Лекції 8. Моніторинг деградації та забруднення ґрунтів

Сайт:	Навчально-інформаційний портал НУБіП України
Курс:	Моніторинг якості ґрунтів ☑️
Книга:	Лекції 8. Моніторинг деградації та забруднення ґрунтів

Надруковано:	Гість-користувач
Дата:	вівторок, 20 жовтня 2026, 16:25

Опис

Зміст

1. Важкі метали першого класу небезпеки
2. Інші важкі метали
3. Забруднення ґрунтів пестицидами. Хлорорганічні пестициди
4. Фосфорорганічні пестициди. Ртутьорганічні сполуки
5. Похідні карбамінової кислоти. Міграція пестицидів у грунтовому профілі

1. Важкі метали першого класу небезпеки

https://www.youtube.com/watch?v=azamY11Ojb8

До таких елементів відноситься кадмій, концентрація якого в більшості продуктів коливається між 1 і 50 мкг/кг. У ряді країн щоденне надходження кадмію з їжею становить 10-25 мкг/кг. (Мкг – Мікрограм в Метричній системі мір є одиницею вимірювання маси, яка дорівнює мільйонній частці (1/1 000 000) грама (1×10^-6) або 1/1000 частці міліграма). О. Гуннансон (1983) наводить оцінку середнього тижневого надходження кадмію в організм дорослої людини в деяких країнах (в мікрограмах): США – 273, Канада – 364, ФРН – 336, Румунія – 266-448, Чехія і Словакія – 460, Швеція – 119.

Існують дані про те, що вміст кадмію в харчових продуктах за останнє сторіччя має тенденцію до зростання, що є результатом забруднення довкілля. Вивчення людських нирок, які зберігаються в музеях з середини XIX століття, показало, що вони містять значно менше кадмію, ніж нирки індивідуумів, які померли в кінці XX століття. Накопичення кадмію в організмі людини і тварин пов'язано з його дуже повільним виведенням. Тому вміст кадмію в організмі людини протягом життя постійно зростає. При народженні він не перевищує 1 мкг, а до 50 років досягає 15-30 мкг.

В організм людини кадмій потрапляє як з рослинної, так і з тваринною їжею. Особливо багаті ним печінка тварин, нирки, устриці, мідії і гриби. Використання деяких видів мінеральних добрив під сільськогосподарські рослини, а також вапнування невеликими дозами кислих ґрунтів під зернові злакові культури сприяють надходженню кадмію у зерно і солому.

В Японії у людей, які тривалий час харчувалися рисом з високим вмістом кадмію (1000 мкг/кг) була виявлена хвороба “ітай-ітай”, при якій відбувається остеомаляція скелета. Причиною захворювання було інтенсивне забруднення рисових полів стічними водами гірничодобувного комбінату, які містили кадмій. В результаті рис, вирощений на цих полях, містив у 10-12 разів більше Сd, ніж рослини з незабруднених ділянок. Однак основне і найбільш поширене джерело надходження кадмію в організм людини – куріння. Листя тютюну можуть збагачуватися кадмієм як аеральним шляхом, в місцях із забрудненою атмосферою, так і ґрунтовим, при використанні фосфорних добрив, які містять велику домішку кадмію, а також при використанні в якості органічних добрив компостів з осаду стічних вод і компостів з побутового сміття, яке забруднене кадмієм. Тому при вирощуванні тютюну необхідно прагнути до зменшення надходження металу в рослину через ґрунт.

Ртуть ̶ сусід кадмію по групі хімічних елементів таблиці Менделєєва, метал, який представляє серйозну небезпеку для здоров'я людини. Він виступає в трьох видах: у вигляді неорганічних солей і у вигляді органічних сполук, які частіше зустрічаються в навколишньому середовищі, оскільки металева ртуть може під дією мікроорганізмів трансформуватися в органічні лужні сполуки. Найбільшого поширення в середовищі існування людини має метилртуть. Кількість ртуті в харчових продуктах не повинно виходити за межі 5-20 мкг/кг. Перша величина відноситься до соків, друга – до овочів. У придорожних територіях особливо підвищується вміст доного елементу (рис.1).

Рис.1. Валовий вміст тяжких металів в грунтах придорожних територій.

Однак історія землеробства не знає випадків, коли б вирощені на забрудненому субстраті рослини приводили до серйозних отруєнь людей ртуттю. Випадки масового отруєння цим елементом спостерігалися лише після помилкового вживання в їжу зерна, протравленого препаратами, що містять ртуть. Раніше для боротьби з грибковими захворюваннями зернових культур під час передпосівної обробки насіння широко використовувалися фунгіциди, що включають сполуки ртуті. Так, гранозан, хімічна формула якого C₂H₅HgCl, містить 75,6 % ртуті. У сільському господарстві використовувався 2 % дуст цієї сполуки.

Третім металом, що становить небезпеку для здоров'я і поширений в агроландшафтах, є свинець. Основний шлях забруднення сільськогосподарських рослин та ґрунтів у даному випадку − аеральний. Це пов'язано з тим, що тривалий час тетраетил свинець інтенсивно використовувався для збільшення октанового числа бензину. Забруднення рослин свинцем спостерігалося в першу чергу вздовж завантажених автомагістралей. Б. Нікіфоров вважає, що за інтенсивністю забруднення атмосфери свинцем цементні заводи можна поставити в один ряд з автотранспортом і металургійним виробництвом. Радіус забруднення вод, ґрунту і рослин їх викидами досягає 30-40 км від джерела. З часом, в міру надходження свинцю в придорожній ґрунт, до аерального забруднення рослин додається ґрунтовий. Але цей шлях менш небезпечний, бо в ґрунті велика ймовірність переходу свинцю в малорозчинні сполуки: сульфати, фосфати, карбонати та ін. Щоденне надходження свинцю з їжею людини становить близько 35 мкг з великою варіацією день від дня, а також між індивідами. Основним джерелом свинцю в раціоні людини в Західній Європі є виноградне вино (від 10 до 200 мкг/л). Добре вимита і очищена рослинна їжа не може служити серйозним джерелом надходження свинцю в організм людини, тому що забруднення рослин відбувається переважно механічним шляхом в результаті дифузії свинцю з забрудненого ґрунту у бульби і коренеплоди, а також внаслідок осідання сполук свинцю з атмосфери на поверхні стебел, листя і плодів − в основному у вигляді оксидів. Нормальна абсорбція свинцю з травного тракту становить 5-10 %. Величина її, ймовірно, збільшується у людей, які страждають нестачі кальцію і заліза в організмі. Місце акумуляції свинцю − скелет, в якому міститься близько 90 % всього, що елемента надійшов в організм. Звільнення кісткової тканини від свинцю процес тривалий, з періодом напіввиведення 5-50 років.

2. Інші важкі метали

https://www.youtube.com/watch?v=No-1xIZTX-A

Окрім трьох самих найнебезпечніших для людини металів є й інші, менш небезпечно для людини, але також здатні забруднювати рослинницьку продукцію. Серед них особливе місце займає нікель, який має достатню рухомість в кислих ґрунтах і добре засвоюється рослинами. Цей елемент широко використовується в господарській діяльності. У більшості харчових продуктів вміст нікелю не перевищує 1 мкг/кг. Висока концентрація (від 2 до 10 мкг/кг) виявлена лише в деяких видах горіхів і бобів. Абсорбція нікелю з травного тракту становить близько 3 %. Абсорбований нікель з'являється в виділеннях дуже швидко і виявляється головним чином у сечі. Час напіввиведення − 1-2 дні. Нікель має мутагенну дію на організм.

Хром. Тривалентний хром необхідний для нормального функціонування організму людини. Він бере участь в метаболізмі глюкози, холестерину і жирів. Дефіцит хрому призводить до втрати ваги і викликає діабетичний синдром. Щоденне надходження хрому з їжею становить близько 60 мкг. Його надходження з травного тракту в інші органи організму дуже низьке, лише 0,2-0,4 % від введеної дози. Засвоєння найбільш токсичного шестивалентною хрому трохи вище (2-6 %). У плазмі і м'язових клітинах відбувається відновлення шестивалентного хрому у тривалентний, що зменшує його токсичність.

Кобальт. Надходження з їжею становить 5-45 мкг в день. Абсорбція кобальту з їжі - 30-40 %. За деякими даними, малі кількості абсорбованого кобальту затримуються в організмі на місяці. Кобальт входить до складу вітаміну В12 і необхідний людському організму в цій формі (Алексєєв, 2008). Миш'як. Цей елемент відноситься до неметалів, але вважається досить токсичним. Він розповсюджений у довкіллі в тривалентних і п'ятивалентних сполуках. Арсенат свинцю і метиловані сполуки миш'яку використовуються як гербіциди. Миш'як, що надходить в організм з їжею, ефективно абсорбується з травного тракту і виводиться з сечею як метил-миш’якова і диметил-миш’якова кислоти. Менша частина абсорбованого миш'яку (до 20%) виводиться з сечею без метилювання. Принаймні, 50 % проковтнутого миш'яку виділяється з сечею протягом тижня. Таким чином, елемент володіє коротким часом напіввиведення. Рослини в змозі накопичувати екстремально високі кількості миш'яку: понад 6000 мг на кг сухої маси і понад 8000 мг на кг золи. Однак отруєння тварин миш'яком через овочі та кормові рослини малоймовірні. Отруєння і хронічні захворювання можуть спричинятися неорганічними сполуками миш'яку. Миш'як характеризується як отруйна речовина, яка негативно діє на метаболізм і, можливо, володіє канцерогенними властивостями.

Сурма. Цей елемент дуже часто зустрічається разом з миш'яком. Ці два неметали мають кілька тотожних хімічних і фізичних властивостей. Сурма зустрічається в трьох-і п'ятивалентних формах. Денне надходження її з їжею в організм людини становить близько 10 мкг. Сурма не вважається життєво необхідним елементом для людини, проте її розчинні форми споживаються рослинами з ґрунтів. У їстівних рослинах концентрація сурми коливається в межах 0-4,3 мкг/кг маси.

Ванадій. Значення елемента для організму людини було встановлено в тридцяті роки минулого століття. Недолік ванадію в раціоні може привести до карієсу зубів. Ванадій знижує вміст вільного холестерину в плазмі, пригнічує активність трипсину і пепсину, посилює гідроліз гексозодіфосфату. У харчовому раціоні людини істотним джерелом ванадію може служити рослинна їжа. Його вміст у рослинах становить в середньому 1 мкг на кілограм сухої маси. В кінських бобах було виявлено 12 мкг/кг ванадію.

Стронцій – елемент, що відноситься до третього класу небезпеки, якому приписується основна участь у розвитку дуже серйозного ендемічного захворювання людей і тварин, так званої уровскої хвороби (за назвою річки Уров); друга назва ̶ хвороба Кашина-Бека. Вона поширена в російському Забайкаллі, Приамур'ї і Північній Кореї. Вона вражає опорно-руховий апарат і виникає, мабуть, в період зародження організму, точніше, з початком формування кісткового скелета. Вивчення геохімічної ситуації в цьому регіоні показало, що ґрунти і води в ньому характеризуються відносно низьким вмістом кальцію, калію, натрію і високим вмістом стронцію і барію. Отже, небезпека стронцію виникає при порушенні оптимального співвідношення (балансу) лужних і лужноземельних елементів в ґрунтах і рослинах. При нестачі кальцію в їжі і питній воді, на тлі підвищеного вмісту стронцію, останній починає заміщати кальцій в процесі формування кісткового скелета. Зменшення співвідношення Ca/Sr в овочевих і кормових рослинах, використання в сільському господарстві засобів хімізації, які містять у вигляді природної домішки стронцій, повинні бути під увагою у лікарів-гігієністів. Необхідно прагнути до того, щоб співвідношення Ca/Sr в рослинницької продукції було більше, ніж 100. В цьому випадку небажані порушення в організмах людини і тварин малоймовірні. Класи небезпечності забруднюючих важких металів представлені в таблиці 1.

За показниками канцерогенної токсичності хімічні елементи утворюють наступний ряд:

As > Cr > Ni > Pb = Cd = Hg, а за небезпекою мутагенезу, відповідно: Cr > As > Ni > Hg > Cd > Pb

Таблиця 2. Гранично допустимі кількості (ГДК) важких металів та елементів забруднювачів в ґрунтах, мг/кг.

Елементи	Рухомі форми	Валовий вміст
Кобальт	5,0	–
Мідь	3,0	Фон+35,0
Нікель	4,0	Фон+45,0
Свинець	6,0	Фон+20,0
Цинк	23,0	Фон+50,0
Фтор	2,8	–
Хром	6,0	0,05
Миш’як	–	2,0
Кадмій	0,7	3,0
Ртуть	–	2,1
Марганець	–	1500,0

3. Забруднення ґрунтів пестицидами. Хлорорганічні пестициди

https://www.youtube.com/watch?v=ytL7D_QeKiA

За Ретьманом С.В. пестициди поділяються на групи (рис.1).

Рис.1. Групи пестицидів.

Хлорорганічні пестициди

Хлорорганічні пестициди – найбільш стійкі, токсичні та колись дуже поширені препарати з надвисокими і вираженими кумулятивними властивостями, високою і помірною стійкістю у довкіллі. Введення хлору в органічну сполуку надають їй біологічну активність, яка проявляється у блокуванні важливих біологічних процесів в мікроорганізмах, рослинах та тваринах, тому вони використовуються для боротьби з шкідливими або небажаними мікроорганізмами, рослинами та тваринами. Високотоксичні, нейротропні отрути, уражають кровотворну систему, печінку, нирки, змінюють гормональну систему та згубно впливають на розвиток ембріона. Також в процесі виробництва цих пестицидів і в ході їх метаболізму в довкіллі утворюються діоксини.

У минулі роки хлорорганічні пестициди, широко застосовували для захисту рослин від комах і кліщів (ДДТ, ГХЦГ, гептахлор, поліхлорпінен, поліхлоркамфен та ін.) У зв'язку з тим, що більшість хлорорганічних пестицидів повільно руйнуються в довкіллі, накопичуються в тканинах продуктивних тварин і тим самим знижують санітарну якість харчових продуктів, їх застосування в сільському господарстві України заборонено.

Таблиця 1. Гранично допустимі кількості залишкових пестицидів в ґрунті, мг/кг.

Пестицид	ГДК
ДДТ і його метаболіти	0,1
ГХЦГ (сума ізомерів)	0,1
2,4 – Д (амінна сіль)	0,25

4. Фосфорорганічні пестициди. Ртутьорганічні сполуки

https://www.youtube.com/watch?v=aNVMNfuzU7M

Фосфорорганічні пестициди являють собою складні ефіри: фосфорної кислоти – діметілдіхлорвінілфосфат (ДДВФ) (рис. 1); тіофосфорної – метафос (рис.2), метіл- нітрофос; дітіофосфорної – карбофос, рогор. Перевагою фосфорорганічних пестицидів є їх відносно мала хімічна і біологічна стійкість. Велика частина їх розкладається в рослинах, ґрунті, воді протягом одного місяця, але окремі інсектициди та акарициди можуть зберігатися протягом року. Основними реакціями розкладання практично всіх фосфорорганічних пестицидів є гідроліз і окислення. Ці реакції протікають як у атмосфері, так і у воді, ґрунті та у більшості біологічних систем. В анаеробних умовах під впливом мікроорганізмів можуть протікати процеси відновлення. Швидкість гідролізу залежить від рН і температури.

Дихлофос Нео, без запаха,140 мл (1461101) - Купить по цене от 76.00 руб. | Интернет магазин SIMA-LAND.RU Метафос, 2 амп., 10мл.: купить оптом, цена 5,54 грн. - 7 Соток

Рис.1. Дихлофос. Рис.2. Метафос.

Розкладання органічних сполук фосфору у воді, у ґрунті й у рослинному і тваринному організмах протікає значно швидше і з утворенням найпростіших нетоксичних продуктів, хоч у деяких випадках на першій стадії метаболізму утворюються речовини більш токсичні, ніж вихідний продукт. Досить швидко відбувається деградація органічних сполук фосфору під впливом мікроорганізмів, а також в організмах комах і кліщів. Для вивчення можливості забруднення пестицидами об’єктів довкілля необхідно враховувати не тільки швидкість розкладання основної речовини з утворенням продуктів, які володіють меншою токсичністю, а й швидкість розкладання усіх продуктів до найпростіших сполук (СО₂, Н₂О, Н₃РО₄ та ін.). Пестициди, що відносяться до фосфорорганічних речовин, за невеликим винятком, є високо і середньотоксичними, володіють слабко вираженими кумулятивними властивостями, досить швидко інактивуються в довкіллі. Механізм їх токсичної дії пов'язаний з розладом функцій центральної та периферійної нервової системи.

Ртутьорганічні сполуки. Найбільш несприятливими властивостями з гігієнічної точки зору володіють ртутьорганічні сполуки - гранозан і меркуран. Вони відносяться до сильнодіючих сполук за токсичністю, довгостроково зберігаються у довкіллі та мають яскраво виражені кумулятивні властивості. Потрапляючи в організм людини, вони депонуються в печінці, нирках, головному мозку. Зв'язування ними сульфгідрильних груп тканинних білків призводить до різноманітних метаболічних зрушень і порушень функцій життєво важливих органів і систем.
Сфера застосування гранозана і меркурана в сільському господарстві вельми обмежена: вони використовуються тільки для протруювання призначеного для посіву зерна з метою забезпечення його збереження і високої схожості. При цьому зерно фактично перестає бути харчовим продуктом через надзвичайно високої концентрації в ньому отрутохімікатів.
Пестициди, що є ртутьорганічними сполуками, використовують в сільському господарстві для захисту рослин від бактеріальних і грибкових захворювань. Вони застосовуються у вигляді порошків і розчинів для протруєння насіння зернових, технічних, овочевих і декоративних культур.
Найбільш широко використовуються такі: 1) етилмеркурхлорид, що є основою гранозану; 2) етилмеркурфосфат; 3) меркуран – суміш етилмеркурхлориду і гаммаізомерагексахлорана. Всі препарати цієї групи мають високу токсичність, стійкість і яскраво виражені кумулятивні властивості. Органічні сполуки ртуті, проникаючи в організм через органи дихання і шлунково-кишковий тракт, затримуються в мозку, печінці, нирках, стінці жовчного і сечового міхура.
Попадаючи в організм, отрута легко переходить гемато-енцефалічний бар’єр і вибірково вражає мозок. Виділення проходить повільно через нирки і кишковик. Ртутьорганічні сполуки відносяться до ферментних отрут, що зв’язують сульфгідрильні (тіолові) SH-групи. Різко порушується функція ферментних систем, що проявляють активність лише при наявності вільних SH-груп. Дезактивація тіолових груп багаточисельних ферментів вуглеводного, жирового і білкового обміну викликає глибокі трансформації в тканинному просторі.

5. Похідні карбамінової кислоти. Міграція пестицидів у грунтовому профілі

https://www.youtube.com/watch?v=VctChOTsut8

Похідні карбамінової кислоти займають значне місце серед сучасних пестицидів через те, що вони є високоефективними інсектицидами, фунгіцидами, гербіцидами. До препаратів цієї групи відносяться такі карбамати (Горбатов, 2008):

·         севін – застосовується проти шкідників виноградників, плодових культур, бавовників, має середню токсичність;
·         МТД тетраметилтіурамдісульфід; використовується у вигляді порошків для протруєння насіння; середньотоксичний отрутохімікат;
·         цинеб – використовується як фунгіцид, малотоксичний.
У більшості препаратів цього класу виражені кумулятивні властивості. Механізм дії похідних карбамінової кислоти зводяться до пригнічення активності холінестерази з мускарино- і нікотиноподібним ефектом. Сполуки цього типу є отрутами паренхіматозної і нейротропної дії.
Стійкі органічні забрудники-ксенобіотики
Деякі хімікати одержали назву “стійкі органічні забрудники” (СОЗ, persistent organic pollutants, POP) (UNEP, 2010). Ці сполуки або синтезовані штучно, або є побічними продуктами виробництва, а тому біологи називають їх ксенобіотиками – (хеnо - чужий, лат.), тобто сполуками, що є чужими для біоти (для довкілля).
На міжнародному рівні (Стокгольмська конференція, 2001) визнається необхідність прийняття негайних глобальних заходів у зв'язку з наступними 12 СО_З (“Брудна дюжина” речовин):
·         пестициди – алдрін, хлордан, ДДТ (існує обмежене виробництво та використовується тільки як засіб боротьби с малярією), діелдрин, ендрин, гептахлор, мірекс, токсафен;
·         промислові хімікати – гексахлорбензин (також застосовується як пестицид)**, ПХД (поліхлордифеніл);
·         випадкові побічні продукти – діоксини, фурани.
У 2009 році був сформований додатковий список з 9 речовин, але не всі країни приєдналися до поправки.

Міграція пестицидів у грунтовому профілі (рис. 1).

Рис.1. Міграція пестицидів в грунтовому профілі.(Ядань Ло та ін. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0045653519310963)

Міграція пестицидів у ґрунтовому профілі відбувається в основному за рахунок капілярно-гравітаційного переміщення води. Швидкість міграції і глибина проникнення пестицидів залежать від безлічі факторів, пов'язаних як з ґрунтово-кліматичними особливостями (гранулометричним складом, вмістом колоїдів і сорбційною здатністю ґрунтів, кількістю опадів тощо), так і з властивостями та дозами внесених в ґрунт препаратів.

У разі фільтрації під дією сил гравітації перенесення препарату через ґрунтовий профіль зазвичай є комбінацією двох процесів: фронтального потоку і “переважного” масопереносу. Фронтальний потік є однорідний рух води і розчинів через ґрунт. Такий рух розчинів багато в чому обумовлений наявністю в структурному ґрунті макропор (тріщини, ходи ґрунтової фауни, канали за ходами коренів і т. п). Фронтальний потік визначає переміщення основної маси пестициду, тоді як транзитним потоком переносяться лише мікрокількості препарату. У зоні помірного клімату основна кількість токсикантів в більшості випадків локалізується в шарі 0-30 см. Проникнення незначної кількості пестицидів на велику глибину до 50-80 см, а в окремих випадках до 100-120 см, спостерігається, як правило, у ґрунтах, які характеризуються легким гранулометричним складом і низьким вмістом гумусу, в умовах надмірного зволоження, а також при збільшенні доз або при багаторазовому застосуванні пестицидів. Глибина проникнення окремих пестицидів у межах кожного з класів органічних сполук залежить переважно від ступеня поглинання їх ґрунтом і ступеня розчинності. Спадний гравітаційний потік води, який був спричинений атмосферними опадами або талими водами, визначає тотальне зменшення (на 80-85 %) початкової концентрації хімікату в якому завгодно ґрунтовому горизонті.

Доступність

Скинути все

Шрифти