Курсовий проект
Оцінка токсичності сурми при використанні добрив і меліорантів в агроценозах
Зміст
Введення
1. Розподіл сурми в системі грунт-рослина в природних природних умовах і за антропогенного забруднення
1.1 Хімічні властивості сурми
1.2 Фонове вміст сурми в різних типах грунтів. Кларк в літосфері
1.3 Джерела надходження сурми в грунт в умовах антропогенного забруднення навколишнього природного
1.4 Фактори, що впливають на надходження сурми з грунту в рослини
1.4.1Почвенние фактори
1.4.2Свойства рослин
1.5 Нормування вмісту сурми в грунті, продукції рослинництва і пов'язаних з нею продуктах харчування
1.6 Біохімічна роль сурми в організмі тварин і людини. Фонові і порогові концентрації сурми в організмі людини
2. Токсичність сурми для організму людини при застосуванні комплексу добрив і меліорантів в агроценозах
2.1 Зміна концентрації сурми після одноразового застосування засобів хімізації
2.2 Динаміка концентрації сурми в грунті в результаті тривалого застосування засобів хімізації
2.3 Накопичення сурми в ланках трофічного ланцюга грунт-рослина-людина
Висновок
Введення
Активна господарська діяльність людини постійно завдає певної шкоди довкіллю. Відходами господарської діяльності забруднюються повітряний басейн, водні джерела та грунтовий покрив. Все це створює екологічні проблеми.
Серед безлічі проблем, що стоять нині перед людством, охорона навколишнього середовища займає, мабуть, одне з перших місць. Інтенсивна антропогенне навантаження на природні ресурси викликає зміна напрямів і темпів міграції мікроелементів, що входять у фоновий склад грунтів і вступників додатково з різних джерел забруднення.
Стійкість будь екосистеми визначається стійкістю грунтів, тобто здатністю грунту виконувати свої екологічні функції, які визначаються ступенем видержіваемості дедалі зростаючого техногенного впливу.
Основними джерелами забруднення грунтів і рослин є великі міста, населені пункти з викидами їх промислових підприємств і відходів виробництва, ненормований застосування в сільськогосподарському виробництві різного роду агрохімікатів, а також і всі сучасні транспортні засоби (повітряний, залізничний, морський і автомобільний). Серед численних забруднювачів природного середовища важкі метали вважаються найнебезпечнішими - до них умовно відносять хімічні елементи з атомною масою понад 50, які мають властивості металів або металоїдів.
У цій роботі оцінюється токсичність такого важкого металу як сурми, при використанні добрив і меліорантів в агроценозах.
1. Розподіл сурми в системі грунт-рослина в
природних умовах і за антропогенного забруднення
Сурма відома з глибокої давнини. У країнах Сходу вона уживалася приблизно за 3000 років до н.е. для виготовлення судин. У Стародавньому Єгипті вже в 19ст до н.е. порошок сурьмяного блиску (Sb 2 S 3) під назвою mesten або stem застосовувався для чорніння брів. У Стародавній Греції він був відомий як stimi і stibi, звідси латинська stibium. Близько 12-14 ст. н.е. з'явилася назва antimonium. У 1789 А. Лувазье включив сурму в список хімічних елементів під назвою antimoine (сучасний англійський antimony, іспанську та італійську antimonio, німецький antimon). Російська "сурма" пішла від турецького surme; їм позначався порошок свинцевого блиску PbS, також служив для чорніння брів (за іншими даними, «сурма» - від перської сурме - метал).
1.1 Хімічні властивості сурми
Сурма належить до п'ятої групи періодичної системи Д. І. Менделєєва і входить у підгрупу миш'яку. Атомна маса сурми дорівнює 121,75, атомний номер 51. Будова електронної оболонки 1s 2, 2s 2, 2p 6, 3s 2, 3p 6, 3d 10, 4s 2, 4p 6, 4d 10, 5s 2, 5p 3. Природна сурма складається з двох природних ізотопів 121 Sb (57,25%) і 123 Sb (42,75%).
Сурма - метал блискучого сірувато-білого кольору. З рідкого стану застигає в кристалічному вигляді. Крім кристалічної форми, відомі три аморфні форми - жовта, чорна і вибухова сурма. У звичайних умовах стійка тільки кристалічна сурма, вона сріблясто-білого кольору з синюватим відтінком. Чистий метал при повільному охолодженні під шаром шлаку утворює на поверхні голчасті кристали, що нагадує форму зірок.
Вибухова сурма (щільність 5,64-5,97 г / см 3) вибухає при будь-якому зіткненні: утворюється при електролізі розчину SbCl 3; чорна (щільність 5,3 г / см 3) - при швидкому охолодженні парів сурми; жовта - при пропущенні кисню у зріджений SbH 3. Жовта і чорна нестійкі, при знижених температурах переходять в звичайну. Найбільш стійка кристалічна сурма, кристалізується в трігональной системі, щільність 6,61-6,73 г / см 3 (рідкої - 6,55 г / см 3); t пл 630,5 ° C; t кип 1635 - 1645 ° C . Температурний коефіцієнт лінійного розширення для полікристалічної сурми 11,5 Ч10 6 при 0 - 100 ° C ; Питомий електроопір ( 20 ° C ) (43,045 Ч10 6 омЧсм); діамагнітних, питома магнітна сприйнятливість -0,66 Ч10 -6. На відміну від більшості металів, сурма тендітна, легко розколюється по площинах спайності, стирається в порошок і не піддається куванні (іноді її відносять до напівметалах). Механічні властивості залежать від чистоти металу. Твердість за Бринеллю для литого металу 325-340Мн / м 2; модуль пружності 285-300; межа міцності 86,0 Мн / м 2. У з'єднаннях проявляє ступені окислення головним чином +5, +3 і -3.
У хімічному відношенні сурма малоактивна. На повітрі не окислюється аж до температури плавлення. З азотом і воднем не реагує. Вуглець незначно розчиняється в розплавленої сурмі. Метал активно взаємодіє з хлором та іншими галогенами, утворюючи сурми галогеніди. З киснем взаємодіє при температурі вище 630 ° C з утворенням Sb 2 O 3. При сплаві з сіркою виходять сурми сульфіди, так само взаємодіє з фосфором і миш'яком. Стійка по відношенню до води і розбавлених кислот. Концентровані соляна і сірчана кислоти повільно розчиняють сурму з утворенням хлориду SbCl 3 та сульфату Sb 2 (SO 4) 3; концентрована азотна кислота окислює сурму до вищого оксиду, що утворюється у вигляді гідратованого з'єднання xSb 2 O 5 Чун 2 О. Практичний інтерес представляють важкорозчинні солі сурьмяной кислоти - антімонати (МеSbO 3 Ч3H 2 O, де Me - Na, К) і солі не виділеної метасурьмяністой кислоти - метаантімоніти (MeSbO 2 ЧЗН 2 О), що володіють відновні властивості. Сурма з'єднується з металами, утворюючи антимоніду.
1.2 Фонове вміст сурми в різних типах грунтів. Кларк в
літосфері
Середній вміст сурми в земній корі невелике (не перевищує 1 мг / кг) або 5 Ч10 -5% за масою. Виняток становлять глини, у яких концентрація Sb досягає 2 мг / кг. У геохімічному відношенні сурма має риси подібності з миш'яком, в меншій мірі - з вісмутом. У природних умовах зазвичай має валентність +3, рідше +5. Для неї характерно амфотерна поведінку.
Поведінка сурми в процесі вивітрювання вивчено недостатньо. Тим не менш, характер розподілу в водах, концентрації у вугіллі і зв'язок з гідроксидами заліза вказують на відносно високу її рухливість у навколишньому середовищі. У верхніх шарах грунтів вміст сурми коливається від 0,05 до 4,0 мг / кг, тобто порівнянно з рівнями в гірських породах. За даними Ведеполя, середній вміст сурми в грунтах становить 1 мг / кг, а загальна середня, розраховане на основі даних таблиці 1, так само 0,9 мг / кг.
Як і миш'як, сурма може бути пов'язана з родовищами кольорових металів, а в промислових районах вона, ймовірно, є забруднюючим навколишнє середовище речовиною. Наприклад, у грунтах поблизу заводу з виплавки міді відзначено високі змісту цього елемента, що досягають 200 мг / кг. Є дані про підвищені її концентраціях у повітрі близько різних плавильних заводів і в міських районах. Характер зміни сурми у верхньому шарі грунтів Норвегії ясно свідчить про техногенному забрудненні, пов'язаному з впливом дальнього атмосферного переносу.
Таблиця 1. Зміст сурми в поверхневому шарі грунтів різних
країн (мг / кг сухої маси)
Фонове вміст сурми у верхньому шарі грунтів СНД в мг / кг становить: дерново-підзолисті - 0,76, чорноземи - 0,99, торф'яні - 0,28.
Сурма - один з доступних металів внаслідок наявності її руд і металів, крім того, вона міститься у вигляді домішок в рудах багатьох інших металів, при переробці яких її виділяють в якості побічного продукту.
У природі найбільш часто зустрічаються сполуки тривалентної позитивно зарядженої сурми (сульфіди, тиосоли, антимонітом, триоксид), потім тривалентної негативно зарядженої (антимоніду). З'єднання пятивалентной сурми в природі зустрічаються дуже рідко.
З мінералів містять сурму, найбільш поширеним є сурм'яний блиск (стибію, антимоніт) Sb 2 S 3. знаходиться він в гідротермальних родовищах у вигляді жив сурм'яних руд і пластообразних тел.
1.3 Джерела надходження сурми в грунт в умовах
антропогенного забруднення навколишнього природного середовища
Грунт - вельми специфічний компонент біосфери, оскільки вона не тільки геохимически акумулює компоненти забруднень, але й виступає як природний буфер, контролюючий перенесення хімічних елементів з'єднань в атмосферу, гідросферу і живу речовину. Мікроелементи, що надходять з різних джерел, потрапляють в кінцевому підсумку на поверхню грунту, і їх подальша доля залежить від її хімічних і фізичних властивостей.
В умовах антропогенного забруднення навколишнього природного середовища основними джерелами надходження сурми в грунт є:
- Чорна та кольорова металургія - вироблення сплавів, переробка Вторкольормет;
- Приладобудування - електротехнічне виробництво;
- Хімічна промисловість - виробництво лакокрасок.
Серед джерел можливого техногенного забруднення грунтів сільськогосподарських угідь і рослин у науковій і особливо популярній літературі називаються мінеральні і вапняні добрива. Конкретних експериментальних і виробничих даних про фактичне дії добрив на забруднення грунтового середовища та рослинної продукції зовсім недостатньо. Відсутні також систематизовані дані про хімічний склад мінеральних і вапняних добрив.
Слід зазначити, що сурма, може утворювати леткі сполуки, і таким чином можливий повітряний перенесення її на великі відстані від промислових районів.
1.4 Фактори, що впливають на надходження хімічного
елемента з грунту в рослину
В даний час мало відомо про механізми накопичення рослинами важких металів, тому що до цих пір основна увага приділялася засвоєнню сполук азоту, фосфору та інших елементів живлення з грунту.
Крім того, порівняння польових та модельних досліджень показало, що забруднення грунтів та навколишнього середовища (змочування листових пластинок солями важких металів) у польових умовах робить менш значна зміна в рості і розвитку рослин, ніж у лабораторних модельних дослідах. У деяких дослідах високий вміст металів у грунті стимулювало ріст і розвиток рослин. Це пов'язано з тим, що більш низька вологість грунту в польових умовах знижує мобільність металів, і це не дозволяє їх токсичного ефекту проявитися повною мірою. З іншого боку, це може бути пов'язано зі зменшенням токсичності грунту, обумовленого діяльністю грунтових мікроорганізмів в результаті зниження їх чисельності при забрудненні грунту металами. Крім того, це явище можна пояснити непрямим впливом важких металів, наприклад, через вплив їх на деякі біохімічні процеси в грунті, в результаті чого можливе поліпшення поживного режиму рослин.
Таким чином, дія металів на рослинний організм залежить від природи елемента, утримання його в навколишньому середовищі, характеру грунту, форми хімічної сполуки, терміну від часу забруднення. Формування хімічного складу рослинного організму визначається біохімічними особливостями різних видів організмів, їх віком та біохімічними закономірностями зв'язку між елементами в організмі. Зміст одних і тих же хімічних елементів у різних частинах рослин може змінюватися в широких межах.
1.4.1 Грунтові чинники
Концентрація сурми в грунті в середньому становить 1 мг / кг. При вивітрюванні у відновних умовах середовища з перемінним потенціалом показує середню ступінь рухливості. Значення рH при якому сурма найбільш рухлива в літературних джерелах не вказано.
Вміст гумусу в грунтах безпосередньо пов'язане з їх здатністю адсорбувати важкі метали, оскільки останні добре поглинаються органічною речовиною грунту. Важкі метали здатні утворювати складні комплексні сполуки з органічною речовиною грунту, тому в грунтах з високим вмістом гумусу вони менш доступні для поглинання рослинами.
Гласкотером та ін був розрахований індекс спорідненості мікроелементів до органічних сполук в різноманітних зразках вугілля, згідно з яким сурма стосується елементів з малим спорідненістю, але присутнім у всіх органічних фракціях.
Катіонообмінної здатність обумовлена змістом і мінералогічним складом мулистій фракції, а також вмістом органічної речовини. Чим вище ємність катіонного обміну, тим більше утримуюча здатність грунтів по відношенню до важких металів, що знижує їх доступність рослинам і живим організмам.
Надлишок вологи в грунті сприяє появі важких металів в низького ступеня окислення і в більш розчинних формах. Анаеробні умови підвищують доступність важких металів рослинам.
Поведінка сурми в залежності від мінералогічного складу грунту вивчено недостатньо, в літературних джерелах, даних з цього питання не надано.
1.4.2 Властивості рослин
Головний шлях надходження металів у рослини - це абсорбція корінням. Тому грунтова середовище - основне джерело елементів для рослин, коренева система яких може поглинати важкі метали активно (метаболічно) і пасивно (неметаболіческі). У більшості випадків швидкість поглинання елементів позитивно корелює з вмістом їх доступних форм. На цю головну закономірність впливають ряд чинників:
- Реакція середовища,
- Концентрація кальцію, магнію та інших іонів,
- Такі властивості грунтового середовища як температура, аерація, окислювально-відновний потенціал,
- Вид рослин і стадія його розвитку.
Тому залежність між рівнем забруднення грунту важкими металами та інтенсивністю їх надходження в рослини є складною і не носить функціонального характеру. Пояснюється це тим, що не всі рослини мають однакову здатність накопичувати важкі метали. Ця властивість пов'язана з наявністю у рослин в різного ступеня вираженості різних фізіолого-біохімічних захисних механізмів, що перешкоджають надходженню токсичних елементів.
Незважаючи на істотну мінливість в спроможності різних рослин до накопичення важких металів, біоакумуляція елементів має певну тенденцію.
В даний час накопичено, на жаль недостатньо експериментальних даних за вмістом важких металів у рослинах.
Сурма не вважається життєво необхідним металом, але відомо, що її розчинні форми активно беруться рослинами з грунтів. Так за даними Шаклетта та ін, вміст сурми в тканинах дерев і чагарників, які ростуть у районах рудної мінералізації, становить 7-50 мг / кг сухої маси, при цьому її середній вміст в наземних рослинах оцінюється в 0,06 мг / кг сухої маси . У їстівних рослинах концентрація сурми коливається в межах 0,02-4,30 мкг / кг важливою маси, причому більш високі рівні характерні для капусти, а найнижчі для яблук. За даними Лаула та ін, вміст сурми в зерні кукурудзи і бульбах картоплі не перевищувало 2 мкг / кг сухої маси, а в травах досягало 29 мкг / кг. Отримано дані, згідно яким концентрація цього елемента в кореневій системі ячменю і льону рівні 122 і 167 мкг / кг сухої маси відповідно, що значно вище змістів в листі, де вони становлять 10 і 27 мкг / кг сухої маси.
Оцінка токсичності сурми при використанні добрив і меліорантів в агроценозах
Зміст
Введення
1. Розподіл сурми в системі грунт-рослина в природних природних умовах і за антропогенного забруднення
1.1 Хімічні властивості сурми
1.2 Фонове вміст сурми в різних типах грунтів. Кларк в літосфері
1.3 Джерела надходження сурми в грунт в умовах антропогенного забруднення навколишнього природного
1.4 Фактори, що впливають на надходження сурми з грунту в рослини
1.4.1Почвенние фактори
1.4.2Свойства рослин
1.5 Нормування вмісту сурми в грунті, продукції рослинництва і пов'язаних з нею продуктах харчування
1.6 Біохімічна роль сурми в організмі тварин і людини. Фонові і порогові концентрації сурми в організмі людини
2. Токсичність сурми для організму людини при застосуванні комплексу добрив і меліорантів в агроценозах
2.1 Зміна концентрації сурми після одноразового застосування засобів хімізації
2.2 Динаміка концентрації сурми в грунті в результаті тривалого застосування засобів хімізації
2.3 Накопичення сурми в ланках трофічного ланцюга грунт-рослина-людина
Висновок
Введення
Активна господарська діяльність людини постійно завдає певної шкоди довкіллю. Відходами господарської діяльності забруднюються повітряний басейн, водні джерела та грунтовий покрив. Все це створює екологічні проблеми.
Серед безлічі проблем, що стоять нині перед людством, охорона навколишнього середовища займає, мабуть, одне з перших місць. Інтенсивна антропогенне навантаження на природні ресурси викликає зміна напрямів і темпів міграції мікроелементів, що входять у фоновий склад грунтів і вступників додатково з різних джерел забруднення.
Стійкість будь екосистеми визначається стійкістю грунтів, тобто здатністю грунту виконувати свої екологічні функції, які визначаються ступенем видержіваемості дедалі зростаючого техногенного впливу.
Основними джерелами забруднення грунтів і рослин є великі міста, населені пункти з викидами їх промислових підприємств і відходів виробництва, ненормований застосування в сільськогосподарському виробництві різного роду агрохімікатів, а також і всі сучасні транспортні засоби (повітряний, залізничний, морський і автомобільний). Серед численних забруднювачів природного середовища важкі метали вважаються найнебезпечнішими - до них умовно відносять хімічні елементи з атомною масою понад 50, які мають властивості металів або металоїдів.
У цій роботі оцінюється токсичність такого важкого металу як сурми, при використанні добрив і меліорантів в агроценозах.
1. Розподіл сурми в системі грунт-рослина в
природних умовах і за антропогенного забруднення
Сурма відома з глибокої давнини. У країнах Сходу вона уживалася приблизно за 3000 років до н.е. для виготовлення судин. У Стародавньому Єгипті вже в 19ст до н.е. порошок сурьмяного блиску (Sb 2 S 3) під назвою mesten або stem застосовувався для чорніння брів. У Стародавній Греції він був відомий як stimi і stibi, звідси латинська stibium. Близько 12-14 ст. н.е. з'явилася назва antimonium. У 1789 А. Лувазье включив сурму в список хімічних елементів під назвою antimoine (сучасний англійський antimony, іспанську та італійську antimonio, німецький antimon). Російська "сурма" пішла від турецького surme; їм позначався порошок свинцевого блиску PbS, також служив для чорніння брів (за іншими даними, «сурма» - від перської сурме - метал).
1.1 Хімічні властивості сурми
Сурма належить до п'ятої групи періодичної системи Д. І. Менделєєва і входить у підгрупу миш'яку. Атомна маса сурми дорівнює 121,75, атомний номер 51. Будова електронної оболонки 1s 2, 2s 2, 2p 6, 3s 2, 3p 6, 3d 10, 4s 2, 4p 6, 4d 10, 5s 2, 5p 3. Природна сурма складається з двох природних ізотопів 121 Sb (57,25%) і 123 Sb (42,75%).
Сурма - метал блискучого сірувато-білого кольору. З рідкого стану застигає в кристалічному вигляді. Крім кристалічної форми, відомі три аморфні форми - жовта, чорна і вибухова сурма. У звичайних умовах стійка тільки кристалічна сурма, вона сріблясто-білого кольору з синюватим відтінком. Чистий метал при повільному охолодженні під шаром шлаку утворює на поверхні голчасті кристали, що нагадує форму зірок.
Вибухова сурма (щільність 5,64-5,97 г / см 3) вибухає при будь-якому зіткненні: утворюється при електролізі розчину SbCl 3; чорна (щільність 5,3 г / см 3) - при швидкому охолодженні парів сурми; жовта - при пропущенні кисню у зріджений SbH 3. Жовта і чорна нестійкі, при знижених температурах переходять в звичайну. Найбільш стійка кристалічна сурма, кристалізується в трігональной системі, щільність 6,61-6,73 г / см 3 (рідкої - 6,55 г / см 3); t пл 630,5 ° C; t кип 1635 -
У хімічному відношенні сурма малоактивна. На повітрі не окислюється аж до температури плавлення. З азотом і воднем не реагує. Вуглець незначно розчиняється в розплавленої сурмі. Метал активно взаємодіє з хлором та іншими галогенами, утворюючи сурми галогеніди. З киснем взаємодіє при температурі вище
1.2 Фонове вміст сурми в різних типах грунтів. Кларк в
літосфері
Середній вміст сурми в земній корі невелике (не перевищує 1 мг / кг) або 5 Ч10 -5% за масою. Виняток становлять глини, у яких концентрація Sb досягає 2 мг / кг. У геохімічному відношенні сурма має риси подібності з миш'яком, в меншій мірі - з вісмутом. У природних умовах зазвичай має валентність +3, рідше +5. Для неї характерно амфотерна поведінку.
Поведінка сурми в процесі вивітрювання вивчено недостатньо. Тим не менш, характер розподілу в водах, концентрації у вугіллі і зв'язок з гідроксидами заліза вказують на відносно високу її рухливість у навколишньому середовищі. У верхніх шарах грунтів вміст сурми коливається від 0,05 до 4,0 мг / кг, тобто порівнянно з рівнями в гірських породах. За даними Ведеполя, середній вміст сурми в грунтах становить 1 мг / кг, а загальна середня, розраховане на основі даних таблиці 1, так само 0,9 мг / кг.
Як і миш'як, сурма може бути пов'язана з родовищами кольорових металів, а в промислових районах вона, ймовірно, є забруднюючим навколишнє середовище речовиною. Наприклад, у грунтах поблизу заводу з виплавки міді відзначено високі змісту цього елемента, що досягають 200 мг / кг. Є дані про підвищені її концентраціях у повітрі близько різних плавильних заводів і в міських районах. Характер зміни сурми у верхньому шарі грунтів Норвегії ясно свідчить про техногенному забрудненні, пов'язаному з впливом дальнього атмосферного переносу.
Таблиця 1. Зміст сурми в поверхневому шарі грунтів різних
країн (мг / кг сухої маси)
| Грунти | Країна | Межі коливань | Середнє |
| Підзоли і піщані грунти | Канада | 0,05-1,33 | 0,19 |
| Великобританія | 0,34-0,44 | - | |
| Суглинні і глинисті грунти | Канада | 0,05-2,00 | 0,76 |
| Грунти на основних породах | Великобританія | 0,29-0,62 | - |
| Флювіосолі | Болгарія | - | 0,82 |
| Чорноземи | Болгарія | - | 0,99 |
| Гістосолі | Канада | 0,08-0,61 | 0,28 |
| Лісові грунту | Болгарія | 1,25-2,32 | 1,77 |
| Різні типи грунтів | Нігерія | 1,00-2,00 | - |
| Канада | 0,29-4,00 | 1,67 | |
| Великобританія | 0,56-1,30 | 0,81 | |
| Норвегія | 0,17-2,20 | 0,61 | |
| США | 0,25-0,60 | - |
Сурма - один з доступних металів внаслідок наявності її руд і металів, крім того, вона міститься у вигляді домішок в рудах багатьох інших металів, при переробці яких її виділяють в якості побічного продукту.
У природі найбільш часто зустрічаються сполуки тривалентної позитивно зарядженої сурми (сульфіди, тиосоли, антимонітом, триоксид), потім тривалентної негативно зарядженої (антимоніду). З'єднання пятивалентной сурми в природі зустрічаються дуже рідко.
З мінералів містять сурму, найбільш поширеним є сурм'яний блиск (стибію, антимоніт) Sb 2 S 3. знаходиться він в гідротермальних родовищах у вигляді жив сурм'яних руд і пластообразних тел.
1.3 Джерела надходження сурми в грунт в умовах
антропогенного забруднення навколишнього природного середовища
Грунт - вельми специфічний компонент біосфери, оскільки вона не тільки геохимически акумулює компоненти забруднень, але й виступає як природний буфер, контролюючий перенесення хімічних елементів з'єднань в атмосферу, гідросферу і живу речовину. Мікроелементи, що надходять з різних джерел, потрапляють в кінцевому підсумку на поверхню грунту, і їх подальша доля залежить від її хімічних і фізичних властивостей.
В умовах антропогенного забруднення навколишнього природного середовища основними джерелами надходження сурми в грунт є:
- Чорна та кольорова металургія - вироблення сплавів, переробка Вторкольормет;
- Приладобудування - електротехнічне виробництво;
- Хімічна промисловість - виробництво лакокрасок.
Серед джерел можливого техногенного забруднення грунтів сільськогосподарських угідь і рослин у науковій і особливо популярній літературі називаються мінеральні і вапняні добрива. Конкретних експериментальних і виробничих даних про фактичне дії добрив на забруднення грунтового середовища та рослинної продукції зовсім недостатньо. Відсутні також систематизовані дані про хімічний склад мінеральних і вапняних добрив.
Слід зазначити, що сурма, може утворювати леткі сполуки, і таким чином можливий повітряний перенесення її на великі відстані від промислових районів.
1.4 Фактори, що впливають на надходження хімічного
елемента з грунту в рослину
В даний час мало відомо про механізми накопичення рослинами важких металів, тому що до цих пір основна увага приділялася засвоєнню сполук азоту, фосфору та інших елементів живлення з грунту.
Крім того, порівняння польових та модельних досліджень показало, що забруднення грунтів та навколишнього середовища (змочування листових пластинок солями важких металів) у польових умовах робить менш значна зміна в рості і розвитку рослин, ніж у лабораторних модельних дослідах. У деяких дослідах високий вміст металів у грунті стимулювало ріст і розвиток рослин. Це пов'язано з тим, що більш низька вологість грунту в польових умовах знижує мобільність металів, і це не дозволяє їх токсичного ефекту проявитися повною мірою. З іншого боку, це може бути пов'язано зі зменшенням токсичності грунту, обумовленого діяльністю грунтових мікроорганізмів в результаті зниження їх чисельності при забрудненні грунту металами. Крім того, це явище можна пояснити непрямим впливом важких металів, наприклад, через вплив їх на деякі біохімічні процеси в грунті, в результаті чого можливе поліпшення поживного режиму рослин.
Таким чином, дія металів на рослинний організм залежить від природи елемента, утримання його в навколишньому середовищі, характеру грунту, форми хімічної сполуки, терміну від часу забруднення. Формування хімічного складу рослинного організму визначається біохімічними особливостями різних видів організмів, їх віком та біохімічними закономірностями зв'язку між елементами в організмі. Зміст одних і тих же хімічних елементів у різних частинах рослин може змінюватися в широких межах.
1.4.1 Грунтові чинники
Концентрація сурми в грунті в середньому становить 1 мг / кг. При вивітрюванні у відновних умовах середовища з перемінним потенціалом показує середню ступінь рухливості. Значення рH при якому сурма найбільш рухлива в літературних джерелах не вказано.
Вміст гумусу в грунтах безпосередньо пов'язане з їх здатністю адсорбувати важкі метали, оскільки останні добре поглинаються органічною речовиною грунту. Важкі метали здатні утворювати складні комплексні сполуки з органічною речовиною грунту, тому в грунтах з високим вмістом гумусу вони менш доступні для поглинання рослинами.
Гласкотером та ін був розрахований індекс спорідненості мікроелементів до органічних сполук в різноманітних зразках вугілля, згідно з яким сурма стосується елементів з малим спорідненістю, але присутнім у всіх органічних фракціях.
Катіонообмінної здатність обумовлена змістом і мінералогічним складом мулистій фракції, а також вмістом органічної речовини. Чим вище ємність катіонного обміну, тим більше утримуюча здатність грунтів по відношенню до важких металів, що знижує їх доступність рослинам і живим організмам.
Надлишок вологи в грунті сприяє появі важких металів в низького ступеня окислення і в більш розчинних формах. Анаеробні умови підвищують доступність важких металів рослинам.
Поведінка сурми в залежності від мінералогічного складу грунту вивчено недостатньо, в літературних джерелах, даних з цього питання не надано.
1.4.2 Властивості рослин
Головний шлях надходження металів у рослини - це абсорбція корінням. Тому грунтова середовище - основне джерело елементів для рослин, коренева система яких може поглинати важкі метали активно (метаболічно) і пасивно (неметаболіческі). У більшості випадків швидкість поглинання елементів позитивно корелює з вмістом їх доступних форм. На цю головну закономірність впливають ряд чинників:
- Реакція середовища,
- Концентрація кальцію, магнію та інших іонів,
- Такі властивості грунтового середовища як температура, аерація, окислювально-відновний потенціал,
- Вид рослин і стадія його розвитку.
Тому залежність між рівнем забруднення грунту важкими металами та інтенсивністю їх надходження в рослини є складною і не носить функціонального характеру. Пояснюється це тим, що не всі рослини мають однакову здатність накопичувати важкі метали. Ця властивість пов'язана з наявністю у рослин в різного ступеня вираженості різних фізіолого-біохімічних захисних механізмів, що перешкоджають надходженню токсичних елементів.
Незважаючи на істотну мінливість в спроможності різних рослин до накопичення важких металів, біоакумуляція елементів має певну тенденцію.
В даний час накопичено, на жаль недостатньо експериментальних даних за вмістом важких металів у рослинах.
Сурма не вважається життєво необхідним металом, але відомо, що її розчинні форми активно беруться рослинами з грунтів. Так за даними Шаклетта та ін, вміст сурми в тканинах дерев і чагарників, які ростуть у районах рудної мінералізації, становить 7-50 мг / кг сухої маси, при цьому її середній вміст в наземних рослинах оцінюється в 0,06 мг / кг сухої маси . У їстівних рослинах концентрація сурми коливається в межах 0,02-4,30 мкг / кг важливою маси, причому більш високі рівні характерні для капусти, а найнижчі для яблук. За даними Лаула та ін, вміст сурми в зерні кукурудзи і бульбах картоплі не перевищувало 2 мкг / кг сухої маси, а в травах досягало 29 мкг / кг. Отримано дані, згідно яким концентрація цього елемента в кореневій системі ячменю і льону рівні 122 і 167 мкг / кг сухої маси відповідно, що значно вище змістів в листі, де вони становлять 10 і 27 мкг / кг сухої маси.
У міру збільшення вмісту важких металів у грунті до дуже високого рівня концентрація їх у різних органах збільшується. Але при цьому зберігається співвідношення між вмістом важких металів у коренях, стеблах, листках і репродуктивних органах.
Видові особливості культур визначають розподіл металів по органах. Коріння рослин до певної межі забезпечують захист надземних органів. Якщо, незважаючи на захисну функцію коренів, токсикант проникає в стебло і листя, то рослина здатна обмежити його надходження в репродуктивні органи.
При прогнозуванні надходження важких металів у рослини слід брати до уваги розходження в змісті металів в культурах, вирощених на різних типах грунтів.
У кореневій системі деяких рослин, які ростуть на торф'яних грунтах, вміст сурми в кілька разів нижча, тоді як в листках вони були близькі до наведених вище.
Дані про фітотоксичності сурми відсутні; тим не менш, у рослинах на грунтах, забруднених промисловими викидами або в результаті застосування осаду стічних вод, утримання сурми можуть бути високими. Коефіцієнти накопичення не представлені.
1.5 Нормування вмісту сурми в грунті, продукції
рослинництва і пов'язаних з нею продуктах харчування
Нормування вмісту важких металів у грунті і рослинах є надзвичайно складним з-за неможливості повного врахування всіх факторів природного середовища. Так, зміна тільки агрохімічних властивостей грунту (реакції середовища, вмісту гумусу, ступеня насиченості основами, гранулометричного складу) може в кілька разів зменшити або збільшити вміст важких металів у рослинах. Є суперечливі дані навіть про фоновому вмісті деяких металів. Наведені дослідниками результати різняться іноді в 5-10 разів.
Валовий зміст є чинником ємності, що відображає в першу чергу потенційну небезпеку забруднення рослинної продукції, інфільтраційних і поверхневих вод. Характеризує загальну забрудненість грунту, але не відображає ступеня доступності елементів для рослини. Для сурми ГДК до валового формі складає з урахуванням фону 4,5 мг / кг грунту.
Рухомі форми визначають, використовуючи різні екстрагенту. Загальна кількість рухомого форми металу - застосовуючи кислотну витяжку (наприклад, 1н HCL). У ацетатно-амонійний буфер переходить найбільш мобільна частина рухомих запасів важких металів у грунті. Концентрація металів у водній витяжці показує ступінь рухливості елементів у грунті, будучи найбільш небезпечною і "агресивною" фракцією. Гранично допустимий вміст рухомий форми сурми в грунті дорівнює 15 мг / кг, екстрагент 1н. HCl (Х. Чулджіян та ін, 1988).
Клас небезпеки сурми - II.
Гранично допустимі концентрації продукти харчування (мг / кг) (інститут харчування РАН, 1986 р .): Зерно, крупа, борошно, крохмаль - 0,1, овочі, фрукти, ягоди - 0,3.
1.6 Біохімічна роль сурми в організмі тварин і
людини. Фонові і порогові концентрації сурми в
організмі людини
Біохімічна роль сурми для організму людини і тварин до теперішнього часу не встановлена. Окремі дослідження показують, що сурма міститься не тільки в цілісній клітці, але і входить до складу всіх клітинних утворень: цитоплазми, ядра, мітохондрій, мікросом у кількості, відповідно 0,8 мкг, 1,3 мкг, 0,1 і 0,2 мкг. З наведених даних можна припустити, що сурма є постійним компонентом живих організмів, проте чи грає вона будь-яку біологічну роль поки невідомо.
Зміст сурми (на 100 г сухої речовини) складає в морських тварин 0,02 мг, у наземних тварин 0,0006 мг. В організм тварин і людини надходить через органи дихання або шлунково-кишковий тракт. Виділяється головним чином з фекаліями, у незначній кількості - з сечею. Вона вибірково концентрується в щитовидній залозі, печінці, селезінці. В еритроцитах накопичується переважно в ступені окислення +3, у плазмі крові - в ступені окислення +5. Гранично допустима концентрація сурми 10 -5 - 10 - 7 г на 100 г сухої тканини. При більш високій концентрації цей елемент інактивує ряд ферментів ліпідного, вуглеводного і білкового обміну (можливо в результаті блокування сульфгідрильних груп).
У медичній практиці препарати сурми (солюсурьмін та ін) використовують в основному для лікування лейшманіозу і деяких гельмінтозів.
Сурма та її сполуки отруйні. Отруєння можливі при виплавці концентрату сурм'яних руд і у виробництві сплавів. При гострих отруєннях - подразнення слизових оболонок верхніх дихальних шляхів, очей, а також шкіри. Можуть розвинутися дерматит, кон'юнктивіт. Лікування: антидоти, сечогінні та потогінні засоби. Профілактика - механізація виробничих процесів, ефективна вентиляція.
2. Токсичність сурми для організму людини при застосуванні
комплексу добрив і меліорантів в агроценозах
2.1 Зміна концентрації сурми в грунті після
одноразової застосування засобів хімізації
Для визначення зміни концентрації сурми в грунті, наводиться приклад використання під картоплю комплексу добрив. Комплекс добрив представлений аміачною селітрою, сульфатом калію і простим суперфосфатом, який містить у своєму складі сурму в кількості 20,0 мг / кг сухої маси. Грунт в досвіді дерново-підзолистий, її агрохімічна характеристика представлена далі.
Таблиця 2. Агрохімічна характеристика дерново-підзолистого
грунту (орний горизонт)
Подану грунт можна віднести до слабоокультуренних. Для неї характерний низький вміст гумусу, загального азоту і фосфору. За ступенем обмінної кислотності вона відноситься до сильнокислому грунтам. У складі поглинених катіонів переважають іони H + і Al 3 +. Гранулометричний склад - легкий суглинок. На даному грунті необхідне застосування комплексу мінеральних добрив, а також проведення вапнування.
Використовувана в досвіді культура - картопля.
Картопля - багаторічна трав'яниста рослина клубненосное, але в культурі використовується як однорічна, тому що весь життєвий цикл його, починаючи від проростання бульби і закінчуючи освітою та формуванням зрілих бульб, відбувається за один вегетаційний період.
Розмножують картоплю зазвичай вегетативним шляхом - бульбами. Його з успіхом можна розмножувати і частинами бульб, а також паростками і живцями.
Картопля належить до сімейства Пасльонові (Solanaceae), роду Solanum, об'єднуючого десятки диких і культурних видів і серед них Solanum tuberosum L. - вид, що отримав саме широке поширення в культурі. Інші види картоплі, що відрізняються багатьма цінними біологічними та господарсько-корисними ознаками, часто використовуються в селекції при виведенні нових сортів.
Стебла картоплі здебільшого прямостоячі, рідше - відхиляються в бік. Забарвлення стебел зелена. Стебла ребристі, трьох-або чотиригранні, в різній мірі опушені. Кущ частіше складається з 4-8 облистяний стебел. Листя, що з'являються при проростанні бульб (або насіння), прості, цельнокрайниє. У міру зростання рослини утворюються прерывистонепарноперисторассеченные листя. Квітки картоплі зібрані в суцвіття, що представляють собою розбіжні завитки, розташовані на загальному, різної довжини квітконосі. Квітконіжка зчленований. Квітки п'ятерній типу. Забарвлення віночка різноманітна: біла, синя, темно-синьо-фіолетова, червоно-фіолетова з різними відтінками. Плід - двухгнездная багатонасінні соковита зелена ягода кулястої або овальної форми. Коренева система картоплі, вирощеної з бульби, мичкувата. Вона являє собою сукупність кореневих систем окремих стебел. Має паросткові (глазковиє), або первинні, коріння, що утворюються на початку проростання бульб, прістолонние коріння, що з'являються протягом усього періоду вегетації і розташовані групами по 4-5 біля кожного столона, і столони коріння, що знаходяться на столонах. Коріння проникають у грунт порівняно неглибоко. Близько половини їх розташовано в орному шарі, від 22 до 38% проникають глибше, окремі корені йдуть на глибину до 150 см .
Картопля - культура помірного клімату, погано реагує на температуру грунту нижче 7 ... 8 0 С, в той же час сильно пригнічується вже при температурах понад 25 ° С. До вологості грунту ця культура дуже вимоглива. Потреба в ній змінюється за фазами росту. Критичний період - початок цвітіння. Транспіраціонний коефіцієнт картоплі дорівнює 400-550, хоча іноді змінюється від 167 до 659. За сучасною фотоперіодичної класифікації рослин культурні сорти картоплі відносять до короткодневним рослинам, тобто до таких, для розвитку яких короткий день не є суворо обов'язковим, але в умовах середніх широт прискорює їх розвиток.
У складі сухої речовини картоплі виявлено 26 різних хімічних елементів. Проте в умовах більшості грунтово-кліматичних зон країни картопля найбільш часто відчуває потребу в трьох основних елементах живлення - азоту, фосфору і калію. А.Г. Лорх на підставі багатьох дослідів встановив, що в 1 т урожаю бульб картоплі з відповідною кількістю бадилля (0,4 т) і кореневих залишків міститься: N - 4,8 кг ; P 2 Os - 2,2 кг і К2О- 10,3 кг .
За даними дослідів багатьох інших вчених, в середньому можна вважати, що картопля виносить з грунту на кожні 100 ц бульб і відповідної кількості гички 50 кг N, 20 Р2О5, 90 К2О, близько 40 СаО і 20 кг MgO.Такім чином, з основних елементів живлення він споживає найбільше калію, потім азоту і менше фосфору, що необхідно враховувати при розрахунку норм добрив.
Картопля - культура пухких грунтів. Інтенсивність дихання його коренів складає 7-12 мл кисню за 1 год на 1 г сухої речовини коренів, що в 5 разів вище інтенсивності дихання коренів соняшника та інших культур. Цим пояснюється висока вимогливість картоплі до пористості грунту. Коріння у рослин, вирощуваних у пухкому грунті (щільність 1,10 г / см 3), добре гілкуються, пронизують весь орний шар і йдуть у підорним.
Дози поживних речовин для отримання максимального врожаю картоплі на представленій дерново-підзолистого слабоокультуренних грунті визначаємо за даними СЗНІІСХ.
Таблиця 3. Кількість поживних речовин, необхідне для
отримання максимального врожаю картоплі.
Наступним важливим етапом у проведенні досвіду є характеристика застосовуваних добрив.
Аміачна селітра NH 4 NO 3 - кристалічна сіль білого кольору з сірувато-жовтим відтінком, гранульована, добре розчиняється у воді, 34% діючої речовини. Поєднуються дві форми азоту, одна з яких легко рухається, а інша менш. Фізіологічно кисле добриво.
Суперфосфат Ca (H 2 PO 4) 2 - являє собою суміш темно-сірих гранул з бурим відтінком, має багато домішок, д.р. - 20%. Фізіологічно кисле добриво.
Сірчанокислий калій Ka 2 SO 4 - білий кристалічний порошок, д.р. -46%.
У таблиці 4 представлено перерахунок добрив на фізичну масу.
Таблиця 4. Характеристика застосовуваних добрив
Масу орного шару розраховуємо виходячи з агрохімічної характеристики грунту: 10000 м 2 * 0,20 м * 1,25 т / м 3 = 2500 т / га.
Дозу вапна визначаємо для повної нейтралізації гідролітичної кислотності за формулою:
Д = Нг * 500 * Мп/1000 000 000, де
Д - доза СаСО 3, т / га;
500 - кількість СаСО 3, необхідне для нейтралізації 1мг-екв Нг в 1 кг грунту;
Мп - маса орного шару на 1 га , Кг / га;
1000 000 000 - коефіцієнт для перекладу мг СаСО 3 в т.
Д = 5 * 500 * 2500 000/1000 000 000 = 6,25 т / га.
В якості вапняного добрива використовуємо вапняну муку, що складається на 100% з СаСО 3. Зміст сурми становить 0,10 мг / кг сухої маси.
Розрахунок зміни концентрації сурми в грунті в результаті одноразової внесення суми добрив і меліорантів.
Визначаємо за формулою:
Сп = З + Σ Муi (Суi - Зі) / Мп, де
Сп - концентрація хімічного елемента в грунті після добрива і меліоранту, мг / кг;
Со - концентрація хімічного елемента в грунті до внесення добрив, мг / кг;
Муi - фізична маса добрив, кг / га;
Суi - концентрація елемента в добриві, мг / кг
Сп = 0,3 + 400 (20-3) / 2500 000 + 6250 (0,1-0,3) / 2500000 = 0,3 мг/100 р.
Таким чином, після застосування простого суперфосфату і вапнякового борошна, що містять у своєму складі домішка сурми, на грунті з концентрацією сурми 3мг/кг, концентрація сурми залишиться колишньою.
2.2 Динаміка концентрації екотоксикантів в грунті в результаті
тривалого застосування засобів хімізації
Концентрація домішкового елемента в грунті розраховується на момент насичення грунту макроелементом після тривалого застосування добрив. У зв'язку з цим пропонується розрахунок часу, за який концентрація фосфору (як найменш мігруючого макроелементи) досягне оптимального для рослин рівня в грунті. Для картоплі на легкосуглинистой грунті він дорівнює 18 мг/100г грунту Р 2 О 5.
t = - 1 / λ * ln (1 - λ (Сп-Со) Мп / (Cу-Со) Му, де
t - час, за який концентрація макроелементу в грунті досягне заданої величини, року;
Со, Су - концентрація фосфору в грунті до внесення добрив і в добривах, мг/100г;
Сп - задана оптимальна величина концентрації фосфору в грунті, мг/100 г;
Мп, Му - маса грунту і фізична маса добрив, кг / га;
λ - постійна швидкості виносу елемента з грунту, що дорівнює сумі λ пв + λ ФВ + λ ур, що позначають постійні швидкостей виносу елемента поверхневими водами, фільтруючими водами і урожаєм відповідно.
t = -1 / 0,14 * ln (1-0,14 * (18-10) * 2500 000 / (20000-10) * 400 = 3 року
За допомогою експоніціальной моделі накопичення елементів у грунті можна оцінити концентрацію домішкового елемента в грунті після тривалої експлуатації сільськогосподарських угідь, результатом якої стало досягнення оптимальної концентрації фосфору в орному шарі грунту.
Cn = Co +1 / λ (1-e-λt) Σ ((Суi-Co) Myi / Mo), де
Cn - концентрація домішкового елемента в грунті після експлуатації сільськогосподарських угідь протягом часу (t), мг / кг;
Со - концентрація домішкового елемента до внесення добрив, мг/100 г;
Суi - концентрація домішкового елемента в кожному внесена матеріалі, мг/100 г;
λ - постійна швидкості виносу елемента з грунту;
t - період часу, протягом якого концентрація фосфору в грунті досягла оптимального для рослин значення, року.
Сп = 0,3 +1 / 0,1 (1-е -0,1 * 3) * (2-0,3) 400/2500 000 = 0,3 мг/100 р.
Висновок - після тривалого застосування мінеральних добрив на сільськогосподарських угіддях, при досягненні оптимальної концентрації фосфору, концентрація сурми в грунті не зміниться.
2.3 Накопичення домішкового елемента в ланках трофічного ланцюга
грунт-рослина-людина. Індекс ризику
Важливим параметром міграції хімічного елемента в системі грунт-рослина є коефіцієнт накопичення. Знання коефіцієнта накопичення дозволяє визначити його винос урожаєм, концентрацію у продукції рослинництва, тобто оцінити якість врожаю, прогнозувати надходження екотоксикантів в організм людини.
Ср = Сп * КН, де
Ср - концентрація елемента в рослині, мг/100 г;
Сп - концентрація елемента в грунті, мг/100 г;
КН - коефіцієнт накопичення, для картоплі дорівнює 0,02.
Ср = 0,3 * 0,02 = 0,006 мг/100 р.
Визначимо питомий надходження сурми в організм людини I (мг / кг * день), усереднене до 70-річного періоду життя.
I = Ср * b k * m k * f k * E * L / M b * 70 * 365, де
Ср - концентрація елемента в господарській частині рослини;
b k - коефіцієнт, що враховує зміну концентрації елемента в результаті технологічної або кулінарної обробки рослинної продукції;
m k - маса продукту, споживаного в протягом дня;
f k - безрозмірна характеристика, що визначає засвоєння продукту організмом людини;
E - частота споживання продукту, днів / рік;
L - тривалість споживання, років;
M b - усереднена маса тіла ( 70 кг );
70 * 365 - середня тривалість життя, днів.
I = 0,006 * 0,5 * 0,2 * 0,9 * 365 * 70/70 * 70 * 365 = 0,0000077 мг / кг добу.
Індекс ризику (hazard index - HI) знаходимо згідно з наступним висловом: HI = I / R f D,
Де R f D - доза, яка визначає «граничний ефект» впливу забруднювача на організм людини, тобто той безпечний рівень його впливу, до якого, як передбачається, організм виявляється нечутливим. Для сурми ця доза дорівнює 0,0004 мг / кг добу.
HI = 0,0000077 / 0,0004 = 0,019
Індекс ризику набагато менше одиниці. При такому надходженні сурми з їжею, людина шкоди не отримає.
Висновки
При обробітку картоплі на грунтах, з наведеної агрохімічної характеристикою, при використанні наведеного кількості добрива, протягом року кількість сурми в грунті не зміниться, продукція рослинництва безпечна для людини.
Крім того, знизити вплив важких металів на здоров'я населення можна шляхом вирішення наступних завдань:
1. організація точного та оперативного контролю викидів важких металів в атмосферу і воду;
2. простежування ланцюгів міграції важких металів від джерел до людини;
3. налагодження широкого і дієвого контролю (на різних рівнях, аж до побутового) вмісту важких металів у продуктах харчування, води та напоях.
4. проведення вибіркових, а потім і масових обстежень населення на утримання ТМ в організмі.
Для отримання продукції рослинництва, вільної від важких металів, на грунтах з підвищеним їх змістом необхідно:
* Провести агрохімічне обстеження ріллі, визначити вміст важких металів у грунті;
* Провапнованих кислі грунти;
* Виключити застосування мінеральних добрив, що містять важкі метали;
* Підібрати культури, мінімально споживають ці елементи; на сильно забруднених полях можна вирощувати культури для технічної переробки;
* Періодично проводити контроль продукції на вміст важких металів.
Список використаної літератури
1. Кабат-Пендіас А., Пендіас Г. Мікроелементи в грунтах і рослинах. Пер. з англ. М.: Світ, 1989. 439 с.
2. Каурічев І.С., Панов Н.П., Розов М.М. та ін Грунтознавство. М.: Агропромиздат, 1989. 719 с.
3. Рослинництво / Г.С. Посипання, В.Є. Долгодворов, Б.Х. Жеруков та ін; Під ред. Г.С. Посипанова.М.: Колос, 2006р. 612с.
4. Важкі метали в системі грунт-рослина-добриво. М.: Колос, 1997, 412 с.
Видові особливості культур визначають розподіл металів по органах. Коріння рослин до певної межі забезпечують захист надземних органів. Якщо, незважаючи на захисну функцію коренів, токсикант проникає в стебло і листя, то рослина здатна обмежити його надходження в репродуктивні органи.
При прогнозуванні надходження важких металів у рослини слід брати до уваги розходження в змісті металів в культурах, вирощених на різних типах грунтів.
У кореневій системі деяких рослин, які ростуть на торф'яних грунтах, вміст сурми в кілька разів нижча, тоді як в листках вони були близькі до наведених вище.
Дані про фітотоксичності сурми відсутні; тим не менш, у рослинах на грунтах, забруднених промисловими викидами або в результаті застосування осаду стічних вод, утримання сурми можуть бути високими. Коефіцієнти накопичення не представлені.
1.5 Нормування вмісту сурми в грунті, продукції
рослинництва і пов'язаних з нею продуктах харчування
Нормування вмісту важких металів у грунті і рослинах є надзвичайно складним з-за неможливості повного врахування всіх факторів природного середовища. Так, зміна тільки агрохімічних властивостей грунту (реакції середовища, вмісту гумусу, ступеня насиченості основами, гранулометричного складу) може в кілька разів зменшити або збільшити вміст важких металів у рослинах. Є суперечливі дані навіть про фоновому вмісті деяких металів. Наведені дослідниками результати різняться іноді в 5-10 разів.
Валовий зміст є чинником ємності, що відображає в першу чергу потенційну небезпеку забруднення рослинної продукції, інфільтраційних і поверхневих вод. Характеризує загальну забрудненість грунту, але не відображає ступеня доступності елементів для рослини. Для сурми ГДК до валового формі складає з урахуванням фону 4,5 мг / кг грунту.
Рухомі форми визначають, використовуючи різні екстрагенту. Загальна кількість рухомого форми металу - застосовуючи кислотну витяжку (наприклад, 1н HCL). У ацетатно-амонійний буфер переходить найбільш мобільна частина рухомих запасів важких металів у грунті. Концентрація металів у водній витяжці показує ступінь рухливості елементів у грунті, будучи найбільш небезпечною і "агресивною" фракцією. Гранично допустимий вміст рухомий форми сурми в грунті дорівнює 15 мг / кг, екстрагент 1н. HCl (Х. Чулджіян та ін, 1988).
Клас небезпеки сурми - II.
Гранично допустимі концентрації продукти харчування (мг / кг) (інститут харчування РАН,
1.6 Біохімічна роль сурми в організмі тварин і
людини. Фонові і порогові концентрації сурми в
організмі людини
Біохімічна роль сурми для організму людини і тварин до теперішнього часу не встановлена. Окремі дослідження показують, що сурма міститься не тільки в цілісній клітці, але і входить до складу всіх клітинних утворень: цитоплазми, ядра, мітохондрій, мікросом у кількості, відповідно 0,8 мкг, 1,3 мкг, 0,1 і 0,2 мкг. З наведених даних можна припустити, що сурма є постійним компонентом живих організмів, проте чи грає вона будь-яку біологічну роль поки невідомо.
Зміст сурми (на
У медичній практиці препарати сурми (солюсурьмін та ін) використовують в основному для лікування лейшманіозу і деяких гельмінтозів.
Сурма та її сполуки отруйні. Отруєння можливі при виплавці концентрату сурм'яних руд і у виробництві сплавів. При гострих отруєннях - подразнення слизових оболонок верхніх дихальних шляхів, очей, а також шкіри. Можуть розвинутися дерматит, кон'юнктивіт. Лікування: антидоти, сечогінні та потогінні засоби. Профілактика - механізація виробничих процесів, ефективна вентиляція.
2. Токсичність сурми для організму людини при застосуванні
комплексу добрив і меліорантів в агроценозах
2.1 Зміна концентрації сурми в грунті після
одноразової застосування засобів хімізації
Для визначення зміни концентрації сурми в грунті, наводиться приклад використання під картоплю комплексу добрив. Комплекс добрив представлений аміачною селітрою, сульфатом калію і простим суперфосфатом, який містить у своєму складі сурму в кількості 20,0 мг / кг сухої маси. Грунт в досвіді дерново-підзолистий, її агрохімічна характеристика представлена далі.
Таблиця 2. Агрохімічна характеристика дерново-підзолистого
грунту (орний горизонт)
| Глибина пах.слоя (см) | Щільність грунту г / см | Гумус% | pH kcl | Hг | S | Рухливі з'єднання макроелементів мг/100 г грунту | Концентрація екотоксиканти (З), мг / кг грунту | ||
| мг-екв/100г | Р 2 О 5 | К 2 О | Валова форма | Рухлива форма (витяжка ААБ або 1н HNO 3) | |||||
| 20 | 1,25 | 2 | 4,5 | 5 | 4 | 5 | 10 | 3 | - |
Використовувана в досвіді культура - картопля.
Картопля - багаторічна трав'яниста рослина клубненосное, але в культурі використовується як однорічна, тому що весь життєвий цикл його, починаючи від проростання бульби і закінчуючи освітою та формуванням зрілих бульб, відбувається за один вегетаційний період.
Розмножують картоплю зазвичай вегетативним шляхом - бульбами. Його з успіхом можна розмножувати і частинами бульб, а також паростками і живцями.
Картопля належить до сімейства Пасльонові (Solanaceae), роду Solanum, об'єднуючого десятки диких і культурних видів і серед них Solanum tuberosum L. - вид, що отримав саме широке поширення в культурі. Інші види картоплі, що відрізняються багатьма цінними біологічними та господарсько-корисними ознаками, часто використовуються в селекції при виведенні нових сортів.
Стебла картоплі здебільшого прямостоячі, рідше - відхиляються в бік. Забарвлення стебел зелена. Стебла ребристі, трьох-або чотиригранні, в різній мірі опушені. Кущ частіше складається з 4-8 облистяний стебел. Листя, що з'являються при проростанні бульб (або насіння), прості, цельнокрайниє. У міру зростання рослини утворюються прерывистонепарноперисторассеченные листя. Квітки картоплі зібрані в суцвіття, що представляють собою розбіжні завитки, розташовані на загальному, різної довжини квітконосі. Квітконіжка зчленований. Квітки п'ятерній типу. Забарвлення віночка різноманітна: біла, синя, темно-синьо-фіолетова, червоно-фіолетова з різними відтінками. Плід - двухгнездная багатонасінні соковита зелена ягода кулястої або овальної форми. Коренева система картоплі, вирощеної з бульби, мичкувата. Вона являє собою сукупність кореневих систем окремих стебел. Має паросткові (глазковиє), або первинні, коріння, що утворюються на початку проростання бульб, прістолонние коріння, що з'являються протягом усього періоду вегетації і розташовані групами по 4-5 біля кожного столона, і столони коріння, що знаходяться на столонах. Коріння проникають у грунт порівняно неглибоко. Близько половини їх розташовано в орному шарі, від 22 до 38% проникають глибше, окремі корені йдуть на глибину до
Картопля - культура помірного клімату, погано реагує на температуру грунту нижче 7 ... 8 0 С, в той же час сильно пригнічується вже при температурах понад 25 ° С. До вологості грунту ця культура дуже вимоглива. Потреба в ній змінюється за фазами росту. Критичний період - початок цвітіння. Транспіраціонний коефіцієнт картоплі дорівнює 400-550, хоча іноді змінюється від 167 до 659. За сучасною фотоперіодичної класифікації рослин культурні сорти картоплі відносять до короткодневним рослинам, тобто до таких, для розвитку яких короткий день не є суворо обов'язковим, але в умовах середніх широт прискорює їх розвиток.
У складі сухої речовини картоплі виявлено 26 різних хімічних елементів. Проте в умовах більшості грунтово-кліматичних зон країни картопля найбільш часто відчуває потребу в трьох основних елементах живлення - азоту, фосфору і калію. А.Г. Лорх на підставі багатьох дослідів встановив, що в 1 т урожаю бульб картоплі з відповідною кількістю бадилля (0,4 т) і кореневих залишків міститься: N -
За даними дослідів багатьох інших вчених, в середньому можна вважати, що картопля виносить з грунту на кожні 100 ц бульб і відповідної кількості гички
Картопля - культура пухких грунтів. Інтенсивність дихання його коренів складає 7-12 мл кисню за 1 год на
Дози поживних речовин для отримання максимального врожаю картоплі на представленій дерново-підзолистого слабоокультуренних грунті визначаємо за даними СЗНІІСХ.
Таблиця 3. Кількість поживних речовин, необхідне для
отримання максимального врожаю картоплі.
| N | PO | KO | |
| Живильні речовини, кг д.р. / га | 90 | 80 | 80 |
Аміачна селітра NH 4 NO 3 - кристалічна сіль білого кольору з сірувато-жовтим відтінком, гранульована, добре розчиняється у воді, 34% діючої речовини. Поєднуються дві форми азоту, одна з яких легко рухається, а інша менш. Фізіологічно кисле добриво.
Суперфосфат Ca (H 2 PO 4) 2 - являє собою суміш темно-сірих гранул з бурим відтінком, має багато домішок, д.р. - 20%. Фізіологічно кисле добриво.
Сірчанокислий калій Ka 2 SO 4 - білий кристалічний порошок, д.р. -46%.
У таблиці 4 представлено перерахунок добрив на фізичну масу.
Таблиця 4. Характеристика застосовуваних добрив
| Найменування добрива | Вміст діючої речовини | Фізична маса добрива (Муi), кг / га | Концентрація домішкового речовини в добриві (Су), мг / кг | |
| % | мг/100 г | |||
| N a | 34 | 34000 | 264,7 | - |
| P c | 20 | 20000 | 400 | 20 |
| K c | 46 | 46000 | 173,9 | - |
Дозу вапна визначаємо для повної нейтралізації гідролітичної кислотності за формулою:
Д = Нг * 500 * Мп/1000 000 000, де
Д - доза СаСО 3, т / га;
500 - кількість СаСО 3, необхідне для нейтралізації 1мг-екв Нг в
Мп - маса орного шару на
1000 000 000 - коефіцієнт для перекладу мг СаСО 3 в т.
Д = 5 * 500 * 2500 000/1000 000 000 = 6,25 т / га.
В якості вапняного добрива використовуємо вапняну муку, що складається на 100% з СаСО 3. Зміст сурми становить 0,10 мг / кг сухої маси.
Розрахунок зміни концентрації сурми в грунті в результаті одноразової внесення суми добрив і меліорантів.
Визначаємо за формулою:
Сп = З + Σ Муi (Суi - Зі) / Мп, де
Сп - концентрація хімічного елемента в грунті після добрива і меліоранту, мг / кг;
Со - концентрація хімічного елемента в грунті до внесення добрив, мг / кг;
Муi - фізична маса добрив, кг / га;
Суi - концентрація елемента в добриві, мг / кг
Сп = 0,3 + 400 (20-3) / 2500 000 + 6250 (0,1-0,3) / 2500000 = 0,3 мг/100 р.
Таким чином, після застосування простого суперфосфату і вапнякового борошна, що містять у своєму складі домішка сурми, на грунті з концентрацією сурми 3мг/кг, концентрація сурми залишиться колишньою.
2.2 Динаміка концентрації екотоксикантів в грунті в результаті
тривалого застосування засобів хімізації
Концентрація домішкового елемента в грунті розраховується на момент насичення грунту макроелементом після тривалого застосування добрив. У зв'язку з цим пропонується розрахунок часу, за який концентрація фосфору (як найменш мігруючого макроелементи) досягне оптимального для рослин рівня в грунті. Для картоплі на легкосуглинистой грунті він дорівнює 18 мг/100г грунту Р 2 О 5.
t = - 1 / λ * ln (1 - λ (Сп-Со) Мп / (Cу-Со) Му, де
t - час, за який концентрація макроелементу в грунті досягне заданої величини, року;
Со, Су - концентрація фосфору в грунті до внесення добрив і в добривах, мг/100г;
Сп - задана оптимальна величина концентрації фосфору в грунті, мг/100 г;
Мп, Му - маса грунту і фізична маса добрив, кг / га;
λ - постійна швидкості виносу елемента з грунту, що дорівнює сумі λ пв + λ ФВ + λ ур, що позначають постійні швидкостей виносу елемента поверхневими водами, фільтруючими водами і урожаєм відповідно.
t = -1 / 0,14 * ln (1-0,14 * (18-10) * 2500 000 / (20000-10) * 400 = 3 року
За допомогою експоніціальной моделі накопичення елементів у грунті можна оцінити концентрацію домішкового елемента в грунті після тривалої експлуатації сільськогосподарських угідь, результатом якої стало досягнення оптимальної концентрації фосфору в орному шарі грунту.
Cn = Co +1 / λ (1-e-λt) Σ ((Суi-Co) Myi / Mo), де
Cn - концентрація домішкового елемента в грунті після експлуатації сільськогосподарських угідь протягом часу (t), мг / кг;
Со - концентрація домішкового елемента до внесення добрив, мг/100 г;
Суi - концентрація домішкового елемента в кожному внесена матеріалі, мг/100 г;
λ - постійна швидкості виносу елемента з грунту;
t - період часу, протягом якого концентрація фосфору в грунті досягла оптимального для рослин значення, року.
Сп = 0,3 +1 / 0,1 (1-е -0,1 * 3) * (2-0,3) 400/2500 000 = 0,3 мг/100 р.
Висновок - після тривалого застосування мінеральних добрив на сільськогосподарських угіддях, при досягненні оптимальної концентрації фосфору, концентрація сурми в грунті не зміниться.
2.3 Накопичення домішкового елемента в ланках трофічного ланцюга
грунт-рослина-людина. Індекс ризику
Важливим параметром міграції хімічного елемента в системі грунт-рослина є коефіцієнт накопичення. Знання коефіцієнта накопичення дозволяє визначити його винос урожаєм, концентрацію у продукції рослинництва, тобто оцінити якість врожаю, прогнозувати надходження екотоксикантів в організм людини.
Ср = Сп * КН, де
Ср - концентрація елемента в рослині, мг/100 г;
Сп - концентрація елемента в грунті, мг/100 г;
КН - коефіцієнт накопичення, для картоплі дорівнює 0,02.
Ср = 0,3 * 0,02 = 0,006 мг/100 р.
Визначимо питомий надходження сурми в організм людини I (мг / кг * день), усереднене до 70-річного періоду життя.
I = Ср * b k * m k * f k * E * L / M b * 70 * 365, де
Ср - концентрація елемента в господарській частині рослини;
b k - коефіцієнт, що враховує зміну концентрації елемента в результаті технологічної або кулінарної обробки рослинної продукції;
m k - маса продукту, споживаного в протягом дня;
f k - безрозмірна характеристика, що визначає засвоєння продукту організмом людини;
E - частота споживання продукту, днів / рік;
L - тривалість споживання, років;
M b - усереднена маса тіла (
70 * 365 - середня тривалість життя, днів.
I = 0,006 * 0,5 * 0,2 * 0,9 * 365 * 70/70 * 70 * 365 = 0,0000077 мг / кг добу.
Індекс ризику (hazard index - HI) знаходимо згідно з наступним висловом: HI = I / R f D,
Де R f D - доза, яка визначає «граничний ефект» впливу забруднювача на організм людини, тобто той безпечний рівень його впливу, до якого, як передбачається, організм виявляється нечутливим. Для сурми ця доза дорівнює 0,0004 мг / кг добу.
HI = 0,0000077 / 0,0004 = 0,019
Індекс ризику набагато менше одиниці. При такому надходженні сурми з їжею, людина шкоди не отримає.
Висновки
При обробітку картоплі на грунтах, з наведеної агрохімічної характеристикою, при використанні наведеного кількості добрива, протягом року кількість сурми в грунті не зміниться, продукція рослинництва безпечна для людини.
Крім того, знизити вплив важких металів на здоров'я населення можна шляхом вирішення наступних завдань:
1. організація точного та оперативного контролю викидів важких металів в атмосферу і воду;
2. простежування ланцюгів міграції важких металів від джерел до людини;
3. налагодження широкого і дієвого контролю (на різних рівнях, аж до побутового) вмісту важких металів у продуктах харчування, води та напоях.
4. проведення вибіркових, а потім і масових обстежень населення на утримання ТМ в організмі.
Для отримання продукції рослинництва, вільної від важких металів, на грунтах з підвищеним їх змістом необхідно:
* Провести агрохімічне обстеження ріллі, визначити вміст важких металів у грунті;
* Провапнованих кислі грунти;
* Виключити застосування мінеральних добрив, що містять важкі метали;
* Підібрати культури, мінімально споживають ці елементи; на сильно забруднених полях можна вирощувати культури для технічної переробки;
* Періодично проводити контроль продукції на вміст важких металів.
Список використаної літератури
1. Кабат-Пендіас А., Пендіас Г. Мікроелементи в грунтах і рослинах. Пер. з англ. М.: Світ, 1989. 439 с.
2. Каурічев І.С., Панов Н.П., Розов М.М. та ін Грунтознавство. М.: Агропромиздат, 1989. 719 с.
3. Рослинництво / Г.С. Посипання, В.Є. Долгодворов, Б.Х. Жеруков та ін; Під ред. Г.С. Посипанова.М.: Колос, 2006р. 612с.
4. Важкі метали в системі грунт-рослина-добриво. М.: Колос, 1997, 412 с.