Контрольная работа по «Экологии»

    Загрязнение почвы тяжелыми металлами

    Загрязнение почв тяжелыми металлами имеет разные источники:

• отходы металлообрабатывающей промышленности;
• промышленные выбросы;
• продукты сгорания топлива;
• автомобильные выхлопы отработанных газов;
• средства химизации сельского хозяйства.

    Металлургические  предприятия ежегодно выбрасывают  на поверхность земли более 150 тыс. тонн меди, 120 тыс. тонн цинка, около 90 тыс. тонн свинца, 12 тыс. тонн никеля, 1,5 тыс. тонн молибдена, около 800 тонн кобальта и около 30 тонн ртути. На 1 грамм черновой меди отходы медеплавильной промышленности содержат 2,09 тонн пыли, в составе которой содержится до 15% меди, 60% окиси железа и по 4% мышьяка, ртути, цинка и свинца. Отходы машиностроительных и химических производств содержат до 1 тыс. мг/кг свинца, до 3 тыс. мг/кг меди, до 10 тыс. мг/кг хрома и железа, до 100 г/кг фосфора и до 10 г/кг марганца и никеля. В Силезии вокруг цинковых заводов громоздятся отвалы с содержанием цинка от 2 до 12% и свинца от 0,5 до 3%, а в США эксплуатируют руды с содержанием цинка 1,8%.

    С выхлопными газами на поверхность почв попадает более 250 тыс. тонн свинца в  год; это главный загрязнитель почв свинцом.

    Тяжелые металлы попадают в почву вместе с удобрениями, в состав которых  они входят как примесь, а также и с биоцидами.

    Поступления тяжелых металлов на поверхность  почвенного покрова возможны в результате производственной деятельности человека при полном исчерпании рудных запасов, в сжигании имеющихся запасов  угля и торфа и сравнение их с возможными запасами металлами, аккумулированных в гумосфере к настоящему времени.

    Химические  элементы и их соединения попадая  в почву претерпевают ряд превращений, рассеиваются или накапливаются  в зависимости от характера геохимических  барьеров, свойственных данной территории.

    Все микроэлементы могут оказывать  отрицательное влияние на растения, если концентрация их доступных форм превышает определенные пределы. Некоторые  тяжелые металлы, например, ртуть, свинец и кадмий, которые, по всей видимости, не очень важны для растений и животных, опасны для здоровья человека даже при низких концентрациях.

    Выхлопные газы транспортных средств, вывоз в  поле или станции очистки сточных  вод, орошение сточными водами, отходы, остатки и выбросы при эксплуатации шахт и промышленных площадок, внесение фосфорных и органических удобрений, применение пестицидов и т.д. привели к увеличению концентраций тяжелых металлов в почве.

    До  тех пор, пока тяжелые металлы  прочно связаны с составными частями  почвы и труднодоступны, их отрицательное влияние на почву и окружающую среду будет незначительным. Однако, если почвенные условия позволяют перейти тяжелым металлам в почвенный раствор, появляется прямая опасность загрязнения почв, возникает вероятность проникновения их в растения, а также в организм человека и животных, потребляющие эти растения. Кроме того, тяжелые металлы могут быть загрязнителями растений  и водоемов в результате использования сточных ила вод. Опасность загрязнения почв и растений зависит: от вида растений; форм химических соединений в почве; присутствия элементов противодействующих влиянию тяжелых металлов и веществ, образующих с ними комплексные соединения; от процессов адсорбции и десорбции; количества доступных форм этих металлов в  почве и почвенно-климатических условий.

    Тяжелые металлы в почве через трофическую  цепь поступают в растения, а затем  потребляются животными и человеком. В круговороте тяжелых металлов участвуют различные биологические  барьеры, вследствие чего происходит выборочное бионакопление, защищающее живые организмы от избытка этих элементов. Все же деятельность биологических барьеров ограничена, и чаще всего тяжелые металлы концентрируются в почве. Устойчивость почв к загрязнению ими различна в зависимости от буферности.

    Тяжелые металлы, поступая из почвы в растения, передаваясь по цепям питания, оказывают токсическое действие на растения, животных и человека.

    Среди наиболее токсичных элементов прежде всего следует назвать ртуть, которая представляет наибольшую опасность  в форме сильнотоксичного соединения – метилртути. Ртуть попадает в атмосферу при сжигании каменного угля и при испарении вод из загрязненных водоемов. С воздушными массами она может переноситься и откладываться на почвах в отдельных районах.

    Свинец  также обладает способностью передаваться по цепям питания, накапливаясь в тканях растений, животных и человека. Доза свинца, равная 100 мг/кг сухого веса корма, считается летальной для животных.

    Свинцовая пыль оседает на поверхности почв, адсорбируется органическими веществами, передвигается по профилю с почвенными растворами, но выносится за пределы почвенного профиля в небольших количествах.

    Кадмий, подобно ванадию и цинку, аккумулируется гумусовой толще почв. Характер его  распределения в почвенном профиле  и ландшафте, видимо, имеет много общего с другими металлами, в частности с характером распределения свинца.

    Мышьяк  попадает в почву с продуктами сгорания угля, с отходами металлургической промышленности, с предприятий по производству удобрений. Наиболее прочно мышьяк удерживается в почвах, содержащих активные формы железа, алюминия, кальция. Токсичность мышьяка в почвах всем известна. Загрязнение почв мышьяком вызывает, например, гибель дождевых червей. Фоновое содержание мышьяка в почвах составляет сотые доли миллиграмма на килограмм почвы.

    Фтор  и его соединения находят широкое  применение в атомной, нефтяной, химической и др. видах промышленности. Он попадает в почву с выбросами металлургических предприятий, в частности, алюминиевых  заводов, а также как примесь  при внесении суперфосфата и некоторых других инсектицидов.

    Загрязняя почву, фтор вызывает снижение урожая не только благодаря прямому токсическому действию, но и изменяя соотношение  питательных веществ в почве. Наибольшая адсорбция фтора происходит в почвах с хорошо развитым почвенным поглощающим комплексом. Растворимые фтористые соединения перемещаются по почвенному профилю с нисходящим током почвенных растворов и могут попадать в грунтовые воды. Загрязнение почвы фтористыми соединениями разрушает почвенную структуру и снижает водопроницаемость почв.

    Цинк  и медь менее токсичны, чем названные  тяжелые металлы, но избыточное их количество в отходах металлургической промышленности загрязняет почву и угнетающе  действует на рост микроорганизмов, понижает ферментативную активность почв, снижает урожай растений.

    Поскольку тяжелые металлы и в продуктах  сгорания топлива, и в выбросах металлургической промышленности встречаются обычно в различных сочетаниях, то действие их на природу, окружающую источники  загрязнения, бывает более сильным, чем предполагаемое на основании концентрации отдельных элементов.

    В лесных фитоценозах первыми реагируют  на загрязнения лишайники и мхи. Наиболее устойчив древесный ярус. Однако длительное или высокоинтенсивное  воздействие вызывает в нем сухостойкие  явления.

    Загрязнение почвы пестицидами

    Пестициды – это в основном органические соединения с малым молекулярным весом и различной растворимостью в воде. Химический состав, их кислотность  или щелочность, растворимость в  воде, строение, полярность, величина и  поляризация молекул – все эти особенности вместе или каждая в отдельности оказывает влияние на процессы адсорбции-десорбции почвенными коллоидами.

    Пестициды, которые содержат кислотные или  основные группы, либо ведут себя при  диссоциации как катионы, составляют группу ионных соединений. Пестициды, не обладающие ни кислой, ни щелочной реакцией составляют группу неионных соединений.

    Почва в основном выступает в качестве преемника пестицидов, где они  разлагаются и откуда постоянно  перемещаются в растения или окружающую среду, либо в качестве хранилища, где некоторые из них могут существовать много лет спустя после внесения.

    Пестициды – тонкодисперсные вещества –  в почве подвержены многочисленным воздействиям биотического и небиотического характера, некоторые определяют их поведение, преобразование и, наконец, минерализацию. Тип и скорость преобразований зависит от: химической структуры действующего вещества и его устойчивости, механического состава и строения почв, химических свойств почв, состава флоры и фауны почв, интенсивности влияния внешних воздействий и системы ведения сельского хозяйства.

    Адсорбция пестицидов в почве – комплексный  процесс, зависящий от многочисленных факторов. Она играет важную роль в  перемещении пестицидов и служит для временного поддержания в парообразном или растворенном состоянии или в виде суспензии на поверхности почвенных частиц. Особо важную роль в адсорбции пестицидов играют ил и органическое вещество почвы, составляющие «коллоидальный комплекс» почвы.

    Передвижение  пестицидов в почве происходит с почвенным раствором или одновременно с перемещением коллоидных частиц, на которых они адсорбированы. Это зависит как от процессов диффузии так и массового тока (разжижение), которые представляют собой обычный способ вымывания.

    При поверхностном стоке, вызываемом осадками или орошением, пестициды передвигаются в растворе или суспензии, скапливаясь в углублениях почвы. Данная форма передвижения пестицидов зависит от рельефа местности, эродированности почв, интенсивности осадков, степени покрытия почв растительностью, периода времени, прошедшего с момента внесения пестицида. Количество пестицидов, передвигающихся с поверхностным стоком, составляет более 5% от внесенного в почву.

    Вымывание пестицидов по профилю почв заключается  в их передвижении вместе с циркулирующей в почве водой, что обусловлено в основном физико-химическими свойствами почв, направлением движения воды, а также процессами адсорбции и десорбции пестицидов коллоидными частицами почвы.

    На  пестициды, попавшие в почву, оказывают  влияние различные факторы как в период их эффективности, так и в дальнейшем, когда препарат уже становится остаточным. Пестициды в почве подвержены разложению, обусловленному небиотическими и биотическими факторами и процессами.

    Существует  очень мало действующих веществ, не разлагающихся биологическим путем. Продолжительность разложения пестицидов микроорганизмами может колебаться от нескольких дней до нескольких месяцев, а иногда и десятков лет, в зависимости от специфики действующего вещества, видов микроорганизмов, свойств почв. Разложение действующих веществ пестицидов осуществляется бактериями, грибами и высшими растениями.

    Обычно  разложение пестицидов, особенно растворимых, реже адсорбированных почвенными коллоидами, происходит при участии микроорганизмов.

    Последствия и выводы

    Почвенный покров Земли играет решающую роль в обеспечении человечества продуктами питания и сырьем для жизненноважных  отраслей промышленности. Использование  с этой целью продукции океана, гидропоники или искусственно синтезируемых  веществ не может, по крайней мере в обозримом будущем, заменить продукцию наземных экосистем (продуктивность почв). Поэтому непрерывный контроль за состоянием почв и почвенного покрова – обязательное условие получения планируемой продукции сельского и лесного хозяйства.

    Вместе  с тем почвенный покров является естественной базой для поселения  людей, служит основой для создания рекреационных зон. Он позволяет  создать оптимальную экологическую  обстановку для жизни, труда и  отдыха людей. От характера почвенного покрова, свойств почвы, протекающих в почвах химических и биохимических процессов зависят чистота и состав атмосферы, наземных и подземных вод. Почвенный покров – один из наиболее мощных регуляторов химического состава атмосферы и гидросферы. Почва была и остается главным условием жизнеобеспечения наций и человечества в целом. Сохранение и улучшение почвенного покрова, а, следовательно, и основных жизненных ресурсов в условиях интенсификации сельскохозяйственного производства, развития промышленности, бурного роста городов и транспорта возможно только при хорошо налаженном контроле за использованием всех видов почвенных и земельных ресурсов.

    Почва является наиболее чувствительной к  антропогенному воздействию. Из всех оболочек Земли почвенный покров – самая  тонкая оболочка, мощность наиболее плодородного гумусированного слоя даже в черноземах не превышает, как правило, 80-100 см, а во многих почвах большинства природных зон она составляет всего лишь 15-20 см. Рыхлое почвенное тело при уничтожении многолетней растительности и распашке легко подвергается эрозии и дефляции.