Самоочищение почвы
Почва является важной составной частью биосферы, в которой происходит обезвреживание (детоксикация) основной массы поступающих в нее органических веществ: растений, деревьев, насекомых, животных – это белки, жиры, углеводы (Б,Ж,У) и продукты их обмена. Они распадаются до образования неорганических веществ – этот процесс называется минерализацией.В результате этого в почве образуется новое органическое вещество –гумус(греч. – перегной). А этот процесс называется гумификацией. Гумус не пахнет, медленно разлагается на составные части, которые усваивают растения. Он очень необходим растениям для полноценного роста.
Вместе оба процесса – минерализация и гумификация, направленные на восстановление первоначального состояния почвы, получили название процессовсамоочищения почвы. Это сложный процесс, зависящий от химического состава почвы, ее физических свойств (пористости, воздухо- и влагопроницаемости (например, песок, глина и т.д.), обеспечивающих доступность воздуха и воды, состава микрофлоры и фауны почвы.
Переработка чужого для почвы органического вещества может осуществляться в аэробных и анаэробных условиях. И в тех, и в других условиях «работают» специально приспособленные для этих процессов организмы. Так процесс переработки в аэробных условиях называется гниением и осуществляется насекомыми, червями, грибами и, в основном, микроорганизмами. В анаэробных условиях органические вещества разлагаются неспороносными гнилостными микроорганизмами, вызывающие брожение.
Таким образом, при гниении (аэробном процессе) этапы очищения почвы состоят из: 1) аэрации (оксигенации) – поглощения кислорода; 2) минерализации – распада Б,Ж,У с образованием минеральных веществ и 3) гумификации – синтеза нового органического вещества — гумуса. При этом процессе переработки всегда выделяется тепло – энергия, способствующая размножению соответствующих насекомых и микроорганизмов. У человека процесс гниения наблюдается при застойных процессах в толстом кишечнике (запорах).
Очищение почвы путем брожения (анаэробном процессе) идет с поглощением энергии и образованием зловонных или горючих газов (метана, водорода, аммиака, меркаптанов и др.). Этот же процесс имеет место в кишечнике человека при «несварении желудка».
Рассмотрим процессы переработки Б,Ж,У в аэробных и анаэробных условиях.
Углеводы – в аэробных и анаэробных условиях окисляются до углекислого газа и воды, образуются карбонаты. Этот процесс называется карбонификацией. Часть углеводов идет на строительство организмов – микробов, насекомых, червей.
Жиры – в аэробных условиях медленно окисляются до образования глицерина, жирных кислот, серной кислоты и сульфатов, фосфорной кислоты и фосфатов – процессы сульфидизации и фосфатизации. В анаэробных условиях разложение идет до углекислого газа, водорода (горит с образованием воды — огни на могилах), сероводорода и зловонных газов.
Белки при анаэробном процессе разлагаются до аммиака. При аэробном процессе вначале также образуется аммиак, но в присутствии кислорода переводится микроорганизмами в азотистую кислоту и нитриты, затем при дальнейшем контакте с кислородом – в азотную кислоту и нитраты. Этот окислительный процесс минерализации белков называется нитрификацией и имеет гигиеническое значение: по нему судят о времени попадания белков в почву. При свежем загрязнении – в почве больше аммиака или нитритов, при старом – нитратов. Этими минералами питаются растения и микроорганизмы, строя свои телесные оболочки. Параллельно, другие микроорганизмы восстанавливают нитраты до аммиака и свободного азота. Этот обратный процесс идет с выделением этих газов и называется денитрификацией, вызывающей обеднение почвы полезными азотистыми веществами. То есть, в почве идут одновременно два параллельных процесса: более быстрый – нитрификации и более медленный – денитрификации.
33.Загрязнение почвы. Роль примесей в почве антропогенного характера
С появлением человека почва стала интенсивно загрязняться искусственными загрязнителями, чуждыми природе и человеческому организму. И называются они ксенобиотиками – «чужаками». По структуре они могут быть трех видов: а) физические — крупные структуры: строительный материал, пластмассовые бутылки и др.; б) химические — свинец, радиоактивные вещества и др., и в) биологические – вирусы, бактерии, простейшие.
По способу попадания в почву загрязнители делят на 2 группы:
1)вносимые целенаправленно, планомерно – пестициды, удобрения, стимуляторы роста растений и т.д.;
2)попадающие случайно, с техногенными жидкими или твердыми выбросами — выхлопные газы автомашин, газы заводов, ТЭЦ и т.д.
По происхождению они могут быть промышленными (металлы, нефтепродукты), автомобильными (сажа, свинец), сельскохозяйственными (навоз, помет), результатами аварий, испытаний атомных бомб или военных действий (повышенная радиоактивность, применение дефолиантов).
Опасность этих ксенобиотиков заключается в том, что, попадая в почву в результате хозяйственной деятельности человека и, практически, не изменяясь в ней, они, смешиваясь с почвенными водами, включаются в пищевую цепь: почва-растение-животное-человек и создают искусственные биогеохимические районы, формирующие повышенную заболеваемость проживающих на их территории людей, обусловленную антропогенным происхождением. Это могут быть иммунотоксическое, аллергенное, мутагенное, канцерогенное, терратогенное воздействие, а также раннее возникновение и агрессивное развитие обычных болезней, особенно у детей, в целом сокращающих продолжительность жизни.
Одна из теорий происхождения ВИЧ-инфекции: атомные испытания в атолле Бикини – выделение радиоактивной пыли – осаждение ее на почву и растения Центральной Африки – поступление в организм питающихся плодами обезьян – мутация природного обезьяннего возбудителя СПИДа – заражение человека (СПИД человеческий).
Существующие вокруг металлургических заводов повышенные выбросы фтора приводят к некрозу листьев у плодовых деревьев, флюорозу, болезням печени, почек, желудочно-кишечного тракта у людей и кроветворения у детей; никеля – к учащению заболеваний шизофренией; ртути – заболеваниям эндокринной и нервной систем, мочеполовых органов у мужчин и снижению фертильности у женщин; свинца – расстройству кроветворения, репродуктивной системы и злокачественным новообразованиям.
Стремление побыстрее и в большем объеме вырастить урожай овощей толкает производителей на повышенное внесение в почву удобрений – нитратов. Для растений нитраты необходимы для построения белка и хлорофилла. В Европе вносят в 30-40 раз больше удобрений, чем в России, в связи с чем требуется тщательный контроль за ввозимыми оттуда овощами. У разных растений нитраты скапливаются в разных частях плодов. У огурцов и кабачков — в 10 раз больше в кожуре; у капусты – в кочерыжке; у арбузов и дыни — в 40 раз больше в мякоти; у картофеля – в середине. Большие корнеплоды содержат больше нитратов, чем средние. При повышенном содержании нитратов разрезанный картофель краснеет, в середине у него формируется гниющая полость, из-за чего он долго не хранится. Если взрослый человек на суточную дозу нитратов в 200-300 мг на кг веса не реагирует, то у ребенка реакция начинается с 4-5 мг/кг. Сами нитраты не опасны, но под влиянием микрофлоры кишечника они переходят в ядовитые нитриты, которые соединяются с гемоглобином крови и переводят его в метгемоглобин, не усваивающий кислорода, что ухудшает развитие ребенка и способствует развитию болезней у взрослых. В больших количествах (чаще с дыней) нитраты вызывают вначале расстройство кишечника, боли в животе, а всасываясь – отравление организма. Чтобы уменьшить поступление нитратов с овощами применяют следующие приемы. Картофель замачивают разрезанными дольками на 2-3 часа в теплой воде и отваривают (нельзя в алюминиевой посуде!). Тепличные помидоры и огурцы замачивают на 2-3-часа; зеленый лук и петрушку выдерживают в холодильнике в течение суток. Неиспользованный салат из тертой свеклы через 3-5 часов выбрасывают, поскольку в ней под влиянием кислорода воздуха образуются нитриты. У квашеной капусты нитраты переходят в раствор – пить его не рекомендуется.
Источник
Самоочищение и загрязнение почвы
Гигиеническое значение состава и свойств почвы.
К основным свойствам почвы относятся: пористость, воздухо- и водопроницаемость, влагоемкость, капиллярность, температура, почвенные организмы.
Пористость — суммарный объем пор в единице объема почвы, выраженный в процентах. От этого свойства зависит ее фильтрационная способность: чем выше пористость почвы, тем эта способность ниже. При пористости 60—65% создаются наилучшие условия для процессов самоочищения.
Воздухопроницаемость— способность почвы пропускать воздух. Она зависит от величины пор почвы, увеличивается при повышении атмосферного давления и уменьшается с увеличением толщины слоя почвы и ее влажности. Высокая воздухопроницаемость — благоприятное гигиеническое свойство, так как она способствует аэрированию почвы, т.е. насыщению кислородом, необходимым для окисления органических веществ.
Водопроницаемость(фильтрационная способность) — способность почвы впитывать и пропускать воду, поступающую в основном с атмосферными осадками. Это свойство важно для образования почвенной воды и запасов ее в подземных слоях.
Влагоемкостъ— количество влаги, которое почва способна удерживать с помощью сорбционных и капиллярных сил. Она тем больше, чем меньше поры и чем больше их суммарный объем. Гигиеническое значение этого свойства заключается в том, что высокая влагоемкость способствует сырости почвы, снижению воздухо- и водопроницаемости, ухудшает процессы самоочищения. Почвы с таким свойством считаются сырыми, холодными и, значит, нездоровыми.
Капиллярность— способность почвы поднимать воду по капиллярам из глубоких слоев в верхние. Чем больше в почве мелких пор, тем она более капиллярна и тем выше по ней поднимается вода.
Температура почвывлияет на температуру приземного слоя атмосферы, тепловой режим помещений 1-го этажа и подвальных помещений, а также жизнедеятельность почвенных микроорганизмов и процессы самоочищения. Степень нагревания почвы солнцем зависит от географического положения местности, ее рельефа, времени года, суток и характера почвы. Сильнее и быстрее нагреваются склоны, обращенные к южным направлениям, темный цвет почвы способствует поглощению тепла, а светлый — его отражению, сухие почвы прогреваются быстрее, чем сырые. Суточные колебания температуры воздуха отражаются до глубины не более 1 м. Однако в сильные морозы почва может промерзать
на глубину 1—2 м, что необходимо учитывать в строительной практике при прокладке водопроводных и канализационных труб, заложении фундаментов зданий.
В холодном климате северных районов почва на определенной глубине никогда не оттаивает, образуя слой вечной мерзлоты.
Почвенные организмы. Естественными обитателями почвы являются разнообразные представители почвенной флоры и фауны, число которых непостоянно и зависит от состава почвы, ее температурного режима, инсоляции, механической обработки и других моментов. К почвенной флоре относятся грибы, водоросли, бактерии и вирусы. Фауна представлена одноклеточными организмами, простейшими, нематодами,
клещами, личинками и куколками мух, дождевыми червями, млекопитающими (кроты, мыши, крысы и др.). Почвенные организмы оказывают на состояние почвы прямое и косвенное влияние, способствуя процессам самоочищения и повышению плодородия. Почва оказывает огромное влияние на свойства и состав подземных води воды открытых водоемов. Она всегда содержит то или иное количество влаги, поступившей с атмосферными осадками или поднявшейся по капиллярам из нижележащих слоев земли, а также образовавшейся в результате поглощения паров воды из атмосферного воздуха. Вода необходима для существования живых организмов и роста растений. Гигиеническое значение почвенной воды велико и разнообразно. Она служит универсальным растворителем органических и минеральных соединений, транспортом для доставки химических веществ растениям.
Почвенная влага существенно влияет на тепловые свойства почвы, увеличивая ее теплоемкость и теплопроводность. Из почвенных вод образуются грунтовые воды. Химический и бактериальный состав питьевой воды во многом определяется составом и свойствами почвы.
Количество почвенного воздухаопределяется свойствами и характером почв. Почвенный воздух постоянно обменивается с атмосферным. В почвах всегда содержится повышенное по сравнению с атмосферным воздухом количество углекислого газа (до 8%), содержание кислорода в почве снижается до 14%. При ограниченном доступе воздуха в толще отбросов развиваются гнилостные процессы с выделением зловонных газов и паров (сероводорода, аммиака, фтороводорода и другие), способных в соответствующих
концентрациях токсически воздействовать на организм человека.
Гигиеническое значение почвенного воздуха определяется его составом и условиями контакта с ним человека. Известны случаи отравления почвенным воздухом при рытье колодцев, глубоких котлованов, прокладке подземных сооружений. Почвенный воздух существенно влияет на организм человека в зонах отдыха, населенных местах, жилых зонах.
Особое свойство почвенного покрова — его плодородие, под которым понимается совокупность свойств почвы, обеспечивающихурожай сельскохозяйственных культур. Естественноеплодородие почвы связано с запасом питательныхвеществ в ней и ее водным, воздушным и тепловым режимами.Почва обеспечивает потребность растений в водном иазотном питании, являясь важнейшим агентом их фотосинтезирующейдеятельности. Плодородие почвы зависит такжеот величины аккумулированной в ней солнечной энергии.
Рассматривая проблему качества почв, следует отметить, что на больших площадях продуктивность почв снижается из-за уменьшения содержания гумуса. Только за последние 20 лет запасы гумуса сократились на 25-30%, а ежегодные потери в целом по РФ составляют 81,4 млн тонн. Содержание гумуса в черноземах центральных областей
за последние 100 лет снизилось почти вдвое — с 14 до 7%. Около 43% пахотных земель характеризуется низким содержанием гумуса, причем на преобладающей части территории России, баланс гумуса отрицательный.
Геохимическое значение почвы
Почвенные ресурсы являются одним из основных факторов обеспечения жизни на Земле. Почва обеспечивает получение необходимых количеств пищевых продуктов и их химический состав.
В земной коре (почве) содержится более 60 различных химических элементов. Только для поддержания нормального состава крови человеку необходимо около 25 микроэлементов, а в состав грудного молока их входит более 30. Степень обеспеченности растительных и животных организмов последними находится в прямой зависимости от наличия их в земной коре (почве).
Именно на этот момент впервые указал академик В. Вернадский. На основе этого А. П. Виноградов создал учение об аномальных биогеохимических провинциях (территориях), где отсутствие или избыток того или другого элемента приводит к появлению эндемических заболеваний (биогеохимических эндемий). В 1958 г. на территории бывшего СССР насчитывалось 14 естественных биогеохимических провинций, а к 1990 г. в связи с более глубоким изучением новых территорий их количество удвоилось.
Микроэлементы поступают в организм человека по схеме: почва—растение—организм животного, человека. Недостаток или избыток микроэлементов в почве приводит к недостатку или избытку их не только у травоядных, но и плотоядных животных и у человека. Это влечет за собой нарушение промежуточного обмена веществ и возникновение эндемических (от греч. endemos — местный) заболеваний.
В частности, установлено, что недостаток меди и кобальта приводит к анемии, гепатиту, остеодистрофии, а высокое содержание свинца — к возникновению гингивитов. Недостаток фтора способствует повреждению зубов, избыток фтора приводит к флюорозу, а повышенное содержание молибдена и меди вызывает подагру.
Широко известна зобная болезнь, вызванная низким содержанием в почве кобальта, меди, хрома, молибдена, марганца, йода. Другое тяжелое заболевание — болезнь Кашина-Бека (уровская болезнь) — ученые связывают с повышенным содержанием стронция в почве, избыточным поступлением с водой в организм фосфора и марганца, а также с пониженным содержанием кальция в питьевой воде.
Самоочищение и загрязнение почвы
Почва является естественным приемником всех отбросов жизнедеятельности человека. Об этом писал еще в середине XIX в. гигиенист Рубнер: «Единственным местом, удовлетворяющим требованиям и предназначенным самой природой для восприятия органических отбросов, является почва и в почве даны все условия к тому, чтобы благодаря совершающимся в ней процессам различные органические вещества превратились в те же формы неорганических соединений, в виде которых они являются необходимым питательным материалом для растений». Эти процессы, описанные Рубнером, являются процессами самоочищения почвы, происходящими под действием целого ряда факторов (физических, химических и биологических).
Почвенный покров принадлежит к саморегулирующейся биологической системе, являющейся важнейшей частью биосферы в целом. Почва, особенно ее верхние слои, постоянно загрязняется всевозможными опасными для здоровья людей отходами, и если бы она не обладала способностью обезвреживать их, жизнь на Земле стала бы невозможной.
Естественный процесс освобождения почвы от органических соединений и патогенных микроорганизмов, содержащихся в попавших в почву нечистотах, называется самоочищением. При этом органические вещества превращаются в неорганические – воду, углекислый газ, минеральные соли и гумус, а патогенные микроорганизмы погибают.
Под действием физических факторов (солнце, высушивание) значительная часть патогенной микрофлоры погибает. Под действием химических факторов (кислород воздуха и почвы) происходит окисление органических веществ (жиры, углеводы) до углекислого газа и воды.
При загрязнении почвы жидкая часть отбросов фильтруется, а взвешенные в ней органические частицы, микроорганизмы и яйца гельминтов задерживаются в порах. Зерна почвы, обладая большой сорбционной способностью, поглощают из просачивающейся жидкости растворенные органические вещества и газы. В верхних слоях почвы, где задерживаются органические вещества, обитает большое число различных микроорганизмов, актиномицетов, грибов, водорослей, простейших, червей, личинок насекомых, которые активно участвуют в процессах самоочищения почвы.
Почва превращает органические вещества, опасные в эпидемиологическом отношении, в неорганические минеральные вещества, гумус, газы и воду путем процессов минерализации, нитрификации (аммиак окисляется до азотистой, затем до азотной кислоты) и гумификации (образование перегноя, в состав которого входят гемицеллюлоза, жиры, органические кислоты, минеральные вещества и протеиновые комплексы, он является хорошим удобрением).
Разложение и минерализация органических веществ в почве происходят в аэробных и анаэробных условиях. Аэробные процессы протекают при обилии кислорода в присутствии аэробных микроорганизмов, в этом случае органические вещества распадаются и окисляются до углекислого газа и воды без образования дурнопахнущих газов. Анаэробные процессы протекают в бескислородной среде с участием анаэробных гнилостных бактерий, сопровождаясь выделением аммиака и сероводорода.
С гигиенической точки зрения, предпочтительнее аэробный процесс разложения органических веществ.
Самоочищающая способность почвы не безгранична и следует нагружать ее отходами только до тех пределов, которые не препятствуют достаточному доступу кислорода.
В результате хозяйственной деятельности человека в почву непосредственно или опосредованно попадает огромное количество химических веществ, которые существенно меняют ее химический состав. Степень загрязнения почв наиболее интенсивна в районе предприятий цветной металлургии (в 450 раз выше фоновой), приборостроения (в 300 раз) и черной металлургии (в 250 раз) и менее интенсивна вблизи машиностроительных и химических предприятий. Особую экологическую опасность представляют автотрассы. В США исследование полосы шириной 50 м по обочинам шоссе показало, что за счет заражения почвы земляные черви резко обогащены свинцом, цинком, никелем и кадмием. Птицы, поедающие этих червей, погибают от отравления тяжелыми металлами.
Все химические вещества, попадающие в почву, можно разделить на 2 группы:
I. Химические вещества, вносимые в почву планомерно, целенаправленно, организованно:
· пестициды (до 90-100 тыс. тонн в год);
· стимуляторы роста растений и др.
Только в случае избыточного внесения их в почву они становятся загрязнителями.
II. Химические вещества, попадающие в почву случайно с техногенными жидкими, твердыми и газообразными отходами. Территориально это связано с конкретными видами промышленность, а следовательно, с определенным видом химического загрязнения. Эти территории, разумеется, страдают избытком определенных химических веществ. На территории России имеется около 40 территорий, которые определяют как искусственные биогеохимические провинции. Уже взяты на учет области с избытком свинца, фтора, кадмия, талия, брома, ртутных соединений и даже бериллия. Эти вещества включаются в биологический цикл и, естественно, не минуют человека.
Опасность соединений как первой, так и второй группы определяется их токсичностью, бластомогенным, аллергенным, мутагенным, эмбриогенным и другими видами воздействия.
Основным критерием оценки загрязнения почв химическими веществами является предельно допустимая концентрация (ПДК) или ориентировочно допустимая концентрация (ОДК) химических веществ в почве. Оценка степени опасности загрязнения почвы химическими веществами проводится по каждому веществу.
Химические вещества экзогенного происхождения при их накоплении в почве почти полностью подавляют весь биоценоз почвы, извращают процессы самоочищения.
Компенсаторные силы почвы достаточны лишь при очень небольшом в количественном отношении загрязнении почвы. Резкое увеличение нагрузки на почвенные процессы приводит к угнетению самоочищения и резкому изменению биоценоза почвы.
Дата добавления: 2020-11-27 ; просмотров: 122 ; Мы поможем в написании вашей работы!
Источник