Загрязнение воды и почвы пестицидами и гербицидами

Казанский государственный  архитектурно-строительный университет

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

На тему:

«Загрязнение  воды и почвы пестицидами и  гербицидами»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнили:

Ст.гр.11-202

Бурзуева Э.Р.

Басариева Д.А.

Проверила:

Сундукова Е.Н.

 

 

 

Казань 2011

Содержание

Введение………………………………………………………………………………………….3

1. Пестициды

1.1 Общие сведения……………………………………………………………………………...5

1.2 Классификация пестицидов…………………………………………………………………5

1.3 Гербициды…………………………………………………………………………………....6

2. Применение пестицидов……………………………………………………………….……..7

3. Поведение пестицидов  в почве………………………………………………………………8

3.1 Адсорбция пестицидов……………………………………………………………………..10

3.2 Миграция пестицидов……………………………………………………………………...11

3.3 Разложение пестицидов…………………………………………………………………....12

4. Последствия применения пестицидов……………………………………………………...13

5. Защита почв от загрязнения…………………………………………………………………14

6.Источники загрязнения воды………………………………………………………………..15

7.Влияние загрязнения……………………………………………………………………..…..17

8. Контроль и очистка………………………………………………………………………….18

Заключение ………………………………………………………………………..……………21

Список использованной литературы………………………………………………………….22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Мы привыкли так часто  употреблять фразы типа "Земля - наше главное богатство" или "Земля - наша мать кормилица", что порой  и не задумываемся об их истинном значении. А ведь плодородные земли, подаренные человеку, - это действительно сокровище, не менее, а даже более ценное, чем  угольные пласты, нефтяные залежи, золотые  жилы. Поэтому защита и сохранение среды, в которой мы живет - это  главная задача человечества.

На сегодняшний день в  мире существует много экологических  проблем, начиная от исчезновения некоторых  видов растений и животных, заканчивая угрозой вырождения человеческой расы. На данный момент в мире существует много теорий, в которых большое  внимание уделяется нахождению наиболее рациональных путей их решения. Но, к сожалению, на бумаге все оказывается  значительно проще, чем в жизни.

Земельные ресурсы играют большую роль в агропромышленном комплексе России. В настоящее  время земельные ресурсы сильно истощены, причина тому - экология и  связанные с ней проблемы. В  данной работе сделана попытка изучить  одну из наиболее важных на сегодняшний  день проблем землепользования –  загрязнение почв пестицидами и  обозначить некоторые пути ее решения.

Почвенный покров вместе с  его микромиром играет роль универсального биологического сорбента, тарификатора и нейтрализатора загрязнений, минерализатора различных органических веществ. Свойства почвы во многом определяются составом и численностью населяющей ее микрофлоры и микрофауны, устойчивостью почвенных  микроорганизмов к внешним воздействиям, в том числе и к воздействию  пестицидов. Бесконтрольное применение пестицидов может уже при жизни  нашего поколения вызвать необратимые  качественные сдвиги в среде обитания человека.

Согласно данным американских ученых, по степени загрязнения биосферы пестициды в целом занимают 9-е  место после промышленных загрязнений  газами, ртутью, свинцом, кадмием, нефтью и фосфатами – главным загрязнителем  вод в реках и озерах. Тем  не менее необходимо располагать  системой мероприятий, позволяющей  свести к минимуму или совершенно исключить одно из нежелательных  последствий применения пестицидов – загрязнение почвенного покрова.

Загрязнение воды, изменения  химического и физического состояния  или биологических характеристик  воды, ограничивающие дальнейшее ее употребление. При всех типах водопользования  меняются либо физическое состояние (например, при нагревании), либо химический состав воды – при поступлении загрязняющих веществ, которые делятся на две  основные группы: со временем изменяющиеся в водной среде и остающиеся в ней неизменными. К первой группе относятся органические компоненты бытовых стоков и бльшая часть промышленных, например отходы целлюлозно-бумажных предприятий. Вторую группу составляют многие неорганические соли, например сульфат натрия, который используется как краситель в текстильной промышленности, и неактивные органические вещества типа пестицидов.

1. Пестициды

1.1 Общие сведения

Пестициды – это в основном органические соединения с малым  молекулярным весом и различной  растворимостью в воде. Химический состав, их кислотность или щелочность, растворимость в воде, строение, полярность, величина и поляризация  молекул – все эти особенности  вместе или каждая в отдельности  оказывает влияние на процессы адсорбции-десорбции  почвенными коллоидами. Принимая во внимание названные особенности пестицидов и сложный характер связей в процессе адсорбции-десорбции коллоидами они  могут быть разделены на два больших  класса: полярные и неполярные, а  не вошедшие в эту классификацию, например, хлорорганические инсектициды  – на ионные и неионные.

Пестициды, которые содержат кислотные или основные группы, либо ведут себя при диссоциации как  катионы, составляют группу ионных соединений. Пестициды, не обладающие ни кислой, ни щелочной реакцией составляют группу неионных соединений.

На характер химических соединений и способность почвенных коллоидов  к адсорбции и десорбции оказывает  влияние: природа функциональных групп  и групп замещения по отношению  к функциональным группам и степень  насыщенности молекулы. На адсорбцию  молекул пестицидов почвенными коллоидами значительное влияние оказывает  характер молекулярных зарядов, причем определенную роль играет полярность молекул. Неравномерное распределение  зарядов увеличивает диссиметрию  молекулы и ее реактивность.

Почва в основном выступает  в качестве преемника пестицидов, где они разлагаются и откуда постоянно перемещаются в растения или окружающую среду, либо в качестве хранилища, где некоторые из них  могут существовать много лет  спустя после внесения.

1.2 Классификация  пестицидов

К пестицидам (от лат. реstis - зараза, caedo - убиваю) относится комплекс химических препаратов, предназначенных  для борьбы с животными и растениями - это различные инсектициды, гербициды, фунгициды и т.п. Подобные вещества в больших количествах поступают  почти во все экосистемы.

В зависимости от характера  использования пестициды разделяются  на следующие группы:

• Гербициды - для борьбы с сорными растениями
• Альгициды - для уничтожения водорослей и другой водной растительности
• Арборициды - для уничтожения нежелательной древесной и кустарниковой
• растительности
• Фунгициды - для борьбы с грибными болезнями растений
• Бактерициды - для борьбы с бактериями и•бактериальными болезнями
• Инсектициды - для борьбы с вредными насекомыми
• Акарициды - для борьбы с клещами
• Зооциды - для борьбы с грызунами
• Лимациды - для борьбы с моллюсками
• Нематоциды - для борьбы с круглыми червями
• Афициды - для борьбы с тлями

К пестицидам относятся также  химические средства торможения роста  растений, препараты для удаления листьев (дефолианты) и подсушивания растений (десиканты).

1.3 Гербициды

Наиболее обширную группу веществ среди пестицидов как  по масштабам практического применения (40-50%, так и по ассортименту выпускаемых  препаратов (около 40%) составляют гербициды, (от лат. herbum- трава, caedo - убиваю).

По характеру действия на растения гербициды делятся на две подгруппы:

1. Сплошные, действующие  на все виды растений; такие  гербициды применяются для уничтожения  нежелательной растительности вокруг  промышленных объектов, на лесных, вырубках, в питомниках, каналах,  водоемах, обочинах шоссейных дорог  и т.д.

2. Избирательные (селективные)„  опасные для одних видов растений  и безопасные для других; используются  для уничтожения сорняков в  агроценозах.

Деление условно, так как  одни и те же вещества в зависимости  от применяемых концентраций и норм расхода на единицу обрабатываемой площади могут проявлять себя и как сплошные, и как избирательные  гербициды.

 

 

 

 

 

 

2. Применение  пестицидов

Применение пестицидов резко  снижает потери урожаев сельскохозяйственных культур, сокращает затраты в  сельском хозяйстве в 2-3 раза, позволяет  ежегодно экономить сельскохозяйственную продукцию на 10-12 млрд.р. Высокая  экономическая эффективность пестицидов обусловливает неуклонный рост масштабов  их применения. Годовое производство пестицидов в мире к настоящему времени  превысило 2 млн.т; мировой ассортимент  пестицидных препаратов насчитывает  более 100 тыс. наименований на основе более  чем 700 химических веществ, принадлежащих  к самым различным классам  органических и неорганических соединений.

Признавая несомненный положительный  эффект химического способа борьбы с сорной растительностью, следует  учитывать возможное побочное действие гербицидов на другие компоненты природных  экосистем: животный мир, культурные и  полезные дикорастущие растения, атмосферу, почвы, водоемы. Нежелательные последствия  возникают чаще всего при систематической  обработке больших площадей и  связаны с появлением как токсикологических, так и экологических проблем. Наибольшую опасность представляют стойкие пестициды и их метаболиты, способные накапливаться и сохраняться  в природной среде до нескольких десятков лет. При определенных условиях метаболиты пестицидов могут образовывать метаболиты второго порядка, роль, значение и влияние которых на окружающую среду во многих случаях остаются неизвестными.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Поведение пестицидов в почве

Пестициды – тонкодисперсные  вещества – в почве подвержены многочисленным воздействиям биотического и небиотического характера, некоторые  определяют их поведение, преобразование и, наконец, минерализацию. Тип и  скорость преобразований зависит от: химической структуры действующего вещества и его устойчивости, механического  состава и строения почв, химических свойств почв, состава флоры и  фауны почв, интенсивности влияния  внешних воздействий и системы  ведения сельского хозяйства.

Для правильного понимания  поведения пестицидов и любых  других химических соединений в почве  необходимо рассмотреть хотя бы важнейшие  факторы, влияющие на миграцию, разложение, активность и продолжительность  их сохранения в почве.

Вещества с высоким  давлением паров сравнительно легко  испаряются с поверхности почвы  и далее в зависимости от строения с большей или меньшей скоростью  подвергаются фотохимическому разложению или окислению под влиянием солнечного освещения, причем чем выше температура, тем быстрее происходит испарение  вещества и его фотохимическое разложение. На скорость испарения существенное влияние оказывают также скорость движения воздуха над поверхностью почвы и состав почвы. Состав почвы  оказывает существенное влияние  на испарение вещества, поскольку  меняется сорбирующая способность, и соответственно чем выше такая  сорбирующая способность почвы  для данного вещества, тем медленнее  идет из данной почвы его испарение. В такой же степени сорбирующая  способность почвы оказывает  влияние и на вымываемость вещества в нижние слои почвы, как это уже  отмечалось выше.

Разумеется, на персистентность  пестицидов в почве большое влияние  оказывает химическая стабильность вещества, в частности легкость гидролиза. Гидролиз водой является одним из наиболее важных процессов, который  в большинстве случаев приводит к разложению пестицидов с образованием менее токсичных соединений. Для  легко гидролизуемых веществ  большое значение имеет влажность  почвы: наиболее легко гидролиз пестицидов протекает во влажных почвах. Многие вещества, кроме того, легко окисляются кислородом воздуха; это особенно часто  происходит в случае производных  тио- и дитиофосфорной и фосфоновой кислот, а также при наличии  в молекуле пестицида сульфидных и других легко окисляющихся групп. Отметим, что простое окисление  в случае производных тионфосфорной  и тиолфосфоновой кислот, как правило, приводит к получению более токсичных  для позвоночных соединений, но после  их гидролиза образуются вполне безопасные вещества.

Большое влияние на персистентность  химических соединений в почве оказывают  различные почвенные микроорганизмы, для которых пестициды нередко являются источником углерода. Даже очень стойкие в химическом отношении соединения разлагаются микроорганизмами почвы. Во многих случаях такое разложение начинается не сразу, а через некоторое время, необходимое для приспособления микроорганизмов к разрушению данного химического соединения. Наиболее легко разлагаются микроорганизмами почвы соединения алифатического ряда, а также гидроксилсодержащие соединения. Алкоксилированные ароматические соединения разлагаются несколько медленнее, но все же быстрее, чем вещества, не содержащие в ароматическом ядре в качестве заместителя кислорода, серы или азота. Как правило, ароматические соединения, не содержащие таких заместителей (групп), под влиянием микроорганизмов гидроксилируются и далее происходит разрушение ароматического ядра. Отметим, что и процесс разложения фенолов, аминов и сульфидов ароматического ряда также в большинстве случаев начинается с гидроксилирования ароматического ядра.

Большинство гетероциклических  соединений также сравнительно легко  разрушается микроорганизмами почвы. Однако некоторые классы гетероциклических  соединений, как, например, пиримидины, бензимидазолы и другие, разрушаются  очень медленно.

В разрушении химических соединений в почве принимают участие  самые различные микроорганизмы, в том числе бактерии, грибы  и актиномицеты.

Разрушение химических соединений в почве протекает и под  влиянием растений, которые могут  поглощать из почвы некоторые  вещества и перерабатывать их в простейшие продукты или некоторые другие метаболиты, образующие с веществами растений коньюгаты.

Как уже отмечалось, на продолжительность  сохранения пестицидов в почве существенное влияние оказывает температура: чем выше температура почвы, тем  быстрее происходит разложение препаратов, как под влиянием химических факторов (гидролиз, окисление), так и под  влиянием микроорганизмов и других обитателей почвы.

Для правильного понимания  поведения того или иного пестицида  в почве необходимо изучение его  метаболизма под влиянием почвенных  микроорганизмов в различных  условиях, причем даже гомологи одного и того же класса химических соединений часто в почве ведут себя различно, не только по персистентности, но и  по направлениям разложения в разных условиях. Особенно сильно отличается поведение метальных гомологов  различных классов органических соединений. Так, метиловые эфиры  кислот фосфора являются сильными метилирующими  средствами и в связи с этим легко отщепляют О—СН3-группы, превращаясь  в мало токсичные для позвоночных  и других животных кислые эфиры. Метильная группа ароматических соединений легко окисляется до карбоксильной, что также приводит к снижению токсичности соединения, хотя в некоторых случаях окисление метильной группы ароматических соединений приводит к более токсичным соединениям. Важное значение имеет и окисление метильной группы, связанной с азотом. В этом случае в результате окисления происходит деметилирование, приводящее в большинстве случаев к менее токсичным продуктам, которые далее распадаются с выделением аммиака или азота.

По скорости разложения в  почве пестициды предложено разделить  на следующие шесть групп.

1) Препараты с продолжительностью  действия более 18 месяцев (большинство  хлорорганических пестицидов).

2) Препараты с продолжительностью  действия около 18 месяцев (некоторые  производные мочевины, пиклорам, симазин  и другие триазины).

3) Пестициды с продолжительностью  сохранения в почве до 12 месяцев  (производные бензойной кислоты,  амиды кислот).

4) Препараты с продолжительностью  сохранения в почве до 6 месяцев  (нитроанилины, акрилоксиалканкарбоновые  кислоты и другие).

5) Пестициды с продолжительностью  сохранения в почве более 3 месяцев (производные карбаминовой  кислоты, алифатические карбоновые  кислоты и другие).

6) Пестициды с продолжительностью  сохранения в почве менее 3 месяцев (органические соединения  фосфора и другие).

Совершенно ясно, что такое  деление носит условный характер, так как персистентность пестицидов, как указывалось выше, зависит  не только от их строения, но и от активности почвенных микроорганизмов и  других факторов. Точно так же, как  и среди отдельных перечисленных  выше классов химических соединений, имеются вещества с большей или  меньшей персистентностью.

Из изложенного видно, что в важнейших экосистемах  земного шара с большей или  меньшей скоростью происходит разложение органических пестицидов до простейших нетоксичных соединений. Однако для  избежания их накопления в окружающей среде применение любых химических соединений должно быть строго регламентировано.

3.1 Адсорбция пестицидов

Адсорбция пестицидов в почве  – комплексный процесс, зависящий  от многочисленных факторов. Она играет важную роль в перемещении пестицидов и служит для временного поддержания  в парообразном или растворенном состоянии или в виде суспензии  на поверхности почвенных частиц. Особо важную роль в адсорбции  пестицидов играют ил и органическое вещество почвы, составляющие “коллоидальный комплекс” почвы. Адсорбция сводится к ионно-катионному обмену отрицательно заряженных илистых частиц и кислотных групп гумусовых веществ, либо анионному, благодаря присутствию гидроксидов металлов (Al(OH)3 и Fe(OH)3 ) или происходит в форме молекулярного обмена. Если адсорбированные молекулы нейтральны, то они удерживаются на поверхности илистых частиц и гумусовых коллоидов двухполюсными силами, водородными связями и дисперсными силами. Адсорбция играет первостепенную роль в накоплении пестицидов в почве, которые адсорбируются ионным обменом или в форме нейтральных молекул в зависимости от их природы.

 

3.2 Миграция пестицидов

Передвижение пестицидов в почве происходит с почвенным  раствором или одновременно с  перемещением коллоидных частиц, на которых  они адсорбированы. Это зависит  как от процессов диффузии так  и массового тока (разжижение), которые  представляют собой обычный способ вымывания.

При поверхностном стоке, вызываемом осадками или орошением, пестициды передвигаются в растворе или суспензии, скапливаясь в  углублениях почвы. Данная форма  передвижения пестицидов зависит от рельефа местности, эродированности  почв, интенсивности осадков, степени  покрытия почв растительностью, периода  времени, прошедшего с момента внесения пестицида. Количество пестицидов, передвигающихся  с поверхностным стоком, составляет более 5% от внесенного в почву. По данным румынского НИИ почвоведения и агрохимии  на стоковых площадках в экспериментальном  центре Алдены в результате промывных  дождей одновременно с почвой происходит и потеря триазина. На стоковых площадках  с уклоном 2,5% в Билчешть-Арджече  в поверхностных водах были обнаружены остаточные количества ГХЦГ от 1,7 до 3,9 мг/кг, а в суспензии – от 0,041 до 0,085 мг/кг ГХЦГ и от 0,009 до 0,026 мг/кг ДДТ.

Вымывание пестицидов по профилю  почв заключается их передвижении вместе с циркулирующей в почве водой, что обусловлено в основном физико-химическими  свойствами почв, направлением движения воды, а также процессами адсорбции  и десорбции пестицидов коллоидными  частицами почвы. Так, в почве, ежегодно в течение длительного времени  обрабатываемой ДДТ в дозе 189 мг/га, через 20 лет обнаружено 80% этого пестицида, проникшего на глубину 76 см.

По данным исследований, проведенных в Румынии, не трех различных  почвах (аллювиальной очищенной, типичной солончаковой, мощном черноземе), где  проводились обработки хлорорганическими инсектицидами (ГЦХГ и ДДТ) в течение 25 лет (при орошении в течение последнего десятилетия), остаточные количества пестицидов достигли глубины 85 см в типичном солончаке, 200 см в аллювиальной очищенной почве и 275 см в перерытом черноземе при концентрации 0,067 мг/кг ГЦХГ и соответственно 0,035 мг/кг ДДТ на глубине 220 см.

 

3.3 Разложение пестицидов

На пестициды, попавшие в  почву, оказывают влияние различные  факторы как в период их эффективности, так и в дальнейшем, когда препарат уже становится остаточным. Пестициды  в почве подвержены разложению, обусловленному небиотическими и биотическими факторами  и процессами.

Физические и химические свойства почв влияют на преобразования, находящихся в ней пестицидов. Так глины, окислы, гидроокислы и  ионы металлов, а также органическое вещество почвы выполняют роль катализаторов  во многих реакциях разложения пестицидов. Гидролиз пестицидов идет при участии  грунтовой воды. В результате реакции  со свободными радикалами гумусовых  веществ происходит изменение составных  частиц почвы и молекулярного  строения пестицидов.

Во многих работах подчеркивается большое значение почвенных микроорганизмов  в разложении пестицидов. Существует очень мало действующих веществ, не разлагающихся биологическим  путем. Продолжительность разложения пестицидов микроорганизмами может  колебаться от нескольких дней до нескольких месяцев, а иногда и десятков лет, в зависимости от специфики действующего вещества, видов микроорганизмов, свойств  почв. Разложение действующих веществ  пестицидов осуществляется бактериями, грибами и высшими растениями.

Обычно разложение пестицидов, особенно растворимых, реже адсорбированных  почвенными коллоидами, происходит при  участии микроорганизмов.

Грибы участвуют главным  образом в разложении слаборастворимых и слабоадсорбируемых почвенными коллоидами гербицидов.

 

 

 

4. Последствия применения пестицидов

Последствия неумеренного применения пестицидов могут быть самыми неожиданными, а главное - биологически непредсказуемыми; на смену одним видам вредных  организмов часто приходят другие, которые вырабатывают иммунитет  и способны выживать даже после самых  эффективных обработок. Для преодоления  иммунитета устойчивых особей к пестицидам приходится увеличивать дозы препаратов, что усиливает опасность загрязнения  окружающей среды. Вследствие миграции пестицидов с воздушными, водными  потоками ила биологического круговорота  веществ последствия их токсического действия могут обнаруживаться на территории, где химикаты никогда не применяли.

Возрастание масштабов применения пестицидов, в частности гербицидов, во всем мире ставит перед исследователями  ответственную задачу детального и  всестороннего изучения и прогнозирования  всевозможных изменений, возникающих  в биосфере, и необходимость разработки эффективных мероприятий по предупреждению нежелательных последствий интенсивной  химизации, либо по управлению функционированием  экосистем в условиях загрязнения.

Вредное действие инсектицидов заключается в уничтожении полезных или хозяйственно-нейтральных видов  и обеднений экосистемы, также  они служат причиной появления устойчивых популяций вредителей, от которых  становятся все труднее избавляться; они накапливаются в экосистемах  и могут сохраняться в них  в течение нескольких лет,

В настоящее время в  результате интоксикации хлорорганическими  препаратами сильно сократилась  численность птиц, особенно хищных. Особенно токсичны инсектициды для  плотоядных животных, так как они  постепенно концентрируются в их организмах по мере продвижения к  конечным звеньям пищевых цепей. Опасность заключается также  в том, что повторное введение мелких доз влечет развитие скрытой  хронической интоксикации, которая  с трудом поддается диагностике. Инсектициды действуют как кумулятивные яды.

 

 

5. Защита почв от загрязнения

Одно из основных условий  охраны почв от загрязнения биоцидами  – создание и применение менее  токсичных и менее стойких  соединений и внесение их в почву  и уменьшение доз их внесения в  почву. Существует несколько способов, позволяющих уменьшить дозу биоцидов без снижения эффективности их возделывания:

·  сочетание применения пестицидов с другими приемами. Интегрированный  метод борьбы с вредителями –  агротехнический, биологический, химический и т.д. При этом ставится задача не уничтожить целый вид целиком, а  надежно защитить культуру. Украинские ученые применяют микробиопрепарат в совокупности с небольшими дозами пестицидов, который ослабляет организм вредителя и делают его более  восприимчивым к заболеваниям;

·  применение перспективных  форм пестицидов. Использование новых  форм пестицидов позволяет существенно  снизить норму расхода действующего вещества и свести к минимуму нежелательные  последствия, в том числе и  загрязнение почв;

·  чередование применения токсикантов с неодинаковым механизмом действия. Такой способ внесения химических средств борьбы предотвращает появление  устойчивых форм вредителей. Для большинства  культур рекомендуют 2-3 препарата  с неодинаковым спектром действия.

При обработке почвы пестицидами  лишь небольшая часть их достигает  мест приложения токсического действия растений и животных. Остальная часть  накапливается на поверхности почв. Степень загрязнения почв зависит  от многих причин и прежде всего  от стойкости самого биоцида. Под  стойкостью биоцида понимают способность  токсиканта противостоять разлагающему действию физических, химических и  биологических процессов.

 

 

 

 

 

6.Источники загрязнения воды

Населенные пункты. Наиболее известным источником загрязнения  воды, которому традиционно уделяется  главное внимание, являются бытовые (или коммунальные) сточные воды. Водопотребление городов обычно оценивают на основе среднего суточного  расхода воды на одного человека, в  США равного примерно 750 л и  включающего воду питьевую, для приготовления  пищи и личной гигиены, для работы бытовых сантехнических устройств, а также для полива лужаек и  газонов, тушения пожаров, мытья  улиц и других городских нужд. Почти  вся использованная вода поступает  в канализацию. Поскольку ежедневно  в сточные воды попадает огромный объем фекалий, главной задачей  городских служб при переработке  бытовых стоков в коллекторах  очистных установок является удаление патогенных микроорганизмов. При повторном  использовании недостаточно очищенных  фекальных стоков содержащиеся в  них бактерии и вирусы могут вызвать  кишечные заболевания (тиф, холеру и  дизентерию), а также гепатит и  полиомиелит.