Оценка опасности загрязнения почв

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО «НИЖЕГОРОДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

Факультет почвоведения, агрохимии и агроэкологии

Кафедра агрохимии и агроэкологии

РЕФЕРАТ

на тему: Оценка опасности загрязнения почв.

Выполнила: Борисова А. Ю.

Проверила: Варламова Л. Д.

Нижний Новгород, 2017год.

Содержание

Введение

Источники загрязнения

Нормативные документы

Почва и здоровье человека

Уровень загрязнения почв в России

Оценка опасности загрязнения почв

Биотестирование как наиболее целесообразный метод определения интегральной токсичности почвы

Биодиагностика техногенного загрязнения почв

Заключение

Использованная литература

Введение

Почвенный покров Земли представляет собой важнейший компонент биосферы. 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, а так же почве отведена важнейшая роль в жизни общества, так как она представляет собой источник продовольствия, обеспечивающий 95-97 % продовольственных ресурсов для населения планеты. Если это звено биосферы будет разрушено, то сложившееся функционирование биосферы необратимо нарушится.

Чрезвычайно важно изучение глобального биохимического значения почвенного покрова, его современного состояния и изменения под влиянием антропогенной деятельности, так как эффективная защита окружающей среды от опасных химических реагентов невозможна без достоверной информации о степени загрязнения почв.

Источники загрязнения

Опасность загрязнения почвы как фактора риска для здоровья населения определяется в первую очередь ее функциональным использованием. Для почв сельскохозяйственного назначения наибольшую опасность представляет переход загрязняющих веществ в выращиваемые культуры и поступление загрязнителей в местные источники питьевого водоснабжения. Интенсивное применение ядохимикатов привело к значительному накоплению пестицидов в почвах.

В городах эта опасность связана в основном с интенсивным загрязнением почв тяжелыми металлами и нефтепродуктами. Источниками загрязнения в населенных пунктах являются выбросы энергетических установок, особенно работающих на угле, промышленных предприятий, автомобильного транспорта, многочисленные свалки.

Нахождение детей на площадках с загрязненной землей может привести к избыточному поступлению токсичных веществ, например, свинца, в организм ребенка, что является одним из определяющих факторов при оценке опасности загрязнения почв населенных пунктов. Степень загрязнения почвы химическими веществами в городах служит также индикатором загрязнения атмосферного воздуха, так как содержащиеся в нем твердые частицы оседают на поверхности земли. Используя методы эколого- геохимического картографирования почв, проводят зонирование территорий населенных пунктов по различным показателям загрязнения почв.

Удовлетворительное состояние почвы имеет большое эпидемиологическое значение, поскольку в ней могут находиться возбудители инфекционных заболеваний.

Длительность сохранения возбудителей брюшного тифа в почве достигает 400 суток, дизентерии - 100 суток, туберкулеза - 3 - 7 суток, бруцеллеза - 0,5 - 2 суток, холеры - 0,5 - 4 суток, чумы - 0,1 - 1 суток, яиц аскариды до одного года.

Поступление возбудителей этих инфекций в организм возможно при непосредственном контакте человека с почвой, а также при употреблении инфицированной воды и продуктов питания.

Нормативные документы

Оценку содержания токсикантов в почве осуществляют с использованием ПДК или ОДК вещества. При обосновании этих нормативов применяют четыре основных показателя вредности, устанавливаемых экспериментально:

1. Транслокационный, характеризующий способность перехода вещества из почвы в сельскохозяйственные культуры и продукты питания;

2. Водно - миграционный, основанный на перехода токсикантов из почвы в воду;

3. Общесанитарный, характеризующий влияние загрязняющего вещества на самоочищающуюся способность почвы и ее биологическую активность;

4. Воздушно - миграционный, учитывающий возможность перехода токсикантов в воздух;

Почв населенных мест» (МУ 2.1.7.730. - 99), «Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) тяжелых металлов и мышьяка в почвах с различными физико - химическими свойствами» и «Санитарно - эпидемиологические требования к качеству почв»

В почве нормируют содержание тяжелых металлов, хлористого калия, нитратов, сернистых соединений, сероводорода и серной кислоты, бенз(а)пирена, ряда пестицидов. Учитывая большое разнообразие почв на территории нашей страны, весьма перспективно производить, с точки зрения экологии, нормирование химически веществ в зависимости от физико - химических свойств почвы. Так, уже приняты нормативы содержания свинца в почва сельскохозяйственного назначения разного типа: для песчаных и супесчаных - 32 мг/кг, для кислых - 65 мг/кг, для слабокислых и нейтральных - 130 мг/кг.

По мнению ряда американских исследователей содержание свинца в городских почва не должно превышать 100 мг/кг; это обеспечивает защиту детей от избыточного поступления свинца в организм. В реальных условиях концентрация свинца превышает указанный уровень. Повышение содержания свинца в почве на каждые 100 мг/кг приводит к увеличению его концентрации в крови детей в возрасте от трех лет на 0,5 - 1,6 мкг/дл. Анализ имеющихся данных показывает, что в большинстве городов России содержание свинца в загрязненной почве варьирует в пределах 30 - 150 мкг/кг при среднем значении около 100 мкг/кг. Наиболее высокие концентрации свинца от 100 до 1000 мг/кг - обнаружены в почве городов, где расположены металлургические предприятия (Белово, Владикавказ, Кировград, Карабаш, Горняк, Дальнегорск), а также вблизи производств аккумуляторов в Курске, Санкт - Петербурге, Свирске, Дальнегорске.

Оценка неблагоприятных последствий загрязнения почв при их непосредственном воздействии на организм человека важна для случаев геофагии у детей при играх на загрязненных почвах. Такую оценку проводят по наиболее распространенному в населенных пунктах загрязняющему веществу - свинцу, повышенная концентрация которого сопровождается увеличением содержания и других компонентов. При систематической концентрации свинца в почве игровых площадок в пределах 300 мг/кг можно ожидать изменения психоневрологического статуса у детей. Безопасным считается загрязнение почвы на уровне ПДК.

Почва и здоровье человека

Большинство микроорганизмов, обитающих в почве, -- сапрофаги, которые не приносят вреда животным организмам. Вместе с тем постоянно или временно в почве обитают патогенные, болезнетворные микроорганизмы, возбудители инфекционных заболеваний. Некоторые из них (главным образом постоянные обитатели почвы) образуют спору -- плотную оболочку, обеспечивающую им устойчивость к различным неблагоприятным воздействиям внешней среды: высокой температуре, высыханию, давлению, отсутствию питательных веществ.

Группу спорообразных бактерий принято называть клостридиями. В последние годы накопилось достаточно данных о том, что клостридии обладают способностью не только многие десятилетия сохраняться в почве в виде спор, но и размножаться в ней. К патогенным бактериям относятся возбудители таких опасных инфекционных заболеваний, как сибирская язва, газовая гангрена, столбняк, ботулизм. Заражение человека через загрязненную почву может наступить при самых различных обстоятельствах: непосредственно при обработке почвы, уборке урожая, строительных работах и т.п. К числу наиболее опасных болезней человека и животных относится сибирская язва. Возбудитель сибирской язвы -- сибиреязвенная палочка, которая, попадая с мочой и испражнениями больных животных в почву, образует вокруг себя спору и в таком состоянии может сохраняться годами, особенно в каштановых и черноземных почвах. Животные, поедая корм, загрязненный этой палочкой, заражаются сибирской язвой. Человек заражается сибирской язвой, как правило, при контакте с больными или павшими животными, через продукты и сырье, полученные от больных животных (мясо, шерсть, шкура), а также при непосредственном соприкосновении с почвой.

Опасность для человека представляет и столбнячная палочка, которая обнаруживается в почве разных географических районов. Заражение человека происходит через поврежденную кожу или слизистую при контакте с зараженной почвой. Спороносная палочка, возбудитель ботулизма -- тяжелого пищевого отравления, обнаружена в среднем в 9% проб, взятых из почвы в районах Кавказа, азовского и каспийского морей, в приморском крае, на дальнем востоке и в Санкт - Петербурге. Попадая на овощи, ягоды, фрукты, рыбу, грибы и другие продукты, при благоприятных анаэробных условиях она из споры превращается в вегетативную форму, продуцирующую токсин (яд). По силе своего действия на организм человека и животного этот токсин превосходит все другие бактериальные токсины и химические яды.

Вместе с загрязненной почвой в поврежденные ткани человека могут проникнуть споры гангренозной палочки. Газовая гангрена протекает в виде быстро распространяющегося отека тканей и их омертвления.

Из числа временных микроорганизмов, обитающих в почве, большую группу составляют возбудители кишечных инфекций (брюшного тифа, паратифов, дизентерии, холеры), бруцеллеза, туляремии, чумы, коклюша. Они попадают в почву только при определенных условиях (с выделениями больных, с нечистотами и др.). Нельзя сказать, что почва является благоприятной средой для их обитания. В их гибели большую роль наряду с недостатком питательных веществ, не всегда оптимальными влажностью и температурой почвы играет антагонизм между различного рода почвенными микроорганизмами. Не находя подходящих условий, патогенные для человека и животных неспороносные бактерии погибают обычно относительно быстро. Однако некоторые из них, особенно в загрязненной почве, сохраняются продолжительное время: возбудители брюшного тифа, паратифов и холеры могут оставаться жизнеспособными до трех месяцев; бруцеллеза -- до пяти месяцев, туляремии -- до двух месяцев

Уровень загрязнения почв в России

По данным санэпидслужбы в среднем по стране до 20 % исследованных образцов почвы не отвечают санитарным нормам гигиеническим нормативам, из них в 3 % проб отмечалось повышение содержания пестицидов, в 16 % - тяжелых металлов. Наибольшее количество загрязненных проб почвы обнаруживается в зонах влияния промышленных предприятий и транспортных магистралей (в 20 % изученных образцов) На площадях сельскохозяйственного назначения свинцом, ртутью, кадмием, цинком и другими металлами загрязнено около 2 % почв.

Загрязнение земель нефтью и нефтепродуктами является одной из важных экологических проблем России. В 90 % случаев аварийного разлива нефти происходят существенные и во многом необратимые повреждения природных комплексов.

Загрязнение почв диоксинами зафиксировано в городах, где размещены предприятия хлорной промышленности - Уфа, Чапаевск и некоторые другие.

В среднем 17 % почв не соответствует гигиеническим нормативам по микробиологическим показателям. В образцах обнаружены яйца гельминтов, личинок мух, что представляет опасность для здоровья населения.

Загрязнение почв города возбудителями паразитарных болезней наиболее часто регистрируется на территории дворов, детских дошкольных и школьных учреждений, на улицах около мусоросборников и туалетов, в местах выгула домашних животных.

Оценка опасности загрязнения почв

загрязнение почва токсичность биотестирование

Прежде чем рассмотреть методы оценки загрязнения почв необходимо познакомиться с некоторыми показателями и положениями, определяющими степень опасности загрязняющих веществ, а также дающих оценку опасности загрязнения почв.

Принцип нормирования химических веществ в почве значительно отличается от принципов, положенных в основу нормирования их в водоемах, атмосферном воздухе, пищевых продуктах.

Попавшие в почву химические вещества поступают в организм человека главным образом через контактирующие с почвой среды: воду, воздух и растения (в последнем случае по биологической цепи почва - человек). Поэтому при нормировании химических веществ в почве учитывается не только та опасность, которую представляет почва при непосредственном контакте с ней, но и последствия вторичного загрязнения контактирующих с почвой сред.

Установление ПДК загрязняющих веществ в почве находится в первоначальной стадии, поэтому к настоящему времени установлены ПДК лишь для 30 вредных веществ, преимущественно ядохимикатов.

В связи с тем, что вредные вещества поступают в организм человека по пищевым целям, установлены допустимые остаточные количества (ДОК) пестицидов в почве, пищевых и кормовых продуктах (таблица 1).

Таблица 1 «ПДК и ДОК некоторых веществ в почве»

Результаты гигиенических исследований загрязненных почв позволяют оценивать степень опасности загрязнения вредными веществами по уровню их возможного воздействия на системы «почва - растение», «почвы - микроорганизмы, биологическая активность», «почвы - грунтовые воды», «почва - атмосферный воздух» и опосредованно - на здоровье человека.

С гигиенической позиций опасность загрязнения почвы определяется уровнем возможного ее отрицательного влияния на контактирующие среды, пищевые продукты и непосредственно на человека, а также на биологическую активность почвы и процессы ее самоочищения.

И именно ПДК химических веществ в почве является основным критерием гигиенической оценки опасности загрязнения почв вредными веществами. Для оценки загрязнения опасности почвы выбор химических веществ - показателей загрязнения - проводится с учетом:

· специфики источников загрязнения, определяющих комплекс химических элементов, участвующих в загрязнении почв изучаемого региона (таблица 1);

· приоритетности загрязнителей в соответствии со списком ПДК химических веществ в почве и их классов опасности;

· характер землепользования.

Если нет возможности учесть весь комплекс химических веществ, загрязняющих почву, оценку проводят по наиболее токсичным веществам, то есть относящиеся к наиболее высокому классу опасности.

Биотестирование как наиболее целесообразный метод определения интегральной токсичности почвы

Предельно допустимая концентрация ядовитых веществ (ПДК) в воде, почве, продуктах питания в настоящее время является основой мониторинга вредных веществ в окружающей среде. Однако следует отметить, что превышение ПДК химических веществ в исследуемых субструктурах служит лишь косвенным показателем их токсичности. Не всегда удается установить прямую зависимость между содержанием загрязнителя в среде и ее пригодностью для обитания живых организмов. Почва может быть сильнозагрязненной, но нетоксичной или слаботаксичной и, наоборот, слабозагрязненной, но сильнотоксичной. Токсичное действие одних компонентов может быть нейтрализовано или усилено присутствием других, поэтому токсичность почвы не определяется токсичностью отдельных соединений, содержащихся в ней. Необходимо оценивать интегральную токсичность почвы, отражающую влияние всего комплекса.

Наиболее целесообразным методом определения интегральной токсичности почвы является биотестирование. Показателем степени токсичности при биотестировании служит изменение выбранной тест-функции биоиндикаторного организма при его взаимодействии с пробой среды. Успешное применение биотестирования для диагностики состояния экосистемы во многом зависит от правильного подбора тест-объекта.

В качестве биоиндикаторов могут быть использованы животные, растения, микроорганизмы. Уровень организации тестируемой биологической системы может варьировать от доклеточного (макромолекулы) до надорганизменного (сообщества). Большинство исследователей полагает, что применение единственного биологического параметра для целей биотестирования ненадежно из-за разнообразных механизмов отклика тест-организма на различные антропогенные загрязнения. Наиболее полный анализ интегральной токсичности достигается при применении набора биотестов с использованием различных тест-организмов при контроле их биологических параметров.

Наиболее очевидными критериями выбора тест-организмов являются простота работы и точность получаемых в результате тестирования данных. Под простотой понимается легкость выделения тест-организма из природных источников, его хранения, размножения, постановки пробы на токсичность, обработки и интерпритации полученных результатов. Точность в данном случае - это наличие однозначных, ярко выраженных изменений тестируемой функции индикаторного организма в результате воздействия интересующего загрязнителя.

Во некоторых случаях для оценки токсичности почвы необходимо в качестве тест-объектов брать микроорганизмы. Достоинства микробиологических тестов обусловлены следующими причинами. Благодаря небольшим размерам микробные клетки имеют относительно большую поверхность контакта с окружающей средой, что определяет их высокую чувствительность к происходящим в ней изменениям. Высокие скорости роста и размножения микроорганизмов дают возможность за сравнительно короткий срок проследить за воздействием любого неблагоприятного фактора на протяжении десятков и даже сотен поколений. К тому же они компактны и в большинстве случаев не требуют значительных материальных затрат для поддержания жизнедеятельности. Применение микроорганизмов для оценки интегральной токсичности почвы и создание на их основе комплексной системы чувствительных, достоверных и экономичных биотестов является перспективной областью исследований.

К недостаткам микробиологических тестов следует отнести достаточно высокую способность микроорганизмов к образованию устойчивых мутантных штаммов, что может в некоторых случаях приводить к получению недостоверных результатов.

Один из простых в исполнении и информативных способов оценки микроботоксичности загрязненных почв - это учет численности микроорганизмов, которая, как правило, достаточно легко отражает микробиологическую активность почвы, скорость разложения органических веществ и круговорота минеральных элементов. Так, к примеру, в случае загрязнения почвы нефтью на основе данного показателя можно не только судить о степени загрязненности, но и о потенциальной возможности почвы к восстановлению. Но определение общей численности бактерий в этом случае в качестве показателя токсичности может быть рекомендовано для сильнозагрязненных почв, так как в зависимости от своей концентрации, нефть способна как стимулировать, так и угнетать развитие микроорганизмов.

Описанные выше тесты доступны и просты в исполнении, не требуют сложного лабораторного оборудования и могут быть рекомендованы исследователям разных уровней подготовки. Их преимущество является также то обстоятельство, что работы выдуться с объектами, типичными для почвенной среды обитания в естественных условиях. Набор тест-объектов из семян растений, микроорганизмов, почвенных беспозвоночных и ферментов можно использовать как в полном объеме, так и частично в зависимости от целевого назначения исследований. Если пробы с почвенными ногохвостками и активность ферментов дают хорошую количественную характеристику токсичности почвы при низкой и средней степени ее загрязнения, то микробиологические тесты удобны для описания состояния сильнозагрязненных высокотоксичных почв.

Биодиагностика техногенного загрязнения почв

Высокая чувствительность почвы к любым негативным и позитивным воздействиям позволяет использовать биологические показатели в качестве параметров биомониторинга.

Биологическая активность -- производная совокупности абиотических, биотических и антропогенных факторов почвообразования. В почве зоо- и микробоценозы объединяются в единую систему с продуктами их жизнедеятельности-- внеклеточными и внутриклеточными ферментами, а также с абиотическими компонентами почвы.

Основные положения предлагаемой методологии следующие:

· одновременное изучение показателей биологической активности почвы;

· выявление наиболее информативных эколого-биологических показателей и возможного интегрального показателя экологического состояния почвы;

· учет пространственной и временной вариабельности биологических свойств почвы;

· использование сравнительно-географического и профильно-генетического подходов для оценки состояния почвы.

Исследование состояния деградированных почв будет наиболее полным в том случае, если будут определены:

o прямые показатели загрязнения тяжелыми металлами и нефтепродуктами (валовое содержание тяжелых металлов, содержание их подвижных форм, содержание нефтепродуктов, мощность загрязненного слоя); показатели устойчивости к загрязнению тяжелыми металлами и нефтепродуктами (емкость катионного обмена, степень насыщенности основаниями, содержание гумуса, реакция среды); Биологические показатели изменения свойств почвы под воздействием металлов-загрязнителей и нефтепродуктов (активность почвенных ферментов, например инвертазы, каталазы, интенсивность выделения углекислого газа, целлюлозоразлагающая способность, общая численность почвенных микроорганизмов, структура микробоценоза и др.).

Для практических целей определение всего комплекса показателей весьма трудоемко и требует дорогостоящего оборудования. Более целесообразно определять показатели, объективно отражающие уровень и последствия загрязнения.

Общие закономерности изменения свойств почвы по мере возрастания содержания загрязняющих веществ могут быть сформулированы только на основе экспериментальных материалов. В результате многолетних исследований установлены наиболее информативные показатели биологической активности почвы для биодиагностики и биомониторинга. К ним относятся, прежде всего, биохимические показатели, поскольку они лучше коррелируют с уровнем загрязнения и имеют меньшее варьирование в пространстве и во времени по сравнению с микробиологическими. Из изученных рекомендуется использовать ферментативную активность--активность каталазы, которая является одним из показателей стабилизации почвенных условий. Ее изменение связано с загрязненностью и буферной способностью почвы (рис. 1).

При слабом загрязнении происходит стимуляция окислительно-восстановительных процессов.

Из всех изученных ферментов каталаза наиболее чувствительна, поэтому ее активность может быть использована в качестве критерия оценки восстановления функций почв.

Было установлено, что наиболее информативным показателем экологического состояния техногенно загрязненных почв является интегральный показатель биологического состояния (ИПБС). При расчете ИПБС максимальное значение каждого показателя в выборке принимается за 100 % и по отношению к нему в процентах выражается значение этого же показателя в других пробах, то есть относительный показатель

Интегральный показатель биологического состояния почвы для всех уровней загрязнения находится в прямой зависимости от содержания в ней тяжелых металлов (рис. 2).

Влияние степени загрязнения на биологические процессы в почве целесообразно определять по отклонению активности внеклеточных биологических процессов от контроля согласно экотоксикологическим нормативам: <10% - мало опасный, 25 - 50 - опасный и > 50% - очень опасный уровень влияния. Различные типы почв при одинаковом характере и степени загрязнения проявляют различную устойчивость. Для серой лесной почвы средний уровень загрязнения уже очень опасен, в этом случае восстановление биоценотических функций затруднено или практически невозможно. В черноземе выщелоченном снижение ИПБС на 50% происходит только при высоком уровне загрязнения.

Результаты биомониторинга техногенно загрязненных почв могут широко применяться при оценке воздействия на окружающую среду, экологическом нормировании загрязнения почв, прогнозировании экологических последствий какой-либо хозяйственной деятельности на данной территории, проведение экологической экспертизы, аудита и сертификации предприятий.

Заключение

Почвы загрязняются различными вредными химическими веществами, пестицидами, отходами сельского хозяйства, промышленного производства и коммунально-бытовых предприятий. Поступающие в почву химические соединения накапливаются и приводят к постепенному изменению химических и физических свойств почвы, снижают численность живых организмов, ухудшают ее плодородие. В связи с тем, что почва является неотъемлемым звеном биосферы и играет важнейшую роль в жизни общества всей планеты чрезвычайно важно изучение ее современного состояния и изменения под влиянием антропогенной деятельности.

Таким образом, в настоящее время необходимо иметь такие методы оценки загрязнения почв, которые могли бы дать объективное представление о состояние почвы, то есть о том, насколько она способна выполнять отведенные ей функции.

Использованная литература

1.http://revolutionecology/00026282_0.html

2.http://www.ecosystema.ru/07referats/soils.htm

3.Б.А. Ревич, С.Л. Тихонов, Г.И. Тихонова «Экологическая эпидемиология» - М.: Издательский центр «Академия», 2004

Размещено на Allbest.ru