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
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.
Биологический метод очистки почвы
⇐ ПредыдущаяСтр 10 из 12Следующая ⇒
В районе расположения месторождения существует опасность загрязнения почвенного покрова нефтепродуктами, что связано с использованием большегрузной техники и неизбежным попаданием в почву нефти и сопутствующих вредных веществ, которые являются тяжелыми, трудно-окисляемыми, и токсичными.
Источниками данного загрязнения на территории месторождения являются:
· дизельная электростанция для обеспечения электроэнергией объектов прикарьерной площадки;
· железнодорожная станция «Угольная»;
· автозаправочные станции контейнерного типа для снабжения карьерной техники топливом (источниками выделения загрязняющего вещества здесь являются резервуары для хранения бензина, дизельного топлива и масла)
· открытые автостоянки автотранспорта, где размещается карьерная техника (грузовые карбюраторные и дизельные, легковые карбюраторные автомобили, экскаваторы, автопогрузчики).
· Мехмастерская для проведения ремонтных работ
Система разработки – транспортная, следовательно, формирование отвалов вскрышных пород, ППС, золошлаковых отходов, ТБО производится посредством грузовой техники (экскаватор RH-90 и погрузчик). Руда на склады транспортируется также посредством грузовых автомашин. В качестве погрузочной техники используются автомобили «Белаз».
Загрязняющими веществами в данном случае являются мазут, солярка, дизельное топливо, бензин, отработанные масла, моторные масла, промасленная ветошь.
Отравленная нефтью почва практически не способна самостоятельно очиститься от нефтяного загрязнения — естественное разложение нефти и нефтепродуктов в обычных условиях происходит крайне медленно т.к. повышенные концентрации углеводородов подавляют всякую самоочищающую активность почвы, в экосистеме накапливаются трудноокисляемые продукты, серьезно препятствующие самоочищению и самовосстановлению.
Процессы разрушения и разложения нефтяных загрязнителей в природе идут — в основном за счет содержащихся в почве и воде микроорганизмов обладающих способностью извлекать из углеводородов энергию необходимую для строительства новых колоний и их жизнедеятельности.
В природе, не подвергающейся вмешательству человека, экосистема настроена на самоочищение т.е. природа сама справляется с переработкой более не нужного ей органического материала. В утилизации органики участвует почва содержащая естественную биоту — живой компонент, представленный разнообразными представителями растительного и животного мира. Вместе микроорганизмы составляют микрофлору почвы отвечающую за метаболизм в результате которого мертвая органика перерабатывается в плодородный гумус. В результате загрязнений почвы органическими веществами подавляется естественная биота, меняются соотношения между отдельными группами микроорганизмов и в целом изменяется направление метаболизма, нарушаются естественные процессы самоочищения. В загрязненной экосистеме с подавленной полезной микрофлорой развиваются вредные и патогенные микроорганизмы, ухудшается санитарное состояние.
Этим обусловлена необходимость создания высокоэффективного, экологически безопасного, и экономически доступного средства, способного быстро и эффективно разрушать нефть и нефтепродукты до экологически безвредных веществ, эффективно действующего загрязненных нефтепродуктами почвах.
Биологический метод очистки почвы от загрязнения состоит в том, что в очищаемую почву вносятся высокие концентрации специально подобранных микроорганизмов, которые ранее были выделены из почвы, селекционированы и размножены в форме готового к применению препарата. В результате в нужном месте в нужное время искусственно создается высокая концентрация клеток микробных сообществ, быстрой усваивающих загрязнители в качестве главного источника энергии жизнедеятельности и при этом перерабатывающих их в продукты собственного метаболизма: углекислый газ (СО2), воду (H2O. К преимуществам биоремедиации относят недеструктивный характер в отношении окружающей среды, возможность целенаправленного применения в нужном месте в нужное время, высокая скорость усвоения и переработки микроорганизмами загрязнителей на безвредные для окружающей среды продукты жизнедеятельности бактерий, экологическая и гигиеническая безопасность.
Биологическая очистка является оптимальным способом очистки и восстановления жизнеспособности почвы, т.к. сочетает в себе не высокую затратность при высокой эффективности (глубине) очистки и полной экологической безопасности. Полученные в результате биоразложения вещества не представляют опасности для окружающей среды и представляют собой основу гумуса. Эффективные комплексные нефтеокисляющие препараты, которые состоят из полукультур (5-7 штаммов) — это природные ассоциации нефтеокисляющих микроорганизмов, выделенных из хронически загрязненных почв.
Биотехнология может быть использована при биологической очистке нефтяного загрязнения почв, почвогрунтов, на территориях промышленных предприятий и других объектах.
Особенность современного и эффективного методабиологической ремедиации — в использовании способности микроорганизмов превращать нефтяные углеводороды в безопасные органические вещества. Если упрощенно: микробы «поедают» углеводороды, превращая их в полезные вещества.
Источник