Вход

Влияние почв на загрязнение токсическими веществами

Курсовая работа* по биологии
Дата добавления: 01 февраля 2003
Язык курсовой: Русский
Word, rtf, 467 кб
Курсовую можно скачать бесплатно
Скачать
Данная работа не подходит - план Б:
Создаете заказ
Выбираете исполнителя
Готовый результат
Исполнители предлагают свои условия
Автор работает
Заказать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу
* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.
Очень похожие работы
ПЛАН Введение 2 Характеристика почвенно-климатических условий Днепропетровской области 5 Краткая характеристик а почвы на территории Днепропетровской област и 7 Загрязнение почвы тяжелыми металлами 9 Загрязнение почвы пестицидами 20 Р екультивация и контроль за загрязнением почв тяжелыми металлами и пестицидами 23 Вывод 27 ВВЕДЕНИЕ Интенсификация сельского хозяйства , переход к индустриальны м методам производства , создание крупных агро промышленных и животноводческих комплексов , широ кий размах мелиоративного строительства и химизации сельскохозяйственных угодий в целя х устойчивого наращивания продовольственного фон да страны требуют особенно внимательного и бережного отношения к почве , как к сред ству производства и условий существован и я . Охрана почв , их рациональное исполь зование имеют первостепенное значение для эко номического и социального развития страны . Зн ачение современного состояния почвенных ресурсов , их рациональное использование , бережное отно шение к ним послужат приумножению их плодородия. Во второй половине двадцатого века объемы и темпы техногенного загрязнения окружающей среды на столько возросли , что потребовалось принятие специальных международных программ по охране природы . В 1972 году была разработана программа ООН по ок ружающей среде , включающая проблемы мониторинга природной среды в цел ях раннего предупреждения о наступающих естес твенных или антропогенных изменениях , которые могут причинить вред здоровью или благополуч ию людей. В СНГ создана общегосударственная система наблюдений и контроля за состоянием и уровнем загрязнения природной среды. Если в области контроля и охраны атмосферного воздуха и природных вод имеются определенные достижения , в том числе созд ана сеть специальных лабораторий , разработаны методы анализа и ПДК для довольно б ольшого числа веществ и элементов , то в области мониторинга и охраны почв успехи пока незначительны . Между тем именно почвен ный покров в конечном итоге принимает на себя давление потока промышленных и комм унальных выбросов и отходов , вы п ол няя важнейшую роль буфера и детоксиканта . Почва аккумулирует тяжелые металлы , пестициды , углеводороды , детергенты и другие химические загрязняющие вещества , предупреждая тем самым их поступление в природные воды и очищая от них атмосферный воздух . В поч в е многие химические загрязняющие вещества претерпевают глубокие изменения . Углеводороды , пестициды , детергенты и другие соединения , с одной стороны , могут быть минерализованы или трансформированы в вещества , не оказыва ющие токсического воздействия на почв у , микроорганизмы , растения , животных и че ловека. С другой стороны , эти же вещества или их производные , а также тяжелые металл ы , фтор , оксиды азота и серы в первонач альном или преобразованном виде интенсивно св язываются минеральными и органическими вещества ми почвы , что резко снижает их дос тупность растениям и соответственно общий уро вень токсичности. Наибольшей буферной емкостью и способност ью снижать негативное влияние загрязняющих ве ществ на растительные и животные организмы обладают почвы с высоким содер жанием гумуса , с тяжелым гранулометрическим составом , высокой емкостью поглощения , обогащенные изв естковыми материалами (карбонатами ). К таким по чвам относятся наиболее плодородные черноземы , некоторые рендзины , пойменные земли . Это пр идает почвам естеств е нную устойчивост ь к воздействию химических загрязняющих вещес тв и позволяет получать высокие и качеств енно полноценные урожаи важнейших сельскохозяйст венных культур даже в промышленно развитых регионах. К сожалению , природная сопротивляемость п очв , их есте ственная буферность не бес предельны . Согласно подсветам Б . Г . Розанова и других ученых по разным причинам в мире было потеряно около двух миллиардов гектаров сельскохозяйственных почв . Потери земе ль , вызванные только ирригацией , за последние триста лет со с тавили около с та млн . га , и примерно такая же площадь сейчас занята почвами с пониженной проду ктивностью , вследствие засоления . Очень велики потери гумуса , от которого зависят практиче ски все важнейшие свойства почв и их устойчивость к неблагоприятным сит у ац иям . По видимому , за период земледельческой культуры почвенный покров утратил до 15% исхо дного запаса органических веществ . Причем эти негативные явления особенно быстро протекают в последние десятилетия . Так , скорость по терь гумуса за последние пятьдес я т лет примерно в два с половиной раза превышала таковую на протяжении последних трехсот лет , а среднеисторическую скорость потерь гумуса – примерно в двадцать четы ре раза. Особенно сильное техногенное давление исп ытывают почвы в районах расположения крупны х промышленных предприятий , больших город ов , транспортных артерий . Нередким стало образ ование техногенных пустынь на территориях , не посредственно примыкающих к промышленным зонам различных предприятий , особенно химической и металлургической промышленности. В ближайшей к предприятию зоне содержание тяжелых ме таллов часто значительно превышает ПДК ; вслед ствие суммарного воздействия кислотных дождей и выпадений тяжелых металлов гибнет растит ельность , поверхность почвы обнажается ; незащищенн ая растительным по к ровом почва по двергается усиленной эрозии и дефляции , почве нный покров разрушается практически необратимо , и его восстановление требует уже очень крупных материальных и трудовых затрат. При характеристике почв очень трудно использовать широко применяемые п ри оценк е воды , воздуха , продуктов питания и кормо в понятия , например , ПДК тех или иных з агрязняющих веществ . В числе главных причин – многообразие форм соединений любых элем ентов и веществ в почвах , от которых з ависит доступность этих компонентов растени я м и , следовательно , их возможный токсический эффект . Поэтому при разработке принципов и организации почвенно-химического мо ниторинга приходится учитывать состав почвы , все ее составляющие , обладающие высокой сорбц ионной способностью , влияние условий на по д вижность и доступность химических веществ растениям . Наиболее значительное влияни е оказывает кислотность и щелочность почв , окислительно-восстановительный режим , содержание гу муса , легкорастворимые соли. Сопротивляемость почв химическому загрязнени ю также зависит от водного режима , в одопроницаемости , преобладания нисходящих или вос ходящих токов влаги и т.п . Эти показатели наряду с уровнем сорбционной способности почв , отражаются на защитных функциях почвы по отношению к гидросфере и атмосфере , влияют на пр о грессирующие накоплен ия в почвах химических загрязняющих веществ. Рассматривая проблемы загрязнения , мониторинг а и охраны почв , следует остановится на негативных последствиях применения органических и минеральных удобрений , различных мелиорирующи х средств. Простейший случай негативных последствий такого рода связан с уровнем содержания в удобрениях и мелиорантах тяжелых металлов , вторидов , других загрязняющих химич еских веществ . Специальными исследованиями было показано , что в некоторых регионах опасност ь з агрязнения почв , вод , растений вследствие химизации земледелия может быть более высокой , чем загрязнения за счет выбросов промышленных предприятий. Характеристика почвенно-климатических условий Днепроп етровской области Климатическая характеристика Клима т Днепропетровской области характеризуется жарким летом и относительно холодной зимой. Среднемесячная температура самого теплого месяца июля на юге области (Никополь ) – 22,6 С , а на северо-востоке (Павлоград ) – 21,8 С ; среднемесячная температ ура самого холодного месяца января в этих же пунктах соответственно – -5 С и – 6,1 С. Среднегодовое количество осадков по облас ти составляет 400-480 м м , около 2/3 из них выпадает в теплый период года. Устойчивый снежный покров образуется ежег одно , исключение составляет крайний юг област и , где он бывает в 50% зимой. Летом преобладают юго-восточные сухие вет ры , которые часто приносят значительный вред сел ьскому хозяйству. Для более четкого представления о кли матических ресурсах Днепропетровской области , ее территория условно разделена на агроклиматич еские районы. В основу районирования положены термическ ие ресурсы (суммы средних суточных температур ) период а с температурой выше десяти градусов и в качестве характеристики сте пени увлажнения территории – гидротермический коэффициент за этот же период. Исходя из этого , в зависимости от полученных величин гидротермических коэффициентов на территории области выде лено три агроклиматических района : I. северный недостаточно влажный ; II. центральный умеренный з асушливый ; III. южный засушливый. По термиче ским условиям северный район можно назвать теплым , а центральный и южный – очень теплыми. I. К северному недостаточн о влажному теплому району относятся : Котовский , Михайловский , Магдалиновский , Межевской , Перещепинский , Петропавловский , Царичанский , Петриковский и Юрьевский административные районы. II. Центральный умеренно за сушливый очень теплый район включает в се бя : Васильковский , Верхнеднепровский , Днепропетро вский , Криничанский , Новомосковский , Покровский , Пя тихатский , Павлоградский , Синельниковский , Солонянский административные районы. III. В южный засушливый очень теплый район входят : Апостоловский , Крив орожский , Никопольский , Новопокровский , Софиевски й , Широковский , Стоминский административный районы. Краткая характеристика почвы на территории Дн епропетровской области Простираясь всего лишь на двести километров с севе ра на юг и на двести семьдесят киломе тров с в остока на запад Днепропетровс кая область имеет такое разнообразие экологич еских условий , которое привело к формированию на ее территории двухсот семидесяти семи почвенных разновидностей , отличающихся по со ставу , физическим и биологическим свойствам , а , сл е довательно , и требующих индив идуальных подходов к их освоению и исполь зованию в сельском хозяйстве. Установлено , что восемьдесят процентов об щей площади Днепропетровской области занимают черноземные почвы разных подтипов (обыкновенные и южные ). На чернозем ы полнопрофильны е , залегающие на плоскоравнинных пространствах , приходится около 48,3% от общей земельной площ ади , в том числе на обыкновенные черноземы – около 42,3%, южные – 5,7%, солонцеватые – около 0,3%. На остальной территории области (15,1%) распрос транены лугово-черноземные , черноземно-луговые , лугово-болотные , болотные , а также дерновые по чвы , солончаки и солонцы . Под водой и б олотами области находится свыше ста семидесят и тысяч гектаров , под городами и дорогами более ста восьмидесяти тысяч гектар о в , нарушено – свыше тридцати трех тысяч гектаров . На эродированные почвы , расп олагающиеся на склонах различной крутизны и протяженности , различных форм и экспозиций приходится 36,6%, в том числе на слабо эроди рованные – 9,3%. В земельном фонде сельскохозяй ственны е угодья составляют 87,8%, в том числе под пашней 75,3% (или более 2000 тыс . га ). Естественные (незатронутые хозяйственной деят ельностью человека ) территории в настоящее вр емя составляют не более 3% всей площади обл асти . Из них 2,6% (или 152,4 тыс . га ) приходятс я на леса , которые располагаются , главным образом , на севере области – в балках (байрачные ), в поймах рек (пойменные ) и на песчаных террасах (аренные ). Около 1% из них приходится на лесные полезащитные полосы. Наиболее загрязненными являются п очвы Криворожья , спектр загрязнения которых включ ает элементы : кальций – в 6, никель – в 5, железо , цинк , фтор – в 3, магний , кадм ий , свинец – в 2 раза выше фона . Сильно загрязненными являются почвы Орджоникидзе – Никополь – Марганецкого тест-полигона , пр и чем основной «вклад» вносят марг анец – в среднем в 14 раз и фтор – в 5 раз выше фонового значения . Концентрац ия никеля , цинка и свинца в среднем в 2 раза превышает фон . Для Днепропетровской – Днепродзержинской агломерации характерен из быток цинка – в 4,3, свинца , кальци я , натрия и фтора – в 2, никеля и м еди – в 1,5, хрома и марганца – в 1,4 раза в среднем больше фона . В спектре загрязнения почв Западного Донбасса преобладают никель – в 4 раза , фтор , натрий – 2 раза выше фоновых концентраций . Почвы сельски х районов имеют примерно одинаковый уровень и спектр загрязнения , основными ком понентами которого являются цинк и фтор – в 2-3 раза , натрий – в 2 раза превышаю т фоновые значения. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВЫ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ Загрязнение почв тяжелыми металлами имее т разные источники : 1. отходы металлообрабатывающей промышле нности ; 2. промышленные выбросы ; 3. продукты сгорания топли ва ; 4. автомобильные выхлопы о тработанных газов ; 5. средства химизации сель ского хозяйства. Металлургическ ие предприятия ежегодно выбрасы вают на поверхность земли более 150 тыс . тонн меди , 120 тыс . тонн цинка , около 90 тыс . тонн свинца , 12 тыс . тонн никеля , 1,5 тыс . тонн молибдена , около 800 тонн кобальта и около 30 тонн рту ти . На 1 грамм черновой меди отходы медепла вильной промышленности с одержат 2,09 тонн пыли , в составе которой содержится до 15% меди , 60% окиси железа и по 4% мышьяка , ртут и , цинка и свинца . Отходы машиностроительных и химических производств содержат до 1 тыс . мг /кг свинца , до 3 тыс . мг /кг меди , до 10 тыс . мг /кг хрома и ж е леза , до 100 г /кг фосфора и до 10 г /кг марганца и никеля . В Силезии вокру г цинковых заводов громоздятся отвалы с с одержанием цинка от 2 до 12% и свинца от 0,5 до 3%, а в США эксплуатируют руды с соде ржанием цинка 1,8%. С выхлопными газами на поверхность по чв попадает более 250 тыс . тонн свинца в год ; это главный загрязнитель почв св инцом. Тяжелые металлы попадают в почву вмес те с удобрениями , в состав которых они входят как примесь , а также и с био цидами. Л . Г . Бондарев (1976) подсчитал возможные по ступлени я тяжелых металлов на поверхность почвенного покрова в результате производстве нной деятельности человека при полном исчерпа нии рудных запасов , в сжигании имеющихся з апасов угля и торфа и сравнение их с возможными запасами металлами , аккумулированных в гум о сфере к настоящему вре мени . Полученная картина позволяет составить представление о тех изменениях , которые челов ек в состоянии вызвать в течение 500-1000 лет , на которые хватит разведанных полезных иск опаемых. Возможное поступление металлов в биосферу при исч ерпании достоверных запасов руд , угля , торфа , млн . тонн Элемент Суммарный техногенный выброс металлов Содержится в гумосфере Отношение техногенного выброса к содержан ию в гумосфере Свинец 207,5 24,0 8,6 Мышьяк 739,0 12,0 61,6 Кадмий 7,4 1,2 6,2 Уран 590,4 2,4 246,0 Ртуть 0,55 0,024 27,1 Олово 295,7 19,0 15,6 Серебро 3,0 0,24 12,5 Отношение этих величин позволяет прогнози ровать масштаб влияния деятельности человека на окружающую среду , прежде всего на почве нный покров. Техногенное поступлен ие металлов в почву , закрепление их в гумусовых горизонта х в почвенном профиле в целом не може т быть равномерным . Неравномерность его и контрастность прежде всего связана с плотност ью населения . Если считать эту связь пропо рциональной , то 37,3% всех метал л ов бу дет рассеяно всего лишь в 2% обитаемой суши. Распределение тяжелых металлов по поверхн ости почвы определяется многими факторами . Он о зависит от особенностей источников загрязне ния , метеорологических особенностей региона , геохи мических факторов и ландш афтной обстановк е в целом. Источник загрязнения в целом определяет качество и количество выбрасываемого продукт а . При этом степень его рассеивания зависи т от высоты выброса . Зона максимального за грязнения распространяется на расстояние , равное 10-40-кратно й высоте трубы при высоком и горячем выбросе , 5-20-кратной высоте трубы при низком промышленном выбросе . Длительность нахождения частиц выброса в атмосфере за висит от их массы и физико-химических свой ств . Чем тяжелее частицы , тем быстрее они оседают. Нерав номерность техногенного распростран ения металлов усугубляется неоднородностью геохи мической обстановке а природных ландшафтах . В связи с этим , для прогнозирования возможн ого загрязнения продуктами техногенеза и пред отвращения нежелательных последствий дея т ельности человека необходимо понимание за конов геохимии , законов миграции химических э лементов в различных природных ландшафтах или геохимической обстановке. Химические элементы и их соединения п опадая в почву претерпевают ряд превращений , рассеиваются или накапливаются в завис имости от характера геохимических барьеров , с войственных данной территории . Понятие о геох имических барьерах было сформулировано А . И . Перельманом (1961) как участках зоны гипергенеза , на которых изменение условий миграции прив одит к накоплению химических элементо в . В основу классификации барьеров положены виды миграции элементов . На этом основании А . И . Перельман выделяет четыре типа и несколько классов геохимических барьеров : 1. барьеры – для всех элементов , которые биогеохимические перераспределяются и сортируются живыми организмами (кислород , углерод , водород , кальций , калий , азот , кремний , марганец и т.д .); 2. физико-химические барьеры : 1) окислительные – железные или железно-марганцевые (железо , марганец ), марганцевые ( марганец ), серный (сера ); 2) восстановительные – су льфидный (железо , цинк , никель , медь , кобальт , свинец , мышьяк и др .), глеевый (ванадий , ме дь , серебро , селен ); 3) сульфатный (барий , кальци й , стронций ); 4) щелочной (железо , кальций , магний , медь , стронций , никель и др .); 5) кислый (оксид кремния ); 6) испарительный (кальций , н атрий , магний , сера , фтор и т.д .); 7) адсорбционный (кальций , к алий , магний , фосфор , сера , свинец и др .); 8) термодинамический (кальций , сера ). 3. механические барьеры (железо , титан , хром , нике ль и др .); 4. техногенные барьеры. Геохимические барьеры существуют не изолированно , а в сочетании друг с другом , образуя сложные комплексы . Они регулируют элементный состав потоков веществ , от них в большей мер е зависит функционирование экосистем. Продукт ы техногенеза в зависимости от их природы и той ландшафтной обстан овки , в которую они попадают , могут либо перерабатываться природными процессами , и не вызывать существенных изменений в природе , либо сохраняться и накапливаться , губительно влияя на все жи в ое. И тот и другой процесс определяются рядом факторов , анализ которых позволяет су дить об уровне биохимической устойчивости лан дшафта и прогнозировать характер их изменений в природе под влиянием техногенеза . В автономных ландшафтах развиваются процессы с амоочищения от техногенного загрязнения , так как продукты техногенеза рассеиваются пов ерхностными и внутрипочвенными водами . В акку мулятивных ландшафтах накапливаются и консервиру ются продукты техногенеза. Содержание тяжелых металлов в компонентах биосфе ры Элемент Промышленные стоки , кг /л Почва , мг /кг Растения , мг /кг Вода питьевая , м г /л Воздух , мг /м 3 ПДК в крови человека , мг /л Рт уть 0,01 0,1 0,0001-100* 0,005 0,01 0,02 Свинец 0,7 0,1-2 10-7600 10 10-1000* 0,05 0,01 0,3* 0,6 Кадмий 0,06 0,06 * У автостр ад в зависимости от интенсивности движения и расстояния до автострады Всевозрастающе е внимание к охране окружающей среды вызв ал особый интерес к вопросам воздействия на почву тяжелых металлов. С исторической точки зрения интерес к этой проблем е появился с исследовани ем плодородия почв , поскольку такие элементы , как железо , марганец , медь , цинк , молибден и , возможно , кобальт , очень важны для жизни растений и , следовательно , для животных и человека. Они известны и под названием микроэле ментов , по тому , что необходимы растениям в малых количествах . К группе микроэлементо в относятся также металлы , содержание которых в почве довольно высокое , например , желез о , которое входит в состав большинства поч в и занимает четвертое место в составе земной коры ( 5 %) после кислорода (46,6%), кремния (27,7%) и алюминия (8,1%). Все микроэлементы могут оказывать отрицат ельное влияние на растения , если концентрация их доступных форм превышает определенные пределы . Некоторые тяжелые металлы , например , ртуть , свинец и кад мий , которые , по всей видимости , не очень важны для ра стений и животных , опасны для здоровья чел овека даже при низких концентрациях. Выхлопные газы транспортных средств , выво з в поле или станции очистки сточных вод , орошение сточными водами , отходы , остатк и и выбросы при эксплуатации шахт и промышленных площадок , внесение фосфорных и органических удобрений , применение пестицидов и т.д . привели к увеличению концентраций тяжелых металлов в почве. До тех пор , пока тяжелые металлы п рочно связаны с составными ча стями по чвы и труднодоступны , их отрицательное влияни е на почву и окружающую среду будет н езначительным . Однако , если почвенные условия позволяют перейти тяжелым металлам в почвенны й раствор , появляется прямая опасность загряз нения почв , возникает вероятн о сть проникновения их в растения , а также в организм человека и животных , потребляющие эти растения . Кроме того , тяжелые металлы могут быть загрязнителями растений и водоемо в в результате использования сточных ила вод . Опасность загрязнения почв и растени й зависит : от вида растений ; форм химических соединений в почве ; присутствия элементов противодействующих влиянию тяжелых м еталлов и веществ , образующих с ними компл ексные соединения ; от процессов адсорбции и десорбции ; количества доступных форм этих м етал л ов в почве и почвенно-климат ических условий . Следовательно , отрицательное влия ние тяжелых металлов зависит , по существу , от их подвижности , т.е . растворимости. Тяжелые металлы в основном характеризуютс я переменной валентностью , низкой растворимостью их ги дроокисей , высокой способностью образовывать комплексные соединения и , естественн о , катионной способностью. К факторам , способствующим удержанию тяже лых металлов почвой относятся : обменная адсор бция поверхности глин и гумуса , формирование комплексных соеди нений с гумусом , адс орбция поверхностна и окклюзирование (растворяющи е или поглощающие способности газов расплавле нными или твердыми металлами ) гидратированными окислами алюминия , железа , марганца и т.д ., а также формирование нерастворимых соединений , осо б енно при восстановлении. Тяжелые металлы в почвенном растворе встречаются как в ионной так и в связ анной формах , которые находятся в определенно м равновесии (рис . 1). Рис . 1 На рисунке Л р – растворимые лиганды , какими являются органические кислоты с малым молекулярным весом , а Л н – нерастворимые . Реакция металлов (М ) с гу мусовыми веществами включает частично и ионный обмен. Конечно , в почве могут присутствовать и другие формы металлов , которые не участв уют непосредственно в этом равновесии , наприм ер , металлы из кристаллической решетки первич ных и вторичных минералов , а также металлы из живых организмов и их отме рши х остатков. Наблюдение за изменением тяжелых металлов в почве невозможно без знания факторов , определяющих их подвижность . Процессы передвиж ения удержания , обуславливающие поведение тяжелых металлов в почве , мало чем отличаются от процессов , определяющ их поведение др угих катионов . Хотя тяжелые металлы иногда обнаруживаются в почвах в низких концентра циях , они формируют устойчивые комплексы с органическими соединениями и вступают в сп ецифические реакции адсорбции легче , чем щело чные и щелочноземельные м е таллы. Миграция тяжелых металлов в почвах мо жет происходить с жидкостью и суспензией при помощи корней растений или почвенных микроорганизмов . Миграции растворимых соединений происходит вместе с почвенным раствором (дифф узия ) или путем перемещения самой жи дк ости . Вымывание глин и органического вещества приводит к миграции всех связанных с ними металлов . Миграция летучих веществ в газообразной форме , например , диметила ртути , носит случайный характер , и этот способ перемещения не имеет особого значения . Миг р ация в твердой фазе и проник новение в кристаллическую решетку являются бо льше механизмом связывания , чем перемещения. Тяжелые металлы могут быть внесены ил и адсорбированы микроорганизмами , которые в с вою очередь , способны участвовать в миграции соответству ющих металлов. Дождевые черви и другие организмы мог ут содействовать миграции тяжелых металлов ме ханическим или биологическим путями , перемешивая почву или включая металлы в свои тка ни. Из всех видов миграции самая важная – миграция в жидкой фазе , потому ч то большинство металлов попадает в по чву в растворимом виде или в виде вод ной суспензии и фактически все взаимодействия между тяжелыми металлами и жидкими соста вными частями почвы происходит на границе жидкой и твердой фаз. Тяжелые металлы в почве через тр офическую цепь поступают в растения , а затем потребляются животными и человеком . В круговороте тяжелых металлов участвуют р азличные биологические барьеры , вследствие чего происходит выборочное бионакопление , защищающее живые организмы от избытка этих элем е нтов . Все же деятельность биологи ческих барьеров ограничена , и чаще всего т яжелые металлы концентрируются в почве . Устой чивость почв к загрязнению ими различна в зависимости от буферности. Почвы с высокой адсорбционной способность ю соответственно и высоким содержанием глин , а также органического вещества могут удерживать эти элементы , особенно в верхних горизонтах . Это характерно для карбонатных почв и почв с нейтральной реакцией . В этих почвах количество токсических соединений , которые могут быть вымыты в г рунтовые воды и поглощены растениями , значите льно меньше , чем в песчаных кислых почвах . Однако при этом существует большой риск в увеличении концентрации элементов до т оксичной , что вызывает нарушение равновесия ф изических , химических и биологических про ц ессов в почве . Тяжелые металлы , удерж иваемые органической и коллоидной частями поч вы , значительно ограничивают биологическую деятел ьность , ингибируют процессы иттрификации , которые имеют важное значение для плодородия поч в. Песчаные почвы , которые характер изуют ся низкой поглотительной способностью , как и кислые почвы очень слабо удерживают тяже лые металлы , за исключением молибдена и се лена . Поэтому они легко адсорбируются растени ями , причем некоторые из них даже в оч ень малых концентрациях обладают токсичн ы м воздействием. Содержание в почве свинца обычно коле блется от 0,1 до 20 мг /кг . Свинец отрицательно влияет на биологическую деятельность в п очве , ингибирует активность ферментов уменьшением интенсивности выделения двуокиси углерода и численности микроорган измов. Содержание цинка в почве колеблется о т 10 до 800 мг /кг , хотя чаще всего оно составляет 30-50 мг /кг . Накопление избыточного кол ичества цинка отрицательно влияет на большинс тво почвенных процессов : вызывает изменение ф изических и физико-химических сво йств поч вы , снижает биологическую деятельность . Цинк п одавляет жизнедеятельность микроорганизмов , вследстви е чего нарушаются процессы образования органи ческого вещества в почвах . Избыток цинка в почвенном покрове затрудняет ферментацию раз ложения целлюлоз ы , дыхания , действия уреазы. Тяжелые металлы , поступая из почвы в растения , передаваясь по цепям питания , о казывают токсическое действие на растения , жи вотных и человека. Среди наиболее токсичных элементов прежде всего следует назвать ртуть , которая пред ста вляет наибольшую опасность в форме сильнотоксичного соединения – метилртути . Ртут ь попадает в атмосферу при сжигании камен ного угля и при испарении вод из загр язненных водоемов . С воздушными массами она может переноситься и откладываться на почв ах в отдел ь ных районах . Исследован ия показали , что ртуть хорошо сорбируется в верхних сантиметрах перегнойно-аккумулятивного горизонта разных типов почв суглинистого меха нического состава . Миграция ее по профилю и вымывание за пределы почвенного профиля в таких почв а х незначительна . О днако в почвах легкого механического состава , кислых и обедненных гумусом процессы миг рации ртути усиливаются . В таких почвах пр оявляется также процесс испарения органических соединений ртути , которые обладают свойствами летучести. При вн есении ртути на песчаную , глинистую и торфяную почвы из расчета 200 и 100 кг /га урожай на песчаной почве по лностью погиб не зависимо от уровня извес ткования . На торфяной почве урожай понизился . На глинистой почве произошло снижение ур ожая только при низко й дозе изв ести. Свинец также обладает способностью переда ваться по цепям питания , накапливаясь в тк анях растений , животных и человека . Доза с винца , равная 100 мг /кг сухого веса корма , считается летальной для животных. Свинцовая пыль оседает на поверхности п очв , адсорбируется органическими веществам и , передвигается по профилю с почвенными р астворами , но выносится за пределы почвенного профиля в небольших количествах. Благодаря процессам миграции в условиях кислой среды образуются техногенные аномалии свинца в почвах протяженностью 100 м . Свинец из почв поступает в растения и накапливается в них . В зерне пшеницы и ячменя количество его в 5-8 раз превышает фоновое содержание , в ботве , картофеле – более чем в 20 раз , в клубнях – более чем в 26 раз. Кадмий , подобн о ванадию и цинку , аккумулируется гумусовой толще почв . Характер его распределения в почвенном профиле и ландшафте , видимо , имеет много общего с другими металлами , в частности с характером распределения свинца. Однако , кадмий закрепляется в почвенном профи ле менее прочно , чем свинец . Ма ксимальная адсорбция кадмия свойственна нейтраль ным и щелочным почвам с высоким содержани ем гумуса и высокой емкостью поглощения . С одержание его в подзолистых почвах может составлять от сотых долей до 1 мг /кг , в черноземах – до 15-30, а в красно земах – до 60 мг /кг. Многие почвенные беспозвоночные концентрирую т кадмий в своих организмах . Кадмий усваив ается дождевыми червями , мокрицами и улитками в 10-15 раз активнее , чем свинец и цинк . Кадмий токсичен для сельскохозяйственных р астений , и даже , если высокие концентр ации кадмия не оказывают заметного влияния на урожай сельскохозяйственных культур , токсичн ость его сказывается на изменении качества продукции , так как в растениях происходит повышения содержания кадмия. Мышьяк попадае т в почву с про дуктами сгорания угля , с отходами металлургич еской промышленности , с предприятий по произв одству удобрений . Наиболее прочно мышьяк удер живается в почах , содержащих активные формы железа , алюминия , кальция . Токсичность мышьяка в почвах всем и звестна . Загрязнен ие почв мышьяком вызывает , например , гибель дождевых червей . Фоновое содержание мышьяка в почвах составляет сотые доли миллиграмма на килограмм почвы. Фтор и его соединения находят широкое применение в атомной , нефтяной , химической и др . видах промышленности . Он попадае т в почву с выбросами металлургических пр едприятий , в частности , алюминиевых заводов , а также как примесь при внесении суперфосф ата и некоторых других инсектицидов. Загрязняя почву , фтор вызывает снижение урожая не только бл агодаря прямому токсическому действию , но и изменяя соотношен ие питательных веществ в почве . Наибольшая адсорбция фтора происходит в почвах с хорошо развитым почвенным поглощающим комплексом . Растворимые фтористые соединения перемещаются по почвенному про ф илю с нисход ящим током почвенных растворов и могут по падать в грунтовые воды . Загрязнение почвы фтористыми соединениями разрушает почвенную ст руктуру и снижает водопроницаемость почв. Цинк и медь менее токсичны , чем на званные тяжелые металлы , но избыточное и х количество в отходах металлургической промы шленности загрязняет почву и угнетающе действ ует на рост микроорганизмов , понижает фермент ативную активность почв , снижает урожай расте ний. Следует отметить усиление токсичности тяж елых металлов при их совмест ном возде йствии на живые организмы в почве . Совмест ное воздействие цинка и кадмия оказывает в несколько раз более сильное ингибирующее действие на микроорганизмы , чем при такой же концентрации каждого элемента в отдельн ости. Поскольку тяжелые металлы и в п родуктах сгорания топлива , и в выброса х металлургической промышленности встречаются об ычно в различных сочетаниях , то действие и х на природу , окружающую источники загрязнени я , бывает более сильным , чем предполагаемое на основании концентрации отдельных эл е ментов. Вблизи предприятий естественные фитоценозы предприятий становятся более однообразными по видовому составу , так как многие виды не выдерживают повышения концентрации тяжелых металлов в почве . Количество видов может сокращаться до 2-3, а иногда до об ра зования моноценозов. В лесных фитоценозах первыми реагируют на загрязнения лишайники и мхи . Наиболее устойчив древесный ярус . Однако длительное или высокоинтенсивное воздействие вызывает в нем сухостойкие явления. Загрязнение почвы пестицидами Пестицид ы – это в основном о рганические соединения с малым молекулярным в есом и различной растворимостью в воде . Хи мический состав , их кислотность или щелочност ь , растворимость в воде , строение , полярность , величина и поляризация молекул – все эти особенности вме с те или каждая в отдельности оказывает влияние на проце ссы адсорбции-десорбции почвенными коллоидами . При нимая во внимание названные особенности пести цидов и сложный характер связей в процесс е адсорбции-десорбции коллоидами они могут бы ть разделены на два б ольших кла сса : полярные и неполярные , а не вошедшие в эту классификацию , например , хлорорганическ ие инсектициды – на ионные и неионные. Пестициды , которые содержат кислотные или основные группы , либо ведут себя при диссоциации как катионы , составляют групп у ионных соединений . Пестициды , не обладающие ни кислой , ни щелочной реакцией составляю т группу неионных соединений. На характер химических соединений и с пособность почвенных коллоидов к адсорбции и десорбции оказывает влияние : природа функцио нальных групп и групп замещения по отношению к функциональным группам и степень насыщенности молекулы . На адсорбцию молекул пестицидов почвенными коллоидами значительное влияние оказывает характер молекулярных зарядо в , причем определенную роль играет полярность молеку л . Неравномерное распределение зарядов увеличивает диссиметрию молекулы и ее реактивность. Почва в основном выступает в качестве преемника пестицидов , где они разлагаются и откуда постоянно перемещаются в растения или окружающую среду , либо в качестве храни лища , где некоторые из них мог ут существовать много лет спустя после вн есения. Пестициды – тонкодисперсные вещества – в почве подвержены многочисленным воздействи ям биотического и небиотического характера , н екоторые определяют их поведение , преобразование и , наконец , минерализацию . Тип и скор ость преобразований зависит от : химической ст руктуры действующего вещества и его устойчиво сти , механического состава и строения почв , химических свойств почв , состава флоры и фауны почв , интенсивности влияния внешних в о здействий и системы ведения сель ского хозяйства. Адсорбция пестицидов в почве – компл ексный процесс , зависящий от многочисленных ф акторов . Она играет важную роль в перемеще нии пестицидов и служит для временного по ддержания в парообразном или растворенном с остоянии или в виде суспензии на поверхности почвенных частиц . Особо важную ро ль в адсорбции пестицидов играют ил и органическое вещество почвы , составляющие «колл оидальный комплекс» почвы . Адсорбция сводится к ионно-катионному обмену отрицательно заряжен н ых илистых частиц и кислотных групп гумусовых веществ , либо анионному , бла годаря присутствию гидроксидов металлов ( Al ( OH ) 3 и Fe ( OH ) 3 ) или происходит в форме молекулярного обмена . Если адсорбированные м олекулы нейтральны , то они удерживаются на поверхности илистых частиц и гумусовых коллоидов двухполюсными силами , водородными свя зями и дисперсными силами . Адсорбция играет первостепенную роль в накоплении пестицидов в почве , которые адсорбируются ионным обмен ом или в форме нейтральных молекул в зависимости о т их природы. Передвижение пестицидов в почве происходи т с почвенным раствором или одновременно с перемещением коллоидных частиц , на которых они адсорбированы . Это зависит как от процессов диффузии так и массового тока (разжижение ), которые представляют соб ой обычный способ вымывания. При поверхностном стоке , вызываемом осадк ами или орошением , пестициды передвигаются в растворе или суспензии , скапливаясь в угл ублениях почвы . Данная форма передвижения пес тицидов зависит от рельефа местности , эродиро ванности п очв , интенсивности осадков , степ ени покрытия почв растительностью , периода вр емени , прошедшего с момента внесения пестицид а . Количество пестицидов , передвигающихся с по верхностным стоком , составляет более 5% от внесе нного в почву . По данным румынского НИИ почвоведения и агрохимии на стоко вых площадках в экспериментальном центре Алде ны в результате промывных дождей одновременно с почвой происходит и потеря триазина . На стоковых площадках с уклоном 2,5% в Бил чешть-Арджече в поверхностных водах были обна ружен ы остаточные количества ГХЦГ о т 1,7 до 3,9 мг /кг , а в суспензии – от 0,041 до 0,085 мг /кг ГХЦГ и от 0,009 до 0,026 мг /кг ДДТ. Вымывание пестицидов по профилю почв заключается их передвижении вместе с циркулир ующей в почве водой , что обусловлено в основном ф изико-химическими свойствами почв , направлением движения воды , а также проц ессами адсорбции и десорбции пестицидов колло идными частицами почвы . Так , в почве , ежего дно в течение длительного времени обрабатывае мой ДДТ в дозе 189 мг /га , через 20 лет обнаруже н о 80% этого пестицида , проникше го на глубину 76 см. По данным исследований , проведенных в Румынии , не трех различных почвах (аллювиально й очищенной , типичной солончаковой , мощном чер ноземе ), где проводились обработки хлорорганически ми инсектицидами (ГЦХГ и ДДТ ) в течен ие 25 лет (при орошении в течение последнего десятилетия ), остаточные количества пестицидов достигли глубины 85 см в типичном солончаке , 200 см в аллювиальной очищенной почве и 275 см в перерытом черноземе при концентрации 0,067 мг /кг ГЦХГ и с оответственно 0,035 мг /кг ДДТ на глубине 220 см. На пестициды , попавшие в почву , оказыв ают влияние различные факторы как в перио д их эффективности , так и в дальнейшем , когда препарат уже становится остаточным . П естициды в почве подвержены разложению , обусл овленному небиотическими и биотическими ф акторами и процессами. Физические и химические свойства почв влияют на преобразования , находящихся в ней пестицидов . Так глины , окислы , гидроокислы и ионы металлов , а также органическое в ещество почвы выполняют роль катализаторов во многих реакциях разложения пестицидов . Гидролиз пестицидов идет при участии грунт овой воды . В результате реакции со свободн ыми радикалами гумусовых веществ происходит и зменение составных частиц почвы и молекулярно го строения пестицидов. В о многих работах подчеркивается большое значение почвенных микроорганизмов в разложении пестицидов . Существует очень мало действующих веществ , не разлагающихся биологическ им путем . Продолжительность разложения пестицидов микроорганизмами может колебаться о т нескольких дней до нескольких месяц ев , а иногда и десятков лет , в зависимо сти от специфики действующего вещества , видов микроорганизмов , свойств почв . Разложение дей ствующих веществ пестицидов осуществляется бакте риями , грибами и высшими растениями. Обыч но разложение пестицидов , особенн о растворимых , реже адсорбированных почвенными коллоидами , происходит при участии микроорганиз мов. Грибы участвуют главным образом в раз ложении слаборастворимых и слабоадсорбируемых по чвенными коллоидами гербицидов. Рекуль тивация и контроль за загрязнением почв тяжелыми металлами и пестицидами Выявление загрязнения почв тяжелыми метал лами производят прямыми методами отбора почве нных проб на изучаемых территориях и их химического анализа на содержание тяжелых металлов . Эффе ктивно также использовать д ля этих целей ряд косвенных методов : визуа льная оценка состояния фитогенезов , анализ ра спространения и поведения видов – индикаторо в среди растений , беспозвоночных и микроорган измов. Для выявления пространственных закономерност ей проявления загрязнения почв используют сравнительно-географический метод , методы картирова ния структурных компонентов биогеоценозов , в том числе и почв . Такие карты не тольк о регистрируют уровень загрязнения почв тяжел ыми металлами и соответствующие изме н ения в напочвенном покрове , но позволя ют прогнозировать изменение состояния природной среды. Рекомендовано отбирать образцы почв и растительности по радиусу от источника заг рязнения с учетом господствующих ветров по маршруту протяженностью 25-30 км. Рассто яние от источника загрязнения для выявления ореола загрязнения может к олебаться в значительных пределах и в зав исимости от интенсивности загрязнения и силы господствующих ветров может изменяться от сотен метров до десятков километров. В США на борту ресурс ного спу тника ЭРТС -1 были установлены датчики для выяснения степени повреждения веймутовой сосны сернистым газом и почвы цинком . Источником загрязнения был цинкоплавильный завод , дейст вующий с дневным выбросом цинка в атмосфе ру 6,3-9 тонн . Зарегистрирован а концентрация цинка , равная 80 тыс . мкг /г в поверхност ном слое почвы в радиусе 800 м от завода . Растительность вокруг завода погибла в р адиусе 468 гектаров . Сложность использования дистанц ионного метода заключается в интеграции матер иалов , в необходимости при расшифровке полученных сведений серии контрольных тестов в районах конкретного загрязнения. Выявление уровня токсичности тяжелых мета ллов непросто . Для почв с разными механиче скими составами и содержанием органического в ещества этот уровень будет неоди наков . В настоящее время сотрудниками институтов гигиены предприняты попытки определить ПДК ме таллов в почве . В качестве тест-растений р екомендованы ячмень , овес и картофель . Токсичн ым уровень считался тогда , когда происходит снижение урожайности на 5-10%. Предложены П ДК для ртути – 25 мг /кг , мышьяка – 12-15, кадмия – 20 мг /кг . Установлены некоторые губительные концентрации ряда тяжелых металлов в растениях (г /млн .): свинец – 10, ртуть – 0,04, хром – 2, кадмий – 3, цинк и марг анец – 300, медь – 150, кобаль т – 5, молибден и никель – 3, ванадий – 2. Защита почв от загрязнения тяжелыми м еталлами базируется на совершенствовании произво дства . Например , на производство 1 т хлора п ри одной технологии расходуют 45 кг ртути , а при другой – 14-18 кг . В перспективе счи тают возможным снизить эту величину д о 0,1 кг. Новая стратегия охраны почв от загряз нения тяжелыми металлами заключена также в создании замкнутых технологических систем , в организации безотходных производств. Отходы химической и машиностроительной пр омышле нности также представляют собой цен ное вторичное сырье . Так отходы машиностроите льных предприятий являются ценным сырьем для сельского хозяйства из-за фосфора. В настоящее время поставлена задача о бязательной проверки всех возможностей утилизаци и каждого в ида отходов , прежде их захоронения или уничтожения. При атмосферном загрязнении почв тяжелыми металлами , когда они концентрируются в бо льших количествах , но в самых верхних сант иметрах почвы , возможно удаление этого слоя почвы и его захоронение. В последне е время рекомендован ря д химических веществ , которые способны инакти вировать тяжелые металлы в почве или пони зить их токсичность . В ФРГ предложено прим енение ионообменных смол , образующих хелатные соединения с тяжелыми металлами . Их применяют в кислотной и солевой формах или в смеси той и другой форм. В Японии , Франции , ФРГ и Великобритани и одна из японских фирм запатентовала спо соб фиксирования тяжелых металлов меркапто -8-т риазином . При использовании этого препарата к адмий , свинец , медь , ртуть и никель про чно фиксируются в почве в виде не растворимой и недоступной для растений форм. Известкование почв уменьшает кислотность удобрений и растворимость свинца , кадмия , мышь яка и цинка . Поглощение их растениями резк о уменьшается . Кобальт , никель , медь и марг анец в нейтральной или слабощелочной ср еде также не оказывают токсического действия на растения. Органические удобрения , подобно органическому веществу почв , адсорбируют и удерживают в поглощенном состоянии большинство тяжелых ме таллов . Внесение органических удо брений в высоких дозах , использование зеленых удобрен ий , птичьего помета , муки из рисовой солом ы снижают содержание кадмия и фтора в растениях , а также токсичность хрома и других тяжелых металлов. Оптимизация минерального питания растений путем регулирован ия состава и доз удобрений также снижает токсическое действие отдельных элементов . В Англии в почвах , за раженных свинцом , мышьяком и медью , задержка появления всходов снималась при внесении м инеральных азотных удобрений . Внесение повышенных доз фосфора ум е ньшало токсичное действие свинца , меди , цинка и кадмия . При щелочной реакции среды на заливных р исовых полях внесение фосфорных удобрений вел о к образованию нерастворимого и труднодоступ ного для растений фосфата кадмия. Однако , известно , что уровень токси чности тяжелых металлов неодинаков для разных видов растений . Поэтому снятие токси чности тяжелых металлов оптимизацией минеральног о питания должно быть дифференцировано не только с учетом почвенных условий , но и вида и сорта растений. Среди естественных ра стений и сел ьскохозяйственных культур выявлен ряд видов и сортов , устойчивых к загрязнению тяжелыми металлами . К ним относятся хлопчатник , свекл а и некоторые бобовые . Совокупность предохран ительных мер и мер по ликвидации загрязне ния почв тяжелыми металла м и дает возможность защитить почвы и растения от токсического их воздействия. Одно из основных условий охраны почв от загрязнения биоцидами – создание и применение менее токсичных и менее стойких соединений и внесение их в почву и уменьшение доз их внесения в почву . Существует несколько способов , позволяющих уме ньшить дозу биоцидов без снижения эффективнос ти их возделывания : · сочетание применения пестицидов с другими приемами . Интегрированный метод борь бы с вредителями – агротехнический , биологич еский , хими ческий и т.д . При этом с тавится задача не уничтожить целый вид це ликом , а надежно защитить культуру . Украинские ученые применяют микробиопрепарат в совокупн ости с небольшими дозами пестицидов , который ослабляет организм вредителя и делают ег о более воспри и мчивым к заболеван иям ; · применение перспективных форм пестицидов . Использование новых форм п естицидов позволяет существенно снизить норму расхода действующего вещества и свести к минимуму нежелательные последствия , в том ч исле и загрязнение почв ; · чередо вание примене ния токсикантов с неодинаковым механизмом дей ствия . Такой способ внесения химических средс тв борьбы предотвращает появление устойчивых форм вредителей . Для большинства культур реко мендуют 2-3 препарата с неодинаковым спектром де йствия. При обр аботке почвы пестицидами лишь небольшая часть их достигает мест приложения токси ческого действия растений и животных . Остальн ая часть накапливается на поверхности почв . Степень загрязнения почв зависит от многих причин и прежде всего от стойкости с амого б и оцида . Под стойкостью биоц ида понимают способность токсиканта противостоят ь разлагающему действию физических , химических и биологических процессов. Главный критерий детоксиканта – полный распад токсиканта на нетоксичные компоненты. вывод Почвенный покров Земли игра ет решающую роль в обеспечении человечества продуктами питания и сырьем для жизненно важных отраслей промышленности . Использование с этой целью продукции океана , гидропоники ил и искусственно синтезируемых веществ не может , по крайней мере в обо з римом будущем , заменить продукцию наземных экосист ем (продуктивность почв ). Поэтому непрерывный к онтроль за состоянием почв и почвенного п окрова – обязательное условие получения план ируемой продукции сельского и лесного хозяйст ва. Вместе с тем почвенный по кров является естественной базой для поселения людей , служит основой для создания рекреацион ных зон . Он позволяет создать оптимальную экологическую обстановку для жизни , труда и отдыха людей . От характера почвенного покро ва , свойств почвы , протекающих в п о чвах химических и биохимических процессов зависят чистота и состав атмосферы , назем ных и подземных вод . Почвенный покров – один из наиболее мощных регуляторов хими ческого состава атмосферы и гидросферы . Почва была и остается главным условием жизнеоб еспече н ия наций и человечества в целом . Сохранение и улучшение почвенного покрова , а , следовательно , и основных жизненных ресурсов в условиях интенсификации сельскохо зяйственного производства , развития промышленности , бурного роста городов и транспорта возможн о т олько при хорошо налаженном контроле за использованием всех видов почвенн ых и земельных ресурсов. Почва является наиболее чувствительной к антропогенному воздействию . Из всех оболочек Земли почвенный покров – самая тонкая оболочка , мощность наиболее плодор одного гумусированного слоя даже в черноземах не превышает , как правило , 80-100 см , а во мног их почвах большинства природных зон она с оставляет всего лишь 15-20 см . Рыхлое почвенное тело при уничтожении многолетней растительност и и распашке легко подверга е тся эрозии и дефляции. При недостаточно продуманном антропогенном воздействии и нарушении сбалансированных приро дных экологических связей в почвах быстро развиваются нежелательные процессы минерализации гумуса , повышается кислотность или щелочност ь , усилив ается соленакопление , развиваются восстановительные процессы – все это резк о ухудшает свойства почвы , а в предельных случаях приводит к локальному разрушению почвенного покрова . Высокая чувствительность , у язвимость почвенного покрова обусловлены огранич ен н ой буферностью и устойчивостью почв к воздействию сил , не свойственных ему в экологическом отношении. Даже чернозем потерпел за последние 100 лет весьма существенные изменения , вызывающие тревогу и обоснованные опасения за его да льнейшую судьбу . Все в боле е широких масштабах проявляется загрязнение почвы тяже лыми металлами , нефтепродуктами , детергентами , усил ивается влияние азотной и серной кислот т ехногенного происхождения , ведущие к формированию техногенных пустынь в окрестностях некоторых промышленных п р едприятий. Восстановление нарушенного почвенного покров а требует длительного времени и больших к апиталовложений .
© Рефератбанк, 2002 - 2024