Выполнил:

Сотниченко Артем - ученик 11 класса

Введение

 Определенная часть почв как в России, так и во всем мире с каждым годом выходит из сельскохозяйственного обращения в силу разных причин. Тысячи и более гектаров земли страдают от эрозии, кислотных дождей, неправильной обработки и токсичных отходов. Чтобы избежать этого, нужно ознакомиться с наиболее продуктивными и недорогими мелиоративными мероприятиями, повышающими плодородие почвенного покрова, а прежде всего с самим негативным воздействием на почву, и как его избежать.

Сама проблема загрязнения и деградации почв была актуальна всегда. Сейчас к сказанному можно еще добавить, что в наше время антропогенное влияние сильно сказывается на  природе и только растет, а почва является для нас одним из главных источником пищи и одежды, не говоря уже о том что мы по ней ходим и всегда будем находиться в тесном контакте с ней. 

Химический состав живых естественных тел создается ими самими из окружающей среды, из которой они питанием и дыханием выбирают нужные им для жизни и размножения химические элементы.

В.И.Вернадский

Все связано со всем.

Все должно куда-то деваться.

Природа знает лучше.

Ничто не дается даром.

Б.Коммонер

 Что такое почва?

Почва особое природное  образование,  сформировавшееся  в результате преобразования горных пород растениями и животными, т.е в результате почвообразовательного  процесса.

Почва обладает особым свойством плодородием, она служит  основой сельского хозяйства всех стран.

Почва  при  правильной  эксплуатации не только не теряет своих свойств, но и  улучшает их, становится более плодороднее.

Почва колоссальное  природное  богатство,  обеспечивающий человека продуктами питания, животных кормами,  а  промышленность сырьем. Веками  и  тысячелетиями  создавалась  она. Чтобы правильно использовать почву, надо знать, как она  образовывалась, ее строение состав и свойства. Почва образовывалась из выходящих на поверхность земли  горных  пород  под влиянием различных факторов. Под действием ветра,  атмосферной влаги, в связи с изменением климата и температурными колебаниями горные породы, например гранит, постепенно трескались и превращались в рухляк. На рухляке поселялись микроорганизмы, питающиеся преимущественно углеродом и  азотом  атмосферы и минеральными соединениями, которые они получали из горной породы. Микроорганизмы разрушали ее своими выделениями, и химический состав горной породы постепенно  изменялся. Затем здесь поселялись лишайники и мхи. Микроорганизмы  разлагали их остатки, образуя гумус основное органическое вещество почвы, содержащее питательные  вещества,  необходимые высшим растениям.

Животные и растения окончательно разрушали  горную  породу, превращая верхний ее слой в почву.

Растительный опад в лесах  и  отмершая  травянистая  растительность после разложения микроорганизмами дает много органического вещества, увеличивая мощность почвы. Лучшие почвы, влагоемкие и воздухопроницаемые, имеют  мелкокомковатую  или мелкозернистую структуру из комочков диаметром от  1  до  10 мм. От состава и свойств горной породы,  на  которой  формируется почва, в значительной степени зависят состав и  свойства почвы.

Почва состоит из твердой, жидкой, газообразной и живой частей. Твердая часть это минеральные и органические частицы. Они составляют от 80-98 % почвенной массы и состоят из  песка, глины, илистых частиц, оставшихся от материнской  породы в результате почвообразовательного процесса. Соотношение этих частиц характеризует механический состав почвы.

Жидкая часть почвы, или почвенный раствор, вода с  растворенными в ней органическими и минеральными соединениями. Воды в почве содержится от долей процента до 40-60  %.

Жидкая часть участвует в снабжении растений водой  и  растворенными элементами питания.

Газообразная часть, почвенный воздух,  заполняет  поры,  не занятые водой. Почвенный воздух содержит больше  углекислого газа и меньше кислорода, чем атмосферный воздух, а также  метан, летучие органические соединения и др.

Живая часть  почвы  состоит  из  почвенных  микроорганизмов (бактерии, грибы, водоросли, актиномицеты и др.), представителей беспозвоночных (простейших, червей, моллюсков, насекомых и их личинок), роющих позвоночных. Они обитают в  основном в верхних слоях почвы, около корней растений, где  добывают себе пищу. Некоторые  почвенные  организмы  могут  жить только на корнях.

Почва содержит микроэлементы (азот, фосфор, калий, кальций, сера, железо и др.) и микроэлементы (бор,  марганец,  молибден, цинк и др.), которые растения потребляют  в  ограниченных количествах. Их соотношение определяет  химический  состав почвы.

Из физических свойств почвы наибольшее значение имеет  влагоемкость, водопроницаемсть, скважность.

Состав и свойства почвы  постоянно  меняются  под  влиянием жизнедеятельности, климата, деятельности человека. При  внесении удобрений почва обогащается питательными для  растений веществами, изменяет свои физические свойства.

Неправильная эксплуатация может привести к  нарушению  почвенного покрова к эрозии почвы,  засолению,  заболачиванию ее.

Химическое загрязнение почвы

 Почва – материальная основа жизни, прежде всего растений, которые своей корневой системой поглощают минеральные вещества земли. Поэтому химический состав почвы отражается в химическом составе пищевых продуктов растительного и животного происхождения. В научных трудах В.И.Вернадского и его учеников показано, что химический состав организма связан с химическим составом земной коры. При этом организм каждого биологического вида имеет определенный химический состав, который является строго индивидуальным как его морфология и физиология. В настоящее время  возросла проблема микроэлементов, необходимых для организма человека, из-за загрязнений окружающей среды такими химическими веществами, как свинец, фтор, мышьяк, кадмий, ртуть, марганец, молибден, цинк и др.Описаны случаи, когда высокие концентрации опасных химических веществ в почве стали причиной отравления людей и животных. Так, растения, произрастающие на почвах с высоким содержанием селена, могут накапливать его в количествах до 5000 мг/кг. Высокая концентрация селена в растительных продуктах является причиной болезни, называемой селеновым токсикозом, и отравлений людей, и массовой гибели сельскохозяйственных животных. Техногенное рассеивание этих соединений в окружающей среде может привести к избыточному их поступлению в организм человека, что увеличивает риск заболевания. Это объясняется тем, что поступающие в организм химические элементы усваиваются только частично. При этом неусвоенная их часть становится загрязнителями всех тканей организма и причиной возникновения болезней (табл.1).

Таблица 1

Недостаточные, оптимальные и избыточные концентрации химических элементов в почвах (мг/кг) и возможные реакции организма

В крупных городах состояние почвы оценивается по следующим показателям:

1) загрязнение тяжелыми металлами;

2) загрязнение бытовыми и промышленными отходами;

3) загрязнение нефтепродуктами;

4) радиационное загрязнение;

5) загрязнение пестицидами и  др.

В таблице 2 приведены основные источники и наиболее распространенные группы веществ химического загрязнения почвы.

Почва становится мертвой при содержании в ней 2-3 г свинца на 1 кг грунта (вокруг некоторых предприятий содержание свинца в почве достигает 10-15 г/кг).

Значительно обострилась проблема ликвидации твердых промышленных и бытовых отходов, которые существенно влияют на изменение химического состава почвы, вызывая ухудшение её качества. Сильное загрязнение почвы тяжелыми металлами в совокупности с очагами сернистых загрязнений, образующихся при сжигании каменного угля, приводит к возникновению техногенных пустынь. В почвах подзолистого типа с высоким содержанием железа при взаимодействии с серой образуется сернистое железо, являющееся сильным ядом.

Таблица 2

Основные источники и наиболее распространенные группы веществ химического загрязнения почвы.

В тех случаях, когда промышленные и бытовые отходы вывозятся на свалки, создается реальная угроза значительных загрязнений атмосферы, поверхностных и грунтовых вод, это ведет к загрязнению и нерациональному использованию земельных угодий, неизбежно растут транспортные расходы и безвозвратно теряются ценные материала и вещества.

В настоящее время техногенные факторы существенно изменили и продолжают изменять химический состав почв. Это связано с использованием в сельском хозяйстве разнообразных пестицидов, минеральных удобрений, стимуляторов роста растений. Почву также загрязняют промышленные выбросы. Немалую роль в загрязнение почв городов вносят выбросы автотранспорта. В таблице 3 приведены сведения о наиболее распространенных загрязнителях почв.

Таблица 3

Химические вещества – загрязнители почвы и их опасность для организма человека

Химическое загрязнение влияет на биологические свойства почвы. В частности, ртуть и свинец угнетают микробиологические почвенные процессы, снижают плодородие почвы. В отношении влияния загрязнителей почв на здоровье человека установлено, что повышенное содержание ртути в почве способствует распространению болезней нервной, эндокринной и мочеполовой систем. Накопление в почве свинца может стать причиной изменения со стороны кроветворения, органов внутренней секреции и учащения случаев тяжелых заболеваний.

Вдоль крупных автотрасс в почве накапливаются тяжелые металлы и, прежде всего, свинец. Здесь выпас скота, выращивание сельскохозяйственных культур с экологической точки зрения нежелательно.

В современных условиях особую опасность для экосистем природы и самого человека представляют пестициды (ядохимикаты, используемые для защиты растений и животных от вредителей).

В экологически грязной почве могут быть микробы и вирусы, которые передаются человеку. Возбудители отдельных инфекционных заболеваний сохраняют свою жизнеспособность до 20 и более лет.

Многие болезни передаются через почву. Наиболее простой путь заражения – загрязнение рук инфицированной почвой. Тщательное мытье рук, овощей, фруктов и корнеплодов – один из существенных барьеров на пути заражения организма.

Почва, загрязненная возбудителями болезней, опасна еще и тем, что с течением времени происходит заражение (инфицирование) колодцев, скважин, поверхностных водоемов.

Почва обладает свойством самоочищаться. Органические вещества перерабатываются почвенными микроорганизмами, образуя гумус. При этом в почве уменьшается количество болезнетворных микробов, разрушаются токсические органические соединения. Однако способность почвы к самоочищению ограничена, и при чрезмерном загрязнении обезвреживание болезнетворных микробов не происходит.

Наша жизнь напрямую зависит от экологической среды, в которой эта жизнь происходит. Рассмотрим, что же в последние десятилетия происходит с окружающей средой и со всеми нами, когда мы потребляем продукты питания, выращенные в этой самой среде или же произведенные по существующим технологиям. Обсудим так же негативное действие на организм человека веществ природного происхождения, потребляемых с пищей.

Интенсивное развитие промышленности и сельского хозяйства привело к увеличению выбросов во внешнюю среду опасных для человека жидких и газообразных технологических и бытовых отходов. Известны факты использования необоснованно больших количеств химических удобрений и ядохимикатов для борьбы с сорняками, микроорганизмами, насекомыми, грызунами и другими вредителями. К этому следует добавить и грубейшие нарушения природопользования, вызывающие порой непредсказуемые экологические последствия. Все это привело к тому, что организм человека испытывает негативные постоянные воздействия.

Химиками синтезировано и идентифицировано 12 млн. различных химических веществ. Одежда из синтетических волокон, материалы отделки жилища и мебель, пищевые добавки, отдушки, разрыхлители и др. – насколько безопасен для нас этот контакт. Питание может служить причиной значительного числа раковых заболеваний.

Таблица 4

Причины и число раковых заболеваний

Таблица наглядно показывает, что питание является даже большим фактором риска, чем курение.

Нитраты

Определить по внешнему виду содержание нитратов в овощах и фруктах трудно или вообще невозможно. У вегетирующих  (с листьями и стеблями) растений по интенсивности зеленой окраски листьев и черешков, особенно нижних ярусов, можно лишь ориентировочно судить: чем она темнее, тем нитратов в них содержится больше. При осмотре клубней картофеля, корнеплодов, плодов, ягод это сделать еще труднее. Агробиологии рекомендуют при покупке выбирать не самые красивые плоды. В блестящих, как будто искусственных плодах нитратов, как правило, больше. Замечено, что корнеплоды моркови одного сорта, но имеющие более яркую окраску, содержат нитратов меньше, чем  корнеплоды, окрашенные менее интенсивно. Зеленые  бобы фасоли содержат нитратов больше, чем желтые. Такая же зависимость окраски от содержания нитратов наблюдается и у сладкого перца. В арбузах и дынях много нитратов под коркой и в незрелых плодах. В сочных перезревших арбузах наличие нитратов легко определить по пустотам в мякоти, из которых выпадают семена.

Соли азотной кислоты, нитраты, являются элементом питания растений и естественным компонентом пищевых продуктов растительного происхождения. Их высокая концентрация в почве совершенно не токсична для растений, напротив, она способствует усиленному росту наземной части растений, более активному протеканию фотосинтеза, лучшему формированию репродуктивных органов и в конечном итоге – более высокому урожаю. Во время массового образования кочанов и черешков листьев капусты, нитратов должно быть 2000-3000 мг/кг.

Поскольку в органические соединения растений включается только аммонийный азот, нитрат-анионы, поглощенные растением, должны восстановиться  в клетках до аммиака. Образованием аммиака завершается и распад органических  веществ-аминокислот, амидов, белков.

В то же время у животных и человека высокие дозы нитратов могут вызвать отравление и даже привести к смерти. Токсическое действие нитратов связано с их восстановлением до нитритов, аммиака, гидроксил-амина под влиянием микрофлоры пищеварительного тракта и тканевых ферментов. Если в организм человека поступают высокие дозы нитратов, через 4-6 часов появляются тошнота, одышка, посинение кожных покровов, диарея. Одновременно ощущается общая слабость, головокружение, боли в затылке и сердцебиение. Первой  доврачебной помощью при этом является обильное промывание желудка, прием активированного угля и солевых слабительных. Употребление  в течение долгого времени пищи и воды с высоким содержанием нитратов вызывает также аллергию, нарушение деятельности щитовидной железы, приводит к возникновению многочисленных болезней в результате нарушения обмена веществ, опорно-двигательного аппарата и нервной системы.

Такое токсическое действие на организм нитратов заключается в том, что в желудочно-кишечном тракте они, превратившись в нитриты, попадают в кровь и окисляют двухвалентное железо гемоглобина в трехвалентное. При этом образуется метгемоглобин, не способный переносить кислород к тканям и органам, в результате чего может наблюдаться удушье.

Выявлены два способа окисления гемоглобина HbFe 2+. При прямом окислении роль окислителя играют нитрит-анионы:

 3 HbFe 2+  + 2 NO2- + 14 H + = 3 HbFe 3+ + 2 NH3 + 4 H2O.

Во время косвенного окисления гемоглобина сначала нитриты окисляются до нитратов с образованием пероксида водорода, затем последний вступает в реакцию с железом гемоглобина:

NO2- + O2 + H2O = NO3- + H2O2,

HbFe2+ + 2H2O2 + 4H+ = HbFe3+ + 4H2O.

Угрозой для жизни является накопление в крови 20% и более метгемоглобина (HbFe3+).

Наибольшая же опасность повышенного содержания нитратов в организме заключается в способности нитрит-иона участвовать в реакции нитрозирования аминов и амидов, в результате которой образуются нитрозосоединения, обладающие канцерогенным и мутагенным действием.

Образование нитрозосоединений происходит при взаимодействии азотистой кислоты со вторичными аминами как в продуктах питания в процессе их кулинарной обработки, так и внутри организма:

(R2)NH + HNO2 = (R)2N-NO + H2O.

N-нитрозосоединения имеют общую структуру:

R1

      N-N=O.

R2

Их можно разделить на два класса с различными свойствами: нитрозамины, где R1 и R2 – алкильные или арильные группы, и нитрозамиды, где  R1 –алкильная или арильная группа, а R2- ацильная группа. Проведенные на животных опыты показали, что N- нитрозосоединения способствуют образованию опухолей во всех органах, кроме костей.

Чаще всего контролируют наличие в продуктах N- нитрозодиметиламина (НДМА) и N- нитрозодиэтиламина (НДЭА).

Допустимое суточное потребление нитратов для человека  не должно превышать 5мг на 1 кг массы тела, т.е. не более 350 мг в сутки для человека массой 70 кг.

В организм человека нитраты поступают (в %):  с овощами – 70, с водой – 20, с мясными, молочными и консервированными продуктами – 6. Наиболее опасно отравление нитратами растворимыми в воде, т.к. это увеличивает скорость всасывания их в кровь, поэтому содержание нитрат-аниона в воде не должно превышать 45 мг/л.

Больше всего нитратов в организм человека поступает с овощами и картофелем. Это послужило причиной того, что во многих странах мира, в том числе и в нашей, в 1988 году были разработаны предельно допустимые концентрации (ПДК) нитратов в сельскохозяйственной продукции. ПДК нитратов  в овощной продукции разных стран колеблются в значительных пределах, причем у нас установлены самые низкие ПДК по сравнению с зарубежными странами.

Для приготовления водной вытяжки достаточно 20 г воздушно – сухой  просеянной почвы. Почву помещали в колбу на 100 мл, добавляли 50 мл дистиллированной воды и взбалтывали в течение 5-10 минут, а затем фильтровали.

Реакция почвы оказывает большое влияние на развитие растений и почвенных микроорганизмов, на скорость и направленность происходящих в ней химических и биохимических процессов. В природных условиях  рН почвенного раствора  колеблется от 3 до 10. Чаще всего кислотность почвы не выходит за пределы 4-8. Связь между кислотностью почвы и величиной рН приведена в табл. 3.

Таблица 5.

Зависимость кислотности почвы от рН

 Актуальная (активная) кислотность - кислотность почвенного раствора. Этот вид кислотности оказывает непосредственное влияние на корни растений и почвенные организмы.

Актуальную кислотность определяют в водной почвенной вытяжке. Для этого необходимо поместить в пробирку или колбу 2 г почвы, добавить 10 мл. дистиллированной воды; полученную суспензию 1: 5 хорошо встряхнуть и дать отстоять осадку; в надосадочную жидкость внести полоску индикаторной бумаги и, сравнить её цвет с цветной таблицей, сделать вывод о величине pH почвы.

В наших исследованиях получились следующие результаты:

Таблица 6

По величине кислотности почвы можно предсказать наличие тех или иных микроэлементов в почве, а также оценить их подвижность (табл.5). Наиболее подвижные катионы аккумулируются в тканях растений.

Таблица 7

Подвижность микроэлементов в зависимости от кислотности почвы

ПН – практически неподвижные; СП – слабоподвижные; П - подвижные