Курсовая по микробиологии

     Все яды, применяемые в сельском хозяйстве  как средство борьбы с вредителями  и болезнями растений, в большей  или меньшей степени ядовиты  для животных и человека. Широкое  их применение оказывает всевозрастающее влияние не только на растения, но и на все живое население Земли.

     Примечательно, что лишь небольшая доза пестицидов достигает организмов, действительно  подлежащих уничтожению. Значительная же их часть отрицательно действует  на полезные организмы, в том числе  обитающие в почвах.

     Ядохимикаты влияют на микрофлору и микрофауну почвы, вызывают заметные сдвиги в биохимических  и микробиологических процессах, сопровождающихся повышенным образованием и выделением углекислого газа, аммиака, аминокислот  и других продуктов метаболизма. При этом изменяется ход и интенсивность  процессов распада органических веществ почвы – клетчатки, белка, сахаров. Пестициды снижают качество сельскохозяйственной продукции.

     Опасность биоцидного загрязнения биосферы вообще и почв в частности усугубляется тем, что ядохимикаты обнаруживаются только трудновыполнимыми специфическими методами анализа,  проявляются через заболевания и гибель организмов.

     Здесь вступает в силу закон В.И. Вернадского  о физико-химическом единстве всего  живого вещества на планете: «Вредный компонент для какой-то части  живого вещества не может быть нейтральным  для другой части, или вредный  компонент для одних видов  существ вреден и для других». Любые химические вещества, смертельные для одних организмов, не могут не оказывать вредного влияния на другие организмы».

     Перераспределение биоцидов по профилю и в горизонтальном направлении происходит под воздействием почвенной влаги, в результат диффузии с почвенным воздухом, в процессах сорбции десорбции, миграции растворов, эмульсий, суспензий. Применение ядохимикатов и длительность их сохранения в почве зависят как от химического состава почв, так и от природы самих препаратов. Некоторые ядохимикаты претерпевают различные химические превращения, переходят в другие соединения, иногда более токсичные, чем исходные.

     При изучении последствий систематического применения физиологически активных соединений в биоценозах была установлена возможность  их превращения в нетоксичные  соединения путем полного разложения или образования нетоксичных  комплексов. Это явление получило название детоксикации. Вся система использования сельскохозяйственных угодий должна быть направлена на полную и скорейшую детоксикацию всех биоцидов, поступающих в почвы.

     Биологическое превращение и разложение пестицидов в почве обусловлено главным  образом микробиологической детоксикацией. Установлено, что микробиологическое разложение пестицидов является главным путем детоксикации почв, а всякая активизация микробиологической деятельности содействует исчезновению ядохимикатов из почв. Скорость микробиологического разложения пестицидов в почве определяется содержанием гумуса, температурой и влажностью почвы, наличием подстилки, содержанием питательных веществ и другими факторами. Хорошие условия для развития почвенных микроорганизмов интенсифицируют биологическую детоксикацию пестицидов.

     На  скорость разложения пестицидов в почве  оказывают влияние механический состав почвы, реакция ее среды, гидротермические условия. На суглинистых почвах пестициды разлагаются быстрее, чем в почвах легкого состава; хлорорганические пестициды в кислой почве сохраняются дольше, нежели в щелочной. Органическое вещество почвы связывает многие пестициды в водно-нерастворимые и малодоступные для почвенных организмов формы, вследствие чего токсиканты не подвергаются гидролизу и, несмотря на высокую биологическую активность гумусированных почв, сохраняются в них длительное время. Повышенная температура почвы способствует десорбции пестицидов, связанных коллоидами. На эти процессы также влияют окислительно-восстановительные условия почвы: одни пестициды быстрее метаболируются в анаэробных условиях, другие – в аэробных.

     Таким образом, управлять процессами разложения пестицидов в почве можно лишь при детальном знании ее свойств  и факторов,  определяющих эти  процессы. Поэтому меры защиты почв от накопления ядохимикатов основываются на детальном изучении свойств почв и поведения токсикантов, их биологической активности, погодно-климатических, агротехнических, геоморфологических условий. Для каждой почвенно-климатической зоны страны должны разрабатываться свои рекомендации по применению и обезвреживанию пестицидов в сельскохозяйственных угодьях с учетом остаточного токсического действия и длительности сохранения их в почве.

     Частично  судьбу пестицидов в почве удается  регулировать агротехническими приемами – обработкой, применением орошения и удобрений, выбором сорта и  культуры, способом внесения токсикантов, его глубиной, сроком. В посевах пропашных культур и на паровых участках вследствие лучшей аэрации детоксикация пестицидов, по-видимому, происходит более интенсивно, чем в посевах зерновых. Здесь же необходимо отметить, что корне- и клубнеплоды поглощают и выносят ядохимикаты в больших количествах, нежели другие культуры.

     Рекомендовано в ряде случаев заменять сплошную обработку посевов ленточной, которая  не уступает первой по эффективности. Приняты меры ответственности за строгим соблюдением правил хранения и расходования ядохимикатов в сельском и лесном хозяйствах страны.

     Сегодня врядли можно полностью отказаться от применения ядохимикатов. Но нужно быть осторожным с дозировкой, транспортировкой, хранением и т.д. Рациональное использование пестицидов должно осуществляться путем снижения норм расхода препаратов, оптимизации сроков и способов применения, подбора препаратов, наиболее безвредных для среды и человека, сокращения обработок на основе учета экологических и экономических порогов вредности фитофагов.

     В почвах присутствуют почти все известные  в природе химические элементы, в  том числе и радионуклиды.

     Радионуклиды  – химические элементы, способные  к самопроизвольному распаду  с образованием новых элементов, а также образованные изотопы  любых химических элементов. Следствием ядерного распада является ионизирующая радиация в виде потока альфа-частиц (поток ядер гелия, протонов) и бета-частиц (поток электронов), нейтронов, гамма-излучение  и рентгеновское излучение. Это  явление получило название радиоактивность. Химические элементы, способные к  самопроизвольному распаду называются радиоактивными.  Наиболее употребляемый  синоним ионизирующей радиации –  радиоактивное излучение.

     Радиоактивное излучение – естественный фактор в биосфере для всех живых организмов, да и сами живые организмы обладают определенной радиоактивностью. Среди  биосферных объектов почвы обладают наиболее высокой естественной степенью радиоактивности.  В этих условиях природа благоденствовала многие миллионы лет, разве что в исключительных случаях при геохимических аномалиях, связанных с месторождением радиоактивных пород, например, урановых руд.

     Наиболее  значимыми объектами биосферы, определяющими биологические функции всего живого являются почвы.

     Радиоактивность почв обусловлена содержанием в  них радионуклидов. Различают естественную и искусственную радиоактивность. Естественная радиоактивность почв вызывается естественными радиоактивными изотопами, которые всегда в тех  или иных количествах присутствуют в почвах и почвообразующих породах. Валовое содержание естественных радиоактивных  изотопов в основном зависит от почвообразующих  пород. Почвы, сформировавшиеся на продуктах  выветривания кислых пород, содержат радиоактивных  изотопов больше, чем образовавшиеся на основных и ультраосновных породах; тяжелые почвы содержат их больше, чем легкие.

     Естественные  радиоактивные элементы распределяются по профилю почв обычно относительно равномерно, но в некоторых случаях  они аккумулируются в иллювиальных и глеевых горизонтах. В почвах и породах присутствуют преимущественно  в прочносвязанной форме.

     Искусственная радиоактивность почв обусловлена  поступлением в почву радиоактивных  изотопов, образующихся в результате атомных и термоядерных взрывов, в виде отходов атомной промышленности или в результате аварий на атомных  предприятиях.

     Экологические последствия радиоактивного загрязнения  почв заключаются в следующем. Включаясь  в биологический круговорот, радионуклиды через растительную и животную пищу попадают в организм человека и, накапливаясь в нем, вызывают радиоактивное облучение. Радионуклиды, подобно многим другим загрязняющим веществам, постепенно концентрируются в пищевых цепях.

     Скорость  естественного самоочищения почв от радиоизотопов зависит от скоростей  их радиоактивного распада, вертикальной и горизонтальной миграции. Период полураспада радиоактивного изотопа  – время, необходимое для распада  половины количества его атомов.

     Особенность радиоактивного загрязнения почвенного покрова заключается в том, что  количество радиоактивных примесей чрезвычайно мало, и они не вызывают изменений основных свойств почвы  – рН, соотношения элементов минерального питания, уровня плодородия. Поэтому, в первую очередь, следует лимитировать (нормировать) концентрации радиоактивных веществ, поступающих из почвы в продукцию растениеводства.

     Поскольку в основном радионуклиды являются тяжелыми металлами, то основные проблемы и пути нормирования, санации и охраны почв от загрязнения радионуклидами и  тяжелыми металлами в большей  степени сходны и зачастую могут  рассматриваться вместе.

     Таким образом, радиоактивность почв обусловлена  содержанием в них радионуклидов. Естественная радиоактивность почв вызвана естественными радиоактивными изотопами,  которые всегда в тех  или иных количествах присутствуют в почвах и почвообразующих породах. Искусственная радиоактивность  почв обусловлена поступлением в  почву радиоактивных изотопов, образующихся в результате атомных и термоядерных взрывов, в виде отходов атомной  промышленности или в результате аварий на атомных предприятиях.  

     Интенсивность радиоактивного загрязнения на конкретной территории определяется двумя факторами:

     - концентрацией радиоактивных элементов и изотопов в почвах;

     - природой самих элементов и изотопов, которая в первую очередь детерминируется периодом полураспада.

     В экологическом отношении наибольшую опасность представляют ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs. Они прочно закрепляются в почвах, характеризуются длительным периодом полураспада (⁹⁰Sr – 28 лет и ¹³⁷Cs – 33 года) и легко включаются в биологический круговорот как элементы, близкие к Ca и K. Накапливаясь в организме они являются постоянными источниками внутреннего облучения.

     В последние годы проблема нефтяных загрязнений  становится все более актуальной. Развитие промышленности и транспорта требует увеличения добычи нефти  как энергоносителя и сырья для  химической промышленности. А вместе с тем, это одна из самых опасных  для природы индустрий. Ежегодно миллионы тонн нефти выливаются на поверхность Мирового океана, попадают в почву и грунтовые воды, сгорают, загрязняя воздух.

     Большинство земель в той или иной мере загрязнены сейчас нефтепродуктами. Особенно сильно это выражено в тех регионах, через которые проходят нефтепроводы, а также богатых предприятиями химической промышленности, использующими в качестве сырья нефть или природный газ. Ежегодно десятки тонн нефти загрязняют полезные земли, снижая ее плодородие, но до сих пор этой проблеме не оказывают должного внимания.

     Основной  источник загрязнения почвы нефтью – антропогенная деятельность. В  естественных условиях нефть залегает под плодородным слоем почвы  на больших глубинах и не производит существенного на нее влияния.

     В нормальной ситуации нефть не выходит  на поверхность, происходит это только в редких случаях в результате подвижек горных пород, тектонических  процессов, сопровождающихся поднятием  грунта.

     Экологические последствия загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами зависят от параметров загрязнения, свойств почвы  и характеристик внешней среды.

     К первой группе факторов относятся химическая природа загрязняющих веществ, концентрация их в почве, срок от момента загрязнения  и др.

     Как было отмечено выше, нефть состоит  из многих фракций, существенно различающихся  между собой по физико-химическим свойствам. Поэтому их поведение  в почве различно.

     Наибольшей  проникающей способностью обладают легкие фракции, которые капиллярными силами затягиваются на глубину до 1 метра. Будучи загрязнена только легкими  фракциями, почва со временем может само очиститься, так как эти фракции обладают низкими температурами кипения и довольно быстро испаряются.