Загрязнение почв биогеохимические провинции

В природе часто возникают ситуации, когда в почве значительно больше каких либо химических элементов (одного или нескольких), чем требуется растению и наоборот.

Химический элемент, находящийся в недостаточном количестве для нормального развития растения, называется дефицитным. Добавление подвижных форм дефицитных элементов в среду увеличивает продукцию живого вещества. В разных условиях к дефицитным элементам чаще всего принадлежат азот, фосфор, калий, фтор, бор, йод, медь и многие другие микроэлементы. Чаще всего в дефиците – именно подвижные формы элемента, хотя валовое содержание элемента в почве может быть достаточно высоким. Это обусловлено влиянием внешних факторов геохимической среды: ее кислотностью (щелочностью), величиной окислительно-восстановительного потенциала, присутствием других элементов.

Избыток элементов в геохимической среде также может сдерживать развитие растений и снижать их урожайность. Элементы, удаление которых из среды увеличивает продукцию живого вещества, называются избыточными. Чаще всего это хлор, сера, натрий, медь, никель, железо, фтор, алюминий и др.

Таким образом, один и тот же элемент может быть дефицитным в одних условиях и избыточным в других.

Резкий дефицит или избыток элементов в среде может приводить к серьезным заболеваниям растений, животных и человека. Такие болезни А.П. Виноградов назвал биогеохимическими эндемиями, а районы их распространения – биогеохимическими провинциями.

Многие тяжелые металлы очень токсичны. Но хорошо известно, что марганец, медь, цинк, кобальт, никель, молибден и другие тяжелые металлы в малых концентрациях необходимы растениям.

Диапазон содержаний тяжелых металлов в природе очень велик. Например по данным В.В. Ковальского, в почвоообазующих породах содержание меди может различаться в 30-60 раз, цинка в 25-170 раз, кобальта – в 2000 раз, марганца – в 20 раз, стронция – в 200 раз, молибдена в 5 раз. При среднем содержании меди в почвах, равном 2,5х10-3%, ее количество в различных почвах может отличаться в 1500 раз! Если же принять во внимание и почвы, подверженные техногенному загрязнению, — то даже в несколько тысяч раз. Содержание цинка может меняться в почвах в 1000 раз.

Как считал В.В. Ковальский эти примеры свидетельствуют о геохимической неоднородности (мозаичности) биосферы. При этом живые организмы поглощают из среды все доступные химические элементы, образующие растворимые соединения, или активно превращают нерастворимые соединения в доступные формы.

Отсюда вытекает необходимость биогеохимического районирования биосферы. Термин «биогеохимическая провинция» был введен в науку в 1938 году А.П. Виноградовым.

Биогеохимическая провинция – это область на поверхности Земли, отличающаяся содержанием химических элементов в почвах, водах и других средах.

Следует иметь в виду, что содержание химических элементов в пределах каждой биогеохимической провинции может быть как выше, так и ниже биологического оптимума.

В настоящее время, когда природные и техногенные миграционные потоки веществ образуют единый техно-биогеохимичекий поток, многие ученые объединяют биогеохимические, техногенные и геохимические аномалии в техно-биогеохимические провинции.

На территории СНГ существуют биогеохимические провинции с дефицитом йода в почвах и кормах; дефицитом и избытком фтора в питьевой воде; избытком и дефицитом меди в почвах; дефицитом кобальта, бора, избытком стронция и т.д.

Таким образом, биогеохимические провинции с пониженным содержанием отдельных элементов связаны с особенностями состава почвообразующих пород. Биогеохимические провинции с повышенным содержанием элементов обычно формируются в районах рудных месторождений. Кроме того, повышенные концентрации некоторых элементов могут быть обусловлены выбросами промышленных предприятий и автотранспорта.

Ранее мы отмечали, что биогеохимические эндемии обусловлены избытком или недостатком тех или иных химических элементов. Давайте кратко рассмотрим влияние концентраций некоторых элементов на живые организмы.

Медь. В концентрациях свыше 60х10-4% токсична для живых организмов. Но есть культуры, нуждающиеся в повышенных количествах этого элемента. Например, чай, который может накапливать меди до 15 мг/кг сухого вещества.

При резком недостатке меди (менее 6-15х10-4%) нарушаются процессы метаболизма растений, они заболевают: засыхают листья, задерживается развитие корневой системы, проявляется хлороз, у злаков не формируются колосья, у фруктовых деревьев – желтеют листья. У животных наблюдаются анемии, заболевания костной системы. Но и при избыточных количествах меди также наблюдаются анемии, возможны поражения печени. На переизбыток меди растения также реагируют хлорозом, как и на недостаток.

Цинк. В больших количествах (более 7х10-3%) токсичен для растений, так как наблюдается угнетение процессов окисления. Недостаток цинка (3х10-3%) приводит к задержке или прекращению роста большинства растений. Заболевают паракератозом свиньи.

Марганец. У многих растений при недостатке марганца (менее 4х10-2%) снижается усвояемость йода,. Большинство растений при дефиците марганца накапливает железо. У животных и человека развиваются заболевания костной системы, возможно развитие зобной болезни.

Избыток марганца, особенно в кислых почвах, (более 30х10-2%) приводит к уменьшению содержаний железа в растениях и вызывает у них хлороз, проявляющийся в пятнистости листьев.

Бор. Недостаток бора оказывает влияние только на растения, так как животным этот элемент не нужен. При содержании бора в почвах менее 6х10-4% растения, как правило, погибают. Заболевание начинается с гибели точки роста, отмирания корней, у свеклы недостаток бора вызывает гниль сердечка.

Избыток бора ( более 30х10-4%) вызывает заболевания животных и человека (борные энтериты).

Кобальт. Недостаток кобальта в почве (менее 7х10-4%) приводит к развитию у растений заболевания – безлепестковая анемона. Систематический недостаток кобальта в пище животных и человека также приводит к тяжелым нарушениям и даже вызывает тяжелые заболевания, обусловленные недостатком витамина В12. Эти заболевания выражаются в разрушении волосяного покрова, нарушении функции печени, приводящем к развитию анемии и малокровия.

Молибден. Остро реагирует на недостаток молибдена (до 1,5х10-4%) клевер. Животные, питающиеся растениями, выросшими на почвах с недостатком молибдена, болеют анемией, так как в их организме наблюдается накопление меди.

Наоборот, избыток молибдена в кормах является причиной недостатка меди в организме животных и приводит к развитию молибденоза. При недостатке кальция в пище животных высокое содержание молибдена приводит к развитию заболевания –эндемическая атаксия (поражается желудочно-кишечный тракт) и человек страдает эндемической подагрой – заболеванием суставов.

Свинец. Содержится в почвах в небольших количествах (Кларк – 1,6х10-3%). Повышенное количество свинца обнаруживается в почвах промышленных зон, особенно вдоль автомагистралей. Повышенное содержание свинца в почвах приводит к накоплению его в растениях. Повышение концентрации свинца в пищевых продуктах свыше 10-4% вызывает токсические явления. Поражаются все органы, но наиболее сильно – нервная система. Для человека токсичной считается суточная доза более 0,35 мг. Нейтрализовать свинец в организме человека можно высокими дозами аскорбиновой кислоты, а предотвратить поступление свинца в растения – внесением ме6ди в почву.

Йод. Недостаток этого элемента в пище вызывает заболевание эндемичным зобом. Обусловлено это тем, что йод необходим для синтеза гормонов щитовидной железы. Хотя бы один раз в 30-50 дней организм должен получать новые порции йода в количестве 10-15 мг на каждые 70 кг массы тела. Если йод поступает в организм в меньших количествах, щитовидная железа начинает увеличиваться в размерах и образуется зоб. Это заболевание может сопровождаться резким ухудшением умственных способностей. Причем болезнь может поразить человека в любом возрасте. Если же йода не хватает в пище грудного ребенка, то это может вызвать развитие слабоумия, причем кретинизм сопровождается ухудшением деятельности сердца, теряется слух, зрение, слабеют мышцы, наступает стадия идиотии. В настоящее время многие территории Земли относятся к эндемическим по йоду. В России дефицит йода проявляется в Центральноевропейском регионе, Восточной Сибири, на Урале, Северном Кавказе и Крайнем Севере.

Для предотвращения этих заболеваний в районах с недостатком йода в почвах необходимо вводить в пищу небольшие порции этого элемента. Однако, здесь необходимо проявлять осторожность, т.к. избыток йода также может привести к заболеванию – базедовой болезни (увеличение щитовидки, пучеглазие, сердцебиение).

Следует иметь в виду, что во время хранения йодированной соли потери йода составляют 15-20% в месяц.

Фтор. Недостаток фтора приводит к развитию кариеса, т.к. постепенно разрушается эмаль (в которую входит 0,02% фтора). У некоторых организмов наблюдается деформация костей, их повышенная хрупкость и переломы.

Повышение содержаний фтора может привести к нарушению функций щитовидной железы. При избытке фтора в пище и воде также возникают заболевания зубов – флюороз (разрушение эмали). У животных наблюдаются явления, усиливающие выделение из организма йода, при этом тормозится активность некоторых ферментов.

Установлено, что оптимальной суточной дозой для взрослых людей является 0,6-1,5 мг фтора. Для некоторых животных эта доза может быть выше (до 20 мг на 1 кг массы). Сверх этих норм фтор и его соединения токсичны.

Вдыхание воздуха, содержащего более 0,5 мг/л действует на людей отравляюще, а 0,8 мг/л – смертельно. Средство первой помощи при отравлении фторидами -2% раствор хлорида кальция.

Наверх

Источник

Природные и техногенные биогеохимические провинции. Особенности влияния почвы на условия жизни и здоровье людей.

Биогеохимические провинции — области на поверхности Земли, характеризующиеся специфическим для них содержанием химических элементов в горных породах, почвах, поверхностных и подземных водах, растительности, что влияет на распространение некоторых болезней, получивших название эндемических. Биогеохимические провинции могут быть природными, обусловленные естественным, природным содержанием химических элементов, и техногенными или антропогенными, обусловленные технологической деятельностью человека и загрязнением окружающей среды.

(Слайд 7 из Степкин Лекция 9КГ)

Пример эндемических болезней — эндемический зоб при дефиците в продуктах йода, кариес зубов при дефиците в питьевой воде фтора, флюороз при избытке в окружающей среде фтора.

При изучении эндемических болезней широко используется метод биогеохимического районирования — определение на местности и отражение на картах территориальных комплексов, отличающихся один от другого составом и количеством химических элементов в окружающей среде (геологических породах, почвах, водах, растительности). При биогеохимическом районировании с медицинскими целями дополнительно устанавливают содержание определенных элементов в сельскохозяйственной продукции, пищевых рационах, а также пораженность населения эндемическими болезнями.

Химический состав почвы, как фактор риска развития болезней неинфекционной этиологии

Как уже отмечалось, природный аномально высокий или аномально низкое содержание в почве эндогенных химических веществ, их миграция с грунта в соседние среды и по пищевых цепях обуславливает образование природных биогеохимических провинций, с которыми связано эндемическое значение почвы.

Примеры химических факторов риска, связанных с содержанием в почве некоторых веществ:

Повышение селена (щелочная болезнь).

Снижение селена (болезнь Кешана) — ювенильная кардиопатия, гипертоническая болезнь, эндокринопатия.

Повышение молибдена (молибденовая подагра).

Повышение железа, стронция, марганца, цинка, свинца, серебра, фтора и снижение Са — уровская болезнь (болезнь Кашина-Бека) — остеодеформирующий остеоартроз, медвежья лапа, утиная походка.

Эндемический зоб (снижение йода ниже 0,2-0,3 мг). (Выражено отмечен в Карпатах, Полтавской области).

Повышение фтора — флюороз — нарушение кроветворения, фосфорно-кальциевого обмена; выше 1,5 мг/л — заболевания почек, печени, гастрит.

Повышение никеля — рак легких, желудка.

Повышение бора — борный энтерит

Повышение свинца (сатурнизм) — заболевание кроветворной и репродуктивной системы.

Болезнь Юшо (маслянная болезнь) — полихлорированные бифенолы.

Микроэлементозы

Как известно, существует комплекс механизмов, обеспечивающий поступление микроэлементов в организм, поддерживающий их баланс и метаболизм, объединенных в микроэлементную систему гомеостаза, являющуюся частной формой общей гомеостатической системы человека.

При избытке, дефиците или дисбалансе микроэлементов возникают заболевания или синдромы, получившие название микроэлементозов.

Доза-эффект для произвольного элемента представлена на Слайд 8 из Степкин Лекция 9КГ)

Микроэлементы – это группа химических элементов, которые содержатся в организме человека в очень малых количествах, в пределах 10 -3 -10 -12 % (при этом микроэлементы с содержанием ниже 10 -5 % иногда называют ультрамикроэлементами).

(Слайд 9 из Степкин Лекция 9КГ)

По степени полезности для организма макро-микроэлементы можно разбить на следующие группы:

Эссенциальные (жизненно-важные) элементы — это все структурные элементы (H, O, N, C; Ca, Cl, F, K, Mg, Na, P, S) + 8 микроэлементов (Cr, Cu, Fe, I, Mn, Mo, Se, Zn) — всего 20 элементов.

Условно-эссенциальные (жизненно-важные, но вредные в определенных дозах) микроэлементы (Ag, Al, Au, B, Co, Ge, Li, Si, V) – 9 элементов.

Условно-токсичные микроэлементы, безусловно токсичные и ультрамикроэлементы (As Ba Be Bi Br Cd Ce Cs Dy Er Eu Ga Gd Hf Hg Ho In Ir La Lu Nb Nd Ni Os Pb Pd Pr Pt Rb Re Rh Ru Sb Sc Sm Sn Sr Ta Tb Te Th Ti Tl Tm U W Y Yb Zr) – всего 52 элемента.

(Слайд 10 из Степкин Лекция 9КГ)

Микроэлементозы разделяются на:

природные — они существуют независимо от деятельности человека и наблюдаются, когда в почве и воде не хватает каких-либо элементов;

техногенные, т.е. вызванные деятельностью человека;

врожденные и генетические (наследственные).

Пример природного микроэлементоза – это нехватка йода, которая наблюдается на значительной территории нашей страны. Это является одной из ведущих причин эндемического зоба.

Техногенные микроэлементозы вызваны деятельностью человека. Это также профессиональные микроэлементозы, например, у металлургов, шахтеров.

К генетическим микроэлементозам, например, относится энтеропатический аквадерматит. Это заболевание, при котором плохо усваивается цинк и возникает нарушение деятельности иммунной системы и кожи.

К врожденным микроэлементозам относятся те, которые возникают в утробе матери. Беременная женщина, страдающая заболеваниями зубов, анемией, токсикозом рождает ослабленного ребенка, у которого наблюдаются заболевания иммунной системы, нервной системы, опорно-двигательного аппарата, аллергические проявления.

(Слайд 11 из Степкин Лекция 9КГ)

Для нормирования содержания химических веществ в почве используется ПДК (мг/кг).

Критерием загрязнения почвы химическим веществами является коэффициент концентрации химического вещества:

К,

где С – реальная концентрация вещества в почве, мг/кг;

ПДК – предельно допустимая концентрация, мг/кг.

При оценке суммарного загрязнения несколькими веществами используется показатель суммарного загрязнения (СПЗ):

СПЗ = ,

где n – число веществ;

i – номер вещества.

(Слайд 12 из Степкин Лекция 9КГ)

По степени химического загрязнения почвы населенных мест могут быть разделены на следующие категории по уровню загрязнения: чистая, допустимая, умеренно опасная, опасная и чрезвычайно опасная в зависимости от количественных характеристик.

Оценка степени химического загрязнения почвы

Санитарное число Хлебникова

Суммарный показатель загрязне- ния (Zc)

Содержание в почве (мг/кг)

I класс опасности

II класс опасности

III класс опасности

(Слайд 13 из Степкин Лекция 9КГ)

Как уже было отмечено, в основе нормирования экзогенных химических веществ в почве лежит показатель ПДК (мг вещества/ в кг почвы).

Схема гигиенического нормирования химических веществ в почве значительно отличается от таковых схем нормирования вредных веществ в воде водоемов, атмосферном воздухе и пищевых продуктах. Это отличие обусловлено тем, что в организм человека вредное вещество из почвы поступает при прямом контакте с почвой лишь в отдельных случаях (с почвенной пылью при ручных работах, таких как прополка, карьерных и шахтных работах, во время игры детей в песочницах и т. д.). Основное же поступление экзогенных химических веществ из почвы в организм человека происходит через воду, воздух и растения по таким экологическим цепям миграции, как почва-растения-человек, почва-растения-животные-человек, почва-вода-человек, почва-атмосферный воздух-человек. Это обуславливает опосредованное неблагоприятное воздействие на здоровье человека загрязнённой почвы. Поэтому, при нормировании химических веществ в почве следует исходить не только из того, какую опасность представляет почва при непосредственном поступлении ее е организм, но какую опасность несет для здоровья людей опосредованное загрязнение через почву поверхностных и подземных вод, атмосферного воздуха, продукции растениеводства.

Нормативы распространяются на почвы населенных пунктов, сельскохозяйственных угодий, зон санитарной охраны источников водоснабжения, территории курортных зон и отдельных учреждений.

При определении списка приоритетных показателей для контроля качества почв в первую очередь исходят из специфики назначения ее использования, т.е. какого вида земли: сельскохозяйственного назначения, места захоронения отходов, зоны влияния промышленных предприятий. Исходя из состава отходов, а также учитывая такие показатели как токсичность веществ и устойчивость в почве, уровень миграции, а в случае сельскохозяйственного использования земель степень влияния на пищевую ценность сельскохозяйственной продукции.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Источник

➤