Основы экологии

Степень подвижности ТМ зависит от геохимической обстановки и уровня техногенного воздействия. Тяжелый гранулометрический состав и высокое содержание органического вещества приводят к связыванию ТМ почвой. Рост значений рН усиливает сорбированность катионообразующих металлов (медь, цинк, никель, ртуть, свинец и др.) и увеличивает подвижность анионообразующих (молибден, хром, ванадий и пр.). Усиление окислительных условий увеличивает миграционную способность металлов. В итоге по способности связывать большинство ТМ, почвы образуют следующий ряд:

серозем > чернозем > дерново-подзолистая почва.

Токсичность металлов проявляется в следующем

1. Подавляют активность ферментов, связываются с сульфгидрильными группами белков(в том числе и ферментов), подавляя их синтез и, тем самым, нарушая обмен веществ в организме.

2. Усиливается деградация АТФ

3. Изменяют проницаемость клеточных мембран

4. поступая по пищевым цепям из почвы в растения, а оттуда в организм животных и человека, ТМ вызывают у них серьезные заболевания. Способствуют росту заболеваемости населения и сокращению продолжительности жизни,

5. снижают количества и качества урожаев сельскохозяйственных растений и животноводческой продукции.

6. накапливаясь в почве в больших количествах, ТМ способны изменять многие ее свойства: биологические свойства почвы: снижается общая численность микроорганизмов,сужается их видовой состав (разнообразие), изменяется структура микробоценозов, падает интенсивность основных микробиологических процессов и активность почвенных ферментов и т.д. Сильное загрязнение ТМ приводит к изменению и более консервативных признаков почвы, таких как гумусное состояние, структура, pH среды и др. Результатом этого является частичная, а в ряде случаев и полная утрата почвенного плодородия.

В природе встречаются территории с недостаточным или избыточным содержанием в почвах ТМ. Аномальное содержание ТМ в почвах обусловлено двумя группами причин:

биогеохимическими особенностями экосистем и влиянием техногенных потоков вещества. В первом случае, районы, где концентрация химических элементов выше или ниже оптимального для живых организмов уровня, называются природными геохимическими аномалиями

или биогеохимическими провинциями. Здесь аномальное содержание элементов обусловлено естественными причинами - особенностями почвообразующих пород, почвообразовательного процесса, присутствием рудных аномалий.

Во втором случае, территории называются техногенными геохимическими аномалиями. В зависимости от масштаба они делятся на глобальные, региональные и локальные.

Устойчивость живых организмов, прежде всего растений, к повышенным концентрациям ТМ и их способность накапливать высокие концентрации металлов могут представлять большую опасность для здоровья людей, поскольку допускают проникновение загрязняющих веществ в пищевые цепи.

Мышьяк - всасывается через пищеварительную систему, органы дыхания и кожунарушение деятельности сердечно-сосудистой системы, нервной, печени и почек, поражение кожи

По вопросу санации почв, загрязненных ТМ, существует два основных подхода.

· Первый направлен на очищение почвы от ТМ. Очищение может производиться путем промывок, путем извлечения ТМ из почвы с помощью растений, путем удаления верхнего загрязненного слоя почвы и т.п

· Второй подход основан на закреплении ТМ в почве, переводе их в нерастворимые в воде и недоступные живым организмам формы. Для этого предлагается внесение в почву органического вещества, фосфорных минеральных удобрений, ионообменных смол, природных цеолитов, бурого угля, известкование почвы и т.д. Однако любой способ закрепления ТМ в почве имеет свой срок действия. Рано или поздно часть ТМ снова начнет поступать в почвенный раствор, а оттуда в живые организмы.

· Подбор культур

· Тщательный контроль за содержанием.

7.4 Экологические последствия применения пестицидов

Пестициды - ядохимикаты для борьбы с сорняками (гербициды), с грибковыми болезнями растений (фунгициды) и вредителями (зооциды, инсектициды и др.).

Необходимость применения химических средств защиты растений от вредителей и болезней определяется тем, что потери урожая без применения ядохимикатов могут составлять около 50 %.

Первая группа - наиболее обширная и включает в себя акарициды, бактерициды, гематоциды, зооциды, лимациды, инсектициды, лаввициды, нематоциды, овициды, фунгициды и иные препараты. Чаще всего применяются инсектициды.

Эти ядохимикаты могут включать в себя хлорорганические, фосфорорганические и неорганические соединения ртути, свинца, мышьяка и других элементов.

Вторая группа -- Гербициды применяются как средство избирательного уничтожения сорной растительности. Чаще всего используются различные химические препараты для защиты люцерны, кукурузы, сахарной свеклы, подсолнечника, озимой пшеницы.

Из средств предуборочной обработки культур наибольшее применение нашли дефолианты и стимуляторы роста.

Пестициды являются ксенобиотиками, т.е. веществами чуждыми природе.

В целом в сельском хозяйстве РБ применяется около 250 наименований химических средств.

Все яды, применяемые в сельском хозяйстве как средство борьбы с вредителями и болезнями растений, в большей или меньшей степени ядовиты для животных и человека. Широкое их применение оказывает всевозрастающее влияние не только на растения, но и на все живое население Земли. 90% фунгицидов, 60% гербицидов, 30% инсектицидов вызывают рак

Примечательно, что лишь небольшая доза пестицидов достигает организмов, действительно подлежащих уничтожению. Значительная же их часть отрицательно действует на полезные организмы, в том числе обитающие в почвах. Опасность биоцидного загрязнения биосферы вообще и почв в частности усугубляется тем, что ядохимикаты обнаруживаются только трудновыполнимыми специфическими методами анализа, проявляются через заболевания и гибель организмов

Особенности поведения пестицидов в природе

1. Биоаккумуляция -многократное увеличение концентрации при передаче по пищевым цепочкам. ДДТ вода в озере->рыбий жир >-жир чаек->жир человека. Более половины применяемого ранее ДДТ до сих пор циркулирует в природе.

2. БИОТРАНСФОРМАЦИЯ- изменение химических свойств. Некоторые ядохимикаты претерпевают различные химические превращения, переходят в другие соединения, иногда более токсичные, чем исходные. Например, препарат гептохлор, являющийся сравнительно мало ядовитым инсектицидом, под воздействием микроорганизмов почвы превращается в гептохлорэпатид, ядовитость которого в 4-5 раз выше.

3. Ядохимикаты влияют на микрофлору и микрофауну почвы, вызывают заметные сдвиги в биохимических и микробиологических процессах, сопровождающихся повышенным образованием и выделением углекислого газа, аммиака, аминокислот и других продуктов метаболизма. При этом изменяется ход и интенсивность процессов распада органических веществ почвы - клетчатки, белка, сахаров.

4. Токсификация -увеличение токсичности. Любые химические вещества, смертельные для одних организмов, не могут оказывать вредного влияния на другие организмы, гибель полезной энтомофауны

5. Мутагенный эффект вредителей и появление устойчивых к ядам видов

Меры по снижению негативных последствий применения пестицидов

При изучении последствий систематического применения физиологически активных соединений в биоценозах была установлена возможность их превращения в нетоксичные соединения путем полного разложения или образования нетоксичных комплексов. Это явление получило название детоксикации (потеря токсичности). Вся система использования сельскохозяйственных угодий должна быть направлена на полную и скорейшую детоксикацию всех биоцидов, поступающих в почвы.

Обычно выделяют группы физических, физико-химических и биологических факторов детоксикации.

К физическим факторам относят сорбцию биоцидов высокодисперсными минералами и органическими почвенными коллоидами. Этот процесс зависит от свойств почвы, природы и свойств адсорбента, климатических и экологических факторов. Так, внесенные в почву пестициды в период холодной и сырой погоды связываются верхним слоем почвы, поэтому предохраняются от вымывания и разложения. В период потепления они десорбируются и вновь проявляют свою активность. Спустя некоторое время после внесения пестицида в почве устанавливается равновесие между сорбированной и находящейся в растворе фракциями токсиканта.

О степени десорбции токсиканта принято судить по содержанию его в жидкой фазе.

· К физическим факторам детоксикации относят также улетучивание и термическое разложение. Степень испарения токсикантов из почвы сильно зависит от ее влажности - сорбция легколетучих пестицидов сухой почвой гораздо выше, чем влажной. Разложение токсиканта усиливается с повышением температуры.

· Из физико-химических факторов наиболее существенным является фоторазложение (фотолиз), главным действующим началом которого служат длинноволновые ультрафиолетовые лучи солнечной радиации. При этом происходит фотоокисление многих пестицидов и их метаболитов, находящихся на поверхности почвы, растений и водоемов. На втором этапе фотолитического разложения пестицида особое значение приобретает взаимодействие его с молекулами воды. Важную роль играет рН раствора, температура, состав газов, свойства присутствующих в воде соединений. Под действием коротковолновой части солнечной радиации многие фенолы и близкие им соединения способны превратиться в гидрохинон и пирокатехин, которые могут гидроксилироваться до тетраоксибензола. Последний в результате окислительного конденсирования может превращаться в стабильные полимеризованные продукты. В результате фотолиза многие пестициды трансформируются в менее токсичные продукты.

· Химические превращения пестицидов в почве и водной среде в основном представляют собой гидролитические и окислительные процессы. Скорость этих процессов зависит от вида и числа атомов галоидов, длины углеводородной цепочки. Увеличение контакта токсиканта с почвой ускоряет гидролиз (например, коллоидная фракция почвы катализирует реакции пестицидов с различными активными частицами почвенных компонентов). Значительная роль в химическом разложении пестицидов принадлежит свободно-радикальным процессам. Источниками свободных радикалов в почве являются гуминовые кислоты, а также смолы, пигменты, антибиотики, витамины.

· Биологическое превращение и разложение пестицидов в почве обусловлено главным образом микробиологической детоксикацией. Установлено, что микробиологическое разложение пестицидов является главным путем детоксикации почв, а всякая активизация микробиологической деятельности содействует исчезновению ядохимикатов из почв. Скорость микробиологического разложения пестицидов в почве определяется содержанием гумуса, температурой и влажностью почвы, наличием подстилки, содержанием питательных веществ и другими факторами. Хорошие условия для развития почвенных микроорганизмов интенсифицируют биологическую детоксикацию пестицидов.

На скорость разложения пестицидов в почве оказывают влияние механический состав почвы, реакция ее среды, гидротермические условия. На суглинистых почвах пестициды разлагаются быстрее, чем в почвах легкого состава; хлорорганические пестициды в кислой почве сохраняются дольше, нежели в щелочной. Органическое вещество почвы связывает многие пестициды в водно-нерастворимые и мало доступные для почвенных организмов формы, вследствие чего токсиканты не подвергаются гидролизу и, несмотря на высокую биологическую активность гумусированных почв, сохраняются в них длительное время. Повышенная температура почвы способствует десорбции пестицидов, связанных коллоидами. На эти процессы также влияют окислительно-восстановительные условия почвы: один пестициды быстрее метаболируются в анаэробных условиях, другие - в аэробных.

Таким образом, управлять процессами разложения пестицидов в почве можно лишь при детальном знании ее свойств и факторов, определяющих эти процессы. Поэтому меры защиты почв от накопления ядохимикатов основываются на детальном изучении свойств почв и поведения токсикантов, их биологической активности, погодно-климатических, агротехнических, геоморфологических условий. Для каждой почвенно-климатической зоны страны должны разрабатываться свои рекомендации по применению и обезвреживанию пестицидов в сельскохозяйственных угодьях с учетом остаточного токсического действия и длительности сохранения их в почве.

Агротехнический метод

Частично судьбу пестицидов в почве удается регулировать агротехническими приемами - обработкой, применением орошения и удобрений, выбором сорта и культуры, способом внесения токсикантов, его глубиной, сроком. В посевах пропашных культур и на паровых участках вследствие лучшей аэрации детоксикация пестицидов, по-видимому, происходит более интенсивно, чем в посевах зерновых. Здесь же необходимо отметить, что корне-и клубнеплоды поглощают и выносят ядохимикаты в больших количествах, нежели другие культуры.

Рекомендовано в ряде случаев заменять сплошную обработку посевов ленточной, которая не уступает первой по эффективности. Приняты меры ответственности за строгим соблюдением правил хранения и расходования ядохимикатов в сельском и лесном хозяйствах страны.

Однако почва - не единственный объект ландшафта, где концентрируются пестициды. Они фиксируются в грунтовых водах, родниках, открытых водоемах, накапливаются практически во всех живых организмах, растениях, наземных животных, птицах, насекомых, в фауне водных объектов. Стала закономерностью их постоянная миграция по цепям питания организмов, включая человека.

Главным условием резкого сокращения поступления биоцидов в окружающую среду, в том числе и в почвы, академик М.С. Гиляров считал организацию современного культурного ландшафта, обязательным компонентом которого выступают лесопосадки, защитные лесополосы, что значительно повышает устойчивость биоценозов вследствие увеличения многообразия видов. Фактором естественной защиты является концентрация в лесополосах насекомоядных птиц, насекомых-энтомофагов, истребляющих вредителей.

Поэтому основной предпосылкой интегрированной борьбы с вредителями служит правильная организация всего ландшафта, а не только севооборота. При этом осуществляется комплекс агрохимических приемов с использованием естественных врагов вредителей, а применение пестицидов ограничивается своевременной обработкой местных очагов их появления.

Система использования сельскохозяйственных угодий должна быть направлена на полную и скорейшую детоксикацию всех биоцидов, поступивших в почвы. Микробиологическое разложение биоцидов - главный путь детоксикации почв, а всякая активизация микробиологической деятельности содействует исчезновению ядохимикатов из почв.

Переход от монокультуры к поликультурам, смешанным посевам

Совершенствование технологий применения пестицилов

Сегодня вряд ли можно полностью отказаться от применения ядохимикатов. Но нужно быть осторожным с дозировкой, транспортировкой, хранением и т.д. Рациональное использование пестицидов должно осуществляться путем снижения норм расхода препаратов, оптимизации сроков и способов применения, подбора препаратов, наиболее безвредных для среды и человека, сокращения обработок на основе учета экологических и экономических порогов вредности фитофагов.

Применение биологического метода защиты растений

Хорошо известны биологически безвредные для здоровья людей методы борьбы с вредителями. К сожалению, их применяют крайне редко. Кроме того, ощущается острый дефицит специалистов по защите растений. Их практически нет, а экологическая безграмотность в защите растений приводит к трудноисправимым негативным последствиям.

Нельзя оставлять без внимания развивающийся сектор индивидуального садоводства, постоянно и бесконтрольно поставляющий на рынки далеко не чистую, хотя и красивую продукцию. Широкая пропаганда безъядохимикатного возделывания овощей и фруктов должна быть неотложной. Известны многие простые и безвредные способы защиты растений в индивидуальном секторе: это использование коровяка, настоев из побегов помидоров, ботвы картофеля, табака, различные ловушки с пахучими веществами и др.

Против колорадского жука применяется опрыскивание растений настоем зеленого перца чилли, смешанного с чесноком и табаком. Против тлей, гусениц бабочек эффективен пиретрум (пудра ромашки). Инсектицидными свойствами обладают препараты из лука, чеснока, живокости, сафоры, молочая, хрена, горчицы, петрушки, белены.

Эффективны в защите растений разведение и выпуск в агроэкосистемы божьей коровки, жужелицы, трихограммы, муравьев и других хищников и паразитов.

Генетический метод борьбы

Летальные гены

Бесплодные особи

Создание сортов устойчивых к вредителям

Использование пестицидов-антибиотиков, половых гормонов, феромонных ловушек

Растения, как и человек, нуждаются в фармацевтической защите. Но следует помнить золотое правило Парацельса: «Все яд, дело в количестве». Поэтому, нужно быть осторожным с дозировкой, транспортировкой, хранением и т.д. Рациональное использование пестицидов должно осуществляться путем снижения норм расхода препаратов, оптимизации сроков и способов применения, подбора препаратов, наиболее безвредных для среды и человека, сокращения обработок на основе учета экологических и экономических порогов вредности фитофагов. Хорошо известны биологически безвредные для здоровья людей методы борьбы с вредителями. Главные условия создания чистых агроценозов и ландшафтов - всемерное сокращение применения ядохимикатов, высокая техника, использование биологических средств защиты растений и устойчивых к болезням и вредителям сортов.

7.5 Экологические проблемы крупных животноводческих комплексов

На сегодняшний день животноводческие комплексы становятся мощным фактором негативного воздействия на окружающую среду в результате накопления в них огромного количества

1. бесподстилочного навоза и навозных стоков

2. нитратное и микробное загрязнение почв,

3. фитоценозов,

4. поверхностных и грунтовых вод

5. повышенная заболеваемость животных из-за большого кол-ва и скученности

например на молочных фермах выход навоза на 1 тыс.голов составляет 25,55 тыс.т.

Методы очистки и утилизации навозных стоков

При стойловом содержании скота предлагается следующие схемы утилизации навоза:

1. Многоступенчатая очистка с применением гидросмыва, с разделением навоза на фракции(жидкую и твердую), Твердую помещают в штабеля, а жидкую в аэротенки или в другие установки для обеззараживания стоков, из которых эта фракция поступает в пруды -накопители осветленных стоков или на поля орошения, осадок в прудах остается для приготовления удобрений, а осветленная поступает в пруды рыбоводные или водохранилища

2. использование стоков для производства торфокомпостных смесей, которые вывозят на поля (наполнители торф, солома, мусор, листья, щепа), биотермальное обеззараживание .

3. переработка навоза - анаэробная (метаногенез) или сбраживание жидкого навоза. В результате гибнут патогенные микроорганизмы, навоз теряет наприятный запах, семена сорных растений всхожесть, одновременно получают газ--метан

· на кормовые добавки (силос, протеиновый концентрат),

· как органическое удобрение, технологическая вода)

· в качестве питательной среды для производства кормовых дрожжей, личинок мух, водорослей, червей для производства биогумуса (вермикомпост)

· получение метана как альтернативного источника топлива, для обогрева теплиц, обеспечение работы котелен, обогрева животноводческих комплексов.

Задачи специалистов по охране окружающей среды

1. следить за утилизацией отходов животноводства и не допускать загрязнения почвы и вод

2. запрещать водопой животных из естественных водоемов

3. организация правильного хранения и использование навозно-фекального сырья

4. обеспечение санитарно-гигиенических норм

5. применять загонное содержание скота для восстановления пастбищ, борьбы с пастбищной эрозией

Размещено на Allbest.ru