Календарный план учебных занятий по дисциплине «Тяжелые металлы в экосистемах» Лектор: доцент кафедры судебной экологии, к б. н. Кулиева Г. А

Вид материала

Лекции

Содержание Биогеохимические свойства ТМ Подвижность ТМ (миграционные процессы) Тенденция к биоконцентрированию ТМ Эффективность защитных мероприятий по снижению перехода радионуклидов и тяжелых металлов в сельскохозяйственную про­дукцию Организационные мероприятия Агротехнические мероприятия Агрохимические мероприятия В условиях техногенного загрязнения ОС и деградации экосистем необходимо повышение устойчивости агробиоценозов

Подобный материал:

• Календарный план учебных занятий по дисциплине «Радиационная генетика» Доцент кафедры, 66.04kb.
• Календарный план учебных занятий по дисциплине «Методы контроля состояния окружающей, 249.17kb.
• Календарный план учебных занятий по дисциплине «Экспертиза объектов и продукции, 161.26kb.
• Календарный план учебных занятий по обязательной дисциплине «Архитектура вычислительных, 33.03kb.
• Календарный план учебных занятий по обязательной дисциплине «Алгебра и геометрия»,, 105.72kb.
• Календарный план учебных занятий по обязательной дисциплине «Уравнения математической, 92.11kb.
• Календарный план учебных занятий по обязательной дисциплине «Математическая логика»,, 39.04kb.
• Календарный план учебных занятий по дисциплине «Компьютерное моделирование оптических, 38.78kb.
• Календарный план учебных занятий по дисциплине «Аналитическая геометрия» (НМ), II семестр., 51.03kb.
• Календарный план учебных занятий по обязательной дисциплине «Теория конечных графов»,, 36.19kb.

Рис. 5. Схема атомно-абсорбционного спектрометра (однолучевая система) [17]: 1 – источник резонансного излучения; 2 – модулятор; 3 – пламенный атомизатор; 4 – монохроматор; 5 –фотодетектор (ФЭУ); 6 – усилительно-регистрирующая система; 7 – система подачи анализируемого раствора.

Монохроматор в атомно-абсорбционном анализе выделяет резонансную аналитическую линию и отделяет ее от молекулярных спектров и сплошного фона. По этой причине монохроматор в классической схеме анализа всегда расположен после атомизатора. Излучение выделенной аналитической линии направляют на приемник – фотоэлектронный умножитель и усилительно-регистрирующую систему для усиления и измерения аналитического сигнала – величины поглощения. В качестве средств регистрации сигнала используют гальвонометры, вольтметры, компьютеры и т.д. Интенсивность резонансного излучения измеряют дважды – до распыления образца в пламя и при его распылении, т.е. в момент поглощения излучения атомным паром. Разность этих отчетов и пропорциональна содержанию определяемого элемента в пробе.

Для устранения фоновых помех от излучения атомов, возбужденных в пламени, используют прием модуляции излучения источника света. Регистрирующее устройство настраивают на частоту модуляции.

Оптические системы, применяемые в атомно-абсорбционных спектрометрах, могут быть одно- и двухлучевыми, одно-, двух- и многоканальными.

В двухлучевой системе излучение от источника света разделяется на два луча, один из которых (рабочий) проходит через пламя, а другой (сравнительный) минует его. Измерительная система спектрометра определяет отношение интенсивностей этих лучей, что позволяет устранить влияние нестабильности источника излучения на полезный сигнал и тем самым повысить точность измерений.

Двух- и многоканальные приборы предназначены для определения абсорбции одновременно двух или несколько элементов при минимальной затрате пробы [17].


Биогеохимические свойства ТМ

Прежде всего представляют интерес те металлы, которые в наибольшей степени загрязняют атмосферу ввиду использования их в значительных объемах в производственной деятельности и в результате накопления во внешней среде представляют серьезную опасность с точки зрения их биологической активности и токсических свойств. К ним относят свинец, ртуть, кадмий, цинк, висмут, кобальт, никель, медь, олово, сурьму, ванадий, марганец, хром, молибден и мышьяк.


Токсичность ТМ

ТМ с одной стороны в маленьких концентрациях необходимы для живых организмов для нормального течения жизни (физиологических процессов идущих в организме), с другой стороны при повышенных концентрациях становятся токсичными. Количество при котором ТМ становятся опасными зав-т не только от степени загрязнения ими экосистем, но и от химических особенностей ТМ. Важным свойством металлов, определяющим их токсичность, является способность ионов ТМ к комплексообразованию. Константы образования хелатных комплексов зависят от заряда, радиуса, степени гидратации иона металла и формы его электронных орбиталей, участвующих в образовании ковалентной связи с хелатной группой, а также нуклеофильностью лиганда. Эти особенности лежат в основе различий биологического поведения разных ионов металлов. Образуя комплексные соединения с органическими молекулами, ионы тяжелых металлов могут изменять (нарушать) многие звенья метаболизма, в том числе и метаболизма ДНК. Некоторые ионы ТМ непосредственно взаимодействуют с молекулой.

Ионы ТМ в значительной степени нарушают проницаемость мембран и индуцируют ионный баланс за счет выделения из клеток ионов K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ [35]. Избыток ТМ в клетке приводит к усилению пероксидазной активности и перекисного окисления липидов. Образование перекисей может приводить к образованию разрывов ДНК [33].


Подвижность ТМ (миграционные процессы)

Подвижность ТМ определяется формами нахождения в почве, водной средах. Необходимо дифференцировать формы ме в зав-ти от хим.состава и физической структуры: окисленные, восстановленные, метилированные, хелатированные и пр.

Биологическая доступность ТМ растениями в значительной степени определяется процессами взаимодействия их с почвой, прочностью закрепления в поглощенном состоянии. Наиболее благоприятные условия для интенсивной миграции ТМ по биологической цепи почва–растение складываются на дерново-подзолистых почвах Нечерноземной зоны. Для прогнозирования накопления ТМ в сельскохозяйственных культурах необходимо знать кинетику их поступления в растение из почвы, которая зависит прежде всего от содержания в почве тех форм, которые доступны растениям.

Соединения металлов по доступности растениям объединяют в три группы [17]:

– мобильные соединения, непосредственный резерв питания растений; к ним относятся водорастворимые, ионно-обменные, подвижные формы;

– потенциальный резерв, к которому относят прочнофиксированные соединения, требующие энергии активации для перевода в первую группу;

– стратегический резерв – формы соединений, недоступные для растений без разрушения сорбента.

Тенденция к биоконцентрированию ТМ

Биоконцентрирование – накопление вещества при прохождении через пищ.цепь.

Ме из почвы в организм человека поступают различными способами:

- с пылью, через органы дыхания;

- ч-з воду, почва – вода – чел-к

- ч-з растения, почва - растения – организм,

- ч-з почву – растения – животные – орг. чел-ка


В основе организации систем земледелия на техногенно загряз­ненных территориях (загрязнение радионуклидами и тяжелыми метал­лами) в рекомендациях предложено проведение следующих мероприя­тий:

• подбор культур с учетом коэффициентов накопления токсикантов;
  
• размещение культур с учетом плотности загрязнения почв;
  
• размещение культур с учетом почвенных характеристик;
  

применение защитных мероприятий, направленных на снижения накопления загрязнителей в продукции.


Эффективность защитных мероприятий по снижению перехода радионуклидов и тяжелых металлов в сельскохозяйственную про­дукцию

Различные действия, предпринимаемые с целью избежать либо уменьшить загрязнение сельскохозяйственной продукции, получили об­щее название «контрмеры в сельском хозяйстве» (Руководство... , 1994' или «защитные мероприятия». Защитные мероприятия в агропромышленном комплексе на загрязненных территориях можно разделить на две основные группы: традиционные и специальные. Применение традиционных защитных мероприятий направлено на увеличение плодородия почвы, рост урожайности, улучшение качества продукции растениеводства и возрастание продуктивности животных, с одной стороны, и снижение концентрации загрязняющих веществ, с другой. При проведении специальных защитных мероприятий основной задачей является снижение концентрации радионуклидов и тяжелых металлов в сельскохозяйственной продукции.

Можно выделить следующие виды возможных защитных мероприятии в растениеводстве и кормопроизводстве.

Ограничительные мероприятия предусматривают выведение угодий из хозяйственного при невозможности их использования в виду высоких уровней загрязнения или нецелесообразности проведения на них
агротехнических и агрохимических мероприятий.

Организационные мероприятия:

инвентаризация угодий по уровням загрязнения и составление картосхем загрязнения;

Прогнозирование содержания загрязнителей в урожае;

принятие решения об отчуждении земель с высоким уровнем загрязнения, где не гарантируется получение безопасной продукции;

изменение структуры посевных площадей; внедрение севооборотов с учетом плотности загрязнения почв и различий в накоплении загрязнителей растениями;

составление плана реабилитации загрязненных угодий;

организация химико-токсикологического контроля;

Агротехнические мероприятия:

специальные приемы обработки почвы;

подбор видов и сортов сельскохозяйственных культур с минималь­ным накоплением загрязняющих веществ;

предотвращение вторичного загрязнения растений путем сокраще­ния междурядных обработок;

проведение работ по влажной почве;

использование широкозахватной техники;

мелиоративные работы (осушение, перепашка, поверхностное и коренное улучшение кормовых угодий).

Агрохимические мероприятия:

известкование кислых почв;

изменение соотношения элементов питания в минеральных удоб­рениях;

использование природных сорбентов и различных видов органических удобрений;

применение микроудобрений;

Специальные приемы и технологии, обеспечивающие снижение накопления загрязняющих веществ в продукции растениеводства, раз­рабатываются с учетом состава загрязнения. Специальные мероприятия состоят из приемов, которые не используются при традиционных технологиях: вспашка с оборотом пласта; глубокая вспашка; использо­вание глинистых минералов для внесения на поверхность почвы в первый период после выпадений загрязнителей; применение нетрадицион­ных агромелиорантов (цеолит, палыгорскит, вермикулит, бентонит и г.п.).

В условиях техногенного загрязнения ОС и деградации экосистем необходимо повышение устойчивости агробиоценозов,

Приемы, обеспечивающие снижение накопления тяжелых металлов в продукцию растениеводства

Технологический прием	Тяжелые металлы
Известкование	Снижение накопления в 2-2,5 раза (кроме Cr, Mo, As, Se). Для некоторых микроэлементов снижение подвижности в почве отрицательно сказывается на качество продукции.
Обработка почв (вспашка с оборотом пласта, глубокая вспашка)	в 2-4 раза
Применение органических удобрений	Снижение накопления в 1,2-2,0 раза. Не рекомендуется внесение свежего навоза, т.к. возможно увеличение накопления в растениях.
Применение фосфорных удобрений	Снижение накопления в 1,2-2,5 раза
Комплексное окультуривание (известкование, внесение удобрений и т.п.)	в 1,5-5,0 раза
Применение природных сорбентов (цеолиты, глины и др.)	Снижение накопления в продукции в 1,3-2 раза
Подбор видов и сортов культур с минимальными уровнями накопления	Снижение накопления в зависимости от культуры и ТМ в среднем до 10 раз
Применение нетрадиционных мелиорантов (цеолит, палыгорскит, вермикулит и т.п.)	Снижение накопления в продукции в 1,2-2,0 раза
Подбор травосмесей	до 10 раз
Использование различных частей растений с учетом накопления загрязнителей	Снижение накопления в продуктах питания