Оценка токсичности примесного химического элемента свинец при использовании удобрений в агроценозе подсолнечник

Курсовая  работа

на тему: «Оценка токсичности примесного химического элемента свинец при использовании удобрений в агроценозе подсолнечник». 
 
 
 

Содержание 

Введение

1. Распределение химического элемента-экотоксиканта в системе почва-растение в естественных природных условиях и при антропогенном загрязнении
1. Химические свойства примесного элемента
2. Фоновое содержание исследуемого химического элемента в разных типах почв. Кларк в литосфере
3. Источники и формы поступления примесного элемента в условиях антропогенного загрязнения окружающей природной среды
4. Факторы, оказывающие влияние на поступление химического элемента из почвы в растение
5. Нормирование содержания примесного элемента в почве, продукции растениеводства и связанных с ней продуктов питания
6. Биохимическая роль химического элемента в организме животных и человека
2. Токсичность примесных химических элементов для организма человека при применении комплекса удобрений и мелиорантов в агроценозе подсолнечник
1. Изменение концентрации экотоксиканта в почве после единовременного применения средств химизации

Заключение 

Список литературы 
 
 

Введение 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.Распределение  химического элемента-экотоксиканта в системе почва-растение в естественных природных условиях и при антропогенном загрязнении.

1.1. Химические свойства  примесного элемента.

    Конфигурация  внешних электронных оболочек атома  Pb 6s²6р², в соответствии с чем он проявляет степени окисления +2 и +4. Свинец сравнительно мало активен химически. Металлический блеск свежего разреза Свинца постепенно исчезает на воздухе вследствие образования тончайшей пленки РbО, предохраняющей от дальнейшего окисления.

   С кислородом образует ряд оксидов  Рb₂О, РbО, РbО₂, Рb₃О₄ и Рb₂О₃.

   В отсутствие О₂ вода при комнатной температуре на Свинец не действует, но он разлагает горячий водяной пар с образованием оксида Свинца и водорода. Соответствующие оксидам РbО и РbО₂ гидрооксиды Рb(ОН)₂ и Рb(ОН)₄ имеют амфотерный характер.

   Соединение  Свинца с водородом РbН₄ получается в небольших количествах при действии разбавленной соляной кислоты на Mg₂Pb. PbH₄ - бесцветный газ, который очень легко разлагается на Pb и Н₂. При нагревании Свинец соединяется с галогенами, образуя галогениды РbХ₂ (X -галоген). Все они малорастворимы в воде. Получены также галогениды РbХ₄: тетрафторид PbF₄ - бесцветные кристаллы и тетрахлорид РbСl₄- желтая маслянистая жидкость. Оба соединения легко разлагаются, выделяя F₂ или Cl₂; гидролизуются водой. С азотом Свинец не реагирует. Азид свинца Pb(N₃)₂ получают взаимодействием растворов азида натрия NaN₃ и солей Рb (II); бесцветные игольчатые кристаллы, труднорастворимые в воде; при ударе или нагревании разлагается на Pb и N₂ со взрывом. Сера действует на Свинец при нагревании с образованием сульфида PbS - черного аморфного порошка. Сульфид может быть получен также при пропускании сероводорода в растворы солей Pb (II); в природе встречается в виде свинцового блеска - галенита.

   В ряду напряжений Pb стоит выше водорода (нормальные электродные потенциалы соответственно равны -0,126 в для Рb = Рb²⁺ + 2е и +0,65 в для Pb = Pb⁴⁺ + 4е). Однако Свинец не вытесняет водород из разбавленной соляной и серной кислот, вследствие перенапряжения Н₂ на Pb, а также образования на поверхности металла защитных пленок трудно-растворимых хлорида РbCl₂ и сульфата PbSO₄. Концентрированные H₂SO₄ и НCl при нагревании действуют на Pb, причем получаются растворимые комплексные соединения состава Pb(HSO₄)₂ и Н₂[РbCl₄]. Азотная, уксусная, а также некоторые органических кислоты (например, лимонная) растворяют Свинец с образованием солей Рb (II). По растворимости в воде соли делятся на растворимые (ацетат, нитрат и хлорат свинца), малорастворимые (хлорид и фторид) и нерастворимые (сульфат, карбонат, хромат, фосфат, молибдат и сульфид). Соли Pb (IV) могут быть получены электролизом сильно подкисленных H₂SO₄ растворов солей Рb (II); важнейшие из солей Pb (IV)- сульфат Pb(SO₄)₂ и ацетат Рb(С₂Н₃О₂)₄. Соли Pb (IV) склонны присоединять избыточные отрицательные ионы с образованием комплексных анионов, например, плюмбатов (РbО₃)^2- и (РbО₄)^4-, хлороплюмбатов (РbCl₆)^2-, гидроксоплюмбатов [Рb(ОН)₆]^2- и других. Концентрированные растворы едких щелочей при нагревании реагируют с Pb с выделением водорода и гидроксоплюмбитов типа Х₂[Рb(ОН)₄].  
 
 
 
 
 
 
 
 

1.2.Фоновое  содержание исследуемого  химического элемента  в разных типах почв. Кларк в литосфере. 

Референсные значения: ПДК, валовое содержание с учетом фона (кларка): 32;  
ОДК с учётом фона (кларка) соответственно типам почв:  
* песчаные и супесчаные: 32;  
* кислые (суглинистые и глинистые), pH KCl < 5,5: 65;  
* близкие к нейтральным, нейтральные (суглинистые и глинистые), pH KCl > 5,5: 130.  

1.3.Источники  и формы поступления  примесного элемента в условиях антропогенного загрязнения окружающей природной среды. 

 Стационарные  источники:

    Загрязнение окружающей среды свинцом и его  соединениями предприятиями металлургической промышленности определяется спецификой их производственной деятельности: непосредственное производство свинца и его соединений; попутное извлечение свинца из других видов сырья, содержащих свинец в виде примеси; очистка получаемой продукции от примеси свинца и т.д. Из 640 кг в год свинца, сбрасываемого ежегодно в водные объекты со сточными водами, 570 кг (89%) принадлежало предприятиям, производящим цветные металлы. Сравнительно небольшие выбросы свинца предприятиями черной металлургии России определяются отсутствием в сырье сколь-либо значительного содержания свинца, хотя в ряде развитых стран мира наличие в рудном сырье и скрапе свинца создает серьезные экологические проблемы в доменном, мартеновском и электроплавильном переделах. 99,86% выбрасываемого в атмосферу свинца приходится на долю 11 из 39 предприятий цветной металлургии, в том числе около 94% этого металла выбрасывают 5 предприятий: Среднеуральский медеплавильный завод (291 т/год); Красноуральский медеплавильный комбинат (170 т/год); Кировградский медеплавильный комбинат (114 т/год); АО "Дальполиметалл" (28 т/год); завод "Электроцинк" (16 т/год). Производство аккумуляторов в машиностроении использует половину потребляемого в стране свинца. Суммарные выбросы в атмосферу 7 аккумуляторных заводов Российской Федерации, объединенных в АО "Электрозаряд", составили в 1998 г. ориентировочно 38,2 т в пересчете на свинец; суммарные сбросы в водные объекты (через канализацию) - 35,3 т. С переходом на применение в производстве кабелей пластмассовых материалов для оболочек произошло снижение потребления свинца и его сплавов кабельными заводами. К настоящему времени потребление свинца на заводах этой подотрасли снизилось до 5 тыс. т. Особенности применяемой технологии таковы, что выбросы свинца незначительны. В топливно-энергетическом комплексе загрязнение окружающей среды свинцом обусловлено производством этилированных бензинов и сжиганием топлива (прежде всего угля). В 1998 г. было произведено 27,4 млн. т автомобильных бензинов, в том числе 14,5 млн. т этилированных. Содержание свинца в этилированных бензинах колеблется от 0,15 до 0,37 г/л. Следует отметить, что неэтилированные бензины из-за технологии производства и транспортировки могут содержать свинец в концентрации до 0,01 г/л. Несмотря на положительную тенденцию снижения выпуска этилированных бензинов, имеется ряд экономических и организационных причин, сдерживающих решение этой проблемы. Отказ от применения этиловой жидкости и использование альтернативных октаноповышающих добавок приводит к увеличению исходной стоимости автомобильных бензинов. Расчеты, сделанные на основании официальных статистических данных о потреблении топлива субъектами России в 1993 г., показали, что при сжигании органического топлива (уголь, мазут, природный газ) в атмосферу Российской Федерации поступает примерно 400 т свинца. Выбpосы и сбpосы соединений свинца в химическом комплексе связаны с пpоизводством пигментов, сиккативов, специальных стекол, смазок, антидетонационных пpисадок к автомобильным бензинам, полимеpизацией пластмасс и др. В Российской Федерации этиловая жидкость (на основе тетраэтилсвинца - ТЭС) вырабатывается только одним предприятием - АО "Синтез" (г. Дзержинск, Нижегородская область). Производство этиловой жидкости на этом предприятии сократилось по сравнению с концом 80-х годов в 2 раза и составило в 1998 г. 8,9 тыс. т. Сокращению производства этиловой жидкости на АО "Синтез" способствует выпуск рядом предприятий (Московский и Омский НПЗ, АО "Нижнекамскнефтехим", Тольяттинский и Волжский заводы синтетического каучука) октаноповышающих кислородсодержащих компонентов: МТБЭ и фэтерола (смесь МНБЭ с третбутиловым спиртом). В лакокрасочном производстве по-прежнему (в последнее время во все меньших количествах) используют свинцовые пигменты. Пигменты, содержащие свинец, входят и в состав антикоррозийных покрытий, имеющих главным образом защитное, а не декоративное значение. На предприятиях Российской Федерации в 1998 г. было произведено всего 800 т свинцового сурика, содержащего собственно свинца 725 т. В отличие от хрустальных предметов торговли, в процессе бытового использования которых вероятность выщелачивания свинца и воздействия его на организм человека практически исключена, свинцовые краски представляют собой значительную опасность. В соответствии с законом России "Об опасных химических веществах" и законом России "О правах потребителей" свинецсодержащие краски не могут использоваться для покрытий, с которыми непосредственно контактирует человек. В целом выбросы в атмосферу соединений свинца предприятиями лакокрасочной промышленности составляют около 20 т. Эта цифра является оценочной, но сам порядок величины заслуживает того, чтобы провести детальную инвентаризацию использования и потерь соединений свинца в этой подотрасли. Выбросы свинца стекольными предприятиями в целом по Российской Федерации оцениваются величиной порядка 100(200 т/год. Производство хрустальной посуды, оптического стекла типа "тяжелый флинт", деталей кинескопов, специальных свинцовых стекол для спайки с металлами и другими стеклами следует рассматривать как источники загрязнения окружающей среды, в первую очередь атмосферного воздуха, соединениями свинца. Потери свинца на таких предприятиях составляют 2-8% от массы вовлеченного в технологический процесс элемента. Концентрация свинца в отходящих газах при варке малосвинцового стекла составляет до 600 мг/M3. В производство консервов (использование свинецсодержащих припоев при изготовлении жестяных банок) по приближенным оценкам на 1998 г. вовлечено от 100 до 200 т свинца.    Несмотря на сокращение производства консервированных продуктов в 90-е годы, масса ежегодно поступающего в твердые бытовые отходы свинца в настоящее время может составлять десятки тонн. Еще большую опасность представляет возможность попадания свинца, содержащегося в припое, в продукты питания при хранении консервов. Существенными источниками загрязнения окружающей среды свинцом и его соединениями являются предприятия оборонной промышленности. Так, монтажно-паечные работы обусловливают дополнительным выпуском свинца и его неорганических соединений в приземный слой атмосферы в целом по Российской Федерации в объеме 1 т/год. Лакокрасочные, пропиточные, эмалировочные работы и работы с применением компаундов обусловливают дополнительным выпуском свинца и его неорганических соединений до 150 т/год без учета составов с высоким удельным содержанием свинца, но имеющих ограниченное применение. Поступление свинца в окружающую среду происходит также при производстве свинецсодержащих боеприпасов, нанесении свинцовых покрытий и других специальных работах. Полигоны твердых бытовых отходов (ТБО) представляют собой мощные площадные источники загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами, в том числе свинцом. К собственно бытовым источникам поступления свинца в ТБО следует отнести отработанные свинцовые аккумуляторные батареи, потерявшие потребительские свойства провода и кабели, лакокрасочные покрытия (особенно выпущенные в прошлые десятилетия), предмета торговли из хрусталя, свинцовых стекол, глазированную керамику, паяные предмета торговли, в том числе и консервные жестяные банки, некоторые резиновые предмета торговли. В продуктах мусоропереработки содержание свинца превышает таковое в земной коре от сотен до тысяч раз, т. е. достигает 0,16-1,6% весовых. По экспертным оценкам на свалках, транспортных площадках и других местах по всей территории Российской Федерации в настоящее время находится до 1 млн. т свинца в отработанных аккумуляторах. При существующем положении с их переработкой эта величина возрастает на 50-60 тыс. т ежегодно. По данным Госкомстата Российской Федерации в стране в последние годы в связи с падением уровня производства динамика выбросов свинца и его соединений в атмосферный воздух от стационарных источников имеет устойчивую тенденцию к снижению. Вклад различных отраслей промышленности в загрязнение атмосферного воздуха свинцом стационарными источниками оценивается, по данным Госкомстата Российской Федерации, следующим образом:

 - цветная  металлургия - 86,7%;

 - машиностроение  и металлообработка - 8,8%;

 - черная  металлургия - 1,4%;

 - химическая  и нефтехимическая промышленность - 0,5%;

 - деревообрабатывающая  и целлюлозно-бумажная промышленность - 0,3%;

 - транспортные  предприятия, пищевая промышленность, промышленность

 строительных  материалов, электроэнергетика и  топливная промышленность -по 0,1%;

 - другие  отрасли промышленности - около 1,8%.

    Поступление свинца в поверхностные водные объекты  со сточными водами имеет также тенденцию к снижению. В 1998 г., по данным Госкомстата Российской Федерации, свинца было сброшено в 3,1 раза меньше, чем в 1991 г. - 50,47 т (в пересчете на свинец). Хотелось бы считать, что подобная ситуация объясняется проводимыми природоохранными мероприятиями, но, очевидно, это всего лишь следсвие сокращения примерно во столько же раз объемов индекса пром производства на территории Российской Федерации. Наибольшие темпы снижения сбросов свинца за последние 5 лет отмечены в Москве и Московской области (в 20 раз), Санкт-Петербурге и Ленинградской области (в 7 раз). Рост сбросов свинца наблюдается в Архангельской, Орловской и Иркутской областях, Республике Башкортостан, Приморском крае.

Нестационарные  источники:

    По  данным ГВЦ УВД ГАИ в Российской Федерации насчитывется 19,6 млн. автомобилей, в том числе - 14,7 млн. легковых, 4,2 млн. грузовых автомобилей и около 0,7 млн. автобусов. Количество автомобилей, использующих газ в качестве топлива, не превышает 2%. Доля грузовых автомобилей с дизельным двигателем составляет в среднем для Российской Федерации 28%, а автобусов - примерно 63%. Суммарное ежегодное поступление свинца в атмосферу от автотранспорта на территории Российской Федерации оценивается величиной около 4 тыс. т. Пространственное распределение этих выбросов показывает, что максимальная нагрузка свинца от выбросов автотранспорта приходится на Московскую и Самарскую области. За ними следуют Калужская, Нижегородская, Владимирская области и другие субъекты Федерации, расположенные в центральной части ЕТР и Северного Кавказа. Наибольшие абсолютные выбросы свинца отмечаются в Уральском (685 т), Поволжском (651 т) и Западно-Сибирском (568 т) регионах. 54% общей массы свинца поступает в атмосферу от грузового транспорта. В авиации использование этилированных бензинов марок Б-91/115, Б-100/130, Б-95/130 и др. поршневыми самолетами типа АН-2, ЯК-18 и вертолетами типа КА-26 сопровождается годовой дополнительном выпуске свинца и его окислов в атмосферу в количестве 3,6-3,7 т/год (всем парком авиационной техники указанного класса). В ракетно-космической технике основным источником свинцового загрязнения являются пиросредства. Наибольшее применение получили пиросредства (пиропатроны, разрывные болты, трубки дистанционного типа и др.), снаряженные капсюлями-детонаторами и электродетонаторами с инициирующим составом из азида свинца и тринитрорезорцината свинца (или стифаната свинца), при срабатывании которых в числе других вредных веществ выделяется свинец в парообразном состоянии. Общая дополнительный выпуск указанных соединений свинца составляет от 250 до 500 т/год. К нестационарным источникам поступления свинца в окружающую среду следует отнести также охотничий промысел и любительскую охоту, в частности загрязнение окружающей среды свинцовой дробью. Оценочные расчеты свидетельствуют, что в целом по Российской Федерации ежегодно в водно-болотные угодья попадает до 1400 т свинца. Пространственное распределение фонового содержания свинца в атмосфере неоднородно и в значительной степени определяется распределением его антропогенных источников на территории Российской Федерации. Фоновое содержание свинца в атмосфере (данные максимальных разовых, среднесуточных, среднемесячных и среднегодовых концентраций) не превышает значений предельно допустимых концентраций (ПДК). Как правило, наиболее высокие концентрации свинца в фоновых районах наблюдаются в зимний период, что связано с дополнительными выбросами в атмосферу продуктов сжигания топлива. Неблагоприятные метеорологические условия в этот период года также способствуют накоплению свинца в нижних слоях атмосферы. За последние 5 лет для большинства районов Российской Федерации наблюдается уменьшение содержания свинца в атмосфере (примеры - на рис. 6), что связано как с сокращением производства и, соответственно, выбросов свинца внутри страны, так и со снижением трансграничного переноса свинца вследствие сокращения потребления этилированного бензина за рубежом. Наиболее заметное снижение концентрации свинца в воздухе регистрируется в центральной части ЕТР. Максимальный уровень загрязнения природных сред регистрируется в городах и промышленных центрах. Значения средних за концентраций свинца в атмосфере городов составили 0,01-0,5 мкг/M3. Для большинства городов Российской Федерации среднегодовая концентрация свинца не превышала значений 0,1 мкг/M3. Наиболее высокий уровень загрязнения воздуха свинцом, превышающий принятые в Российской Федерации нормы (ПДК - 0,3 мкг/M3), отмечался в в городах Комсомольск-на-Амуре, Тобольск, Тюмень, Карабаш, Владимир, Владивосток (до 0,5 мкг/M3) Значения среднемесячных концентраций свинца в атмосфере отличаются большей изменчивостью по сравнению с данными его среднегодового содержания в воздухе. В 1995 г. в 29 городах Российской Федерации среднемесячные концентрации свинца превышали значения ПДК. Промышленные источники свинца обуславливают загрязнение обширных территорий за счет процессов дальнего атмосферного переноса загрязненных воздушных масс. Выпадение свинца на ЕТР составило около 16 тыс. т в год, из которых за 10 тыс. т была ответственна собственно Россия. Вследствие преимущественно западного и юго-западного направления ветров, поступление свинца в Российскую Федерацию происходило почти из всех европейских стран, включая бывшие республики СССР, причем для подавляющего большинства европейских стран поступление свинца на ЕТР было больше, чем соответствующий встречный перенос. В целом, вследствие трансграничного переноса на территорию ЕТР из-за рубежа поступает более 3 тыс. т свинца в год. Имеющееся информационное обеспечение не позволяет сделать такие же расчеты для Азиатской части Российской Федерации, однако предварительные оценки показывают, что поступление свинца из Китайской Народной Республики в восточную зону и на Дальний Восток, а также из Казахстана на юг Западной Сибири составляет 2,5-3 тыс. т. При этом баланс трансграничного переноса свинца также положителен. Следовательно, ориентировочная величина суммарного поступления свинца на территорию Российской Федерации вследствие его трансграничного переноса может составить около 5-6 тыс. т в год. Содержание свинца в атмосферных осадках изменяется по территории Российской Федерации от 0,05 до 7,3 мкг/л (среднегодовые значения за 38 лет наблюдений). Наиболее высокое загрязнение осадков свинцом наблюдается в северо-западном, центральном и южном районах ЕТР (4,5-7,3 мкг/л). Загрязнение осадков свинцом в городах и промышленных центрах значительно (до 10 раз) превышает соответствующие данные, полученные для фоновых районов. На ЕТР наиболее высокие нагрузки наблюдаются в Московской, Владимирской, Горьковской, Рязанской, Тульской и Ленинградской областях, а также в промышленном районе Таганрог-Шахты-Ростов-на-Дону. В целом на территории Российской Федерации выпадает около 30 тыс. т свинца ежегодно, в том числе:

 - выпадения  за счет естественных источников  свинца (фоновые)-ориентировочно 17 тыс. т;

 - выпадения  за счет трансграничного переноса  свинца -около 6000 т;

 - выпадения  за счет российских источников  -около 7000 т.

    Свинец  в речных водах содержится как  во взвесях, так и в растворимой  форме. Для большинства водных объектов на территории Российской Федерации концентрация свинца составляет 1,5-6,5 мкг/л, что не превышает принятых в Российской Федерации санитарных норм (ПДК). Высокое содержание свинца в речных водах (45-90 мкг/л) носит эпизодический характер и, как правило, наблюдается в тех створах рек, где осуществляется сброс свинецсодержащих сточных вод промышленными предприятиями (например, городов Набережные Челны, Тольятти, Самара, Сызрань и др.) на р. Волге Повышенное содержание свинца в воде регистрируется в бассейнах рек Амур (10-90 мкг/л), Тобол, Ишим (30-40 мкг/л). Данные систематических наблюдений Росгидромета в бассейнах рек Дон, Северная Двина, Нева, Енисей, Обь, Иртыш свидетельствуют об умеренном уровне загрязнения свинцом этих рек. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.4.Факторы,  оказывающие влияние  на поступление  химического элемента из почвы в растение.

    Токсиканты, поступившие в окружающую среду, немедленно вовлекаются в цепь различных  процессов: физических( механическое перемешивание, осаждение, сорбция и десорбция, улетучивание, фотолиз и т.д.), химических( диссоциация, гидролиз, комплексообразование, окислительно-восстановительные реакции и др.), биологических( поглощение живыми организмами, разрушение и другие превращения, в том числе с участием ферментов и метаболитов) и геологических( захоронение в грунтах и природообразование, а также др.).

    Существенное  влияние на эти процессы оказывают температура, концентрация растворенного кислорода, активность водородных ионов( кислотность среды), свет( особенно в коротковолновой, ультрафиолетовой области). Основную роль в биогенном превращении загрязняющих веществ играют микроорганизмы.

    При одновременном отсутствии и взаимодействии в воздухе нескольких вредных веществ могут быть следующие эффекты: нейтрализация, суммация и синергический эффект. Если при взаимодействии двух или более веществ получаются соединения меньшей токсичности, то такой эффект называют нейтрализацией. Так, в частности, среди факторов внешней среды накоплению нитратов в растениях способствует влажность, свет, температура воздуха и почвы, которые, действуя в комплексе, усиливают или ослабляют друг друга.