Геохимические особенности почв это

Деятельность в сфере земельных отношений

Геохимические аномалии почв и здоровье человека

Почва – уникальный природный объект, чрезвычайно сложный по составу и строению, многочисленному комплексу «незримых» процессов и явлений, находящийся в постоянной динамике, испытывающий перманентное влияние иных компонентов биосферы, а потому сложный для наблюдения, исследования и оценки.
Почвы не только испытывают влияние со стороны окружающего их пространства. Сложность и комплексность почв обуславливает их многостороннее воздействие на жизнь и здоровье человека, в частности, и всю биосферу в целом. Понятие «влияния и взаимосвязи почв и здоровья человека» тесно связано с понятием и учением о биогеоценотических (биосферных или экосистемных) функциях почв.
В целом, можно выделить прямое (непосредственное) воздействие почв на здоровье человека, как правило, связанное с химическим, микробиологическим или радиоактивным загрязнением и, в этом случае, почва сама выступает источником загрязнения (первичным или вторичным) и фактором заражения человека; а также опосредованное (непрямое), подчас многоступенчатое воздействие на жизнь и здоровье человека, посредством изменения экологических условий существования, функционирования и продуктивность биогеоценозов и их отдельных компонентов в частности.
Говоря о взаимосвязи почв и здоровья человека, следует рассмотреть понятие «геохимическая аномалия». Геохимическая аномалия – участок поверхности земли, отличающийся существенно повышенными или существенно пониженными концентрациями каких-либо химических элементов или их соединений по сравнению с фоновыми значениями и закономерно расположенный относительно скоплений полезных ископаемых (рудного тела, нефтяной или газовой залежи и др.).
Помимо природных существуют аномалии, связанные с отвалами, карьеров, шахт, отстойниками, вследствие процесса техногенеза.
Геохимические аномалии в почвах (в районах месторождений) образуют, так называемые, вторичные ореолы по отношению к первичным – в горных породах.
По особенностям распределения элементов аномалии могут быть положительными (с повышенными концентрациями элементов-индикаторов, т.е. химических элементов или их соединений, по содержанию которых в различных геохимических объектах выявляются аномалии) или отрицательными (с пониженными их концентрациями). Несмотря на то, что одни из первых экологически неблагоприятных районов были выявлены именно по недостатку в их границах химических элементов йода (I) и фтора (F), отрицательным аномалиям в эколого-геохимической оценке территорий пока уделяется мало внимания, поскольку, как правило, неблагоприятные эколого-геохимические условия возникают при загрязнении, а, следовательно, при увеличении концентраций определённых элементов или их соединений. Отрицательные аномалии возникают не только при выщелачивании элементов. Так, контрастные отрицательные биогеохимические аномалии молибдена (Мо) возникают при весьма существенном повышении в почвах особо токсичного элемента – свинца (Рb). В почвах над окисляющимися металлами (их соединениями — сульфидами) уменьшается содержание кислорода. По отрицательным аномалиям этих элементов ведутся поиски месторождений полезных ископаемых.
Крупные техногенные геохимические аномалии в почвах – это литохимические аномалии. Они имеют почти одинаковый состав (Pb, Zn, Сu, Мо, Со, Cr, Ni, V, Mn, Ga, Ti, Sr), но составляющие их химические элементы могут находиться в различных формах.
Наличие геохимических аномалий связано с развитием эндемичных заболеваний у растений, животных и человека, характерных для определённой местности, связанных с резкой недостаточностью или избыточностью содержания какого-либо химического элемента в среде.
Еще В.И. Вернадский, развивая свое учение о биосфере, показал, что химический состав живых организмов связан с химическим составом земной коры. В процессе эволюционного развития организм вырабатывает способность к избирательному поглощению определенных химических элементов, их избирательной концентрации в определенных органах и тканях и эта способность организма реализуется в процессе обмена веществ с окружающей средой через биогеохимические пищевые цепи. В пищевые цепи включаются микроэлементы горных пород, почвы, воздуха и воды, поглощаемые растениями, входящие в состав животных организмов, которые с пищей растительного и животного происхождения и отчасти с питьевой водой поступают в организм человека. Наибольшее значение для жизни организмов имеют пороговые концентрации химических элементов, за пределами которых происходит срыв регулирующих функций организма, и в результате этого возникает эндемическая болезнь.
Существуют территории, избыточно насыщенные токсическими элементами (ртутью, кадмием, таллием, ураном), и дефицитные регионы по содержанию йода, фтора, селена и других химических элементов. Почти 2/3 территории Российской Федерации характеризуются недостатком йода, около 40% территорий – недостатком селена.
Примером эндемического заболевания связанного с геохимическими особенностями местности является мочекаменная болезнь, характеризующаяся образованием в почках и мочевыводящих путях мочевых камней (конкрементов) в результате нарушения обмена веществ и изменения со стороны мочевых органов. Мочекаменная болезнь занимает ведущее место в структуре урологических заболеваний, как на территории России, так и по всему миру. Эндемичными регионами, где мочекаменной болезнью болеют чаще, считаются районы Северного Кавказа, бассейны Дона и Камы, Поволжья, Алтая, юга России и Крайнего Севера. Среди зарубежных регионов эндемичными являются Малая Азия, южные и восточные районы Азии, Северная Австралия, Северо–Восточная Африка, южные области Северной Америки, восточное и западное побережье Южной Америки. В Европе широко распространена в Скандинавских странах, Англии, Нидерландах, на юго–востоке Франции, юге Испании, Италии, южных районах Германии и Австрии, Венгрии, во всей Юго–Восточной Европе.
Серьезной проблемой для нашей страны, в том числе и для Ростовской области, являются заболевания щитовидной железы, обусловленные йододефицитом. Лидирующую позицию среди которых занимает эндемический зоб, связанный с недостатком йода в окружающей среде, в том числе, в почвах. Эндемический зоб представляет собой диффузное увеличение щитовидной железы, обусловленное дефицитом поступления в организм йода. По данным ВОЗ, более чем для 1,5 млрд жителей существует повышенный риск недостаточного потребления йода. У 650 млн. человек отмечается увеличение щитовидной железы – эндемический зоб, а у 45 млн. жителей выраженная умственная отсталость связана с йодной недостаточностью. Дефицит йода наблюдается в большинстве континентальных европейских стран, в частности в западных районах Украины, Беларуси, Республики Закавказья и Средней Азии, регион Урала и Сибири, Среднее Поволжье.
Ростовская область, стоит на 3-ем месте среди субъектов ЮФО по количеству йододефицитных заболеваний и относится к региону легкого и умеренного (среднетяжелого) йодного дефицита. К территориям, с наиболее высоким уровнем заболеваемости относятся: Боковский, Белокалитвинский, Дубовский, Мясниковский, Зимовниковский, Верхнедонской Орловский, Семикаракорский, Шолоховский районы и города Азов, Волгодонск, Зверево, Новочеркасск, Таганрог, Шахты, Ростов.
В настоящее время эндемические территории изучены в достаточной степени, что позволяет, основываясь на результатах геохимического районирования, учитывая геохимические особенности местности, корректировать факторы жизни и питания, и, тем самым, нивелировать неблагоприятное влияние природных факторов этого рода на здоровье человека. Экспертами даны рекомендации по снижению роста эндокринных заболеваний, связанных с недостатком йода. Разработаны рекомендации по коррекции структуры питания, увеличению разнообразия рациона питания, его сбалансированности, включению в рацион биологически активных добавок к пище, а также витаминных препаратов, а также йодированной соли. На территории Ростовской области налажен выпуск массовых сортов хлеба, обогащенных минеральными веществами. Часть предприятий пищевой промышленности осуществляют производство продуктов питания массового потребления, обогащенных йодом, витаминами, железом и другими микронутриентами (хлебобулочные изделия, восточные сладости и печенья с различными витаминно-минеральными комплексами, молочные продукты, вода питьевая и др.).

Материал подготовлен специалистами отдела защиты растений, агрохимии, качества и безопасности растениеводческой продукции ФГБУ «Ростовский референтный центр Россельхознадзора».

Источник

Геохимия почв

Геохимические идеи проникли в почвоведение в начале XX века. Основоположниками геохимии почв были В.И. Вернадский и К.К. Гедройц. Почва – верхний горизонт литосферы, вовлечённый в биологи­ческий круговорот при участии растений, животных и микроорганиз­мов, область наивысшей геохимической, энергии живого вещества. Именно в почвах наиболее сосредоточена геологическая работа живого вещества; именно в почвах готовится тот материал континентальных и морских отложений, из которого в дальнейшем образуются новые поро­ды. Но в то же время в почвах сосредоточены и те процессы, совокупность которых обусловливает эволюцию органического мира. Здесь разыгрываются многообразные формы борьбы за существование и прис­пособления организмов к изменяющимся условиям их жизни, создают­ся многообразные сообщества (биоценозы) и формируются новые виды многочисленных низших организмов и высших растений.

Геохимическая сущность почвообразования заключается в разло­жении органических веществ микроорганизмами. Эти процессы интен­сивны во влажных тропиках, слабы в тундре. Разлагая остатки расте­ний и животных, микроорганизмы поставляют в почву растворы CO₂, органические кислоты и другие химические высокоактивные соединения. Чем больше разлагается органического вещества, тем богаче почва химически работоспособной энергией, тем дальше она от равновесия. Почвы – это особо неравновесные, чрезвычайно динамичные биокосные системы.

Корни растений, как насос, «перекачивают» элементы из нижних горизонтов почвы в верхние. Это относится к P, S, Ca, K, многим микроэлементам. В результате такой биогенной аккумуляции создаётся возможность обогащения этими элементами верхних гори­зонтов почв, улучшения среды существования растений. Биогенное на­копление Be, Co, Ni, Zn, Ge, As, Cd, Sn и других редких элементов в гумусовом горизонте лесной почвы впервые обнаружил в 30-х годах В.М. Гольдшмидт. Позднее эти явления были установлены и в других почвах. Поглощая катионы, корни выделяют H + , а погло­щая анионы – ОН — . Возможно, что в результате минерального питания растений в почву непрерывно поступает H + – важный фактор выветри­вания.

Наряду с биогенной аккумуляцией, направленной снизу вверх, в почвах наблюдается и нисходящая миграция водных растворов. Поэто­му реальное распределение элементов в почвах определяется не толь­ко биогенной аккумуляцией, но и выщелачиванием. В результате почва расчленяется на горизонты с особыми физико-химическими условиями. Имеются почвы, в которых верхний горизонт кислый, нижний – щелоч­ной, в верхнем горизонте господствует окислительная среда, в ниж­нем – восстановительная и т. д.

Таким образом, почвообразование приводит к дифференциации элементов – однородная горная порода превращается в неоднородный почвенный профиль со многими горизонтами. Поэтому в почве накапли­вается не только энергия, но и информация.

Разложение органических веществ – это окислительно-восстановительный процесс, так как C, H и другие элементы, входящие в состав органических соединении, при их разложении окисляются до простых минеральных соединений, а главный окислитель O₂ восстанавливается. Окислителями и восстановителями могут быть и Fe, Mn и другие элементы, но суть процесса от этого не меняется. С гео­химических позиций сущность почвообразования состоит в окислитель­но-восстановительных реакциях. Поэтому и главные различия между почвами связаны с этими реакциями. Для всех почв характерна окис­лительно-восстановительная зональность, которая наиболее наглядна, когда в почве окислительная обстановка сменяется восстановитель­ной, – глеевой или сероводородной.

Геохимический анализ почвообразования позволяет выделить три основных ряда почв. Почвы первого ряда – с окислительной обстанов­кой. Они образуются там, где атмосферный воздух легко проникает в почву, где глубоко залегают грунтовые воды. Это горные почвы, мно­гие водораздельные почвы равнин. К ним относятся чернозёмы, крас­нозёмы, каштановые почвы, бурозёмы, большинство почв пустынь и т.д. Почвы второго ряда – с глеевой обстановкой распространены на заболоченных равнинах в районах влажного климата. В глеевых поч­вах часто содержится растворимое органическое вещество, в том числе различные органические кислоты, которые образуются при не­полном окислении растительных остатков. Почвы третьего рода – с восстановительной сероводородной обстановкой распространены не столь широко. К ним относятся многие солончаки и некоторые дру­гие почвы. В пределах рядов выделяются чернозёмные, подзолистые, бурые лесные, коричневые, серозёмные, краснозёмные и другие типы почв. Размещение их подчиняется климатической зональности. Типы почв – это, прежде всего, типы разложения органических веществ, ти­пы биогенной аккумуляции химических элементов, типы окислительно-­восстановительной зональности.

Илы.

В.И. Вернадский писал, что ил – это природное тело, аналогичное почве, где гидросфера занимает место атмосферы. Как и поч­вы, илы – неравновесные динамические биокосные системы, богатые свободной энергией. Сущность илообразования заключается в разло­жений органических веществ, в окислительно-восстановительных реак­циях. И для илов характерен профиль, расчленяющийся на горизонты, окислительно-восстановительная зональность, геохимические барьеры. Однако в отличие от почв илы растут снизу вверх и, следовательно, не имеют «материнской природы». Для них характерно, постоянное увлажнение. В образовании илов, как правило, не принимают участие, высшие растения. Всё это определяет меньшее разнообразие илов, их большую однородность в пространстве. Выделяют три ряда илов. Окис­лительные илы образуются в океанах, морях, озёрах и реках – всюду, где господствуют кислородные воды, создаются условия для переме­шивания вод. В морях и океанах окислительная среда характерна для. прибрежных песков, зоны волнений, а также для больших глубин, где мало органических остатков, а холодная вода богата растворённым O₂. Около 50% дна Тихoгo океана покрыто красной глубоководной глиной, ко­торая осаждается на глубинах более 4500 м с очень малой скорос­тью (за 1000 лет образуется лишь несколько миллиметров ила). Окис­лительные илы имеют преимущественно жёлтую, бурую, красную окрас­ку, обусловленную гидроксидом трёхвалентного железа.

Глеевые илы особенно характерны для озёр районов влажного климата. Здесь разлагается много органического вещества, сульфатов в водах мало. В результате развивается глеевая обстановка, Fe 3+ , Mn 4+ восстанавливаются, илы приобретают сизую, зеленоватую, се­рую окраску. В глеевых илах не хватает O₂ дляокисления органи­ческих веществ, их разложение замедляется. В лесной зоне постепен­но на дне накапливается «гнилой озёрный ил». Он богат органическими соединениями (до 29%), среди которых обнаружены витамины и дру­гие биологически активные вещества. Он используется как удобрение, подкормка для животных (белок, витамин В₁₂), как лечебная грязь.

Сероводородные (сульфидные) илы широко распространены в мо­рях и океанах, озёрах степей и пустынь, где преобладают сульфат­ные воды, развивается десульфуризация, продуцируется HgS, обра­зуются сульфиды железа. Илы имеют серый, чёрный и синеватый цвет (за счёт сульфидов). Сульфидные илы солёных озёр степей и пустынь представляют большую ценность в бальнеологическом отношении и ис­пользуются как лечебные грязи. Процессы превращения ила (осадка) в осадочную породу называются диагенезом.

Источник