Егоров Экохимия. В. В. Егоров

• Название: В. В. Егоров
• Анкор: Егоров Экохимия.pdf
• Дата: 14.05.2017
• Размер: 2.47 Mb.
• Имя файла: Егоров Экохимия.pdf
• Тип: Документы; #7574
• страница: 12 из 16

Водная эрозия — это продукт как природной, таки антропогенной деятельности (вырубка лесов, выпас скота,
нерациональные ирригационные мероприятия, вызывающие разрушение структуры почвы. Эта эрозия распространена гораздо шире, чем ветровая, и связана с удалением почвы путем ее смыва (плоскостная, струйчатая, овражистая эрозия, а также выщелачивания и вымывания из нее органики. На скорость этого процесса влияет характер поч вообразующих пород, тип почвы, ее структура, покрытие растительностью, угол наклона поверхности. Она характерна для возвышенной местности.
Водную эрозию вызывают природные явления, связанные с интенсивным водостоком сильные и продолжительные дожди, паводки, сели, оползни и т. да также обильный полив и переувлажнение. Покрытие почвы растениями является сегодня не единственным методом борьбы сводной эрозией. Задержать воды, главным образом талые,
удается посадкой лесополос, посевом многолетних трав

Глава 5. ПРОБЛЕМЫ ПЕДОСФЕРЫ
127
севооборотом (сменой посевных культура снизить и направить водные потоки можно созданием валов, каналов.
Кроме эрозии прямое удаление почв связано с промышленными жилищным строительством (во многих странах
Европы до 10% земли занимают населенные пункты, созданием водохранилищ, открытой добычей полезных ископаемых, а также с массовыми лесоразработками и захоронением отходов открытым способом (свалки и пр, тес прямым ее загрязнением.
5.4.
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВЫ
Как уже отмечалось, одним из важнейших воздействий на почву сегодня является антропогенное. Это, наряду с прочими применение удобрений. Их часто вносят или меньше, чем изымается биогенов с урожаем, или больше.
Норма азота, фосфора и калия — 9 кг в годна человека (по нитратам — около 200 мг на 1 кг живого веса, по нитритам около 10 мг на 1 кг живого веса. Для этого азотные, фосфорные и калийные удобрения надо вносить в количестве примерно 100 кг нага в год. Ноне все, что вносится, утилизируется в почве. Около 50% (а в некоторых случаях до 90%) составляют потери.
Кроме удобрений, почва загрязняется ядохимикатами,
бытовыми и промышленными отходами, а также транспортом. В частности, вдоль дорог концентрация свинца в почве на порядок и более превышает среднюю по региону.
Особо опасными являются радиоактивные отходы, кроме всего прочего, сохраняющиеся длительное время, те. десятки и даже сотни лета также способные распространяться как на значительные расстояния, таки вглубь (до км, загрязняя грунтовые и артезианские воды.
5.4.1.
ПРОБЛЕМА АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ
Как известно, потеря почвой азота особенно опасна. Это приводит к торможению роста и делению растительных клеток, поскольку азот нужен для синтеза белков, хлорофилла, при этом снижается и производство органического

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
вещества. Следует отметить важность внесения азота и других биогенов на определенных стадиях развития растений. Это отчетливо видно на рис. 22. Из него следует, что все удобрения особенно нужны на стадии роста.
Кроме недостатка удобрений, опасен и их избыток.
Так, увеличение в 1,5 раза количества многих из них по сравнению с нормой приводит не к увеличению, а к снижению урожайности (внешне это выражается в полегании посевов, а двойной избыток может снижать всхожесть семян. Причем такой избыток приводит к вымыванию био генов, например азота в виде нитратов, и их попаданию в водоемы со всеми вытекающими последствиями.
Таким образом, следует уяснить, что значительный избыток удобрений не дает пропорционального прироста урожая. Так, учеными США показано, что пятикратное увеличение количества азотных удобрений даже в оптимальных условиях (нужная фаза роста, отсутствие вымывания,
требуемая температура и влажность) увеличивает урожайность лишь на 30%. А ежегодный избыток азота, вносимого в почву во всех странах, составляет около 9 млн т. Куда же он девается Кроме всего прочего, он оказывается и у нас на столе.
Проблема избыточного внесения удобрений в почву это и проблема увеличения их производства. В результате увеличение выбросов, например соединений азота в промышленности азотных удобрений (до 50%). А это, кроме газообразных отходов, также нитраты и нитриты, оказывающиеся в сточных водах, а следовательно, в избытке в почве и продуктах питания.
Заметим, что и те и другие оказывают серьезное негативное воздействие на животных. Причем, нитраты вор ганизме превращаются в нитриты, которые в пять раз опаснее. Они влияют на дыхание и обмен веществ, приво
Рис. Потребность растений в
элементах

Глава 5. ПРОБЛЕМЫ ПЕДОСФЕРЫ
129
дят к сердечной недостаточности. Асами нитриты в кислой среде превращаются в нитрозамины — сильнейшие канцерогены, вызывающие рак органов пищеварения.
Подсчитано, что выброс 1500 г нитратов и нитритов в год в данном регионе может вызвать рост раковых заболеваний у населения на 5%. Кроме этого, избыток азота в почве стимулирует образование микотоксинов почвенными грибами, которые также являются канцерогенным фак тором.
Важно также отметить, что наличие нитратов и нитритов в пищевых продуктах ухудшает их качество, снижает устойчивость при хранении, уменьшает пищевую ценность, например понижает процент сахара в сахарной свекле. Увеличение процента азота приводит к потере гумуса почвой, снижению доли микрофлоры в ней, а его удаление в атмосферу — к увеличению в ней концентрации оксидов азота, например веселящего газа.
5.4.2.
ДРУГИЕ УДОБРЕНИЯ.
ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ
Фосфор находится в почве в избыточном количестве,
но доступно, те. в растворимой форме содержится только. В результате его приходится вносить дополнительно в виде удобрений. Растениям он просто необходим,
особенно в определенных фазах (рис. 22). Установлено, что в норме соотношение азота, фосфора и калия в почве должно быть от 1:1:1 до Следует отметить, что избыток фосфора нетоксичен для организмов, главным образом растительных. Но он приводит, с одной стороны, к возрастанию в почве сопутствующих ему фтора и мышьяка, ас другой — к засолению почвы (зафосфорачиванию) и выносу соответствующих соединений в водоемы со всеми вытекающими негативными последствиями.
У животных и человека хроническое отравление фосфором проявляется в желудочных болях и пожелтении кожи. При этом наблюдается потеря аппетита и замедление обмена веществ. Также отмечается повышенная

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
деформация и хрупкость костей, снижение сопротивляемости инфекциям.
Калий — один из самых необходимых элементов для растений. Он требуется в больших количествах на всех стадиях их развития (см. рис. 22). Увеличение внесения калия, как правило, не несет негативных последствий, однако сопровождается ростом выноса и его самого в виде катиона и его соединений.
Кроме указанных биогенов, растениям требуется сера,
например в виде сульфат аниона, особенно на стадии цветения. Однако ее избыток приводит к подавлению фотосинтеза. Органические удобрения, которые вносятся постоянно, особенно в частных хозяйствах, также вредны в избытке. Это приводит к росту микроорганизмов, в том числе патогенных, ив почве, ив воде, куда они попадают со стоками.
В составе многих ядохимикатов и отходов, главным образом промышленных, а также в природной воде часто встречается фтор и его соединения. Он вызывает поражение зубов при ежедневном поглощении с пищей (ив составе зубных паст) в количестве около 0,1 мг на 1 кг живого веса. Причем он может привести и к развитию остеосклероза (более 0,25 мг на 1 кг живого веса).
У растений фтор вызывает характерные повреждения.
У хвойных наблюдается побледнение, а затем потемнение концов игл, и они начинают опадать, как листья у лиственных. При этом снижается интенсивность питания, что приводит к замедлению роста, снижению производительности, к высыханию и гибели.
У животных хроническое отравление фтором известно как промышленный флюороз. Он возникает при поглощении кормов и воды, содержащих этот элемент в избытке.
Симптомы этого заболевания — разрушение зубов и костей, а последствия — нарушение приема пищи, заболевание органов пищеварения, снижение продуктивности и плодовитости.
Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий и дрока зываются в почве главным образом в процессе внесения в нее золы, содержащей их в количестве примерно 500 г/т.

Глава 5. ПРОБЛЕМЫ ПЕДОСФЕРЫ
131
В частности, из 1 т угольной золы можно выделить 3 кг сурьмы, 7 кг хрома, 20 кг цинка, 2 кг иттрия, 2 кг кобальта кг германия, 30 кг свинца, 20 кг марганца, 16 кг никеля, 35 кг титана, 25 кг ванадия и т. д. Кроме того, они попадают в почву в результате сжигания топлива.
В результате из 5 млрд т сожженного топлива на поверхность попадает 1 млн т тяжелых металлов. В результате только свинца природа получает около 250 тыс. т в год.
Большинство этих металлов оказывается вводе в растворимой форме (в кислой, ноне в щелочной среде. В этом случае они попадают и накапливаются в растениях, а значит, ив нашей пище, что вызывает ряд серьезных последствий (табл. Таким образом, содержание любого вещества, в том числе тяжелых металлов, например, в почве должно быть в определенных пределах, выход за которые в ту или другую сторону чреват серьезными последствиями для организмов (закон оптимума. Это отчетливо видно в табл. 8.
1234562787
123242567892  3678  258
5825 882  5788 63 8
  8  85 85 3 8
  8
 778232425678
92  36788  8
4!948
" 3 778232425678
92  367885 8
4!948
12345678 9  8 8288 474288
238
 8!78748
7448"
12 8
#68
$ %& 8 8432548
27825488
'(485428
$ 8)2(4*88 48*57+,48
#4(4-8
. 8/432548278
+582348
 8/4325482728
7'8 08
 814(52'8(278
*27',88(478
 8 8+78 25756',8(2-28
#2538
%& 8/432548(478
. 8)24(487228 12(8
 $ 827(48728(2748+8
(478
 812(2'87(7'8 328 9 & 848238
. 8)2458748
857228*58 1

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
5.4.3.
ЯДОХИМИКАТЫ
Пестициды
— это химические средства защиты растений от вредителей и болезней.
По оценкам ученых, до 50% урожая погибает от сорняков и вредителей. Во всем мире это приводит к потере ежегодно около 75 млрд долларов. В результате в середине прошлого столетия руководством ряда стран было принято решение о расширенном производстве пестицидов. Однако мало кто тогда задумывался о последствиях, в частности, о том, что это приведет к загрязнению окружающей среды, а также природы и нашей пищи.
Хотя фактически производство и применение пестицидов началось с 30 х годов прошлого века, но еще в году одним из первых был синтезирован ксенобиотик ДДТ
(дихлоридифенилтрихлорметилметан). В 1937 году после относительно кратковременного исследования, где была показана его высокая эффективность как инсектицида на фоне, как тогда казалось, практического отсутствия токсичности, ДДТ начали производить и использовать вши роких масштабах ив сельском хозяйстве, ив быту. Однако сегодня ситуация изменилась. В чем же дело?
Через относительно небольшой срок после начала использования ДДТ был обнаружен ив жире северных животных (тюленей, пингвинов, ив молоке кормящих матерей. Оказалось, что на фоне высокой стабильности (время полураспада около 20 лет) он обладает кумулятивной способностью, накапливаясь в жировой ткани, ЦНС, печении т. п. (концентрируясь в пищевых цепях в степени 10 и рядом побочных действий (гонадо и эмбриотоксическим,
аллергенным, мутагенным, тератогенными др.).
Сегодня в большинстве стран он запрещен, нов мире производится несколько тысяч других пестицидов, причем около 180 — достаточно широко. Их классифицируют по функциональному признаку:
гербициды
— против сорняков;
альгициды
— против водорослей;
фунгициды
— против грибов;
дефолианты
— очищают от листвы

Глава 5. ПРОБЛЕМЫ ПЕДОСФЕРЫ
133
бактерициды
— против микробов и бактерий;
акарициды — против клещей;
зооциды
— против грызунов.
По химической природе ядохимикаты делятся на хлорорганические (в том числе алифатические, ароматические и др, фосфорорганические (сложные эфиры фосфорных кислот, карбоматы (например, карбаминовые кислоты),
азотсодержащие (производные гуанидина) и другие.
Все пестициды различаются по стойкости. К наиболее устойчивым относятся хлорорганические, которые обладают кумулятивной способностью и способностью концентрироваться в звеньях пищевой цепи. В результате ежегодно из за пестицидов гибнет до 20 тыс. человек только сельскохозяйственных рабочих.
Для всех пестицидов существуют предельно допустимые концентрации (ПДК, но они, как правило, не соблюдаются. Считается, что чем больше использовать пестицида, тем выше будет урожайность. Но это не так. Эксперименты в
США показали, что увеличение (в оптимальных условиях)
количества пестицидов враз вызывает максимум прироста урожая. Причем доказано, что из 100% использованного вещества в цель попадает не более 3%, а остальное теряется. Поэтому очень часто превышают их требуемую дозировку, что приводит к дополнительным потерям.
Кроме передозировки в районе применения, пестициды теряются при производстве, хранении, транспортировке,
вызывая загрязнение воздуха, воды, почвы и пищи. В результате они попадают в организм, негативно влияя на функции печени, легких, почек, желудка и др. К наиболее опасным последствиям относятся канцерогенез и наследственные заболевания.
Заметим, что многие пестициды способны циркулировать в природе, вызывая нарушение циклов биотического и биологического круговоротов веществ. Кроме того, к негативным последствиям их применения относятся подавление и снижение численности живых организмов в почве ухудшение состава и структуры почвы, снижение ее плодородия

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХИМИЯ увеличение эрозии почвы возрастание устойчивости сорняков и паразитов (мутагенез приводит к новым формам снижение количества насекомых опылителей понижение концентрации микроэлементов в составе растений ухудшение качества, устойчивости и других показателей сельхозпродукции.
5.5.
СОХРАНЕНИЕ ПОЧВЫ
Загрязнение почвы отходами антропогенной деятельности, нарушение ее состава и структуры отражаются на ее продуктивности и существовании вообще. Есть ли выход Касательно тяжелых металлов — только один законодательно запретить их выброс, осуществляя постоянный мониторинг. Остальные загрязнения надо захоранивать и утилизировать только в строго ограниченных контролируемых местах, а сбросы подвергать очистке.
По поводу удобрений заметим, что одним из традиционных способов внесения органических веществ в почву является выпас животных на пастбищах. Однако сегодня более популярным стало их культивирование в закрытых комплексах, что резко снижает возврат органики в почву.
В этом случае просто необходимо использовать дополнительные удобрения.
В тоже время при этом сохраняется и даже обостряется проблема утилизации отходов животноводческих комплексов. А они немалые, если учесть, что городу с населением тыс. требуется свинокомплекс в 100 тыс.
голов или комплекс в 35 тыс. голов крупного рогатого скота. Так что же делать с отходами Одним из перспективных решений является использование биотехнологии, т. е.
таких микроорганизмов, которые эффективно перерабатывают органические отходы в доступные, дешевые и легкоусвояемые почвой удобрения.
При этом ученые предлагают использовать не распыление и рассыпание, атак называемые пролонгированные
(длительного действия) формы удобрений, например, в

Глава 5. ПРОБЛЕМЫ ПЕДОСФЕРЫ
135
капсулированном виде. Эффективными оказались и хозяйства, применяющие гидропонику, где подача удобрений происходит строго по заданной программе. Полезно также развивать поликультуру, оставляя на поле органические остатки от предыдущих посевов, сохраняя почву и гумуса химию, те. пестициды, использовать только в экстренных случаях.
Кто то удачно сравнил применение пестицидов в сельском хозяйстве с лекарствами (одно лечат, а другое калечат, заметив, что увеличение числа вредителей не результат снижения количества пестицидов, как головная боль не результат понижения содержания анальгина в крови!
Так есть ли выход?
Да есть, и не один. Можно вместо пестицидов использовать репелленты, отпугивающие паразитов. Можно применять энтомофаги, те. насекомых, поедающих вредителей использовать вирусы против самих паразитов, а если и вводить пестициды, тов микроконцентрациях (гранулированные, капсулированные, эмульсионные препараты. При этом, например, весной надо создавать экраны на полях для предотвращения стоков тех же пестицидов и удобрений.
Что касается различного рода захоронений, в том числе радиоактивных отходов, то как говорят ученые это бомба замедленного действия»!
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ. Почва (педосфера), ее характеристика и экологическая роль. Ресурсы почвы и основы плодородия. Классификация микроорганизмов почвы, их роль. Вода в почве. Водная и ветровая эрозия. Виды загрязнений почвы. Их последствия и способы борьбы сними. Экологическая проблема удобрений. Ядохимикаты, виды и последствия их применения. Проблемы сохранения почвы

ЭКОХИМИЧЕСКИЕ
ПРОБЛЕМЫ БИОСФЕРЫ
6.1.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ БИОСФЕРЫ
Биосфера,
по В. И. Вернадскому, это оболочка жизни»
на Земле, или область существования живого вещества».
Сам термин биосфера ввел австрийский геолог Э. Зюсс.
Она включает все организмы на ее поверхности, вводе и почве, а также в воздухе, которые образуют сгущения на границах раздела сфер. Основным признаком биосферы является то, что мы называем жизнью.
«Жизнь есть свойство материи, приводящее к сопряженной циркуляции биоэлементов вводной среде, движимой в конечном счете энергией солнечного излучения по пути увеличения сложности (Онзагер, Моровиц). В этом определении заложены основные положения экологии и круговорот биогенов, поддерживающий равновесие в природе, и определяющая роль в нем водной среды, а также и солнечная энергия как движущая сила.
Но первый вопрос, очевидно, связан с происхождением самой жизни. Как уже отмечалось, нашей Вселенной около 6 млрд лет. Солнечная система возникла примерно млрд лет назад, а Земля — 4,5 млрд лет. С этого момента начинается ее история (см. рис. 23): 4 млрд лета по последним данным американских ученых, 4,5 млрд лет назад в результате конденсации паров воды и выпадения ее из атмосферы или, подругой версии, в результате метеоритного дождя в виде частиц льда появляется первичный океан.
В нем растворяются различные вещества, в том числе органические, образовавшиеся вследствие химических

Глава 6. ЭКОХИМИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ БИОСФЕРЫ