Мролд. Учебное пособие для преподавателей и студентов образовательных учреждений среднего профессионального
 Скачать 1.41 Mb.
|
ЗНАНИЯ:Объяснить значение минерального и органического состава почвы. Привести примеры химических заболеваний и меры по их профилактике. Уделить внимание значению примесей антропогенного характера и увязать это с пищевой цепочкой (почва-растения-животные-человек). Рассказать о самоочищении почвы, как о важном свойстве, используемом человеком в народном хозяйстве и в быту. На примере показать пути защиты почвы от эрозии, деградации, загрязнения. УМЕНИЯ: Выявление причин возникновения геоэндемических заболеваний. СОДЕРЖАНИЕ ЗАНЯТИЯ: Понятие термина «почва», почва как элемент биосферы. Экологическое значение почвы: экологическая характеристика свойств почвы; химический состав почвы; самоочищение почвы; геоэндемические заболевания. Загрязнение почвы. Роль примесей в почве антропогенного характера. Деградация почвы. Пути защиты почвы от эрозии и истощения. 1. Понятие термина «почва», почва как элемент биосферы Почва – поверхностный слой коры Земного шара, играющий большое значение в жизни человека. Почва – это поверхностная часть литосферы, сформировавшаяся после появления жизни на Земле под влиянием климата, растительных и почвенных организмов. Почва – неотъемлемое звено кругооборота веществ в природе – элемент ее биосферы. 2. Экологическое значение почвы: Экологическая характеристика свойств почвы Можно сказать, что почва – живой покров Земли. Почва формирует химический состав потребленных человеком продуктов питания, питьевой воды и, отчасти, атмосферного воздуха. Человек, включаясь через почву в биогеоценоз данной экосистемы, формируется как соответствующий адаптивный тип (как нами рассмотрено ранее – существует 4 типа) в виде национальных признаков, наиболее приспособленный к выживанию в условиях данного климата и местности. Человек, переселившийся в другой климатический пояс, через десятилетия приближается к облику местного населения (по уровню обмена веществ, составу пищеварительных ферментов, функционированию сердечно-сосудистой, легочной и других систем). Почва через пищу, воздух и воду активно влияет на этот адаптивный процесс. Таким образом, в экологическом плане почва – это важнейшее зкологическое звено, которое через климат, пищу, воздух и воду обеспечивает выживание человека в данной местности, формирует его здоровье, болезненный статус и срок жизни. Кроме того, почва – это поглотитель всего живущего на Земле. Постоянно загрязняясь и самоочищаясь, почва является непременным участником биологического круговорота живых существ на Земле. В Библии сказано: «Из праха пришел – в прах и уйдешь». Химический состав почвы Почва состоит из минеральных, органических и органо-минеральных комплексов, соединений, почвенных растворов, воздуха, почвенных микроорганизмов, насекомых, животных и загрязнителей. Для гигиенической оценки почвы важно знать ее естественный химический состав. Минеральные вещества составляют 60-80% - это кремнозем, кварц, алюмосиликаты. Особый интерес имеется к микроэлементам – F, J, Mn, Se - их повышенное или пониженное содержание влияет на формирование естественных геохимических провинций с их эндемическими заболеваниями (флюороз, кариес, эндемический зоб). Гигиеническая оценка степени загрязнения почвы неорганическими соединениями основана на сравнении их содержания с ПДК, например: Cr - 0,05; Hg - 2,1; Pb - 20,0; Мg - 1500,0; As - 45,0 мг/кг почвы. Органические вещества представлены в почве (1) собственно органическими кислотами (гуминовыми и др.), (2) веществами, синтезированными почвенными микроорганизмами, называемыми гумусом, и (3) чужеродными для почвы веществами, поступающими извне. В гуминовых веществах сосредоточены огромные запасы углерода Земли. Все останки растений и животных, поступающие в почву, перерабатываются почвенной флорой и фауной. На возможности почвы к переработке попавших в нее органических веществ и на уровень происшедшей переработки указывает степень переработки органических веществ в гуминовые вещества, о чем судят по коэффициенту гумификации, который определяется по формуле: углерод гумуса ____________ норма: 1-2 углерод растительного происхождения О загрязнении почвы судят по общему азоту почвы и числу Хлебникова. Если содержание общего азота в конкретном месте возрастает в 2-3 раза, то говорят о загрязнении почвы. О степени загрязнения почвы органическими веществами свидетельствует соотношение азота гумуса (переработанных веществ) ко всему органическому азоту, находящемуся в почве: число Хлебникова = азот гумуса норма = 0,98-1,0 весь органический азот Чем чище почва, тем это число ближе к 1,0. Большую роль играет влажность почвы. Только в ней передвигаются все химические вещества, происходят химические и биологические процессы, осуществляющие самоочищение почвы и снабжение питанием всего в ней и на ней живущего. Самоочищение почвы Почва является важной составной частью биосферы, в которой происходит обезвреживание (детоксикация) основной массы поступающих в нее органических веществ: растений, деревьев, насекомых, животных – это белки, жиры, углеводы (Б,Ж,У) и продукты их обмена. Они распадаются до образования неорганических веществ – этот процесс называется минерализацией. В результате этого в почве образуется новое органическое вещество – гумус (греч. – перегной). А этот процесс называется гумификацией. Гумус не пахнет, медленно разлагается на составные части, которые усваивают растения. Он очень необходим растениям для полноценного роста. Вместе оба процесса – минерализация и гумификация, направленные на восстановление первоначального состояния почвы, получили название процессов самоочищения почвы. Это сложный процесс, зависящий от химического состава почвы, ее физических свойств (пористости, воздухо- и влагопроницаемости (например, песок, глина и т.д.), обеспечивающих доступность воздуха и воды, состава микрофлоры и фауны почвы. Переработка чужого для почвы органического вещества может осуществляться в аэробных и анаэробных условиях. И в тех, и в других условиях «работают» специально приспособленные для этих процессов организмы. Так процесс переработки в аэробных условиях называется гниением и осуществляется насекомыми, червями, грибами и, в основном, микроорганизмами. В анаэробных условиях органические вещества разлагаются неспороносными гнилостными микроорганизмами, вызывающие брожение. Таким образом, при гниении (аэробном процессе) этапы очищения почвы состоят из: 1) аэрации (оксигенации) – поглощения кислорода; 2) минерализации – распада Б,Ж,У с образованием минеральных веществ и 3) гумификации – синтеза нового органического вещества - гумуса. При этом процессе переработки всегда выделяется тепло – энергия, способствующая размножению соответствующих насекомых и микроорганизмов. У человека процесс гниения наблюдается при застойных процессах в толстом кишечнике (запорах). Очищение почвы путем брожения (анаэробном процессе) идет с поглощением энергии и образованием зловонных или горючих газов (метана, водорода, аммиака, меркаптанов и др.). Этот же процесс имеет место в кишечнике человека при «несварении желудка». Рассмотрим процессы переработки Б,Ж,У в аэробных и анаэробных условиях. Углеводы – в аэробных и анаэробных условиях окисляются до углекислого газа и воды, образуются карбонаты. Этот процесс называется карбонификацией. Часть углеводов идет на строительство организмов – микробов, насекомых, червей. Жиры – в аэробных условиях медленно окисляются до образования глицерина, жирных кислот, серной кислоты и сульфатов, фосфорной кислоты и фосфатов – процессы сульфидизации и фосфатизации. В анаэробных условиях разложение идет до углекислого газа, водорода (горит с образованием воды - огни на могилах), сероводорода и зловонных газов. Белки при анаэробном процессе разлагаются до аммиака. При аэробном процессе вначале также образуется аммиак, но в присутствии кислорода переводится микроорганизмами в азотистую кислоту и нитриты, затем при дальнейшем контакте с кислородом – в азотную кислоту и нитраты. Этот окислительный процесс минерализации белков называется нитрификацией и имеет гигиеническое значение: по нему судят о времени попадания белков в почву. При свежем загрязнении – в почве больше аммиака или нитритов, при старом – нитратов. Этими минералами питаются растения и микроорганизмы, строя свои телесные оболочки. Параллельно, другие микроорганизмы восстанавливают нитраты до аммиака и свободного азота. Этот обратный процесс идет с выделением этих газов и называется денитрификацией, вызывающей обеднение почвы полезными азотистыми веществами. То есть, в почве идут одновременно два параллельных процесса: более быстрый – нитрификации и более медленный – денитрификации. Геоэндемические заболевания Природный состав почвы является характерной особенностью данной местности. Гигиеническое значение состава почвы таково, что он определяет набор элементов в пище людей данного региона. И если все вещества находятся в достаточном количестве, то народ растет здоровый. Но часто в почве не хватает каких-либо элементов. Так на большей части России – фтора и йода. В Мурманской области – избыток фтора. И это ведет к эндемическим заболеваниям – флюорозу (избыток фтора), кариесу (недостаток фтора), к преждевременному старению и эндемическому зобу (недостаток йода). Имеются почвы с естественным высоким содержанием селена. В этом случае почва является ощелоченной и выращенные на ней растения содержат повышенное количество селена, что вызывает щелочную болезнь скота и отравление людей. Повышенное содержание мышьяка ведет к заболеванию раком желудка; молибдена – молибденовой падагре и раку пищевода. Это естественно эндемические почвы, проживание на них ведет к массовым «местным» - эндемическим заболеваниям. Профилактикой геоэндемических заболеваний служит или добавление в пищу недостающих веществ (йод, фтор, селен), или включение в рацион питания дополнительной пищи, полученной из других регионов, благополучных по этому веществу. 3. Загрязнение почвы. Роль примесей в почве антропогенного характера С появлением человека почва стала интенсивно загрязняться искусственными загрязнителями, чуждыми природе и человеческому организму. И называются они ксенобиотиками – «чужаками». По структуре они могут быть трех видов: а) физические - крупные структуры: строительный материал, пластмассовые бутылки и др.; б) химические - свинец, радиоактивные вещества и др., и в) биологические – вирусы, бактерии, простейшие. По способу попадания в почву загрязнители делят на 2 группы: вносимые целенаправленно, планомерно – пестициды, удобрения, стимуляторы роста растений и т.д.; попадающие случайно, с техногенными жидкими или твердыми выбросами - выхлопные газы автомашин, газы заводов, ТЭЦ и т.д. По происхождению они могут быть промышленными (металлы, нефтепродукты), автомобильными (сажа, свинец), сельскохозяйственными (навоз, помет), результатами аварий, испытаний атомных бомб или военных действий (повышенная радиоактивность, применение дефолиантов). Опасность этих ксенобиотиков заключается в том, что, попадая в почву в результате хозяйственной деятельности человека и, практически, не изменяясь в ней, они, смешиваясь с почвенными водами, включаются в пищевую цепь: почва-растение-животное-человек и создают искусственные биогеохимические районы, формирующие повышенную заболеваемость проживающих на их территории людей, обусловленную антропогенным происхождением. Это могут быть иммунотоксическое, аллергенное, мутагенное, канцерогенное, терратогенное воздействие, а также раннее возникновение и агрессивное развитие обычных болезней, особенно у детей, в целом сокращающих продолжительность жизни. Одна из теорий происхождения ВИЧ-инфекции: атомные испытания в атолле Бикини – выделение радиоактивной пыли – осаждение ее на почву и растения Центральной Африки – поступление в организм питающихся плодами обезьян – мутация природного обезьяннего возбудителя СПИДа – заражение человека (СПИД человеческий). Существующие вокруг металлургических заводов повышенные выбросы фтора приводят к некрозу листьев у плодовых деревьев, флюорозу, болезням печени, почек, желудочно-кишечного тракта у людей и кроветворения у детей; никеля – к учащению заболеваний шизофренией; ртути – заболеваниям эндокринной и нервной систем, мочеполовых органов у мужчин и снижению фертильности у женщин; свинца – расстройству кроветворения, репродуктивной системы и злокачественным новообразованиям. Стремление побыстрее и в большем объеме вырастить урожай овощей толкает производителей на повышенное внесение в почву удобрений – нитратов. Для растений нитраты необходимы для построения белка и хлорофилла. В Европе вносят в 30-40 раз больше удобрений, чем в России, в связи с чем требуется тщательный контроль за ввозимыми оттуда овощами. У разных растений нитраты скапливаются в разных частях плодов. У огурцов и кабачков - в 10 раз больше в кожуре; у капусты – в кочерыжке; у арбузов и дыни - в 40 раз больше в мякоти; у картофеля – в середине. Большие корнеплоды содержат больше нитратов, чем средние. При повышенном содержании нитратов разрезанный картофель краснеет, в середине у него формируется гниющая полость, из-за чего он долго не хранится. Если взрослый человек на суточную дозу нитратов в 200-300 мг на кг веса не реагирует, то у ребенка реакция начинается с 4-5 мг/кг. Сами нитраты не опасны, но под влиянием микрофлоры кишечника они переходят в ядовитые нитриты, которые соединяются с гемоглобином крови и переводят его в метгемоглобин, не усваивающий кислорода, что ухудшает развитие ребенка и способствует развитию болезней у взрослых. В больших количествах (чаще с дыней) нитраты вызывают вначале расстройство кишечника, боли в животе, а всасываясь – отравление организма. Чтобы уменьшить поступление нитратов с овощами применяют следующие приемы. Картофель замачивают разрезанными дольками на 2-3 часа в теплой воде и отваривают (нельзя в алюминиевой посуде!). Тепличные помидоры и огурцы замачивают на 2-3-часа; зеленый лук и петрушку выдерживают в холодильнике в течение суток. Неиспользованный салат из тертой свеклы через 3-5 часов выбрасывают, поскольку в ней под влиянием кислорода воздуха образуются нитриты. У квашеной капусты нитраты переходят в раствор – пить его не рекомендуется. 4. Деградация почвы. Пути защиты почвы от эрозии и истощения В настоящее время для обеспечения питания одного человека требуется около 0,3-0,4 га пахотной земли. Однако из всей поверхности суши используется под пашни в РФ всего 8,7% (в мире – 10,2%). При этом площадь пахотной земли все время убывает из использования из-за деградации и порчи земель. Рассмотрим основные виды деградации почвы антропогенного происхождения. 1) Основной враг почвы – эрозия: размыв в виде оврага или смыв с дождевой или талой водой. В РФ эрозии подвержено 63% пахотной земли. Главной причиной современной ускоренной эрозии явились: резкий рост техногенной нагрузки на почву, уже ослабленную предыдущим бессистемным использованием; широкая распашка земель; переход на неправильную агротехнику - отказ от традиционного севооборота, отсутствие севооборотов, переход к интенсивной монокультуре с применением больших доз минеральных удобрений с распашкой почвы тяжелыми сельхозмашинами, приводящей к нарушению ее структуры. Водная и ветровая эрозия почвы обусловлена также уничтожением естественного растительного покрова (лесов). Борьба с эрозией многогранна. Это применение простейших агротехнических приемов: вспашка поперек склона, использование культиваторов вместо плуга, севооборот и т.д. Сложные инженерные мероприятия включают борьбу с оврагами, высадку лесов, структурирование почв полимерами и т.д. 2) Эти же процессы, а также недостаточное внесение органики в почву, приводят к дегумификация (потеря гумуса) почвы с утратой плодородия. Содержание гумуса в РФ за последние 100 лет снизилось вдвое – с 14 до 7% и в настоящее время около 43% пахотных земель имеют низкое содержание гумуса. Борьбой с этими процессами служит регулярное внесение навоза в землю, соблюдение севооборота с включением посевов бобовых культур или люцерны, вносящих в землю азотистые вещества. 3) Большая роль в деградации почвы – ее загрязнение в результате техногенных процессов: возрастания объемов добычи полезных ископаемых, развития энергетики, химизации земледелия. Загрязнители попадают в почву с атмосферными осадками, пылью, газами, сточными водами. Главные загрязнители – органические и минеральные кислоты (серная, соляная, азотная), тяжелые металлы, нефтепродукты. Выпадение кислотных дождей в городах и их окрестностях, вокруг крупных металлургических заводов. Кислоты вымывают из почвы щелочные металлы, способствуют выносу из глубин в поверхностные слои вредных соединений алюминия, железа, марганца, которые, попадая в питьевую воду, вызывают эндемические заболевания. Вдоль автомобильных дорог происходит накопление свинца, который, включаясь в круговорот растительности, попадает в организм людей и вызывает тяжелые заболевания. Борьбой с закислением почв служит их известкование, что приводит к резкому удорожанию производства сельхозкультур. 4) Опустынивание – одна их важнейших экологических проблем. Это необратимая гибель плодородной земли, которую уже нельзя восстановить. Этот процесс происходит или в результате опускания грунтовых вод, либо накопления в ней солей из-за понижения уровня воды, вырубки деревьев, распашки непригодных для земледелия почв и т.д. Борьбой с опустыниваем служит мелиорация почв, высадка деревьев и кустов, отказ от распашки малопригодных земель и исчерпывания подземных вод без их восполнения. Саудовская Аравия за счет нефтедолларов организовала ввоз в страну плодородного грунта и на 80% обеспечила среди пустынь себя пшеницей. 5) Вторичное засоление почвы, вызванное бездренажным орошением и неконтролируемыми поливами. Контрольные вопросы Понятие «почвы» как элемента биосферы. Самоочищение почвы как важное ее свойство, используемое человеком в народном хозяйстве и в быту. Объяснить значение минерального и органического состава почвы для здоровья человека. Что такое гумификация почвы? Геоэндемические заболевания. Привести примеры геохимических заболеваний и меры по их профилактике. Роль фтора и йода в почве для человека. Виды антропогенного загрязнения почвы. Пищевая цепочка с участием почвы. Деградация почвы. Пути защиты почвы от эрозии, истощения и загрязнения. Тема № 9: ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ПОЧВЫ |