Самоочищающую способность почвы определяет

Самоочищающая способность почвы

Самоочищающая способность почвы обусловлена механическими, физико-химическими, биохимическими и биологическими процессами, протекающими в почве. Процесс обезвреживания органических веществ очень сложен и осуществляется главным образом естественной почвенной микрофлорой, представленной в основном сапрофитными микроорганизмами. Поскольку микроорганизмы не имеют специальных органов пищеварения, все необходимые для жизни вещества попадают в клетку путем осмотического всасывания через мельчайшие поры оболочки. Эти поры так малы, что сложные молекулы (белки, жиры, углеводы) через них не проникают. В процессе эволюции у микроорганизмов выработалась способность выделять в окружающую среду гидролитические ферменты, которые подготавливают содержащиеся в ней сложные вещества к усвоению микробной клеткой. Все ферменты микроорганизмов по характеру действия делятся на две группы: экзоферменты, действующие вне клетки, и эндоферменты, действующие внутри клетки. Экзоферменты участвуют в подготовке питательных веществ для усвоения их клеткой. Эндоферменты способствуют усвоению пищи.

Процесс самоочищения протекает в двух направлениях:

Минерализация может происходить в аэробных условиях при достаточном доступе кислорода и анаэробных условиях.

В аэробных условиях происходит разложение органического субстрата до углекислоты, воды, нитратов, фосфатов. Полисахариды, попавшие в почву, превращаются в моносахариды, которые затем частично идут для синтеза гликогена различных микробных клеток, а большая часть расщепляется до углекислоты. Жиры расщепляются до жирных кислот с выделением энергии. Расщепление белков происходит до аминокислот. Большая часть аминокислот используется как пластический материал для биосинтеза микроорганизмами. Другая часть подвергается дезаминированию с образованием аммиака, воды и углекислого газа. Азотсодержащие органические вещества попадают в почву не только в виде белка, но и аминокислот и продуктов белкового обмена (мочевина). Они подвергаются процессу нитрификации – мочевина под влиянием уробактерий и их фермента уреазы гидролизуется и образует также карбонат аммония, который затем превращается в азотистые соединения (нитриты) бактериями из рода Bac. Nitrosomonos, а затем в азотные соединения (нитраты) бактериями Bac. Nitrobakter. Нитраты – это конечный продукт распада белковых веществ и в таком виде они служат для питания растений. Таким же путем окисления превращается сероводород в серную кислоту и сернокислые соли (сульфаты), углекислота в углекислые соли (карбонаты), фосфор в фосфорную кислоту (фосфаты).

В анаэробных условиях разложение углеводов и жиров происходит до водорода, углекислоты, метана и других газов.

2. гумификация – это сложный биохимический анаэробный процесс трансформации мертвого органического субстрата в сложный органический комплекс, имеющий большое агротехническое и гигиеническое значение.

С агротехнической точки зрения гумус определяет плодородие почвы. Гумус получается в результате жизнедеятельности микроорганизмов и представляет собой богатую органическим веществом массу сложного химического состава (гумин, лигнин, углеводы, жиры, протеины). Гумификация происходит в естественных условиях в почве и при обезвреживании отбросов в компостах. На определенной стадии распада органического вещества гумус становится устойчивым, медленно разлагается, постепенно отдавая растениям питательные вещества. Хотя в гумусе много органики, он не способен загнивать, не издает запаха, не привлекает мух. В процессе гумификации погибают многие патогенные микроорганизмы, хотя возбудители некоторых инфекционных заболеваний (споры бацилл сибирской язвы) сохраняют жизнеспособность в течение длительного времени.

Источник

Самоочищающая способность почвы

Процесс самоочищения протекает в двух направлениях:

Дата добавления: 2014-12-24 ; просмотров: 1170 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Самоочищение почвы: понятие, процессы, этапы, стадия очистки

Необходимые условия

Процесс самоочищения почвы зависит от:

Структуры. Поскольку песчаные и суперпесчаные почвы имеют большой размер воздушных пор, они хорошо проницаемы для воздуха и воды, необходимых для очищения. Глинистые и торфяные структуры почв гораздо медленнее производят самоочистку.
Вспахивания. Если земля вспахивается регулярно, то это поможет ускорению процесса и способствует аэрации.
Бактериальной флоры. Если почва сильно загрязнена органическими веществами, то самоочищение будет крайне тяжелым.
Природных условий, в которых находится почва.
Химико-биологического состояния почвы и от степени ее загрязнения.

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.

Описание 7 типов почв, и какой из них самый плодородный для растенийЧитать

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.

Способы, от которых почва может очиститься

Для очищения почвы необходимо наличие следующих веществ в ее составе:

Чтобы помочь ускорению процесса, люди пользуются специальными методами, которые обогащают почву данными соединениями и веществами.

Электрохимическая и электрокинетическая очистки применяется для вывода из земли нефти и фенолов, ртути, свинца и т.д.
Метод промывки подразумевает дополнительное поверхностное нанесение тех веществ, которые способствуют самоочищению почвы.
Фитоэкстрация помогает вырастить определенные виды растений на загрязненных участках. Избавляет от соединений тяжелых металлов.
Фиторемедиация – способ для очищения почвы от нефтепродуктов.

Такие методы применяются для ликвидации последствий аварий и катастроф. Также их можно найти в областях промышленности, связанных с переработкой химических продуктов. Делается это с целью снизить риск экологического вреда.

Очищение почвы происходит как в анаэробных, как и в аэробных условиях.

Анаэробные протекают без использования кислорода обычно с целью обезвреживания и сбраживания осадков. Протекает процесс в две фазы: сперва происходит превращение органического вещества в кислоты и спирты, которые затем переходят в метан и двуокись. Образуются и промежуточные продукты в виде ацетона, метана, спирта и глицерина.

Российские химики придумали способ очистить почву от ядов с помощью растений

Химики из РХТУ имени Д. И. Менделеева и НИЦ «Курчатовский институт» разработали перспективный способ очистки почвы от тяжёлых металлов. Они создали специальные добавки, которые помогают растениям изымать эти токсичные элементы из почвы и при этом не погибать от них.

Известно, что некоторые растения накапливают в себе ядовитые тяжёлые металлы, присутствующие в почве. Это плохая новость, если мы собираемся съесть эти растения. И хорошая, если мы готовы использовать зелёных помощников, чтобы очистить почву. Ведь токсичную биомассу, аккумулировавшую в себе извлечённый из земли яд, можно сжечь, а золу утилизировать.

Такой метод очистки почвы называется фиторемедиацией. Он был изобретён ещё в прошлом веке, но до сих пор дорабатывается и улучшается специалистами. Учёные стремятся, во-первых, заставить растения более интенсивно извлекать из грунта ядовитые вещества. Во-вторых, необходимо компенсировать действие токсинов на сами очищающие растения. Ведь понятно, что если они не будут расти и накапливать биомассу, то никакой очистки не получится.

Этому и была посвящена работа российских химиков. Они изучали возможность очистки почвы от кадмия, никеля и меди с помощью клевера. Толчком к исследованию стал запрос от руководства одного из закрытых мусорных полигонов, в грунте которого накопились эти вредные вещества.

Клевер известен своей способностью накапливать тяжёлые металлы. Химики ещё усилили её с помощью специальной добавки – этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА). Обычно она используется, чтобы помочь растениям извлекать из почвы полезные минеральные вещества, но оказалось, что это работает и с токсичными тяжёлыми металлами.

Однако у ЭДТА есть большой минус: она так плохо разлагается в почве, что в конце концов сама становится загрязнителем. Поэтому исследователи опробовали также другое соединение с не менее зубодробительным названием гидроксиэтилидендифосфоновая кислота (ОЭДФ). Это вещество легко разлагается в почве и полезно для растений.

Чтобы растение не слишком страдало от накопленных тяжёлых металлов, биологи использовали поддерживающие добавки: фитогормоны и соли железа.

Растение страдает от накапливаемых токсинов, но это можно компенсировать специальными добавками.

Фото Анна Макарова и др./РХТУ.

Для проверки работоспособности смеси экспериментаторы ввели в универсальный грунт тяжёлые металлы в количествах, наблюдаемых на мусорном полигоне. В этой почве в течение 31 дня выращивали клевер: одни растения с добавкой ЭДТА, другие – ОЭДФ, а третьи (контрольные) без добавок. Фитогормоны вводили с поливом, а солями железа опрыскивали листья.

Оказалось, что ЭДТА лучше стимулирует накопление металлов. Их содержание выросло по сравнению с контрольными образцами почти в шесть раз. Но от такого количества яда биомасса растения значительно снизилась.

С другой стороны, добавка ОЭДФ увеличивала концентрацию тяжёлых металлов в растении только в 2,6 раза. Зато и биомасса уменьшалась не так сильно, а с помощью фитогормонов и солей железа этот эффект был почти нейтрализован.

Впрочем, у ОЭДФ оказалось неожиданное и неприятное свойство. Почти все тяжёлые металлы, поглощённые растением, накапливались не в его побегах, а в корнях. В некоторых экспериментах содержание кадмия в «корешках» было в сто раз выше, чем в «вершках».

Это подрывает идею очистки почвы по схеме «засеяли клевером, скосили его и сожгли», ведь накопившие яд корни останутся в грунте. Зато, возможно, с помощью ОЭДФ можно будет выращивать злаки и другие съедобные растения на неблагополучных почвах: токсичные металлы останутся в корнях, которые никто и не собирался есть.

Описанные выше эксперименты – важный шаг на пути к схемам очистки почвы, эффективным не только в лаборатории, но и в реальных условиях.

Научная статья с результатами исследования опубликована в журнале Sustainability.

К слову, ранее мы рассказывали о том, как российские учёные спасают растения от загрязнённой почвы с помощью селена. Писали мы и о другой отечественной разработке: искусственной почве, которая заставляет сосны расти в два раза быстрее.

Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».

Этапы самоочищения почвы

Самоочищение почвы осуществляется в пять этапов:

Минерализация – распад органических веществ до неорганических. Углеводы расщепляются до воды и углекислого газа, белки проходят процесс аммонификации, сера превращается в сероводород, а жиры расщепляются на жирные кислоты и глицерин, а затем до воды.
Гумификация – это процесс трансформации вещества в гумус под влиянием почвенных микроорганизмов. Гумус медленно разлагается на составные части, которые активно усваиваются растениями. На его образование в среднем уходит один или два года при условии соблюдения необходимых условий. В народе гумус называют перегноем, а также его часто используют приверженцы чистого и экологического выращивания растений, который отказались от химических удобрений.
Нитрификация позволяет аммиаку расщепляться до азотистой кислоты и нитритов. Такая смесь является полезной для роста растений.
Аэробный процесс гниения состоит из аэрации (поглощение кислорода), распада веществ до неорганических. Также при данном процессе выделяется тепло, способствующее размножению почвенных живых организмов: личинок, червей, водорослей, которые помогают самоочищению почвы.
Брожение – анаэробный процесс, при котором идет процесс очищения с помощью поглощения энергии и образования зловонных газов.

Мероприятия по санитарной охране почвы

Особенности источников загрязнения почвы, их качественная и количественная характеристики определяют тактику санитарного врача при проведении мероприятий по санитарной охране почвы.

Санитарная охрана почвы — это комплекс мероприятий (организационных, законодательных, технологических, гигиенических или научных, санитарных, санитарно-технических, планировочных, землеустроительных, агротехнических), направленных на ограничение поступления в почву механических, химических и биологических загрязнителей до величин, которые не нарушают процессов самоочищения почвы, не приводят к накоплению в выращиваемых растениях вредных веществ в количествах, опасных для здоровья людей и животных, не приводят к загрязнению атмосферного воздуха, поверхностных и подземных водоемов, а также не ограничивают использование почвы в сельском хозяйстве.

Цель санитарной охраны почвы состоит в сохранении такого ее качества, при котором почва не являлась бы фактором передачи заразных для человека и животных заболеваний и не приводила бы к прямому или опосредованному при поступлении ЭХВ по экологическим цепочкам (почва — растение — человек; почва — растение — животное — человек; почва — атмосферный воздух — человек; почва — вода — человек и др.), острому или хроническому отравлению с возможными отдаленными последствиями.

Мероприятия по санитарной охране почвы можно подразделить на:

1) законодательные, организационные и административные;

2) технологические, направленные на создание безотходных и малоотходных технологических схем производства, уменьшающих или снижающих до минимума образование отходов, а также улучшающих технологию обезвреживания отходов;

3) санитарно-технические, предусматривающие сбор, удаление, обеззараживание и утилизацию отходов, загрязняющих почву (санитарная очистка населенных мест);

4) планировочные, сущность которых заключается в выборе земельных участков для строительства очистных сооружений, научного обоснования и соблюдения величины санитарно-защитных зон (СЗЗ) между очистными сооружениями и селитебной территорией населенного пункта, жилыми и общественными зданиями и местами водозабора, выборе схем движения спецавтотранспорта;

5) научные, направленные на разработку гигиенических нормативов для оценки санитарного состояния почвы при поступлении органических, биологических (патогенные и условно-патогенные вирусы, бактерии, простейшие, яйца гельминтов) и химических (пестициды, тяжелые металлы, бенз(а)пирен и др.) загрязнителей.

Источник