Химическое загрязнение почвы прежде всего связано

В тех случаях, когда промышленные и бытовые отходы вывозятся на свалки, создается реальная угроза значительных загрязнений атмосферы, поверхностных и грунтовых вод, это ведет к загрязнению и нерациональному использованию земельных угодий, неизбежно растут транспортные расходы и безвозвратно теряются ценные материала и вещества.

В настоящее время техногенные факторы существенно изменили и продолжают изменять химический состав почв. Это связано с использованием в сельском хозяйстве разнообразных пестицидов, минеральных удобрений, стимуляторов роста растений. Почву также загрязняют промышленные выбросы. Немалую роль в загрязнение почв городов вносят выбросы автотранспорта. В таблице 3 приведены сведения о наиболее распространенных загрязнителях почв.

Химические вещества – загрязнители почвы и их опасность для организма человека

Класс опасности

Химические вещества

Характер опасности

Мышьяк , кадмий, ртуть, свинец, селен, цинк, фтор, бенз(а)пирен

Высоко опасны

Бор, кобальт, никель, молибден, медь, сурьма, хром

Барий, ванадий, вольфрам, марганец, стронций

Мало опасно

Кальций, углерод

Неопасны

Химическое загрязнение влияет на биологические свойства почвы. В частности, ртуть и свинец угнетают микробиологические почвенные процессы, снижают плодородие почвы. В отношении влияния загрязнителей почв на здоровье человека установлено, что повышенное содержание ртути в почве способствует распространению болезней нервной, эндокринной и мочеполовой систем. Накопление в почве свинца может стать причиной изменения со стороны кроветворения, органов внутренней секреции и учащения случаев тяжелых заболеваний.

Вдоль крупных автотрасс в почве накапливаются тяжелые металлы и, прежде всего, свинец. Здесь выпас скота, выращивание сельскохозяйственных культур с экологической точки зрения нежелательно.

В современных условиях особую опасность для экосистем природы и самого человека представляют пестициды (ядохимикаты, используемые для защиты растений и животных от вредителей).

В экологически грязной почве могут быть микробы и вирусы, которые передаются человеку. Возбудители отдельных инфекционных заболеваний сохраняют свою жизнеспособность до 20 и более лет.

Многие болезни передаются через почву. Наиболее простой путь заражения – загрязнение рук инфицированной почвой. Тщательное мытье рук, овощей, фруктов и корнеплодов – один из существенных барьеров на пути заражения организма.

Почва, загрязненная возбудителями болезней, опасна еще и тем, что с течением времени происходит заражение (инфицирование) колодцев, скважин, поверхностных водоемов.

Почва обладает свойством самоочищаться. Органические вещества перерабатываются почвенными микроорганизмами, образуя гумус. При этом в почве уменьшается количество болезнетворных микробов, разрушаются токсические органические соединения. Однако способность почвы к самоочищению ограничена, и при чрезмерном загрязнении обезвреживание болезнетворных микробов не происходит.

Наша жизнь напрямую зависит от экологической среды, в которой эта жизнь происходит. Рассмотрим, что же в последние десятилетия происходит с окружающей средой и со всеми нами, когда мы потребляем продукты питания, выращенные в этой самой среде или же произведенные по существующим технологиям. Обсудим так же негативное действие на организм человека веществ природного происхождения, потребляемых с пищей.

Интенсивное развитие промышленности и сельского хозяйства привело к увеличению выбросов во внешнюю среду опасных для человека жидких и газообразных технологических и бытовых отходов. Известны факты использования необоснованно больших количеств химических удобрений и ядохимикатов для борьбы с сорняками, микроорганизмами, насекомыми, грызунами и другими вредителями. К этому следует добавить и грубейшие нарушения природопользования, вызывающие порой непредсказуемые экологические последствия. Все это привело к тому, что организм человека испытывает негативные постоянные воздействия.

Химиками синтезировано и идентифицировано 12 млн. различных химических веществ. Одежда из синтетических волокон, материалы отделки жилища и мебель, пищевые добавки, отдушки, разрыхлители и др. – насколько безопасен для нас этот контакт. Питание может служить причиной значительного числа раковых заболеваний.

Причины и число раковых заболеваний

Причины раковых заболеваний

Смертность раковых больных от общего числа умерших %

Репродуктивное и сексуальное поведение

Загрязнение окружающей среды

Медикаментозное лечение

Таблица наглядно показывает, что питание является даже большим фактором риска, чем курение.

Определить по внешнему виду содержание нитратов в овощах и фруктах трудно или вообще невозможно. У вегетирующих (с листьями и стеблями) растений по интенсивности зеленой окраски листьев и черешков, особенно нижних ярусов, можно лишь ориентировочно судить: чем она темнее, тем нитратов в них содержится больше. При осмотре клубней картофеля, корнеплодов, плодов, ягод это сделать еще труднее. Агробиологии рекомендуют при покупке выбирать не самые красивые плоды. В блестящих, как будто искусственных плодах нитратов, как правило, больше. Замечено, что корнеплоды моркови одного сорта, но имеющие более яркую окраску, содержат нитратов меньше, чем корнеплоды, окрашенные менее интенсивно. Зеленые бобы фасоли содержат нитратов больше, чем желтые. Такая же зависимость окраски от содержания нитратов наблюдается и у сладкого перца. В арбузах и дынях много нитратов под коркой и в незрелых плодах. В сочных перезревших арбузах наличие нитратов легко определить по пустотам в мякоти, из которых выпадают семена.

Соли азотной кислоты, нитраты, являются элементом питания растений и естественным компонентом пищевых продуктов растительного происхождения. Их высокая концентрация в почве совершенно не токсична для растений, напротив, она способствует усиленному росту наземной части растений, более активному протеканию фотосинтеза, лучшему формированию репродуктивных органов и в конечном итоге – более высокому урожаю. Во время массового образования кочанов и черешков листьев капусты, нитратов должно быть 2000-3000 мг/кг.

Поскольку в органические соединения растений включается только аммонийный азот, нитрат-анионы, поглощенные растением, должны восстановиться в клетках до аммиака. Образованием аммиака завершается и распад органических веществ-аминокислот, амидов, белков.

В то же время у животных и человека высокие дозы нитратов могут вызвать отравление и даже привести к смерти. Токсическое действие нитратов связано с их восстановлением до нитритов, аммиака, гидроксил-амина под влиянием микрофлоры пищеварительного тракта и тканевых ферментов. Если в организм человека поступают высокие дозы нитратов, через 4-6 часов появляются тошнота, одышка, посинение кожных покровов, диарея. Одновременно ощущается общая слабость, головокружение, боли в затылке и сердцебиение. Первой доврачебной помощью при этом является обильное промывание желудка, прием активированного угля и солевых слабительных. Употребление в течение долгого времени пищи и воды с высоким содержанием нитратов вызывает также аллергию, нарушение деятельности щитовидной железы, приводит к возникновению многочисленных болезней в результате нарушения обмена веществ, опорно-двигательного аппарата и нервной системы.

Такое токсическое действие на организм нитратов заключается в том, что в желудочно-кишечном тракте они, превратившись в нитриты, попадают в кровь и окисляют двухвалентное железо гемоглобина в трехвалентное. При этом образуется метгемоглобин, не способный переносить кислород к тканям и органам, в результате чего может наблюдаться удушье.

Выявлены два способа окисления гемоглобина HbFe 2+. При прямом окислении роль окислителя играют нитрит-анионы:

3 HbFe 2+ + 2 NO2- + 14 H + = 3 HbFe 3+ + 2 NH3 + 4 H2O.

Во время косвенного окисления гемоглобина сначала нитриты окисляются до нитратов с образованием пероксида водорода, затем последний вступает в реакцию с железом гемоглобина:

NO2- + O2 + H2O = NO3- + H2O2,

HbFe2+ + 2H2O2 + 4H+ = HbFe3+ + 4H2O.

Угрозой для жизни является накопление в крови 20% и более метгемоглобина ( HbFe 3+).

Наибольшая же опасность повышенного содержания нитратов в организме заключается в способности нитрит-иона участвовать в реакции нитрозирования аминов и амидов, в результате которой образуются нитрозосоединения, обладающие канцерогенным и мутагенным действием.

Образование нитрозосоединений происходит при взаимодействии азотистой кислоты со вторичными аминами как в продуктах питания в процессе их кулинарной обработки, так и внутри организма:

(R2)NH + HNO2 = (R)2N-NO + H2O.

N -нитрозосоединения имеют общую структуру:

Их можно разделить на два класса с различными свойствами: нитрозамины, где R 1 и R 2 – алкильные или арильные группы, и нитрозамиды, где R 1 –алкильная или арильная группа, а R 2- ацильная группа. Проведенные на животных опыты показали, что N — нитрозосоединения способствуют образованию опухолей во всех органах, кроме костей.

Чаще всего контролируют наличие в продуктах N — нитрозодиметиламина (НДМА) и N — нитрозодиэтиламина (НДЭА).

Допустимое суточное потребление нитратов для человека не должно превышать 5мг на 1 кг массы тела, т.е. не более 350 мг в сутки для человека массой 70 кг.

В организм человека нитраты поступают (в %): с овощами – 70, с водой – 20, с мясными, молочными и консервированными продуктами – 6. Наиболее опасно отравление нитратами растворимыми в воде, т.к. это увеличивает скорость всасывания их в кровь, поэтому содержание нитрат-аниона в воде не должно превышать 45 мг/л.

Больше всего нитратов в организм человека поступает с овощами и картофелем. Это послужило причиной того, что во многих странах мира, в том числе и в нашей, в 1988 году были разработаны предельно допустимые концентрации (ПДК) нитратов в сельскохозяйственной продукции. ПДК нитратов в овощной продукции разных стран колеблются в значительных пределах, причем у нас установлены самые низкие ПДК по сравнению с зарубежными странами.

На уровне школьного мониторинга мы использовали опытные участки, сходные по почвам и имеющие одно различие – степень антропогенного влияния.

1. Пробоотбор и подготовка образцов к химическому анализу.

Для проведения физико-химического анализа мы вначале провели пробоотбор, используя метод конверта (рис. 1). Почва изымалась с глубины 10 см, по 800-900 мг каждого образца.

Рис. 1. Взятие почвенных образцов методом конверта.

• — точки отбора индивидуальных образцов .

Пробы были взяты на следующих территориях:

1 – территория пришкольного участка МОУ «СОШ № 3»;

2 – район Шумерлинского завода специальных автомобилей ШЗСА);

3 – район Шумерлинского комбината автофургонов (ШКАФ);

4 – садово-огородный участок, расположенный в районе объездной дороги;

5 – городской парк в центре города;

6 – район курортной зоны «Соснячок».

Затем почва высушивалась и измельчалась, из нее удалялись посторонние примеси и частицы при помощи набора сит с отверстиями разного диаметра от 5 до 1 мм и сокращении массы до 500 г. Для сокращения пробы использовали метод квартования (рис.2). Измельченный материал мы тщательно перемешали и рассыпали ровным тонким слоем в виде квадрата, разделили его на четыре сектора. Содержимое двух противоположных секторов отбрасывали, а два оставшихся снова смешивали, после многократных повторений оставшуюся пробу высушили до воздушного состояния для получения водных вытяжек.

Рис.2. Метод квартования

2. Приготовление водной вытяжки .

Для приготовления водной вытяжки достаточно 20 г воздушно – сухой просеянной почвы. Почву помещали в колбу на 100 мл, добавляли 50 мл дистиллированной воды и взбалтывали в течение 5-10 минут, а затем фильтровали.

3. Определение актуальной кислотности почвы .

Реакция почвы оказывает большое влияние на развитие растений и почвенных микроорганизмов, на скорость и направленность происходящих в ней химических и биохимических процессов. В природных условиях рН почвенного раствора колеблется от 3 до 10. Чаще всего кислотность почвы не выходит за пределы 4-8. Связь между кислотностью почвы и величиной рН приведена в табл. 3.

Зависимость кислотности почвы от рН

Степень кислотности почв

Сильнокислые почвы

Среднекислые почвы

Слабокислые почвы

Близкие к нейтральным

Нейтральные почвы

Щелочные почвы

Актуальная (активная) кислотность — кислотность почвенного раствора. Этот вид кислотности оказывает непосредственное влияние на корни растений и почвенные организмы.

Актуальную кислотность определяют в водной почвенной вытяжке. Для этого необходимо поместить в пробирку или колбу 2 г почвы, добавить 10 мл. дистиллированной воды; полученную суспензию 1: 5 хорошо встряхнуть и дать отстоять осадку; в надосадочную жидкость внести полоску индикаторной бумаги и, сравнить её цвет с цветной таблицей, сделать вывод о величине pH почвы.

В наших исследованиях получились следующие результаты:

Район взятия пробы

территория пришкольного участка МОУ «СОШ № 3»

район Шумерлинского завода специальных автомобилей ШЗСА)

район Шумерлинского комбината автофургонов (ШКАФ)

садово-огородный участок, расположенный в районе объездной дороги

городской парк в центре города

район курортной зоны «Соснячок»

По величине кислотности почвы можно предсказать наличие тех или иных микроэлементов в почве, а также оценить их подвижность (табл.5). Наиболее подвижные катионы аккумулируются в тканях растений.

Подвижность микроэлементов в зависимости от кислотности почвы

Источник

Химическое загрязнение почвы. Источники заражения. Мероприятия по охране почвы

Взаимодействие почв с окружающей средой на основе химического контакта происходит неизбежно. Другое дело, что не всегда такие контакты способствуют улучшению агротехнических качеств и параметров плодородного слоя. В зависимости от характера загрязнения почва сама по себе может стать экологически опасным ресурсом даже без учета ее способностей к питанию сельскохозяйственных культур. При этом химическое загрязнение почвы может иметь разные предпосылки и последствия. Чтобы разобраться в этих и других аспектах химического поражения земли, стоит подробнее ознакомиться с источниками подобных загрязнений.

Какие бывают источники химического загрязнения?

Химическое загрязнение почвенного покрова – это изменение его состава, которое возникает под косвенным или прямым воздействием различных факторов. В большинстве своем негативные предпосылки к химическому изменению характеристик почвы все же предполагает человеческая деятельность. Среди главных факторов такого рода можно выделить работу промышленных предприятий, сельскохозяйственную деятельность и коммунальное обслуживание. Это основные причины загрязнения почвы, которые делают ее непригодной для эксплуатации с целью выращивания культурных растений. Но, разумеется, этими источниками загрязнение не ограничивается. Например, промышленность косвенно способствует выпадению кислотных дождей, а парниковый эффект становится результатом деятельности животноводческих ферм. Довольно серьезное воздействие в плане химического поражения оказывают и свалки с опасными отходами.

Влияние на почву промышленности и теплоэнергетики

В той или иной степени загрязнение почвы происходит при любой деятельности человека в хозяйственных отраслях. Главным же источником химического поражения является промышленность. В частности отходы металлургических комбинатов и специализированных химических предприятий вырабатывают активные вещества, пагубно влияющие на состояние почвенного покрова. Отчасти по этой причине выбросы промышленных предприятий в последние годы регулируются все жестче. Так, на многих фабриках и заводах наблюдается постепенный перевод производств на безотходные технологии полного цикла.

Немалый вклад в загрязнение вносят и предприятия, которые занимаются простым органическим синтезом. В первую очередь они опасны технологическими продуктами, остающимися после прохождения технологического цикла. Большую часть таких материалов представляют углеводородсодержащие отходы. Кроме того, химическое загрязнение почвы обеспечивают и вещества с высокомолекулярными соединениями, которые остаются в виде растворителей, катализаторов, стабилизаторов и других добавок, используемых в производстве стройматериалов.

Свалки с отходами и их воздействие на почву

Сами по себе предприятия не вредят почве. Загрязнения происходят в результате разноса отработанных продуктов по близлежащей территории. Существуют специальные полигоны, а также свалки, на которых концентрируется и, в некоторых случаях, утилизируется опасный продукт. В таких зонах почва страдает больше всего, поскольку степень химического воздействия измеряется уже в показателях повышенной токсичности и радиоактивности. Собственно, подобные территории изначально рассчитываются под цели захоронения отходов. При этом источники химического загрязнения почвы в данном случае не ограничиваются одной лишь промышленностью. На свалки также свозят бытовые отходы. Например, технические масла, химическую продукцию, остатки стройматериалов, стеклоочистители и растворители, батарейки с аккумуляторами и другие продукты, которые на многие годы делают почвы непригодными для эксплуатации. По крайней мере, это относится к использованию земли в сельскохозяйственных нуждах.

Кислотные дожди

Отдельной группой отходов промышленных предприятий стоит отметить выбросы в атмосферу. В частности оксиды углерода и азота, диоксиды серы и органические летучие соединения формируют условия для последующего выпадения кислотных дождей. Скопление в атмосфере химических соединений приводит к появлению реакций, которые, конечно, мало общего имеют с классическим пониманием дождей, но полностью подходят под определение осадков. Например, кислотные дожди могут проявляться в виде снега, облака, тумана и даже пыли. Главная опасность заключается в последствиях, обусловленных выпадением химически опасных веществ в таких осадках.

Повышенное содержание щелочи в водах, которые переносят кислотный конденсат, не только сокращает эффективность плодородного слоя почвы, но и способствует развитию эрозийных процессов. И это не говоря о том, что прямой контакт выращиваемых растений с кислотными почвами делает их опасными с точки зрения последующего потребления.

Сельское хозяйство как источник загрязнения

Загрязнения в процессе ведения сельскохозяйственной деятельности также распространены. Обычно негативные химические воздействия такого рода происходят в результате неправильного внесения удобрений. Так, нерациональное использование пестицидов при обработке растений осложняет дальнейшее выведение этого вещества из почвы. Однако наибольший вред плодородному покрову наносят хлорорганические компоненты и полихлорпинен, остатки которого задерживаются в земле на 10-15 лет.

Традиционные минеральные элементы удобрений также обеспечивают химическое загрязнение почвы, повышая ее токсичность. Использование медьсодержащих инсектофунгицидов ухудшает плодородные качества земли. Ситуация осложняется, если на такие почвы параллельно воздействуют и пролегающие поблизости автомагистрали, которые также приносят на поля тяжелые металлы.

Коммунальное обслуживание как фактор загрязнения

Помимо специализированных свалок и полигонов с захоронением отходов есть и городские места скопления мусора, канализации и другие объекты коммунальной инфраструктуры, которые также могут воздействовать на состояние почвы. Это могут быть остатки пищевых продуктов, стройматериалы, а также химически активные вещества, используемые в бытовых нуждах. Данный фактор не всегда обуславливает прямое химическое загрязнение почвы, но может воздействовать косвенным образом, не говоря о том, что конечным пунктом вывоза подобных отходов будут те же свалки и полигоны с опасными токсическими отходами.

Естественные процессы химического загрязнения

Выветривание почвы нельзя отнести к непосредственно химическому изменению характеристик почвенного покрова, но в некоторых случаях оно становится причиной эрозии. Это в определенной мере заболевание почвы, при котором наблюдается недостаток влаги в ее структуре. Подобные проблемы возникают именно по причине естественного природного воздействия – ветер переносит частицы грунта, попутно испаряя влагу. Положение усугубляется, если к эрозии добавляются и сельскохозяйственные причины загрязнения почвы в виде перенасыщения солевыми удобрениями. Единственным правильным решением с точки зрения фермера в таких случаях будет регулярное выполнение культивационных работ, а также сбалансированное орошение покрова.

Последствия загрязнений

Ситуации с химическим поражением почвенных слоев различны, как и последствия таких процессов. Наиболее тяжелым является положение с почвами на полигонах захоронения отходов, период восстановления которых может достигать 50-100 лет. Воздействие промышленности и сельского хозяйства также способно обусловить химическое загрязнение почвы, последствия которого обернутся невозможностью целевого использования плодородного покрова. Помогают в этом случае дополнительные меры по восстановлению характеристик земли, но перед этим специалисты производят оценку загрязненности.

Оценки уровня химических загрязнений

Анализ загрязнений применяется с целью нормирования характеристик почвы с поправкой на эксплуатационные требования. Среди показателей, используемых для оценки химического поражения почв, в качестве главного можно выделить коэффициент концентрации вредных веществ. При этом используются разные методики определения фитотоксичности. Например, химическое загрязнение среды, с которой взаимодействует почва, может быть оценено по характеристикам выращиваемых в данной местности растений. Для этого набор базовых и нормальных свойств почвы сравнивается с характеристиками исследуемого грунта. Таким образом выявляются отклонения в составе почвы, после чего специалисты определяют перечень мер для стимуляции восстановления покрова.

Мероприятия по охране почвы от загрязнений

Природоохранные нормативы предусматривают специальные положения, которые регулируют правила эксплуатации земель, предназначенных для сельскохозяйственного использования, высаживания лесных массивов, организации рекреационных и заповедных зон. Экологические и санитарно-гигиенические правила использования таких объектов строго ограничивают деятельность промышленных предприятий и жестко регулируют работу агротехнических организаций в границах своего района. Общие мероприятия по охране почвы ориентируются и на сегмент транспортного обслуживания, который в немалой степени влияет на состояние атмосферы. В целях восстановления почвенных покровов используются гидротехнические операции с поливом или ограничением грунтовых вод, культивация земель, а также средства борьбы с эрозийными процессами.

Заключение

В отличие от других сред экосистемы земля обладает довольно сильными механизмами самоочищения от проникающих в ее структуру загрязнений. Как показывают эксперименты, постоянное загрязнение почвы химическими веществами в виде углеводородов может быть даже полезным. Несмотря на вредоносность подобных элементов, они ускоряют процессы детоксикации, что способствует восстановлению экологического состояния земли.

В немалой степени эффективность внутренней борьбы почвы с негативными факторами токсичности обеспечивают и растения. Например, некоторые виды сельскохозяйственных культур аккумулируют трудноусваиваемые элементы.

Источник