Тяжелые металлы в сельском хозяйстве

Министерство  сельского хозяйства Российской Федерации 
 
 

Тяжелые металлы в сельском хозяйстве 
 

Курсовая  работа по дисциплине

«Прикладная экология» 
 
 
 

      Исполнила студентка 

       Руководитель  

       Работа  защищена с оценкой  «_______»   «__»_________ 2011 г.

   

        

                                           
 
 

                                             2011

                                       Оглавление 

1. Введение………………………………………………………………...3
2. Тяжелые металлы, их влияние на человека, животных и растения…
3. Условия попадания металлов в почву…………………………………
4. Решение проблем, связанных  с тяжелыми металлами в сельском хозяйстве………………………………………………………………...
5. Заключение……………………………………………………………...
6. Список литературы……………………………………………………..

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                  Введение

     Почва - ценнейшее богатство человечества, основа сельскохозяйственного производства. Но, обрабатывая землю, человек все больше изменяет ее плодородные свойства. Химизация сельского хозяйства занимает далеко не последнее место в ряду антропогенных факторов воздействующих на почвы и природу в целом . В результате интенсивного использования удобрений в природой среде рассеивается ряд химических элементов, в том числе и тяжелых металлов, что приводит к нарушению круговорота веществ.

     Цель моей работы - выяснить, какие тяжелые металлы имеют место в сельском хозяйстве, каково их отрицательное значение  в почве сельскохозяйственных угодий, и как предотвратить дальнейшее загрязнение  почв тяжелыми металлами. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.Тяжелые металлы, их влияние на растения, животных и человека.

   Термин тяжелые металлы, характеризующий широкую группу загрязняющих веществ, получил в последнее время значительное распространение.

       Тяжелые металлы - это группа химических элементов  со свойствами металлов и значительным атомным весом либо плотностью. К тяжелым металлам относятся  более 40  элементов с атомными массами более 50, а также элементы с плотностью более 7-8 г/см³ (хром, марганец, кадмий, никель, вольфрам, сурьма, теллур, свинец и др.). При включении в эту категорию учитываются не только химические и физические свойства элемента, но и его биологическая активность и токсичность, а также объем использования в хозяйственной деятельности. Распределение тяжелых металлов по поверхности почвы определяется многими факторами. Оно зависит от особенностей источников загрязнения, метеорологических особенностей региона, геохимических факторов и ландшафтной обстановке в целом. Длительность нахождения частиц выброса в атмосфере зависит от их массы и физико-химических свойств. Чем тяжелее частицы, тем быстрее они оседают. 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. Опасность загрязнения почв зависит: от 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. Следовательно, отрицательное влияние тяжелых металлов зависит, по существу, от их подвижности, то есть растворимости.

      Подвижность зависит от почвенно-экологических факторов. Токсичность может меняться и в зависимости от микро- и макроэлементного  состава  в окружающей среде.  Тяжелые металлы, поступающие на поверхность почвы,  медленно удаляются при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии. Первый период полуудаления (т.е. удаления половины от начальной концентрации) тяжелых металлов значительно варьируется у различных элементов и занимает весьма продолжительный период времени: для цинка - от 70 до 510 лет; кадмия от 13 до 11О лет, меди -от 310 до 1500 лет, свинца - от 770 до 5900 лет.

     Почвы с высокой адсорбционной способностью соответственно и высоким содержанием глин, а также органического вещества могут удерживать эти элементы, особенно в верхних горизонтах. Это характерно для карбонатных почв и почв с нейтральной реакцией. В этих почвах количество токсических соединений, которые могут быть вымыты в грунтовые воды и поглощены растениями, значительно меньше, чем в песчаных кислых почвах. Однако, при этом существует большой риск в увеличении концентрации элементов до токсичной, что вызывает нарушение равновесия физических, химических и биологических процессов в почве.  Металлы, удерживаемые органической и коллоидной частями почвы, значительно ограничивают биологическую деятельность..

     Тяжелые металлы способны образовывать сложные комплексные соединения с органическими веществами почвы, поэтому в почвах с высоким содержанием гумуса они менее доступны для поглощения. Избыток влаги в почве способствует переходу тяжелых металлов в низшие степени окисления и в растворимые формы. Анаэробные условия повышают доступность тяжелых металлов растениям. Поэтому дренажные системы, регулирующие водный режим, способствуют преобладанию окисленных форм тяжелых металлов и тем самым снижению их миграционных характеристик.  

       К примеру, содержание в почве свинца обычно колеблется от 0,1 до 20 мг/кг. Свинец отрицательно влияет на биологическую  деятельность в почве, ингибирует активность ферментов уменьшением интенсивности  выделения двуокиси углерода и численности  микроорганизмов. Свинцовая пыль оседает  на поверхности почв, адсорбируется  органическими веществами, передвигается  по профилю с почвенными растворами, но выносится за пределы почвенного профиля в небольших количествах. Благодаря процессам миграции в  условиях кислой среды образуются техногенные  аномалии свинца в почвах протяженностью 100 м. Свинец из почв поступает в растения и накапливается в них.

     Кобальт  в биосфере преимущественно рассеивается, однако на участках, где есть  растения - концентраторы кобальта, образуются кобальтовые месторождения.  Наиболее бедны кобальтом песчаные  почвы лесных районов. Будучи  слабым водным мигрантом, он  легко переходит в осадки, адсорбируясь  гидроокисями марганца, глинами  и другими высокодисперсными  минералами.  Содержание кобальта  в почвах определяет количество  этого элемента в составе растений  данной местности, а от этого  зависит поступление кобальта  в организм животных.

     Марганец  находится в почвах в среднем  в количестве 0,085%. Однако в отдельных  случаях при высоком общем  содержании марганца в почвах  количество усвояемых его форм, переходящих в солянокислую или  соленую форму, может быть явно  недостаточно. В среднем растворимая  часть марганца  в почве составляет 1 ≈10% от общего его содержания. Кислая реакция почвы (при рН  ниже 6,0) благоприятствует усвоению  растениями ; слабощелочная реакция  (рН выше 7,5) стимулирует образован ие гидрата  марганца, трудно усваиваемого растениями.

     Значительная  часть тяжелых металлов, поступающих  на поверхность почвы, удаляются  при выщелачивании, потреблении  растениями, эрозии и дефляции.

      Растения могут поглощать из почвы микроэлементы, в том числе тяжелые металлы, аккумулируя их в тканях или на поверхности листьев, являясь, таким образом, промежуточным звеном в цепи "почва - растение - животное - человек".

     В живых организмах тяжелые металлы  играют двоякую роль. В малых количествах они входят в состав биологически активных веществ, регулирующих   нормальный  ход процессов жизнедеятельности, а при превышении содержания вызывают токсикацию, вследствие чего болезни и иногда летальный исход. Избыточное содержание тяжелых металлов отрицательно влияет на синтез витаминов, пигментов.  

    Тяжелые  металлы подразделяются  по степени  необходимости на 3 группы:

1) Потенциально  – токсичные (свинец, кадмий, хром).

2) Жизненно-необходимые,  находящиеся в пределах нормы  (медь, никель, марганец).

3) Жизненно - необходимые,  находящиеся в дефиците (кобальт,  цинк).

Нормирование  содержания тяжелых металлов в почве и в растениях является чрезвычайно сложным из-за невозможности  полного учета всех факторов внешней среды. Так, изменение  только агрохимических свойств почвы (реакции среды, гранулометрического состава, содержания гумуса) может в несколько раз увеличить или уменьшить содержание тяжелых металлов в растениях. Имеются противоречивые данные  о фоновом содержании некоторых металлов.  Предложено множество шкал экологического нормирования  загрязнителей. В некоторых случаях за ПДК принято самое высокое содержание  металлов, наблюдаемое в антропогенных почвах, в других - содержание по фитотоксичности. В большинстве случаев предложены ПДК, превышающие верхнюю норму в несколько раз. Для характеристики техногенного загрязнения используется коэффициент концентрации,  равный отношению концентрации элемента  в загрязненной почве к его фоновой концентрации.

                 Таблица №  .Категории загрязненности почв.

 

Z-показатель суммирования загрязнения почв, рассчитываемый по следующей формуле:

                      Z

Сi – фактическое содержание загрязняющего вещества в почве (мг/кг).

Сiф- фоновое содержание химического вещества или ПДК(мг/кг).

n – количество анимальных веществ.  

   Нарушение сложившихся концентраций тяжелых металлов  приводит к отрицательным и даже катастрофическим  последствиям для живых организмов. 

  Таблица  №. Влияние содержания металлов на организм животных и человека.