Виды и основные этапы самоочищения почвы, что это и как происходят процессы
Загрязнение почвы, преимущественно из-за хозяйственной деятельности человека, сейчас идет постоянно. Но также известно такое понятие как самоочищение почв. Рассмотрим, что оно означает, характеристики и способы, какими почва может самоочищаться: аэробный, анаэробный, минерализацию, нитрификацию и гумификацию. А также гигиеническое значение, которое приобретает самоочищение грунта.
Понятие и характеристика
При накоплении определенного количества токсичных соединений в почве ее химический состав меняется, нарушается целостность геохимической среды, происходит угнетение микрофлоры. Из грунта накопленное может попадать в организмы животных и людей, что приводит к негативному влиянию на здоровье.
Самоочищение почвы – ее способность минерализовать вещества органического происхождения, превращать их в неопасные в санитарном смысле органические и минеральные формы, усваиваемые растениями.
В почве любого типа постоянно идут биологические, физические, химические и другие сложные процессы. Находящиеся в грунте бактерии, простейшие и грибы могут перерабатывать оксид углерода, пестициды и прочие вредные соединения, медленно превращая их в нетоксичные вещества.
В самоочищении грунта принимают участие и почвенные животные: насекомые, дождевые черви, землеройки, кроты, они роют ходы в земле и перемешивают ее. Скорость очищения зависит от условий климата, влажности и температуры – чем она выше, тем процесс идет быстрее, поэтому в южных регионах земля самоочищается быстрее. Имеют значение масштаб и характер загрязнения. Значительное влияние имеют степень дренированности, биоактивность и толщина гумусового слоя, соотношение объема осадков и испарения.
Способы самоочищения
Переработка органики в минеральные формы проходит несколькими способами. Каждый процесс имеет свои химические и биологические особенности и протекает по-разному. Разложение органических соединений в почвенном слое происходит под действием микроорганизмов, которые находятся в большом количестве в нем. Этот природный процесс может идти как аэробно (при участии кислорода), так и анаэробно, с помощью гнилостных бактерий, которые в кислороде не нуждаются.
Аэробный способ
Процесс происходит под действием бактерий, при участии кислорода. Органика, в основном азотсодержащая, распадается на простые минеральные соединения. Процесс этот называется аммонификацией, он характеризуется расщеплением протеинов до аминокислот, после – до сероводорода, индола, аммиака, скатола, эти вещества преобразуются в нитриты, а затем – в нитраты, которые уже могут усваиваться растениями. Процесс идет с выделением тепла, которое поглощается микроорганизмами. Параллельно с процессом аммонификации идет синтез гуминовых кислот, повышающих плодородие грунта.
Анаэробный способ
Происходит без присутствия кислорода, органику перерабатывают также бактерии. Процесс напоминает брожение, идет с поглощением энергии, в результате образуются органические спирты и кислоты, углекислота, метан, водород и другие газы, обычно имеющие неприятный запах.
Процессы самоочищения
Органика, поступающая в почву, сначала переводится в неорганические соединения и минеральные элементы, которые затем используются для питания растений. Остальное постепенно переходит в гумус.
Минерализация
Это процесс перевода органических соединений в минеральные элементы. Первый этап заключается в распаде белков, углеводов и жиров до более простых соединений – соответственно, аммиака, углекислоты и воды, глицерина и жирных кислот.
Нитрификация
Аммиак переводится в нитриты и азотистую кислоту, после этого – в нитраты и азотную кислоту. Этот процесс – нитрификация – делает азот доступным для всех растений и микроорганизмов, которые используют его для питания и строительства клеток.
В почве происходит и обратный процесс – денитрификация, это результат деятельности бактерий, которые восстанавливают аммиак из нитратов. Денитрификация обедняет почву азотом, уменьшая его доступность растениям.
Гумификация
Это заключительная стадия процессов перестройки остатков органики в гумусовые вещества, процесс происходит в верхних слоях почвы. Гумификация – совокупность биохимических реакций, которые происходят с помощью почвенных микроорганизмов, в результате которых получаются специфические гуминовые кислоты, фульвокислоты и их соли, органические кислоты, жирные кислоты, углеводы и соединения углерода. Гуминовые кислоты, как высокополимерные соединения, разлагаются медленнее, чем другие органические соединения, поэтому остаются и накапливаются в почве, становятся основой гумуса. Чем больше его в грунте, тем он считается плодороднее.
Образующийся под влиянием аэробных и анаэробных бактерий и грибов гумус имеет огромное агротехническое и санитарное значение. Гумус не гниет, не издает неприятный запах, не содержит инфекционных возбудителей.
Гигиеническое значение
Процессы самоочищения почвы необходимы не только для жизни растений, но имеют значение для сохранения здоровья животных и человека. Самоочищение начинается с того, что оказавшиеся в ней органические остатки, вместе с патогенами, яйцами гельминтов, фильтруются и под влиянием биологических, геохимических реакций нейтрализуются, уничтожаются и разлагаются. Тем самым они теряют способность к заражению. Самоочищение почвы уменьшает содержание в ней инфекционных патогенов, возбудителей заболеваний, которые передаются при контакте с почвой, остаются на зеленых частях растений и на плодах.
Из двух способов разложения – аэробного и анаэробного – предпочтителен аэробный, он протекает без выделения отравляющих или плохо пахнущих газов и веществ, которые ухудшают характеристики воды и воздуха. Аэробный способ самоочищения характерен для хорошо поглощающих воздух и воду, структурированных почв.
Способность почвы впитывать и захватывать органические компоненты, разлагать на простые вещества и минеральные элементы имеет первостепенное санитарно-гигиеническое значение. Если бы почва не обладала такой способностью, жизнь микроорганизмов и растений в ней стала бы невозможной. Чтобы процессы самоочищения протекали правильно и стабильно, необходимо, дабы поступление органических и синтетических остатков не превышало возможности почвы к самоочищению. При превышении органика не минерализуется, а загнивает, загрязняет грунт и воздух отравляющими газами.
Источник
Процессы самоочищения почвы и их роль в обезвреживании отходов.
Почва обладает выраженной способностью к самоочищению, в процессе которого органические загрязнения разрушаются до простых неорганических веществ (минерализация), погибают многие патогенные микроорганизмы (обеззараживание), происходит постепенное очищение от экзогенных химических загрязнителей (детоксикация), а из продуктов расщепления синтезируются новые органические вещества (гумификация), повышающие плодородные свойства почвы.
Самоочищение является сложным процессом, осуществляющимся, прежде всего, благодаря деятельности почвенных микроорганизмов. Большое значение имеют также структура почвы и ее физико-химические свойства, содержание в ней кислорода и влаги.
Жидкая часть попавших в почву отбросов фильтруется через почву, и подвергается сорбции почвенными частицами. Твердые органические загрязнители (растительные, животные остатки, экскременты, твердые бытовые отходы и др.), а также вирусы, бактерии, яйца гельминтов и другие микроорганизмы задерживаются в порах верхних слоев почвы, где обитает большое количество бактерий сапрофитов, простейших, паразитических червей, личинок насекомых, водорослей, грибков, принимающих непосредственное участие в процессах разложения и преобразования органического материала. В зависимости от уровня кислорода в почве разложение органических веществ протекает по аэробному или анаэробному пути.
Углеводы в аэробных условиях расщепляются до двуокиси углерода и воды, в анаэробных вначале образуются жирные кислоты, которые затем распадаются до органических спиртов, диоксида углерода, метана и других газообразных веществ. Жиры расщепляются медленнее, чем углеводы. В аэробных условиях под действием экзоферментов, выделяемых почвенными микроорганизмами, они вначале расщепляются до жирных кислот и глицерина, а затем разлагаются эндоферментами до диоксида углерода и воды с выделением энергии. При недостатке кислорода расщепление жиров протекает почти по тому же пути, что и расщепление углеводов в анаэробных условиях, с образованием диоксида углерода, метана, водорода. Образуется также большое количество летучих жирных кислот, обладающих неприятным запахом.
Азотсодержащие органические соединения попадают в почву в виде белков, аминокислот и других продуктов белкового обмена, в частности, мочевины. Белки расщепляются до альбуминов и пептонов, а затем до аминокислот. Большая часть аминокислот используется почвенными микроорганизмами для синтеза собственных белков и других азотсодержащих соединений, а также как энергетический материал. Другая часть аминокислот подвергается дезаминированию с образованием аммиака, диоксида углерода и воды. Этот процесс является первым этапом минерализации азотсодержащих соединений и называется аммонификацией. Мочевина, подвергаясь гиролизу ферментами уробактерий, также превращается в аммиак. В аэробных условиях образовавшийся аммиак превращается в аммония карбонат и включается во второй этап минерализации – нитрификацию. В ходе нитрификации аммонийные соединения окисляются бактериями рода B. nitrosomonas до азотистых соединений (нитритов), а нитриты, при участии B. nitrobacter — до азотных (нитратов). Нитраты являются завершающим продуктом минерализации белков. В ходе окисления других промежуточных продуктов распада белков образуются также сульфаты, фосфаты, и карбонаты. Образовавшиеся неорганические соединения используются как питательный материал растениями. Так осуществляется одна из главнейших экологических функций почвы — участие в круговороте веществ в природе.
В анаэробных условиях распад белковых веществ происходит с образованием токсичных, обладающих зловонным запахом, промежуточных продуктов: индола, скатола, меркаптанов, летучих жирных кислот, сероводорода. Этому способствуют перенасыщение почвы органическими отходами, большая влагоемкость и капиллярность, тяжелый механический состав, препятствующие нормальному воздухообмену с атмосферным воздухом.
Одновременно с процессами нитрификации в почве происходят и процессы денитрификации – восстановление микроорганизмами нитратов до нитритов, аммиака, оксидов азота или свободного азота. Этот процесс имеет важное значение, так как при дефиците кислорода в почвенном воздухе для процессов самоочищения может использоваться кислород, образующийся в результате восстановления нитратов. Кроме того, за счет процессов денитрификации пополняется содержание азота в атмосферном воздухе.
По мере очищения от органических загрязнителей почва освобождается и от биологических загрязнений. Большинство, в основном неспороносных, патогенных микроорганизмов и яйца гельминтов погибают от высыхания, действия солнечных лучей, бактериофагов и антибиотиков, конкуренции со стороны сапрофитов, отсутствия привычного питательного материала и условий.
В итоге всех процессов самоочищения в почве образуется гумус (перегной) – органическое вещество, в состав которого входят гемицеллюлозы, органические кислоты, жиры, минеральные вещества и синтезированные почвенными микроорганизмами протеиновые комплексы.
Таким образом, органические компоненты, попавшие в почву в виде загрязнений, возвращаются в нее в новом качестве – богатом вновь синтезированными органическими веществами комплексом, не загнивающим, не выделяющим зловонных запахов, лишенным патогенной микрофлоры (за исключением спорообразующих форм), но содержащим большое количество сапрофитных микроорганизмов и являющимся хорошим питательным субстратом для растений.
Как видно из вышеизложенного, процессы самоочищения почвы имеют большое гигиеническое значение. Именно они позволяют утилизировать колоссальное количество отходов, параллельно используя их для увеличения плодородного слоя почвы, питания растений и других почвенных микроорганизмов. Не следует забывать также о том, что почва обладает и определенными возможностями расщепления различных экзогенных токсических соединений. Самоочищающие свойства почвы используются в почвенных методах обезвреживания бытовых отбросов. На основе принципов очищения загрязнителей в почве смоделированы и широко используются искусственные установки по очистке и обезвреживанию твердых и жидких отбросов.
Однако самоочищающие способности почвы не безграничны. Чрезмерное бытовое загрязнение ее, а также возрастающая техногенная нагрузка, вызывая гибель сапрофитной микрофлоры, главной обезвреживающей силы, значительно снижают ее очищающие функции, что может привести к весьма неблагоприятным последствиям.
Источник
Самоочищение почвы
Почва превращает органические вещества, опасные в эпидемиологическом значении, в неорганические минеральные вещества, гумус, газы путём минерализации, нитрификации гумификации.
Естественный процесс освобождения почвы от органических соединений и патогенных микроорганизмов, содержащихся в попавших в почву нечистотах, называется самоочищением.
Разложение и минерализация органических веществ в почве происходит в аэробных и анаэробных условиях. Аэробные процессы протекают в присутствии аэробных микроорганизмов, в этом случае органические вещества распадаются и окисляются без образования дурнопахнущих веществ. Анаэробные процессы протекают в бескислородных условиях с участием анаэробных гнилостных бактерий, сопровождаясь выделением аммиака и сероводорода.
Градообразующие факторы и градообразующие группы населения.
Источник