Тяжелые металлы в растениеводческой продукции
Обновлено: 05.10.2024
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.
Содержание
Введение………………………………………………………………. 3
Тяжелые металлы, их влияние на человека, животных и растения…
Условия попадания металлов в почву…………………………………
Решение проблем, связанных с тяжелыми металлами в сельском хозяйстве……………………………………………………………….
Заключение…………………………………………………………….
Список литературы………
Работа содержит 1 файл
курсач (Ав.docx
Министерство сельского хозяйства Российской Федерации
Тяжелые металлы в сельском хозяйстве
Курсовая работа по дисциплине
Работа защищена с оценкой «_______» «__»_________ 2011 г.
- Введение………………………………………………………… ……. 3
- Тяжелые металлы, их влияние на человека, животных и растения…
- Условия попадания металлов в почву…………………………………
- Решение проблем, связанных с тяжелыми металлами в сельском хозяйстве……………………………………………………… ……….
- Заключение…………………………………………………… ……….
- Список литературы…………………………………………………… ..
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/см 3 (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 части цы, 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.
| Категория загрязнения почв | Величина Z | Возможное использование почв | Изменение показателей здоровья населения |
| допустимая | До 16 | Использование под любые культуры | Низкий уровень заболеваемости |
| Умеренно- опасная | 16-32 | Использование под любые культуры, но при условии контроля качества продукции растениеводства | Увеличение общей заболеваемости |
| Высоко-опасная | 32-128 | Использование под технические культуры, без получения из них продуктов питания и кормов. Исключить растения- концентраторы химических веществ. | Увеличение общей заболеваемости,в том числе и детской |
| Чрезвычайно- опасная | Более 128 | Исключить из сельскохозяйственного пользования. | Увеличение общей заболеваемости, в том числе и детской, нарушение репродуктивной функции женщин, увеличение онкологических заболеваний. |
Z-показатель суммирования загрязнения почв, рассчитываемый по следующей формуле:
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.
Влияние тяжелых металлов на урожайность сельскохозяйственных культур
07.06.2019
Всякий яд – лекарство, всякое лекарство – яд; всё зависит от дозы.
(Парацельс).
Хозяйственная деятельность человека зачастую способствует загрязнению окружающей среды. Особую опасность представляет загрязнение ее тяжелыми металлами, многие из которых являются чрезвычайно токсичными даже в минимальных количествах. Тяжелые металлы принципиально отличаются от органических веществ тем, что не подвергаются процессам разложения, а способны лишь перераспределяться между природными средами. Они способны концентрироваться в живых организмах, вызывая при этом различные патологии.
К тяжелым металлам относятся более 40 металлов с атомной массой свыше 50 атомных единиц. В соответствии с классификацией Н. Реймерса, тяжелыми металлами следует называть металлы с плотность более 8 г/см3: Cu, Zn, Ni, Pb, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg [Голубев И.Р., Новиков Ю.В. Окружающая среда и ее охрана/М.: «Просвещение». – 1985. – 192 с.]. Некоторые из них относятся к микроэлементам, т.е. химическим элементам, которые крайне важны для роста и развития растений и животных (Cu, Zn, Co). В растениях микроэлементы либо входят в состав ферментов, либо активируют их работу и необходимы в ничтожно малых количествах.
Увеличение или уменьшение концентрации микроэлементов в растворе сверх оптимальной приводит к угнетению или даже гибели организма. Отрицательное действие неоптимальных доз микроэлементов связано с нарушением деятельности ферментативного аппарата клеток, и, следовательно, обмена веществ в растениях.
Концентрация всех необходимых для жизни элементов в живом организме находится под строгим контролем комплекса физиологических процессов, называемого гомеостазом. Процесс поступления и выведения токсичных элементов контролируется организмом, при этом буферная емкость защитных систем организма ограничена.
Некоторые тяжелые металлы (As, Cd, Hg, Pb) не оказывают существенного влияния на рост растений, поскольку им не присуща какая-либо известная физиологическая функция в жизненном цикле растений, но такие металлы, как Cu, Fe, Mn, Mo, Ni, Zn являются жизненно важными элементами для растений. Избыток этих элементов может привести к существенному отравлению растения. Так, например, 1,5-2,5 кратное повышение подвижных форм тяжелых металлов (Cu, Zn, Pb, Cd) в почве вызывает снижение количества и качества продукции сельскохозяйственных культур [Потапов М.А. Влияние тяжелых металлов на урожайность и качество сельскохозяйственной продукции в условиях лесных почв Чувашской Республики: дисс. На соискание научной степени канд. сельскохозяйственных наук: спец. 06.01.04 «Агрохимия»/Чебоксары. – 2005. – 155 с.]. Поглощение тяжелых металлов растениями и последующее накопление вдоль пищевой цепи представляет собой потенциальную угрозу для здоровья человека и животных.
Одним из основных путей поступления тяжелых металлов в растение является поглощение корнями растений различных химических соединений этих металлов (солей, гидроксидов, комплексов и т. п.) из почвы [Gaur N., Flora G., Yadav M., Tiwari A. A review with recent advancement on bioremediationbased abolition of heavy metals. Environ. Sci. Process. Impacts. 2014; 16:180-193/doi:10/109/C3EM00491K].
В 2006 году выборочно были исследованы на содержание промышленных токсикантов грунты 18 городов Украины. Высокие среднегодовые концентрации тяжелых металлов (свинца, кадмия, меди, цинка) в пределах 1,1-11,2 ПДК зафиксированы в грунтах городов Днепропетровск, Ялта, Константиновка и Мариуполь Донецкой области, Вишневое и Фастов Киевской области [Національна доповідь про стан техногенної та природної безпеки в Україні у 2006 році. – К.: ДП Агентство «Чорнобильінтерінформ». – 2007. – 236 с.].
Специфической особенностью загрязнения почвы тяжелыми металлами является очень низкая скорость самоочищения грунта. Что касается свинца, то его избыточное содержание в почве приводит к уменьшению количества и разнообразия почвенных микробиоценозов. В связи с этим возникает серьезная угроза массовой деградации украинских черноземов, сосредоточенных в областях с развитой промышленностью.
В Украине кроме черноземов имеются почвы других типов (серые лесные, дерново-подзолистые, песчаные и т. д.), в которых очищение от загрязнения тяжелыми металлами происходит еще медленнее, а кумуляция их, в связи с этим – быстрее. Поэтому даже небольшие количества тяжелых металлов в почвах могут привести к опасному загрязнению сельскохозяйственной продукции.
При попадании из почвы в растения через корневую систему тяжелые металлы могут перемещаться активно (метаболическим путем) или пассивно. В первом случае поглощение и перемещение ионов металлов осуществляется по системе, состоящей из протопластов клеток, связанных плазмодесмами. При пассивном транспорте ионы, достигнув поверхности корня, попадают в свободное пространство корня и далее с транспирационным током передвигаются по растению. С активным транспортом по растению передвигается часть металлов, которые выполняют некоторые биологические функции (медь, цинк, кобальт и др.), а также металлы, химически подобные необходимым элементам (кадмий является химическим аналогом цинка). Однако большая часть металлов, особенно те, которые не являются необходимыми для растений (свинец), перемещаются посредством диффузии. Вступая в контакт с клеточными стенками и рядом минеральных и органических соединений, содержащихся в клетках, металлы осаждаются и теряют биологическую активность. В то же время при загрязнении почвы большим количеством металлов некоторая их часть способна миновать защитные системы растения и оказать на него токсическое воздействие.
Результатом этого возможно проявление некоторых визуальных признаков токсичности. Основные признаки угнетения растений под влиянием токсикантов неспецифичны и проявляются в основном в снижении всхожести семян, замедленном росте, ненормальном развитии корневых систем, хлорозе, увядании, гибели растений. Однако в сельскохозяйственном производстве следует учитывать, что визуальные признаки токсичности начинают проявляться, когда концентрации токсичных элементов значительно превышают санитарно-гигиенические нормативы, установленные для продукции растениеводства. При этом содержание элементов в почве, при котором появляются признаки фитотоксичности, также значительно превышают ПДК.
Так, признаки ртутного отравления проявляются при концентрации элемента в почве 25-50 мг/кг (ПДК 2,1 мг/кг), кадмиевого - при 25-100 мг/кг (ОДК 0,5-2,0), свинцового - 250-2000 мг/кг (ОДК 32-130 мг/кг), мышьякового - при 25-50 мг/кг (ОДК 2-10 мг/кг). Поэтому визуальная диагностика загрязненности почвы и растений металлами не имеет смысла.
Все растительные (и животные) организмы нуждаются в постоянном пополнении микроэлементами. Однако последние должны вводится в живой организм в биологически активной форме, способной легко транспортироваться и усваиваться. В природе растения получают эти элементы в виде растворимых солей, присутствующих в почве. Однако это малоэффективно и значительно лучший результат можно достичь при использовании биологически активных комплексонов. Примером таких комплексонов может быть ЭДТА (этилендиаминтетрауксусная кислота) [Жаворонков Н.М. Комплексоны в решении Продовольственной программы СССР//ЖВХО имени Д.И. Менделеева – 1984. – Т.29. – Вып.3. – С.261-265.]. Однако, применение ЭДТА сопряжено с определенными рисками. Этот комплексон может сохраняться в почве без изменения в течение многих лет, продолжая поставлять в растения из почвы различные металлы (в том числе и тяжелые) образуя с ними хорошо растворимые комплексы. Тяжелые металлы, находящиеся в грунте в виде солей, обычно слабо усваиваются растениями. Образование же комплексов ЭДТА с тяжелыми металлами приводит к более интенсивному поглощению их растениями, что бывает крайне нежелательно.
Таким образом, применение ЭДТА (и подобных ему комплексонов) требует большой осторожности. Более эффективными могли бы быть комплексоны, которые подвергаются в почве биодеструкции и не накапливаются со временем. Это позволило бы исключить бесконтрольное извлечение из почвы тяжелых металлов растениями.
Тяжелые металлы в растениеводческой продукции
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ СЕЛЬХОЗУГОДИЙ И ПРОДУКЦИИ РАСТЕНИЕВОДСТВА
(издание 2-е, переработанное и дополненное)
Зам. Министра сельского хозяйства Российской Федерации А.Г.Ефремов
10 марта 1992 г.
B настоящих методических указаниях изложены методы отбора проб, подготовки их к анализам и определения тяжелых металлов (цинка, меди, свинца, кадмия и ртути) в пробах почв, продукции растениеводства и кормах.
Методические указания предназначены для использования в работе проектно-изыскательских станций химизации сельского хозяйства и их филиалов и других учреждений, определяющих содержание тяжелых металлов в указанных объектах.
При переработке методических указаний учтены замечания Калининградской, Красноярской, Сумской, Херсонской, Хабаровской областных и Эстонской республиканской станций химизации.
Методические указания подготовили: канд. хим. наук А.В.Кузнецов, канд. с.-х. наук А.П.Фесюн, канд. с.-х. наук С.Г.Самохвалов (ЦИНАО); канд. физ.-мат. наук Э.П.Махонько (НПО "Тайфун").
Первая редакция методических указаний утверждена заместителем Председателя Госагропрома СССР Г.А.Романенко 16.01.89 г.
1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. В последние годы уделяется особое внимание проблеме загрязнения окружающей природной среды тяжелыми металлами (ТМ) и другими токсичными элементами.
В связи с возрастающими масштабами техногенного загрязнения окружающей среды ряд тяжелых металлов и токсичных элементов включен в международные и отечественные списки загрязняющих веществ, подлежащих контролю.
По степени опасности химические элементы подразделяются на три класса (ГОСТ 17.4.1.02-83) [1]:
1 - вещества высокоопасные;
2 - вещества умеренноопасные;
3 - вещества малоопасные.
Отнесение химических веществ, попадающих в почву из выбросов, сбросов, отходов, к классам опасности
Мышьяк, кадмий, ртуть, селен, свинец, цинк, фтор, бенз(а)пирен
Бор, кобальт, никель, молибден, медь, сурьма, хром
Барий, ванадий, вольфрам, марганец, стронций, ацетофенон
Класс опасности химических веществ устанавливается не менее чем по трем показателям в соответствии с приложением 1.
1.2. Специалисты агрохимической службы, научно-исследовательских институтов, проектно-изыскательских станций химизации сельского хозяйства и их филиалов, районных и межрайонных агрохимических лабораторий осуществляют систематический контроль за загрязнением почв сельскохозяйственных угодий и продукции растениеводства тяжелыми металлами в следующих случаях:
1.2.1. При использовании отходов промышленности и коммунального хозяйства в качестве средств химизации сельского хозяйства - известьсодержащие отходы, фосфогипс, осадки сточных вод, компосты из твердых бытовых отходов (ТБО);
1.2.2. При комплексной природоохранной оценке технологий использования средств химизации, в первую очередь при комплексном агрохимическом окультуривании полей;
1.2.3. При интенсивном загрязнении почв сельскохозяйственных угодий и продукции растениеводства выбросами промышленных отходов предприятий, определенном на основании данных инвентаризации источников загрязнения;
1.2.4. При использовании сточных вод, содержащих ТМ и другие токсичные примеси, для орошения сельскохозяйственных угодий.
1.3. Работы по контролю за использованием отходов сточных вод и загрязнением почв сельскохозяйственных угодий техногенными выбросами (п.1.2.1-1.2.3.) проводятся, как правило, по договорам с предприятиями, являющимися источниками загрязнения, а при проведении природоохранной оценки технологий использования средств химизации сельского хозяйства (п.1.2.4.) - по договорам с областными (краевыми, АССР) агропромышленными объединениями.
2. ПЛАНИРОВАНИЕ РАБОТ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ УГОДИЙ, ПРОДУКЦИИ РАСТЕНИЕВОДСТВА И КОРМАХ
2.1. Работы по определению содержания ТМ в почвах, продукции растениеводства и кормах проводятся проектно-изыскательскими станциями химизации сельского хозяйства и их филиалами по программам, согласованным с республиканскими объединениями "Сельхозхимия", республиканскими и региональными научно-методическими центрами и областными (республиканскими, краевыми) агропромышленными объединениями.
Работа включается в производственно-финансовый план станции химизации и оплачивается в соответствии с утвержденными нормами выработки и расценками.
2.2. Для обоснованного планирования работ по выявлению и предотвращению накопления ТМ и других токсичных элементов в почве сельскохозяйственных угодий, продукции растениеводства и кормах с целью безопасного и высокопроизводительного ведения сельскохозяйственного производства в условиях техногенного загрязнения проектно-изыскательские станции химизации должны располагать полной информацией о предприятиях - источниках загрязнения и используемых и планируемых к использованию в качестве средств химизации отходах.
2.3. В первую очередь обращается внимание на известь и гипссодержащие отходы (их смеси), отходы промышленности и коммунального хозяйства, используемые в качестве органических удобрений, отходы, применяемые как макро- и микроудобрения. При этом учитывается значимость каждого вида отхода для использования в условиях области (АССР, края, зоны обслуживания).
Проводится максимально возможный сбор информации о физических свойствах, химическом составе отходов, наличии токсичных элементов.
2.4. Планирование работ по изучению загрязнения почв сельскохозяйственных угодий и продукции растениеводства токсичными выбросами предприятий осуществляется на основании следующих показателей:
- снижения урожайности и ухудшения качества урожая сельскохозяйственных культур;
- изменения роста и развития растений;
- негативного влияния выбросов на состояние почвенного плодородия (физико-химические свойства почвы, воздействие на почвенную микрофлору и фауну и др.).
С этой целью проводится сбор информации о выбросах промышленных предприятий. Материалы по запросу областного (краевого, АССР) агропромышленного объединения получают на предприятиях-источниках загрязнения, областных (районных) санитарно-эпидемиологических станциях.
Возможно использование материалов областных (краевых, АССР) территориальных схем охраны природы (ТЕРСКОП), которые в настоящее время составлены для многих областей (материалы имеются в облисполкомах, санэпидемстанциях).
2.5. Проводится оценка существующих условий воздушного переноса промышленных выбросов за длительный период, для чего по данным местных метеостанций строится "роза ветров", а также за период вегетации растений.
Особое внимание уделяется предприятиям цветной и черной металлургии, энергетики, горнодобывающей и химической промышленности.
3. ОТБОР ПРОБ ПОЧВЫ И РАСТЕНИЙ ПРИ ОБЩИХ И ЛОКАЛЬНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЯХ
3.1. Общие положения
Термины и определения, используемые в методических указаниях, и их пояснения приведены в приложении 2.
Отбор проб почвы и растений проводится в районах воздействия промышленных, сельскохозяйственных, хозяйственно-бытовых и транспортных источников загрязнения при контроле санитарно-гигиенического состояния с.-х. угодий и растительной продукции.
3.2. Аппаратура, материалы, реактивы:
* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 19596-87. - Примечание изготовителя базы данных.
* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 23707-95. - Примечание изготовителя базы данных.
- ножи из полиэтилена или полистирола;
- сита почвенные с диаметром отверстий 2 мм по ГОСТ 3584-73*;
* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 6613-86. - Примечание изготовителя базы данных.
- ступки и пестики фарфоровые по ГОСТ 9147-80;
- банки стеклянные широкогорлые с притертыми пробками вместимостью 500, 800, 1000 см;*
* Текст соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.
- банки или коробки из пищевого полиэтилена, полистирола;
- шпатели металлические по ГОСТ 19126-79*;
* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 19126-2007, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.
- шпатели пластмассовые по ГОСТ 19126-79;
- бумага оберточная по ГОСТ 8273-75;
* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 892-89. - Примечание изготовителя базы данных.
- пакеты или пленка полиэтиленовая;
- сушильный шкаф, обеспечивающий поддержание заданного температурного режима 40-150 °С с погрешностью ±5 °С;
- вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72.
Инструменты, используемые при отборе проб, должны быть тщательно очищены от ржавчины. Не следует употреблять оцинкованные ведра, медные изделия, эмалированные тазы, окрашенные инструменты, содержащие тяжелые металлы.
Особого внимания заслуживает правильный выбор упаковочного материала для предотвращения загрязнения тяжелыми металлами проб, взятых в поле. Пробы почв помещают в мешочки из отбеленной хлопчатобумажной ткани. Мокрые пробы отбирают в полиэтиленовые мешочки и после доставки с поля незамедлительно сушат в проветриваемом помещении.
3.3. Отбор проб почвы
3.3.2. Образцы почв отбираются два раза в год: весной - после схода снега и осенью - во время уборки урожая. Для контроля загрязнения ТМ отбор проб почв проводят не менее 1 раза в 3 года.
3.3.3. В каждом хозяйстве обследуется 3-5 полей занятых основными культурами. Размер пробной площадки при однородном почвенном покрове колеблется от 1 до 5 га, а при неоднородном почвенном покрове - от 0,5 до 1 га. С каждой из этих площадок отбирается не менее 1 объединенной пробы.
3.3.4. На пахотных почвах точечные пробы отбирают на глубину пахотного слоя, на сенокосах и пастбищах - на глубину до 25 см через интервалы 0-5, 5-10, 10-20 (25) см. Для контроля загрязнения легкомигрируюшими веществами точечные пробы отбирают по генетическим горизонтам на всю глубину почвенного профиля [3]. При отборе проб под зерновыми и пропашными культурами, а также под виноградниками необходимо в равной мере захватить рядки и междурядья. В садах пробы отбирают примерно в 1 м от ствола дерева.
Альбомы (+ –)
Н.Л. Дрижд
О загрязнении тяжелыми металлами почв и растениеводческой продукции в зоне Череповецкого промышленного узла / Н.Л. Дрижд, Н.Н. Малышев, А.А. Голенков
Хозяйственная деятельность человека сопряжена с воздействием на окружающую среду, что заставляет считаться с возможностью возникновения неблагоприятных последствий: нарушение нормальной жизнедеятельности биосферы, изменение климата, снижение урожайности сельскохозяйственных культур, ухудшение здоровья населения. Многие из токсических веществ, поступающих в окружающую среду, обладают канцерогенным действием, способствующим изменению генетического кода, что приводит к повышению заболеваемости населения.
Центральное место в круговороте веществ, происходящем в биосфере, занимает почва. Она находится в постоянном взаимодействии с другими экосистемами – атмосферой, гидросферой, растительным миром и др., являясь важным звеном пути поступления непищевых компонентов к человеку. При этом особую опасность для здоровья населения представляют чужеродные непищевые компоненты, стойкие в окружающей среде. К ним относятся ксенобиотики (чужеродные химические вещества) и биологические контаминаты (патогенные микроорганизмы, вирусы и др.). Ксенобиотики попадают в пищу не только в результате загрязнения химическими веществами продуктов при их получении, хранении и реализации, но и в процессе преднамеренного введения в виде пищевых добавок. Особую опасность для здоровья представляют соединения тяжелых металлов, пестициды, радионуклиды, нитраты, нитриты, нитрозоамины, полициклические ароматические углеводы, лекарственные средства и другие ксенобиотики.
Почва является одним из важнейших объектов окружающей среды, дающим более 90% продуктов питания и сырья для производства самой разнообразной продукции. Почва является емким акцептором тяжелых металлов, которые прочно сорбируются и взаимодействуют с почвенным гумусом. Доказано, что почва является основным звеном в круговороте чужеродных химических веществ. В почву вредные вещества могут попадать различными путями: из атмосферы в виде грубодисперсных фракций аэрозолей, входящих в состав выбросов промышленных предприятий, а также с дождем и снегом. Наряду с этим наблюдается и подщелачивание почв вокруг металлургических комбинатов на расстоянии до 10 – 12 км от источников выбросов.
Степень загрязнения почв вредными веществами, распределение и перенос их на расстояние зависят, с одной стороны, от мощности, характеристик и продолжительности работы предприятий, от интенсивности движения транспорта, с другой – от ландшафтно-геоморфологических условий (от сорбционной способности почвы, движения воды в грунте, значения pH и др.). Большую опасность представляют хорошо растворимые в воде и липидах стабильные ксенобиотики, стойкие к воздействию кислорода воздуха, Уф-радиации, микрофлоры почвы и водоемов. Это хлорорганические соединения, тяжелые металлы, полимерные материалы, долгоживущие радионуклиды и др. При загрязнении одного звена биосферы эти ксенобиотики могут мигрировать в другое. Цепь миграции вещества до поступления его в растительные пищевые продукты и организм может быть следующий: источник – воздух – почва – растение – человек.
По имеющимся данным, загрязнение окружающей среды вокруг предприятий черной металлургии, в зависимости от господствующего направления ветров, ощущается в радиусе 25 – 50 км, на 1 кв. км этой территории в сутки выпадает 5 – 15 кг пыли. Вокруг металлургических предприятий формируются своеобразные техногенные области: во всех поверхностных образованиях (почве, снеге, растительности) содержится широкий набор вредных веществ, включая свинец, ртуть, кадмий и многие другие.
Проектно-изыскательским центром агрохимслужбы «Вологодский» и Череповецким ТЦГСЭН исследовано техногенное загрязнение почвы, сельхозугодий и сельхозпродукции вокруг г. Череповца, результатом которого является экспрессная оценка загрязнения почв, растений и сельхозпродукции тяжелыми металлами и некоторыми токсичными веществами промышленного происхождения.
Повышенные концентрации тяжелых металлов в почве слоя 0 – 5 см выявлены в направлении господствующих ветров. В большей степени загрязнены почвы ближней пятикилометровой зоны от источника загрязнения. Коэффициент загрязнения свинцом составляет 3,3 – 5,5, цинком – 3,4 – 12,1, хлором – 2,4, медью – 2,0. По мере удаления от источника загрязнения содержание металлов уменьшается. Но даже в 20 км содержание их в почве в данном направлении все еще не достигает фоновых. В противоположном от преобладающих ветров направлении содержание элементов снижается уже в 5-километровой зоне, где концентрация элементов превышает фоновую в 1,2 – 1,4 раза, а на десятикилометровой отметке от источника содержание тяжелых металлов приближается к фоновому. Площадь суммарной зоны загрязнения наибольшая у свинца – 655 кв. км, цинка – 651 кв. м.
При анализе содержания тяжелых металлов в сельхозпродукции, выращенной на землях совхозов «Комсомолец» (10-километровая зона с наветренной стороны) и «Политотделец» (с подветренной по отношению к преобладающему направлению ветра по среднегодовой розе ветров) установлено: а) суммарное содержание меди, свинца, кадмия и цинка в картофеле совхоза «Политотделец» составило k = 6,41, что в 1,54 раза выше, чем в картофеле совхоза «Комсомолец» (k =4,14); б) суммарное содержание меди, свинца, кадмия и цинка в моркови совхоза «Политотделец» составило k = 3,31, что в 1,13 раза выше, чем в моркови совхоза «Комсомолец» ( k = 2,77). При анализе содержания тяжелых металлов в свекле, выращенной в совхозе «Мяксинский» (30 км от промузла), установлено, что содержание меди было в 1,67 раза, цинка в 2,19 раза и мышьяка в 3,85 раза ниже, чем в свекле из «Полиотдельца».
Наиболее достоверным показателем влияния неблагоприятных экологических факторов на здоровье населения следует считать уровень онкологической заболеваемости. Для первичного (рекогносцировочного анализа) онкологической заболеваемости среди населения Череповецкого района использовали данные областного онкодиспансера за 1982 – 1990 гг. Была также разработана и использована программа для ЭВМ «Анализ тенденции в уровнях многолетней заболеваемости».
Практически по всем онкологическим формам заболеваемость сельских жителей была значительно выше, чем городских в течение всего периода. Так, в 1990 г. показатель заболеваемости раком губы, полости рта и глотки в районе составил 16,2 на 100 000, а в городе – 6,0; рак органов пищеварения и брюшины – соответственно 91,3 и 79,9; рак органов дыхания и грудной клетки – 56,8 и 51,7 на 100 000.
Рак эндокринных желез: для района 2,0 и для города 1,3 на 100 000 жителей; темп прироста для района 8,0, для города 13,7. Рак лимфоидной ткани: для района 14,2, для города 17,4 на 100 000; темп прироста для района 8,54, для города – 6,5. Рак нервной системы для района 4,1 и для города 2,5 на 100 000; темп прироста для района 7,90, для города 7,33. Рак мочеполовых органов для района 26,4 и для города 27,9 на 100 000; темп прироста 8,24 для района и 7,86 для города. Рак соединительной ткани для района 56,8 и 52,3 для города на 100 000; темп роста 5,62 для района и 6,82 для города.
Заслуживает особого внимания тот факт, что на протяжении всего анализируемого периода заболеваемость сельских жителей превышала заболеваемость городских жителей. При анализе многолетней динамики (смотри график выравненных показателей) в онкологической заболеваемости жителей района отмечена по некоторым формам тенденция к снижению, в то время как в заболеваемости городских жителей имеет место тенденция к росту. Особого внимания заслуживает рост уровня злокачественных новообразований лимфоидной ткани и миеломы, а также рост заболеваемости раком костных тканей, кожи, молочной железы и соединительной ткани как у городских, так и у сельских жителей.
Выводы:
1. Показатели среднегодовых концентраций С02, N02, NO, H2S и фенола за 1987 – 1991 гг. свидетельствуют об ухудшающейся экологической ситуации в Череповецком районе.
2. Высокий уровень загрязнения воздушного и водного бассейнов промышленными предприятиями Череповецкого промышленного узла приводит к резкому ухудшению экологической ситуации не только в городе Череповце, но и в Череповецком районе. Результатом этого является техногенная геохимическая аномалия в почве на удалении не менее 20 км от Череповца. Обнаружение высоких концентраций солей тяжелых металлов в почве и некоторых продуктах растительного происхождения указывает, что к неблагоприятным экологическим факторам, влияющим на здоровье населения, следует отнести продукты питания, выращенные в пригородной зоне.
3. Установлено влияние неблагоприятных экологических факторов на здоровье населения г. Череповца. В общей заболеваемости населения района отмечены высокие уровни заболеваемости почек, нервной системы и сердечно-сосудистой системы.
4. Наиболее достоверным показателем влияния неблагоприятных экологических факторов на здоровье населения следует считать высокий темп роста онкологической заболеваемости городских и сельских жителей. Высокий уровень онкозаболеваемости свидетельствует об экологическом неблагополучии в изучаемом регионе.
5. Для выявления наиболее опасных экологических факторов, определяющих рост общей и онкологической заболеваемости, требуется проведение дальнейшей санитарно-гигиенической экспертизы пищевых продуктов, воды и воздуха, а также углубленный анализ заболеваемости. Результатом данных исследований должны быть картограммы заболеваемости и загрязнения территории района, а также установление корреляционной связи между уровнями загрязнения окружающей среды и заболеваемостью населения.
Тяжелые металлы в сельском хозяйстве
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.
Содержание
Введение………………………………………………………………. 3
Тяжелые металлы, их влияние на человека, животных и растения…
Условия попадания металлов в почву…………………………………
Решение проблем, связанных с тяжелыми металлами в сельском хозяйстве……………………………………………………………….
Заключение…………………………………………………………….
Список литературы………
Работа содержит 1 файл
курсач (Ав.docx
Поступающие в организм человека тяжелые металлы накапливаются в печени и выходят крайне медленно. Первоначально же они накапливаются главным образом в почвах. Особенно прочно фиксируют тяжелые металлы гумусодержащие горизонты, то есть наиболее плодородный слой. Продукция растениеводства , выращенная на слабозагрязненных почвах , способна вызвать аккумулятивный эффект обуславливая постепенное увеличение тяжелых металлов в организме животных и человека. Поступая в растения, они распределяются в органах и тканях неравномерно, следовательно, необходимо изучение особенностей тяжелых металлов.
Опасность загрязнения почвы химическими веществами определяется уровнем их возможного отрицательного влияния на продукты питания, а так же на биологическую активность и процессы самоочищения почв. Наиболее опасными тяжелыми металлами являются свинец, ртуть, никель, кадмий, мышьяк, цинк, медь. Примерно 90% тяжелых металлов , поступающих в окружающую среду, аккумулируется почвами. Затем они мигрируют в природные воды, поглощаются растениями и поступают в пищевые цепи. До 70% тяжелых металлов поступает в наш организм с пищей. Свинец, ртуть, кадмий и мышьяк являются основными загрязнителями, потому что техногенное их накопление в среде идет особенно быстрыми темпами. Данные элементы обладают большим сходством к физиологически важным органическим соединениям и способны подавлять наиболее значительные процессы метаболизма, тормозят рост и развитие. [агроэкология
Различные растения сосредоточивают в себе разное число микроэлементов: в большинстве случаев - избирательно. Так, медь усваивают растения семейства гвоздичных, кобальт - перцы. Высокий коэффициент биологического поглощения цинка характерен для березы карликовой и лишайников, никеля и меди - для вероники и лишайников. Тяжелые металлы являются протоплазматическими ядами, токсичность которых возрастает по мере увеличения атомной массы. Их токсичность проявляется по-разному. Многие металлы при токсичных уровнях концентраций ингибируют деятельность ферментов (медь, ртуть). Некоторые из них образуют хелатоподобные комплексы с обычными метаболитами, нарушая нормальный обмен веществ (железо). Такие металлы, как кадмий, медь, железо, взаимодействуют с клеточными мембранами, изменяя их проницаемость.
Особый интерес представляет изучение животных, являющихся чувствительным индикатором начальных стадий загрязнения тяжелыми металлами. Они аккумулируют элементы в доступных биологически активных формах и отражают фактический уровень загрязнения экосистем.
Почвенные животные, особенно сапрофитные группы, благодаря тесной связи с почвенными условиями и ограниченной территорией обитания могут быть хорошими индикаторами химического загрязнения биосферы. Среди животных такими индикаторами могут быть европейский крот, бурый медведь, лось, рыжая полевка. Располагая сведениями о содержании тяжелых металлов у млекопитающих, можно прогнозировать их влияние на организм человека.
Таблица №. Характеристика основных тяжелых металлов, оценка их влияния на организм человека.
| Металл | Источники | Влияние на организм человека |
| Ртуть | Является естественной составной частью воды, почвы, воздуха. Основной источник попадания в организм человека- пищевые цепи. | При большом поступлении происходит токсикация (тошнота, рвота, боль при глотании, повышение температуры тела, кровотечение десен). Основными признаками хронического отравления являются бессонница, гастрит, дрожание пальцев. |
| Кадмий | Является редким элементом, содержится во многих минералах. В атмосферу попадает в результате деятельности заводов. Легко накапливается в растениях, а затем попадает в организм человека. | Обладает способностью накапливаться в организме. Накапливается главным образом в печени и почках, а также в селезенке, поджелудочной железе, костях. Может привести к нарушению работы почек (образование почечных камней). Хроническое отравление: насморк с постепенной потерей обоняния, окрашивание десен, потеря веса, плохой аппетит, слабость, рвота, тошнота, боли в костях, развитие носового кровотечения. |
| Свинец | Поступление в организм происходит через желудочно-кишечный тракт, также через дыхательные пути. Затем разносится кровью по всему организму . | Негативно сказывается при наличии в растениях, имеет способность подавлять фотосинтез. Из за этого снижается урожайность растений , качество произведенной продукции и как следствие, происходит негативное влияние на здоровье человека. При попадании в мягкие ткани свинец вызывает сатурнизм, развитие анемии, поражение кроветворной системы, почек, мозга, снижение интеллекта. При хроническом отравлении: серая кайма на деснах, расстройство нервной системы, кроветворной системы. |
| Мышьяк | О сновные источники: гербициды фунгициды, инсектициды .Также источниками являются химическая и фармацевтическая промышленность. При этом основное поступление в организм происходит через органы дыхания и желудочно-кишечный тракт. | Накапливается в организме и образовывает депо в костях, печени, стенках желудка, почках, почках, коже, волосах, ногтях и даже в мозге. Симптомы острой интоксикации - тошнота, рвота, бои в желудке. При хронической интоксикации - сонливость, головная боль, судороги, спутанность сознания. Является причиной возникновения анемии, расстройства сердечнососудистой системы. Отравление мышьяком приводит к развитию различных опухолей, к летальному исходу. |
| Медь | Источниками часто служат полиметаллические руды. В организм попадает через органы дыхания и желудочно-кишечный тракт (в основном в производственных условиях) | Накапливаясь в организме, образует депо преимущественно в печени. Основные признаки интоксикации: тошнота, рвота, зеленая кайма на деснах, окраска волос в зеленый цвет. |
В сельскохозяйственном производстве высокое содержание тяжелых металлов приводит к снижению продуктивности и ухудшению качества животной(мясо, молоко, яйца, мед) и растительной продукции.
Молоко. Биологически полноценным является молоко, если оно не содержит посторонних веществ, получено от здоровых животных, потребляющих высококачественные корма и воду. Присутствие тяжелых металлов (цинк, свинец, кадмий, медь) в молоке и молочных продуктах связано с экологическим состоянием окружающей среды. Основными источниками являются корма и вода. Летом в организм животного поступает больше тяжелых металлов из-за дополнительного поступления их с дерниной и почвенными частицами, поскольку содержание металлов в них выше, чем растительности. В процессе переработки молока распределение тяжелых металлов в получаемых продуктах имеет определенную закономерность. К примеру, больше всего загрязнителей в обезжиренном молоке, казеине, сыворотке. Меньше всего – в молочном жире, сливочном масле и пахте. Концентрацию тяжелых металлов можно снизить путем сепарирования и переработки молока. Установлено, что медь, кадмий, ртуть, свинец сорбируются преимущественно творогом, следовательно из молока, загрязненного металлами, можно получать продукты, удовлетворяющие нормативам, перераспределяя ЗВ по отдельным фракциям в процессе заводской переработки молока, экстракцией тяжелых металлов, сорбированных творогом и растворимыми белками.
Мёд. Тяжелые металлы поступают организм пчелы с кормом, водой, и органы дыхания. Наибольшее количество их пчела получает при переработке нектара в мед. Медоносная пчела- хороший природный фильтр, задерживающий загрязнители, но при их высокой концентрации пчела погибает. Так же, как и в молочной продукции, продукты пчеловодства различаются по содержанию тяжелых металлов. Больше всего их наблюдается в организме пчелы, пыльце, и перге. Наименьшее содержание – в воске и меде.
Яица. В основном в яицах накапливается свинец. Для экологически чистых яиц необходимо использовать специальные добавки, смеси из растений (хвоя, местная растительность).
Растительность. Тяжёлые металлы больше всего содержатся в корнях, затем идут стебли и листья и, наконец, семена, клубни, корнеплоды. Иногда содержание тяжёлых металлов в корнеплодах сопоставимо с их содержанием в листьях и стеблях. Это объясняется тем, что на корнеплоде имеются корни с проводящей системой, пронизывающей его толщу. Наиболее чистыми от тяжёлых металлов будут клубни, так как они не имеют проводящих пучков.
На загрязнённых почвах картофель и томаты дают более чистую продукцию, чем корнеплоды – морковь и редис. Поэтому при выращивании продовольственных культур на почвах, содержащих заметные количества тяжёлых металлов, следует избегать размещения на них растений, у которых в пищу используются листья (салат, шпинат, лук, щавель), стебли и корнеплоды.
Для выращивания сельскохозяйственных культур на загрязнённых почвах осуществляют ряд профилактических мероприятий. В первую очередь проводится комплексное агрохимическое окультуривание, заключающееся в повышении содержания гумуса, нейтрализации почвенной кислотности. В дальнейшем на этих полях размещают культуры, у которых в пищу идут части растений, слабо накапливающие тяжёлые металлы (томаты, бахчевые культуры, картофель). Если по каким-либо причинам нецелесообразно комплексное окультуривание отдельных загрязненных полей, на них следует размещать технические культуры: лён, коноплю, клещевину, картофель для переработки на крахмал или спирт, сахарную свеклу для получения сахара. Нельзя использовать загрязнённые почвы для выращивания кормовых культур, так как на корм скоту идут чаще всего те части растений и в ту фазу развития, когда в них происходит заметное накопление металлов, а соответственно и накопление вредных веществ в мясе и молоке животных.
Также на загрязнённых почвах нельзя размещать овощи, перерабатываемые на продукты детского питания (шпинат, морковь и т.д.).
Допустимое количество тяжелых металлов, которое человек может потреблять с продуктами питания без риска заболеть колеблется в зависимости от металла: свинец-3мг, кадмий-0,4-0,5 мг,ртуть-0,3 мг в неделю. Эти уровни служат основой для контроля содержания в продуктах питания.
К примеру, ПДК металлов в мясе (мг/кг):
Свинец- 0,1; кадмий -0,3; мышьяк – 0,1; ртуть – 0,03; цинк- 5.
3.Причины попадания тяжелых металлов в почву.
Основными источниками загрязнения являются минеральные и органические удобрения, применяемые в больших дозах, особенно при длительном использовании, и содержащие балластные вещества, в том числе и тяжелые металлы.
Таблица № .Содержание тяжелых металлов в минеральных и органических удобрениях (мг/кг сухой массы):
Из таблицы следует, что в органических удобрениях содержание таких веществ, как кадмий , свинец, олово, никель, мышьяк меньше чем в минеральных. Из минеральных удобрений больше всего их в фосфорных удобрениях.
Читайте также: