei.

Termenul de poluare este parcă în multe cazuri mult mai ușor de definit decât cel de metal greu, dar chiar și așa este adesea folosit greșit, încurcat sau utilizat interschimbabil cu termenul de contaminare deși cei doi termeni au definiții bine stabilite și aproape universal-valabile. De exemplu definiția dată de Holdgate este larg acceptată. Acesta spune că poluarea este introducerea în mediu a poluanților sau a unei energii de către om, care sunt în fond responsabile pentru efectele asupra sănătății umane, resurselor vii și sistemelor ecologice, distrugerea structurilor sau lăcomia, sau interferența cu utilizări legitime ale mediului. Alte definiții folosesc termenul de contaminare în cazul în care aportul componentei antropice nu cauzează efecte negative evidente, iar termenul de poluare atunci când toxicitatea a avut loc, s-a produs deja. Dar aceste ultime două utilizări ale termenului sunt nesatisfăcătoare pentru că, în acel moment efectele contaminantului s-ar putea să nu fie pe deplin înțelese.

În practică termenul de poluare și cel de contaminare sunt utilizați interschimbabil deși poluarea este mai gravă decât contaminarea.

Pentru soluri există o convenție larg acceptată și anume aceea de a folosi termenul de contaminare pentru orice situație în care concentrațiile unei substanțe sunt ridicate.

1.2 Prezentarea metalelor grele

Plumbul (Pb)

Plumbul este un element cu caracter metalic din grupa a IV-a principală, Z= 82, masa atomică 207,19 și valența II, IV [Spacu et. al, 1979].

Acumularea plumbului în sol este în principal o funcție a ratei de depunere din atmosferă. În general, plumbul atmosferic intră în soluri ca sulfat de plumb, iar sulfatul de plumb este relativ solubil și poate fi transportat prin sol fiind fixat în primii 2-5 cm de sol nederanjat, cu condiția ca pH-ul solului să fie mai mare sau egal cu 5 și conținutul de materie organică să fie de cel puțin 5%.

Plumbul poate fi remobilizat din soluri în timpul ploilor torențiale, care spală particulele de sol purtătoare de plumb concentrându-le în apele de suprafață. Remobilizarea plumbului din sol din nou în atmosferă este facilitată de vânt și acest proces este foarte important pentru că determină diluarea solurilor din apropierea uzinelor de plumb contaminând areale mai îndepărtate.

Cuprul (Cu)

Cuprul este un element chimic cu caracter metalic din grupa I secundară, Z=29, masa atomică 63,54 și cu valența I, II. Concentrația medie în crusta terestră este de 50 ppm. Cuprul apare în plante și animale și este un element esențial pentru toate organismele vii.

Cuprul apare în sol în diferite forme chimice. În general, el este puternic legat de stratul de sol de suprafață. Legat de praf, fixat pe minerale, devine mai puțin disponibil pentru plante. Formele solubile sunt mai mobile, mai disponibile la acumulare în biosferă, având efecte negative mai accentuate. Forma cea mai solubilă a cuprului este cea mai fitotoxică. Conținutul de cupru din rădăcini este un bun indicator. Reducerea cantității de cupru solubil reduce fitotoxicitatea cuprului și efectele ei.

În solurile neîncărcate, concentrația medie este de 2 – 40 ppm. Se leagă de materiile organice, respectiv de oxide ferice și de aluminiu [Farsang, 1996]. Admisia cuprului în plante poate fi mărită de nivelul scăzut al pH-ului și de îngrășămintele organice. Concentrația cuprului poate crește semnificativ sub efect antropogen (metale neferoase, prelucrarea metalelor, utilizarea substanțelor pentru protecția plantelor).

Pe lângă conținutul lor natural de cupru, plantele concentrează cupru din sol dacă acesta la rândul său este mai bogat în cupru. Utilizarea fertilizatorilor duce la acidifierea solurilor, ceea ce conduce la concentrarea cuprului de către plante. Materia organică (compostul) adăugată scade aciditatea solului și reduce concentrarea cuprului în plante.

Zincul (Zn)

Zincul se găsește în natură numai sub formă de combinații; ocupă al 25-lea loc în ceea ce privește abundența. Zincul este un metal destul de răspândit în natură, conținutul mediu al zincului în litosferă fiind de 80 ppm.

Zincul este un element chimic cu caracter metalic din grupa a II-a secundară, Z=30, masa atomică 65,38 și valența II.

Conținuturile mari de zinc în sol se datorează deșeurilor rezultate din industriile prelucrătoare de metal. Zincul formează mici particule solide, care trec din sol în apele de suprafață dacă ating concentrații mari. Zincul poate ajunge și în aer, de unde este inhalat. Din aer zincul ajunge din nou în sol și în ape, menținându-se astfel mult timp în mediu.

În soluri, zincul se leagă de particulele solide, mai ales de minerale argiloase. Fiind un element mai mobil, la concentrații mari se scurge în adâncime, în apa subterană. În soluri acide devine mai solubil, mai mobil și mai toxic. Prin concentrarea zincului în soluri, în zonele agricole el intră în organismul animalelor producându-le tulburări de sănătate. Și plantele concentrează zinc dacă el apare în soluri în concentrație mare, de aceea numai anumite plante supraviețuiesc pe soluri bogate în zinc. În final, concentrațiile mari din soluri influențează negativ activitatea microorganismelor și a viermilor, astfel încetinindu-se serios descompunerea materiei organice.

Solul neîncărcat conține zinc în medie de 15-100 ppm. În general, șisturile argiloase conțin zinc în cantitate mai mare (300 ppm). Apare în cantități mari în straturile mineralelor argiloase. În condiții normale, în zona umedă, cu pH slab acidic, mai mult de jumătate din conținutul de zinc al solului se leagă de materii organice, [Farsang, 1996]. Deoarece utilizarea lui industrială este extinsă, valoarea emisiei este ridicată. Încărcarea de zinc a solurilor din apropierea zonelor industriale poate atinge chiar 5000 ppm. Efectul lui este deosebit de nociv, deoarece zincul conține și alte metale grele, astfel poluarea cu zinc este însoțită de poluare cu plumb, cupru și cadmiu. În același timp, în solurile bogate în var, în cazul plantelor întâlnim adesea carențe de zinc.

Cadmiul ( Cd )

Cadmiul este mult mai puțin răspândit în natură decât zincul. În litosferă se găsește în proporție de 5·10-5 %. Apare ca însoțitor aproape permanent al zincului, în minereurile acestuia, în special în blendă și în smithsonit. Cadmiul se află în legătură chimică strânsă cu zincul.

Cadmiul din soluri provine atât din surse naturale cât și din surse antropogenice. Sursele naturale includ rocile parentale sau materialele transportate de tipul aluviunilor. Aportul de cadmiu antropogenic este produs de depunerea din atmosferă și din dejecțiile animaliere și fertilizatori fosfatici. Cadmiul este mult mai stabil în soluri decât în aer și apă. Fixarea cadmiului în soluri, adsorbția și distribuția lui depind de: pH, conținutul de materie organică solubilă, conținutul de oxid de metal, tipul și conținutul de argilă, prezența legăturilor organice și anorganice și competiția cu ionii altor metale.

Concentrația medie a cadmiului în solul neîncărcat este de 0,1-1 ppm. Mare parte a cadmiului ajuns în atmosferă este consecința activității umane, iar în măsură mai mică, și acțiunea vulcanică poate genera emisie de cadmiu. Cadmiul este legat ireversibil de către oxidele ferice și de manganul din sol, respectiv de către mineralele argiloase, astfel influențând mobilitatea cadmiului.

Admisibilitatea de către plante poate fi influențată de concentrația cadmiului în sol, condițiile pH-ului, temperatura, cantitatea de materii organice, respectiv prezența altor metale.

Solurile agricole bogate în cadmiu reprezintă principala sursă a cadmiului absorbit în biosferă. Solurile agricole contaminate cu cadmiu reprezintă sursa de absorbție a cadmiului în corpul uman prin lanțul alimentar, care include anumite legume cultivate pe astfel de soluri.

1.3 Factorii care influențează biodisponibilitatea metalelor în sol

Metalele pot fi dispersate în sol, apă și aer. Geoscientiștii sunt preocupați în principal de metalele dispersate în sol și sedimente, dizolvate în apele subterane și de suprafață, suspendate sub formă de particule în apa de suprafață și în fluidul porilor în sedimente (Fig. 1.1). În plus, metalele pot fi dispersate în atmosferă, prin ciclismul geochimic natural și prin alte procese antropice (cum ar fi topirea și arderea benzinei cu plumb și a cărbunelui) și prin activități microbiene; aceste fluxuri de metale trebuie luate în considerare în studiile generale de biodisponibilitate a metalelor. Bioacumularea metalelor de către biota în apele de suprafață și de plante și animale din mediile terestre poate afecta negativ oamenii. În apele de suprafață și subterane, sedimente și aer, biodisponibilitatea este o funcție complexă a multor factori incluzând concentrația totală și specializarea (forme fizico-chimice) de metale, mineralogie, pH, potențial redox, temperatură, conținut organic total (atât particule cât și fracțiuni dizolvate) ) și conținutul de particule suspendate, precum și volumul de apă, viteza apei și durata disponibilității apei, în special în medii aride și semi-aride

Figura 1.1. Relația înre om-metale și mediul înconjurător. (Salomons and Forstner 1988).

Industrializarea accelerată din ultimele decenii precum și creșterea numerică exponențială a populației a rupt echilibrul natural al Terrei prin contaminarea cu substanțe toxice (compuși de sinteză, concentrații ce au depășit capacitatea de autoepurare a naturii). Astfel, ecosistemele au suferit grave transformări. Conform legii protecției mediului [OUG 195/2005], poluarea reprezintă introducerea directă sau indirectă în mediu a unui poluant care poate aduce prejudicii sănătății umane și/sau calității mediului, dăuna bunurilor materiale ori cauza o deteriorare sau o împiedicare a utilizării mediului în scop recreativ sau în alte scopuri legitime.

În zonele puternic afectate de poluare ca urmare a activității industriei metalurgice solurile suferă modificări grave. Solurile sunt intens poluate cu metale grele în zonele adiacente industriilor în principal, concentrația acestora în sol depășind limita maximă admisibilă.

Interacțiunea metalelor grele cu fazele solide ale solului se datorează mai multor factori cum ar fi: chemisorbția pe minerale, complexarea cu materialul organic, precipitarea cu diferiți anioni, [McBride, 1989]. Cu toate acestea o parte din metalele grele se află și în soluția solului, în concentrații diferite în funcție și de specia de metal, fiind mai ușor accesibile de către plante sau de organismele solului, [Almås Å. R. and Singh B. R. 2001].

Tipul de sol, plantele și organismele din sol exercită un control asupra solubilității, mobilității și extragerii metalelor grele din soluția solului, [McLaughlin et al., 1998].

Pentru a înțelege biodisponibilitatea, materialele vegetale și scurgerile chimice selective ale solului trebuie analizate și comparate rezultatele. Suitele elementare pentru care se efectuează analizele și tipul de pârghii selective utilizate trebuie adaptate în funcție de tipul de sol și de pământ, precum și de începuturile antropice suspectate. PH-ul solului, materia organică și conținutul de sulf și carbonat ar trebui să fie determinate pentru a permite evaluarea exactă a rezervoarelor elementare, a mobilității și a biodisponibilității.

Figura 1.2. Forma chimică a metalelor în faze solide (Gunn and others (1988).

Contaminarea cu metale grele este o problemă persistentă la mai multe sit-uri. Cele mai frecvente metale sunt Pb, Cr, As, Zn, Cu, Cd și Hg. Prezența metalelor în soluri pot prezenta o amenințare serioasă pentru sănătatea umană și pentru sistemele ecologice. Forma chimică a metalelor influențează solubilitatea, mobilitatea și toxicitatea acestora în soluri și depinde de sursa de la care provin și de chimia solului.

Metalele grele devin periculoase numai atunci când ajung în soluția solului de unde pot fi absorbite de către plante. Efectele lor depind deci de solubilitatea lor în sol.

Definiția poluării solurilor în analiza facută de Kabata-Pendias [2011], se referă la cauzele care produc concentrarea unei substanțe sau a unui element chimic, ca urmare a activității umane intr-o cantitate care depășeste valorile naturale specifice mediului natural reprezentat de sol. In general poluarea cu metale grele asupra solului s-a realizat de-a lungul timpului in toată lumea în relație cu valorificarea minereurilor pentru obținerea de metale. Solul prin compoziție și prin poziția pe care o are, in zona de interacțiunea a litosferei cu celelalte medii naturale, poate filtra și poate reține anumite substanțe toxice, [Moldoveanu 2014]. Studiile privind gradul de poluare a solurilor din Romania au avut ca și referintă valorile pragurilor reper din ordinul 756/2007. Ordinul prevede capacitatea solului de a accepta diferiti poluanti in funcție de utilizări. Asociat tipurilor de utilizări ale solului sunt prevazute anumite condiții de calitate ce sunt caracterizate de un anumit nivel de poluanți.

Persistența metalelor în sol a fost estimată de catre [Kabata-Pendias, 2011] ca fiind de ordinul a sute de ani pentru – Cd- între 75 și 380 de ani; – Hg între 500 și 1000 de ani; – și între 1000 și 3000 de ani pentru Ag, Cu, Ni, Pb, Se și Zn.

Solul prin caracterul său heterogen fiind alcatuit din partea solidă (nisipi, argilă, silt) și din partea fluidă (aer și apă) are un rol important pentru ecosistemele terestre [Bradl, 2004]. Un rol important pentru reținerea poluanților metalici o are granulația solului. In cazul solurile cu granulație grosieră capacitate de reținere a metalelor grele este mai scăzută comparativ cu cele cu o granulație fină. Componenții cu rol de reținere a poluanților metalici din sol sunt cei reprezentați prin: minerale argiloase, oxihidroxizi de fier și mangan, acizii humici, [Bradl, 2004].

Lasat [2000 ]definește metalele grele ca fiind elemente cu proprietăți metalice (de exemplu: conductibilitate, ductilitate, stabilitate sub formă de cationi), au număr atomic mai mare de 20 și densitate mai mare de 5,6 kg/dm3.

Solul acționează ca un depozit pentru multe metale grele pe care activitatea umană le eliberează în mediu. Acest lucru poate proteja mediul mai larg într-o oarecare măsură „blocând” metalele grele și împiedicându-le să ajungă în alte părți ale mediului, cum ar fi alimentarea cu apă. Cu toate acestea, solul în sine poate prezenta apoi un risc pentru cei care trăiesc sau mănâncă produse cultivate [Morgan, 2013].

Transferul metalelor grele din sol în plante este influențat de diferiți factori. Prezența lor în plante poate avea efecte asupra diferitelor procese fizice: fotosinteza, respirația, transpirația, permeabilitatea membranei, afectând întregul proces de creștere al plantei.

În general, absorbția este crescută la plantele care sunt cultivate în zone cu contaminare crescută a solului. Dintre metale, Cd și Zn sunt destul de mobile și ușor absorbite de plante [Mench și colab. 1994]. În schimb, Cu și Pb sunt puternic adsorbite pe particulele de sol, reducându-le disponibilitatea la plante [WHO 1998, 1989]. În plus, sunt legați de materia organică, precum și sunt adsorbiți de minerale carbonatate și de oxizi de fier și mangan, [Intawongse & Dean 2006].

Capitolul 2. Descrierea condițiilor specifice în care s-a produs poluarea cu metale grele a solurilor din zona Copșa Mică

2.1 Localizare, caracterizare generală

Figura 2.1 Imagine de ansamblu a zonei Copșa Mică

Zona Copșa Mică se află situată în partea centrală a României (Figura 2.2), în sudul Transilvaniei, în cadrul județul Sibiu. Orașul Copșa Mică este poziționat la aproximativ 14 km Vest-Sud-Vest de municipiul Mediaș și la aproximativ 42 km Nord-Nord-Est de municipiul Sibiu (Holhoș, 1981). Înregistrează ca dimeniune o suprafață de 2590 ha din care 278 ha în intravilanul localității. Se învecinează la Nord cu comuna și stațiunea Bazna, la Nord-Est cu comuna Târnava și municipiul Mediaș, la Est cu comuna Valea Viilor, la Sud cu comuna Axente Sever, iar la Vest cu comuna Micăsasa. Este amplasată în zona de intersecție a drumurilor naționale DN 14 și DN 14 B. Zona studiată se află situată în Depresiunea Transilvaniei, partea sud-vestică, în Podișul Târnavelor, și se referă în mod concret la perimetrul din vecinătatea confluenței râului Târnava Mare cu văile Vișa și Valea Viilor (ca afluenți de stânga) și Chesler (ca afluent de dreapta). Este o regiune depresionară, drenată de cursul mijlociu al Târnavei Mari. Limita nordică este marcată de Podișul Transilvaniei și Podișul Blajului, în partea vestică de Podișul Secașelor și Podișul Amnașului, iar limita sudică este marcată de Podișul Vurpărului și Podișul Hârtibaciului [Micu, 2001 citat de Iordache, 2009b].

Unitatea hidrogeomorfologică este reprezentată, din punct de vedere al reliefului, în mod predominant prin zona de culoar de vale, sculptat în valea râului Târnava Mare, culoar care este încadrat de podiș deluros, în unele locuri cu aspect teșit, terminat spre altitudinea maximă cu păduri de foioase, pe partea Sudică a văii, sau lipsit de vegetatie în partea Nordică din sensul orașului Copșa Mică [Holhoș, 1981]. Ca urmare a eroziunii exercitate de râuri și torenți zona Târnavelor prezintă aspectul general al unui podiș vălurit, deluros, compartimentat în fâșii orientate în aceeași direcție, cu masive deluroase sau grupe de dealuri și culmi. Valea Târnavei Mari este adâncită în marnele, nisipurile si tufurile specifice întregului Podiș al Târnavelor. Altitudinea medie absolută variază în jurul valorii de 300 m, cu adâncimi ale fragmentării de peste 200 m în unele locuri, înregistrându-se o valoare medie a fragmentării reliefului de 0,60 km/km2 [Moldovan, 2011].

Fig. 2.2: Bazinele Aries, Ampoi, Geoagiu si Tarnava. Săgeata indică localitatea Copșa Mică [mozaic realizat din imagini Landsat TM, după Iordache, 2010].

Zona se caracterizează printr-o mare complexitate geomorfologică, cuprinzând zone de luncă, terase, versanți, culmi și zone de platformă. Dumitru [2005] citat de Iordache [2009b] indică marea fragmentare a teritoriului prin văi transversale, tributare Târnavei Mari, care străbat unitățile geomorfologice până la distanțe de 30–40 km, în special la sud de principalul colector.

Datorită proceselor active de eroziune, în condițiile unei litologii caracterizate de depozite cu rezistență scăzută la acțiunea erozivă a apei, a unor forme de relief cu panta destul de accentuată și a climatului cu precipitații destul de bogate, s-au format regosoluri și soluri erodate în diferite stadii, care se întâlnesc diseminate pe întreaga suprafață, în special pe versanții abrupți ai văilor. Pe văile înguste și la schimbările de pantă s-au format coluvisoluri destul de profunde, iar pe văile mai largi și, în special, pe Târnava Mare se întâlnesc soluri aluviale și protosoluri aluviale [Micu, 2001 citat de Iordache, 2009b]. Datorită labilității litologice a teritoriului și emisiilor acide ce au contribuit la distrugerea și slăbirea vegetației, procesele erozive instalate în mod natural au fost active, ceea ce a dus la apariția unei puternice eroziuni, atât la suprafață cât și în adâncime, materializată prin spălarea de suprafață, șiroiri, ogașe, alunecări puternice [Dumitru, 2005 citat de Iordache, 2009b].

Rețeaua hidrografică este reprezentată de cursul puternic meandrat al râului Târnava Mare, cu un debit mediu multianual de aproximativ 14 m3/s și de afluentul său Visa, cu un debit mediu de circa de 2 m3/s. Debitul mediu multianual de aluviuni în suspensie al Târnavei Mari variază între 9kg/s si 12kg/s, aportul râului Visa fiind de circa 1,5 – 2,0 kg/s. Panta medie a Târnavei Mari este redusă în această zona, circa 0,05% fapt care a dus la o lățime relativ mare a văii în care este situat orașul Copșa Mică. Scurgerea medie multianuală are o amplitudine cuprinsă între 2,30 – 2,50 l/s/km2, cea minimă coboară sub 1 l/s/km2, iar cea maximă, care poate provoca inundații, poate depașii 30 l/s/km2. Lunca Târnavei Mari are potențial ridicat al apelor subterane care nu poate fi valorificat corespunzător datorită poluarii cu metale grele.

Din punct de vedere al climei zona se încadrează în climatul temperat-moderat, cu valoarea temperaturii medii anuale de aproximativ 8,5° C, cu perioade lungi de calm atmosferic. Zona studiată se găsește pe valea râului Târnava Mare, care la rândul său este situată în interiorul arcului carpatic și este influențată, în special, de acțiunea ciclonilor din nordul Oceanului Atlantic și de influența invaziilor de aer polar din zona nordică. Ca urmare, clima regiunii este dominată de acțiunea vânturilor vestice și este, în general, mai răcoroasă și mai umedă [Micu,

2001 citat de Iordache, 2009b]. Valorile medii pentru luna cu temperaturile cele mai ridicate

(iulie) sunt de 19, 2° C, iar pentru luna cu temperaturile cele mai scăzute (ianuarie) sunt de –

3,1° C. Maximele absolute au înregistrat valori mai mari de 37° C iar minimele absolute valori mai mici de -30° C, numărul mediu anual al zilelor de îngheț fiind de aproximativ 117.

Numărul mediu anual al zilelor cu cer acoperit este de aproximativ 140, cantitatea medie anuală de precipitații variază în jurul valorii de 625 mm/m2, durata medie a intervalului posibil cu ninsoare fiind de 115 – 120 zile. Valorile maxime ale cantităților de precipitații, în termeni de medii lunare, se înregistrează în luna Iunie și totalizează aproximativ 120 mm iar cele mai mici în luna Februarie și coboară până la aproximativ 30 mm. La nivel anual, precipitațiile oscilează între 550,8 mm la Dumbrăveni și 658,7 mm la Șeica Mare. Precipitațiile din perioada de vegetație reprezintă 67,9% din totalul anual, la Șeica Mare, și 70,8% din totalul anual, la Sibiu. Umiditatea aerului prezintă valori mari datorită dispunerii reliefului, ceea ce determină ca frecvența zilelor cu ceață să fie mare.

În zona Copșa Mică vânturile sunt influențate de canalizările care apar datorită poziției văii Târnavei Mari și a Văii Vișei în raport cu sursa de poluare (S.C. SOMETRA S.A.). Circulația aerului este, în principal, orientată pe direcția ENE–VSV. Caracteristice zonei sunt perioadele de calm atmosferic (64%), fapt ce determină stagnarea maselor de aer și depunerea poluanților în bazinul Târnavei Mari [Toti și colab., 1993 citat de Iordache, 2009b].

În zonă vegetația specifică este cea a etajului de deal și podiș, acoperit cu păduri de foioase care au în componență: stejar (genul Quercus), gârnița (Quercus frainetto Ten.), gorunul (Quercus petraea (Mattuschka) Liebl.), carpen (Carpinus betulus L.), arțar, arbuști ca alunul (Corylus avellana L.), și alte specii ca porumbul (Prunus spinosa L.), măceșul (Rosa canina L.). Vegeteație de luncă din văile râurilor este alcătuită din copaci de esență albă, salcie (Salix alba L., S. babylonica L., S. caprea L., S. cinerea L., S. fragilis L.), plop (Populus alba L., Populus nigra L.), arin (Alnus incana L., Alnus glutinosa L.,Gärtn) sau plante ierboase ca stuful (Calamagrostis epigeios L.(Roth)., C. pseudophragmites (Haller f.) Koeler, C. varia (Schrad.) Host), papură (Thypha latifolia L.), pipirig (Equisetum limosus L., Juncus effusus L., Schoenoplectus lacustris L., Palla), rogozul (Carex arenaria L., C. digitata L.), fânețe de luncă. Fauna este reprezentată sub aspectul efectivului în special de insecte, rozătoare și păsări. Ca urmare a gradului ridicat al poluării râurilor Târnava Mare si Visa fauna piscicolă este redusă semnificativ sub raportul efectivului populațional.

2.2 Sursele poluării cu metale grele a solurilor din zona Copșa Mică

În România, datorită rezervelor importante de minereuri neferoase, s-a dezvoltat industria metalurgică, care a constituit principala sursă de poluare a factorilor de mediu, dintre care solul fiind cel mai afectat chiar și după încetarea activităților de prelucrare a acestora.

Sursele de poluare a solurilor cu metale grele din zona Copșa Mică au fost uzina metalurgică Sometra S.A (Fig. 2.3) și fabrica de negru de fum Carbosin.

Fig. 2.3. Imagine de ansamblu a uzinei Sometra S.A. Halda de zgură adiacent spațiului de amplasare a uzinei.

Sometra S.A

Pe teritoriul județului Sibiu, în anul 1980, și-au desfășurat activitatea productivă un numar de 60 de intreprinderi industriale, printre care se numără și fosta uzina metalurgică de prelucrare a metalelor neferoase Sometra S.A din orașul Copșa Mică, (Fig. 2.3) înființată în anul 1939. Intreprinderea se întinde pe aproape 800 de hectare. Astfel, istoria neagră a micuței localități din inima Transilvaniei a început în urmă cu 70 de ani când a luat ființă această intreprindere care avea să afecteze pentru totdeauna sănătatea oamenilor și a naturii din zonă.

Particulele emanate de Sometra S.A s-au depus pe sol, vegetație, în râuri, astfel poluând mediul din jur. Astfel, un potențial factor al poluării îl reprezintă concentrarea excesivă a metalelor grele în soluri, deoarece aceste metale au un efect toxic asupra mediului din cauza indistructibilității lor prin procese de degradare.

Copșa Mică a rămas același oraș poluat, poate mai poluat decât era înainte. Poluarea vizibilă cu negru de fum produsă de Carbosin era cu mult mai “sănătoasă” decât cea actuală de la Sometra.

Zona fabricii pe o rază de 50 kmp este clasificată ca fiind un dezastru ecologic, afectată de poluarea masivă cu metale grele, în special plumb, cadmiu, zinc, concentrațiile acestora depășind cu mult C.M.A. (Concentrația Maximă Admisă). Poluarea aerului, solului și apei este întregită și de emisiile masive cu dioxid de sulf care au persistat până în anul 2009, (Fig. 2.4).

Fig. 2.4. Emisii gazoase din anul 2007.

Conform unui studiu realizat de către specialiști de la Universitatea „Lucian Blaga” din Sibiu [* http://www.romanialibera.com/articole/articol.php?step=arti col&id=7739], în Copșa Mică, plantele suferă un impact pe două căi : prin contactul cu aerul poluat (încărcat cu dioxid de sulf și pulberi cu conținut de metale grele) și prin absorbția poluanților din sol. Substanțele poluante fie atacă direct părțile aeriene ori subterane ale plantelor, provocând necrozarea frunzelor și lujerilor, fie pătrund în interiorul țesuturilor, fiind asimilate de acestea și influențând metabolismul vegetal. Observațiile acestui studiu din teren au atestat faptul că numeroase specii din flora spontană au dispărut, iar covorul vegetal natural s-a rărit, astfel încât nu mai poate asigura protecția solului asupra impactului picăturilor de ploaie și nici contra scurgerilor pe versanți. Ca urmare a eroziunii, mare parte din terenurile cultivate cândva cu viță de vie, pomi fructiferi sau culturi de câmp au ajuns azi să apară ca terenuri degradate de pe care se obțin cantități extrem de reduse de biomasă vegetală, de slabe calități și fără valoare economică. Furajele ce se obțin au valoare nutritivă scăzută. Pe astfel de terenuri încercările de împădurire cu salcâm nu au dat rezultatele așteptate, (Fig. 2.5).

Fig. 2.5. Teren cu vegetația arsă și încercări de împădurire cu salcâm

Dacă în cazul contaminanților depuși pe părțile aeriene îndepărtarea lor este relativ ușoară, printr-o spălare cu apă din abundență, în cazul contaminanților absorbiți nu mai este posibilă eliminarea lor, ei intrând în metabolismul consumatorilor umani. În cazul furajelor, unde nu se pune problema spălării lor, există pericolul ca atmosferică animalele consumatoare să acumuleze mari cantități de metale grele, cu efecte uneori fatale.

Ca urmare a unei poluări istorice de 70 de ani și a unei poluări prezente, zona Copșa Mică reprezintă o zonă afectată de poluarea, caracterizată de calitatea necorespunzătoare a aerului ambiental, poluarea apelor de suprafață, poluarea solului cu metale grele – Pb, Cu, Zn și Cd, degradarea calitativă a produselor vegetale și riscul posibil asupra stării de sănătate al animalelor și al oamenilor din zonă.

Nivelul emisiilor de plumb din orașul Copșa Mică a făcut ca acest oraș să fie printre cele mai poluate localități din Europa. Emisiile poluante de la fabrica din localitate, construită în 1939, au poluat foarte grav mediul. Statisticile oficiale arată că speranța de viață în oraș este cu 9 ani mai redusă decât media națională. Analizele făcute în ultimii ani au demonstrat că solul este contaminat cu plumb de 92 de ori peste nivelul permis, iar vegetația conține plumb de 22 de ori peste nivelul permis.

Fabrica de negru de fum Carbosin

Pe lângă existența uzinei de producere a metalelor neferoase și-a adus ’’aportul” la efectele pe termen îndelungat asupra poluării solului și fabrica de negru de fum Carbosin, a cărui apogeu s-a înregistrat la nivelul anilor 1960-1970.

Fabrica de negru de fum a fost închisă în 1993. Până atunci, acel negru de fum acoperea clădirile, copacii, fețele oamenilor, fiind considerat ”fața” văzută a poluării din Copșa Mică. Ceea ce a rămas în prezent din fabrica de negru de fum Carbosin (Fig.2.6) este o gramadă de fier negru, este o priveliște de groază, a ceea ce a fost odată în Copșa Mică.

Fig. 2.6. Fabrica de negru de fum Carbosin

Negru de fum este carbon sub formă de particule fine coloidale care se obține prin combustia incompletă sau descompunerea termică a gazelor sau a hidrocarburilor lichide în condiții controlate. În sol apare sub formă de particule fine diseminate în masa fracției fine a solului sau formând aglomerări de culoare neagră clar individualizate în masa solului. Posedă o serie de proprietăți care favorizează legarea de componenții solizi ai solului. Dintre acestea un rol important îl au: suprafața specifică, mărimea particulelor, structura, conductivitatea și culoarea, [Wang et al., 2012].

2.3.Tipurile de sol din zona Copșa Mică

Factorii pedogenetici care au influențat formarea principalelor tipuri de soluri în zona Copșa Mică sunt relieful, clima, vegetația, geologia, hidrogeologia zonei determinate de o mare varietate și complexitate a condițiilor naturale. Relieful pe care s-au dezvoltat solurile din zona Copșa Mică prezintă particularități morfologice variate de la suprafețe plan-orizontale, la podișuri și depresiuni. Solurile din zona Copșa Mică sunt reprezentate prin următoarele tipuri: aluviosoluri, faeoziomuri, preluvosoluri, luvosoluri și erodosoluri, conform taxonomiei solurilor după Florea și Munteanu [2003].

Relieful, clima, vegetația, geologia, hidrogeologia zonei determinate de o mare varietate și complexitate a condițiilor naturale, au constituit factorii pedogenetici care au influențat formarea principalelor tipuri de soluri în zona Copșa Mică, (Fig.2.2):

AS – ALUVISOLURI

FZ – FAEOZIOM

EL – PRELUVOSOL

LV – LUVOSOLURI

ER – ERODISOLURI

Figura 2.7 Harta solurilor din zona Copșa Mică

În proiect s-a studiat gradul de poluare și unele posibilități de remediere a solurilor aflate în zonele adiacente surselor de poluare din zona Copșa Mică, respectiv tipul aluviosol și faeoziom. Materialul utilizat pentru încercările de remediere este reprezentat de aceste două tipuri de sol. În mod succint sunt prezentate și celelalte tipuri de soluri din zona Copșa Mică.

2.3.1 Aluvisolurile

Acestea sunt soluri predominante în perimetrul orașului Copșa Mică și a zonei industriale. În acest tip de sol au fost efectuate două profile. Primul profil este plasat la 200 m vest de coșul de evacuare a gazelor și la 100m sud de râul Târnava CM-1. Al doilea profil a fost efectuat în satul Dumbrăvioara pe versantul drept al Târnavei vis-a-vis de uzina de apă CM 2.

Relieful este reprezentat prin lunca Târnavei sub formă plan-orizontală. Terenul a fost inițial utilizat în agricultură, în prezent este invadat parțial de o vegetație de mlaștină, fără a fi urme de stagnare a apei.

Materialul parental este reprezentat prin material fluviatil reprezentat prin nisipuri în alternanță cu nivele centimetrice de argile. Nivelul freatic este la 2 m de profilul de sol și poate influența formarea profilului de sol. Drenajul apei este foarte bun și din această cauză nu se văd urme de stagnare a apei.

Profilul de sol este diferit pentru cele două puncte de probare. Profilul plasat la vest de coșul de evacuare a gazelor al Uzinei SOMETRA reprezintă un aluvisol distric reprezentat de profilul de sol CM-1. Cel de-al doilea profil este un aluvisol fosil acoperit de un nou sol aluvisol, reprezentat în profilul de sol CM-2.

2.3.2 Aluviosolul distric

(CM1)-(Fig. 2.8) are un profil bine dezvoltat alcătuit din următoarele orizonturi: Ao-Bv-C.

Orizontul Ao cu o grosime de 18cm prezintă culoare neagră cenușie datorată în mare parte poluării cu negru de fum. Conținutul în humus este apreciabil, pH-ul este neutru și prezintă conținut ridicat de potasiu. Textura este fin nisipoasă spre argiloasă. Structura este destul de bine formată.

Orizontul Bv are o grosime de 29 cm fiind constituit în mare parte din nisip cu conținut de argilă de culoare gălbuie-brunie datorată prezenței oxihidroxilor de fier.

Figura 2.8. Profilul de sol (CM-1)–Aluviosol (AS) distric

Este un orizont în curs de formare, nestructurat cu conținut scăzut de humus. Argila este depusă sub formă de pelicule fine pe granulele de nisip. Partea minerală a acestui orizont este constituită în mare parte din cuarț, la care se adaugă muscovit, illit, feldspat, caolinit și smectite.

Orizontul C este constituit din alternanțe de nisip și pietriș: 23 centimetri de nisip, urmat de 1,07m de pietriș, 6 cm de nisip cu oxihidroxizi de fier, sub care este dispus un nisip fin. Peliculele de oxihidroxizi de fier depuse pe nivelul de nisip se datorează probabil unor procese de gleizare la baza profilului de sol.

2.3.3 Aluviosolul fosil

Acest tip de sol (CM-2) se caracterizează pe primii 32 cm prin prezența unui sol dispus pe un aluviosol mai vechi, (Fig. 2.9).

La suprafață pe primii 25 cm se dezvoltă un orizont Ao cu conținut scăzut în humus cu textură nisipoasă-argiloasă. Sub acest orizont se dispune un nivel de 7 cm de nisip care reprezintă un orizont de tip C.

Orizontul Ao îngropat se dezvoltă pe 17 cm, are culoare neagră și un conținut de 1,56 % de humus, fiind un orizont foarte bine format. Este bine structurat, iar textura este nisipoasă. Acest orizont are un pH neutru iar conținutul de potasiu și de fosfor este ridicat.

Al doilea orizont de tip C este constituit dintr-o alternanță de nisip și argilă care reprezintă depozitele aluvionare pe care s-a format solul inițial.

Figura. 2.9. Profilul de sol (CM-2)–Aluviosol fosil

2.3.4. Faeziomurile au o dezvoltare apreciabilă în special în partea inferioară a pantelor de sol plasate atât la nord cât și la sud de orașul Copșa Mică. Profilul de sol a fost efectuat la ieșirea din Copșa Mică spre Blaj în versantul stâng al râului Târnava. Relieful este slab înclinat 20-30ș. Terenul este în partea de jos arabil, iar în partea superioară este pajiște naturală. Vegetația inițială este reprezentată prin pădure de gorun. Materialul parental este reprezentat prin argile marne și siltite pannoniene. Zona de pajiște este puternic afectată de poluare. Iarba este puternic arsă. Aceeași situație este și la Nord de râul Târnava în zona localității Dumbrăvioara.

Profilul de sol este tipic pentru acest sol Am-Bv-C, (Fig 2.10). Orizontul Am are o grosime de circa 24 cm, de culoare neagră cu conținut ridicat de humus. Structura acestui orizont este foarte bine formată, predominând granulele izometrice de sol. Textura este luto-nisipoasă, cu conținut mare de potasiu și fosfor mobil. Conținutul total de săruri solubile este mic. La suprafața se găsește pe 1-2 cm o acumulare de material vegetal puțin transformată, în mare parte arsă de poluarea antropică.

Capacitatea de schimb cationic este moderată. Partea minerală a solului este constituită predominant din illit și smectite, la care se adaugă o cantitate apreciabilă de cuarț fin. Între orizontul Am și orizontul Bv există o trecere gradată. Acesta este predominant argilos cu conținut scăzut de carbonați. Se dezvoltă pe o grosime de circa 70 cm are o culoare brună gălbuie datorită acumulării oxihidroxizilor de fier. Este un orizont foarte puțin structurat și conținut scăzut în humus și cantității mici de potasiu și fosfor mobil. Orizontul este constituit din depozite aluviale constituite din cantității mari de argilă amestecate cu fragmente de roci sedimentare. Nu au fost observate fenomene evidente de migrare a argilei iluviale și din acest motiv orizontul B este constituit din acumulare de argilă rezultată prin procese de alterare.

Figura 2.10.Profil de sol (CM-3)-Faeoziom

2.3.5 Preluvosolurile ocupă o suprafață mare pe versanții înclinați la sud și nord de orașul Copșa Mică. Aceste soluri se formeză în zone cu vegetație lemnoasă reprezentată prin păduri de foioase însoțită de o vegetație ierboasă, sau o vegetație de arbuști. Un rol important în formarea solului îl are și fauna, care contribuie la mărunțirea litierei de foioase.

Figura 2.11 Profil specific preluvosolurilor

Materialul parental pe care s-au format aceste soluri este reprezentat prin marne și lutite panoniene, aluvio-deluviale. În general profilul de sol este următorul: Ao-AB-Bt-C, (Fig. 2.11). Orizontul Ao este un orizont de acumulare a humusului și are o grosime de 15-30cm, de culoare brună sau brună-cenușie pe primii 15-20cm și brună-slab roșcată în partea inferioară. Orizontul AB este un orizont de trecere spre orizontul Bt și este mai sărac în humus și mai bogat în argilă. Orizontul Bt are o grosime de 30-70cm de culoare intens brun-roșcată datorită acumulări de hidroxizi de fier. Pe suprafețele structurale în partea mijlocie și inferioară a orizontului apar pelicule de culoare roșie. Orizontul C este reprezentat prin depozite deluviale.

2.3.6 Luvosolurile ocupă pantele puțin înclinate la sud de orașul Copșa Mică. Se dezvoltă pe materiale reprezentate de argilă, marne, depozite coluviale rezultat în urma alterării materialului parental. În aceste soluri procesele de eluviere – iluviere sunt foarte evidente. Profilul de sol ar fi următorul: Ao-Ea-EB-Bt, (Fig. 2.12).

Figura 2.12. Oriozonturi specifice profilului de luvosoluri

Orizonturile sunt foarte bine diferențiate. Orizontul Ao are o grosime de 17 cm de culoare cenușie care indică un conținut redus de humus, structura este slab dezvoltată, agregatele de sol sunt parțial formate și foarte friabile iar textura este nisipoasă-argiloasă. Orizontul Ea are 21-22 cm de culoare cenușie-albicioasă, foarte bine individualizat. Orizontul EB reprezintă un orizont de trecere spre orizontul iluvial. Are o grosime de 17-18 cm de culoare brun gălbuie cu pete ruginii.

Orizontul Bt este cel mai larg dezvoltat, are 40-80 cm grosime, de culoare brună ruginie și cu aspect foarte bine marmorat. Acest orizont este impermeabil pentru apă și nu permite infiltrarea elementelor poluante în adâncime.

2.3.7 Erodisolurile sunt soluri cu profil erodat sau decopertat în așa fel încât orizonturile rămase nu permit încadrarea la un anumit tip de sol. Aceste soluri se dezvoltă în special pe pantele de la nord de râul Târnava, dar și pe versanții puternic înclinați de la sud de orașul Copșa Mică. Procesul principal de formare a acestor soluri este cel de eroziune favorizat și de gradul intens de poluare mai ales la nord de uzina SOMETRA dar și de procesele intense de eroziune cauzate de rețeaua hidrografică. Eroziunea normală a solului este eroziunea geologică produse în ultimul timp.

Eroziunea este accelerată și contribuie la distrugerea solului. Profilul solului depinde de tipul solului din care provin și de intensitatea eroziunii. Sunt formate pe faeziomuri, preluvosoluri și luvosoluri. În cea mai mare parte orizonturile de suprafață sunt complet distruse. Mai pot fi distinse doar o parte din orizonturile de tip B. La nord de râul Târnava profilul de sol este complet distrus până la nivelul orizontului C. La suprafață apar materialele parentale scoase la zi prin eroziune și care pot fi roci și trebuie încadrate ca atare. Aceste soluri sunt lipsite de structură și nu au un conținut de humus

Capitolul 3. Gradul de poluare cu metale a solurilor din zona Copșa Mică

3.1 Copșa Mică-zonă critică din punct de vedere al poluării

Inventarul zonelor critice sub aspectul stării mediului în România înregistrează zonele cele mai afectate sub aspectul poluării atmosferice, poluării apelor si poluării solurilor. Conform acestei analize zona Copșa Mică figurează atât în categoria poluării atmosferice cât și în cea a poluării solurilor.

Zone critice sub aspectul poluării atmosferice: Copșa Mică

 zone poluate in special cu metale grele (Cu, Pb, Cd), dioxid de sulf și pulberi în suspensie provenite din industria metalurgică neferoasă; Principalele surse de poluare:

 metalurgia neferoasă: poluare cu metale grele (Cu, Pb, Cd)

Obiective industriale a căror activitate a determinat frecvente depășiri ale concentrațiilor maxim admise la indicatorii de calitate ai atmosferei: S.C. Sometra S.A

 poluarea chimică afectează circa 0,9 milioane de hectare, din care poluarea excesivă se manifestă pe aproximativ 0,2 hectare.

În total, în zona Copșa Mică este afectată de poluarea cu substanțe purtate de aer o suprafață agricolă de 149.465 ha, din care puternic – excesiv 18.638 ha, moderat 44.835 ha și slab 86.000 ha [Iordache, 2009b].

Cea mai răspândită și cu efecte agresive deosebit de puternice asupra solului este cea datorată prezenței metalelor grele, in special Cu, Pb, Zn și Cd

Așa cum rezultă și din inventarul mai sus menționat principala sursă de poluare a zonei Copșa Mică a fost reprezentată de S.C. SOMETRA S.A. prin emisiile permanente de pulberi în suspensie și sedimentabile, cu conținut mare de metale grele. Alături de această unitate industrială a mai functionat și CARBOSIN – producător de negru de fum, produs utilizat în procesul de fabricație a anvelopelor, care momentan nu mai este funcțională, însă poluarea cu negru de fum se mai regăsește la nivelul solului și al scoarței copacilor. Efectul emisiilor provenite de la cele două întreprinderi s-a înregistrat atât pe o perioadă mare de timp ,cât și pe o suprafață considerabilă estimată în anul 1993 la 180 750 ha. Deși unitatea SOMETRA a trecut printr-un proces de retehnologizare cu scopul limitării emisiilor poluante, prin modficarea conducerii în anul 1998 s-a propus intensificarea producției de zinc și plumb de la 40 000 t (în anul 1997) la 100 000 t (în anul 2001), ceea ce a condus în mod evident la o creștere a emisiilor poluante. Situația poluării cu metale în perioada 2000-2002 este prezentată în tabelul 3.1.

Tabelul 3.1 Conținuturi de metale grele în soluri agricole din zona Copșa Mică în perioada 2000-2002 [preluat după MAPM 2003].

Studiile în teren realizate în anul 2005, de catre [Vrînceanu, 2009 citat de Iordache, 2009b]. în zona poluată Copșa Mică, pe baza unei rețele radiale centrată în coșul de evacuare a SC SOMETRA SA, au condus la următoarele concluzii:

 Poluarea solurilor cu metale grele (Zn, Pb, Cd, Cu) în zona Copșa Mică se menține la niveluri ridicate, iar în zonele puternic afectate (până la aproximativ 4 km față de sursa de poluare) sunt cu mult depășite pragurile de intervenție impuse prin Ordinul 756/1997

 Relieful modifică intensitatea poluării prin crearea unor „obstacole naturale”, care pot să limiteze dispersarea poluanților sau pot să creeze canale preferențiale de transport al poluanților prin intermediul unor curenți de aer [Vrînceanu, 2009 citat de Iordache, 2009b].

 Completarea rețelei de recoltare a probelor de sol prin îndesirea siturilor de recoltare, în special în Lunca Târnavei Mari și pe văile adiacente luncii, poate evidenția pătrunderea emisiilor poluante pe aceste canale preferențiale de circulație a aerului, obținându-se o imagine mult mai exactă a intensității și extinderii fenomenului de poluare din zona Copșa Mică [Vrînceanu, 2009 citat de Iordache, 2009b].

În afara sursei primare de metale, solurile contaminate aflate în pantă și care pot fi erodate pot reprezenta surse secundare de poluare cu metale pentru sisteme acvatice din zonă. În literatura publicată nu există însă nici o estimare a proceselor de transport al metalelor prin fluxuri hidrologice de suprafață.

3.2. Variația concentrațiilor metalelor grele analizate în solurile din zona Copșa Mică

Începând din anul 2007 în cadrul unui studiu realizat de un colectiv de la Baia Mare, [Damian et al., 2008] au fost publicate rezultatele privind gradul de poluare al principalelor tipuri de soluri care se dezvoltă în jurul unităților care au reprezentat pricipalele surse de poluare a solurilor din zona Copșa Mică.

Conținuturile de metale grele (Pb, Cu, Zn, Cd) au fost determinate pe orizonturile pedogenetice ale profilelor de sol reprezentative pentru cele două tipuri de soluri și pe probele globale. Au fost efectuate două categorii de analize: conținutul în formă totală a metalelor grele și analiza de fracționare a metalelor grele pe componenții solului (pentru tipul aluviosol probă globală).

Prelevarea probelor de sol în scopul estimării nivelului de poluare s-a efectuat în conformitate cu prevederile Ordinului Ministrului Apelor, Pădurilor și Protecției Mediului nr. 184/1997 privind Procedura de realizare a bilanțurilor de mediu.

În urma analizelor solurilor de tip aluviosol (CM-1) și faeoziom (CM-3) din zona Copșa Mică sub aspectul conținutului în metale grele, s-au obținut rezultate referitoare la excesul de metale grele din sol, cu evidențierea variației concentrației de metale grele la nivelul orizonturilor superioare și la nivelul profilelor de sol.

Contaminarea solurilor cu metale grele din zona cercetată este demonstrată de frecvența ridicată a depășirilor concentrației maxime admisibilă în special la Pb, Cu, Zn și Cd.

În profilele de sol de tip aluviosol (CM-1) și faeoziom, (CM-3) concentrația metalelor grele este diferită în funcție de metal și de procesele specifice migrației elementelor chimice în diferite orizonturi pedogenetice. La nivelul orizontului superficial concentrația metalelor grele analizate este foarte variabilă, existând un contrast al conținuturilor ca mărime față de valorile concentrațiilor din orizonturile inferioare, care sunt mai uniforme.

Pentru a putea interpreta nivelul de conținut al metalelor grele (mg/kg) din solurile analizate s-au utilizat valorile de referință pentru urme de elemente chimice în sol ale valorilor normale, ale valorilor limitelor maxime admisibile, praguri de alertă și praguri de intervenție pentru soluri sensibile în conformitate cu prevederile Ordinului Ministrului Apelor, Pădurilor și Protecției Mediului nr. 756/1997 privind Reglementarea evaluării poluării mediului. Aceste valori de referință sunt reprezentate în tabelul nr.3.2.

Tabel nr.3.2. Intervale de conținuturi normale, limite maxime admisibile (LMA), praguri de alertă și praguri de intervenție pentru soluri sensibile conform Ordinului 756/1997.

Proprietățile fizice și chimice ale solului influențează mobilitatea metalelor grele în sol. Analizele ce au fost efectuate pentru fiecare orizont pedogenetic al profilelor de sol, respectiv analizele efectuate din probele globale au fost utilizate pentru a putea explica concentrarea metalelor grele la anumite orizonturi, migrația metalelor cu adâncimea. Concentrația metalelor grele din zona Copșa Mică a fost determinată în forme totale pe orizonturi pedogenetice și la nivelul adâncimii.

Proprietățile chimice ale solului influențează concentrația metalelor grele pe profilul de sol, astfel că au fost efectuate grafice de variație a metalelor grele în raport cu humusul și pH-ul. Graficele conțin prescurtări și anume: CM-1 (profil de sol de tip aluviosol), respectiv CM-3 (profil de sol de tip faeoziom).

pH-ul solului este parametrul cel mai important al solului care influențează adsorbția metalelor grele, [Bradl, H.B., 2005]. În general adsorbția metalelor grele în soluri este mică la valori scăzute ale pH-ului. Apoi adsorbția crește la pH intermediar de la aproape 0 la adsorbție aproape completă, la o variație relativ mică a pH-ului. La valori ridicate ale pH-ului ionii metalici sunt complet îndepărtați. Humusul este materia organică descompusă din sol pe care o găsim până la o adâncime de 20-30 cm, asigurând hrana plantelor și este un factor de protecție împotriva bolilor.

Variația metalelor grele în formă totală

Plumbul

Valorile maxim admise pentru plumb în zona Copșa Mică sunt depășite de 5,61, 14,29 si 27,68 ori la orizonturile superioare ale profilelor de sol. Conținutul mediu de plumb al orizonturilor superioare prezintă depășiri ale pragului de intervenție de 15,86 ori iar cel din proba globală este mai mare de 50 de ori decât valoarea limitei maxime admise (100ppm).

Conținutul maxim de Pb se găsește în orizontul superior al profilelor de sol, depășind atât limita maximă admisibilă, cât și pragul de alertă și de intervenție. Odată cu adâncimea se constată că Pb scade brusc ajungând chiar sub limita maximă admisibilă la nivelul orizontului inferior. Prezența Pb în toate profilele de sol în concentrația cea mai mare în orizontul superior sugerează imobilitatea acestuia cauzată de reținerea în cea mai mare parte la nivelul materiei organice.

Fig. 3.1a Fig. 3.1b

Fig. 3.1(a si b) Distribuția Pb cu variația conținutului de humus pe profilul de sol

În cele două grafice referitoare la Pb se observă o descreștere a concentrației Pb cu descreșterea humusului, (Fig. 3.1a și Fig. 3.1b).

Fig. 3.2a Fig. 3.2b

Fig. 3.2(a si b) . Variația distribuției Pb cu variația conținutului pH-ului pe profilul de sol

pH-ul solului este unul dintre cei mai importanti factori care au rolul de a imobiliza fractiile de metale grele biodisponibile din sol, [Yoon et al. 2019]. În solurile contaminate cu metale grele, din zona Copsa Mica, concentrația Pb crește cu descreșterea pH-ului sub 6,5. În profilele de sol, concentrația maximă a Pb este favorabilă orizonturilor superioare.

În profilul de sol CM-1 pH-ul este neutru (7,26 si 7,10), concentrațiile mari de Pb putându-se explica prin complexarea Pb de către materia organică sau de către carbonul organic impregnat în sol în mare parte datorită poluării cu negru de fum, (Fig. 3.2a).

Cuprul

Conținuturile de Cu ale orizontului superior, pentru partea globală, sunt cuprinse între limita pragului de alertă și cea a pragului de intervenție. Conținutul de Cu al probei globale depășește limita maximă admisibilă de 1,99 ori.

Conținuturile maxime de Cu se corelează cu orizontul superior, însă nu depășesc limita maximă admisibilă. În profilul de sol CM-1 concentrația Cu scade brusc cu adâncimea, ajungând cu mult sub valorile normale. În profilul CM-3, în orizontul superior concentrația Cu depășește cu foarte puțin valoarea normală după care scade cu adâncimea.

Fig. 3.3a Fig. 3.3b

Fig. 3.3(a și b) Variația distribuției Cu cu variația conținutului de humus pe profilul de sol

În profilele de sol CM-1 și CM-3, cantitatea de humus scade în același sens de scădere a concentrației de Cu, (Fig. 3.3a și Fig. 3.3b).

Fig. 3.4a Fig. 3.4b

Fig. 3.4 (a si b) Variația distribuției Cu cu variația conținutului pH-ului pe profilul de sol

Pe profilele de sol concentrația de Cu este mai mare la nivelul orizontului superior fiind în relație cu pH-ul scăzut, (Fig. 3.4a și Fig.3.4b).

Având în vedere valoarea pH-ului spre neutru de la profilul de sol CM-1, concentrațiile mari de Cu s-ar putea explica prin complexarea Cu de către carbonul organic dizolvat în sol în mare parte datorită poluării cu negru de fum, (Fig. 3.4a).

Cadmiul

La nivelul profilelor de sol, conținuturile de cadmiu prezintă variații mari atât sub aspectul valorilor cât și sub aspectul distribuției pe profilul de sol. La nivelul orizonturilor superioare, concentrațiile de cadmiu sunt ridicate depășind cu mult LMA, pragul de alertă și pragul de intervenție. În profilul CM-1 concentrația Cd scade brusc odată cu adâncimea și ajunge aproape de LMA la nivelul orizonturilor inferioare. În profilul CM-3 concentrația Cd este scăzută, însă depășește LMA și chiar pragul de intervenție. În zona Copșa Mică conținutul de Cd depășește de 34,52 de ori valoarea limitei pragului de intervenție.

Fig. 3.5a Fig. 3.5b

Fig. 3.5 (a si b) Variația distribuției Cd cu variația conținutului de humus pe profilul de sol

Se poate observa din Fig. 3.5a și din Fig. 3.5b o descreștere a concentrației Cd cu descreșterea humusului.

Fig. 3.6a Fig. 3.6b

Fig. 3.6 (a si b) Variația distribuției Cd cu variația conținutului pH-ului pe profilul de sol

În limitele de variație ale pH-ului de la acid spre slab alcalin se desfășoară variația conținutului de Cd pe profilul de sol. În profilul de sol CM-1 cu cât pH-ul este mai alcalin cu atât concentrația Cd scade, (Fig. 3.6a), iar în profilul de sol CM-3 cu cât pH-ul ajunge spre neutru concentrația Cd scade, (Fig. 3.6b).

Zincul

În zona Copșa Mică cele mai mari valori ale conținutului de Zn sunt de ordinul miilor de ppm (1070 ppm, 1808 ppm, 7500 ppm) corespunzătoare profilelor de sol. În proba globală conținutul de Zn este de 8591 ppm. Conținuturile de Zn din profilele de sol din Copșa Mică depășesc limita maximă admisibilă de 3,56 până la 25 de ori, iar din probele globale depășesc conținuturile maxime admise și pe cele ale pragului de intervenție de 14,31 de ori. Concentrația cea mai ridicată se află în profilul de sol CM-1 la nivelul orizontului superior.

Fig. 3.7a Fig. 3.7b

Fig. 3.7 (a si b) Variația distribuției Zn cu variația conținutului de humus pe profilul de sol

Descreșterea conținutului de Zn pe profilul de sol se corelează cu descreșterea conținutului de humus, (Fig. 3.7a și Fig. 3.7b).

Fig. 3.7a Fig. 3.7b

Fig. 3.7.(a si b) Variația distribuției Zn cu variația conținutului pH-ului pe profilul de sol

Se observă în variația conținutului de Zn pe profilele de sol o scădere a conținutului de Zn cu creșterea pH-ului, (Fig. 3.7a și Fig. 3.7b). În limitele de variație a pH-ului de la 5,03-8,16 se desfășoară variația concentrațiilor de Zn.

Extracția secvențială pe tipul aluviosol nespălat și pe cele două fracții obținute prin spălarea solului (fracția nisipoasă și fracția fină) și factorul de mobilitate pentru Pb, Cu, Zn, Cd

Riscul de translocare a metalelor grele din sol în plante este în mare parte condiționată de fracțiunile lor mobile decât de concentrația lor totală în sol, [Němeček et al., 1998]. Metoda cea mai comună utilizată pentru a determina urmele fracțiilor de metale în soluri și sedimente este metoda de extracție secvențială. Extracția secvențială oferă informații despre fracțiile mobile și stabile de metale grele în sol, astfel este posibil să se estimeze mobilitatea reală și potențială a elementelor studiate.

Pentru o cunoaștere a mecanismelor de reținere a metalelor de către componenții solului au fost efectuate studii ale fracționării metalelor grele între componenții solului. Extracțiile secvențiale efectuate de Lăcătușu și Kovacsovics, [1994] au permis separarea metalelor grele în următoarele fracții: fracții solubile, fracții schimbabile, fracții legate de oxizi și hidroxizi de Fe și de Mn, fracții legate de materia organică și fracții din rețeaua cristalină a mineralelor. Prin analizele de fracționare a metalelor grele s-a determinat mobilitatea acestora bazată pe cantitatea de metal din fracția solubilă în soluția solului și fracția schimbabilă.

Mobilitatea metalelor grele este asigurată de cantitatea de metal din fracțiunea solubilă în soluția solului și fracția schimbabilă, [Kabala and Singh, 2001]. Indicele de mobilitate a Pb, Zn, Cu si Cd a fost exprimat ca factor de mobilitate ( MF ), bazat pe ecuația următoare:

Unde: MF- factorul de mobilitate ce reprezintă mobilitatea potențială globală, (Kabala and Singh 2001 )

A-fracția solubilă

B-fracția schimbabilă

C-fracția legată de oxizii de Fe și Mn

D-fracția legată de materia organică

E-fracția reziduală

Pentru a determina mobilitatea Pb, Zn, Cu și a Cd a fost utilizată extracția secvențială a lui Lăcătușu și Kovacsovics, [1994] pentru tipul aluviosol nespălat și pe cele două fracții obținute prin spălarea solului (fracția nisipoasă și fracția fină). Astfel s-a determinat faptul că metalele grele se găsesc în concentrație mare în fracția fină a aluviosolului spălat (CMZ 3), urmat de aluviosolul original (CMZ 1), apoi de fracția grosieră a aluviosolului spălat (CMZ 2). În urma determinării factorului de mobilitate pentru fiecare metal greu s-au obținut datele prezentate în Tabelul nr.3.3.

Tabel nr.3.3. Factorul de mobilitate pentru Zn, Cu, Pb și Cd

Extracțiile secvențiale au permis evaluarea mobilității speciilor de metale și biodisponibilitatea acestora pentru plante.

Se poate observa din tabelul 3.3 că metalul cu factorul de mobilitate cel mai mare este cadmiul, acesta găsindu-se în cantitate mare în aluviosolul nespălat, urmat de fracția fină. Iar în fracția grosieră factorul de mobilitate pentru Cd este mai scăzut.

Din rezultatele obținute în urma calculului factorului de mobilitate a reieșit faptul că factorul de mobilitate al zincului este mai mare în aluviosolul original, al cuprului și al plumbului în fracția grosieră a aluviosolului spălat, iar factorul de mobilitate al cadmiului este mai mare în aluviosolul original. Se poate observa de asemenea că plumbul și cuprul sunt mai puțin mobile în fracția fină a aluviosolului spălat.

Procentul de asociere a metalelor grele analizate cu componenții aluviosolului este prezentat în următoarele grafice: Fig. 3.8, Fig. 3.9, Fig. 3.10, Fig. 3.11.

Fig.3.8 Concentrația Pb (%)

Se poate observa din grafic (Fig.3.8) că procentul cel mai mare de Pb este asociat cu materia organică atât în CMZ 1, cât și în CMZ 2, respectiv CMZ 3. Dintre cele trei fracții, cu fracția fină (CMZ 3) se asociază cel mai ridicat procent de Pb, ceea ce arată că metalul greu este concentrat în fracția fină rezultată în urma spălării aluviosolului.

Fig. 3.9 Concentrația Cu (%)

Din fig. 3.9, rezultă că în rețeaua cristalină a componenților din fracția fină a aluviosolul se găsește cel mai mare procent de cupru. Însă în aluviosolul original și fracția nisipoasă obținută după spălarea aluviosolului, cuprul are procentul cel mai ridicat în fracțiunea organică.

Fig.3.10 Concentrația Zn (%)

În cazul zincului se observă asocierea în special cu rețeaua cristalină a materialului din toate cele trei probe de sol (original și cele două fracții obținute prin spălare), urmată de asocierea Zn cu materia organică, (Fig.3.10).

Fig.3.11. Concentrația Cd (%)

În ceea ce privește Cd se observă că în toate probele cel mai mare procent este reprezentat de fracțiunea solubilă, urmată de fracția schimbabilă ceea ce determină disponibilitatea Cd pentru plante, (Fig.3.11).

3.4 Acumularea și transferul metalelor grele din sol în plante

Componentii solului reprezentati prin: oxizi si hidroxizi, minerale argiloase, carbonati, material organic au proprietati prin care metalele grele pot fi mobilizate in sol si pot fi transferate in plante cu efecte asupra hranei sau pot fi levigate in apa subterana, (Fig. 3.12), [Sharma and Nagpal 2018].

Figura 3.12. Relatia metalelor grele cu diferiti componenti ai solului care determina transferul acestora din sol in plante, [Sharma and Nagpal 2018].

Zona Copșa Mică este cunoscută ca și cel mai poluat oras din Europa datorită fenomenului de poluare generat de emisiile provenite de la cele două unități industriale prezentate mai sus, în subcapitolul 2.2, care au produs în principal metale neferoase si praf de carbon.

Analizele efectuate pe probele de sol din vecinătatea fostei uzine metalurgice au demonstrat existenta unor concentratii severe pentru Cu, Pb, Zn si Cd. În general există mecanisme prin care metalele grele rămân strâns legate de elementele constitutive ale solului, caz în care accesibilitatea acestora este redusă. În funcție de schimbările care se produc în sol se pot crea condiții care permit migragrea metalelor grele din soluția solului astfel acestea devin sursa poluării directe a plantelor, contaminând în continuare animalele care consumă aceste plante și ape subterane sau apa de suprafață, prin levigare. Rezultatele obținute au arătat că contaminarea cu plumb și cadmiu a solului în zona Copșa Mică din împrejurimile sale este semnificativă, indicând o situație severă, necesitând măsurători de reducere a poluării și aplicarea de soluții de restaurare a solului. Conținutul ridicat de metale grele din plantele cultivate în vecinătatea sitului industrial, precum și în diferite produse în scopuri alimentare reprezintă un risc sever pentru sănătatea publică, [Muntean et al., 2010].

Proba de sol a fost recoltată din vecinatatea uzinei metalurgice Sometra Copsa Mica. Poluarea solurilor cu metale grele cauzată de activitatea metalurgică neferoasă din zona Copșa Mică are un caracter remanent ceea ce impune luarea unor măsuri în scopul remedierii sau îmbunătățirii calității acestora.

În cadrul unor cercetări efectuate în scopul verificării gradului de poluare a solului din zona Copșa Mică s-au realizat și încercari de tratare a solului cu amendamente naturale reprezentate prin tuf zeolitic și printr-un amestec de tuf cu deșeu organic, (materail organo-zeolitic) obținindu-se probele de substrat: CM-O sol netratat, CM-I sol tratat cu zeoliti, CM-II sol tratat cu material organo-zeolitic, după metoda de tratare prezentata de Damian et al., [2013] pentru solurile poluate cu metale grele din zona Baia Mare si Zlatna.

Zeoliții utilizați în tratarea solului au fost obținuți din depozitele naturale de tufuri vulcanice din Bazinul Maramureș. În literatura de specialitate, tratarea solurilor poluate cu metale grele prin utilizarea zeoliților, este prezentată ca fiind una din metodele cu cost scăzut datorită afinității structurii zeoliților pentru metalele grele prin mecanisme de schimb cationic, [Bedelean et al. 1997, Leggo 1996, Mumpton 1999].

Tufurile de la Bârsana au conținut ridicat ăn K și Ca și selectivitate mare pentru ionul de amoniu (NH+4), [Cocheme et al., 2003] și pot fi utilizate la obținerea de materiale organo-zeolitice.

Cele 3 probe de substrat notate; CM-O (Copsa Mică Original-sol netratat), CM-I sol tratat cu zeoliti, CM-II sol tratat cu material organo-zeolitic au fost analizate pentru conținutul de metale grele și pentru proprietatile fizice și chimice importante pentru creșterea plantelor. Rezultatul analizelor este prezentat în tabelul 3.4.

Tabel 3.4. Analize fizice și chimice ale aluviosolului din zona Copșa Mică în proba de sol originală și în cele două variante de tratare

CM-O sol netratat

CM-I sol tratat cu zeoliti

CM-II sol tratat cu material organo-zeolitic

Menționăm că zona din care au fost recoltate probele de sol este situată pe lunca râului Târnava Mare și în zona locuită porumbul este cereala cea mai des cultivată, de aceea a fost ales porumbul.

Pe cele 3 probe de sol a fost însămânțat porumb (Fig 3.12) a cărei creștere s-a obținut până când a făcut boabe (Fig. 3.13).

Efectul toxic al metalelor grele din solul de la Copșa Mică s-a manifestat încă din etapa de germinare, ca dovadă că a crescut doar o plantă în proba netratată, (Fig.3.13).

În probele de sol tratate cu tuf zeolitic și cu organo-zeolit au germinat mai multe semințe și au crescut mai multe plante, (Fig.3.14).

După recoltare, din părțile vegetative ale probelor de plante, au fost efectuate analize ale concentrației de metale grele, prezentate în tabelul 3.5.

Tabel 3.5 Analize metale grele din părtile componente ale porumbului crescut pe cele trei variante de sol

Pentru a evidenția mobilitatea și transferul metalelor grele din sol în părțile componente ale plantelor, s-au calculat factorul de bioacumulare și factorul de translocare.

Factor de bioacumulare (FB)

Este capacitatea plantelor de a concentra metalele grele din sol în orice parte vegetativă componentă (rădăcină, tulpină, frunză) [Qihang Wu et al., 2011]. Se obține prin raportul dintre conținutul de metale grele din plante și cel din sol.

FB=Concentrație metal rădăcina, tulpina, frunze, fructe/Concentrație metal sol

În funcție de abilitatea plantei de a prelua și de a transfera metalele grele din rădăcină în părțile aeriene, se calculează factorul de translocare.

Factorul de translocare (TF) este obținut prin raportul dintre conținutul de metale grele din tulpina si cel din rădăcina, [Bini et al., 1995, Yoon et al., 2006].

FT=Concentrație metal din tulpină, frunze/Concentrație metal rădăcina

Translocarea minimă în tulpină se datorează sechestrării metalelor la nivelul rădăcinii ca și metale netoxice [Shanker et al., 2005].

Creșterea plantelor care acumulează metale grele în părțile componente, poate fi monitorizată pentru a selecta plantele care prezintă toleranță la metalele poluante. Acestea pot fi utilizate pentru decontaminarea zonelor poluante.

Plantele cu valori pentru cei doi factori mai mari decât 1 au potențial de extracție și de translocare și pot fi utilizate în procedeele de fitoextractie.

Plantele cu factorul de bioconcentrare mai mare de 1 și cu factorul de translocare mai mic de 1 au potențial de fitostabilizare.

Toate părțile componente ale plantelor au preluat metale din substratul în care au crescut în diferite grade.

Dintre metalele analizate, zincul s-a concentrat în cantitățile cele mai mari, urmat de cupru și de cadmiu după datele din tabelele 3.6, 3.7 si 3.8. Dintre organele vegetative ale plantelor cantitatea cea mai mare de metale a fost preluată de rădăcină, tulpină și apoi de frunze. Cea mai mică cantitate a ajuns în boabe. Dintre variantele de substrat pe care au crescut plantele se poate face o separație a gradului de concentrare a metalelor în funcție de specia de metal. Zincul are valorile cele mai mari ale concentrațiilor în varianta de substrat tratată cu tuf zeolitic (I) urmată de varianta II de tartare cu material organo-zeolitic și apoi în varianta originală. Concentratia de Zn din substrat pentru toate cele 3 probe este excesivă 8591ppm în CM-O, 9913ppm în CM-I si 9570ppm în CMII. Aceste valori depășesc valoarea maximă admisă pentru Zn de 28,63 ori până la 31,9 ori conform Ordinului 756/1997. Cu toate acestea, concentrația de zinc nu depășește 15ppm în toate probele de substrat și în toate părțile componente ale plantelor. După datele din literatură [Baker 1981] această situație se poate explica prin rolul pe care îl are specia de plantă în excluderea metalelor, când preluarea metalelor de către plantă este restricționată și prezintă concentrații mici și relativ constante pe o variație largă de concentrații ale metalelor din sol.

Pentru a verifica preluarea de către rădăcina și translocarea metalelor în părțile superioare ale plantelor au fost calculate factorii de bioacumulare și de translocare. Rezultatele sunt redate în tabelele 3.6, 3.7 și 3.8 pentru cele 3 metale Zn, Cu și Cd.

Se poate observa că factorul de bioconcentrare este nesemnificativ în cazul celor 3 metale. Factorul de translocare chiar dacă are valori subunitare prezintă pentru Zn și pentru Cd în cazul probei CM-I valori de 0,961 pentru tulpină și de 0,808 pentru frunze. În cazul cadmiului valorile cele mai mari sunt de 0,950 în cazul tulpinei din proba de substrat CM-O și de 0,750 în cazul frunzelor în proba CM-I. Chiar dacă valoarea factorilor de translocare ale celor 3 metale este sub 1 care este considerată ca fiind reprezentativă pentru capacitatea plantei de a acumula metalele grele respective, rezultatele obținute sunt reprezentative pentru evaluarea și gestionarea mediului, în care concentrația de metale grele din plante (de exemplu, Zn, Cd) reflectă concentrația în substrat în condițiile în care planta a crescut și s-a dezvoltat fără a muri din cauza fitotoxicității la concentrații scăzute de metale.

Tabel 3.6 Factorul de bioconcentrare si factorul de translocare pentru Zn

Tabel 3.7 Factorul de bioconcentrare si factorul de translocare pentru Cu

Tabel 3.8 Factorul de bioconcentrare si factorul de translocare pentru Cd

Efectele toxicității metalelor asupra diverselor specii de plante au fost studiate în diverse etape și de multe cercetări.

În general, în funcție și de specia de plantă, efectele lor pot fi diferite și în funcție de metal. Efectele toxicității metalelor se manifestă în următoarele stadii de evoluție : germinare, descreșterea conținutului de nutrienți cu efecte asupra creșterii plantelor, reducerea creșterii tulpinilor și înhibarea creșterii rădăcinilor, reducerea cantității de biomasă, descreșterea conținutului de clorofilă. [Chibuike G.U. and Obiora S.C. 2014].

Concluzii

Existând o interacțiune între metalele grele și componenții solului în zona Copșa Mică, s-au determinat anumite particularități ale procesului de concentrare, transport, dispersie și reactivitate, în timp și spațiu. Toate acestea au fost caracterizate în această lucrare pentru a evidenția intensitatea poluării cu metale grele a solurilor și aplicarea unor metode de remediere a acestor soluri contaminate cu metale grele.

Analiza gradului de poluare cu metale grele a fost realizat pentru patru metale: Pb, Cu, Zn, Cd. Probele globale ale tipurilor de sol aluviosol și faeoziom au fost prelevate pentru a putea analiza concentrațiile în formă totală a celor patru metale grele și conținuturile în elementele nutritive și principalele proprietăți fizico-chimice ale solurilor cu rol în reținerea metalelor grele. De asemenea, au fost realizate analize de fracționare a metalelor grele pentru a putea identifica comportamentul metalelor grele în relație cu componenții solului.

În urma analizelor solurilor de tip aluviosol și faeoziom din zona Copșa Mică sub aspectul conținutului în metale grele, s-au obținut rezultate referitoare la excesul de metale grele din sol, cu evidențierea variației concentrației de metale grele la nivelul orizonturilor superioare și la nivelul profilelor de sol.

Contaminarea solurilor cu metale grele din zona cercetată este demonstrată de frecvența ridicată a depășirilor concentrației maxime admisibilă în special la Pb, Cu, Zn și Cd.

În procesul de tratare a solurilor cu amendamente naturale reprezentate prin tuf zeolitic si printr-un amestec de tuf cu deșeu organic, (materail organo-zeolitic) s-au obținut probele de substrat: CM-O sol netratat, CM-I sol tratat cu zeoliti, CM-II sol tratat cu material organo-zeolitic.

Verificarea eficienței metodei de tratare a fost realizată prin experimentul de creștere a plantelor pe o perioadă de două luni. A fost utilizată specia porumb.

Semințele de porumb utilizate pentru a verifica capacitatea porumbului de a crește pe substrat poluat cu metale grele au germinat și plantele au crescut până la maturitate obținându-se și boabe. Plantele au fost separate în rădăcină, tulpină, frunze și boabe și au fost analizate pentru concentrația celor 4 metale grele care sunt prezente și în sol.

Rezultatele au arătat că plantele de porumb au capacitatea de a creste pe sol poluat cu mai multe metale. Plantele s-au dezvoltat diferențiat pe cele trei variante de substrat. S-au obtinut concentratii asemănătoare pentru Zn dar diferențele sunt mari în cazul cuprului si a cadmiului a căror conținuturi sunt mult mai reduse în probele de substrat pe care au crescut plantele. În cazul cuprului si cadmiului concentrațiile cele mai mari sunt în rădăcina.

Problema deosebită care se pune în acest context este poluarea cu metale grele, care prin însuși caracterul lor chimic, se acumulează în mediu și persistă un timp foarte îndelungat

Excesul de metale grele din arealele conturate ca fiind puternic poluate, contribuie la distrugerea structurii solului, crează un mediu toxic pentru plante și microorganisme. Astfel este îngreunată descompunerea și mineralizarea materiei organice ceea ce duce la degradarea și reducerea fertilității solului

Bibliografie

Almås Å. R. and Singh B. R. 2001. Plant Uptake of Cadmium-109 and Zinc-65 at Different Temperature and Organic Matter Levels Published in J. Environ. Qual. 30:869–877.

Baker, A. J. M.: 1981 Accumulators and excluders – strategies in the response of plants to heavy metals. J. Plant Nutr., 1981, 3, 643-654.

Botnariuc N., Vădineanu, A., 1982, Ecologie, Ed. Didactică și Pedagogică, București

Bradl, H.B., 2004. Adsorption of heavy metal ions on soils and soils constituents. J.Colloid Interface Sci. 277, 1–18.

Bradl, H.B., 2005, Heavy Metals in the Environment: Origin, Interaction and Remediation, Elsevier Academic Press, p. 1-2

Chibuike G.U. and Obiora S.C., 2014, Heavy Metal Polluted Soils; Effect on Plants and Bioremediation Methals, Applied and Environmental Soil Science, Volume 2014

*Colectiv de cercetare de la Universitatea Lucian Blaga Sibiu 2007-2010. Remedierea și utilizarea durabilă a solurilor poluate cu metale grele din zona Copșa Mică; http://www.romanialibera.com/articole/articol.php?step=arti col&id=7739

Damian, F., Damian, G., Lăcătușu, R., Iepure, G. 2008. Heavy metals concentration of the soils around Zlatna and Copșa Mică smelters Romania. Carpth. Journal of Earth and Environmental Sciences, 3(2), 65–82.

Damian Floarea, Damian Gheorghe, Lăcătușu Radu, Postolache Carmen, Iepure Gheorghe, Jelea Marian & Nasui Daniel 2013. The Heavy Metals Immobilization In Polluted Soils From Romania By The Natural Zeolites Use Carpathian Journal of Earth and Environmental Sciences, November 2013, Vol. 8, No. 4, p. 231 – 250

Duffus, J.H., 2002, “Heavy metal”- a meaningless term? (IUPAC Technical Report), Pure Applied Chemistry 74: 793-807

Farsang, A.1996, Heavy Metal Distribution in SoUs in a Study Area in the Matra Mts. With Special Emphasis on Anthropogenic Sources. Ph.D. Thesis, Szeged University, Szeged (in Hungarian)

Florea, N, Munteanu, I, Băcăințan, N, Bălăcianu, V, Cârstea, S, 2003, Sistemul român de taxonomie a solurilor : SRTS, București

Gunn, A.M, Winnard, D.A., and Hunt, D.T.E., 1988, Trace metal speciation in sediments and soils, in Kramer, J.R., and Allen, H.E., eds., Metal Speciation: Theory, Analysis and Application, Lewis Publications, Boca Raton, Fla., p. 261-294.

Holhoș, I., Munteanu, I., Nistor, N, Paul, I., Radu, G., Schuster, A., (Coord.), 1981, Sibiu – Monografie, Editura Sport-Turism, București

Iordache V. (coord), 2009b, Raport de cercetare etapa 2 la proiectul 31043/2007 METAGRO, Universitatea din Bucuresti, www.metagro.cesec.ro

Intawongse Marisa & Dean John R.2006. Uptake of heavy metals by vegetable plants grown on contaminated soil and their bioavailability in the human gastrointestinal tract, Journal Food Additives & Contaminants Volume 23, 2006 – Issue 1

Kabala C., Singh B.R. (2001). Fractionation and mobility of copper, lead, and zinc in soil profiles in the vicinity of a copper smelter. Journal of Environment Quality, 30: 485–492.

Kabata-Pendias A. 2011. Trace Elements in Soils and Plants. Fourth Edition. Taylor and Francis Group, LLC.

Lasat, M.M. .2002. The use of plants for the removal of toxic metals from contaminated soils: 2002011154, U. S. environmental agency

Lăcătușu Radu, Kovacsovics Beatrice, 1994. Metodă pentru fracționarea metalelor grele din sol, Lucr. Conf. SNRSS, Tulcea, Publ. SNRSS, 28 A, 187-194.

McBride, M.B. 1989. Reactions controlling heavy metal solubility in soils Adv. Soil Sci. 10:1–56.

McLaughlin, M.J., E. Smolders, and R. Merckx. 1998. Soil–root interface: Physicochemical processes. p. 233–277. In P.M. Huang et al. (ed.) Soil chemistry and ecosystem health. SSSA Spec. Publ. 52. SSSA, Madison, WI.

Mench, M, Vangronsveld, J, Didier, V and Clijsters, H. 1994. Evaluating of metal mobility, plant availability and immobilization by chemical agents in a limed-silty soil. Environmental Pollution, 86: 279–286.

Moldovan, T. I., 2011, Caracterizare generală a zonei Copșa Mică, informație disponibilă pe Internet la adresa http://www.gsnicolaeteclu.ro/pagini/localizare/localizare.htm

Moldoveanu Anca Maria 2014. Assessment of Soil Pollution with Heavy Metals in Romania, Chapter 4 in Environmental Risk Assessment of Soil Contamination, pages 285-305

Morgan, R. 2013. Soil, Heavy Metals, and Human Health. In Brevik, E.C. & Burgess, L.C. (2013) Soils and Human Health. Boca Raton. FL: CRC Press, pp. 59-80.

Muntean Edward, Muntean Nicoleta, Mihăiescu Tania 2010. Cadmium and lead soil pollution in Copsa Mica area in relation with the food chain Research Journal of Agricultural Science, 42 (3), 2010 731

Němeček J., Podlešáková E., Pastuszková M. (1998). Use of the sequential analysis for the assessment of trace elements bonds in soils. Rostlinná Výroba, 44: 203–207.

Ordinul Ministrului Apelor, Pădurilor și Protecției Mediului nr. 756/1997 privind Reglementarea evaluării poluării mediului.

Ordinului Ministrului Apelor, Pădurilor și Protecției Mediului nr. 184/1997 privind Procedura de realizare a bilanțurilor de mediu.

Qihang Wu , Shizhong Wang , Palaniswamy Thangavel , Qingfei Li , Han Zheng , Jun Bai & Rongliang Qiu 2011. Phytostabilization Potential of Jatropha Curcas L. in Polymetallic Acid Mine Tailings, International Journal of Phytoremediation, Volume 13, 2011 – Issue 8, Published online: 02 Jun 2011

Salomons, W., and Förstner, U., 1984, Metals in the Hydrocycle: Berlin, Springer, 349 p. eds., 1988, Chemistry and biology of solid waste: Berlin, Springer-Verlag, 305 p.

Shanker Arun K., Cervantes Carlos, Avudainayagam S. 2005. Chromium toxicity in plants Environment International, Volume 31, Issue 5, July 2005, Pages 739-75

Sharma, A., Nagpal, A.K. 2018 Soil amendments: a tool to reduce heavy metal uptake in crops for production of safe food. Rev Environ Sci Biotechnol 17, 187–203 (2018). https://doi.org/10.1007/s11157-017-9451-0

Spacu P., Stan Marta, Gheorgiu Constanța, Brezeanu Maria, Tratat de chimie anorganică, Editura tehnică, București 1979, vol. III.

Wang X.S., Zhang P., Zhou H.Y., Fu J. 2012. Association of black carbon with polycyclic aromatic hydrocarbons and heavy metals in urban top soils and environmental implications. International Journal of Environmental Studies, 69 (5), 705, 2012.

World Health Organization (WHO). 1989. Environmental Health Criteria for Lead, Available from: http://www.inchem.org/documents/ehc/ehc/ehc85.htm. Accessed 2004 September 13.

Yoon Dong Hyun, Choi Won Seok, Hong Young Kyu, Lee Young Bok and Kim Sung Chul 2019. Efect of chemical amendments on reduction of bioavailable heavy metals and ecotoxicity in soil, l. Applied Biological Chemistry (2019) 62:53

Declarație pe proprie răspundere privind autenticitatea lucrării disertație

Subsemnata Dumitras (căs. Ariciu) Claudia Cornelia , legitimat cu C.I. seria MM nr. 964533, CNP 2781104243679 autorul lucrării Gradul de poluare cu metale a solurilor din zona Copșa Mică și evidențierea transferului acestora din sol în plante, elaborată în vederea susținerii examenului de finalizare a studiilor de MASTER la FACULTATEA DE ȘTIINȚE DEPARTAMENTUL DE CHIMIE-BIOLOGIE, Specializarea Protecția și Managementul Mediului din cadrul Universității Tehnice din Cluj-Napoca, sesiunea septembrie a anului universitar 2019-2020, declar pe proprie răspundere, că această lucrare este rezultatul propriei activități intelectuale, pe baza cercetărilor mele și pe baza informațiilor obținute din surse care au fost citate, în textul lucrării, și în bibliografie. Declar, că această lucrare nu conține porțiuni plagiate, iar sursele bibliografice au fost folosite cu respectarea legislației române și a convențiilor internaționale privind drepturile de autor. Declar, de asemenea, că aceasta lucrare nu a mai fost prezentată în fața unei alte comisii de examen de licență/diplomă/disertație. În cazul constatării ulterioare a unor declarații false, voi suporta sancțiunile administrative, respectiv, anularea examenului de licență/licență/disertație.

Nume, prenume Dumitras (căs. Ariciu) Claudia Cornelia Data 03.09.2020

Semnătura