Экологические проблемы в связи с загрязнением почв - Экология - Скачать бесплатно
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ УПРАВЛЕНИЯ
Институт Туризма и Развития рынка
Специальность Менеджмент
Специализация Гостиничный и туристический бизнес
РЕФЕРАТ
Дисциплина: Экология
тема: Экологические проблемы в связи с загрязнением почв
Студент Еремина П.В. (ГТБ IV-2, в/о)
Руководитель к.э.н. ст. пр. Васин С.Г.
Москва 2001
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………..……………3
основная часть 4
1. Почвенная экосистема. 5
2. ЗНАЧЕНИЕ ПОЧВЫ 5
3. Структура почвы 5
4. Минеральные элементы питания и способность почвы их удерживать 10
5. Загрязнение почвы химическими веществами И ЕГО ПОСЛЕДСТВИЯ 13
6. Потеря почвы 17
7. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ В ПОЧВЕННОМ МОНИТОРИНГЕ 20
8. БИОТЕХНОЛОГИЯ ОХРАНЫ ЗЕМЕЛЬ 22
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……..……………………………………………………...24
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………..………………………………………..26
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время проблема взаимодействия человеческого общества с
природой приобрела особую остроту. Становится бесспорным, что решение
проблемы сохранения качества жизни человека немыслимо без определенного
осмысления современных экологических проблем: сохранение эволюции живого,
наследственных субстанций (генофонда флоры и фауны), сохранение чистоты и
продуктивности природных сред (атмосферы, гидросферы, почв, лесов и т. д.),
экологическое нормирование антропогенного пресса на природные экосистемы в
пределах их буферной емкости, сохранение озонового слоя, трофических цепей
в природе, биокруговорота веществ и другие.
Почвенный покров Земли представляет собой важнейший компонент биосферы
Земли. Именно почвенная оболочка определяет многие процессы,
происходящие в биосфере.
Важнейшее значение почв состоит в аккумулировании органического
вещества, различных химических элементов, а также энергии. Почвенный
покров выполняет функции биологического поглотителя, разрушителя и
нейтрализатора различных загрязнений. Если это звено биосферы будет
разрушено, то сложившееся функционирование биосферы необратимо нарушится.
Именно поэтому чрезвычайно важно изучение глобального биохимического
значения почвенного покрова, его современного состояния и изменения
под влиянием антропогенной деятельности.
основная часть
1. Почвенная экосистема.
Важным этапом в развитии биосферы явилось возникновение такой ее части,
как почвенный покров. С образованием достаточно развитого почвенного
покрова биосфера - становится целостной завершенной системой, все части
которой тесно взаимосвязаны и зависят друг от друга.
2. ЗНАЧЕНИЕ ПОЧВЫ
Почвенный покров является важнейшим природным образованием. Его роль в
жизни общества определяется тем, что почва представляет собой основной
источник продовольствия, обеспечивающий 95-97% продовольственных ресурсов
для населения планеты. Площадь земельных ресурсов мира составляет 129 млн.
км2 или 86,5% площади суши. Пашня и многолетние насаждения в составе
сельскохозяйственных угодий занимают около 15 млн. км2 (10% суши), сенокосы
и пастбища— 37,4 млн. км2 (25% суши). Общая пахотнопригодность земель
оценивается различными исследователями по-разному: от 25 до 32 млн. км2.
Представления о почве, как о самостоятельном природном теле с особыми
свойствами появились лишь в конце XIX в., благодаря В. В. Докучаеву, —
основоположнику современного почвоведения. Он создал учение о зонах
природы, почвенных зонах, факторах почвообразования.
3. Структура почвы
Почва — это особое природное образование, обладающее рядом свойств,
присущих живой и неживой природе. Почва — это та среда, где взаимодействует
большая часть элементов биосферы: вода, воздух, живые организмы. Почву
можно определить как продукт выветривания, реорганизации и формирования
верхних слоев земной коры под влиянием живых организмов, атмосферы и
обменных процессов. Почва состоит из нескольких горизонтов (слоев с
одинаковыми признаками), возникающих в результате сложного взаимодействия
материнских горных пород, климата, растительных и животных организмов
(особенно бактерий), рельефа местности. Для всех почв характерно уменьшение
содержания органических веществ и живых организмов от верхних горизонтов
почв к нижним.
Горизонт A l — темно-окрашенный, содержащий гумус, обогащен минеральными
веществами и имеет для биогенных процессов наибольшее значение.
Горизонт А 2 — элювиальный слой, имеет обычно пепельный, светло-серый
или желтовато-серый цвет.
Горизонт В — элювиальный слой, обычно плотный, бурый или коричневой
окраски, обогащенный коллоидно-дисперсными минералами.
Горизонт С — измененная почвообразующими процессами материнская порода.
Горизонт В — исходная порода.
Поверхностный горизонт состоит из остатков растительности, составляющих
основу гумуса, избыток или недостаток которого определяет плодородие почвы.
Гумус — органическое вещество, наиболее устойчивое к разложению и
поэтому сохраняющееся после того, как основной процесс разложения уже
завершен. Постепенно гумус также минерализуется до неорганического
вещества. Перемешивание гумуса с почвой придает ей структуру. Обогащенный
гумусом слой называется пахотным, а нижележащий слой — подпахотным.
Основные функции гумуса' сводятся к серии сложных обменных процессов, в
которых участвуют не только азот, кислород, углерод и вода, но и различные
минеральные соли, присутствующие в почве. Под гумусовым горизонтом
располагается подпочвенный слой, соответствующий выщелоченной части почвы,
и горизонт, отвечающий материнской породе.
Почва состоит из трех фаз: твердой, жидкой и газообразной. В твердой
фазе преобладают минеральные образования и различные органические вещества,
в том числе гумус, или перегной, а также почвенные коллоиды, имеющие
органическое, минеральное или органоминеральное происхождение. Жидкую фазу
почвы, или почвенный раствор, составляет вода с растворенными в ней
органическими и минеральными соединениями, а также газами. Газовую фазу
почвы составляет "почвенный воздух", включающий газы, заполняющие свободные
от воды поры.
Важным компонентом почвы, способствующим изменению ее физико-химических
свойств, является ее биомасса, включающая кроме микроорганизмов (бактерии,
водоросли, грибы, одноклеточные) еще и червей и членистоногих.
Образование почв происходит на Земле с момента возникновения жизни и
зависит от многих факторов:
Субстрат, на котором образуются почвы. От характера материнских пород
зависят физические свойства почв (пористость, водоудерживающая способность,
рыхлость и т. д.). Они определяют водный и тепловой режим, интенсивность
перемешивания веществ, минералогический и химический составы,
первоначальное содержание элементов питания, тип почвы.
Растительность — зеленые растения (основные создатели первичных
органических веществ). Поглощая из атмосферы углекислоту, из почвы воду и
минеральные вещества, используя энергию света, они создают органические
соединения, пригодные для питания животных.
С помощью животных, бактерий, физических и химических воздействий
органическое вещество разлагается, превращаясь в почвенный гумус. Зольные
вещества наполняют минеральную часть почвы. Неразложившийся растительный
материал создает благоприятные условия для действия почвенной фауны и
микроорганизмов (устойчивый газообмен, тепловой режим, влажность).
Животные организмы, выполняющие функцию преобразования органического
вещества в почву. Сапрофаги (земляные черви и Др.), питающиеся мертвыми
органическими веществами, влияют на содержание гумуса, мощность этого
горизонта и структуру почвы. Из наземного животного мира на
почвообразование наиболее интенсивно влияют все виды грызунов и травоядные
животные.
Микроорганизмы (бактерии, одноклеточные водоросли, вирусы) разлагающие
сложные органические и минеральные вещества на более простые, которые в
дальнейшем могут использоваться самими микроорганизмами и высшими
растениями.
Одни группы микроорганизмов участвуют в превращениях углеводов и жиров,
другие — азотистых соединений. Бактерии, поглощающие молекулярный азот
воздуха, называют азотофиксирующими. Благодаря их деятельности, атмосферный
азот могут использовать (в виде нитратов) другие живые организмы. Почвенные
микроорганизмы принимают участие в разрушении токсических продуктов обмена
высших растений, животных и самих микроорганизмов в синтезе витаминов,
необходимых для растений и почвенных животных.
Климат, влияющий на тепловой и водный режимы почвы, а значит на
биологический и физико-химические почвенные процессы.
Рельеф, перераспределяющий на земной поверхности тепло и влагу.
Хозяйственная деятельность человека в настоящее время становится
доминирующим фактором в разрушении почв, снижении и повышении их
плодородия. Под влиянием человека меняются параметры и факторы
почвообразования — рельефы, микроклимат, создаются водохранилища,
проводится мелиорация.
Основное свойство почвы — плодородие. Оно связано с качеством почв. В
разрушении почв и снижении их плодородия выделяют следующие процессы:
Аридизация суши — комплекс процессов уменьшения влажности обширных
территорий и вызванное этим сокращение биологической продуктивности
экологических систем. Под действием примитивного земледелия,
нерационального использования пастбищ, беспорядочного применения техники на
угодьях почвы превращаются в пустыни.
Эрозия почв, разрушение почв под действием ветра, воды, техники и
ирригации. Наиболее опасна водная эрозия — смыв почвы талыми, дождевыми и
ливневыми водами. Водные эрозии отмечаются при крутизне уже 1-2°. Водной
эрозии способствует уничтожение лесов, вспашка по склону.
Ветровая эрозия характеризуется выносом ветром наиболее мелких частей.
Ветровой эрозии способствует уничтожение растительности на территориях с
недостаточной влажностью, сильными ветрами, непрерывным выпасом скота.
Техническая эрозия связана с разрушением почвы под воздействием
транспорта, землеройных машин и техники.
Ирригационная эрозия развивается в результате нарушения правил полива
при орошаемом земледелии. Засоление почв в основном связано с этими
нарушениями. В настоящее время не менее 50% площади орошаемых земель
засолено, потеряны миллионы ранее плодородных земель. Особое место среди
почв занимают пахотные угодья, т. е. земли, обеспечивающие питание
человека. По заключению ученых и специалистов, для питания одного человека
следует обрабатывать не менее 0,1 га почвы. Рост численности жителей Земли
напрямую связан с площадью пахотных земель, которая неуклонно сокращается.
Так в РФ за последние 27 лет площадь сельскохозяйственных угодий
сократилась на 12,9 млн. га, из них пашни — на 2,3 млн. га, сенокосов — на
10,6 млн. га. Причинами этого являются нарушение и деградация почвенного
покрова, отвод земель под застройку городов, посёлков и промышленных
предприятий.
На больших площадях происходит снижение продуктивности почв из-за
уменьшения содержания гумуса, запасы которого за последние 20 лет
сократились в РФ на 25-30%, а ежегодные потери составляют 81,4 млн. т.
Земля сегодня может прокормить 15 млрд. человек. Бережное и грамотное
обращение с землей сегодня стало самой актуальной проблемой.
Из сказанного следует, что почва включает минеральные частицы, детрит,
множество живых организмов, т. е. почва — это сложная экосистема,
обеспечивающая рост растений. Почвы — это медленно возобновляемый ресурс.
Процессы почвообразования протекают очень медленно, со скоростью от 0,5 до
2 см за 100 лет. Мощность почвы невелика: от 30 см в тундре до 160 см — в
западных черноземах. Одна из особенностей почвы — естественное плодородие
—формируется очень длительное время, а уничтожение плодородия происходит
всего за 5—10 лет. Из сказанного следует, что почва менее подвижна по
сравнению с другими абиотическими составляющими биосферы.
Хозяйственная деятельность человека в настоящее время становится
доминирующим фактором в разрушении почв, снижении и повышении их
плодородия.
4. Минеральные элементы питания и способность почвы их удерживать
Чтобы растения (продуценты) могли нормально расти и развиваться, почва,
как среда обитания, должна удовлетворять их потребности в минеральных
элементах питания, воде и кислороде. Очень важное значение имеют кислотно-
основные свойства почвы (рН почвы) и ее соленость.
Для питания растений необходимы такие минеральные вещества, как нитраты
(NO3—ионы), фосфаты (РО 43-, Н 2РО4, НРО 42- — ионы), соли калия (К+—ионы),
кальция (Са2+—ионы). За исключением азота остальные биогены изначально
входят в состав горных пород наряду с непитательными элементами (SiO2,
Al2O3 и др.). Однако эти биогены недоступны растениям, пока они закреплены
в структуре материнской породы. Чтобы ионы биогенов перешли в менее
связанное состояние или в водный раствор, материнская порода должна быть
разрушена. Материнская порода разрушается в процессе естественного
выветривания. Выветривание включает все естественные физические процессы
(замерзание, оттаивание, нагревание, охлаждение и т. д.), биологические
факторы (давление корней растений,
растущих в мелких трещинах), а также различные химические реакции.
Азот поступает в почву при гниении органических веществ в виде
аммиака, который под действием нитрифицирующих бактерий окисляется в
азотную кислоту. Последняя, вступая в реакцию с находящимися в почве солями
угольной кислоты, например карбонатом кальция, образует селитру:
СаСО3 + 2HNO3-> Ca(NO3)2+ СО2+ Н2О
Однако некоторая часть органического азота денитрофицирующими бактериями
превращается в недоступную для, растений форму (свободный азот). К
процессам, возмещающим потерю азота, относятся:
1) атмосферные электрические разряды, при которых всегда образуется
некоторое количество оксидов азота с последующим превращением в азотную
кислоту и селитру;
2) превращение атмосферного азота в азотные соединения клубеньковыми
бактериями, входящими в состав корней некоторых растений (клубеньковые
растения, например, бобовые культуры, клевер и многие другие растения).
Таким образом, в природе совершается непрерывный круговорот азота, так же,
как и других биогенов. В агроэкосистемах этот круговорот нарушается,
поскольку биогены удаляются вместе с собранным урожаем.
Когда ионы биогенов высвобождаются, они становятся доступными растениям,
но могут также просачиваться через почвы (процесс выщелачивания).
Выщелачивание не только снижает плодородие почвы, но и загрязняет водоемы.
Способность почвы связывать и удерживать ионы биогенов называется
ионообменной емкостью почвы. Если ионообменная емкость почвы утрачена, то
биогены выщелачиваются и плодородие почвы падает. Поэтому в агроэкосистемах
необходимо постоянно пополнять биогены, внося их. в виде удобрений.
Неорганические удобрения (или химические) представляют собой смесь
минеральных биогенов. Органические удобрения — это растительные остатки и
отходы животных (навоз, торф), они увеличивают ионообменную емкость почвы и
по мере разложения высвобождают биогены.
Помимо ионообменной емкости почва должна обладать водоудерживающей
способностью, поскольку растениям для функционирования необходима вода не
только на фотосинтез (расход 1% воды), но и на возобновление потерянной
через листья влаги — транспирацию (расходуется 99% воды). Из сказанного
следует, что почва должна впитывать воду (инфильтрация) с поверхности,
обладать водоудерживающей способностью и поверхностным покровом,
препятствующим испарению влаги.
Для питания растениям, а также микроорганизмам почвы необходим кислород:
в результате клеточного дыхания растения выделяют углекислый газ. Почва
должна обеспечить диффузию кислорода из воздуха и углекислого газа от
корней в воздух, т. е. хорошо аэрироваться. Аэрацию почвы затрудняет
уплотнение почвы и чрезмерное насыщение ее водой.
Почва не должна содержать много соли (т. е. быть засоленной), поскольку
в этом случае происходит обезвоживание клеток ("обратный" осмос) и растения
погибают.
Кислотность почвы должна быть близка к нейтральной (рН - 6—8).
Ионообменная емкость почвы, ее инфильтрация, аэрация, водоудерживающая
способность, а также обрабатываемость почвы зависят от ее
гранулометрического состава .
Наилучшим гранулометрическим составом почвы считается суглинистый или
пылевидный состав, обеспечивающий средние свойства почвы. Независимо от
механического состава почвы гумус и создаваемая им почвенная структура
обеспечивают необходимые условия для жизни растений. Со временем гумус
разрушается (до 50% в год), утрачивается почвенная структура — происходит
минерализация почвы. Поэтому необходим постоянный приток детрита в почву.
Таблица 1
Гранулометрический состав различных типов почв и их свойства
|Тип |Диаметр |Инфильтр|Водоудер|Ионообме|Аэрация |Обрабаты|
|почвы |частиц, |ация |-живающа|нная | |ваемость|
| |мм |воды |я |емкость | | |
| | | |способно| | | |
| | | |сть | | | |
|Песок |2—0,05 |Хорошая |Низкая |Низкая |Хорошая |Хорошая |
|Пыль |0,05— |Средняя |Средняя |Средняя |Средняя |Средняя |
| |0,002 | | | | | |
|Глины |0,002 |Слабая |Высокая |Высокая |Плохая |Плохая |
|Суглинок| |Средняя |Средняя |Средняя |Средняя |Средняя |
|(40% | | | | | | |
|песка, | | | | | | |
|40% пыли| | | | | | |
|и 20% | | | | | | |
|глины) | | | | | | |
В природных экосистемах имеется взаимосвязь:
почва обеспечивает растения биогенами, растения обеспечивают почву
детритом, почвенную экосистему — пищей, защищают почву от эрозии, сокращают
потерю воды от испарения и не препятствуют инфильтрации. Взаимосвязь между
почвой и растительностью — динамическое равновесие, а не стационарное
состояние (меньше гумуса —> меньше растений —> меньше детрита —> меньше
гумуса и т. д.).
5. Загрязнение почвы химическими веществами И ЕГО ПОСЛЕДСТВИЯ
Техногенная интенсификация производства способствует загрязнению и
дегумификации, вторичному засолению, эрозии почвы.
К веществам, всегда имеющимся в почве, но концентрация которых может
возрастать в результате деятельности человека, относятся металлы,
пестициды. Из металлов в почве часто обнаруживают избыточные концентрации
свинца, ртути, кадмия, меди и др.
Повышенное содержание свинца может быть вызвано атмосферной эмиссией
(поглощение из атмосферы) за счет выхлопных газов автомобилей, в результате
внесения компостных удобрений и почва становится мёртвой при содержании в
ней 2-3 г свинца на 1 кг грунта (вокруг некоторых предприятий содержание
свинца в почве достигает 10-15 г/кг).
Мышьяк содержится во многих естественных почвах в концентрации 10 млн.-1,
однако его концентрация может увеличиться в 50 раз за счет применения для
протравы семян арсената свинца. Ртуть в обычных почвах содержится в
количестве от 90 до 250 г/га; за счет протравливания она может ежегодно
добавляться в количестве около 5 г/га; примерно такое же количество
попадает в почву с дождем. Дополнительные загрязнения возможны при внесении
в почву удобрений, компостов и с дождевой водой.
Для уничтожения вредителей изобретены тысячи химикатов. Их называют
пестицидами, а в зависимости от группы организмов, на которые они
действуют, их делят на инсектициды (убивают насекомых), родентициды
(уничтожают грызунов), фунгициды (уничтожают грибы). Однако ни один из этих
химикатов не обладает абсолютной избирательностью в отношении организмов,
против которых он разработан, и представляет угрозу также для других ,
организмов, в том числе и для людей. . Ежегодное применение пестицидов в
сельском хозяйстве в РФ в период с 1980 по 1991 гг. находилось на одном
уровне и составляло примерно 150 тыс. т, а в 1992 г. снизилось до 100 тыс.
т. Экологически значительно целесообразнее для борьбы с
сельскохозяйственными вредителями использовать природные или биологические
методы. Существуют четыре основных категорий биологических методов борьбы с
вредителями:
а) с помощью естественных врагов;
б) генетические методы;
в) использование стерильных самцов;
г) с помощью природных химических соединений
В почвах подзолистого типа с высоким содержанием железа при его
взаимодействии с серой образуется сернистое железо, которое является
сильным ядом. В результате в почве уничтожается микрофлора (водоросли,
бактерии), что приводит к потере плодородия.
К регионам со значительным загрязнением почвы следует отнести Московскую
и Курганскую области, к регионам со средним загрязнением — Центрально-
Чернозёмный район, Приморский край, Северный Кавказ.
Почвы вокруг больших городов и крупных предприятий цветной и чёрной
металлургии, химической и нефтехимической промышленности, машиностроения,
ТЭС на расстоянии в несколько десятков километров загрязнены тяжёлыми
металлами, нефтепродуктами, соединениями свинца, серы и другими токсичными
веществами. Среднее содержание свинца в почвах пятикилометровой зоны вокруг
ряда обследованных городов РФ находится в пределах 0,4-80 ПДК. Среднее
содержание марганца вокруг предприятий чёрной металлургии колеблется в
пределах 0,05-6 ПДК.
За 1983-1991 гг. плотность атмосферных выпаданий фторидов вокруг
Братского алюминиевого завода увеличилась в 1,5 раза, а вокруг Иркутского —
в 4 раза. Вблизи Мончегорска почвы загрязнены никелем и кобальтом более чем
в 10 раз выше нормы.
Загрязнение почв нефтью в местах её добычи, переработки, транспортировки
и распределения превышает фоновое в десятки раз. В радиусе 10 км от
Владимира в западном и восточном направлениях — содержание нефти в почве
превышало фоновое значение в 33 раза.
Фтором загрязнены почвы вокруг Братска, Новокузнецка, Красноярска, где
максимальное его содержание превышает региональный средний уровень в 4-10
раз.
Таким образом, интенсивное развитие промышленного производства приводит
к росту промышленных отходов, которые в совокупности с бытовыми отходами
существенно влияют на химический состав почвы, вызывая ухудшение её
качества. Сильное загрязнение почвы тяжёлыми металлами вместе с зонами
сернистых загрязнений, образующихся при сжигании каменного угля, приводят к
изменению состава микроэлементов и возникновению техногенных пустынь.
Изменение содержания микроэлементов в почве немедленно сказывается на
здоровье травоядных животных и человека, приводит к нарушению обмена
веществ, вызывая различные эндемические заболевания местного характера.
Например, недостаток йода в почве ведет к болезни щитовидной железы,
недостаток кальция в питьевой воде и продуктах питания — к поражению
суставов, их деформации, задержке роста.
Загрязнение почвы пестицидами, ионами тяжелых металлов приводит к
загрязнению сельскохозяйственных культур и соответственно пищевых продуктов
на их основе.
Так, если зерновые культуры выращивают с высоким естественным
содержанием селена, то сера в аминокислотах (цистеин, метионин) замещается
селеном. Образовавшиеся "селеновые" аминокислоты могут привести к
отравлению животных и человека. Недостаток молибдена в почве приводит к
накоплению в растениях нитратов; в присутствии природных вторичных аминов
начинается последовательность реакций, которые могут инициировать у
теплокровных животных развитие раковых заболеваний.
В почве всегда присутствуют канцерогенные (химические, физические,
биологические) вещества, вызывающие опухолевые заболевания у живых
организмов, в т. ч. и раковые. Основными источниками регионального
загрязнения почвы канцерогенными веществами являются выхлопы
автотранспорта, выбросы промышленных
|
