Влияние почв на загрязнение токсическими веществами

Министерство образования украины

ПГАСиА

Кафедра экологии и химии

Курсовая работа на тему:

«Влияние почв на загрязнение токсическими веществами»

Выполнила: ст. гр. 579 Зозуля О. А.

Принял: доктор с/х наук Крамарев С. М.

Днепропетровск 2000

ПЛАН

Введение	2
Характеристика почвенно-климатических условий Днепропетровской области	5
Краткая характеристика почвы на территории Днепропетровской области	7
Загрязнение почвы тяжелыми металлами	9
Загрязнение почвы пестицидами	20
Рекультивация и контроль за загрязнением почв тяжелыми металлами и пестицидами	23
Вывод	27

ВВЕДЕНИЕ

Интенсификация сельского хозяйства, переход к индустриальным методам производства, создание крупных агропромышленных и животноводческих комплексов, широкий размах мелиоративного строительства и химизации сельскохозяйственных угодий в целях устойчивого наращивания продовольственного фонда страны требуют особенно внимательного и бережного отношения к почве, как к средству производства и условий существования. Охрана почв, их рациональное использование имеют первостепенное значение для экономического и социального развития страны. Значение современного состояния почвенных ресурсов, их рациональное использование, бережное отношение к ним послужат приумножению их плодородия.

Во второй половине двадцатого века объемы и темпы техногенного загрязнения окружающей среды настолько возросли, что потребовалось принятие специальных международных программ по охране природы. В 1972 году была разработана программа ООН по окружающей среде, включающая проблемы мониторинга природной среды в целях раннего предупреждения о наступающих естественных или антропогенных изменениях, которые могут причинить вред здоровью или благополучию людей.

В СНГ создана общегосударственная система наблюдений и контроля за состоянием и уровнем загрязнения природной среды.

Если в области контроля и охраны атмосферного воздуха и природных вод имеются определенные достижения, в том числе создана сеть специальных лабораторий, разработаны методы анализа и ПДК для довольно большого числа веществ и элементов, то в области мониторинга и охраны почв успехи пока незначительны. Между тем именно почвенный покров в конечном итоге принимает на себя давление потока промышленных и коммунальных выбросов и отходов, выполняя важнейшую роль буфера и детоксиканта. Почва аккумулирует тяжелые металлы, пестициды, углеводороды, детергенты и другие химические загрязняющие вещества, предупреждая тем самым их поступление в природные воды и очищая от них атмосферный воздух. В почве многие химические загрязняющие вещества претерпевают глубокие изменения. Углеводороды, пестициды, детергенты и другие соединения, с одной стороны, могут быть минерализованы или трансформированы в вещества, не оказывающие токсического воздействия на почву, микроорганизмы, растения, животных и человека.

С другой стороны, эти же вещества или их производные, а также тяжелые металлы, фтор, оксиды азота и серы в первоначальном или преобразованном виде интенсивно связываются минеральными и органическими веществами почвы, что резко снижает их доступность растениям и соответственно общий уровень токсичности.

Наибольшей буферной емкостью и способностью снижать негативное влияние загрязняющих веществ на растительные и животные организмы обладают почвы с высоким содержанием гумуса, с тяжелым гранулометрическим составом, высокой емкостью поглощения, обогащенные известковыми материалами (карбонатами). К таким почвам относятся наиболее плодородные черноземы, некоторые рендзины, пойменные земли. Это придает почвам естественную устойчивость к воздействию химических загрязняющих веществ и позволяет получать высокие и качественно полноценные урожаи важнейших сельскохозяйственных культур даже в промышленно развитых регионах.

К сожалению, природная сопротивляемость почв, их естественная буферность не беспредельны. Согласно подсветам Б. Г. Розанова и других ученых по разным причинам в мире было потеряно около двух миллиардов гектаров сельскохозяйственных почв. Потери земель, вызванные только ирригацией, за последние триста лет составили около ста млн. га, и примерно такая же площадь сейчас занята почвами с пониженной продуктивностью, вследствие засоления. Очень велики потери гумуса, от которого зависят практически все важнейшие свойства почв и их устойчивость к неблагоприятным ситуациям. По видимому, за период земледельческой культуры почвенный покров утратил до 15% исходного запаса органических веществ. Причем эти негативные явления особенно быстро протекают в последние десятилетия. Так, скорость потерь гумуса за последние пятьдесят лет примерно в два с половиной раза превышала таковую на протяжении последних трехсот лет, а среднеисторическую скорость потерь гумуса – примерно в двадцать четыре раза.

Особенно сильное техногенное давление испытывают почвы в районах расположения крупных промышленных предприятий, больших городов, транспортных артерий. Нередким стало образование техногенных пустынь на территориях, непосредственно примыкающих к промышленным зонам различных предприятий, особенно химической и металлургической промышленности. В ближайшей к предприятию зоне содержание тяжелых металлов часто значительно превышает ПДК; вследствие суммарного воздействия кислотных дождей и выпадений тяжелых металлов гибнет растительность, поверхность почвы обнажается; незащищенная растительным покровом почва подвергается усиленной эрозии и дефляции, почвенный покров разрушается практически необратимо, и его восстановление требует уже очень крупных материальных и трудовых затрат.

При характеристике почв очень трудно использовать широко применяемые при оценке воды, воздуха, продуктов питания и кормов понятия, например, ПДК тех или иных загрязняющих веществ. В числе главных причин – многообразие форм соединений любых элементов и веществ в почвах, от которых зависит доступность этих компонентов растениям и, следовательно, их возможный токсический эффект. Поэтому при разработке принципов и организации почвенно-химического мониторинга приходится учитывать состав почвы, все ее составляющие, обладающие высокой сорбционной способностью, влияние условий на подвижность и доступность химических веществ растениям. Наиболее значительное влияние оказывает кислотность и щелочность почв, окислительно-восстановительный режим, содержание гумуса, легкорастворимые соли.

Сопротивляемость почв химическому загрязнению также зависит от водного режима, водопроницаемости, преобладания нисходящих или восходящих токов влаги и т.п. Эти показатели наряду с уровнем сорбционной способности почв, отражаются на защитных функциях почвы по отношению к гидросфере и атмосфере, влияют на прогрессирующие накопления в почвах химических загрязняющих веществ.

Рассматривая проблемы загрязнения, мониторинга и охраны почв, следует остановится на негативных последствиях применения органических и минеральных удобрений, различных мелиорирующих средств. Простейший случай негативных последствий такого рода связан с уровнем содержания в удобрениях и мелиорантах тяжелых металлов, вторидов, других загрязняющих химических веществ. Специальными исследованиями было показано, что в некоторых регионах опасность загрязнения почв, вод, растений вследствие химизации земледелия может быть более высокой, чем загрязнения за счет выбросов промышленных предприятий.

Характеристика почвенно-климатических условий Днепропетровской области

Климатическая характеристика

Климат Днепропетровской области характеризуется жарким летом и относительно холодной зимой.

Среднемесячная температура самого теплого месяца июля на юге области (Никополь) – 22,6°С, а на северо-востоке (Павлоград) – 21,8°С; среднемесячная температура самого холодного месяца января в этих же пунктах соответственно – -5°С и –6,1°С.

Среднегодовое количество осадков по области составляет 400-480 мм, около 2/3 из них выпадает в теплый период года.

Устойчивый снежный покров образуется ежегодно, исключение составляет крайний юг области, где он бывает в 50% зимой.

Летом преобладают юго-восточные сухие ветры, которые часто приносят значительный вред сельскому хозяйству.

Для более четкого представления о климатических ресурсах Днепропетровской области, ее территория условно разделена на агроклиматические районы.

В основу районирования положены термические ресурсы (суммы средних суточных температур) периода с температурой выше десяти градусов и в качестве характеристики степени увлажнения территории – гидротермический коэффициент за этот же период.

Исходя из этого, в зависимости от полученных величин гидротермических коэффициентов на территории области выделено три агроклиматических района:

               I.   северный недостаточно влажный;

               II.   центральный умеренный засушливый;

              III.   южный засушливый.

По термическим условиям северный район можно назвать теплым, а центральный и южный – очень теплыми.

               I.   К северному недостаточно влажному теплому району относятся: Котовский, Михайловский, Магдалиновский, Межевской, Перещепинский, Петропавловский, Царичанский, Петриковский и Юрьевский административные районы.

               II.   Центральный умеренно засушливый очень теплый район включает в себя: Васильковский, Верхнеднепровский, Днепропетровский, Криничанский, Новомосковский, Покровский, Пятихатский, Павлоградский, Синельниковский, Солонянский административные районы.

              III.   В южный засушливый очень теплый район входят: Апостоловский, Криворожский, Никопольский, Новопокровский, Софиевский, Широковский, Стоминский административный районы.

Краткая характеристика почвы на территории Днепропетровской области

Простираясь всего лишь на двести километров с севера на юг и на двести семьдесят километров с востока на запад Днепропетровская область имеет такое разнообразие экологических условий, которое привело к формированию на ее территории двухсот семидесяти семи почвенных разновидностей, отличающихся по составу, физическим и биологическим свойствам, а, следовательно, и требующих индивидуальных подходов к их освоению и использованию в сельском хозяйстве.

Установлено, что восемьдесят процентов общей площади Днепропетровской области занимают черноземные почвы разных подтипов (обыкновенные и южные). На черноземы полнопрофильные, залегающие на плоскоравнинных пространствах, приходится около 48,3% от общей земельной площади, в том числе на обыкновенные черноземы – около 42,3%, южные – 5,7%, солонцеватые – около 0,3%.

На остальной территории области (15,1%) распространены лугово-черноземные, черноземно-луговые, лугово-болотные, болотные, а также дерновые почвы, солончаки и солонцы. Под водой и болотами области находится свыше ста семидесяти тысяч гектаров, под городами и дорогами более ста восьмидесяти тысяч гектаров, нарушено – свыше тридцати трех тысяч гектаров. На эродированные почвы, располагающиеся на склонах различной крутизны и протяженности, различных форм и экспозиций приходится 36,6%, в том числе на слабо эродированные – 9,3%.

В земельном фонде сельскохозяйственные угодья составляют 87,8%, в том числе под пашней 75,3% (или более 2000 тыс. га).

Естественные (незатронутые хозяйственной деятельностью человека) территории в настоящее время составляют не более 3% всей площади области. Из них 2,6% (или 152,4 тыс. га) приходятся на леса, которые располагаются, главным образом, на севере области – в балках (байрачные), в поймах рек (пойменные) и на песчаных террасах (аренные). Около 1% из них приходится на лесные полезащитные полосы.

Наиболее загрязненными являются почвы Криворожья, спектр загрязнения которых включает элементы: кальций – в 6, никель – в 5, железо, цинк, фтор – в 3, магний, кадмий, свинец – в 2 раза выше фона. Сильно загрязненными являются почвы Орджоникидзе – Никополь – Марганецкого тест-полигона, причем основной «вклад» вносят марганец – в среднем в 14 раз и фтор – в 5 раз выше фонового значения. Концентрация никеля, цинка и свинца в среднем в 2 раза превышает фон. Для Днепропетровской – Днепродзержинской агломерации характерен избыток цинка – в 4,3, свинца, кальция, натрия и фтора – в 2, никеля и меди – в 1,5, хрома и марганца – в 1,4 раза в среднем больше фона. В спектре загрязнения почв Западного Донбасса преобладают никель – в 4 раза, фтор, натрий – 2 раза выше фоновых концентраций. Почвы сельских районов имеют примерно одинаковый уровень и спектр загрязнения, основными компонентами которого являются цинк и фтор – в 2-3 раза, натрий – в 2 раза превышают фоновые значения.

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВЫ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

Загрязнение почв тяжелыми металлами имеет разные источники:

1.   отходы металлообрабатывающей промышленности;

2.   промышленные выбросы;

3.   продукты сгорания топлива;

4.   автомобильные выхлопы отработанных газов;

5.   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.

Л. Г. Бондарев (1976) подсчитал возможные поступления тяжелых металлов на поверхность почвенного покрова 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. Полученная картина позволяет составить представление о тех изменениях, которые человек в состоянии вызвать в течение 500-1000 лет, на которые хватит разведанных полезных ископаемых.

Возможное поступление металлов в биосферу при исчерпании достоверных запасов руд, угля, торфа, млн. тонн

Элемент	Суммарный техногенный выброс металлов	Содержится в гумосфере	Отношение техногенного выброса к содержанию в гумосфере
Свинец	207,5	24,0	8,6
Мышьяк	739,0	12,0	61,6
Кадмий	7,4	1,2	6,2
Уран	590,4	2,4	246,0
Ртуть	0,55	0,024	27,1
Олово	295,7	19,0	15,6
Серебро	3,0	0,24	12,5

Отношение этих величин позволяет прогнозировать масштаб влияния деятельности человека на окружающую среду, прежде всего на почвенный покров.

Техногенное поступление металлов в почву, закрепление их в гумусовых горизонтах в почвенном профиле в целом не может быть равномерным. Неравномерность его и контрастность прежде всего связана с плотностью населения. Если считать эту связь пропорциональной, то 37,3% всех металлов будет рассеяно всего лишь в 2% обитаемой суши.

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.

Источник загрязнения в целом определяет качество и количество выбрасываемого продукта. При этом степень его рассеивания зависит от высоты выброса. Зона максимального загрязнения распространяется на расстояние, равное 10-40-кратной высоте трубы при высоком и горячем выбросе, 5-20-кратной высоте трубы при низком промышленном выбросе. Длительность нахождения частиц выброса в атмосфере зависит от их массы и физико-химических свойств. Чем тяжелее частицы, тем быстрее они оседают.

Неравномерность техногенного распространения металлов усугубляется неоднородностью геохимической обстановке а природных ландшафтах. В связи с этим, для прогнозирования возможного загрязнения продуктами техногенеза и предотвращения нежелательных последствий деятельности человека необходимо понимание законов геохимии, законов миграции химических элементов в различных природных ландшафтах или геохимической обстановке.

Химические элементы и их соединения попадая в почву претерпевают ряд превращений, рассеиваются или накапливаются в зависимости от характера геохимических барьеров, свойственных данной территории. Понятие о геохимических барьерах было сформулировано А. И. Перельманом (1961) как участках зоны гипергенеза, на которых изменение условий миграции приводит к накоплению химических элементов. В основу классификации барьеров положены виды миграции элементов. На этом основании А. И. Перельман выделяет четыре типа и несколько классов геохимических барьеров:

1.   барьеры – для всех элементов, которые биогеохимические перераспределяются и сортируются живыми организмами (кислород, углерод, водород, кальций, калий, азот, кремний, марганец и т.д.);

2.   физико-химические барьеры:

1)   окислительные – железные или железно-марганцевые (железо, марганец), марганцевые (марганец), серный (сера);

2)   восстановительные – сульфидный (железо, цинк, никель, медь, кобальт, свинец, мышьяк и др.), глеевый (ванадий, медь, серебро, селен);

3)   сульфатный (барий, кальций, стронций);

4)   щелочной (железо, кальций, магний, медь, стронций, никель и др.);

5)   кислый (оксид кремния);

6)   испарительный (кальций, натрий, магний, сера, фтор и т.д.);

7)   адсорбционный (кальций, калий, магний, фосфор, сера, свинец и др.);

8)   термодинамический (кальций, сера).