Радиоактивные элементы в природной среде (почве, воде, воздухе, в сельскохозяйственной продукции)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство сельского хозяйства Росийской Федерации

ФГБОУ ВПО Иркутская государственная сельскохозяйственная академия

Реферат

по Экотоксикологии

Тема: Радиоактивные элементы в природной среде

(почве, воде, воздухе, в сельскохозяйственной продукции)

Выполнил:

студент 4 курса 2 группы

агрономического факультета

Бельский В.С.

Проверила:

Новикова Л.Н.

Содержание

Введение

1. Радиоактивные элементы. Охрана почв от загрязнения радиоактивными веществами

2. Пути поступления радионуклидов во внешнюю среду

3. Определить качество почвы, воды, воздуха по содержанию в ней токсичных веществ, и показать, по каким показателям она загрязнена

3.1 Закономерности перемещения радиоактивных веществ в биосфере

Заключение

Список использованной литературы

Задание

Введение

В настоящее время и в перспективе особо остро встаёт проблема экологической безопасности окружающей среды, экологически безопасного природопользования при возрастающих антропогенных нагрузках. Загрязнение системы “почва - воздух - вода” различными химическими веществами, а главным образом твердыми, жидкими и газообразными отходами промышленности, продуктами топлива и т.д. приводит к изменению химического состава почв.

До недавнего времени в качестве важнейших загрязняющих веществ рассматривались, главным образом, пыль, угарный и углекислый газы, оксиды серы и азота, углеводороды. Радионуклиды рассматривались в меньшей степени.

В настоящее время интерес к загрязнению радиоактивными веществами вырос, в связи с факторами появления острых токсичных эффектов, вызванных загрязнением стронцием и цезием.

Важнейшая проблема сельского хозяйства в условиях загрязнения почвы радиоактивными элементами максимально возможное снижение поступления этих веществ в растениеводческую продукцию и предотвращение накопление их в организмах сельскохозяйственных животных. Решение этой задачи связано с комплексом мероприятий, которые необходимо проводить в сельском хозяйстве.

Основание для проведения данных мероприятий является увеличение заболеваемости и смертности, врожденных уродств и населения, проживающего на загрязнённых территориях. Вопрос об изменении ведения сельского хозяйства должен решаться в каждом конкретном случае с учётом всех обстоятельств на основе точной и достоверной информации в зависимости от типа почвы, её механического состава, водно-физических и агрохимических свойств и от степени загрязнённости территории.

1. Воздействие сельского хозяйства на окружающую среду

Сельскохозяйственная индустрия является основой жизни человеческого общества, так как дает человеку то, без чего невозможна жизнь пищу и одежду (вернее сырье для производства одежды). Основой для сельскохозяйственной деятельности является почва «дневные» или наружные горизонты горных пород (все равно каких), естественно измененные совместным воздействием воды, воздуха и различных организмов, живых или мертвых (В. В. Докучаев). По В. Р. Вильямсу, «почва это поверхностный горизонт суши земного шара, способный производить урожай растений». В. И. Вернадский считал почву биокосным телом, так как она формируется под воздействием различных организмов.

Важнейшим свойством почв является плодородие, т. е. способность удовлетворять потребность растений в элементах питания, воде, воздухе, тепле для того, чтобы они (растения) могли нормально функционировать и давать продукцию, составляющую урожай.

На основе почв реализуется растениеводство, которое является базой для животноводства, а продукция растениеводства и животноводства обеспечивает человека пищей и многим другим. Сельское хозяйство обеспечивает сырьем пищевую, частично легкую, биотехнологическую, химическую (частично), фармацевтическую и другие отрасли народного хозяйства. Экология сельского хозяйства состоит в том влиянии, которое на него оказывает деятельность человека, с одной стороны, а с другой - во влиянии сельского хозяйства на природные экологические процессы и на организм человека. Так как базисом сельскохозяйственного производства является почва, то продуктивность этой отрасли хозяйства зависит от состояния почв. Хозяйственная деятельность человека приводит к деградации почв, в результате чего ежегодно с поверхности Земли исчезает до 25 млн. м2 пахотного слоя почвы. Данное явление получило название «дезертификации», т. е. процесс превращения пахотных земель в пустыни.

Выделяют несколько причин деградации почв. К ним относят:

1.Эрозию почв, т.е. механическое разрушение почвы под воздействием воды и ветра (эрозия может протекать и в результате воздействия человека при нерациональной организации поливов и применения тяжелой техники).

2. Опустынивание поверхности - резкое изменение водного режима, приводящее к иссушению и большой потере влаги.

3. Токсификация заражение почв различными веществами, отрицательно воздействующими на почвенные и другие организмы (засоление, накопление пестицидов и т. д.).

4. Прямые потери почв за счет их отвода под городские постройки, дороги, линии электропередач и т. д.

Промышленная деятельность в разных отраслях приводит к загрязнению литосферы, а это в первую очередь относится к почвам. Да и само сельское хозяйство, превратившееся в настоящее время в агропромышленный комплекс, может оказывать отрицательное воздействие на состояние почв (см. проблему использования удобрений, пестицидов). Деградация почв приводит к потере урожая и к обострению продовольственной проблемы. Технологией оптимального выращивания культурных растений занимается растениеводство. Его задача получение максимального урожая на данной территории с минимальными затратами. В процессе выращивания растений из почвы выносятся питательные элементы, которые не могут восполняться естественным путем. Так, в природных условиях запас связанного азота восполняется за счет азотфиксации (биологической и неорганической при грозовых разрядах получаются оксиды азота, которые под действием кислорода и воды превращаются в азотную кислоту, а она (кислота), попадая в почву, превращается в нитраты, являющиеся азотным питанием растений). Азотфиксация биологическая это образование азотсодержащих соединений за счет усвоения атмосферного азота или свободно живущими почвенными бактериями (например, азотобактером), или бактериями, живущими в симбиозе с бобовыми растениями (клубеньковые бактерии). Другим источником неорганического азота в почве является процесс аммонификации разложения белков с образованием аммиака, который, вступая в реакции с почвенными кислотами, образует соли аммония.

В результате производственной деятельности человека в атмосферу поступает большое количество оксидов азота, что тоже может служить его источником в почвах. Но, несмотря на это, почвы обедняются азотом и другими питательными элементами, что требует внесения различных удобрений. Одним из факторов снижения плодородия является использование бессменных культур многолетнее выращивание одной и той же культуры на одном и том же поле. Это связано с тем, что растения данного вида выносят из почвы только те элементы, которые им необходимы, и естественные процессы не успевают восстановить содержание этих элементов в прежнем количестве. Кроме того, этому растению сопутствуют другие организмы, в том числе и конкурентные, и болезнетворные, что тоже способствует снижению урожайности данной культуры.

Процессам токсикации почв способствует биоаккумуляция различных соединений (в том числе и ядовитых), т. е. накопление в организмах соединений различных элементов, в том числе и токсичных. Так, соединения свинца и ртути накапливаются в грибах и т. д. Концентрации токсинов в организмах растений могут быть настолько высокими, что употребление их в пищу может вызвать серьезные отравления и даже смерть.

Нерациональное использование удобрений и средств защиты растений, проведение поливов и мелиорационных работ, нарушение технологии выращивания сельскохозяйственных культурных растений, погоня за прибылью могут привести к получению экологически загрязненной продукции растительного происхождения, что по цепочке будет способствовать снижению качества продукции животноводства. При сборе урожая образуются отходы растительной продукции (солома, полова и т. д.), которые могут загрязнять природную среду. На состояние почв большое влияние оказывает состояние лесов. Уменьшение лесного покрова приводит к ухудшению водного баланса почв и может способствовать их опустыниванию.

Значительное влияние на природную среду оказывает животноводство. В сельском хозяйстве разводят преимущественно растительноядных животных, поэтому для них создают растительную кормовую базу (луга, пастбища и т. д.). Современный домашний скот, особенно высокопродуктивных пород, очень разборчив к качеству корма, поэтому на пастбищах происходит выборочное поедание отдельных растений, что изменяет видовой состав растительного сообщества и без коррекции может сделать данное пастбище непригодным для дальнейшего использования. Кроме того, что поедается зеленая часть растения, происходит уплотнение почвы, что меняет условия существования почвенных организмов. Это делает необходимым рациональное использование сельскохозяйственных угодий, отводимых под пастбища.

Кроме влияния животноводства на природу как кормовую базу, большую роль в негативном воздействии на природную среду оказывают и продукты жизнедеятельности животных (помет, навоз и т. д.). Создание крупных животноводческих комплексов и птицефабрик привело к концентрации продуктов жизнедеятельности домашнего скота и птицы. Нарушение технологии птицеводства и других отраслей животноводства приводит к появлению больших масс навоза, который нерационально утилизируется. В животноводческих помещениях в атмосферу поступает аммиак, сероводород, наблюдается повышенное содержание углекислого газа. Большие массы навоза создают проблемы с их удалением из производственных помещений. Удаление навоза мокрым способом приводит к резкому усилению развития микроорганизмов в жидком навозе, создает угрозу эпидемий. Применение жидкого навоза в качестве удобрения малоэффективно и опасно с экологической точки зрения, поэтому данная проблема требует решения с позиций охраны окружающей среды.

Сельское хозяйство (агропромышленный комплекс) широко использует различную технику и оборудование, позволяющее механизировать и автоматизировать труд работников, занятых в данной отрасли. Применение автотранспорта создает те же проблемы экологического характера, что и в сфере транспорта. Предприятия, связанные с переработкой сельскохозяйственной продукции, оказывают на среду обитания такое же влияние, как и предприятия пищевой промышленности. Поэтому при рассмотрении природоохранной деятельности в агропромышленном комплексе все эти виды влияния необходимо учитывать комплексно, в единстве и взаимосвязи, и только это позволит уменьшить последствия экологического кризиса и сделать все возможное для выхода из него.

2. Радиоактивные элементы. Охрана почв от загрязнения радиоактивными веществами

Радиоактивные элементы это химические элементы, имеющие нестабильные атомные ядра, которые самопроизвольно распадаются, превращаясь в атомные ядра других элементов и при этом испуская частицы (электроны, протоны, позитроны, нейтроны) и кванты электромагнитного излучения (рентгеновские и гамма-лучи), которые могут вызывать мутагенные, канцерогенные, тератогенные и другие изменения в живых организмах, а также негативные экологические явления.

Сельскохозяйственная радиоэкология это наука, предметом которой является изучение закономерностей миграции радионуклидов по биологических цепочках и влияния ионизирующих излучений на сельскохозяйственные растения и животных. Прикладное назначение этой науки разрабатывать меры, ограничивающие вовлечение радионуклидов в биологический кругооборот, позволяющие снижать содержание радиоактивных веществ в растениях и животных и, вследствие этого, в продукции растениеводства и животноводства. Вообще это обоснование системы ведения и функционирования агропромышленного производства на территориях с повышенным содержанием радиоактивных веществ.

Облучение человека от радионуклидов техногенного происхождения в общем виде состоит из:

· внешнего облучения от радионуклидов, выпавших на земную поверхность или растительный покров;

· внутреннего облучения за счет ингаляции радионуклидов, которые находятся в зоне дыхания человека;

· облучения от радионуклидов, поступающих в организм человека с продуктами питания и питьевой водой внутреннее облучение.

Внутреннее облучение в большинстве ситуаций играет главную роль в формировании дозовой нагрузки на человека. Поэтому пищевой путь поступления радионуклидов в организм человека и определил исключительное внимание до проблем сельскохозяйственной радиоэкологии.

Внешнее облучение это та составляющая общей дозы, на которую фактически влиять с целью ее уменьшения очень тяжело (дезактивация территорий, асфальтирование дорог и тротуаров, центральное водоснабжение, газификация населенных пунктов и т.п.). В то же время, разработанные и научно обоснованные контрмеры, направленные на ограничение поступления радионуклидов с продуктами питания в организм человека, есть наиболее важными в комплексе мер по обеспечению радиационной безопасности.

В истории развития сельскохозяйственной радиоэкологии можно выделить несколько этапов. В довоенные годы главное внимание было уделено особенностям накопления растениями тяжелых природных радионуклидов ²³⁸U, ²²⁶Ra, ²³²Th и др. Этот интерес, главным образом, связывался с разработкой биогеохимического метода поиска урана, а также с академическим изучением закономерностей поглощения тяжелых элементов растениями. В то же время были выполнены первые исследования действия повышенного природного радиационного фона на популяции растений.

Второй этап развития сельскохозяйственной радиоэкологии связан с проведением в 50-х - 60-х годах ядерных испытаний в атмосфере, которые сопровождались выпадением на земную поверхность большого количества искусственных радионуклидов, которые включались в биологический круговороту с участием растений, животных и человека. Именно в это время и произошло оформление сельскохозяйственной радиоэкологии в рамках ее нынешней структуры как самостоятельной научной дисциплины. В эти годы вследствие глобального мониторинга природной среды, загрязненной радиоактивными выпадениями после ядерных испытаний, были изучены закономерности миграции в почвенно-растительном комплексе таких представителей продуктов деления, как ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr (основные долгоживущие искусственные радионуклиды в составе смеси осколков деления), Особенности накопления растениями большого количества радиоактивных продуктов деления, радионуклидов с наведенной активностью и некоторых трансурановых радионуклидов. Были определены параметры метаболизма этих радионуклидов в организме сельскохозяйственных животных, а также сделана оценка параметров накопления искусственных радионуклидов в продукции растениеводства и животноводства. Эти результаты стали основой для определения дозовых нагрузок на население и объективного анализа последствий загрязнения биосферы радиоактивными выпадениями после ядерных испытаний.

Наконец, последний этап развития сельскохозяйственной радиоэкологии относится к концу 60-х началу 70-х годов. Это период интенсивного роста ядерной энергетики и использования радиационных технологий в разных отраслях народного хозяйства. В эти годы стало понятно, что ядерная энергетика в ближайшие десятилетия будет одним из главных источников удовлетворения непрерывно растущих энергетических потребностей человека с одной стороны, и что общий прогресс в развитии ядерной энергетики зависит от решения экологических проблем охраны природной среды от радиационного влияния, связанного с полным ядерным топливным циклом (ЯТЦ), с другой стороны. Это связано с тем, что на всех этапах ЯТЦ, начиная с добывания уранового сырья и заканчивая переработкой отработанного топлива и захоронением высокоактивных отходов, происходит освобождение искусственных радионуклидов в окружающую середу, и в том числе в сельскохозяйственную сферу, а также ускорение темпов миграции тяжелых природных радионуклидов, в том числе и в сельскохозяйственных цепочках круговорота. Таким образом, решение проблемы экологической безопасности функционирования атомных электростанций, и вообще всех предприятий ЯТЦ, тесно связано с анализом радиационной ситуации, складывающейся в агропромышленной сфере на территориях, прилегающих к предприятиям ЯТЦ, а в аварийных случаях - и с принятием мер по ограничению поступления радионуклидов в сельскохозяйственную продукцию. Это связано с тем, что наличие радионуклидов в пищевых продуктах есть в большинстве радиологических ситуаций главным дополнительным источником облучения человека.

Особую актуальность проблемы сельскохозяйственной радиоэкологии приобретают в случае аварийных ситуаций, когда имеют место выбросы радиоактивных веществ в атмосферу. Так было: во время аварии на Южном Урале в 1957 году, когда взорвалась емкость с радиоактивными отходами; при радиационной аварии в Уиндскейле (Великобритания) в 1957 году; при аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году. В таких случаях меры в сельском хозяйстве, направленные на ограничение поступления радионуклидов в организм человека, являются, по-видимому, самыми главными в комплексе мер по обеспечению радиационной безопасности. Это отражает преимущественную роль продукции агропромышленного производства, загрязненной радионуклидами, в формировании суммарной дозы облучения населения.

С развитием атомного производства и применением атомной энергии возникло новое научное направление радиоэкология учение об особенностях существования организмов в среде обитания с повышенной (по сравнению с нормой) радиоактивностью. Расширение исследований по изучению поведения радионуклидов в пищевых цепях, ведущих к человеку, с участием сельскохозяйственных растений и животных, а также действия ионизирующих излучений на объекты сельскохозяйственной деятельности сформировали в сельскохозяйственной радиоэкологии два самостоятельных направления: радиоэкологию растений и радиоэкологию животных. Радиоэкология сельскохозяйственных животных изучает закономерности и механизмы миграции радионуклидов в пищевых цепях, принципы их экологического нормирования, а также действие ионизирующих излучений на организм животных. Это вызвано тем, что продукция животноводства важнейший источник снабжения населения продовольствием, а легкой и пищевой промышленности сырьем. Продукты животного происхождения (молоко, мясо, яйцо и др.) могут быть основными источниками поступления радионуклидов в организм человека и дополнительного его облучения. Поступление с мясом радиоактивных продуктов деления (Sr, Cs и др.) в рацион человека может достигать 25%, а с молоком 100% суммарного потребления с пищей. Данные радиоэкологии используются для рационального планирования и проведения оперативного и текущего контроля за радиоактивным загрязнением внешней среды, а также для разработки научно обоснованных методов снижения поступления радионуклидов в корма и продукцию животноводства.

Основоположником радиоэкологии считают А.А. Передельского. За рубежом работы в этой области возглавил Ю. Одум. Позднее проблемами сельскохозяйственной радиоэкологии стал заниматься академик ВАСХНИЛ В.М. Клечковский. Им были сформулированы основные направления этой науки, состоящие во всестороннем изучении закономерностей переноса радиоактивных веществ в сфере сельскохозяйственного производства. Огромный вклад в развитие сельскохозяйственной радиоэкологии внесли академики РАСХН Н.А. Корнеев, Р.М. Алексин и профессор А.Н. Сироткин. Их работы стали классическим справочным материалом по данной проблеме, они легли в основу практических рекомендаций по ведению животноводства и смягчению радиационных последствий в районах, пострадавших от чернобыльской катастрофы. Они служат базой для исследований, направленных на решение комплекса экологических проблем, связанных с загрязнением среды.

3. Пути поступления радионуклидов во внешнюю среду

Радиоактивные вещества поступают во внешнюю среду в результате испытаний ядерного и термоядерного оружия, в качестве отходов промышленных и энергетических реакторов и в результате аварийных ситуаций на этих установках, в результате транспортировки и хранения радиоактивных отходов. Например, при сбрасывании радиоактивных отходов в реку Колорадо (США) было зарегистрировано увеличение содержания радионуклидов в 400 раз.

Химические свойства радионуклидов обусловлены местом расположения элемента в периодической системе Д.И. Менделеева. Высокой химической активностью обладают радионуклиды элементов I группы и галогенов, которые не образуют труднорастворимых соединений, менее подвижны нуклиды щелочноземельных элементов. Наименьшей химической активностью обладают радионуклиды редкоземельных элементов, таких, как цирконий и ниобий, а также радионуклиды трансурановых элементов.

При радиационных авариях на атомных электростанциях происходит выброс в окружающую среду большого количества радиоактивных веществ, которые загрязняют среду обитания всего живого на Земле, в том числе и сельскохозяйственные угодья. При этом установлено, что основное воздействие излучения на население обусловлено потреблением продуктов питания, выращенных на загрязненных территориях, и в основном молока. К настоящему времени в мире произошло несколько крупных радиационных аварий, среди которых наибольший ущерб нанесла чернобыльская.

При радиационной аварии выделяют несколько периодов в развитии радиационной ситуации. Первый период называют периодом йодной опасности. Вследствие короткого периода полураспада изотопов йода этот период непродолжителен и завершается в течение нескольких месяцев. При поедании животными загрязненных йодом кормов происходит его интенсивный переход в молоко и мясо.

Второй период в развитии радиационной обстановки начинается после распада короткоживущих радионуклидов и сопровождается преимущественно некорневым загрязнением кормовых угодий. Заканчивается этот период с завершением первого послерадиационного срока вегетации растений.

Третий период радиоэкологической ситуации в агропромышленном комплексе начинается со второго срока вегетации растений после радиационных выпадений. В этот период основным путем поступления радионуклидов в растения является корневой. Продолжительность периода может быть несколько десятков лет, если в составе аварийных выбросов присутствует большое количество долгоживущих изотопов Cs, Sr, Pu и др.

радионуклид токсичный биосфера загрязнение

3.1 Закономерности перемещения радиоактивных веществ в биосфере

Радиоактивные продукты ядерного деления, выпадая либо сами по себе («сухие» осадки) или чаще с атмосферными осадками («мокрые» осадки), а также радиоактивные отходы включаются в компоненты биосферы абиотические (почва, вода) и биотические (флора, фауна) и принимают участие в биологическом цикле круговорота веществ. Наиболее короткий путь поступления радиоактивных продуктов в организм человека кроме непосредственного попадания из атмосферы через сельскохозяйственные растения и животных.

Из радиоактивных продуктов деления в первый период наибольшую опасность представляют изотопы йода вследствие высокого содержания и значительной биологической токсичности. Далее изотопы Sr и Cs из-за их относительно высокой энергии излучения, большого периода полураспада и способности активно включаться в биологический круговорот веществ (почва растения животные человек). Эти изотопы способны надолго задерживаться в организме человека и животных. Первый ведет себя сходно с кальцием, второй с калием. Это обстоятельство имеет практическое значение для радиохимической экспертизы. Например установлено, что при равных условиях в объектах биосферы, загрязненных радионуклидами, максимальная концентрация Sr всегда обнаруживается в органах (продуктах), физиологически богатых кальцием (кости, яичная скорлупа), а максимальная концентрация Cs в объектах, богатых калием (например, мышцы).

Содержание Sr по отношению к кальцию в почвах, растениях, молоке и тканях животных выражают в стронциевых единицах (СЕ). Под стронциевой единицей понимают отношение активности (Ки) Sr, содержащегося в 1 кг исследуемого образца, к концентрации в нем кальция (г/кг).

Заключение

Любая деятельность человека оказывает влияние на окружающую среду, а ухудшение состояния биосферы опасно для всех живых существ, в том числе и для человека. В природную среду во всё больших количествах попадают газообразные, жидкие и твёрдые отходы производства. Различные химические вещества, находящиеся в отходах, попадая в почву, воздух, воду, а затем и в продукцию сельского хозяйства, переходят по экологическим звеньям из одной цепи в другую, и в конце концов по пищевой цепи из продукции сельского хозяйства попадают в организм человека.

При излучении влияния радиоактивных изотопов на качество растениеводческой продукции видно, что они не вызывают заметных повреждений растительных организмов, однако, в урожае сельскохозяйственных культур они накапливаются в значительных количествах, что может нанести значительный вред здоровью человека. Поэтому необходимо разработать мероприятия снижающие накопления радиоактивных веществ в сельскохозяйственных растениях.

Наиболее простой и дешёвый приём снижения содержания радионуклидов в растениеводческой продукции подбор культур и сортов, отличающихся способностью накапливать выражая минимальное количество стронция - 90 и цезия - 137. Как правило, это сорта с низким содержанием калия и кальция. Также эффективными приёмами являются запашка загрязнённого пахотного слоя, известкование кислых почв и внесение минеральных и органических удобрений. Правильный выбор глубины обработки почвы и способов её проведения позволяет существенно снизить поступление радионуклидов в растения в несколько раз.

Список использованной литературы

1. Анализ объектов окружающей среды. Инструментальные методы. Под ред. Р. Сонивасян,1993. с.6-26

2. Введение в экологическую биохимию. Под ред. Б. М. Граевской Москва: «Мир», 1985. с.47-65

3. Гришин Г.И и др. Основы экотоксикологии. Пенза: 2003 с.37-49

4. Р.М.Алексахин Ядерная энергия и биосфера. - Москва: Энергоатомиздат, 2007. с.14-27

5. Р.М.Алексахин Сельскохозяйственная радиоэкология. - Москва: Экология, 2010. с.32-46

Задание

Оценить, используя уравнение гигиенического нормирования, состояние воздуха, если в нём присутствуют одновременно пары фенола и ацетона, обладающие эффектом кумуляции

Формула: Сi/ПДК= б/=1

0,315/0,35+0,009/0,01=1,885

Вывод: Концентрация гигиенического нормирования больше состояния воздуха.

Размещено на Allbest.ru