ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 6

БИОГЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ БИОГЕОХИМИЧЕСКОГО КРУГОВОРОТА

ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ПРИРОДНОЙ ЗОНЕ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

Оценить параметры биогеохимического круговорота элементов с

помощью его характеристик

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ:

Биогеохимические процессы - это геохимические процессы, которые

осуществляются не под действием геологических факторов, а в результате

жизнедеятельности организмов. С помощью биогеохимических процессов

поддерживается целостность и устойчивость биосферы.

Основным свойством биогеохимических процессов является

цикличность, то есть повторяемость и замкнутость биогеохимических

процессов.

Круговорот веществ происходит в условиях развития биосферы.

Биогеохимический круговорот веществ - это развитие биосферы

последствием круговорота веществ, происходящих под действием

биологических, геологических и геохимических факторов.

В биогеохимическом круговороте принимают участие три компонента:

а) живое вещество (растения, животные, микроорганизмы);

б) биогенное вещество, образовавшееся при отмирании живых организмов в

виде сложных органоминеральных соединений, типа почвенного гумуса;

в) биокосное вещество - минеральные соединения, созданные живым

веществом.

Для оценки характера биогеохимического круговорота используют

следующие показатели:

1. Зольность (зольный состав)

2. Биомасса (фитомасса)

3. Структура биомассы

4. Интенсивность биогеохимического круговорота:

а) индекс биогеохимического круговорота (ИБГК)

ИБГК =𝑆б

𝑆𝑥 (6.1)

б) коэффициент интенсивности разложения опада и продолжительность

сохранения подстилки (ИРП).

ИРП =масса подстилки

масса годового опада (6.2)

в) индекс водной миграции (ИВМ)

ИВМ =ХН2О

Хзк (6.3)

5. Емкость биогеохимического круговорота (ЕБГК)

ЕБК =1

𝑛∑ 𝑚𝑖

𝑛𝑖=1 (6.4)

6. Баланс химических элементов (или элемента) в биогеохимическом

круговороте (БХЭ)

БХЭ =Мп -Мв . (6.5)

7. Скорость биогеохимического круговорота

8. Контрастность биогеохимического круговорота - это оценка емкости

биологического круговорота в различных ландшафтах.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ:

Рассчитать показатели биогеохимического круговорота по варианту и

оценить его особенности в природной зоне. Защита практической работы

осуществляется по контрольным вопросам

ХОД РАБОТЫ:

1. Рассчитайте индекс биогеохимического круговорота (ИБГК) для азота в

данном ландшафте, если его количество в годовом приросте биомассы

составляет 7,6 кг/га, а его масса, которая выносится водами рек бассейна,

составляет 3,9 кг/га. Сделайте вывод относительно его запаса в биомассе

данного ландшафта.

Решение: рассчитываем индекс биогеохимического круговорота азота

по формуле (6.1)

ИБГК𝑁 =𝑆б

𝑆𝑁 .

ИБГК𝑁 =7,6

3,9= 1,95

Ответ: по определенному индексу биогеохимического круговорота

азота можно сделать вывод, что его запас в биомассе данного ландшафта

превышает его количество, которое ежегодно вовлекается в круговорот с его

приростом и опадом, в 1,95 раз.

вариант 1, Cl 2, Ca 3, N 4, P 5, Hg 6, Na 7, Fe 8, S 9, Si

Sб, кг/га 3,4 6,7 8,4 6,8 1,2 5,7 5,9 9,1 10,5

Sx, кг/га 5,7 4,1 3,5 4,9 0,5 4,2 2,9 5,7 6,9

вариант 10, Mg 11, Al 12, Ti 13, Zn 14, B 15, F 16, C 17, Cu 18, Se

Sб, кг/га 6,4 9,4 2,4 5,8 3,4 3,9 10,5 6,3 3,6

Sx, кг/га 3,1 7,6 2,2 6,4 5,1 5,7 5,4 4,8 2,4

2. Рассчитайте коэффициент интенсивности разложения опада и

продолжительность сохранения подстилки (ИРП) в данной природной зоне,

если масса подстилки этой зоны составляет 8350 т/км2, а масса годового

опада - 240 т/км2.

Решение: коэффициент интенсивности разложения опада и

продолительность сохранения подстилки (ИРД) рассчитываем по формуле

(6.2)

ИРП =масса подстилки

масса годового опада.

ИРП =8350

240= 34,791

Ответ: по рассчитанному коэффициенту интенсивности разложения

опада и продолжительности сохранения подстилки (ИРП = 34,791) можно

сделать вывод, что биогеохимический круговорот веществ в данной

природной зоне происходит достаточно энергично.

вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Мп, т/км2 340 6712 8124 6354 332 5765 5139 9131 1025

Мго, т/км2 157 412 335 4129 135 2342 239 527 636

вариант 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Мп, т/км2 6424 9412 23214 5464 3465 5439 1045 6323 3226

Мго, т/км2 354 7613 2313 624 521 547 5464 448 224

3. Определите емкость биологического круговорота (ЕБК) в ландшафте, если

запас элементов в фитомассе составляет: mN – 96,0 кг/га, mР – 11,0 кг/га, mК

– 31,0 кг/га, mСа – 36,0 кг/га, mMg – 12,0 кг/га, mS – 5,8 кг/га, mС – 181,4

кг/га. Сделайте вывод относительно накопления элементов в данном

ландшафте.

Решение: емкость биологического круговорота в ландшафте

определяем по формуле (6.4)

ЕБК =1

𝑛∑ 𝑚𝑖

𝑛𝑖=1 .

ЕБК =𝑚𝑁 + 𝑚𝑃 + 𝑚𝐾 + 𝑚𝐶𝑎 + 𝑚𝑀𝑔 + 𝑚𝑆 + 𝑚𝐶

7=

=96,0 + 11,0 + 31,0 + 36,0 + 12,0 + 5,8 + 181,4

7= 53,3кг/га

Ответ: емкость биогеохимического круговорота в соответствующем

ландшафте составляет 53,3 кг/га, что соответствует достаточно интенсивному

биогеохимическому круговороту в данной природной зоне. В фитомассе

накапливаются углерод и азот, в равной степени накапливаются кальций и

калий, магний и фосфор, меньше всего накапливается сера.

вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9

mN, кг/га 34,0 6,7 81,4 63,4 33,2 57,5 51,9 9,1 10,5

mР, кг/га 15,1 23,5 32,4 23,4 6,8 46,1 12,4

mК, кг/га 41,9 13,5 23,2 23,9 52,7 63,6

mСа, кг/га 23,4 6,8 46,1 12,4 23,4

mMg, кг/га 34,0 6,7 81,4 63,4 33,2 34,0

mS, кг/га 15,7 41,2 33,5 46,1 13,1 5,4

mС, кг/га 312,0 51,2 26,3 131,2 45,4 46,9

вариант 10 11 12 13 14 15 16 17 18

mN, кг/га 64,4 9,2 23,4 54,6 64,4

mР, кг/га 41,9 13,5 23,2 23,9 52,7 63,6 34,0

mК, кг/га 13,5 62,4 52,1 54,7 34,6 54,9 5,4

mСа, кг/га 64,4 9,2 23,4 54,6 12,4 104,5 63,1 32,6

mMg, кг/га 23,4 6,8 46,1 12,4 23,4 23,4

mS, кг/га 56,1 62,4 52,1 54,7 13,7 45,8

mС, кг/га 35,4 76,1 231,3 54,4 44,8 22,4

4. Рассчитайте баланс химических элементов азота, фосфора, калия, кальция

и расположите их по степени увеличения роли в биогеохимическом

круговороте, если их количество, которое поступает в природную зону за

год, составляет (кг/га/год): для азота - 4,0, фосфора - 0,15, калия - 5,0,

кальция - 7,0, а вынос этих элементов за год составляет (кг/га/год): для

азота - 58,8, фосфора - 3,66, калия - 24,6, кальция - 60,0.

Решение: баланс химических элементов в биогеохимическом

круговороте данной природной зоны рассчитываем по формуле (6.5)

БХЭ = Мп -Мв .

БХЭ (N) = 4,0 – 58,8 = -54,8 (кг/га/год),

БХЭ (Р) = 0,15 – 3,66 = -3,51 (кг/га/год),

БХЭ (К) = 5,0 – 24,6 = -19,6 (кг/га/год),

БХЭ (Са) = 7,0 – 60,0 = -53,0 (кг/га/год).

Ответ: учитывая значение балансов химических элементов в

биогеохимическом круговороте, можно сделать вывод, что в круговорот в

наибольшей степени за год вовлекается азот (-54,8 кг/га/год), а в наименьшей

- фосфор (-3,51 кг/га/год). Поэтому ряд химических элементов по мере

увеличения их роли в биогеохимическом круговороте имеет вид P <K <Ca

<N. вариант,

кг/га/год

1 2 3 4 5 6

МпР МвР 3,4 6,7 8,4 63,4 33,2 57,5 5,9 9,1 10,5 34,0 23,3 62,4

МпК МвК 15,1 23,5 32,4 46,1 13,1 23,4 6,8 46,1 12,4 25,7 13,5 23,2

МпСа МвСа 3,4 6,8 46,1 41,9 13,5 23,2 23,9 52,7 63,6 36,4 13,5 62,4

МпS МвS 15,7 41,2 3,5 12,4 23,4 45,4 6,9 13,1 5,4 3,1 19,2 23,4

МпС МвС 32,0 51,2 26,3 34,0 6,7 81,4 6,4 33,2 34,0 53,4 36,8 46,1

вариант,

кг/га/год

7 8 9 10 11 12

МпР МвР 76,1 231,3 62,4 52,1 64,4 9,2 23,4 54,6 64,4 9,1 6,7 8,4

МпК МвК 41,9 13,5 23,2 23,9 52,7 63,6 45,8 35,4 34,0 46,1 23,5 32,4

МпСа МвСа 22,4 13,5 62,4 52,1 54,7 44,8 34,6 54,9 5,4 52,7 6,8 46,1

МпS МвS 64,4 9,2 23,4 54,6 54,4 12,4 104,5 63,1 32,6 53,1 41,2 3,5

МпС МвС 23,4 6,8 46,1 12,4 23,4 23,4 54,7 13,7 56,1 63,2 51,2 26,3

вариант,

кг/га/год

13 14 15 19 17 18

МпР МвР 6,7 8,4 6,8 10,2 5,7 33,2 7,5 15,9 9,1 10,5 4,0 23,3

МпК МвК 4,1 3,5 4,9 0,5 4,2 13,1 3,4 26,8 46,1 12,4 5,7 13,5

МпСа МвСа 9,4 2,4 5,8 3,4 3,9 13,5 23,2 23,9 52,7 63,6 6,4 13,5

МпS МвS 7,6 2,2 6,4 5,1 5,7 23,4 5,4 46,9 13,1 55,4 3,1 19,2

МпС МвС 6,7 8,4 6,8 10,2 5,7 6,7 8,4 36,4 33,2 54,0 5,4 36,8

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Дайте определение понятия «Биогеохимический круговорот». Какую роль

играет биогеохимический круговорот веществ в природе?

2. Назовите основные свойства биогеохимических процессов. Как вы их

понимаете?

3. Назовите виды биогеохимического круговорота веществ.

4. Дайте краткую характеристику основным видам биогеохимического

круговорота веществ.

5. Назовите характерные закономерности для развития жизни на Земле.

6. Определите типы обмена веществ, включая биогеохимический круговорот

веществ.

7. Дайте краткую характеристику типов обмена веществ, включая

биогеохимический круговорот веществ.

8. Назовите основные компоненты, участвующие в биогеохимическом

круговорот веществ.

9. Назовите основные параметры для изучения биогеохимического

круговорота веществ в природе.

10. Охарактеризуйте основные показатели для оценки характера

биогеохимического круговорота веществ.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВНУТРЕННИХ ФАКТОРОВ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ

МИГРАЦИИ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

приобрести практические навыки в расчете полуколичественных

характеристик физико-химической миграции, связанных с физико-

химическими свойствами элементов и их функционированием в

биосфере.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ:

Миграция – это постоянное движение и передвижение химических

элементов в природе, периодически завершающееся циклом. Миграция

химических элементов непрерывна и охватывает всю биосферу. Закон

миграции, сформулированный И. В. Вернадским, утверждает: «Миграция

химических элементов в биосфере происходит при личном участии

живого вещества (биогенная миграция), или же происходит в обстановке,

геохимические особенности которой (наличие О2, Н2, карбон диоксида)

обусловлены живым веществом - как существующим на Земле в настоящее

время, так и возникшим на протяжении прошлых геологических эпох».

Ионные радиусы определяют растворимость соединений, их твердость,

температуры плавления и кипения, структуру и энергию кристаллических

решеток минералов; от них зависят миграционные способности,

особенности распространения элементов. Величины радиусов закономерно

изменяются в зависимости от положения элемента в периодической системе

Д. И. Менделеева: с ростом порядкового номера они растут в группах, а в

периодах - уменьшаются; по диагонали – имеют близкие размеры (правило

диагональных рядов А. Е. Ферсмана); с увеличением заряда катиона -

уменьшаются; с увеличением заряда аниона - растут. Работами А. Е.

Ферсмана установлено, что дальность миграции растет с увеличением

радиуса иона химического элемента.

Виды миграции химических элементов: механическая, физико-

химическая, биогенная и техногенная.

Основными характеристиками этих видов миграции являются:

показатель механической миграции S

mP , т/км3, где т – годовой

расход взвешенных частиц в створе водотока, S - площадь бассейна

водотока;

биофильность для биогенной миграции;

коэффициент технофильности для техногенной миграцииЭ

Э

MК

mP , где

mЭ - годовая добыча химического элемента; КЭ - кларк элемента в

литосфере;

внешние (t, Р, рН, Еh) и внутренние факторы для физико-химической

миграции.

К внутренним факторам относятся:

а) форма пребывания элемента и его химические свойства;

б) фактор электростатических свойств мигрирующих ионов, или показатель

Картледжа: iR

ZПК (7.1)

где Z - заряд иона, Ri - радиус иона, А;

в) энергетические коэффициенты для катионной (ЭКкат) и анионной (ЭКан)

форм миграции:

)]2,0(75,0[2

2

i

i

кат RR

WЭK

(7.2) и

i

анR

WЭK

2

2

. (7.3)

где W - валентность элемента (заряд иона); Ri - радиус иона, А.

Чем больше величина ЭК, тем меньше отдаленность миграции ионов.

Величины ионных показателей, или картлей, делят все химические

элементы на 3 группы:

I группа – ПК < 3 (катионы легко переходят в природные воды,

комплексные ионы не образуются);

II группа – ПК = 3-12 (образуются комплексные ионы и плохо

растворимые гидролизованные соединения);

III группа – ПК > 12 (образуются хорошо растворимые анионы,

например, СО32- и комплексные кислородсодержащие ионы).

Таким образом, химический характер ионов можно установить по

величине потенциала Картледжа.

Рис. 7.1 – Геохимические свойства элементов в зависимости от

валентности и ионного радиуса

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ:

В соответствии с вариантом задания для ионов указанных химических

элементов, с учетом величин их радиусов Ri (приложение 2) в зависимости от

формы пребывания в литосфере (катион или анион)

а) рассчитать величины энергетических коэффициентов (ЭК) и картлей

(потенциалов Картледжа – ПК), результаты занести в таблицу в порядке

уменьшения радиусов (таблица 7.1);

б) по величинам картлей установить группу и форму пребывания в литосфере

данного иона, определить его положение на графике )( iRfПК (рисунок 7.1)

в соответствии с группой ионного показателя;

в) установить химический характер ионов в зависимости от ПК: основный,

комплексный, амфотерный, кислотный;

г) в графе 7 таблицы указать стрелками направление роста ионных радиусов

и увеличения величин ЭК, сделать вывод об усилении миграционных свойств

ионов и удаленности их миграции, сравнить ряды;

д) установить кларк данных элементов в живом веществе и соотнести

элементы по их функциональности к микро-, макро- или

ультрамикроэлементам (таблица 7.2);

е) определить биофильность (Кк) данных элементов.

Сделать вывод относительно цели и задания практической работы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1.Какие элементы называются породообразующими?

2.Как изменяется радиус ионов вниз по группе, в рядах с увеличением

порядкового номера и по диагонали Периодической системы?

3.Какие факторы относятся к внешним факторам физико-химической

миграции?

4.Сформулируйте правило Оддо-Гаркинса и исключения из него.

5.Какая миграция называется техногенной? Какая величина ее

характеризует?

ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ № 7

1. Рассмотрим миграцию ионов Hg2+, Ni2+, Mo4+. Эти элементы могут

пребывать в виде свободных ионов; запишем эти ионы и их радиусы

(приложение 2) в таблицу 7.1 в порядке убывания:

Таблица 7.1 – Результаты расчетов физико-химических и биогенных

характеристик ионов химических элементов в литосфере и биосистемах

Ионы Ri Литосфера Живое вещество

ПКi ЭКi Форма

пребывания

Химический

характер

ионов

Миграционные

свойства

Класс

элемента

Кк

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Hg2+

1,12 1,79 1,77 гр. I

свободный

катион

Основные

свойства

Ri ЭКi Мигр. Ультра-

микро-

элемент

0,012

Ni2+

0,74 2,7 1,91 гр. I

свободный

катион

Основные

свойства

Микро-

элемент

0,013

Mo4+

0,68 5,88 7,76 гр. II

комплексный

ион

Амфолиты Микро-

элемент

0,18

1. Рассчитаем картли ионов по формуле 7.1 для Hg2+, Ni2+:

79,112,1

22

iHg R

ZПК ; 7,2

74,0

22

iNi R

ZПК

2. Расчет энергетических коэффициентов проводим по формуле 7.2,

например, для Hg2+:

76,112,1*2

)2,012,1(75,0*4)]2,0(75,0[

2

2

2

i

iHg

RR

WEK .

Результаты расчетов для элементов вносим в графу 7 табл. 7.1.

3. По величине картлей устанавливаем формы пребывания ионов при

миграции, например, ПКHg2+ < 3, то есть I группа – свободные катионы,

растворенная форма.

4. По графику (рис. 7.1) определим положение элементов в соответствии с

величинами заряда иона и его радиуса, устанавливаем преобладающие

химические свойства ионов (графа 6).

5. С возрастанием Ri величина ЭКi понижается, а отдаленность миграции

возрастает: Hg2+ > Ni2+ > Mo4+. Способности к миграции отвечают величине

Ri и ЭКi (графа 7).

6. По величине содержания в живом веществе (табл. 7.2) ртуть является

ультрамикроэлементом, а никель и молибден – микроэлементами (запись в

графе 8).

7. Рассчитаем биофильность по формуле 1.2:

012,010*3,8

10)(

6

7

лит

ЖВk

K

KHgK

Данные КЖВ взяты из таблицы 7.2, Клит – из приложения 3.

Таблица 7.2 – Классификация элементов в живом веществе и их среднее

содержание, % Макроэлементы

n*10-3- n*10

Микроэлементы

n*10-5- n*10-3

Ультрамикроэлементы

< n*10-5

Воздушные мигранты:

O (70), C (18), H (10,5),

N(0,3).

Водные мигранты:

Ca (0,5), K (0,3), Si (0,2),

Na (0,2), Mg (0,04), P

(0,07),

S (0,05), Cl (0,02), Fe

(0,01)

Mn (9,6*10-3), Al (5*10-3), Zn (2*10-3),

Sr (1,6*10-3), Ti (1,3*10-3), B (1*10-3),

Ba (9*10-4), Cu (3,2*10-4), Zr (3*10-4),

Rb(2*10-4), Br (l,6*10-4), F (1,4*10-4),

Pb (1*10-4), Ni (8*10-5), Cr (7*10-5), V(6*10-

5), Li (6*10-5), Co (4*10-5), La (3*10-5), Y

(3*10-5), Mo (2*10-5), I (1,2*10-5), Sn (l*10-

5).

As (6*10-6), Cs (6*10-6)

Be(4*10-6), Ga(2*10-6),

Se (2*10-6), W(1*10-6),

Ag(l,2*I0-6), U(8*10-7),

HЈ(5*10-7), Sb (2*10-7),

Cd (2*10-7), Hg(10-7),

Au(10-8), Ra (n*10-12)

Выявлены в живом

веществе, но не

определены кларки

He, Ne, Ar, Sc, Kr, Nb, Rh, Pd, Te, In, Xe, Ta, Tl, Bi, Th

Не выявлены с

достоверностью в живом

веществе

Rn, Hf, Re, Os, Ir, Po, Ac, Ts, At, Fr

Вывод: миграционные свойства увеличиваются от молибдена к ртути, что

прямо противоположно величине ЭК, но пропорционально величине радиуса

ионов этих элементов. ПК объясняет форму нахождения ионов в среде: ртуть

и молибден находятся в растворе, тогда как молибден связан в комплексные

ионы и менее растворим. Максимальную биофильность из данной триады

элементов проявляет молибден Mo, минимальной биофильностью обладает

токсичный элемент ртуть Hg, что прямо противоположно способности этих

элементов к миграции.

ВАРИАНТЫ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ № 7

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Элемент

(ион)

Cd2+ W4+ Pt4+ Ca2+ Y3+ Ge4+ Fe2+ Pb2+ Co3+

Sb3+ Sb3+ I- S2- Mn4+ Li+ Fe3+ H+ Hg2+

P3- Mg2+ As5+ V3+ Co2+ Tl3+ Ca2+ C4+ As3-

Вариант 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Элемент

(ион)

Ba2+ NH4+ Ti4+ Al3+ Na+ Cu2+ Se4+ Cr2+ W6+

P3- Bi3+ Ni2+ Ag+ Te4+ Sr2+ Mn7+ S6+ Sb3-

Ge4+ Pt4+ F- Br- Mo4+ S2- Cr6+ K+ V4+

Вариант 19 20 21 22 23 24 25 26 27

Элемент

(ион)

Ge2+ Cl- Pb2+ Pt4+ Sr2+ Ge4+ Ta5+ Mo4+ As3+

P3- Co3+ Hg2+ Fr+ Cs+ Mg2+ Na+ Cd2+ Si4+

V3+ Co2+ Fe3+ Sn2+ Zr2+ Se4+ Zn2+ Mn4+ V2+

Приложение 2

Величины ионных радиусов, Å (по Г. Б. Бокию и М. В. Белову)

ИОН Ri ИОН Ri ИОН Ri ИОН Ri

Ag+ 1,13 Cr6+ 0,52 Mo4+ 0,68 Sr2+ 1,20

Al3+ 0,57 Cs+ 1,65 Na+ 0,98 Ta5+ 0,66

As3- 1,01 Cu2+ 0,8 NH4+ 1.43 Te4+ 0,89

As3+ 0,69 F- 1,33 Ni2+ 0,74 Th4+ 0,95

As5+ 0,47 Fe2+ 0,8 Ni3+ 0,35 Ti2+ 0,78

Ba2+ 1,43 Fe3+ 0,67 O2- 1,32 Ti4+ 0,64

Be2+ 0,34 Fr+ 1,75 P3- 1,86 Tl+ 1,49

Bi3+ 1,2 Ge2+ 0,65 P5+ 0,35 Tl3+ 1,05

Bi5+ 0,74 Ge4+ 0,44 Pb2+ 1,32 U4+ 1,04

Br- 1,96 H+ 1,36 Pt4+ 0,64 V2+ 0,72

C4+ 0,15 Hg2+ 1,12 S2- 1,86 V3+ 0,67

C4- 2,6 I- 2,2 S6+ 0,30 V4+ 0,61

Ca2+ 1,06 K+ 1,33 Sb3- 2,08 V5+ 0,40

Cd2+ 1,03 Li+ 0,68 Sb3+ 0,9 W4+ 0,68

Cl- 1,81 Mg2+ 0,74 Sb5+ 0,62 W6+ 0,65

Co2+ 0,82 Mn2+ 0,91 Sc4+ 0,69 Y3+ 0,97

Co3+ 0,64 Mn3+ 0,7 Se4+ 0,69 Yb3+ 0,81

Cr2+ 1,83 Mn4+ 0,52 Si4+ 0,39 Zn2+ 0,81

Cr3+ 0,64 Mn7+ 0,46 Sn2+ 1,02 Zr2+ 0,83

Приложение 3

Кларки некоторых химических элементов в литосфере и в почве

(по данным А. П. Виноградова)

Элемент Клитосферы Кпочвы Элемент Клитосферы Кпочвы Элемент Клитосферы Кпочвы

Ag 7*10-6 10-6 Ce 7*10-3 5*10-3 Hf 10-4 6*10-4

Al 8,05 7,13 CI 1,7*10-2 10-2 Hg 8,3*10-6 10-6

As 1,7*10-4 5*10-4 Co 1,8* 10-3 8*10-4 In 2,5*10-5 10-6

B 1,2*10-3 10-3 Cr 8,3*10-3 2*10-2 I 4*10-5 5*10-4

Ba 6,5*10-2 5*10-2 Cs 3,7*10-4 5*10-4 K 2,5 1,36

Be 3,8*10-4 6*10-4 Cu 4,7*10-3 2 *10-3 Mg 1,87 6,3*10-1

Bi 9*10-7 10-6 F 6,6*10-2 2*10-2 Mn 10-1 8,5* 10-2

Br 2,1*10-4 5*10-6 Fe 4,65 3,8 Mo 1,1*10-4 2*10-4

Ca 3,96 1,37 Ga 1,9*10-3 3 *10-3 N 1,9*10-3 10-1

Cd 1,3*10-6 5*10-5 Ge 1,4*10-4 10-4 Na 2,5 6,3*10-1

Ni 5,8*10-3 4*10-3 Se 5*10-6 10-6 TI 10-4 4*10-6

P 9,3*10-2 8*10-2 Si 29 33 U 2,5*10-4 5*10-4

Pb 1,6*10-3 10-3 Sn 2,5*10-4 10-3 V 9 *10-3 10-2

Rb 1,5*10-2 10-2 Sr 3,4*10-2 3*10-2 W 1,3*10-4 -

S 4,7*10-2 8,5*10-2 Ta 2,5*10-4 - Y 2*10-3 5*10-3

Sb 5*10-5 2*10-2 Th 1,3 *10-3 6*10-4 Zn 8,3*10-3 5*10-3

Sc 10-3 7*10-4 Ti 0,45 0,46 Zr 1,7*10-2 3*10-2

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 8

ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В РАЗНЫХ

ОСАДОЧНЫХ ПОРОДАХ КОНТИНЕНТОВ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

Построить графики геохимических спектров осадочных пород

континентов, оценить содержание химических элементов

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ:

Среднее содержание химического элемента в земной коре или отдельной

его части называют кларком (К). Главная особенность распространенности

химических элементов на Земле заключается в огромной контрастности

кларков. Так, из 89 элементов, существующих в природе в естественном

состоянии, 99,48% приходится на долю О (кларк 47%), Si (29,5), Al (8,05), Fe

(4,65), Ca (2,96), Na (2,50), K (2,50), Mg (1,87), Ti (0,45). В то время как

остальные 80 элементов занимают менее 1%. Кларки большинства элементов

не превышают 0,01-0,0001% .

Анализ распределения химических элементов позволил В.И.Вернадскому

придти к выводу о всеобщем рассеянии химических элементов, о том, что

«все элементы есть везде». В любой песчинке или капле могут быть найдены

все те же химические элементы, какие наблюдаются на Земле или в космосе.

Вопрос связан лишь с улучшением и уточнением методов определения их

содержания. Это положение о всеобщем рассеянии химических элементов

Н.И.Сафронов предложил именовать законом Кларка-Вернадского.

Кларки элементов тесно связаны со строением атомного ядра. Так, в

земной коре преобладают ядра с небольшим и честным числом протонов и

нейтронов. Особенно велики кларки элементов, атомная масса которых

делится на 4 (O, Mg, Si, Ca и др.).

При эколого-геохимических исследованиях часто приходится сравнивать

разные системы по распределению в них многих химических элементов. Для

этого рекомендуется строить геохимические спектры, на которых показана

степень концентрации и рассеяниях химических элементов. В задачи

аналитической части работы входит сравнение и оценка содержания

химических элементов в различных осадочных породах континентов,

построение и анализ геохимического спектра.

Рис. 8.1 – Геохимические спектры аллювиальных суглинков (а) и

образованного на них гумусового горизонта аллювиальных почв (б)

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ:

Для количественной характеристики степени отличия в той или иной

конкретной природной системе или ее части от кларка литосферы

В.И.Вернадский предложил использовать кларк концентрации (КК),

представляющий собой отношение весового содержания данного элемента в

природном объекте (Сi) к кларку литосферы (К):

КК=Сi/К. (8.1)

Кларк концентрации позволяет судить о степени концентрации (КК>1) или

рассеяния (КК<1) химического элемента в исследуемом объекте относительно

литосферы. В том случае когда, содержание химического элемента

значительно меньше кларка, для получения целых чисел и большей

кратности показателя рассчитывается величина, обратная кларку

концентрации – кларк рассеяния (КР). Данный коэффициент показывает, во

сколько раз кларк элемента больше его содержания в изучаемом природном

объекте:

КР=К/Сi. (8.2)

Аналогичной смысловой нагрузкой обладает и универсальный показатель

– коэффициент концентрации элемента (Кс), который рассчитывается по

формуле:

Кс = Кn / Кзк , (8.3)

где Кзк – концентрация в земной коре; Кn – концентрация в других породах

Рис. 8.2 - Геохимические спектры в осадочных породах континентов

ХОД РАБОТЫ:

1. По данным, приведенным в таблице 8.1, построить графики

геохимических спектров в осадочных породах континентов. Результаты

расчета представить в виде таблицы 8.2.

2. Указать сходства и отличия в распределении химических элементов в

различных типах осадочных пород.

3. Содержание какого химического элемента характеризуется наибольшей

дифференциацией в осадочных породах континентов?

4. Какие химические элементы имеют близкие значения во всех трех

типах осадочных пород континентов?

5. Если в выбросах предприятия никеля (кобальта) содержится в 5 раз

меньше чем в земной коре, может ли их поступление привести к

загрязнению ландшафтов, сложенных: а) глинами и сланцами; б)

песчаником; в) карбонатными породами?

Таблица 8.1 – Кларки химических элементов в земной коре

по А.П.Виноградову [Перельман, 1989] и осадочных породах континентов

[Алексеенко, 2000]

№п/

п Элеме

нт

Содержание химических элементов, мг/кг

Земн

ая

кора

Сланцы+глина Песчаник Карбонаты

Вариант Вариант Вариант

1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6

1 Cd 0,013 0,03

0,00

7 0,02 0,06 0,04 0,1 0,05 0,06 0,26 0,32 0,6 0,1

0,03

5

0,05

4

0,05

4

0,03

5 0,54

0,05

4

2 S 470

300

0

121

5

146

5

224

5

323

4

126

5 240 216 236

146

4

146

4 411

120

0

154

2

161

2

165

6

125

4

124

5

3 Hg 0,083 0,4 0,09 0,46 0,45 0,48 0,65 0,03 0,03 0,04 0,04

0,03

5 0,13 0,04 0,05 0,4 0,04

0,04

5

0,05

6

4 Mo 1,1 2 2,5 1,32 2,4 1,1 2,3 0,2 0,6 0,1 0,4 0,4 0,12 0,4 0,4 0,3 0,04 0,5 0,6

5 Ni 58 95 98,5 95,9 120 121 121 2 3 1 5 2 3 20 23 31 13 23 24

6 V 90 130 156 122 130 121 157 20 10 12 12 41 15 20 24 25 26 21 23

7 Sr 340 450 565 332 465 545 157 20 23 15 24 25 23 610 413 611 632 654 645

8 Pb 16 20 42 41 31 67 41 7 4 20 23 4,9 12 9 33 10 12 22 23

9 Ba 650 800 654 454 846 165 457 50 15 62 67 68 48 10 12 11,5 13 14 12

10 Cu 47 57 64 123 132 45 48 5 2 34 16 46 64 4 10 6 5 3 4

11 Cr 83 100 145 121 451 155 165 35 21 16 46 14 45 11 13 13 15 14 11

№п/

п Элеме

нт

Содержание химических элементов, мг/кг

Земн

ая

кора

Сланцы+глина Песчаник Карбонаты

Вариант Вариант Вариант

7 8 9 10 11 12 7 8 9 10 11 12 7 8 9 10 11 12

1 Zr 170 200 213 112 134 454 151 220 126 462 656 164 212 19 26 13 14 16 20

2 Co 18 20 23 23 45 23 16 0,3 0,5 0,5 0,4 0,4 0,5 0,1 1,23 0,4 0,5 0,4 0,12

3 Ti 4500

450

0

465

7

426

4

685

6

654

5

515

2

150

0

151

2

154

2

151

0

121

2

125

4 400 131 421 135 463 641

4 Zn 83 80 93 86 76 79 79 15 16,2 16 20,1 16,4 12 20 32 12 23 24 23

5 Cl 170 160 252 225 126 123 241 10 11 15 41 12 12 150 153 311 122 124 153

6 K

2500

0

228

00

235

16

268

74

264

61

257

49

245

12

107

00

123

10

131

31

132

31

151

21

121

54

270

0

133

1

315

1

213

1

232

5

245

1

7 P 930 770

112

1

131

2 853 685 857 170 165 211 124 542 121 400 131 645 431 324 311

8 F 660 500 555 531 645 545 542 270 121 212 211 323 431 330 321 354 303 351 324

9 Fe

4650

0

333

00

346

16

346

52

352

66

362

31

346

45

980

0

511

3

132

11

151

14

654

6

145

41

380

0

151

6

313

4

345

4

454

1

451

1

10 Mn 1000 670 968 854 987 874 458 50 24 54 57 54 87

110

0

116

6

164

1

156

6

161

6

164

6

11 Ca

3960

0

253

00

159

78

485

45

245

65

265

62

124

54

391

00

465

16

123

16

461

14

646

16

456

46

302

30

313

13

313

41

234

55

645

13

316

44

Таблица 8.2 – Результаты расчета коэффициента концентрации для

построения геохимического спектра в осадочных породах континентов

№п/

п

Элемен

т

Содержание химических элементов, мг/кг Коэффициент концентрации (Кс)

Земна

я кора

Сланцы+гли

на

Песчани

к

Карбонат

ы

Сланцы+гли

на

Песчани

к

Карбонат

ы

1 Cd 0,013 0,03 0,05 0,035 2,3 3,8 2,7

2 S 470 3000 240 1200 6,3 0,5 2,5

… … … … … … … … …

… … … … … … … … …

11 Ni 58 95 2 20 1,6 0,03 0,34

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 9

ВЫЯВЛЕНИЕ ГЕОХИМИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ЛАНДШАФТА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

Анализ химического состава почв в сопряженном ряду элементарных

ландшафтов, выявление закономерностей радиальной и латеральной

миграции элементов в почвах.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Геохимическая диаграмма – это графическое изображение распределения

химических элементов в хронологической, количественной или

температурной последовательности, в том числе по стадиям, этапам, фазам.

В данной работе она отражает распределение элементов в вертикальном

профиле почв и в почвах сопряженных ландшафтов.

В качестве исходных данных для построения вертикального профиля

предложено содержание микроэлементов в дерново-подзолистой песчаной

почве на озерно-ледниковых отложениях Приднепровской низины.

Озёрно-ледниковые отложения - это осадки приледниковых озёр

различного генезиса, сформированные в процессе осаждения

тонкообломочного материала, выносимого потоками талых ледниковых вод в

перигляциальной зоне. Строение почвенного профиля дерново-подзолистых

почв в естественных условиях следующее:

А0 – лесная подстилка или дернина (Ад), мощность 3–5 см.

А1 – гумусово-элювиальный горизонт серого или светло-серого цвета,

непрочной комковатой структуры, мощность обычно не превышает 15–20 см.

А2 – подзолистый, или элювиальный, горизонт белесоватого цвета,

бесструктурный или непрочной пластинчатой структуры, мощность его

колеблется в пределах от 5 до 15 см.

В – иллювиальный горизонт бурого или красно-бурого цвета,

призматической или ореховатой структуры. Постепенно переходит в

материнскую породу – С.

Элювиальные ландшафты формируются на повышенных элементах

рельефа при глубоком залегании грунтовых вод, не оказывающих влияние на

почвы и растительность. Вещества в элювиальный ландшафт поступают

только из атмосферы (осадки, пыль), боковой приток с поверхностными и

грунтовыми водами отсутствует. Кора выветривания имеет остаточный

характер; в процессе своего образования она обедняется легкоподвижными

элементами (промывание почвы).

Почвы элювиальных ландшафтов также в той или иной степени промыты

от легкорастворимых соединений. В них на определенной глубине

формируется иллювиальные горизонты, в которых накапливаются

вымываемые из верхней части профиля вещества.

В элювиальных ландшафтах глубокое положение уровня грунтовых вод и

активный водообмен обусловливают господство окислительной среды в

почвах и коре выветривания. Окислительная среда облегчает вынос

элементов, которые в такой среде образуют более растворимые соединения

при высоких степенях окисления (S, As, Mо,V и др.), и затрудняет вынос тех

элементов, соединения которых малоподвижны в данной среде (Fe, Mn и

др.).

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Для построения диаграммы (гистограммы) распределения элементов в

почвах сопряженных ландшафтов предложены исходные данные по

содержанию микроэлементов в почвах сопряженных ландшафтов

Приднепровской низины, развивающихся на озерно-ледниковых отложениях.

Для построения геохимической диаграммы необходимо рассчитать

коэффициенты радиальной дифференциации элементов в почве по формуле:

R = Ci / Cпор., (9.1)

где Ci – содержание элемента в генетическом горизонте, Cпор.-

содержание элемента в материнской породе почвы

Диаграммы, отражающие распределение анализируемых элементов в

вертикальном профиле почв, строятся в виде прямоугольников,

расположенных друг над другом, длина которых равна величине R элемента,

отложенной по обе стороны центральной оси, ширина – мощности

почвенного горизонта. Диаграмма каждого элемента закрашивается цветом,

принятым в почвенно-геохимическом картировании: Mn - розовым, Cu -

голубым, V - желтым

Коэффициенты латеральной дифференциации элементов в почвах

сопряженных ландшафтов рассчитываются по формуле:

L = Cп / Cа., (9.2)

где Cп – содержание элемента в почвах подчиненного ландшафта, Cа -

содержание элемента в почвах автономного (элювиального) ландшафта.

Диаграммы, отражающие распределение анализируемых элементов в

почвах сопряженных ландшафтов, строятся в виде прямоугольников,

расположенных в ряд, длина которых равна величине L элемента,

отложенной по обе стороны центральной оси, ширина – протяженности

элементарного ландшафта на профиле.

ХОД РАБОТЫ

1. Расcчитать коэффициенты радиальной дифференциации элементов в

почве, используя данные табл. 9.1 по формуле 9.1.

Исходные данные и результаты расчета представить в табл. 9.2

Табл. 9.2 – Результаты расчета коэффициентов радиальной дифференциации

элементов в почве

Генетический горизонт почвы Mn Cu V

Ci R Ci R Ci R

А1 18 3 1,7

А2 В1 12 0,7 1,7

В2 5,5 1,6 2,3

С 4,5 1,4 1,2

2. Построить геохимические диаграммы, отражающие распределение

анализируемых элементов в вертикальном профиле почв.

На рисунке 9.1 представлена диаграмма, отражающая распределение

анализируемых элементов в вертикальном профиле почв.

Рис. 9.1 - Диаграмма, отражающая распределение анализируемых элементов

в вертикальном профиле дерново-подзолистой почвы

3. Рассчитать коэффициенты латеральной дифференциации элементов в

почвах, используя табличные данные по формуле 9.2.

Для расчета коэффициентов латеральной дифференциации элементов в

почвах сопряженных ландшафтов использовали данные содержания

микроэлементов в почвах Приднепровской низины (табл. 9.1).

Для более наглядной характеристики сопряженности элементарных

ландшафтов приведем их схему на рис. 9.2

Рис. 9.2 – Схема элементарных ландшафтов

Исходные данные и результаты расчета по формуле 9.2 представлены в табл.

9.3

0

1

2

3

4

5

6

7

8

А1 А2 В1 В2 С

V

Cu

Mn

Табл. 9.3 – Результаты расчета коэффициентов латеральной дифференциации

элементов в почвах сопряженных ландшафтов

Почвы Mn Cu V

Почвы элювиального ландшафта 18,0 3,0 1,7

L

Почвы трансэлювиального ландшафта 16,5 1,8 1,6

L

Почвы элювиально-аккумулятивного ландшафта 21,6 4,6 1,7

L

Почвы транссупераквального ландшафта 17,1 0,9 1,5

L

4. Построить геохимические диаграммы, отражающие распределение

анализируемых элементов в почвах сопряженных ландшафтов.

По данным коэффициентов латеральной дифференциации элементов

построена диаграмма, отражающая распределение анализируемых элементов

в почвах сопряженных ландшафтов (рис. 9.3).

Рис. 9.3 - Геохимическая диаграмма, отражающая распределение

анализируемых элементов в почвах сопряженных ландшафтов

5.. Выявить особенности радиальной дифференциации элементов в данной

почве. Выявить особенности латеральной дифференциации элементов в

почвах сопряженного ряда элементарных ландшафтов

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

элювиальный трансэлюв элюв.-аккум. трансуперакв.

V

Cu

Mn

Табл. 9.1 – Исходные данные содержания микроэлементов в дерново-

подзолистой песчаной почве на озерно-ледниковых отложениях

Приднепровской низины, (n.10-3%) и содержания микроэлементов в почвах

сопряженных ландшафтов Приднепровской низины, развивающихся на

озерно-ледниковых отложениях, (n.10-3%)

Характер

истика

Вариант

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Генетиче

ский

горизонт

почвы

M

n

C

u

V M

n

C

u

V M

n

C

u

V M

n

C

u

V M

n

C

u

V M

n

C

u

V M

n

C

u

V M

n

C

u

V M

n

C

u

V M

n

C

u

V

Ci, 10-3% Ci, 10-3% Ci, 10-3% Ci, 10-3% Ci, 10-3% Ci, 10-3% Ci, 10-3% Ci, 10-3% Ci, 10-3% Ci, 10-3%

А1 1

8

3 1

,

7

1

6

5 1

,

9

1

9

7 2

,

7

1

4

4

,

5

2

,

7

1

7

3

,

5

2

,

7

2

1

4

,

6

1

,

9

1

0,

8

4

,

3

4

,

7

1

2,

8

5

,

3

2

,

7

1

6,

8

3

,

9

2,

7

1

8

3

,

9

1

,

9

А2 В1 1

2

0

,

7

1

,

7

1

5

1

,

7

1

,

7

1

1

1

,

8

2

,

4

1

2

2

,

4

2

,

1

1

4

1

,

4

2

,

7

1

6

0

,

9

2

,

7

9,

5

2

,

3

6

,

7

1

0

2

,

7

3

,

7

1

4

3

,

7

1,

5

1

3

2

,

7

1

,

5

В2 5,

5

1

,

6

2

,

3

6,

7

1

,

1

2

,

5

6,

9

2

,

6

2

,

1

5,

5

1

,

2

2

,

5

6 2

,

6

1

,

3

3,

9

1

,

4

2

,

0

5 1

,

6

4

,

3

4,

5

1

,

6

2

,

3

6,

5

1

,

8

1,

3

4,

9

2

,

1

2

,

0

С 4,

5

1

,

4

1

,

2

4,

3

1

,

3

1

,

5

5,

5

1

,

5

1

,

1

5,

8

2

,

4

1

,

8

3,

9

2

,

1

1

,

3

4,

0

1

,

1

1

,

2

5,

7

3

,

1

1

,

7

4,

1

1

,

9

0

,

9

3,

5

1

,

8

1,

2

4,

7

1

,

6

1

,

3

Почвы

ландшаф

та

Cп, 10-3% Cп, 10-3% Cп, 10-3% Cп, 10-3% Cп, 10-3% Cп, 10-3% Cп, 10-3% Cп, 10-3% Cп, 10-3% Cп, 10-3%

элювиаль

ного

1

8,

0

3

,

0

1

,

7

1

6,

2

3

,

5

1

,

9

1

6,

9

4

,

1

2

,

7

1

8,

8

3

,

8

1

,

8

1

9,

1

3

,

3

2

,

7

1

7,

5

4

,

2

3

,

7

1

9,

4

3

,

8

2

,

2

2

1,

2

4

,

8

2

,

8

1

9,

8

6

,

4

3,

7

1

7,

9

5

,

1

2

,

2

трансэлю

виального

1

6,

5

1

,

8

1

,

6

1

5,

5

1

,

9

2

,

6

1

5,

5

2

,

8

1

,

7

1

7,

5

1

,

9

2

,

6

1

6,

9

1

,

7

1

,

9

1

2,

8

1

,

9

2

,

6

1

7,

5

2

,

1

1

,

1

1

6,

8

1

,

8

1

,

7

1

8,

5

1

,

9

1,

7

1

5,

5

1

,

8

2

,

6

элювиаль

но-

аккумуля

тивного

2

1,

6

4

,

6

1

,

7

2

0,

4

5

,

4

0

,

9

1

2,

6

3

,

6

1

,

9

2

2,

6

4

,

7

2

,

9

2

1,

8

4

,

4

1

,

8

1

9,

2

4

,

7

2

,

7

1

8,

6

4

,

8

0

,

7

2

0,

3

4

,

6

1

,

8

2

2,

1

4

,

5

1,

9

2

0,

4

5

,

6

2

,

7

транссупе

раквально

го

1

7,

1

0

,

9

1

,

5

1

7,

8

1

,

9

1

,

1

1

5,

1

2

,

9

2

,

4

1

7,

8

1

,

1

1

,

8

1

5,

1

0

,

8

1

,

6

1

7,

9

1

,

2

2

,

5

1

6,

1

1

,

3

0

,

5

1

8,

1

2

,

1

1

,

4

1

6,

1

1

,

2

1

2,

5

1

8,

1

2

,

9

1

,

9

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 10

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИТОТОКСИЧНОСТИ ПЕСТИЦИДОВ НА РАЗНЫХ

ПОЧВАХ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

усвоить методику оценки токсичности пестицида для разных типов почв.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Пестициды – сложные органические вещества с биологически активными

свойствами, в своем большинстве являются персистентными, то есть

высокостойкими в окружающей среде. Они способны длительное время

сохраняться в экосистемах и оказывать токсичное действие на живые

организмы.

Существует классификация пестицидов на основе их химического

состава:

1. Хлорорганические соединения – это хлорированные углеводороды, в

том числе ароматические, например, 4,4-дихлордифенилтрихлорэтан (ДДТ),

банвел Д.

2. Карбаматы – это производные мочевины, пестициды первого

поколения, например, карбарил.

3. Гетероциклические – это производные разнообразных оксиногено-,

нитрогено-, и тиогетероциклических соединений, например, оксозолидин (R-

29148), релиз, дропп, соответственно.

4. Фосфорорганические – это смешанные эстеры фосфорной кислоты или

ее производных: тио- и дитиофосфорной кислот, например, фосфамид,

карбофос.

5. Производные диенового синтеза – это соединения, полученные в

результате реакции Дильса-Альдера, например, дилор.

Ежегодные потери мирового урожая от вредителей превышают 30%. В

борьбе с потерями сельскохозяйственной продукции химический метод

является основным. Современные пестициды качественно отличаются от

ядохимикатов, которые использовались три-четыре десятилетия тому назад.

Главные требования к пестицидам – высокая биологическая активность,

которая снижает нормы расходов в сотни раз; предельная селективность

действия на организм вредителя; нетоксичность для человека и животных;

быстрая деградация в почве.

Опасность пестицидного загрязнения связана с тремя факторами:

1. Биоаккумуляция в тканях разных организмов. Известно, что общий

феномен биоаккумуляции – это путь через трофические цепи; однако

некоторые виды организмов имеют особую способность к биоаккумуляции.

Например, в рыбе накапливаются пестициды, концентрация которых

превышает их концентрацию в воде в 100 тысяч раз. Это явление следует

учитывать экологам при оценке остаточного содержания пестицидов в

окружающей среде.

2. Трансформация пестицидов (например, гептахлор, альдрин) в

организмах может образовывать еще более токсичные продукты.

3. Способность пестицидов мигрировать в почве, экосистеме и биосфере

вообще (в форме аэрозолей, паров, с водными массами, в организмах

мигрирующих животных). Например, перенос пестицидной пыли с

воздушными массами из Африки в Южную Америку происходит за 4-5 дней.

О невероятной способности к миграции пестицидов говорит факт выявления

ДДТ и кельтана в жировой ткани антарктических пингвинов и тихоокеанских

китов.

Важную экологическую и экотоксилогическую роль играют высокая

токсичность, мутагенность и канцерогенность пестицидов. Опасные

продукты разложения и гидролиза пестицидов являются также очень

стабильными. Даже в низких концентрациях пестициды и их производные

могут разрушать иммунную и кроветворную систему, вызывать кожные и

онкологические заболевания, аномалии беременности и тератогенный

эффект.

Действие пестицидов в почве определяется стойкостью препарата к

влиянию химических, физических и биологических факторов, степенью

адсорбции их почвенно-поглощающим комплексом, способностью к

миграции в вертикальном и горизонтальном направлениях, характером

превращений в зависимости от молекулярного строения и их кинетики, а

также свойствами образующихся метаболитов. Чтобы установить

длительность сохранения пестицидов в почве, проводят модельные опыты, в

которых определяют количества препарата через разные промежутки

времени. Стойкость препаратов изучают в зависимости от массы пестицида,

особенностей почвы, климатических и агротехнических условий.

Адсорбция, или поглощение пестицидов почвой, зависит от природы

почвенно-поглотительного комплекса, количества и особенностей илистых

частиц в почве и органического вещества почвы. Адсорбция, выраженная в

процентах относительно внесенного пестицида, рассчитывается по формуле:

А = С− Сост

С∗ 100%, (10.1)

где С – концентрация внесенного в почву пестицида;

Сост – остаточная концентрация пестицида, установленная опытным путем

после взаимодействия его с почвой.

О закреплении пестицидов в почве, доступности их для целевых

объектов, на которых направлено пагубное действие, можно судить по их

токсичности для биологических объектов, используемых как тестовые

объекты. Исследованию действия определяемого пестицида подвергают

разные типы почв; влияние разных пестицидов изучается на одной почве; по

данным наблюдений проводят анализ действия пестицида на разнообразных

тестовых объектах, находящихся в почве. Чем более подавленными являются

объекты, тем меньше пестицида закрепляется в почве, тем более доступным

является он для тестовых объектов.

Скорость распространения пестицидов в почве, их превращение зависят

от физических, химических и биологических факторов. Для определения

характера и степени метаболизма пестицидов в почве определяют

содержание не только действующего вещества, но и вероятных метаболитов,

учитывают действие всех факторов.

Детоксикация пестицидов – потеря токсичности – происходит в

результате необменной адсорбции всех видов (физической, биологической,

хемосорбции) и деструкции молекулы пестицида до нетоксичных

метаболитов. Если количество поступившего в почву пестицида, равняется

количеству детоксицированного пестицида, то ни о какой его миграции речь

идти не может, не происходит и его накопление. В случае если поступление

пестицида в почву превышает его детоксикацию, возможно его накопление, и

происходит разнообразная миграция пестицида и в почве, и с почвенной

водой в водные объекты, атмосферный воздух, растительную биомассу.

Чем больше миграция пестицида, тем меньше его аккумуляция в почве.

Зависимость количества пестицида в почве от детоксикации и миграции

определяется следующим уравнением:

С = ∑ 𝑥 − ∑ 𝑦 − ∑ 𝑧 , (10.2)

где С – количество пестицида в почве;

Σх – общее количество пестицида, внесенного в почву;

Σу – суммарное количество детоксицированного пестицида;

Σz – количество пестицида, мигрировавшего из почвы.

В случае если Σх = Σу, пестицид не мигрирует, и его остаточные

количества не выявляются; если Σх - Σу > 0 и Σх – Σу >> ДОК, то происходит

миграция пестицида и возможно накопление его в почве; при Σх - Σу > 0 и

Σх - Σу = ДОК, то миграция пестицида не представляет опасность, где ДОК –

допустимая остаточная концентрация пестицида в почве.

Таким образом, остаточные количества пестицида в почве определяются

как результат сложного взаимодействия физических и химических свойств

пестицида, биохимических свойств почвы, климатических факторов,

природы обрабатываемых растений.

Фитотоксичность (от греч. φίτον – растение и τοξίχον – яд) – это

способность пестицидов оказывать ядовитое (токсичное) действие на

растение. Фитотоксичность определяется разными признаками, которые

сказываются на растении, например, снижение сходства, хлорозы, угнетение

роста и развитие корней, стеблей, плодов (гербициды); ожоги, особенно

молодых листьев (контактные фосфорорганические или неорганические

гербициды); опадение листьев, цветков (дефолианты, дефлоранты,

соответственно); опадение завязей, нарушения нормального

плодообразования, гипертрофия плодов, плоды уродливой формы,

неправильная форма листьев и нарушения их симметрии, необычная форма,

недоразвитие лепестков (гормональные гербициды) и, как следствие,

снижение урожая, ухудшение его качества, наличие остатков пестицидов в

сельскохозяйственной продукции.

В основу практической работы положен принцип определения

фитотоксичности (ΔХ) гербицида банвела-Д, основанный на угнетении роста

корней проростков ячменя в разных почвах. Фитотоксичность в процентах

рассчитывается по формуле:

Х = 100 −𝑙∗100

𝐿, % (10.3)

где X - уменьшение средней длины корня под воздействием гербицида, в

процентах; l - средняя длина корня проростков ячменя, которые выросли на

почве с гербицидом; L - средняя длина корня проростков ячменя на почве

без гербицида.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Рассчитайте фитотоксичность ΔХ и уменьшение средней длины корня (Х,%)

на разных почвах, пользуясь данными опытов по определению

фитотоксичности пестицида банвела-Д и формулой 10.3.

ХОД РАБОТЫ

Дайте ответы на следующие вопросы и заполните таблицу 10.1:

1. На какой из почв фитотоксичность банвела-Д является самой высокой?

(Найти ΔХ и для ответа обвести овалом название почвы в графе 1 таблицы)

2. Установите зависимость фитотоксичности (Х%) от содержания гумуса

в почве и постройте график зависимости фитотоксичности (X) от

концентрации гумуса (Сгум) в разных почвах, X = f(Сгум).

3. Какое количество банвела-Д необходимо внести в чернозем и

торфовую почву, чтобы обеспечить эффект, который равен действию 1 мг

гербицида, внесенного в 1 кг дерново-подзолистой почвы?

4. Рассчитать адсорбцию А пестицида всеми видами почв, пользуясь

данными остаточных концентраций Сост и формулой 10.1.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Как оценивают поглощающую способность почвы?

2. Как вы понимаете термин «фитотоксичность»? Как проявляется ее эффект

на растении?

3. Как классифицируют пестициды по их химическому составу?

4. Как проявляется опасность влияния пестицидов на живые организмы?

5. Если пестицид имеет высокую миграционную способность, что можно

сказать о его степени адсорбции почвой и опасности накопления?

6. Как устанавливают вертикальную миграцию пестицида в почве?

7. Дайте определение детоксикации почв.

8. Как определить количество пестицида в почве с учетом миграции и

детоксикации?

9. Оцените поглощающую способность почвы в мг/кг и масс%, если при

внесении на 100 граммов почвы 10 граммов 0,1% раствора пестицида,

определение остаточного количества пестицида составило 0,015%.

ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ № 10

1. Рассчитаем фитотоксическое действие гербицида на каждом из типов почв

по формуле 10.3, например, для дерново-подзолистой почвы:

Хд−п = 100 −𝑙 ∗ 100

𝐿= 100 −

12 ∗ 100

41= 70,7 %

Соответственно, ΔХ будет составлять часть безразмерную часть от целого –

ΔХд-п = 0,7.

Таблица 10.1 – Расчет фитотоксичности гербицида банвела-Д и адсорбции

пестицида разными типами почв

Тип

почвы

Содержание

гумуса, СГУМ

Длина корней Фитотоксичное

действие

СГЕРБИЦИДА для

обеспечения

эффекта

банвела-Д в

дерново-подз.

почве

Остаточная

концентрация

Сост , мг/кг

Ад

сор

бц

ия,

%

Без

гер-

бици-

да

Бан-

вел-Д

С = 2

мг/кг

Х,% ΔХ

Чернозем 6,8 48 35 27,08 0,27 5,2 0,15 92,5

Торфовая 8,0 62 57 8,06 0,08 17,5 0,08 96

Дерново-

подзолистая

1,5 41 12 70,7 0,7 2 0,7 65

В дерново-подзолистой почве, где содержание гумуса достаточно мало,

фитотоксичность гербицида имеет самое высокое значение. Отобразив

наглядно зависимость фитотоксичного эффекта от наличия в почве гумуса

(рис. 10.1), можно сделать вывод, что чем меньше гумусность почвы, тем

больше фитотоксичность внесенного пестицида.

Рис. 10.1 – График зависимости фитотоксичности от концентрации гумуса

в разных почвах

2. Для расчета концентрации гербицида, необходимой для обеспечения

фитотоксичности на торфяной почве соотнесем ΔХд-п к ΔХт :

фитотоксичность на дерново-подзолистой почве в 8,75 раз превышает

фитотоксичность на торфяной; следовательно, можно полагать, что

концентрация гербицида для обеспечения эффекта банвела-Д в дерново-

подзолистой почве для торфяной будет больше исходной в 8,75 раз: Сгербицида

(торф.) = 8,75*2 мг/кг = 17,5 мг/кг.

3. Для расчета адсорбции пестицида почвой воспользуемся формулой 10.1,

например, для чернозема:

А(черн. ) = С− Сост

С∗ 100% =

2−0,15

2∗ 100% = 92,5%.

Вывод: проведенные расчеты наглядно доказали, что гумусность почв влияет

на фитотоксичность пестицида (с ее увеличением фитотоксичность

снижается) и на процесс адсорбции пестицида почвой (чем больше

содержание гумуса в почве, тем больше ее адсорбция).

ВАРИАНТЫ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ № 10

Вариант Сгум Сгерб, мг/кг Сост, мг/кг Длина корней

l, см L, см

1

Торфяная 10,2

1,5

0,05 66 71

Суглинки 5,6 0,12 54 66

Дерново-подзолистая 2,05 0,65 32 49

2

Торфяная 9,6

2,3

0,16 58 64

Чернозем 6,1 0,24 45 56

Дерново-подзолистая 1,52 0,50 21 36

3

Торфяная 8,8

2,2

0,11 59 63

Чернозем 5,9 0,19 40 49

Дерново-подзолистая 2,1 0,35 22 34

4

Торфяная 7,9

1,0

0,04 49 52

Суглинки 4,5 0,06 35 43

0

50

100

0 5 10

Х,%

Cгум

Дерново-подзолистая 0,9 0,12 17 29

5

Чернозем 6,9

1,3

0,09 52 59

Суглинки 5,2 0,11 37 45

Супески 0,5 0,16 19 31

6

Торфяная 7,4

3

0,19 49 54

Чернозем 6,0 0,68 45 53

Дерново-подзолистая 2,0 1,25 26 40

7

Торфяная 9,9

2,5

0,30 59 64

Чернозем 7,6 0,56 49 55

Дерново-подзолистая 1,2 1,10 24 36

8

Торфяная 11,2

1,8

0,09 75 80

Чернозем 5,9 0,24 66 75

Дерново-подзолистая 1,7 0,65 35 53

9

Торфяная 10,9

1,4

0,03 69 75

Чернозем 6,4 0,12 57 69

Дерново-подзолистая 1,19 0,35 33 48

10

Чернозем 7,6

2,2

0,33 56 61

Суглинки 5,8 0,56 42 55

Дерново-подзолистая 2,5 1,10 21 46

11

Чернозем 8,1

2,5

0,52 46 53

Суглинки 6,9 0,99 39 45

Дерново-подзолистая 1,9 1,15 20 38

12

Чернозем 7,5

3

0,85 48 53

Суглинки 5,5 1,05 37 45

Дерново-подзолистая 1,5 1,56 22 39

13

Чернозем 6,6

3,6

1,10 55 62

Суглинки 5,2 1,65 46 55

Дерново-подзолистая 2,3 1,91 29 48

14

Торфяная 10,3

2,7

0,88 48 53

Чернозем 5,7 0,99 45 61

Дерново-подзолистая 2,1 1,11 31 52

15

Торфяная 9,7

2,4

0,35 57 63

Чернозем 6,2 0,56 51 60

Дерново-подзолистая 1,5 0,75 43 58

16

Торфяная 8,9

2,2

0,22 46 51

Чернозем 6,0 0,43 41 50

Дерново-подзолистая 2,2 0,98 39 45

17

Торфяная 8,0

1,8

0,09 49 53

Суглинки 4,6 0,15 44 51

Супески 1,0 0,65 21 38

18

Чернозем 7,0 0,05 54 59

Суглинки 5,3 1,5 0,11 42 51

Супески 1,0 0,32 31 48

19

Чернозем 7,5

4,0

1,15 51 55

Суглинки 6,5 2,01 43 51

Дерново-подзолистая 2,0 2,33 29 45

20

Торфяная 10,0

1,1

0,07 64 66

Чернозем 7,7 0,14 58 62

Дерново-подзолистая 1,5 0,66 32 47

21

Торфяная 11,5

5,0

1,99 45 50

Чернозем 6,0 2,42 29 35

Дерново-подзолистая 2,0 3,06 17 30

22

Торфяная 11,0

4,5

1,12 65 69

Чернозем 7,0 1,99 49 54

Дерново-подзолистая 1,9 2,44 25 34

23

Торфяная 7,8

3,5

0,86 58 63

Чернозем 5,9 1,16 42 55

Дерново-подзолистая 2,6 1,88 28 36

24

Торфяная 8,5

2

0,06 41 45

Чернозем 7,0 1,01 35 42

Дерново-подзолистая 2,0 1,17 24 35

25

Торфяная 7,6

2,5

0,95 40 43

Чернозем 5,3 1,14 29 36

Дерново-подзолистая 1,8 1,69 15 29

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 11

"ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ЗАБОЛЕВАНИЕ" – НЕГАТИВНОЕ ВЛИЯНИЕ

НИЗКИХ УРОВНЕЙ СВИНЦА В ГРУНТЕ НА ЗДОРОВЬЕ ДЕТЕЙ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Определение принадлежности ребенка к группе риска развития

умственной недостаточности по результатам оценки накопления свинца в

почве и в крови

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Свинец - один из наиболее токсичных и опасных тяжелых металлов. Он

включен в списки приоритетных загрязняющих веществ рядом

международных организаций как чрезвычайно распространенный в

окружающей среде токсикант.

Было установлено, что сравнительно низкие и раньше воспринимаемые

как относительно безопасные уровни свинца в почве, воде, пищевых

продуктах являются причиной целого ряда нейротоксичных расстройств в

первую очередь у детей, которые задевают преимущественно когнитивные

функции.

При условиях влияния низких, экологически обусловленных уровней

свинца можно не наблюдать никаких клинических проявлений типичной

свинцовой интоксикации. Речь идет о "маргинальных" явлениях, которые

чаще всего не рассматриваются как патология и остаются за пределами

внимания врачей. Единственным симптомом становятся признаки

умственной недоразвитости ребенка.

Было установлено, что существует прямая связь между накоплением

свинца в организме ребенка и снижением коэффициента умственного

развития. Наблюдалось снижение (рассеивание) внимания, нарушения

языковых функций и нарушения способности воспринимать школьную

программу и адаптироваться к условиям школы. У таких детей отмечается

снижение показателей психофизиологических тестов, которые

характеризуют эмоциональную сферу, способность к ориентации и общению,

а также некоторых мышечных функций.

Отравленные низкими уровнями свинца дети часто болеют разными

детскими болезнями, острыми респираторными заболеваниями и другими

неспецифическими заболеваниями, что свидетельствует о снижении

иммунной защиты организма.

Факторы, которые способствуют повышению содержания свинца в

крови и костях взрослого населения:

1) проживание в больших индустриальных районах;

2) проживание в городах вблизи источников загрязнения (заводы,

транспортные магистрали);

3) преобладающее потребление овощей, а не молочных продуктов;

4) курение, потребление алкоголя.

В отношении детской популяции действуют многие из перечисленных

выше факторов риска, однако добавляется ряд других. К их числу относятся:

1) возможность загрязнения рук пылью, которая содержит свинец, и

поступление свинца через рот;

2) проживание вблизи больших транспортных магистралей;

3) низкие социо-экономические показатели семьи;

4) диетические особенности, нарушение баланса железа и кальция в

организме.

Маленькие дети являются популяцией наибольшего риска в связи с

тем, что:

1) их незрелая нервная система более чувствительна к токсичному действию

свинца;

2) их желудочно-кишечный тракт, также из-за незрелости защитных

механизмов, легко позволяет свинцу абсорбироваться в кровь;

3)для них характерны такие поведенческие особенности, как облизывание

рук, разных предметов и поедание непищевых продуктов (пикамизм);

4) у них легко возникают диспепсии и связанные с ними дисбалансы

эссенциальных и токсичных микроэлементов, а также нарушения содержания

кальция и железа в организме.

Сюда стоит добавить еще и то обстоятельство, что дети вдыхают

воздух приземного слоя на улицах, который более насыщен дорожной пылью

и тяжелыми окислами свинца, которые выбрасываются автотранспортом.

Источниками поступления свинца в организм детей является:

1) Пыль, которая содержит свинец, с воздухом или через грязные руки и

предметы;

2) оксиды свинца из воздуха;

3) питьевая вода;

4) пищевые продукты, особенно овощи и консервы (потому что припой,

который используется при запайке консервных банок, содержит свинец).

Кроме выбросов автотранспорта и промышленными предприятиями,

свинец и его соединения применяются в составе красок, компонентов

водопроводной системы, некоторых полимерных материалов, припоев

консервных банок и др.

В разных странах внос этих источников неодинаков. В Украине (как и в

других странах постсоветского пространства), где продолжается

производство и применение этилированных бензинов, одним из важных

источников интоксикации детей является тетраэтилсвинец и оксиды свинца,

которые образуются в процессе сгорания топлива. В странах Западной

Европы и США больше внимания уделяется почвенной и бытовой пыли,

которая хранит следы многолетнего загрязнения, а также краскам, которые

содержат свинец, в то время как степень влияния атмосферного свинца в

результате постепенного запрещения этилированных бензинов, начиная из

середины 70-х годов, существенно снизилась.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Результаты специально проведенных исследований нейротоксичного

действия свинца на детский организм в США, Европе и Австралии стали

основой для принятия ряда решений, которые касаются регуляции

загрязнения свинцом, а также для разработки шкалы, которая отображает

меру накопления свинца в организме, риска поражения и характера

мероприятий со стороны медицинской и санитарно-гигиенической служб. В

частности, Агентство по защите окружающей среды (EPA) и Центр контроля

заболеваемости США (СDС) приняли как руководство к действию

оценочную шкалу накопления свинца в организме ребенка (таблица 11.1).

Наличие таких рекомендаций дает возможность осуществления

практических мероприятий по профилактике и коррекции экологически

обусловленных влияний свинца на детей.

По результатам многочисленных разработок и оценок, предложено

следующее уравнение регрессии:

ln(PbB)=0,879+0,241*ln(PbS) (11.1)

где PbB - содержание свинца в крови ребенка, мкг/дл; PbS - содержание

свинца в почве (млн-1).

Использование этого уравнения показывает, что увеличение

содержания свинца в почве от 100 млн-1 до 1100 млн-1 приведет к

ожидаемому повышению содержания свинца в крови ребенка c 7,3 мкг/дл до

13,0 мкг/дл. Последующее повышение концентрации свинца в почве до 2100

млн-1 приведет к повышению уровня свинца в крови ребенка до 15,2 мкг/дл.

Таблица 11.1 - Рекомендации EPA и CDC по оценке отравления детей

свинцом

PbB

(мкг/дл)

Комментарии

<9 Ребенок не чувствует токсичного влияния свинца

10-14

Значительная часть детей этой группы требует повышенного внимания и более частого

контроля, необходимы меры в семейном окружении по предупреждению свинцовой

интоксикации

15-19 Ребенок требует вмешательства в плане коррекции диеты и контроля поведения,

необходимо подключение образовательной программы по предупреждению накопления

свинца; если уровень свинца остается в отмеченных пределах, необходимо выяснение

экологического источника поступления свинца и его ограничение (устранение)

20-44 Необходимо обязательное выяснение экологической ситуации и источника загрязнения,

ребенок нуждается в медицинском обследовании с фармакологической коррекцией

45-69 Ребенок нуждается в медицинском и экологическом контроле с подключением

сорбционной терапии или терапии хелатными агентами

>70 Острый медицинский случай. Необходима немедленная медицинская помощь и срочная

коррекция окружающей среды

ХОД РАБОТЫ

1) Согласно варианту задания рассчитать три значения величины

содержания свинца в крови ребенка с помощью формулы 11.1

2) С помощью таблицы 11.1 составить вывод для каждого из трех случаев о

последствиях накопления свинца в крови ребенка.

3) Теоретическую часть, расчеты и выводы оформить в виде письменного

отчета.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. К каким последствиям приводит накопление свинца в крови ребенка?

2. Факторы повышения содержания свинца в организме взрослого

человека

3. Факторы повышения содержания свинца в организме ребенка

4. Основные источники попадания свинца в организм ребенка

5. Какая существует связь между накоплением свинца в крови ребенка и

содержанием свинца в почве?

ВАРИАНТЫ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ № 11

Вариант Содержание свинца, млн-1

Проба 1 Проба 2 Проба 3

1 30 450 5641

2 54 648 5461

3 101 532 2314

4 33 485 5643

5 65 356 1358

6 78 486 3654

4 60 654 3249

7 78 235 6546

8 96 641 1654

9 156 385 2156

10 59 694 2464

11 45 544 5466

12 36 948 6713

13 111 814 5453

14 85 315 6893

15 46 964 1358

16 57 454 3241

17 40 548 3216

18 77 874 1544

19 63 584 6543

20 47 879 1657

21 39 947 2356

22 105 871 9781

23 164 654 9877

24 95 476 4643

25 87 875 3489

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 12

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ФИЛЬТРАТОМ,

ОБРАЗУЮЩИМСЯ НА ПОЛИГОНАХ ТБО

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

определить уровень загрязнения почв двух полигонов твердых бытовых

отходов (ТБО), рассчитать коэффициенты техногенной концентрации

элементов и суммарный показатель загрязнения. Сравнить исследуемые

почвы по уровню загрязнения и составу ассоциации элементов-

загрязнителей.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ:

Почти все ТБО в Украине захороняются на полигонах. Наибольшие

площади под полигоны заняты в Днепропетровской 140 га, в Донецкой - 330

га, Одесской - 195, Запорожской - 153, Луганской области - 129 га.

Полигоны захоронения ТБО - инженерно-экологические комплексы,

предназначенные для централизованного приема ТБО, их обезвреживания и

захоронения, предотвращающие распространение загрязняющих веществ в

компоненты природной среды. На полигоны ТБО принимают твердые

бытовые отходы из жилых домов и общественных учреждений, предприятий

торговли, общественного питания, учебных и дошкольных заведений,

организаций культуры и здравоохранения и т. д., уличный и садово-парковый

мусор и листья, строительный мусор от ремонта квартир, а также

промышленные отходы III и IV классов опасности (ДБН В.2.4-2-2005) по

разрешению местных органов санитарно-эпидемиологической и

экологической служб, пожарной инспекции. Захоронению на полигон ТБО не

подлежат промышленные отходы, которые могут быть использованы как

вторичное сырье, токсичные, ядовитые, легковоспламеняющиеся, а также

вещества с агрессивными для сооружений свойствами.

Любой полигон твердых бытовых отходов представляет собой большой

биохимический реактор, оказывающий воздействие на все компоненты

окружающей среды. В процессе эксплуатации, а также в течение нескольких

десятилетий после закрытия, в результате взаимодействия проникающих в

тело полигона природных осадков с отходами растительного и животного

происхождения и продуктами их разложения, образуется свалочный газ и

фильтрат полигона ТБО.

Основным источником загрязнения почвы, поверхностных и подземных

вод являются фильтрационные стоки полигона, которые накапливаются в

почве и в результате значительных атмосферных осадков, вызывающих

перелив фильтрата, попадают в объекты окружающей среды. Это сложная по

химическому составу жидкость с ярко выраженным неприятным запахом

биогаза. Фильтрат, представляющий собой концентрированный

многокомпонентный раствор широкой химической природы, – это

экологически наиболее опасный фактор влияния полигона ТБО

на природную среду.

В фильтрате любого полигона присутствуют биологически разлагаемые

вещества, биологические трудно разлагаемые вещества, азот (в основном,

в виде аммония), растворимые соли, тяжелые металлы. Фильтрат содержит

загрязняющие вещества, которые характеризуются следующими

показаниями, мг/л: ХПК - 1500-51 тыс., БПК - 1500-4800, сульфаты - 650-

2900, хлориды -650-2900, железо – 200-1700.

Большинство загрязняющих веществ, преимущественно неорганических,

не задерживаются в почве во время прохождения через нее фильтрата,

попадают в подземные воды и могут оказаться причиной систематического

ухудшения качества водозабора. Так на свалках, сооруженных без

соблюдения правил охраны окружающей среды (не имеющие

противофильтрационного экрана, системы отвода и очистки фильтрата),

фильтрат свободно стекает по рельефу, попадает в почву, грунтовые и

подземные воды. Проникновение фильтрата в почвы и грунтовые воды

может привести к значительному загрязнению окружающей среды не только

вредными органическими и неорганическими соединениями, но и яйцами

гельминтов, патогенными микроорганизмами.

Стоки могут загрязнять почву и грунтовые воды на территории вокруг

полигонов, как следствие опасность при извлечении таких вод для питьевого

водоснабжения. Там, где на свалках имеются системы сбора стоков, объемы

попадания в почву и воду вредных веществ снижаются, а обработанные

стоки затем сбрасывают в поверхностные воды.

Состав и концентрация неорганических и органических загрязнений вод

зависят от состава отходов, способа эксплуатации, места складирования,

интенсивности и характера процесса разложения, проницательности слоя, а

также от совокупности климатических условий.

Для минимизации воздействия полигонов ТБО на компоненты

окружающей среды необходимо осуществлять комплексное управление в

сфере обращение с отходами, а также соблюдение всех требований

эксплуатации действующих полигонов и мероприятий по рекультивации

закрытых полигонов.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ:

Для оценки техногенного загрязнения используются такие показатели,

как коэффициенты техногенной концентрации, показатель суммарного

загрязнения.

Коэффициенты техногенной концентрации элементов (Кс),

рассчитываются и по формуле:

Кс = Сi/Сфон, (12.1)

где Сi – содержание элемента в данной почве, Сфон – его фоновое

содержание в почвах Украины.

Помимо этого актуальной оценкой является сравнение содержания

элементов в почвах с величинами ПДК:

Кпдк = Сi/ПДК, (12.2)

где Сi – содержание элемента в почве, ПДК – его предельно допустимая

концентрация.

Суммарный показатель загрязнения (Zc) рассчитывается по формуле:

Zc = ΣКс – (n-1), (12.3)

где Кс – коэффициенты техногенной концентрации, величина которых

превышает 1,5, n – число элементов с Кс > 1,5. По величине суммарного

показателя загрязнения осуществляется оценка загрязнения почв (табл. 12.1).

Табл. 12.1 – Уровень загрязнения почв (по величине показателя Zc)

Zc Уровень загрязнения почв

менее 16 допустимый

16-32 умеренно опасный

32-128 опасный

более 128 чрезвычайно опасный

ХОД РАБОТЫ

1. Рассчитать коэффициенты техногенной концентрации элементов (Кс),

используя данные табл. 12.3 по формуле 12.1

2. Сравнить содержание элементов в почвах с величинами ПДК по формуле

12.2

3. Рассчитать суммарный показатель загрязнения (Zc), по формуле 12.3

4. Определить ассоциации накапливающихся элементов в анализируемых

почвах

5. Внести результаты расчетов в таблицу 12.2.

6. Определить уровень загрязнения почв, сделать вывод о геохимической

нагрузке фильтрата полигона ТБО на почвы и окружающую среду в целом

Табл. 12.2 – Оценка состояния почв полигонов ТБО по геохимическим

показателям

По

чва

Pb

Ni

Co

Cr

V

Mn

Ti

Zn

Cu

Sn

Асс

оц

иа

ци

я

нак

апли

в

ающ

ихся

элем

енто

в

Су

мм

арн

ый

по

каз

ате

ль

загр

язн

ен

ия

У

ро

вен

ь

загр

язн

ен

ия

1) зоны влияния полигона ТБО г. Днепропетровска

Кс

КПДК

2) зоны влияния полигона ТБО г. Одессы

Кс

КПДК

Табл. 12.3 – Содержание микроэлементов в почвах зон влияния полигонов

твердых отходов (мг/кг абс. сух. в-ва)

Почва зон влияния

полигона ТБО

Pb Ni Co Cr V Mn Ti Zn Cu Sn

Фон почвы 12 20 6 36 34 247 1562 50 13 10

ПДК 30 85 50 - 150 1500 - 100 55 -

Класс опасности 1 1 2 2 3 3 - 1 2 -

вариант 1

Днепропетровск 22,6 45,0 15,4 231,4 78,7 712,8 2325,0 70,0 13,9 13,0

г. Одесса 19,0 27,0 36,0 650,0 41,0 630,0 180,0 110,0 22,0 16,0

вариант 2

Днепропетровск 26,0 47,6 12,0 28,4 32,7 72,8 267,0 110,5 23,1 15,0

Одесса 39,5 27,6 6,8 65,8 45,5 65,0 180,5 115,0 11,0 40,0

вариант 3

Днепропетровск 25,6 43,0 15,4 28,4 74,7 712,8 217,0 170,0 134,1 13,0

Одесса 35,0 25,0 5,0 65,0 44,0 610,0 100,0 150,0 124,0 63,0

вариант 4

Днепропетровск 26,0 47,0 12,0 248,0 72,0 62,0 267,0 770,0 133,0 12,0

Одесса 39,0 27,0 16,0 650,0 45,0 65,0 180,0 110,0 120,0 60,0

вариант 5

Днепропетровск 16,6 27,0 22,4 248,4 32,7 462,8 567,0 670,0 81,1 22,0

Одесса 19,0 28,0 26,0 250,0 35,0 450,0 500,0 160,0 70,0 20,0

вариант 6

Днепропетровск 21,6 42,0 13,4 244,4 75,7 562,8 767,0 870,0 93,1 10,0

Одесса 31,0 22,0 13,0 654,0 55,0 65,0 700,0 180,0 90,0 20,0

вариант 7

Днепропетровск 9,6 49,0 10,4 98,4 29,7 962,8 297,0 790,0 93,1 19,0

Одесса 13,0 29,0 12,0 69,0 45,0 950,0 190,0 190,0 90,0 9,0

вариант 8

Днепропетровск 29,0 49,0 19,4 29,4 79,7 79,8 29,0 790,0 19,1 9,0

Одесса 39,0 97,0 9,0 900,0 95,0 90,0 19,0 119,0 19,0 19,0

вариант 9

Днепропетровск 56,6 27,0 13,4 68,4 92,7 732,8 2167,0 790,0 13,1 11,0

Одесса 19,0 22,0 16,0 65,0 65,0 450,0 1100,0 180,0 12,0 10,0

вариант 10

Днепропетровск 26,4 47,4 12,8 248,5 72,3 762,2 2667,5 770,5 133,5 12,5

Одесса 39,5 27,7 63,5 650,5 45,4 650,7 1800,5 110,4 120,7 60,5

вариант 11

Днепропетровск 16,6 47,0 22,4 148,4 22,7 462,8 1667,0 570,0 73,1 13,0

Одесса 19,0 37,0 26,0 100,0 35,0 550,0 2800,0 600,0 80,0 20,0

вариант 12

Днепропетровск 24,6 44,0 14,4 25,4 73,7 763,8 237,0 730,0 14,1 13,0

Одесса 33,0 23,0 26,0 652,0 44,0 620,0 120,0 120,0 16,0 50,0

вариант 13

Днепропетровск 47,4 68,4 92,7 56,6 27,0 26,4 47,4 12,8 248,5 72,3

Одесса 27,7 65,0 65,0 19,0 22,0 39,5 27,7 63,5 650,5 45,4

вариант 14

Днепропетровск 70,0 13,9 13,0 15,4 28,4 74,7 962,8 297,0 790,0 16,6

Одесса 10,0 22,0 16,0 5,0 65,0 44,0 950,0 190,0 190,0 19,0

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 13

ВКЛАД ПРИРОДНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ (НА ПРИМЕРЕ

ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИХ АНОМАЛИЙ) В ФОРМИРОВАНИЕ

ЗДОРОВЬЯ НАСЕЛЕНИЯ ОДЕССКОЙ ОБЛАСТИ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

научиться работать с картой-схемой;

приобрести навыки в построении карты и в анализе экологической

обстановки;

оценить вклад природных факторов в формирование здоровья населения.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Здоровье и благополучие человека является фундаментом устойчивого

развития. Состояние здоровья человека определяется целым комплексом

факторов: личных, социальных, культурных, экономических, экологических

и других.

Давно признано, что состояние здоровья человека зависит от влияния

условий окружающей среды. По классификации Большакова Л. М. и др.

факторы, которые влияют на здоровье человека можно классифицировать

таким образом:

физические (например, ионизирующее и неионизирующее излучение,

шум, вибрация, температура, атмосферное давление и др.);

химические (загрязнение воздуха, загрязнение воды, загрязнение

почвы, загрязнение продуктов питания, качество питания и др.);

биологические (инфекционные заболевания и др.);

психические факторы (информационные перегрузки и др.);

тяжелая наследственность;

факторы комплексного действия (уровень образования, уровень жизни,

условия труда и др.).

Но можно рассматривать здоровье населения как интегральный

показатель всего комплекса условий, которые существуют на определенной

территории. Анализируя состояние здоровья населения этой территории

можно получить достаточно полную оценку условий обитания на ней.

Высокий уровень заболеваемости будет указывать на неблагоприятные

условия, низкий уровень - наоборот.

Здоровье населения часто оценивают по демографическим показателям. К

ним принадлежат рождаемость, смертность, детская смертность,

неонатальная, перитальная смертность, естественный прирост населения,

продолжительность жизни и др. Показатели рождаемости, смертности,

естественного прироста населения (это разница между рождаемостью и

смертностью) являются расчетными и определяются на 1000 обитателей.

Общая рождаемость – оценивается по количеству рожденных живыми в

течение определенного часового периода.

Общая смертность – оценивается по количеству умерших и является

групповой характеристикой, которую можно определять для отдельных

достаточно больших групп риска (смертность от причин, по годам,

административным образованиям, возрастными группам и др.).

Детская смертность определяется по количеству умерших детей в

возрасте до 1 года и считается одним из наиболее информативных

показателей – своеобразным индикатором болезненности и социального

неблагополучия.

Смертность детей на первом году жизни называется неонатальной.

Перинатальная смертность – это количество детей, мертворожденных и

умерших в первые 7 дней жизни (168 часов).

Средняя продолжительность последующей жизни – это количество лет,

которую осталось прожить людям определенного возраста, а средняя

продолжительность жизни – это количество лет, которое в среднем

проживет поколение рожденных или одногодков определенного возраста.

Заболеваемость населения – одна из важнейших характеристик

общественного здоровья. Выделяют такие показатели заболеваемости:

распространенность – совокупность всех заболеваний, выявленных в

определенном году и зарегистрированных в прошлые годы, по прошествии

которых больные опять обратились в этом году, на 100 тысяч населения;

заболеваемость – совокупность новых, нигде раньше не учтенных и

впервые в определенном году обнаруженных заболевших среди населения,

на 100 тысяч населения;

структура заболеваемости – доля разнообразных форм (групп) заболеваний

в составе всех заболеваний.

Проанализировав показатели здоровья населения на определенной

территории и обнаружив ее часть, которая характеризуются повышенными

значениями этих показателей, можно утверждать, что на этой территории

существуют факторы, не благоприятные для здоровья человека.

По своей природе физические поля, в окружении которых функционирует

человек, можно разделить на три группы: космические поля, которые

генерируются преимущественно Солнцем и другими космическими

объектами; геомагнитные и геолого-геофизические поля, которые создаются

геологическими телами, Землей и ее ядром; техногенные поля, образуемые

техногенными источниками электромагнитных излучений разнообразной

природы.

Первые две группы физических полей являются естественными

экологическими факторами и существуют в течение всего периода эволюции

человека. Последняя же группа имеет искусственное происхождение и

появилась достаточно недавно.

Влияние на организм человека физических полей искусственного

происхождения достаточно изучено. Существует достаточно большой объем

информации такой тематики. Но все чаще стала появляться информация об

экологической роли естественных физических полей.

В последнее время в научных исследованиях стали уделять особенное

внимание планетарным и региональным структурам земной коры, которые

связаны с зонами глубинной трещенноватости, высокой проницаемости и

напряженно-деформированного состояния среды.

Такие зоны существуют по всей Земле и характеризуются

геохимическими, геофизическими и эманационными (от греческого етапаtіо

- истекание) полями, параметры которых меняются во времени и

пространстве, и влияют не только на минеральную составляющую среды, но

и на биологическую.

Подобные зоны называют геолого-геофизическими аномалиями. Они

непрерывно и достаточно долго влияют на организм человека, и именно с

влиянием подобных зон (в значительной мере опосредствованным) в

отдельных научных исследованиях связывают высокие показатели

заболеваемости среди населения, которое проживает поблизости.

Геолого-геофизические аномалии Одесской области

На территории Одесской области находится ряд подобных геолого-

геофизических аномалий (они представлены в Приложении 5), к которым

принадлежат:

Балтская аномалия - это гравитационная аномалия интенсивностью до

13000 гамм и 15-20 мГал, которая имеет форму в виде узких

субмеридиональных линейных зон (на карте обозначенная І);

Савранско-любашевская - характеризуется наличием магнитных аномалий

интенсивностью 8000-14000 гамм. Гравитационное поле мозаично,

интенсивностью 20-30 мГал. Представлена совокупностью

многочисленных линейных и изометрических аномалий (отметка на карте

II);

Фрунзовско-великомихайловская аномалия - магнитная аномалия, которая

включает ряд линейных аномалий интенсивностью 3000-8000 гамм.

Гравитационное поле более спокойно, интенсивностью 20-40 мГал. Имеет

форму субмеридиональной полосы размерами 50x10 км (отметка на карте

III);

Ивановская аномалия - это гравитационная аномалия сложного строения.

Сравнительно большие отрицательные магнитные аномалии

перемежающиеся мелкими положительными аномалиями интенсивностью

150-400 гамм. На подавляющей части территории расположена

отрицательная гравитационная аномалия интенсивностью 15-20 мГал.

Также присутствуют мелкие положительные аномалии. Является зоной

изометрической формы с размерами 100x20 км, которая вытянута в

субмеридиональном направлении (имеет отметку на карте IV);

Одесская зона разломов - является границею Подольской плиты и

Головановской шовной зоны. Мощность земной коры увеличивается в ее

пределах более чем на 50 % (35-40 км) на Подольской плите и на 55-60 % в

Головановской зоне. Это узкая (около 5 км) зона, которая пролегает от

Саврани в Одессу и проходит через участки Савранского, Любашевского,

Ананьевского, Ширяевского и Ивановского районов (отметка на карте V);

Гвоздавский разлом - это зона повышенной проницаемости земной коры.

Узкая (1-2 км) полоса от Любашевки через Николаевку к Березовке

(отметка на карте VI);

Чадырлунжский сдвиг - является границею Восточно-европейской

платформы и Скифской плиты. Образует зону спрединга, по которой

Скифская плита задвинута под Восточно-европейскую платформу.

Вероятно, что движение продолжается и в наше время. Имеет форму

дугообразной узкой (до 1 км) полосы (отметка на карте VII);

Болградский сдвиг - вместе с Чадырлунжским сдвигом образует зону

спрединга Южно-Европейской платформы и Скифской плиты. Это

субширотная узкая (до 1 км) полоса, которая протянулась от Болграда к

Сасыкского лимана (обозначено на карте VIII).

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Для выделения неблагоприятных с точки зрения здоровья человека

территорий можно использовать методику выявления медицинских

аномалий. Если такой территорией считать область (например, Одесскую), а

ее структурными единицами - административные районы, то медицинской

аномалией следует считать район области, в котором показатель

заболеваемости превышает значение среднего по всем районам в 1,5 и более

раз. Понятно, что чем большим будет такое превышение, тем сложнее

является ситуация в этом районе.

Обнаруженные медицинские аномалии можно подразделять по таким

градациям:

1. Район, в котором превышение показателя заболеваемости над средним по

районам составляет от 1,5 до 2 раз;

2. Район, в котором превышение показателя заболеваемости над средним по

районам составляет от 2 до 3 раз;

3. Район, в котором превышение показателя заболеваемости над средним по

районам составляет 3 и более раз.

Если в одном и том же районе наблюдаются медицинские аномалии для

разных классов заболеваний (или разных нозологических форм заболеваний),

то такой район является медицинской мультианомалией. Медицинской

мультианомалией следует считать район, в котором наблюдают несколько (2

и более) простых медицинских аномалий. Выделяют такие категории

мультианомалий:

первая категория – к ней принадлежат районы, на территории которых

наблюдается более 3х простых медицинских аномалий;

вторая категория – это районы, на территории которых наблюдается 3

простые медицинские аномалии.

Если на территории района находятся 2 простые медицинские аномалии,

он тоже будет считаться медицинской мультианомалией, но категория в этом

случае не устанавливается.

ХОД РАБОТЫ

1. Согласно варианту задания, который содержит указанные значения

показателей распространенности и заболеваемости определенным

заболеванием в 26 районах Одесской области за 1 год (приложение 6),

составить таблицу 13.1, колонки 3 и 4 которой будут содержать значения

этих показателей.

2. Рассчитать для каждого из районов среднее значение показателя

заболеваемости и записать в последней строке таблицы под

соответствующим показателем.

3. По каждому показателю для каждого из 26 районов рассчитать

превышения над средним (делением каждого значения показателя на

среднее значение этого показателя) и записать в соответствующие строки

колонок 5 и 6.

4. По значениям превышений над средним определить для обоих

показателей заболеваемости административные районы, которые являются

медицинскими аномалиями (то есть превышение среднего для этих

районов будет равняться >1,5) и в колонках 7 и 8 указать соответствующие

градации медицинских аномалий.

5. По результатам выявления медицинских аномалий для каждого из

показателей построить карту, на какой будут представлены

соответствующие медицинские аномалии. Для построения карты

использовать топографическую основу, представленную на рисунке

(приложение 4) Номера районов на этой карте отвечают номерам

районов в колонке 1 таблицы 13.1.

6. Студентами всей учебной группы составляются 2 таблицы формы 13.2

(2 таблицы на всю группу), которые называются сведенными и

оформляются: одна - для распространенности заболеваний, другая - для

заболеваемости. В заголовке каждой таблицы каждый студент группы

указывает название заболевания, которое он рассматривал, и заносит в

эту колонку результаты расчетов превышения над средним для

соответствующего показателя заболеваемости.

7. После того как все результаты занесены, заполняются последние пять

колонок таблицы с подсчетом для каждого района Одесской области

количества медицинских аномалий, которые имеют превышение над

средним по районам в 1,5-2 раза, в 2-3 раза, в 3 и более раз, общее

количество медицинских аномалий, указывается при необходимости

категория мультианомалий.

8. По результатам проведенной работы составляют подробный

письменный отчет, который содержит теоретическую часть, результаты

расчетов, картографические материалы, а также анализ полученных

студентом результатов.

9. Выучить теоретическую часть работы, уделив особенное внимание

расположению геолого-геофизических аномалий на территории

Одесской области.

10. Пользуясь результатами предыдущей работы, перенести на карту

Одесской области с нанесенными геолого-геофизическими аномалиями

(топографическая основа Приложения 5) обнаруженные медицинские

аномалии для показателей распространенности и заболеваемости.

11. Проанализировать возможность влияния геолого-геофизических

аномалий на формирование повышенных показателей заболеваемости в

отдельных районах области.

12. Полученные результаты изложить в виде письменного отчета, который

состоит из теоретической части, картографического материала и

полученных студентом выводов.

Таблица 13.1 - Характеристики заболеваемости и медицинские аномалии

на территории административных районов Одесской области №

Район

Показатели заболеваемости

населения

Превышение над средним

по районам

Градация медицинской

аномалии

Рас

пр

-

ть

Заб

ол-

ть

Рас

пр

-

ть

Заб

ол-

ть

Рас

пр

-

ть

Заб

ол-

ть

5 Ананьевский

18 Арцызский

2 Балтский

16 Беляевский

14 Березовский

22 Болградский

20 Б.-Днестровский

11 В -Михайловский

13 Ивановский

24 Измаильский

25 Килийский

1 Кодымский

15 Коминтерновский

4 Котовский

7 Красноокнянский

6 Любашевский

10 Николаевский

21 Овидиопольский

12 Раздельнянский

23 Ренийский

3 Савранский

19 Саратский

17 Тарутинский

26 Татарбунарский

8 Фрунзовский

9 Ширяевский

Среднее по

районам

Таблица 13.2 - Результаты выявления медицинских мультианомалий:

распространенность или заболеваемость

Район

Но

воо

бр

азо

ван

ия

Бо

лез

ни

энд

окр

ин

н

ой

си

стем

ы

Сах

арн

ый

ди

абет

...

Ко

ли

чес

тво

мед

.

аном

али

й с

пр

евы

ш.

сред

нег

о в

1,5

-2 р

аза

Ко

ли

чес

тво

мед

.

аном

али

й с

пр

евы

ш.

сред

нег

о в

2-3

раз

а

Ко

ли

чес

тво

мед

.

аном

али

й с

пр

евы

ш.

сред

нег

о в

3 и

бо

льш

е

раз

Об

щее

ко

ли

чес

тво

мед

.

аном

али

й

Кат

егори

я

му

льт

иан

о

мал

ий

Ананьевский …

… … … … … … … … … …

Ширяевский …

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 14

ВКЛАД ТЕХНОГЕННЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ (НА ПРИМЕРЕ

ТЕРРИТОРИАЛЬНЫХ НАГРУЗОК ПЕСТИЦИДОВ) В ФОРМИРОВАНИЕ

ЗДОРОВЬЯ НАСЕЛЕНИЯ ОДЕССКОЙ ОБЛАСТИ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

оценить вклад техногенных экофакторов на территориальных нагрузок

пестицидов в формирование здоровья человека.

выявить статистическую зависимость между показателями заболеваемости

населения и территориальными нагрузками пестицидов.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Проблема загрязнения окружающей среды пестицидами является одной

из самых актуальных экологических проблем современности, обусловленных

антропогенной деятельностью человека.

Среди пестицидов распространены фосфорорганические,

хлорорганические соединения, производные карбаминовой, тио- и

дитиокарбаминовой кислот (карбаматы), ртутьорганические, содержащие

медь пестициды, циан- и содержащие родан пестициды, карбоновые кислоты

и их производные, производные мочевины и гуанидина, нитро- и

хлорпроизводные фенола, углеводороды, альдегиды и их производные,

гетероциклические соединения.

К негативным последствиям циркуляции пестицидов относятся

загрязнения почвы, грунтовых вод, сельскохозяйственной продукции,

нарушения популяционных характеристик животных и растений, обеднение

их видового состава, острые отравления человека, животных и др.

Экологические последствия влияния пестицидов по многим пунктам

остаются не изученными. Но известно, что они очень токсичны и способны к

уничтожению целых популяций организмов. Отдаленные последствия

действия малых доз пестицидов связаны с гонадотропным и

эмбриотоксическим действием. Почти все пестициды производят

мутагенный эффект, а некоторые способствуют цитогенетическим

нарушением.

Пестициды способны проявлять такие виды действия на живой организм

(в том числе и на организм человека):

Бластомогенное (канцерогенное) действие

Мутагенное действие

Эмбриотоксическое действие

Тератогенное действие

Гонадотропное действие

Цитогенетическое действие

Таким образом, спектр биологических нарушений, которые возникают в

организме под воздействием пестицидов, очень большой. Поэтому

достаточно важным является выявление связей между загрязнением

окружающей среды пестицидами и заболеваемостью человека.

Так, наиболее изученными являются данные о канцерогенном действии

пестицидов. По данным Международного агентства по изучению рака,

канцерогенными можно считать более чем 80 пестицидов, которые

использовались в разных странах и контакт с человеком которых можно

считать доказанным. Этот перечень каждый год увеличивается.

На территории Одесской области использовали такие пестициды,

признанные канцерогенными: гептахлор, ДДТ, хлорофос, севин, ТМТД,

нитрофен.

Исследования некоторых пестицидов признаны недостаточными для

вывода об их канцерогенности, но это не значит, что они не обладают таким

свойством. Среди пестицидов, используемых на территории Одесской

области, к их перечню принадлежат цинеб, 2,4-Д.

Еще одно свойство пестицидов - принимать участие в образовании так

называемых нитрозосоединений, которые образуются вследствие реакции

нитрозирования аминов (амидов) разнообразными азотсодержащими

соединениями - нитратами, окислами азота и др. На территории Одесской

области использовали атразин, симазин, трифорин, прометрин, которые

принадлежат к перечню пестицидов, которые способны образовывать

нитрозосоединения.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Существует целый ряд способов, позволяющих оценивать роль

природных или техногенных факторов в формировании показателей здоровья

населения. К ним можно отнести:

коррреляционный сравнительный анализ карт территориальной

нагрузки пестицидов и карт, характеризующих показатели

заболеваемости (например, карт медицинских аномалий);

корреляционный анализ (расчет коэффициента корреляций между

двумя рядами показателей);

Одним из наиболее распространенных статистических методов

выявления зависимости между двумя характеристиками является поиск

корреляционных связей (расчет парного коэффициента корреляции

Пирсона). Корреляционная связь – это одна из разновидностей

статистической связи, когда значение одной переменной изменяется в

среднем в зависимости от того, какие значения принимает другая.

Коэффициент корреляции характеризует тесноту линейной связи

между двумя выборками случайных величин. Его значение изменяется от -1,

что отвечает обратной связи, к +1, что отвечает прямо пропорциональной

связи. Значение 0 отвечает отсутствию связи.

Значение коэффициента корреляции Пирсона между территориальной

нагрузкой пестицидов, которые вносились на территории каждого района

области (Хі) и показателем заболеваемости населения в каждом районе (Уі)

можно рассчитать по формуле (14.1):

𝑟𝑥𝑦 = ∑ (𝑋𝑖−𝑋 ̅)(𝑌𝑖−�̅�)𝑛

𝑖=1

√∑ (𝑋𝑖−�̅�)2 ∑ (𝑌𝑖−�̅�)2𝑛𝑖=1

𝑛𝑖=1

(14.1)

В этой формуле n - количество районов (для Одесской области n = 26).

Если коэффициент корреляции максимально приближен к модулю

единицы, то связь между территориальной нагрузкой пестицидов и

показателем заболеваемости в пределах 26 районов Одесской области можно

считать статистически значимой.

самым простым способом является построение комплексного графика,

на котором одновременно нанесены показатель территориальной

нагрузки пестицидов и показатель заболеваемости (или

распространенности). На таком графике максимумы показателя

заболеваемости (или распространенности) будут отвечать районам,

которые являются медицинскими аномалиями. Если в этих районах

будут одновременно наблюдаться максимумы территориальной

нагрузки пестицидов, то высокие показатели можно связывать с

высокой территориальной нагрузкой определенного вида пестицидов.

ХОД РАБОТЫ

1. Согласно варианту задания на топографической основе (карта Одесской

области - рисунок (приложение 4) нанести значение территориальных

нагрузок пестицидов (приложение 7) в каждом районе около районного

центра.

2. Построить тремя-четырьмя изолиниями поле территориальных

нагрузок пестицидов в Одесской области.

3. Одновременно проанализировать карты медицинских аномалий,

полученные в первой работе, и карту территориальных нагрузок

пестицидов. Составить вывод о возможности зависимости между

территориальными нагрузками пестицидов и высокими уровнями

заболеваемости в Одесской области.

4. Рассчитать по формуле (14.1) значение коэффициента корреляции между

территориальными нагрузками пестицидов и одним из показателей

заболеваемости (распространенностью или заболеваемости). Один из

двух показателей выбирают по заданию преподавателя. Во время

расчетов студент должен заносить промежуточные результаты своих

расчетов в таблицу 14.3.

5. Составить вывод о наличии статистической связи между

территориальной нагрузкой пестицидов и показателем заболеваемости,

пользуясь значениями коэффициента корреляции.

6. Представить письменный отчет, который должен содержать

теоретические сведения, картографический материал, результаты

расчетов и полученные студентом выводы о выполненной работе

7. Построить 2 комплексных графика, на каждом из которых привести

значения показателя территориальной нагрузки исследуемого вида

пестицидов и показателя распространенности (заболеваемости) в каждом

из 26 районов Одесской области. Пример одного из двух однотипных

графиков приведен на рис. 14.1.

8. По графику определить, какие районы характеризуются наибольшими

значениями показателя распространенности (заболеваемости) – это

преимущественно районы, являющиеся медицинскими аномалиями. По

этому же графику оценить, наблюдаются ли в этих же самых районах

высокие значения территориальных нагрузок пестицидов, и наблюдаются

ли они только в них. В случае полного совпадения можно сделать вывод о

наличии вклада территориальной нагрузки пестицидов в формирование

показателя распространенности (заболеваемости) населения.

Таблица 14.3 – Промежуточные результаты расчета коэффициента

корреляции Пирсона

Район ХІ УІ Хі-Хср Уі-Уср (Хі-Хср)( Уі-Уср) (Хі-Хср)2 (Уі-Уср)2

Ананьевский

Арцызский

Балтский

Беляевский

Березовский

Болградский

Б.-Днестровский

В -Михайловский

Ивановский

Измаильский

Килийский

Кодымский

Коминтерновский

Котовский

Красноокнянский

Любашевский

Николаевский

Овидиопольский

Раздельнянский

Ренийский

Савранский

Саратский

Тарутинский

Татарбунарский

Фрунзовский

Ширяевский

Ананьевский

Рисунок 14.1 – График распределения показателя распространенности всех

заболеваний (чел/100 тыс. населения) и суммарной нагрузки пестицидов

(кг/га) на территории Одесской области.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Ананьевский

Арцызский

Балт

ский

Беляевский

Березовский

Болградский

Б.-Днест

ровский

В.-М

ихайловский

Ивановский

Измаильский

Килийский

Коды

мский

Коминтерновский

Котовский

Красноокнянский

Любашовский

Николаевский

Овидиопольский

Раздельнянский

Ренийский

Савранский

Сарат

ский

Тарутинский

Татарбунарский

Фрунзовский

Ширяевский

чел/

100

тыс

0

2

4

6

8

10

12

кг/г

а

Распространенность Суммарная нагрузка пестицидов

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ к практической работе № 13-14

1. Как можно классифицировать факторы, которые влияют на здоровье

человека?

2. Какие существуют показатели здоровья человека?

3. Как можно оценить наличие неблагоприятных экологических условий

на определенной территории?

4. Что такое медицинская аномалия?

5. Что такое медицинская мультианомалия?

6. Какие существуют категории медицинских мультианомалий?

7. Каковы негативные последствия циркуляции пестицидов?

8. Какие виды действия на организм человека могут проявлять

пестициды?

9. Что такое канцерогенное действие пестицидов?

10. Что такое мутагенное действие пестицидов?

11. Что такое эмбриотоксическое действие пестицидов?

12. Что такое тератогенное действие пестицидов?

13. Что такое гонадотропное действие пестицидов?

14. Что такое цитогенетическое действие пестицидов?

15. Как пестициды могут принимать участие в образовании

нитрозосоединений?

16. Как оценивают статистическую связь между территориальной

нагрузкой пестицидов и показателями заболеваемости?

17. По какой формуле можно рассчитать коэффициент корреляции

Пирсона между двумя рядами данных?

18. Основные группы физических факторов, окружающие человека?

19. Какое значение для человека имеют геолого-геофизические аномалии?

20. Какие геолого-геофизические аномалии находятся в Одесской области?

21. Как геолого-геофизические аномалии способны влиять на состояние

здоровья человека?

Схема административно-территориального деления Одесской области

Геолого-геофизические аномалии Одесской области