Экзогенные химические вещества, пестициды — источники загрязнения почвы
Экзогенные химические вещества, вносимые в почву целенаправленно. В связи с высоким экономическим эффектом, связанным с использованием препаратов для борьбы с вредителями и болезнями растений и повышения урожайности, их применение во всем мире в XX в. возросло. Поэтому с каждым годом в почву поступает все большее количество пестицидов, минеральных веществ, структурообразователей почвы, стимуляторов роста растений и др.
Пестициды (от пест — вред и цидо — убиваю) — общепринятое в мировой практике собирательное название химических средств защиты растений. Пестициды используют для уничтожения или прекращения развития живых организмов (насекомых, клещей, бактерий, вирусов, спор грибов, вредной растительности и др.), наносящих ущерб растениеводству и животноводству. Как синонимы используют термины «сельскохозяйственные ядохимикаты», «агро-химикаты» и «химические средства защиты растений». Широкое применение пестицидов объясняется тем. что потенциальные ежегодные потери урожая в мире могут достигать вследствие действия вредителей 13,8%, в результате болезней — 11,6% и из-за сорняков — 9,5%, т. е. свыше третьей части (34,9%) мирового урожая (данные Международной продовольственной сельскохозяйственной организации при ООН — ФАО/ВОЗ). Использование химических средств защиты растений дает возможность сохранить пятую часть мирового урожая пшеницы, шестую — картофеля, половину урожая яблок. Применение пестицидов позволяет дополнительно собрать с каждого гектара сельскохозяйственных угодий 2-3 ц зерна, 5 ц риса, 15-20 ц картофеля.
Мировой ассортимент пестицидов насчитывает сегодня свыше 1000 наименований действующих веществ, из которых наиболее широко используют почти 700. На их основе получены и используют десятки тысяч различных препаративных форм пестицидов, в том числе комбинации нескольких (чаще всего 2-3) действующих веществ. Ежегодно в мире исследуют свыше 200 тыс. химических веществ для выявления их потенциальной пестицидной активности.
Мировое производство пестицидов достигает 2 млн т действующих веществ в год. Если произвести перерасчет всего количества пестицидов на 1 га площади возделываемых земель, то на каждый гектар в среднем в мире приходится 0,3 кг действующих веществ пестицидов, а среднерасчетная концентрация их в почве достигает 0,1 мг/кг. В мире уровень применения пестицидов различный. Так, по данным ВОЗ/ЮНЭП, средняя нагрузка пестицидов на 1 га площади пахотных земель в США в конце XX в. составляла 1,5 кг, в Европе — 1,9 кг в Украине 2,5 кг. В последнее время нормы расхода пестицидов уменьшались. Это связано, во-первых, с использованием действующих веществ новых химических классов, эффективных при меньших нормах расхода, а во-вторых, с использованием биологических средств защиты растений.
В Украине ежегодное использование пестицидов в конце XX в. достигло 190 тыс. т. Наибольший вклад в суммарную территориальную нагрузку вносили гербициды, предназначенные для борьбы с сорняками. Их доля достигала 53,8%. Доля фунгицидов (веществ для борьбы с грибковыми болезнями растений) составляла 25,1%, инсектицидов (для уничтожения насекомых- вредителей) и акарицидов (для уничтожения клещей на растениях) суммарно — 19,1%.
Фактическое содержание пестицидов в почве иногда значительно превышает среднерасчетное (0,1 мг/кг) и достигает в ряде стран катастрофических величин/. Такое загрязнение почвы пестицидами опасно как при прямом контакте человека с загрязненной почвой, так и при миграции пестицидов из почвы в контактирующие с ней среды (вода, воздух, растения). Кроме того, под действием пестицидов могут происходить количественные и качественные изменения популяций почвенных микроорганизмов, изменения микробиоценоза почвы, нарушающие процессы ее самоочищения. Поэтому бесконтрольное использование химических средств защиты растений приводит к необратимым изменениям в среде обитания человека.
Расширение ассортимента и объемов использования химических средств защиты растений во второй половине XX в. привело к увеличению количества случаев профессионального отравления людей пестицидами. Так, если за период 1945-1965 гг. в мире было зарегистрировано 40 тыс. случаев отравления людей пестицидами, то в последующие 20 лет только в развивающихся странах — 500 тыс. случаев острых отравлений агрохимикатами, в том числе 5 тыс. случаев с летальным исходом.
Миграция пестицидов из почвы в растения, атмосферный воздух, подземные и поверхностные водоемы приводит к увеличению нагрузки пестицидов не только на профессиональные контингента (сельскохозяйственных работников), но и на все население в целом, что создает реальную угрозу его здоровью. При этом прежде всего страдает детское население. Наибольшее влияние на заболеваемость населения оказывают хлорорганические и фосфорорганические пестициды, доля которых в суммарной территориальной нагрузке составляет около 15%. Ряд агрохимикатов, поступающих в организм человека из почвы по миграционным цепочкам, оказывает мутагенное действие, проявляющееся увеличением частоты точечных мутаций и хромосомных аберраций в соматических и половых клетках, приводящих к развитию новообразований, спонтанным абортам и перинатальной гибели плода, врожденным аномалиям развития, бесплодию и пр.
Сегодня уделяется большое внимание повышению безопасности применения пестицидов. С этой целью во всех странах мира строго ограничено использование пестицидов 1 -го класса опасности и стойких хлорорганических соединений (ДДТ, ГХЦГ), остановлено производство и запрещено использование полихлорированных бифенилов. Токсические и стойкие действующие вещества пестицидов заменяют более безопасными. Совершенствуют препаративные формы пестицидов с целью уменьшения подвижности и миграционной способности их действующих веществ. Научно обосновываются гигиенические нормативы и регламенты применения пестицидов: допустимая суточная доза; ПДК в почве, воде водоемов хозяйственно-питьевого водоснабжения, атмосферном воздухе и воздухе рабочей зоны; МДУ в продуктах питания; сроки выхода сельскохозяйственных работников на обработанные угодья; сроки ожидания между применением пестицидов и сбором урожая и др.
Источник
Загрязнение почвы пестицидами
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДAРСТВEННЫЙ ТEХНИЧEСКИЙ УНИВEРСИТEТ
«Кaфeдрa инженерных проблем экологии»
По учебной дисциплине «Экология»
На тему: «Загрязнение почв пестицидами»
Выполнил: Провeрил:
Студeнт ФЛА гр. МБ-31 Препод. В.В. Ларичкин
________ ______ ______ ______
«____» _________2013 г. «____» ____ _____ 2013 г.
2. Современное состояние почвенного покрова………………………………………..4-5
6. Поведение пестицидов в почве………………………………………………………..7-11
10. Выявление загрязнения почв…………………………………………………………..13-14
11. Последствия применения пестицидов…………………………………………………14-15
12. Защита почв от загрязнения…………………………………………………………….15-17
14. Список используемой литературы……………………………………………………..19
почвенный пестицид загрязнение гербицид
Плодородные земли, подаренные человеку, – это действительно сокровище, не менее, а даже более ценное, чем угольные пласты, нефтяные залежи, золотые жилы. Охрана почв от загрязнений является важной задачей человека, так как любые вредные соединения, находящиеся в почве, рано или поздно попадают в организм человека.
Во-первых, происходит постоянное вымывание загрязнений в открытые водоёмы и грунтовые воды, которые могут использоваться человеком для питья и других нужд.
Во-вторых, эти загрязнения из почвенной влаги, грунтовых вод и открытых водоёмов попадают в организмы животных и растений, употребляющих эту воду, а затем по пищевым цепочкам опять-таки попадают в организм человека.
В-третьих, многие вредные для человеческого организма соединения имеют способность кумулироваться в тканях, и, прежде всего, в костях. По оценкам исследователей, в биосферу поступает ежегодно около 20 – 30 млрд. т. твёрдых отходов, из них 50 – 60 % органических соединений, а в виде кислотных агентов газового или аэрозольного характера – около 1 млрд. т.
Земельные ресурсы играют большую роль в агропромышленном комплексе России. В настоящее время земельные ресурсы сильно истощены, причина тому – экология и связанные с ней проблемы. В данной работе сделана попытка изучить одну из наиболее важных на сегодняшний день проблем землепользования – загрязнение почв пестицидами и обозначить некоторые пути ее решения.
Почвенный покров вместе с его микромиром играет роль универсального биологического сорбента, тарификатора и нейтрализатора загрязнений, минерализатора различных органических веществ. Свойства почвы во многом определяются составом и численностью населяющей ее микрофлоры и микрофауны, устойчивостью почвенных микроорганизмов к внешним воздействиям, в том числе и к воздействию пестицидов. Бесконтрольное применение пестицидов может уже при жизни нашего поколения вызвать необратимые качественные сдвиги в среде обитания человека.
Современное состояние почвенного покрова
Почвенный покров Земли играет решающую роль в обеспечении человечества продуктами питания и сырьем для жизненно важных отраслей промышленности. Использование с этой целью продукции океана, гидропоники или искусственно синтезируемых веществ не может, по крайней мере в обозримом будущем, заменить продукцию наземных экосистем (продуктивность почв). Поэтому непрерывный контроль за состоянием почв и почвенного покрова – обязательное условие получения планируемой продукции сельского и лесного хозяйства.
Вместе с тем почвенный покров является естественной базой для поселения людей, служит основой для создания рекреационных зон. Он позволяет создать оптимальную экологическую обстановку для жизни, труда и отдыха людей. От характера почвенного покрова, свойств почвы, протекающих в почвах химических и биохимических процессов зависят чистота и состав атмосферы, наземных и подземных вод. Почвенный покров – один из наиболее мощных регуляторов химического состава атмосферы и гидросферы. Почва была и остается главным условием жизнеобеспечения наций и человечества в целом. Сохранение и улучшение почвенного покрова, а, следовательно, и основных жизненных ресурсов в условиях интенсификации сельскохозяйственного производства, развития промышленности, бурного роста городов и транспорта возможно только при хорошо налаженном контроле над использованием всех видов почвенных и земельных ресурсов.
Почва является наиболее чувствительной к антропогенному воздействию. Из всех оболочек Земли почвенный покров – самая тонкая оболочка, мощность наиболее плодородного гумусированного слоя даже в черноземах не превышает, как правило, 80-100 см, а во многих почвах большинства природных зон она составляет всего лишь 15-20 см. Рыхлое почвенное тело при уничтожении многолетней растительности и распашке легко подвергается эрозии и дефляции.
При недостаточно продуманном антропогенном воздействии и нарушении сбалансированных природных экологических связей в почвах быстро развиваются нежелательные процессы минерализации гумуса, повышается кислотность или щелочность, усиливается соленакопление, развиваются восстановительные процессы – все это резко ухудшает свойства почвы, а в предельных случаях приводит к локальному разрушению почвенного покрова. Высокая чувствительность, уязвимость почвенного покрова обусловлены ограниченной 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 дальнейшую судьбу. Все в более широких масштабах проявляется загрязнение почвы тяжелыми металлами, нефтепродуктами, детергентами, усиливается влияние азотной и серной кислот техногенного происхождения, ведущие к формированию техногенных пустынь в окрестностях некоторых промышленных предприятий.
Пестициды. Общие сведения
Пестициды – это в основном органические соединения с малым молекулярным весом и различной растворимостью в воде. Химический состав, их кислотность или щелочность, растворимость в воде, строение, полярность, величина и поляризация молекул – все эти особенности вместе или каждая в отдельности оказывает влияние на процессы адсорбции-десорбции почвенными коллоидами. Принимая во внимание названные особенности пестицидов и сложный характер связей в процессе адсорбции-десорбции коллоидами они могут быть разделены на два больших класса: полярные и неполярные, а не вошедшие в эту классификацию, например, хлорорганические инсектициды – на ионные и неионные.
Пестициды, которые содержат кислотные или основные группы, либо ведут себя при диссоциации как катионы, составляют группу ионных соединений. Пестициды, не обладающие ни кислой, ни щелочной реакцией составляют группу неионных соединений.
На характер химических соединений и способность почвенных коллоидов к адсорбции и десорбции оказывает влияние: природа функциональных групп и групп замещения по отношению к функциональным группам и степень насыщенности молекулы. На адсорбцию молекул пестицидов почвенными коллоидами значительное влияние оказывает характер молекулярных зарядов, причем определенную роль играет полярность молекул. 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 хранилища, где некоторые из них могут существовать много лет спустя после внесения.
К пестицидам (от лат. реstis – зараза, caedo – убиваю) относится комплекс химических препаратов, предназначенных для борьбы с животными и растениями – это различные инсектициды, гербициды, фунгициды и т.п. Подобные вещества в больших количествах поступают почти во все экосистемы.
В зависимости от характера использования пестициды разделяются на следующие группы:
Гербициды – для борьбы с сорными растениями
Альгициды – для уничтожения водорослей и другой водной растительности
Арборициды – для уничтожения нежелательной древесной и кустарниковой
Фунгициды – для борьбы с грибными болезнями растений
Бактерициды – для борьбы с бактериями и•бактериальными болезнями
Инсектициды – для борьбы с вредными насекомыми
Акарициды – для борьбы с клещами
Зооциды – для борьбы с грызунами
Лимациды – для борьбы с моллюсками
Нематоциды – для борьбы с круглыми червями
Афициды – для борьбы с тлями
К пестицидам относятся также химические средства торможения роста растений, препараты для удаления листьев (дефолианты) и подсушивания растений (десиканты).
Применение пестицидов резко снижает потери урожаев сельскохозяйственных культур, сокращает затраты в сельском хозяйстве в 2-3 раза, позволяет ежегодно экономить сельскохозяйственную продукцию на 10-12 млрд.р. Высокая экономическая эффективность пестицидов обусловливает неуклонный рост масштабов их применения. Годовое производство пестицидов в мире к настоящему времени превысило 2 млн.т; мировой ассортимент пестицидных препаратов насчитывает более 100 тыс. наименований на основе более чем 700 химических веществ, принадлежащих к самым различным классам органических и неорганических соединений.
Признавая несомненный положительный эффект химического способа борьбы с сорной растительностью, следует учитывать возможное побочное действие гербицидов на другие компоненты природных экосистем: животный мир, культурные и полезные дикорастущие растения, атмосферу, почвы, водоемы. Нежелательные последствия возникают чаще всего при систематической обработке больших площадей и связаны с появлением как токсикологических, так и экологических проблем. Наибольшую опасность представляют стойкие пестициды и их метаболиты, способные накапливаться и сохраняться в природной среде до нескольких десятков лет. При определенных условиях метаболиты пестицидов могут образовывать метаболиты второго порядка, роль, значение и влияние которых на окружающую среду во многих случаях остаются неизвестными.
Поведение пестицидов в почве
Пестициды – тонкодисперсные вещества – в почве подвержены многочисленным воздействиям биотического и небиотического характера, некоторые определяют их поведение, преобразование и, наконец, минерализацию. Тип и скорость преобразований зависит от: химической структуры действующего вещества и его устойчивости, механического состава и строения почв, химических свойств почв, состава флоры и фауны почв, интенсивности влияния внешних воздействий и системы ведения сельского хозяйства.
Для правильного понимания поведения пестицидов и любых других химических соединений в почве необходимо рассмотреть хотя бы важнейшие факторы, влияющие на миграцию, разложение, активность и продолжительность их сохранения в почве.
Вещества с высоким давлением паров сравнительно легко испаряются с поверхности почвы и далее в зависимости от строения с большей или меньшей скоростью подвергаются фотохимическому разложению или окислению под влиянием солнечного освещения, причем чем выше температура, тем быстрее происходит испарение вещества и его фотохимическое разложение. На скорость испарения существенное влияние оказывают также скорость движения воздуха над поверхностью почвы и состав почвы. Состав почвы оказывает существенное влияние на испарение вещества, поскольку меняется сорбирующая способность, и соответственно чем выше такая сорбирующая способность почвы для данного вещества, тем медленнее идет из данной почвы его испарение. В такой же степени сорбирующая способность почвы оказывает влияние и на вымываемость вещества в нижние слои почвы, как это уже отмечалось выше.
Разумеется, на персистентность пестицидов в почве большое влияние оказывает химическая стабильность вещества, в частности легкость гидролиза. Гидролиз водой является одним из наиболее важных процессов, который в большинстве случаев приводит к разложению пестицидов с образованием менее токсичных соединений. Для легкогидролизуемых веществ большое значение имеет влажность почвы: наиболее легко гидролиз пестицидов протекает во влажных почвах. Многие вещества, кроме того, легко окисляются кислородом воздуха; это особенно часто происходит в случае производных тио- и дитиофосфорной и фосфоновой кислот, а также при наличии в молекуле пестицида сульфидных и других легко окисляющихся групп. Отметим, что простое окисление в случае производных тионфосфорной и тиолфосфоновой кислот, как правило, приводит к получению более токсичных для позвоночных соединений, но после их гидролиза образуются вполне безопасные вещества.
Большое влияние на персистентность химических соединений в почве оказывают различные почвенные микроорганизмы, для которых пестициды нередко являются источником углерода. Даже очень стойкие в химическом отношении соединения разлагаются микроорганизмами почвы. Во многих случаях такое разложение начинается не сразу, а через некоторое время, необходимое для приспособления микроорганизмов к разрушению данного химического соединения. Наиболее легко разлагаются микроорганизмами почвы соединения алифатического ряда, а также гидроксилсодержащие соединения. Алкоксилированные ароматические соединения разлагаются несколько медленнее, но все же быстрее, чем вещества, не содержащие в ароматическом ядре в качестве заместителя кислорода, серы или азота. Как правило, ароматические соединения, не содержащие таких заместителей (групп), под влиянием микроорганизмов гидроксилируются и далее происходит разрушение ароматического ядра. Отметим, что и процесс разложения фенолов, аминов и сульфидов ароматического ряда также в большинстве случаев начинается с гидроксилирования ароматического ядра.
Большинство гетероциклических соединений также сравнительно легко разрушается микроорганизмами почвы. Однако некоторые классы гетероциклических соединений, как, например, пиримидины, бензимидазолы и другие, разрушаются очень медленно.
В разрушении химических соединений в почве принимают участие самые различные микроорганизмы, в том числе бактерии, грибы и актиномицеты.
Разрушение химических соединений в почве протекает и под влиянием растений, которые могут поглощать из почвы некоторые вещества и перерабатывать их в простейшие продукты или некоторые другие метаболиты, образующие с веществами растений коньюгаты.
Как уже отмечалось, на продолжительность сохранения пестицидов в почве существенное влияние оказывает температура: чем выше температура почвы, тем быстрее происходит разложение препаратов, как под влиянием химических факторов (гидролиз, окисление), так и под влиянием микроорганизмов и других обитателей почвы.
Как видно из табл. 1, ускорение разложения пестицидов с температурой зависит также от природы вещества, однако во всех случаях повышение температуры почвы существенно ускоряет процесс разложения пестицидов. В связи с этим при применении пестицидов необходимо учитывать не только характер почвы, но и температуру и влажность.
Источник