Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника



Загрязнение почвенных экосистем




Читайте также:
  1. Агроэкосистемы, их отличия от природных экосистем. Последствия деятельности человека в экосистемах. Сохранение экосистем.
  2. Антропогенный фактор. Загрязнение атмосферы. Основные загрязнители.
  3. Антропогенный фактор. Загрязнение гидросферы.
  4. Гигиенического состояния окружающей среды - питание, потребление воды, водных ресурсов, загрязнение окружающей среды. Экологическая безопасность.
  5. Глобальное загрязнение Мирового океана.
  6. Город как гетеротрофная экосистема
  7. Динамичность экосистемы.
  8. Загрязнение атмосферы.
  9. Загрязнение гидросферы.
  10. Загрязнение литосферы. Оценка качества литосферы и пищи. Пестициды.

. Применение органических и минеральных удобрений – одно из основных условий повышения урожайности, а также важное звено технологии их выращивания, поскольку функционирование агроценозов основывается на систематическом потреблении больших количеств биогенных элементов. Использование удобрений (особенно органических) позволяет возвращать и вовлекать в круговорот питательные вещества взамен изъятых из агроценозов с продукцией, обеспечивая таким образом определенную устойчивость продукционных процессов. В настоящее время за счет продукции, получаемой с помощью удобрений, обеспечивается четверть жителей нашей планеты. Большой вклад агрохимии в повышении урожайности сельскохозяйственных культур сопряжен с рядом негативных последствий при неправильном их использовании. В основном это нарушения технологий транспортировки, хранения, смешения и применения удобрений и средств химзащиты, нарушение технологии их внесения в севообороте, несовершенство самих удобрений и препаратов.

Неблагоприятное влияние удобрений на окружающую природную среду может проявляться в следующем:

– загрязнение почв;

– уплотнение почв;

– подкисление почв;

– нарушение круговорота и баланса питательных веществ, снижение плодородия почвы;

– ухудшение фитосанитарного состояния посевов и развитие болезней растений, снижение продуктивности и качества получаемой продукции;

– загрязнение поверхностных и грунтовых вод, усиление эвтрофирования водоемов.

Азотные и фосфорные удобрения.Азот – один из основных элементов, в процессе нитрификации в почве образуются нитраты, другим источником являются азотные удобрения (сульфат аммония, нитрат аммония, нитрат калия, нитрат натрия, мочевина и др.). При благоприятных условиях внесенный в почву азот может за несколько дней превратиться в нитратный. Поэтому при внесении высоких доз азотных удобрений может накапливаться большое количество нитратов. Нитратный азот в почве очень подвижен и при обильных поливах или в дождливую погоду легко вымывается. Увеличение доз азотных удобрений приводит не только к повышению содержания нитратов в произведенной продукции, но и к снижению в ней содержания витамина С, углеводов и других веществ.

Азотные удобрения загрязняют природные воды как за счет природных факторов (климат и погода, гидрология и рельеф), так и антропогенных (технологические нарушения хранения, подготовки и применения). В районах интенсивного производства овощных и плодовых культур наблюдается загрязнение нитратами грунтовых вод.



Избыток нитратов в сельскохозяйственной продукции и питьевой воде ведет к нескольким отрицательным последствиям. При попадании нитратов в организм человека происходит их восстановление до нитрит-ионов, превращающих гемоглобин в метгемоглобин (железо окисленное), возникает метгемоглобинемия. Образование 80% метгемоглобина ведет к смертельному исходу. В кислой среде нитриты с вторичными аминами образуют нитрозоамины, многие из них канцерогенны. Считается, что не менее 5% злокачественных опухолей возникает из-за повышенного содержания нитратов в пище. Также азотные удобрения стимулируют образование в продуктах микотоксинов, которые также могут приводить к раковым заболеваниям.

Суточное потребление нитратов с пищей не должно превышать 200мг, а нитритов – 10мг. В питьевой воде не должно содержаться более 45 мг/л нитрат-ионов и 3,0 мг/л нитрит-ионов.

Фосфорные удобрения.Используемые фосфорные удобрения представлены в основном наиболее легко усваиваемыми растениями суперфосфатом (смесь Ca3(PO4)2, CaHPO4, Ca(H2PO4)2 и CaSO4) и двойным суперфосфатом Ca(H2PO4)2 , а также аммофосом (смесь (NH4)2HPO4 и NH4H2PO4), нитроаммофосом (смесь (NH4)2HPO4, NH4H2PO4, CaHPO4, NH4NO3, KNO3 и KCl) и др.



С фосфорными удобрениями в почву попадают многочисленные токсичные элементы, малоподвижные в почвенной среде (As, Ni, Cu, Cd, Pb, Cr, Zn,). Кроме того, в фосфорных удобрениях содержатся токсичные соединения фтора, примеси урана, радия, стронция. Значительная часть фосфора кумулируется в водных объектах в результате потерь при транспортировке и хранении; из-за поверхностного стока и вымывания из почвы; вследствие «выпадения» фосфора из аграрного круговорота.

Увеличение содержания фосфора в природных объектах привело к эвтрофированию водных объектов. Установлено, что на 1 кг поступившего в водоем фосфора образуется 100 кг фитопланктона. Когда концентрация фосфора выше 0,01 мг/л, начинается массовое развитие водорослей.

Пестициды. Химические средства защиты растений (ХСЗР) необходимы в борьбе с возбудителями болезней, насекомыми и сорняками. Стоимость продукции растениеводства без применения пестицидов возрастет (из-за снижения производительности труда) на 50-70%.

Известно более 1000 химических соединений, на основе которых выпускают десятки тысяч препаративных форм пестицидов. Наиболее часто применяют следующие из них: гербициды – для борьбы с сорными растениями; инсектициды – с вредными насекомыми; фунгициды – с грибными болезнями растений и различными грибами; зооциды – с вредными позвоночными; родентициды – с грызунами; бактерициды – с бактериями и бактериальными болезнями растений; альгициды – для уничтожения водорослей и сорной растительности в водоемах; дефолианты – для удаления листьев и ботвы и др.



Наиболее распространены: хлорорганические пестициды – галогенпроизводные полициклических и ароматических углеводородов, углеводородов алифатического ряда; фосфорорганические пестициды – сложные эфиры фосфорных кислот; карбаматы – производные карбаминовой кислоты, тио- и дитиокарбаминовой кислот; азотсодержащие пестициды- производные мочевины, гуанидина, фенола. Наиболее стойкими и обладающими выраженными кумулятивными свойствами являются хлорорганические пестициды, для которых характерно концентрирование в последующих звеньях пищевых цепей. Так, ДДТ за 17 лет разлагается на 61%.

Большинство пестицидов – ксенобиотики, процесс их детоксикации сложен. При возрастающих объемах применения пестицидов их остатки или продукты метаболизма могут накапливаться в объектах ОС, мигрировать по пищевым цепями и вызывать нежелательные последствия, негативно влияя на качество питьевой воды и т.д. Пестициды циркулируют в биосфере, проявляют высокую биологическую активность, население контактирует с препаратами. Накапливаясь в почвах, растениях, животных организмах, пестициды вызвать глубокие и необратимые нарушения нормальных циклов биологического круговоротов веществ и негативно влияют на состояние здоровья. Подавляющее большинство пестицидов – кумулятивные яды, токсическое действие которых зависит не только от концентрации, но и от длительности воздействия. Так, в процессе биоаккумуляции происходит многократное (до сотен тысяч раз) повышение концентрации пестицида по мере продвижения его по пищевой цепи.

В процессе биодеградации пестицидов наряду с детоксикацией имеет место и токсификация, т.е. образование веществ, обладающих высокой токсичностью. По токсичности для человека и теплокровных животных пестициды делятся на:

- сильнодействующие – ЛД50 до 50 мг/кг живой массы (метилбромид и др.);

- высокотоксичные – ЛД50 до 200мг/кг живой массы (базудин и др,);

- среднетоксичные – ЛД50 до 1000 мг/кг живой массы (медный купорос и др.);

- малотоксичные – ЛД50 более 1000 мг/ кг живой массы (бордоская жидкость, неорон, сера и др.).

Также имеется шкала экотоксикологической оценки пестицидов, включающая токсиколого-гигиенические, эколого-агрохимические, экотоксикологические критерии. К токсиколого-гигиеническим критериям относятся: оценка по нормативам, органолептические свойства, летучесть паров, токсичность для теплокровных животных и человека (ЛД50, мг/кг), способность к кумуляции в их организмах (коэффициент бионакопления). Эколого-агрохимические критерии – это устойчивость в почве (мес.), миграция по почвенному профилю (см), транслокация в культурные растения, фитотоксическое действие через почву, реакция на действие инсоляции; экотоксикологические – коэффициент избирательности действия. В упрощенном виде эта шкала представлена в таблице.

В соответствии с оценочными баллами (баллами опасности), адекватными каждому из критериев, можно получить экотоксикологический индекс, в соответствии с которым пестициды делят на три группы.

 

Таблица 5. Балльная система оценки токсичности пестицидов

 

Показатель вторичного эффекта пестицидов Баллы
Устойчивость в почве, мес.: менее 1 1-6 6-24 более 24  
Влияние на процессы ферментации и биологическую активность почвы: не оказывает влияния влияет на отдельные процессы и популяции влияет на многие процессы и популяции    
Выщелачивание по профилю почвы, см: не мигрируют мигрируют до 15 см мигрируют до 50 см мигрируют глубже 50 см  
Перемещение из почвы в культивируемые растения и фитотоксическое воздействие: не абсорбируются растениями абсорбируются, но не имеют вторичного воздействия абсорбируются растениями и снижают качество урожая абсорбируются, снижают качество и количество урожая и оказывают фитотоксическое воздействие на культуры      
Реакция на фотолиз: разлагаются фотохимически устойчивы к фотохимическому разложению  
Оценка по предельно допустимым концентрациям, мг/кг а) в сельскохозяйственной продукции: более 1 1 – 0,1 0,1 – 0,01 менее 0,01 б) в воде: более 1 1 – 0,1 0,1 – 0,01 менее 0,01      
 
Показатель вторичного эффекта пестицидов Баллы
Воздействие на органолептические свойства а) сельскохозяйственной продукции: не воздействует воздействует б) питьевой воды, допустимая концентрация, мг/кг: более 0,1 0,1 – 0,01 0,01- 0,001 менее 0,001        
Летучесть: соединения не улетучиваются улетучиваются, но концентрация насыщения ниже максимально допустимого предела концентрация насыщения равна максимально допустимому пределу концентрация насыщения равна пределу токсичности    
Токсичность для холоднокровных животных (ЛД50), мг/кг: более 1000 200- 1000 50-200 менее 50  
Способность накапливаться в организме теплокровных животных, коэффициент бионакопления: более 5 3-5 1-3 менее1    

 

Если общая сумма баллов по всем показателям 21 и более, то пестицид относят к I группе очень токсичных препаратов.При количестве баллов от 14 до 21 пестицид относят ко II группе препаратов средней токсичности. Если в сумме 13 баллов и ниже, то пестицид входит в III группу относительно слаботоксичных препаратов. В I группу входят многие инсектициды, зооциды и средства протравливания ( гексахлорциклогексан, фосфид цинка, метафос, севин и др.), во II – среднетоксичные гербициды и фунгициды (пентахлорфенол, метилмеркаптофос, карбофос, дихлофос, трихлорметафос, фталофос и др.) и в III группу слаботоксичные гербициды и фунгициды (метилнитрофос, дихлорэтан, пентахлорнитробензол и др.).

После избавления с помощью гербицидов от «сорняков первого поколения» поля заселяют более устойчивые к ним виды, которые прежде были редкими: полевой хвощ, мать-и-мачеха, лисохвост, овсюг, пырей и др.

Также пестициды всегда отрицательно влияют на обитателей почв, жизнедеятельность которых лежит в основе поддержания почвенного плодородия. Так, пестициды угнетают процесс нитрификации. Считается, что гербициды (в зависимости от применяемой дозы) воздействуют на микробоценоз, нарушая гомеостаз, вызывая стресс, изменяя резистентность и индуцируя смену доминантных форм, а также обусловливая репрессии (необратимые реакции).

Вода – основное транспортное средство для пестицидов. Почвенные и грунтовые воды, внутренние водоемы и водотоки, а затем и Мировой океан при наличии определенных условий становятся конечным пунктом сосредоточения токсикантов. Регулярное применение больших количеств стойких липофильных пестицидов на обширных территориях становится причиной загрязнения водоемов. Токсиканты перемещаются с жидким и твердым стоками. Загрязнение поверхностных вод пестицидами происходит из-за прямого поступления в результате аварий, а также при нарушении правил транспортировки и хранения препаратов, при сносе ветром аэрозолей или паров пестицидов в процессе их применения, в процессе стока поверхностных или дренажных вод с угодий, обработанных пестицидами.

Все пестициды в той или иной степени токсичны для человека, они обладают широким спектром токсического действия, легко встраиваются в пищевые цепи, многие из них устойчивы к процессам разложения. Таким образом, нарушения в применении пестицидов неизбежно ведет к изменениям во всей экосистеме. Для сведения до минимально возможного риска применения пестицидов должны строго соблюдаться требования к их качеству и соблюдению технологии применения.

Большинство пестицидов – химически устойчивые соединения, у которых непосредственно используется до половины внесенного количества, а остальная масса распределяется в агроэкосистеме, практически не накапливаются только малостойкие пестициды. В почве пестициды подвергаются различным воздействиям биотического и небиотического характера, которые определяют их дальнейшее поведение, трансформацию и минерализацию. Период разложения может колебаться от нескольких дней до нескольких месяцев и даже лет. Фосфорорганические соединения и производные карбаминовой кислоты разлагаются сравнительно быстро, менее чем за 5 месяцев, и не образуют токсичных метаболитов. Напротив, срок разложения хлорорганических соединений может достигать 2-3, а в ряде случаев 10 лет и более. Наблюдения показывают, что в течение первого года после внесения 80-100% хлорорганических пестицидов сохраняется в почве и лишь мигрирует по почвенному профилю, некоторые препараты этого ряда под воздействием почвенных организмов активируются: так, 2,4- дихлорфеноксимасляная кислоты преобразуется в известный гербицид 2,4-Д, обладающим гораздо более сильным фитотоксическим действием.

Гидролизу подвергаются сложные эфиры ортофосфорной кислоты (хлорофос, дихлофос, карбофос и др.) и галогенпроизводные углеводородов:

CH3Br + H2O ↔ CH3OH + HBr;

бромметан

 

CH2(Cl)–CH(Cl)–CH 3 + H 2O ↔ CH2(OH)–CH(OH)–CH 3 + HCl;

1,2-дихлорпропан

- H2O

(ClC6H4)2–CHCl3 + 3H2O ↔ (ClC6H4)2–CH(OH)3 + 3HCl →

ДДТ(4,4’-дихлордифенилтрихлорметилметан)

 

(ClC6H4 )2–CH–COOH + 3HCl + H2O.

 

Серосодержащие пестициды разлагаются за счет окислительно-восстановительных реакций.

Так, после 48 часов облучения ультрафиолетом разлагается более 80% ДДТ. Среди продуктов разложения обнаружены ДДД (4,4’дихлордифенил-дихлорметилметан), ДДЭ (4,4’-дихлордифенилхлорэтилен) и кетоны. Установлено, что продукты фотохимической деструкции ДДТ аналогичны продуктам, образующимся в процессе его биологического разрушения.

Водные растворы натриевой соли 2,4-Д (2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты) облучали ультрафиолетом (λ =254 нм). Среди продуктов деструкции был обнаружен ряд хлорированных фенолов, а также вещество типа гуминовой кислоты. Было предположено, что фотохимическая деструкция приводит к расщеплению 2,4-Д с образованием 2,4-дихлорфенола или к ступенчатому замещению атомов хлора в бензольном кольце и в конечном итоге к образованию о-оксигидрохинона, который затем полимеризуется в вещество типа гуминовой кислоты. Последовательность реакций, которая позволила объяснить состав полученных продуктов, приведена ниже:

 

 

Биоразложение.В качестве примера рассмотрим схему биоразложения ДДТ:

а) (Ar)2CH–C(Cl)3 → (Ar)2C=C(Cl)2 → (Ar)2C=О → Ar–COOH

ДДТ

 

б) (Ar)2CH–C(Cl)3 → (Ar)2CH–CH(Cl)2 → (Ar)2C=CHCl → (Ar)2CH–CH2Cl →


Дата добавления: 2014-11-13; просмотров: 47; Нарушение авторских прав







lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2021 год. (0.019 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты