Определение возможности получения экологически безопасной продукции растениеводства в условиях загрязнения

ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ И ЭКОТОКСИКОЛОГИИ

КУРСОВАЯ РАБОТА

по предмету: «Экотоксикология»

по теме: «Определение возможности получения экологически безопасной продукции растениеводства в условиях загрязнения агроценозов поллютантами»

Выполнила студентка 5 курса

Орел 2009

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Характеристика вредных организмов культуры

2. Агротехнические и агрохимические мероприятия, уменьшающие токсичность поллютантов

3. Регламенты и нормативы природоохранного использования химических и биологических средств защиты растений

4. Расчет экологической нагрузки используемых химических средств защиты растений

5. Свойства и регламентирование тяжелых металлов

6. Характеристика экотоксикологической ситуации, сложившейся под влиянием радионуклидов

7. Регламентирование нитратов в продукции растениеводства

8. Методы контроля за содержанием токсикантов в природных средах и сельскохозяйственной продукции

9. Пути и меры снижения вредного влияния токсикантов

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Деградация агрофитоценозов, экосистем различного уровня обусловлена нерациональным применением удобрений, мелиорантов, средств защиты растений, биологически активных продуктов, разрушением почв под влиянием механических обработок, распашкой территории выше допустимых пределов, неграмотным осушением и орошением, поступлением в почву отходов сельскохозяйственного производства и сельских поселений, нефтепродуктов и отходов переработки сельскохозяйственной продукции. При ведении сельскохозяйственного производства отмечаются нарушения почв, вод, приземного слоя воздуха, растительного покрова, биоты, ландшафта. Отмечена тенденция к накоплению в экосистемах различного уровня таких приоритетных загрязнителей, как: тяжелые металлы (свинец, кадмий, никель, мышьяк, медь, цинк), радионуклидов (цезий-137, стронций-90), микотоксинов, фитотоксинов, нитратов, нитритов и т.д. Происходит изменение свойств, процессов и режимов, трофических цепей, саморазвития и саморегулирования систем и подсистем, связанных с изменением аккумуляции, трансформации и миграции вещества, энергии и информации.

Нарушение экологических законов при использовании земель приводит к падению плодородия почв, к загрязнению водной и воздушной среды, к снижению качества сельскохозяйственной продукции. Качество сельскохозяйственной продукции предопределяется отсутствием каких-либо загрязнителей, способных вызвать острые или хронические изменения в состоянии здоровья человека.

Из большинства веществ, поступающих в окружающую среду из антропогенных источников, особое место занимают тяжелые металлы. Проблема тяжелых металлов в современных условиях производства глобальная, т.к. они являются генетическими ядами, поскольку аккумулируются в организме с отдаленным эффектом действия, проявляющимся в наследственных заболеваниях, умственных расстройствах, вызывая сердечнососудистые заболевания, тяжелые формы аллергии, канцерогенный и эмбриотропный эффект у организма, поэтому необходимы соответствующие меры по предотвращению загрязнения окружающей среды. Все тяжелые металлы обладают высокой токсичностью, миграционной способностью, а также канцерогенными и мутагенными свойствами. Особое значение необходимо придавать загрязнению почвы и воды редкими и рассеянными элементами, обладающими биоцидными свойствами, например Hg, Kd, Pb, As, Se.

Повышенный уровень нитратного азота в различных природных компонентах, с одной стороны, снижает биологическую ценность продуктов питания и кормов, а с другой – оказывает через них негативные последствия на человека и животных. Нарушения в технологии ведения хозяйства, нерациональное использование удобрений ведет к ухудшению качества окружающей среды. Образующиеся и накапливающиеся нитраты в почве и воде становятся экологическим фактором, определяющим не только режим питания растений, обмен веществ и величину продуктивности, но и качество урожая, воды и воздуха.

Ионизирующие излучения обладают высокой биологической активностью. Они способны вызвать ионизацию любых химических соединений биосубстратов, образование активных радикалов и этим индуцировать длительно протекающие реакции в живых тканях. Поэтому результатом биологического действия радиации является нарушение нормальных биохимических процессов с последующими функциональными и морфологическими изменениями в клетках и тканях.

Микотоксины вредны для клетки уже в незначительных концентрациях. Механизм действия микотоксинов заключается в блокировке жизненно важных аминокислот (аланина, тирозина, триптофана) и образовании аминосоединений (аминов). У растений под влиянием токсичных веществ гриба теряется тургор, обесцвечиваются листья, отмечается побурение сосудов и ухудшаются обменные процессы.

Для получения экологически безопасной продукции невозможно добиться без проведения мониторинга (слежения) за содержанием тяжелых металлов, радионуклидов, нитратов, пестицидов в окружающей среде, т.к. значительная часть их аккумулируется в почве. Затем они мигрируют в природные воды, поглощаются растениями и поступают в пищевые цепи. Мониторинг включает в себя следующие основные направления: наблюдение за состоянием окружающей среды и факторами, воздействующими на неё; оценку физического состояния окружающей среды и уровня ее загрязнения; прогноз состояния окружающей среды в результате возможных загрязнений и оценку этого состояния.

Мероприятий, с помощью которых реализуется стратегия снижения отрицательных последствий распространения загрязнителей в окружающей среде, включает широкий спектр человеческой деятельности и должны быть направлены, прежде всего, на предупреждение загрязнения объектов окружающей среды, разработку новых приемов экологически безопасного воздействия на окружающую среду, в том числе на продукцию, производимую человеком. Применяя такие агротехнические приемы, как известкование, внесение минеральных и органических удобрений, использование биологически активных веществ можно на разных стадиях производства свести к минимуму вероятность накопления основных поллютантов в почве, а, следовательно, и в растениеводческой продукции.

Целью курсовой работы является – изучение отдельных поллютантов, особенностей их поведения в окружающей среде, воздействия на растения и живые организмы, а также разработка мероприятий по снижению токсичности токсикантов и получение экологически чистой продукции растениеводства.

Раздел 1. ХАРАКТЕРИСТИКА ВРЕДНЫХ ОРГАНИЗМОВ

Сельскохозяйственное производство несет огромные потери от болезней, вредителей и сорняков. Характерными вредителями злаков являются злаковые мухи, злаковые тли. Большой вред сельскому хозяйству наносят и инфекционные болезни, вызываемые грибами, что выражается в значительном снижении урожайности сельскохозяйственных культур. Особенно значительные потери урожая происходят в результате присутствия сорных растений, которые выносят питательные вещества и влагу из почвы, затеняют культурные растения, а во многих случаях и загрязняют продукцию ядовитыми веществами и семенами, вызывающими отравление человека и животных. Качество растениеводческой продукции во многом зависит от развивающихся болезней, вредителей и наличия сорняков. Нарушения физиологических процессов при заболевании растительных организмов чаще проявляется в следующем: в ослаблении фотосинтеза, в нарушении интенсивности дыхательных процессов, в нарушении транспортировки в растения воды и питательных веществ, а также продуктов фотосинтеза; в нарушении синтеза ростовых и запасных веществ. Все это сказывается на урожайности и качестве сельскохозяйственной продукции.

Общие потери урожая от вредителей, болезней и сорняков в мире составляет 34% от потенциально возможного урожая.

Таблица 1

Характеристика вредных объектов

Раздел 2. АГРОТЕХНИЧЕСКИЕ И АГРОХИМИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ, УМЕНЬШАЮЩИЕ ТОКСИЧНОСТЬ ПОЛЛЮТАНТОВ

Использование агротехнических методов борьбы основано на взаимоотношениях, которые существуют между растениями, вредителями и внешней средой. Под влиянием агротехнических мероприятий создаются неблагоприятные условия для развития и размножения вредителей, болезней и сорняков и благоприятные условия для роста и развития культурных растений. Агротехнический метод при своем осуществлении не требует специальных затрат. В связи с этим агротехнические мероприятия являются наиболее экономически выгодными. Наибольшее значение из агротехнических мероприятий, с точки зрения защиты растений, имеет севооборот, обработка почвы, система удобрений, борьба с сорняками, сроки и способы посева, уборка урожая.

Севооборот, то есть правильное чередование культур на полях, повышает плодородие почвы и в то же время служит важным приемом для подавления численности вредителей и болезней растений. Правильное и своевременное проведение обработки почвы является одним из самых существенных агротехнических мероприятий по борьбе со многими вредителями сельскохозяйственных культур. При глубокой вспашке растительные остатки, на которых концентрируется большое количество вредителей, запахиваются. При ранних посевах растения раньше всходят, быстрее проходят фазы роста и к моменту весеннего появления вредителей оказываются более устойчивыми.

Таблица 2

Агротехнические мероприятия, направленные на уменьшение вредоносности вредных организмов (вредителей, болезней, сорняков) и снижение токсичности поллютантов

Наибольшее влияние на миграционную способность металлов оказывает почвенная кислотность. Поскольку растворимость большинства элементов падает с повышением рН, даже незначительные ее колебания способны вызвать изменения в поглощении ионов. Так, кадмий подвижен в кислых почвах с рН < 5,5 и их известкование способствует его иммобилизации вследствие образования гидроокисей и карбонатов. Однако, хром, способен в слабокислой и щелочной среде образовывать растворимые соли хромовой кислоты. При повышении кислотности почвы увеличивается подвижность меди. Известкование, сдвигая кислотно-щелочное равновесие, снижает содержание легко растворимых и обменных соединений металлов. На подвижность металлов в почве сильно влияет концентрация в ней органического вещества. Переход элементов в малоподвижную форму протекает наиболее интенсивно в почвах с высоким его содержанием. На процесс поглощения элементов почвой оказывает влияние характер субстрата и вид поглощенных катионов. Медь удерживается иллитом, монтмориллонитом, каолинитом, вермикулитом достаточно прочно. При больших количествах кадмия в почве в области рН > 6,5 возможно образование карбонатов и фосфатов.

С учетом вышеизложенного, можно предложить комплекс агрохимических мероприятий по снижению опасности токсикантов:

Таблица 3

Агрохимические мероприятия, снижающие опасность токсикантов

Раздел 3. РЕГЛАМЕНТЫ И НОРМАТИВЫ ПРИРОДООХРАННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ И БИОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ

Под биологическим методом понимают использование живых существ или продуктов их жизнедеятельности для предотвращения или уменьшения ущерба, причиняемого вредными организмами. К числу живых существ, применяемых в борьбе с вредителями растений, относятся их естественные враги, т.е. хищные и паразитические насекомые, клещи, простейшие, млекопитающие и птицы, болезнетворные организмы – бактерии, вирусы, грибы. Из продуктов жизнедеятельности живых существ в биологической борьбе используют аттрактанты, или половые гормоны, а также гормоны и их синтетические аналоги.

Основными способами использования естественных врагов вредителей в биологической борьбе с ними являются: интродукция и акклиматизация, внутриареальное расселение, сезонная колонизация, а также охрана и использование местных энтомофагов. Последний способ предполагает наиболее рациональное использование пестицидов в тех случаях, когда это вызвано необходимостью в связи с непосредственной угрозой урожаю. При этом обработка растений проводится по возможности избирательно действующими на вредителя препаратами и в сроки, наиболее безопасные для его естественных врагов.

Таблица 4

Биологические мероприятия, направленные на защиту культуры

Для борьбы с вредными организмами, повреждающими растения используются химические вещества – пестициды. Для борьбы с пыльной головней овса и корневыми гнилями предполагается применить протравливание семян перед посевом.

Дивидент Стар 036 FS – комбинированный фунгицид системного действия для борьбы с возбудителями грибных заболеваний, распространяющихся с семенами и почвой. Это универсальный двухкомпонентный препарат для обработки семян всех зерновых культур; самый эффективный из экономичных протравителей препарат против корневых гнилей; стабильно высокая эффективность против головневых заболеваний; удобная в применении жидкая препаративная форма с добавлением красителя и прилипателя, защищает от других болезней семян и всходов и обладает побочным действием против таких заболеваний, как септориоз, пятнистости, а также ранние проявления мучнистой росы. Преимущества препарата: по широте спектра действия превосходит большинство препаратов для протравливания семян, при этом поглощается растением постепенно и действует дольше как на внутреннюю, так и на внешнюю инфекцию; гибкость в сроках применения (допускается заблаговременное протравливание) за 3 месяца до сева и более, отсутствие пыления при работе и севе, оказывает на защищаемую культуру благоприятное физиологическое воздействие, повышая продуктивную кустистость, озерненность колоса и метелки. Растения, выросшие из обработанных семян, значительно кустистее и зеленее в течение всей вегетации, что в конечном итоге определяет весомую прибавку.

По информации фирмы-производителя Syngenta (Швейцария) препарат представляет незначительную опасность для человека, однако, в аварийных ситуациях (утечка) является очень токсичным для водорослей, дафний, рыб.

Для борьбы со злаковыми мухами и тлями возможно применение диметоата. Диметоат используется в качестве инсектоакарицида для борьбы с широким спектром вредителей на посевах зерновых, овощных и садовых культур, а также трав и пастбищ. Является системно-контактным препаратом. Быстро поглощается листьями, стеблем и корнями, распространяясь по всему растению. Сосущие и минирующие насекомые уничтожаются в результате поглощения сока растения. Как контактный препарат оказывает подавляющее действие на вредителей, которые соприкасаются с препаратами на поверхности растения. В организме вредителя ингибирует холинэстеразу, действуя на нервную систему и вызывая угнетение дыхания и сердечной деятельности. Токсикологический класс опасности II, препарат относится к средне токсичным.

Банвел - селективный системный гербицид для послевсходового применения против однолетних и некоторых многолетних широколистных сорняков на зерновых культурах. Гербицид банвел — важнейший компонент для приготовления различных баковых смесей. Использование баковых смесей это - способ удешевления обработки, позволяющий одновременно обеспечить биологическую эффективность, приближенную к эффективности гербицидов, примененных в полных нормах расхода. Подбор оптимального соотношения гербицидов в баковой смеси позволяет уменьшить норму расхода компонентов и одновременно сохранить достаточно высокий уровень биологической эффективности.

Гербицид относится к III классу опасности, при попадании в окружающую среду представляет незначительную опасность.

Таблица 5

Химические мероприятия, направленные на защиту культуры

Для оценки негативного влияния пестицидов были разработаны пределы допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ в различных средах. ПДК загрязняющего вещества – это такая его максимальная концентрация в окружающей среде, которая не оказывает отдаленных мутагенных и канцерогенных последствий. Если величина ПДК в различных средах не установлена, действует временный гигиенический норматив ОБУВ – временно допустимая концентрация (ориентировочно безопасный уровень воздействия) вещества.

Таблица 6

Санитарно-гигиеническая характеристика применяемых пестицидов

Раздел 4. РАСЧЕТ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ХИМИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ

Экотоксикологическая оценка каждого препарата должна в первую очередь базироваться на данных о динамике их содержания в почве и растении на обрабатываемых полях, в воздухе и воде водоемов.

Для характеристики действия пестицида на агробиоценоз используют понятие экологической нагрузки.

Для расчета экологической нагрузки существует формула:

где Эн – экологическая нагрузка (усл. ед);

НР – норма расхода действующего вещества, (мг/га);

Т1/2 – период полураспада препарата (месяцев);

Т – токсичность для теплокровных (мг/кг).

Для расчета нормы расхода действующего вещества применяют формулу:

НР= , где

НР – норма расхода действующего вещества л, кг/га;

Д – норма расхода препарата, л, кг/га;

% д.в. – содержание действующего вещества в препарате, %.

Экологическая нагрузка менее 10 усл.ед. считается неопасной, от 11 до 100 – малоопасной, от 101 до 1000 – среднеопасной, более 1000 – опасной.

Таблица 7

Расчет экологической нагрузки используемых средств защиты растений

Дивидент Стар Эн= 36300*1*/3000=12,1

НР=3,63*1/100= 0,0363*1000000= 36300 мг/га

Диметоат Эн= 400000*1/220,5= 1814,1

НР= 40*1/100= 0, 4*1000000=400000 мг/га

Банвел Эн= 144000*1/2375= 60,6

НР=48*0,3/100=0,144*1000000= 144000 мг/га

Т.о. экологическая нагрузка для всего поля на сезон работ составит: 12,1+1814+60,6=1886,8

Т.к. нагрузка составила 1886,8 усл.ед., она считается опасной.

Раздел 5. СВОЙСТВА И РЕГЛАМЕНТИРОВАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

Из большинства веществ, поступающих в окружающую среду из антропогенных источников, особое место занимают тяжелые металлы. Проблема тяжелых металлов в современных условиях производства глобальная, т.к. они являются генетическими ядами, аккумулируются в организме с отдаленным эффектом действия, проявляющимся в наследственных заболеваниях, умственных расстройствах, а также вызывая сердечно-сосудистые расстройства, тяжелые формы аллергии, канцерогенный и эмбриотропный эффект у организма, поэтому необходимы соответствующие меры по предотвращению загрязнения окружающей среды. Все тяжелые металлы обладают высокой токсичностью, миграционной способностью, а также канцерогенными и мутагенными свойствами.

Поведение этих токсикантов в различных природных средах обусловлено специфичностью их основных биогеохимических свойств: комплексообразующей способностью, подвижностью, биохимической активностью, минеральной и органической формами распространения, склонностью к гидролизу, растворимостью, эффективностью накопления.

Большинство тяжелых металлов относятся к группе микроэлементов. В действии каждого микроэлемента на живые организмы много общего: они входят в состав ряда белковых комплексов (ферментов) или активизируют их деятельность, они необходимы организмам в очень небольших количествах – тысячных или десятитысячных долях процента. Повышение их концентрации выше определенного уровня приводит к угнетению роста и развития и в данном случае, когда они находятся в окружающей среде в концентрациях, опасных для живого их называют тяжелыми металлами.

В процессе эволюции растения, животные и человек приспособились к природному (фоновому) содержанию тяжелых металлов. Однако интенсивное развитие промышленности, транспорта и использование различных химических средств привело к накоплению тяжелых металлов на значительных территориях, что отрицательно влияет на почву, растения и другие живые организмы, а следовательно, фоновый уровень тяжелых металлов в биосфере постоянно растет.

Таблица 8

Свойства и регламентирование меди, хрома и кадмия

При загрязнении почв и растительности тяжелыми металлами, в качестве путей оптимизации обстановки, используют традиционные и специальные приемы:

1) Методы по ограничению поступления тяжелых металлов в почву. При планировании применения удобрений, мелиорантов, пестицидов, осадков сточных вод необходимо учитывать содержание в них тяжелых металлов, буферную емкость используемых почв. Ограничение доз, обусловленное экологическими требованиями, является необходимым условием экологизации земледелия.

2) Удаление тяжелых металлов за пределы корнеобитаемого слоя достигается следующими приемами:

- удалением загрязненного слоя почвы,

- засыпкой загрязненного слоя чистой землей,

- выращиванием культур, поглощающих ТМ и удалением с поля их растительной массы,

- промывкой почв водой и водорастворимыми (чаще органическими) соединениями, образующими с тяжелыми металлами водорастворимые комплексные соединения, в качестве органических лигандов используют продукты из отходов с/х производства,

- промывкой почв раствором для выщелачивания ТМ из верхних горизонтов на глубину 70-100 см и затем осаждения их на этой глубине, в виде трудно растворимых осадков (за счет последующей промывки почв реагентами, содержащими анионы, образующие с тяжелыми металлами осадки).

3) Разработка мероприятий по ограничению поступления ТМ в растения. Поступление тяжелых металлов в растения может быть уменьшено за счет изменения питательного режима, при создании конкуренции за поступление в корни токсикантов и катионов удобрений, при осаждении тяжелых металлов в корне в виде труднорастворимых осадков.

4) Связывание ТМ в почве в малодиссоциируемые соединения. Уменьшение поступления тяжелых металлов в растения может быть достигнуто их осаждением в почве в виде осадков карбонатов, фосфатов, сульфидов, гидроокисей; с образованием малодиссоциирующих комплексных соединений с большой молекулярной массой. Наилучшим способом, обеспечивающим существенное снижение содержания тяжелых металлов в растениях, является совместное внесение навоза и извести. Наиболее эффективными мероприятиями, приводящими к снижению подвижности свинца в почвах, является глинование (внесение цеолита) и совместное внесение извести и органических удобрений. Применение полного комплекса химических мелиорантов (органических и минеральных удобрений, извести и трепла) на 10-20% снижало в почве содержание поливалентных металлов.

5) Адаптивно-ландшафтные системы земледелия, как фактор оптимизации экологической обстановки при загрязнении почв ТМ.

Различные виды и сорта культур накапливают в растительной продукции неодинаковое количество ТМ. Это обусловлено селективностью к ним корневых систем отдельных растений и особенностью их процессов метаболизма. ТМ в большей степени накапливаются в корнях, меньше в вегетативной массе и генеративных органах. При этом отдельные группы культур селективно накапливают и определенные токсиканты. Подбор культур для выращивания на почвах определенной степени и характера загрязнения является наиболее простым, дешевым и достаточно эффективным способом оптимизации обстановки.

Распределение металлов в органах растений носит отчетливо выраженный акропетальный характер и увеличивается в ряду:

Раздел 6. ХАРАКТЕРИСТИКА ЭКОТОКСИКОЛОГИЧЕСКОЙ СИТУАЦИИ, СЛОЖИВШЕЙСЯ ПОД ВЛИЯНИЕМ РАДИОНУКЛИДОВ

В почве радионуклиды содержаться в водорастворимой, обменной, необменной и прочносвязанной необменной формах. Среди этих форм наибольшую играют первые две, поскольку они способны усваиваться растениями и, следовательно, мигрировать по биологической цепочке. Биологическая подвижность радионуклидов зависит, с одной стороны, от их физико-химических свойств, а с другой стороны, от свойств самой почвы, среди которых решающее значение играют ее тип, минеральный состав, кислотность, содержание органических веществ, увлажненность, длительность её использования в агроэкосистемах. Наибольшей доступностью для растений обладает стронций, который в виде 73% в глобальных выпадениях находится практически полностью в водорастворимой форме.

Большое влияние на доступность радионуклидов для растений оказывает наличие в почве обменных катионов – элементов-носителей и кислотность. Чем больше в ней элементов-носителей, тем меньше биологическая подвижность радионуклидов и наоборот. Закисление почв приводит к увеличению доступности радионуклидов для растений. Микроорганизмы почвы снижают подвижность радионуклидов в биологическом круговороте. По профилю почв естественных экосистем стронций-90 распределяется интенсивно, благодаря более высокой подвижности. Радиационно-экологическая обстановка на загрязненных территориях изменяется в основном в результате естественного радиоактивного распада, вторичного ветрового переноса и вертикальной миграции.

В растения радионуклиды могут поступать через корневую систему и аэральным путем. Большое значение в накоплении растениями радионуклидов имеет фаза вегетации. Листья молодых растений поглощают радионуклиды в значительно больших количествах, чем листья растений, заканчивающих рост и развитие. Стронций-90 под действием ветра и осадков частично удаляется с поверхности листьев и стеблей растений и перемещается в почву, а частично прочно фиксируется на поверхности растений. Выпадение радиоактивных аэрозолей на поверхность растений приводит к накоплению их в надземной массе, в то время как при корневом пути поступления, почвенный поглощающий комплекс выступает в роли мощного сорбционного фактора, а корневая система является селективным барьером, исключающим поступление в надземную фитомассу биологически инертных элементов.

Влияние почвы проявляется в снижении биологической активности радионуклидов при увеличении содержания в почве обменных катионов, органического вещества, физической глины, ила, минералов монтмориллонитовой группы, емкости поглощения. Черноземы, имеющие большое количество мелкодисперсных частиц органического вещества (гумуса) уменьшают переход радионуклидов в растения. При увеличении кислотности возрастает поступление в почву стронция-90. Большему удержанию радиоизотопов в почве способствует наличие в ней химических элементов, близких по химическим свойствам к этим изотопам. Так, кальций - химический элемент, близкий по своим свойствам стронцию - 90 и внесение извести, особенно на почвы с высокой кислотностью, ведёт к увеличению поглотительной способности стронция - 90 и к уменьшению его миграции.

Биологические особенности растений влияют на накопление ими радионуклидов. Так, стронций-90 в 2-6 раз интенсивнее накапливается в бобовых культурах, чем в злаковых. Наиболее интенсивно идет накопление радионуклидов в листьях, стеблях, слабее в генеративных органах.

Распределение радионуклидов в вертикальном профиле почв влияет на поглощение их растениями. Обработка верхнего слоя (заглубление, вспашка, фрезерование) изменяет положение его по отношению к основной массе корней и обуславливает снижение накопления радионуклидов в растениях. Захоронение загрязненного слоя почвы за пределы распространения основной массы корней. Уменьшает накопление радионуклидов в растениях в 7-11 раз.

Расчет количества радионуклидов в почве:

где Р – количество радионуклида, мг/м3 почвы;

А - активность радионуклида в распадах в секунду;

Т Ѕ - период полураспада изотопа в секундах;

М – массовое число изотопа;

Л – число Авогадро;

К - объем почвы 1 м3 при плотности 1,1 г/см3.

Чтобы сделать расчет количества радионуклида на 1 га, полученный результат умножают на 10000, а пересчет на 1 км3 требует умножения еще на 100, на 1 кг – на 10 -2.

Т Ѕ = 28,1 лет = 8,86 *108 сек

М=90*10-3

Л= 6,022*1023 моль-1

1 Кu = 3,7*1010 расп./сек

Р= 3,145*1011* 8 ,86*108*90*

10-3/0,693*6,022*1023*1=0,0609*10000=609*100

=60,9*10-2=0,609 кг

Раздел 7. РЕГЛАМЕНТИРОВАНИЕ НИТРАТОВ В ПРОДУКЦИИ РАСТЕНИЕВОДСТВА

Нитраты – соли азотной кислоты. Поглощение и включение азота в продуктивный процесс растений является важной и специфической составляющей частью круговорота азота как в глобальном масштабе, так и в пределах отдельных регионов, ландшафтов и ценозов. Основным источником азота для растений служат нитраты и аммоний. В культивируемых почвах складываются благоприятные для процесса нитрофикации условия, вследствие чего основной для растения формой как на удобряемых, так и на неудобряемых почвах являются нитраты. При недостатке, как и при избытке азота нарушаются процессы морфогенеза и накопления сухого вещества, изменяется характер включения поглощенного азота в синтез органических соединений, происходит накопление нитратов в урожае культур. Образование нитратов представляет собой естественный процесс превращения азота в геологических породах, почве, воде и атмосфере. При антропогенном воздействии на почву подвижность органического вещества повышается, усиливается минерализация азота почвы, в результате чего возрастает поступление нитратов в природные воды и растения. Азотные удобрения представляют собой главный антропогенный источник азота. Попадая в почву азотные удобрения расходуются не полностью, т.к. растения в процессе всего питания используют и почвенный азот. Поэтому конкретная система применения азотных удобрений должна соответствовать почвенно-экологическим условиям, характеру землепользования, специализации севооборотов и чередованию культур, биологическим их особенностям, поскольку несоблюдение этих условий приводит к увеличению потерь азота удобрений. Необходимо учитывать особенности рельефа местности, гранулометрический состав, водно-физические свойства почвы и другие почвенно-экологические параметры при применении азотных удобрений. Накопление азота зависит также от залужения земель. Потери азота удобрений в нитратной форме возрастают при высокой насыщенности севооборотов пропашными культурами и систематическим применением повышенных доз азотных удобрений. Неравномерное распределение азотных удобрений по поверхности почвы в ходе их внесения также можно рассматривать как одну из причин насыщения водоемов нитратами и их накопления в растениях, так как в этом случае создаются переудобренные участки, снижается коэффициент использования азота удобрений растениями, возрастают потери азота. Замена традиционных систем земледелия с участием и чередованием разнообразных культур более интенсивными и специализированными технологиями, которые способствуют усилению минерализации органического вещества почвы и разрушению ее структуры, ограничение площадей, занятых травами. Утяжеление машин и их использование на постоянных технологических колеях, отсутствие защитных зон вокруг полей приводит к усилению внутрипочвенного и поверхностного выноса азота. Одним из основных факторов, влияющим на накопление нитратов в растения является: чрезмерное внесение удобрений, особенно их нитратных форм (аммиачная, калийная, натриевая селитра). Подкармливать растения лучше амидными или аммонийными формами удобрений, т.к. аммиачный азот поглощается растениями и сразу включается в аминокислоты и белки без накопления нитратов. Увеличение количества нитратов в продукции можно получить при избыточном внесении в почву органических удобрений. Подкормка азотом за 1-2 недели до уборки урожая ведет к увеличению содержания нитратов в растительной продукции. При дефиците фосфора и калия затормаживается процесс образования органического вещества в процессе фотосинтеза, в результате чего снижается расход поступившего азота на процессы роста, что приводит к увеличению концентрации нитратного азота в органах растений. Из микроэлементов наиболее важным для предотвращения накопления нитратов является молибден, т.к. он входит в состав нитратредуктазы и принимает участие в восстановлении нитратов.

Из остальных агротехнических факторов выращивания растений влияние на концентрацию нитратов оказывают освещенность, влагообеспеченность, температура выращивания и сроки уборки урожая.

При слабой освещенности нитраты не полностью превращаются в аминокислоты. В засушливые годы при внесении высоких доз азотных удобрений в почву растения накапливают больше нитратов, поэтому необходим регулярный полив растений, чтобы азотное питание было умеренным и равномерным. Температурный фактор особенно влияет на содержание нитратов у растений, выращенных в условиях короткого светового дня. При умеренной температуре (13-23˚С) растения содержат меньше нитратов, чем при низкой или высокой. В недозрелых овощах содержание нитратов значительно выше, чем в спелых. Накопление нитратов различными культурами имеет наследственно закрепленный характер, т.е. они обладают сортовой спецификой, которая выявлена у ряда сортовых культур.

Существует несколько путей образования и накопления нитратов в растениях:

1) нитраты накапливаются в растениях в результате чрезмерного потребления растениями азота при различных факторах, способствующих более интенсивному поступлению азота в растение, нежели их ассимиляции;

2) накопление нитратов в растениях может быть следствием снижения поступления нитратного азота и замедления синтетических процессов, из-за несбалансированного питания растений азотом и другими элементами;

3) нитраты образуются в растениях в результате первичной реакции на дефицит азота, что в свою очередь связано со снижением активности нитраредуктазы;

4) нитраты образуются в растениях при избыточном усвоении аммонийного азота.

Нитраты в растениях восстанавливаются до нитритов. Опасность нитратов и их токсическое действие на организм состоит в том, что нитраты, превратившись в ЖКТ в нитриты, попадают в кровь и окисляют двухвалентное железо гемоглобина в трехвалентное. При этом образуется метгемоглобин, не способный переносить кислород к тканям и органам, в результате чего может наблюдаться удушье. Угрозой для жизни является накопление в крови 20% и более метгемоглобина.

Таким образом, токсичность нитратов относительно низкая, а их негативное действие обусловлено нитритом, продуктом восстановления NO3 в NO2 микрофлорой пищеварительного тракта и тканевыми ферментами. В этом состоит потенциальная опасность нитратов, а именно их переходом в нитриты и нитрозосоединения, которые являются канцерогенами.

При сравнении содержания нитратов в зерне и соломе овса 130 мг/кг с ПДК (250-400 мг/кг), можно сделать вывод, что данная продукция безвредна и может использоваться в качестве корма сельскохозяйственных животных, а зерно также может быть использовано на продовольственные цели.

Таблица 9

Определение путей использования продукции растениеводства

Таблица 10

Содержание нитратов в продукции растениеводства

Локализация нитратов в органах растения увеличивается в ряду:

Репродуктивные органы листья корни, стебли, черешки листьев

Раздел 8. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ЗА СОДЕРЖАНИЕМ ТОКСИКАНТОВ В ПРИРОДНЫХ СРЕДАХ И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ

Для получения объективной информации о состоянии и об уровне загрязнения различных объектов окружающей среды (атмосферный воздух, вода, почва) необходимо располагать надежными методами анализа. Методы применяют в широком интервале концентраций элементов, включающих как следовые количества в незагрязненных объектах фоновых районов, так и высокие значения концентраций в антропогенных условиях.

Физико-химические методы количественно определяемых остатков пестицидов:

Фотометрический метод основан на сравнении оптических плотностей исследуемой и контрольной жидкостей. К разновидностям фотометрического метода относятся фотоколометрический, спектрофотометрический, турбидиметрический, нефелометрический и флуориметрический (люминисцентный). Чувствительность определения фотоколориметров зависит от природы соединений и составляет для органических соединений 0.04-20 мг/мл пробы и для органических соединений 0,02-10 мкг/мл пробы.

Спектрофотометрический метод основан на тех же принципах. Что и фотоколориметрический, но в спектрофотометре используется поглощение монохроматического света. Чувствительность определения органических и неорганических соединений находится на уровне 0,08-20 мкг/мл пробы.

Турбидиметрический метод применяется для определения количеств веществ, которые находятся во взвешенном состоянии, посредством измерения интенсивности прохождения света через контролируемый раствор пробы. Метод пригоден для измерения концентраций порядка нескольких частей на миллион.

Нефелометрический метод отличается от турбодиметрического тем, что измеряется не прошедший через суспензию свет, а рассеянный, благодаря чему данный метод является более чувствительным для сильно разбавленных суспензий.

Флуориметрический метод используется для аналитических целей и основан на способности некоторых веществ при возбуждении ультрафиолетовым излучением сильно флуоресцировать. Этот метод имеет ограниченное применение. Точным и чувствительным он является для интенсивно флуоресцирующих веществ.

Полярографический метод основан на восстановлении анализируемого соединения на ртутном капающем электроде и используется при анализах следовых количеств веществ, находящихся в разных агрегатных состояниях.

Газохроматографический метод основан на селективном разделении соединений между двумя несмешивающимися фазами, одна из которых неподвижна (жидкость или твердое тело), а другая подвижна (инертный газ-носитель). Данный метод позволяет определять ничтожно малые количества веществ, не обладающих специфическими реакциями, анализировать смеси. Состоящие из десятков и сотен компонентов с близкими свойствами.

Масс-спектрометрический метод заключается в ионизации газообразной пробы электронной бомбардировкой, после чего образующиеся ионы подвергаются воздействию магнитного поля. В зависимости от массы и заряда ионы отклоняются с различной скоростью и соответствующим образом разделяются. Особенностью метода является малый объем пробы и высокая избирательность.

Спектрально-химический метод заключается в сочетании двух последовательных операций: 1) соосаждения групп элементов из растворов с помощью 2,4-динитроанилина; отделения их и соосаждения их фильтра молибдена с помощью «окисленного» красителя Стенгауза; 2) спектральное определение соосажденных элементов в зольном остатке с использованием соответствующих искусственных стандартов.

Спектрально-эмиссионный метод основан на излучении световой энергии атомами, ионами, реже молекулами. Излучаемые атомами и ионами эмиссионные линейчатые спектры не зависят от вида химических соединений, из которых состоит исследуемое вещество. Поэтому этот вид анализа применяется для определения элементарного (атомного) состава проб воды и почвы. Универсальность, высокая чувствительность, хорошая точность и экспрессивность определения обусловили широкое распространение метода. При фотографической регистрации спектра метод дает принципиальную возможность одновременно анализировать до 30 элементов в одной пробе, при этом в пробе почвы и воды могут быть определены очень низкие концентрации многих элементов.

Атомно-абсорбционный спектральный анализ основан на использовании способности свободных атомов элементов селективно поглощать резонансное излучение определенной для каждого элемента длины волны. Этот метод отличается универсальностью, простотой выполнения и высокой производительностью.

Биологические методы количественного определения пестицидов основаны на использовании зависимости между дозой пестицида и эффектом его действия на тест-объект. При определении инсектицидов эффект действия выражается в процентах гибели тест-объектов. При определении эффекта действия фунгицидов учитывается по величине и интенсивности роста колоний гриба – тест-объекта или по радиусу стерильной зоны, образующейся вокруг точки внесения фунгицида в среду культивируемого объекта.

Эффект действия гербицидов чаще всего устанавливается по накоплению сухой массы надземной части растения, по интенсивности роста корней или по активности отдельных звеньев фотосинтеза.

Брометод предусматривает в строго контролируемых условиях зависимости «эффект-доза» и определения эффекта действия исследуемого образца. Для этого в опыте должны быть как минимум следующие варианты сред:

1. Контроль (определенный материал без пестицида) для учета состояния тест-объекта в условиях опыта.

2. Определяемое вещество, внесенное в исследуемый материал, не содержащий пестицида, в 4-6 логарифмически снижающихся дозах с целью получения данных, необходимых для построения графика «эффект-доза», выражающего зависимость действия определенного пестицида от его дозы.

3. Исследуемый материал, содержащий определенный пестицид и используемый для установления эффекта действия на тест-объект исконных количеств пестицида. Далее по графику «эффект-доза» находят искомое количество пестицида.

Методы отбора проб и определения остаточных количеств токсикантов.

На основании анализа объединенной (средней) пробы делают заключение о всей партии пищевых продуктов или обо всем объеме почвы в целом. При определении остатков пестицидов в различных объектах важно отобрать пробу таким образом, чтобы она полностью характеризовала анализируемый объект. При этом учитываются все факторы, влияющие на устойчивость остатков, как на поверхности, так и внутри биологического материала.

Из партии пищевого продукта составляют образец. Размер отбираемой из него объединенной пробы зависит от вида исследуемого материала и целей анализа.

Средний образец овощей и корнеплодов (томат, свекла, перец, баклажан) отбирается по диагонали участка с промежутками в 6-10 растений. Плоды берут с различных ярусов (овощи) не менее, чем с 10 растений в каждой точке отбора или по диагонали участка в разных точках отбора (корнеплоды).

Образцы используют для отбора объединенной пробы овощей и корнеплодов. Каждый плод делят на 4 части и берут четвертую его часть. Затем пробу перемешивают, взвешивают, измельчают и анализируют.

Пробы почвы берут в 5-6 местах (0,5 кг в каждом месте) по диагонали участка площадью 1-5 га с различной глубины. В лаборатории высушивают до воздушно-сухого состояния в защищенном от солнечных лучей месте. После сушки измельчают и берут объединенную пробу методом квартования. Перед анализом почву просеивают через сито с диаметром 1 мм. Органические остатки анализируют с почвой или отдельно.

Анализ образцов растений на содержание остатков пестицидов проводят сразу после их взятия. Образцы хорошо упакованы, подписаны, сопровождаются паспортом, где указано:

- когда и где отобран образец,

- тип почвы, на которой выращивали культуру,

- название растения,

- наименование применяющегося пестицида,

- время обработки,

- физиологическое состояние во время обработки, для молодых растений – время со дня посева,

- препаративную форму пестицида,

- норму расхода на 1 га,

- концентрацию применяемого рабочего раствора,

- растворитель для приготовления рабочего раствора,

- расход рабочего раствора.

- число обработок,

- погодные условия в день обработки,

- за сколько дней до уборки проведено последнее опрыскивание.

Раздел 9. ПУТИ И МЕРЫ СНИЖЕНИЯ ВРЕДНОГО ВЛИЯНИЯ ТОКСИКАНТОВ

Для получения экологически безопасной продукции необходимо иметь достоверные исходные данные об эколого-токсикологической обстановке в агросистемах, так как имеется вероятность с одной стороны – загрязнения биосферы токсикантами промышленного происхождения, а с другой – загрязнения среды органическими отходами сельскохозяйственного производства. Т.к. в почве содержание меди, хрома превышает ПДК, а также почва подверглась загрязнению стронцием-90, необходимо разработать комплекс мероприятий по применению веществ, улучшающих состояние экосистемы и уменьшающих переход токсикантов в растения. Существенному снижению элементов-загрязнителей способствует применение гормональных симбионтных, гуминовых препаратов, которые будучи емкими ионообменниками, поглощают подвижные формы элементов и тем самым снижают поступление их в растения.

Таблица 11

Применение веществ, улучшающих состояние экосистем и уменьшающих переход токсикантов в растения

Литература

1. Догадина М.А., Степанова Л.П., Лысенко Н.Н. Основы токсикологии Орел: Издательство ОрелГАУ 2006

2. Догадина М.А., Лысенко Н.Н. Основы токсикологии Орел: Издательство ОрелГАУ 2008

3. Савич В.И., Парахин Н.В., Сычев В.Г., Степанова Л.П. Почвенная экология Орел: Издательство ОрелГАУ 2002

4. Степин Б.Д., Цветков А.А. Неорганическая химия М.: Высшая школа 1994

5. Список пестицидов и агрохимикатов разрешённых к применению Российской Федерацией, 2008 г. / Приложение к журналу «Защита и карантин растений» № 6 – 2008 г.

6. Баздырев Г.И. Защита сельскохозяйственных культур от сорных растений. – Москва: Колос, 2004 г. – 328 с.

7. Чесалин Г.А. Сорные растения и борьба с ними М.: Колос, 1975 г.-186 с.

8. Горленко М.В. Фитопатология Л.: Колос 1980 г. -318 с.

9. Осмоловский Г.Е., Бондаренко Н.В. Энтомоголия Л.: Колос – 1980 г. – 358 с.

10. Гигиенические нормативы содержания пестицидов в объектах окружающей среды ГН 1.2.1323-03

11. Санитарные правила и нормы СанПиН 2.3.2.560-96 "Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов"