Химия окружающей среды (стр. 7 )

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 в организме превращаются в нитриты, которые в пять раз опаснее. Нитриты в кислой среде превращаются в нитрозамины — сильнейшие канцерогены. Кроме этого, избыток азота в почве стимулирует образование микотоксинов почвенными грибами, которые также являются канцерогенным фактором. 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.

Фосфор находится в почве в избыточном количестве, но доступно, т. е. в растворимой форме содержится только 10–20%. В результате его приходится вносить дополнительно в виде удобрений. Растениям он просто необходим, особенно в определенных фазах. Установлено, что в норме соотношение азота, фосфора и калия в почве должно быть от 1:1:1 до 1:2:2,5. Избыток фосфора нетоксичен для организмов, главным образом растительных. Но он приводит, с одной стороны, к возрастанию в почве сопутствующих ему фтора и мышьяка, а с другой — к засолению почвы (зафосфорачиванию) и выносу соответствующих соединений в водоемы со всеми вытекающими негативными последствиями.

Калий — один из самых необходимых элементов для растений. Он требуется в больших количествах на всех стадиях их развития. 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. 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, и в почве, и в 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 в количестве около 0,1 мг на 1 кг живого веса.

Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий и др.) оказываются в почве главным образом в процессе внесения в нее золы. В частности, из 1 т угольной золы можно выделить 3 кг сурьмы, 7 кг хрома, 20 кг цинка, 2 кг иттрия, 2 кг кобальта, 47 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.

Большинство этих металлов оказывается в воде в растворимой форме (в кислой, но не в щелочной среде!). В этом случае они попадают и накапливаются в растениях, а значит, и в нашей пище, что вызывает ряд серьезных последствий.

4.4.2. Ядохимикаты

Пестициды — это химические средства защиты растений от вредителей и болезней.

В 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;

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.

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.

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.

К негативным последствиям их применения относятся:

·  подавление и снижение численности живых организмов в почве;

·  ухудшение состава и структуры почвы, снижение ее плодородия;

·  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.

4.5. 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 то же время при этом сохраняется и даже обостряется проблема утилизации отходов животноводческих комплексов. А они немалые, если учесть, что городу с населением 250–350 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 легко усвояемые почвой удобрения.

При этом ученые предлагают использовать не распыление и рассыпание, а так называемые пролонгированные (длительного действия) формы удобрений, например, в 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 гумус, а химию, т. е. пестициды, использовать только в экстренных случаях.

Можно вместо пестицидов использовать репелленты, отпугивающие паразитов. Можно применять энтомофаги, т. е. насекомых, поедающих вредителей; использовать вирусы против самих паразитов, а если и вводить пестициды, то в микроконцентрациях (гранулированные, капсулированные, эмульсионные препараты). При этом, например, весной надо создавать экраны на полях для предотвращения стоков тех же пестицидов и удобрений.

Контрольные вопросы по теме

1.  Строение литосферы и структура земной коры.

2.  Состав земной коры.

3.  Почва (педосфера), ее характеристика и экологическая роль.

4.  Ресурсы почвы и основы плодородия.

5.  Классификация микроорганизмов почвы, их роль.

6.  Виды загрязнений почвы.

7.  Экологическая проблема удобрений.

8.  Ядохимикаты, виды и последствия их применения.

9.  Проблемы сохранения почвы.

Глава 5. Происхождение биосферы. Экохимические

проблемы биосферы

Биосфера, по Владимиру Ивановичу Вернадскому, это «оболочка жизни» на Земле, или «область существования живого вещества». Термин «биосфера» ввел австрийский геолог Э. Зюсс. Она включает все организмы на ее поверхности, в воде и почве, а также в воздухе.

Нашей Вселенной около 6 млрд лет. Солнечная система возникла примерно 5,5 млрд лет назад, а Земля — 4,5 млрд лет. С этого момента начинается ее история: 4 млрд лет - 4,5 млрд лет назад в результате конденсации паров воды и выпадения ее из атмосферы или, по другой версии, в результате метеоритного дождя в виде частиц льда появляется первичный океан.

В нем растворяются различные вещества, в том числе органические, образовавшиеся вследствие химических реакций в первичной атмосфере, содержащей азот, углекислый газ, метан, пары воды и водород. Эти реакции протекали в отсутствии кислорода под влиянием высокой температуры, жесткого облучения, плазмы молний. В результате появились органические соединения (их было около 1% в первичном океане), в составе которых были аминокислоты и азотистые основания.

Это промежуточное звено в процессе возникновения жизни. Примерно 3,8 млрд лет назад из них образовались полипептиды, или прабелки, и полинуклеотиды, предположительно в составе одной молекулы. Они существовали сначала в виде коацерватов, т. е. набухших в воде клубков которые объединяясь с липосомами (ассоциатами органических ПАВ), образовали сначала протобионты (-это произошло около 3,5–3,6 млрд лет назад). По данным ученых, это были термофильные бактерии — строматолиты.

Условия которые привели к появлению живой клетки:

1. Восстановительная первичная атмосфера, содержащая биогены, и высокоэнергетические воздействия на нее, что позволило осуществить синтез первичных органических молекул (мономеры - аминокислот, нуклеотидов, сахаров и др.) без последующего их сгорания (в кислороде).

2. Наличие жидкой воды — «матрицы жизни», растворившей и тем самым сохранившей указанные органические молекулы, а также липиды, жиры и пр. от разложения. Кроме того, она способствовала формированию замкнутых структур, содержащих воду (везикулы, липосомы) и способных избирательно включать в состав бислоя белки.