Файл: Промышленной токсикологии.doc

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 08.02.2024

Просмотров: 136

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

СОДЕРЖАНИЕ

1. ИСТОЧНИКИ И МАСШТАБЫ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ БИОСФЕРЫ Экологические последствия техногенных эмиссий Загрязнение биосферы человеком представляет собой одну из самых древних проблем в истории цивилизации. Считается, что химическое загрязнение биосферы, вызванное деятельностью человека, началось с первого зажженного им костра. На этом этапе воздействие человека на окружающую среду было незначительным. Далее по мере развития научно-технического прогресса, роста численности населения и его потребностей антропогенное загрязнение возрастало. Человек издавна рассматривал окружающую природную среду в основном как источник ресурсов. Однако развитие современной цивилизации приводит к парадоксу. Стремясь достигнуть независимости от природы, улучшить условия жизни, человек наращивает темпы материального производства. При этом большая часть взятых от природы ресурсов возвращается ей в виде отходов, что ставит под угрозу существование как биосферы, так и самого человека.Биосфера существует, многократно используя одни и те же атомы, т.е. в биосфере вещество используется в круговороте (биогеохимические циклы). Причем, в основном используются легкие биогенные элементы, из которых состоит живое вещество: О, N, C, S, P. Человек же использует вещество планеты крайне неэффективно с образованием огромного количества отходов. При этом в среду хозяйственной деятельности включаются практически все элементы таблицы Менделеева, а также синтезированные человеком соединения: пластмассы, пестициды, радионуклиды и др. В результате происходит обогащение биосферы не свойственными ей веществами, т.е. нарушается естественное соотношение химических элементов. Чтобы обеспечить одного человека предметами существования, каждый год из недр Земли извлекается до 40 т первичного сырья, которые в последующем рассеиваются в биосфере, радикально изменяя эволюционно сформировавшиеся биогеохимические циклы. Острота проблемы заключается в том, что при учете всех видов отходов количество полезного общественного продукта составляет около 10% используемых природных ресурсов, а остальные 90% переходят в отходы – газообразные, жидкие, твердые и, часто, весьма токсичные.Выбрасываемые в окружающую среду загрязнители рассеиваются в биосфере и могут поглощаться живыми организмами. Для ряда загрязнителей наблюдаются очень высокие коэффициенты накопления в пищевых цепях (103…106 раз). При этом человек сталкивается с эффектом бумеранга: находясь в самом конце большинства пищевых цепей, он становится потребителем наиболее загрязненной пищевой продукции.Так, современный горожанин получает в день вместе с пищей, питьевой водой, с табачным дымом и из атмосферы в среднем в 40 раз большесвинца, чем человек доиндустриального века.Главной причиной глобального экологического кризиса является рост народонаселения, инициирующий другие экологические проблемы.В настоящее время население планеты увеличивается быстрее, чем бьется сердце человека: каждую минуту рождается 250 детей, каждые суткинаселение земного шара увеличивается на 250…300 тыс. человек, за год – на 70…85 млн чел. Согласно последним данным ООН, к 2050 году население Земли достигнет 9 млрд человек, но во многих странах демографические показатели снизятся. В частности, сокращение населения в Болгарии составит 35%, в Украине, России, Молдове, Беларуси, Румынии – 25…35%. При этом прирост населения планеты на 88% будет осуществляться за счет развивающихся стран.Появление каждого нового жителя Земли требует дополнительных 0,2…0,5га земли для производства продуктов питания, для жилья, работы, отдыха. Между тем, уровень производства сельскохозяйственной продукции достиг своего предела, и дальнейшее его увеличение может быть достигнуто лишь за счет применения минеральных удобрений, а также пестицидов – для сохранения выращенного урожая. И то, и другое напрямую связано с последующим загрязнением почвы и водоемов.Одновременно нарастает количество крупных городских агломераций. С 1950 по 1983 гг. число жителей в городах увеличилось в 2,6 раза, в то время как сельское население возросло лишь на 53%. Сейчас городское население растет вдвое быстрее, чем население Земли в целом. Среди крупных городов быстрее всего растут города-миллионеры (с населением свыше 1 млн чел.). В 1900г. таких городов было 10, в 1955 – 60, в1980 – 210. В настоящее время в таких городах сосредоточено до 25% всего населения мира, а их число – более 430. В целом городское население планеты составляет более 50%, а в отдельных регионах еще выше: Северная Америка–83%, Австралия-85%, Европа и Латинская Америка-79%, Украина–около 70%. По прогнозам, к 2025 году городское население планеты достигнет 60%. Неоспоримы экономические и социальные преимущества городской жизни. Однако вовлечение в хозяйственный оборот больших территорий по мере роста численности населения приводит к замене естественных экологических систем искусственными. Крупный город изменяет почти все компоненты природной среды: атмосферу, растительность, почву, рельеф, подземные воды, и даже климат. Крупные города имеют над собой «шапку» высотой до 3км, состоящую из устойчивых газообразных аэрозолей. Влияние города на недра распространяется на глубину до 4км. Считается, что город с 2-х млн. населением загрязняет атмосферу в зоне до 100км.Факты интенсивного загрязнения городов общеизвестны. В среднем городской воздух содержит в 150 раз больше пыли и вредных веществ, чем загородный, а соединений свинца в нем в 2000раз больше, чем над океаном. Например, смертность от рака легких среди жителей городов в 4-5 раз выше, чем у жителей деревень. Городских детей от легочных заболеваний умирает в 30 раз больше, чем деревенских. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) считает, что 70-90% всех раковых заболеваний в городах связано с присутствием в городском воздухе различных химических веществ канцерогенной природы, наиболее распространенными из которых являются полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), в том числе самый опасный из них 3,4–бензпирен (БП). За последние 25 лет количество заболеваний раком на планете возросло в 4 раза. Каждый житель большого промышленного города вдыхает в течение жизни (за 70 лет) почти 16 мг БП (при допускаемой концентрации 0,1 мкг/м3). Среднегодовая концентрация БП в атмосфере 37-ми городов Украины превышает норму в 2,5…5,8 раза, а максимальная среднемесячная – в 8 …23,5раза. С ростом численности населения Земли темпы эксплуатации ресурсов недр постоянно возрастают. За минувший ХХ век годовое потребление угля, железа, марганца и никеля увеличилось в 50-60 раз; алюминия, вольфрама, молибдена и калия – в 200…1000 раз. Полагают, что при современной сырьевой базе и сохранении нынешних темпов потребления запасов алюминия хватит на 100 лет; железа – на 150 лет; запасов полиметаллических руд – на 30…60 лет; нефти – на 80…100 лет, природного газа – на 100…140 лет, каменного угля – на 400 лет.Особую категорию с точки зрения исчерпаемости и возобновимости представляют земельные, водные и лесные ресурсы. В настоящее время человек эксплуатирует более 60% суши, использует безвозвратно более 13% годового стока рек, скорость сведения лесов составляет 17 млн га в год. Сейчас площадь тропических лесов сократилась примерно наполовину. Если темпы уничтожения тропических лесов сохранятся, то через 20…30 лет они как экосистемы исчезнут с лица Земли. При строительных и горных работах перемещается более 4 км3 грунтов в год, извлекается из недр Земли ежегодно около 250 млрд т различныхископаемых, сжигается 11 млрд т топлива, выплавляется около1 млрд т различных металлов, рассеивается на полях свыше 500 млн т минеральныхудобрений и 5 млн т пестицидов.Только 50% внесенных удобрений усваивается растениями, потери урожая от сорняков и вредителей часто достигают 30…35%, а 90% пестицидов расходуется впустую, загрязняя почву, воду и атмосферу.В биосферу поступает до 50% извлеченных из недр металлов, 30% химического сырья, 67% теплоты, вырабатываемой ТЭС. Номенклатура продукции химической промышленности составляет 500 тыс химических соединений и ежегодно к ним прибавляется 1…2 тыс новых. Из этого числа 40 тыс обладают вредными для человека свойствами, а 12 тыс являются токсичными, особенно с точки зрения генетики.Подсчитано, что за всю историю человеческого общества выплавлено 20 млрд т железа. Его количество в сооружениях, машинах, транспорте и т.д. сейчас составляет около 6 млрд т, остальное рассеяно в окружающей среде. В течение года рассеивается более 25% годовой продукции железа. Другие вещества рассеиваются еще в большей степени. Так, рассеивание ртути и свинца достигает 80…90% их годового производства.Рост промышленного производства сопровождается лавинообразным нарастанием объема твердых отходов, ежегодное количество которых превышает 2 млрд т. Каждые 8…10 лет количество таких отходов увеличивается в два раза. На каждую тонну добытого угля приходится 20…24 т шахтной воды. Ежегодно из угольных шахт на поверхность откачивается около 2,5 млрд. м3 загрязненных шахтных вод, сброс которых в природные или искусственные водоемы без предварительной очистки наносит природе большой вред. В некоторых шахтах Кривбасса содержание солей в шахтных водах достигает 10…100 г/л. Растут объемы водопотребления, особенно в промышленных странах. Для сносного существования человеку достаточно 15 л воды в сутки. Однако в крупных городах развитых стран потребляют 250…500 л (Москва – 700, Киев – 515, Днепропетровск – 450 л). Расход воды на одного сельского жителя составляет в среднем 60 л/сутки. В мире в среднем – 220…300 л/сутки.В сельском хозяйстве на орошение расходуется 69…70% всей воды, используемой человеком на Земле, 22…23% – в промышленности, а на бытовые нужды идет лишь 8…9%.Одна из причин нехватки воды – расточительность. Так, много воды, накопленной за высокими плотинами водохранилищ, испаряется или просачивается в почву. Воду загрязняют промышленные и бытовые отходы, нитраты из удобрений, смытых с полей, кислотные дожди и вещества, просачивающиеся из свалок токсичных отходов.Уровни содержания нитратов в реках Европы, на которых ведется мониторинг, в среднем в 45 раз выше, чем в чистых реках.Аральское море – классический и печальный пример неправильного хозяйствования. Забор воды на орошение из рек, питающих море, снизил его уровень более чем на 12м, а соленость увеличилась в 10 раз. Кстати, Азовское море в настоящее время недополучает около 23% воды.Качество воды водных объектов Украины находится на чрезвычайно низком уровне. В частности, качество воды Днепра, Северского Донца, речек Приазовья, притоков Днестра и Западного Буга классифицируется как очень грязная (VI класс). К основным загрязнителям рек Украины относятся нефтепродукты, фенолы, азот (аммонийный и нитратный), тяжелые металлы и галогенуглеводороды. Серьезные опасения вызывает состояние почвы. Наибольшей трансформации подвергается самый верхний, поверхностный горизонт литосферы в пределах суши. Под влиянием деятельности людей возникает ускоренная эрозия, когда почвы разрушаются в 100…1000 раз быстрее, чем в естественных условиях. В результате такой эрозии общие потери земельных угодий за всю историю человечества составили 2 млрд га, т.е. превышают ныне обрабатываемую площадь – около 1,5 млрд га (по другим данным – 1,2 млрд га). В ряде регионов Украины заметно ухудшилось состояние земельных угодий в связи с проведением оросительной мелиорации, которая отрицательно влияет на черноземные почвы: уменьшается гумусный горизонт, увеличивается рН до 8…8,5, происходит вторичное засоление корневого слоя.Ежегодно в почву страны вносится 1,75 млн центнеров пестицидов, что приводит к повышенной концентрации вредных веществ в сельскохозяйственных продуктах.Основной глобальной проблемой является сохранение тропических лесов. Обычных лесов сохранилось в мире еще достаточно много: 20% территории Земли покрыто лесами. Но тропические леса – это самые богатые жизнью участки планеты. К настоящему времени влажно-тропические леса в Латинской Америке сведены на 37% от первоначальной площади, в Азии – на 42%, в Африке – на 52%. В отдельных странах положение ещё хуже: в Малазии сохранились 8% лесов, в Таиланде – 7%, в Пакистане – 4%.Если уничтожение лесов будет продолжаться с прежней интенсивностью, то через 50…60 лет тропические леса исчезнут везде, кроме Заира в Африке и Западной Амазонки в Южной Америке. Эти леса – дождевые, занимают всего 6% территории Земли, но в них обитает столько же видов, как и во всех других экосистемах планеты вместе взятых. Каждую минуту дождевой лес исчезает на площади равной футбольному полю. Каждый год он исчезает на территории, равной Австралии (

1) В том числе метан; 2) В том числе 20 млн тонн SO23) Только SO2Основным химическим загрязнителем в настоящее время является диоксид серы, образующийся при сжигании всех видов топлива, выплавке стали, меди и других цветных металлов, при производстве серной кислоты и др.Практически все виды топлива содержат серу: уголь – 3…7%, нефть – 1…2,5%, природный газ – 0,05%. В некоторых полиметаллических рудах содержится до 42…45% серы.При сжигании каменного угля выброс в атмосферу на 1т топлива составляет: 16…20кг SO2, 20кг СО, 10кг NxOy, 50…60кг взвешенных веществ.Антропогенный вклад серы в атмосферу в северном полушарии достигает 93%, в южном полушарии – 50%. Есть несколько районов мира, где выделение диоксида серы в атмосферу особенно интенсивно: Рурский промышленный комплекс, центр Великобритании, северо-восток США, Донбасс. Удельная эмиссия SO2 на территории этих районов весьма высока и достигает 100 т/км2. Средняя эмиссия SO2 в этих странах составляет: Великобритания – 23, Германия – 16, Украина – 6 т/км2.Оксиды серы и азота могут задерживаться в атмосфере до 15 дней. За это время они переносятся ветром на расстояние более 1000км, и одни страны становятся объектом постоянного загрязнения со стороны других. Каждый НПЗ выделяет в сутки 100…300т диоксида серы. Такое количество способно загрязнить воздушную зону на высоте 100м в радиусе 40км от завода. Вокруг коксохимического завода создается геохимическая аномалия в радиусе 15км, вокруг ТЭС – в радиусе 8км.Большое количество загрязняющих веществ поступает в атмосферу городов с автомобильными выхлопами. В настоящее время в мире насчитывается более 1 млрд автомашин, выхлопные газы которых содержат более 500 органических токсичных соединений, в том числе более 40 ПАУ, обладающих канцерогенным и мутагенным действием. Каждая машина с бензиновым двигателем за пройденные 15 тыс. км в год потребляет 4350кг кислорода, а выбрасывает 3250кг СО2, около 600кг СО, 100…200кг углеводородов, 30…40кг окислов азота, 0,5кг тетраэтилсвинца, 0,2г бензпирена.Доля автомобильных выбросов в общем загрязнении атмосферы городов составляет, %: Великобритания – 40…45, США – 50…60, Москва – 95, Ростов – 88, Киев – 85, Одесса – 60, Харьков – 60, Львов – 80, Ужгород, Ялта – 90%, Днепропетровск – более 30%В результате использования тетраэтилсвинца в качестве антидетонационной добавки к бензину с выхлопными газами выбрасываются оксиды, хлориды, фториды, нитраты и сульфаты свинца. Твердые частицы этих соединений образуют аэрозоли, которые оседают в непосредственной близости от автомобильных дорог. В одном из крупнейших городов США Лос-Анджелесе более 4млн автомобилей, которые ежедневно выделяют в атмосферу города 50 т пыли только от износа автопокрышек, свыше 15 т свинца, около 1 тыс т оксидов азота, инициирующих фотохимический смог. В других крупных городах положение не лучше: в Мехико – 3 млн автомашин, Токио – 4,2 млн, в Киеве – около 1,5 млн, в Днепропетровске – более 250 тыс. В воздушное пространство над территорией США с выхлопными газами ежегодно поступает около 200 тыс т свинца: это 1/6 часть ежегодной добычи этого металла в стране. Насыщение биосферы тяжелыми металлами – одно из наиболее опасных глобальных последствий научно-технической революции. Масштабы выбросов кадмия, цинка и меди всеми вулканами мира далеко уступают объему этих металлов, поступающему от мусоросжигательных печей.При сжигании 3 млрд т угля с отходящими газами в атмосферу поступает более 120 млн т золы, в которой содержится некоторых элементов больше, чем добывается из земных недр.Так, ТЭС мощностью 1 млн. кВт, сжигающая 1000 т угля в сутки, выбрасывает в атмосферу до 1кг ртути и 0,1кг мышьяка. Эти соединения обнаруживаются в районе крупных ТЭС в окружности до 30 км. Рассеянные элементы концентрируются в биосфере, а затем поступают в организм человека с продуктами питания, питьевой водой и воздухом. 1.3.Загрязнение водных системЗагрязняющие вещества рано или поздно попадают из атмосферы на поверхность Земли и в водные системы. Промышленные предприятия сбрасывают сточные воды в реки иногда даже без предварительной очистки. Стоки сельскохозяйственных угодий практически никто и не ставит целью очищать, поскольку технически это неразрешимая задача. По той же причине нигде не очищаются ливневые стоки (в том числе, крупных городов). Загрязняются подземные воды – важнейший резервуар пресных вод. Загрязнения пресных вод и земель возвращаются человеку с продуктами питания и питьевой водой.Всего 2% гидросферы приходится на пресные воды, но они постоянно возобновляются. Большая часть пресных вод – 85% - сосредоточена во льдах полярных зон и ледников. Скорость водообмена здесь меньше, чем в океане, и составляет 8000 лет. Поверхностные воды суши обновляются примерно в 500 раз быстрее, чем в океане. Еще быстрее, примерно за 10…12 суток, обновляются воды рек. Наибольшее практическое значение для человека имеют пресные воды рек. Именно эти водные ресурсы подвергаются в настоящее время интенсивному антропогенному истощению: за счет непрерывного увеличения водозабора для растущих нужд промышленности, сельского хозяйства и бытового потребления (количественное истощение) и загрязнения вод (качественное истощение).В настоящее время человечество потребляет на хозяйственно-бытовые нужды 12…13% речного стока, следовательно, потенциальные запасы пресной воды пока еще достаточны, однако в любом районе мира они могут быть истощены из-за нерационального водопользования или загрязнения. Темпы роста водопотребления составляют 5…6% за 5 лет.Основные потребители воды – промышленность и сельское хозяйство (90%).К числу отраслей промышленности, потребляющих большое количество воды, относится энергетика, где вода используется в системах охлаждения. По некоторым оценкам, использование воды для охлаждения составляет сейчас на планете 30% общего водопотребления, а в промышленно развитых странах – до 60%.Главный же потребитель пресной воды – сельское хозяйство. Наблюдаемый в настоящее время дефицит пресной воды усугубляется не только непрерывным ростом водопотребления, но и деградацией качества воды природных водоисточников в результате поступления в них неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод промышленного, коммунального и сельскохозяйственного происхождения. Подсчитано, например, что если город потребляет в день 600 тыс м3 воды, то он дает около 500 тыс м3 сточных вод.Строительство очистных сооружений и реконструкция действующих еще существенно отстает от роста потребления воды.Казалось бы, задача решается просто. Достаточно построить необходимое количество очистных сооружений и проблема качественного истощения пресных вод будет решена. На самом деле, проблема оказывается намного сложнее. Даже при самой современной очистке, включая биологическую, из воды извлекаются не более 90% органических и 10…40% неорганических веществ. Такая «очищенная» вода может стать пригодной для потребления только после многократного разбавления чистой водой. В среднем для нормальной жизнедеятельности реки или водоема промышленные или городские стоки после очистки на биологических сооружениях должны быть разбавлены в 15…30 раз. Только после этого вода, загрязненная стоками, восстанавливает свои первоначальные свойства. Мировой водохозяйственный баланс показал, что на все виды водопользования расходуется 4200 км3 воды в год. На разбавление стоков уходит около 20…30% ресурсов пресных вод мира. Это означает, что ресурсы полного мирового речного стока вскоре будут близки к качественному и количественному исчерпанию, а во многих районах мира они уже исчерпаны. Ведь 1 км3 «очищенной» сточной воды «портит» 10…15 км3 речной воды, а неочищенной – в 3…5 раз больше.Следует добавить, что некоторые особенно токсичные сточные воды химических производств вообще невозможно очистить существующими методами. Их приходится закачивать в подземные хранилища на постоянное хранение. Таким образом, создаются опасные объекты, так как всегда существует угроза либо прорыва, либо медленной миграции (фильтрации) таких вод в подземные водоносные горизонты. Так, на территории Украины функционируют около 3 тыс фильтровальных накопителей сточных вод, которые существенно ухудшают состояние подземных вод, в частности, в Кривбассе и Донбассе. Особенно опасным является загрязнение природных вод (в том числе, и питьевой воды) полихлорированными дибензодиоксинами (ПХДД) и дибензофуранами (ПХДФ). Специально ПХДД и ПХДФ не производятся, они образуются в качестве примеси при всех химических процессах галоидирования ароматических соединений в присутствии кислорода, в частности при производстве хлорфенолов и гербицидов. Однако, даже обычная примесь диоксинов в товарном продукте 3.10-4% является чрезвычайно опасной. В момент аварий или залповых выбросов предприятий хлорной химии концентрация диоксинов превышает санитарную норму в 20…100 тыс раз! В мировом масштабе основным загрязнителем поверхностных вод суши является нефть и нефтепродукты, которые поступают в результате естественных выходов нефти в районах залегания, при нефтедобыче, транспортировке, переработке и использовании в качестве топлива и промышленного сырья. Ежегодные поступления нефти в Мировой океан достигают в настоящее время 25…30 млн т в год. После поступления нефти в водный объект первоначально образуются нефтяные слитки-пятна, растекающиеся по водной поверхности: 1т нефти загрязняет акваторию площадью 12 км2. Нефтяная пленка вызывает гибель оплодотворенной икры, нарушает процессы фотосинтеза и выделения кислорода, осуществляемого фитопланктоном, т.е. нарушается газообмен между атмосферой и гидросферой. А ведь основная доля общего запаса органического углерода и общей валовой продукции фотосинтеза приходится на зеленые растения океана, в первую очередь фитопланктон.Среди продуктов промышленного производства особое место по своему отрицательному воздействию на водную среду и гидробионты занимают детергенты – синтетические вещества, очень токсичные к процессам биологического разложения. Ежегодно производится около 4 млн т детергентов. Концентрация этих соединений в сточных водах, как правило, составляет 5…15мг/л (при нормативном требовании для рыбохозяйственного использования водных объектов – 0,1 мг/л). Из других ингредиентов, загрязняющих воду, необходимо назвать тяжелые металлы – ртуть, свинец, цинк, кадмий, медь, олово, хром, марганец, никель, радиоактивные элементы, ядохимикаты, поступающие с сельскохозяйственных полей, и стоки животноводческих ферм.В поверхностные водоемы Днепропетровской области ежегодно сбрасывается более 2 млрд. м3 сточных вод, в том числе без очистки более 740 млн. м3. Большая часть такой воды приходится на долю крупнейших промышленных предприятий металлургической, химической, машиностроительной промышленности. В районе Днепропетровска днепровская вода содержит такие загрязняющие вещества, как нефтепродукты, нитраты, нитриты, сульфаты, соли аммония, хлориды, ионы тяжелых металлов: железа, свинца, никеля, хрома, меди, цинка, марганца, ртути.1.4. Загрязнение почвыОдним из последствий усиливающейся техногенной нагрузки является интенсивное загрязнение почвенного покрова. В роли основных загрязнителей почв выступают металлы и их соединения, радиоактивные элементы, а также удобрения и пестициды. Значительными нарушениями земной поверхности и ее интенсивным загрязнением сопровождаются все процессы добычи полезных ископаемых. Подсчитано, что при добыче 1 млн т железной руды нарушается до 640га земли, марганцевой – 600га, угля – 100га.В результате неполного использования сырья, прямых его потерь, отходов производства к середине XXI века концентрация некоторых металлов в почве может увеличиться в 10…100 раз и более. Одним из результатов техногенной миграции элементов является постепенное «ожелезнение» земной поверхности. Ежегодно выплавляется около 700 млн. т железа, причем необратимые потери железа в результате коррозии и истирания достигают 25%. Установлено, что техногенное поступление железа на порядок выше биогенного. Как уже отмечалось, горное производство негативно воздействует на поверхностные водостоки и подземные воды, которые сильно загрязняются механическими примесями и минеральными солями.Одним из эффективных методов повышения урожайности сельскохозяйственных культур является применение минеральных удобрений, которые обеспечивают в настоящее время около 50% общей прибавки урожая. Мировое производство минеральных удобрений достигло объема 500 млн т в год, потребление удобрений на душу населения в среднем составляет 27 кг/год. К сожалению, при современной технологии растения усваивают только 50% вносимых удобрений, остальная половина уносится водным стоком в ближайший водоем и существенно нарушает равновесие экологических систем и условия развития водных организмов. Загрязнение окружающей среды нитратами вследствие чрезмерного применения азотных удобрений в последнее время становится глобальной экологической проблемой.Неблагоприятные последствия для биосферы и изменения почвенного покрова связаны также с применением в сельском хозяйстве пестицидов, используемых для борьбы с вредителями и болезнями культурных растений, сорняками, для регулирования роста и развития сельскохозяйственных культур. Мировое производство пестицидов превысило 5 млн т в год, ассортимент их насчитывает 100 тыс препаратов и продолжает увеличиваться.Пестициды позволяют не только сохранить и увеличить урожай, но и сократить затраты на выращивание сельскохозяйственных культур и, тем самым, повысить производительность труда на 20…30%. Так, в экономически слаборазвитых странах от болезней и вредителей сельскохозяйственных культур погибает около 50% возможного урожая, а в передовых промышленных странах, где применяются прогрессивные средства борьбы с вредителями, гибнет лишь 15…20% урожая.Сегодня в мире в среднем наносится 0,3 кг пестицидов на 1га, в США – 1,6 кг/га, в Западной Европе – 3 кг/га, в Украине

Контрольные вопросы ……………………………………………... 16

Контрольные вопросы ……………………………………………… 26

Контрольные вопросы ……………………………………………… 36

Контрольные вопросы ……………………………………………… 77

Контрольные вопросы …………………………………………… 133

Контрольные вопросы …………………………………………… 149

Приложения 1 – 7 ……………………………………………………… 220



В качестве показателя бактериального загрязнения почвы используют коли-титр (титр кишечной палочки) и титр одного из анаэробов. Эти бактерии поступают в почву с фекалиями. Так как анаэроб обладает способностью спорообразования, он сохраняется в почве более продолжительное время, чем кишечная палочка. Наличие в почве анаэроба при отсутствии кишечной палочки свидетельствует о старом фекальном загрязнении.

Проблема санитарной охраны грунтов от загрязнения отходами хозяйствования приобрела чрезвычайную остроту, однако эффективные средства для ее радикального решения пока что не найдены, поскольку до последнего времени вопросу утилизации и уничтожению отходов отводилось недостаточно внимания.

6.2. Загрязнение почвы тяжелыми металлами
К тяжелым металлам (ТМ) относятся около 40 металлов с атомными массами свыше 50 и плотностью более 5 г/см3, хотя в число ТМ входит и легкий бериллий. Оба признака достаточно условны и перечни ТМ по ним не совпадают.

По токсичности и распространению в окружающей среде можно выделить приоритетную группу ТМ: Pb, Hg, Cd, As, Bi, Sn, V, Sb. Несколько меньшее значение имеют: Сг, Cu, Zn, Mn, Ni, Co, Mo.

Все ТМ в той или иной степени ядовиты, хотя некоторые из них (Fe, Cu, Co, Zn, Mn) входят в состав биомолекул и витаминов.

Тяжелые металлы антропогенного происхождения попадают из воздуха в почву в виде твердых или жидких осадков. Лесные массивы с их развитой контактирующей поверхностью особенно интенсивно задерживают тяжелые металлы.

В общем, опасность загрязнения тяжелыми металлами из воздуха существует в равной степени для любых почв. Тяжелые металлы негативно влияют на почвенные процессы, плодородие почв и качество сельскохозяйственной продукции. Восстановление биологической продуктивности почв, загрязненных тяжелыми металлами – одна из наиболее сложных проблем охраны биоценозов.

Важной особенностью металлов является устойчивость загрязнения. Сам элемент разрушиться не может, переходя из одного соединения в другое или перемещаясь между жидкой и твердой фазами. Возможны окислительно-восстановительные переходы металлов с переменной валентностью.

Опасные для растений концентрации ТМ зависят от генетического типа почвы. Основными показателями, влияющими на накопление ТМ в почвах, являются кислотно-основные свойства и содержание гумуса.

Учесть все разнообразие почвенно-геохимических условий при установлении ПДК тяжелых металлов практически невозможно. В настоящее время для ряда тяжелых металлов установлены ОДК их содержания в почвах, которые используются в качестве ПДК (приложение 3).

При превышении допустимых значений содержания ТМ в почвах эти элементы накапливаются в растениях в количествах, превышающих их ПДК в кормах и продуктах питания.

В загрязненных почвах глубина проникновения ТМ обычно не превышает 20 см, однако при сильном загрязнении ТМ могут проникать на глубину до 1,5м. Среди всех тяжелых металлов цинк и ртуть обладают наибольшей миграционной способностью и распределяются равномерно в слое почвы на глубине 0…20 см, в то время как свинец накапливается только в поверхностном слое (0…2,5 см). Промежуточное положение между этими металлами занимает кадмий.


У свинца четко выражена тенденция к накоплению в почве, т.к. его ионы малоподвижны даже при низких значениях рН. Для различных видов почв скорость вымывания свинца колеблется от 4г до 30 г/га в год. В то же время количество вносимого свинца может составлять в различных районах 40…530 г/га в год. Попадающий при химическом загрязнении в почву свинец сравнительно легко образует гидроксид в нейтральной или щелочной среде. Если почва содержит растворимые фосфаты, тогда гидроксид свинца переходит в труднорастворимые фосфаты.

Значительные загрязнения почвы свинцом можно обнаружить вдоль крупных автомагистралей, вблизи предприятий цветной металлургии, вблизи установок по сжиганию отходов, где отсутствует очистка отходящих газов. Проводимая постепенная замена моторного топлива, содержащего тетраэтилсвинец, топливом без свинца дает положительные результаты: поступление свинца в почву резко снизилось и в будущем этот источник загрязнения в значительной степени будет ликвидирован.

Опасность попадания свинца с частицами почв в организм ребенка является одним из определяющих факторов при оценке опасности загрязнения почв населенных пунктов. Фоновые концентрации свинца в почвах разного типа колеблются в пределах 10…70 мг/кг. По мнению американских исследователей, содержание свинца в городских почвах не должно превышать 100 мг/кг – при этом обеспечивается защита организма ребенка от избыточного поступления свинца через руки и загрязненные игрушки. В реальных же условиях содержание свинца в почве значительно превышает этот уровень. В большинстве городов содержание свинца в почве варьируется в пределах 30…150 мг/кг при средней величине около 100 мг/кг. Наиболее высокое содержание свинца – от 100 до 1000 мг/кг – обнаруживается в почве городов, в которых расположены металлургические и аккумуляторные предприятия (Алчевск, Запорожье, Днепродзержинск, Днепропетровск, Донецк, Мариуполь, Кривой Рог).

Растения более устойчивы по отношению к свинцу, чем люди и животные, поэтому необходимо тщательно следить за содержанием свинца в продуктах питания растительного происхождения и в фураже.

У животных на пастбищах первые признаки отравления свинцом наблюдаются при суточной дозе около 50 мг/кг сухого сена (на сильно загрязненных свинцом почвах получаемое сено может содержать свинца 6,5 г/кг сухого сена!). Для людей при употреблении салата ПДК составляет 7,5 мг свинца на 1 кг листьев.


В отличие от свинца кадмий попадает в почву в значительно меньших количествах: около 3…35 г/га в год. Кадмий заносится в почву из воздуха (около 3 г/га в год) либо с фосфорсодержащими удобрениями (35…260 г/т). В некоторых случаях источником загрязнения могут быть предприятия, связанные с переработкой кадмия. В кислых почвах со значением рН<6 ионы кадмия весьма подвижны и накопления металла не наблюдается. При значениях рН>6 кадмий отлагается вместе с гидроксидами железа, марганца и алюминия, при этом происходит потеря протонов группами ОН. Такой процесс при понижении рН становится обратимым, и кадмий, а также другие ТМ, могут необратимо медленно диффундировать в кристаллическую решетку оксидов и глин.

Соединения кадмия с гуминовыми кислотами значительно менее устойчивы, чем аналогичные соединения свинца. Соответственно накопление кадмия в гумусе протекает в значительно меньшей степени, чем накопление свинца.

В качестве специфичного соединения кадмия в почве можно назвать сульфид кадмия, который образуется из сульфатов при благоприятных условиях восстановления. Карбонат кадмия образуется только при значениях рН >8, таким образом, предпосылки для его осуществления крайне незначительны.

В последнее время большое внимание стали уделять тому обстоятельству, что в биологическом иле, который вносится в почву для ее улучшения, обнаруживается повышенная концентрация кадмия. Около 90% кадмия, имеющегося в сточных водах, переходит в биологический ил: 30% при первоначальном осаждении и 60…70% при его дальнейшей обработке.

Удалить кадмий из ила практически невозможно. Однако, более тщательный контроль за содержанием кадмия в сточных водах позволяет снизить его содержание в иле до значений ниже 10 мг/кг сухого вещества. Поэтому практика использования ила очистных сооружений в качестве удобрения весьма различается в разных странах.

Основными параметрами, определяющими содержания кадмия в почвенных растворах или его сорбцию почвенными минералами и органическими компонентами, являются рН и вид почвы, а также присутствие других элементов, например кальция.

В почвенных растворах концентрация кадмия может составлять 0,1…1мкг/л. В верхних слоях почвы, глубиной до 25см, в зависимости от концентрации и типа почвы элемент может удерживаться в течение 25…50 лет, а в отдельных случаях даже 200…800 лет.

Растения усваивают из минеральных веществ почвы не только жизненно важные для них элементы, но и такие, физиологическое действие которых либо неизвестно, либо безразлично для растения. Содержание кадмия в растении полностью определяется его физическими и морфологическими свойствами – его генотипом.


Коэффициент переноса тяжелых металлов из почвы в растения приведены ниже:
Pb 0,01…0,1 Ni 0,1…1,0 Zn 1…10

Cr 0,01…0,1 Cu 0,1…1,0 Cd 1…10
Кадмий склонен к активному биоконцентрированию, что приводит в довольно короткое время к его накоплению в избыточных биодоступных концентрациях. Поэтому кадмий, по сравнению с другими ТМ, является наиболее сильным токсикантом почв (Cd > Ni > Cu > Zn).

Между отдельными видами растений наблюдаются значительные различия. Если шпинат (300 млрд-1), кочанный салат (42 млрд-1), петрушку (31 млрд-1), а также сельдерей, кресс-салат, свеклу и лук-резанец можно отнести к растениям, „обогащенным” кадмием, то в бобовых, томатах, косточковых и семечковых фруктах содержится относительно мало кадмия (10…20 млрд-1). Все концентрации указаны относительно массы свежего растения (или плода). Из зерновых культур зерно пшеницы сильнее загрязнено кадмием, чем зерно ржи (50 и 25 млрд-1), однако 80…90% поступившего из корней кадмия остается в корнях и соломе.

Поглощение кадмия растениями из почвы (перенос почва/растение) зависит не только от вида растения, но и от содержания кадмия в почве. При высокой концентрации кадмия в почве (более 40 мг/кг) на первом месте стоит его поглощение корнями; при меньшем содержании наибольшее поглощение происходит из воздуха через молодые побеги. Длительность роста также влияет на обогащение кадмием: чем короче вегетация, тем меньше перенос из почвы в растение. Это является причиной того, что накопление кадмия в растениях из удобрений оказывается меньшим, чем его разбавление за счет ускорения роста растения, вызванного действием этих же удобрений.

Если в растениях достигается высокая концентрация кадмия, то это может привести к нарушениям нормального роста растений. Урожай бобов и моркови, например, снижается на 50%, если содержание кадмия в субстрате составляет 250 млн-1. У моркови листья увядают при концентрации кадмия 50 мг/кг субстрата. У бобов при этой концентрации на листьях выступают ржавые (резко очерченные) пятна. У овса на концах листьев можно наблюдать хлороз (пониженное содержание хлорофилла).

По сравнению с растениями многие виды грибов накапливают большое количество кадмия. К грибам с высоким содержанием кадмия относят некоторые разновидности шампиньонов, в частности овечий шампиньон, в то время как луговой и культурный шампиньоны содержат относительно мало кадмия. При исследовании различных частей грибов было установлено, что пластинки в них содержат больше кадмия, чем сама шляпка, а меньше всего кадмия в ножке гриба. Как показывают опыты по выращиванию шампиньонов, двух-трехкратное увеличение содержания кадмия в грибах обнаруживается в том случае, если его концентрация в субстрате увеличивается в 10 раз.

Смотрите также файлы