Нормирование содержания сурьмы в почве, продукции

1.5      Нормирование содержания сурьмы в почве, продукции

растениеводства и связанных с ней продуктах питания

Нормирование содержания тяжелых металлов в почве и растениях является чрезвычайно сложным из-за невозможности полного учета всех факторов природной среды. Так, изменение только агрохимических свойств почвы (реакции среды, содержания гумуса, степени насыщенности основаниями, гранулометрического состава) может в несколько раз уменьшить или увеличить содержание тяжелых металлов в растениях. Имеются противоречивые данные даже о фоновом содержании некоторых металлов. Приводимые исследователями результаты различаются иногда в 5-10 раз.

Валовое содержание является фактором емкости, отражающим в первую очередь потенциальную опасность загрязнения растительной продукции, инфильтрационных и поверхностных вод. Характеризует общую загрязненность почвы, но не отражает степени доступности элементов для растения. Для сурьмы ПДК в валовой форме составляет с учетом фона 4,5 мг/кг почвы.

Подвижные формы определяют, используя различные экстрагенты. Общее количество подвижной формы металла - применяя кислотную вытяжку (например, 1н HCL). В ацетатно-аммонийный буфер переходит наиболее мобильная часть подвижных запасов тяжелых металлов в почве. Концентрация металлов в водной вытяжке показывает степень подвижности элементов в почве, являясь самой опасной и "агрессивной" фракцией. Предельно допустимое содержание подвижной формы сурьмы в почве равно 15 мг/кг, экстрагент 1н. HCl (Х. Чулджиян и др., 1988).

Класс опасности сурьмы - II.

Предельно допустимые концентрации в продуктах питания (мг/кг) (институт питания РАН, 1986 г.): зерно, крупа, мука, крахмал – 0,1, овощи, фрукты, ягоды – 0,3.

1.6      Биохимическая роль сурьмы в организме животных и

человека. Фоновые и пороговые концентрации сурьмы в

организме человека

Биохимическая роль сурьмы для организма человека и животных до настоящего времени не установлена. Отдельные исследования показывают, что сурьма содержится не только в целостной клетке, но и входит в состав всех клеточных образований: цитоплазмы, ядра, митохондрий, микросом в количестве, соответственно 0,8 мкг, 1,3 мкг, 0,1 и 0,2 мкг. Из приведенных данных можно предположить, что сурьма является постоянным компонентом живых организмов, однако играет ли она какую- либо биологическую роль пока неизвестно.

Содержание сурьмы (на 100 г сухого вещества) составляет в морских животных 0,02 мг, в наземных животных 0,0006 мг. В организм животных и человека поступает через органы дыхания или желудочно-кишечный тракт. Выделяется главным образом с фекалиями, в незначительном количестве - с мочой. Она избирательно концентрируется в щитовидной железе, печени, селезёнке. В эритроцитах накапливается преимущественно в степени окисления +3, в плазме крови - в степени окисления +5. Предельно допустимая концентрация сурьмы 10^-5 – 10^{-7 г на 100 г сухой ткани. При более высокой концентрации этот элемент инактивирует ряд ферментов липидного, углеводного и белкового обмена (возможно в результате блокирования сульфгидрильных групп).}

В медицинской практике препараты сурьмы (солюсурьмин и др.) используют в основном для лечения лейшманиоза и некоторых гельминтозов.

Сурьма и её соединения ядовиты. Отравления возможны при выплавке концентрата сурьмяных руд и в производстве сплавов. При острых отравлениях - раздражение слизистых оболочек верхних дыхательных путей, глаз, а также кожи. Могут развиться дерматит, конъюнктивит. Лечение: антидоты, мочегонные и потогонные средства. Профилактика - механизация производственных процессов, эффективная вентиляция.

2. Токсичность сурьмы для организма человека при применении

комплекса удобрений и мелиорантов в агроценозе

 

2.1 Изменение концентрации сурьмы в почве после

единовременного применения средств химизации

Для определения изменения концентрации сурьмы в почве, приводится пример использования под картофель комплекса удобрений. Комплекс удобрений представлен аммиачной селитрой, сульфатом калия и простым суперфосфатом, который содержит в своем составе сурьму в количестве 20,0 мг/кг сухой массы. Почва в опыте дерново-подзолистая, её агрохимическая характеристика представлена далее.

Таблица 2. Агрохимическая характеристика дерново-подзолистой

почвы (пахотный горизонт)

Глубина пах.слоя (см)	Плотность почвы г/см	Гумус %	pH kcl	Hг	S	Подвижные соединения макроэлементов мг/100 г почвы		Концентрация экотоксиканта (Со), мг/кг почвы
				мг-экв/100г		Р2О5	К2О	Валовая форма	Подвижная форма (вытяжка ААБ или 1н HNO3)
20	1,25	2	4,5	5	4	5	10	3	-

Представленную почву можно отнести к слабоокультуренной. Для неё характерно низкое содержание гумуса, общего азота и фосфора. По степени обменной кислотности она относится к сильнокислым почвам. В составе поглощенных катионов преобладают ионы H⁺ и Al³⁺. Гранулометрический состав – легкий суглинок. На данной почве необходимо применение комплекса минеральных удобрений, а также проведение известкования.

Используемая в опыте культура – картофель.

Картофель — многолетнее травянистое клубненосное растение, но в культуре используется как однолетнее, потому что весь жизненный цикл его, начиная от прорастания клубня и кончая образованием и формированием зрелых клубней, происходит за один вегетационный период.

Размножают картофель обычно вегетативным путем — клубнями. Его с успехом можно размножать и частями клубней, а также ростками и черенками.

Картофель относится к семейству Пасленовые (Solanaceae), роду Solanum, объединяющему десятки диких и культурных видов и среди них Solanum tuberosum L.— вид, получивший самое широкое распространение в культуре. Другие виды картофеля, отличающиеся многими ценными биологическими и хозяйственно-полезными признаками, часто используются в селекции при выведении новых сортов.

Стебли картофеля большей частью прямостоячие, реже — отклоняющиеся в сторону. Окраска стеблей зеленая. Стебли ребристые, трех- или четырехгранные, в различной степени опушенные. Куст чаще состоит из 4—8 облиственных стеблей. Листья, появляющиеся при прорастании клубней (или семян), простые, цельнокрайные. По мере роста растения образуются прерывистонепарноперисторассеченные листья. Цветки картофеля собраны в соцветия, представляющие собой расходящиеся завитки, расположенные на общем, различной длины цветоносе. Цветоножка сочленная. Цветки пятерного типа. Окраска венчика разнообразная: белая, синяя, темно-сине-фиолетовая, красно-фиолетовая с различными оттенками. Плод — двухгнездная многосемянная сочная зеленая ягода шаровидной или овальной формы. Корневая система картофеля, выращенного из клубня, мочковатая. Она представляет собой совокупность корневых систем отдельных стеблей. Имеет ростковые (глазковые), или первичные, корни, образующиеся в начале прорастания клубней, пристолонные корни, появляющиеся в течение всего периода вегетации и располагающиеся группами по 4—5 около каждого столона, и столонные корни, находящиеся на столонах. Корни проникают в почву сравнительно неглубоко. Около половины их расположено в пахотном слое, от 22 до 38% проникают глубже, отдельные корни уходят на глубину до 150 см.

Картофель – культура умеренного климата, плохо реагирует на температуру почвы ниже 7…8⁰С, в то же время сильно угнетается уже при температурах более 25°С. К влажности почвы эта культура очень требовательная. Потребность в ней изменяется по фазам роста. Критический период — начало цветения. Транспирационный коэффициент картофеля равен 400—550, хотя иногда изменяется от 167 до 659. По современной фотопериодической классификации растений культурные сорта картофеля относят к короткодневным растениям, т. е. к таким, для развития которых короткий день не является строго обязательным, но в условиях средних широт ускоряет их развитие.

В составе сухого вещества картофеля обнаружено 26 различных химических элементов. Однако в условиях большинства почвенно-климатических зон страны картофель наиболее часто испытывает потребность в трех основных элементах питания — азоте, фосфоре и калии. А.Г. Лорх на основании многих опытов установил, что в 1 т урожая клубней картофеля с соответствующим количеством ботвы (0,4 т) и корневых остатков содержится: N — 4,8 кг; P₂Os — 2,2 кг и К2О— 10,3 кг.

По данным опытов многих других ученых, в среднем можно считать, что картофель выносит из почвы на каждые 100 ц клубней и соответствующего количества ботвы 50 кг N, 20 Р2О5, 90 К2О, около 40 СаО и 20 кг MgO.Таким образом, из основных элементов питания он потребляет больше всего калия, затем азота и меньше фосфора, что необходимо учитывать при расчете норм удобрений.

Картофель — культура рыхлых почв. Интенсивность дыхания его корней составляет 7—12 мл кислорода за 1 ч на 1 г сухого вещества корней, что в 5 раз выше интенсивности дыхания корней подсолнечника и других культур. Этим объясняется высокая требовательность картофеля к пористости почвы. Корни у растений, выращиваемых в рыхлой почве (плотность 1,10 г/см³), хорошо ветвятся, пронизывают весь пахотный слой и уходят в подпахотный.

Дозы питательных веществ для получения максимального урожая картофеля на представленной дерново-подзолистой слабоокультуренной почве определяем по данным СЗНИИСХ.

Таблица 3. Количество питательных веществ, необходимое для

получения максимального урожая картофеля.

	N	PO	KO
Питательные вещества, кг д.в./га	90	80	80

Следующим важным этапом в проведении опыта является характеристика применяемых удобрений.

Аммиачная селитра NH₄NO₃ – кристаллическая соль белого цвета с серовато-жёлтым оттенком, гранулированная, хорошо растворяется в воде, 34% действующего вещества. Сочетаются две формы азота, одна из которых легко подвижна, а другая менее. Физиологически кислое удобрение.

Суперфосфат простой Ca(H₂PO₄)₂ − представляет собой смесь тёмно-серых гранул с бурым оттенком, имеет много примесей, д.в. − 20%. Физиологически кислое удобрение.

Сернокислый калий Ka₂SO₄ – белый кристаллический порошок, д.в. -46%.

В таблице 4 представлен пересчет удобрений на физическую массу.

Таблица 4. Характеристика применяемых удобрений

Наименование удобрения	Содержание действующего вещества		Физическая масса удобрения (Муi), кг/га	Концентрация примесного вещества в удобрении (Су), мг/кг
	%	мг/100 г
Na	34	34000	264,7	-
Pc	20	20000	400	20
Kc	46	46000	173,9	-

Массу пахотного слоя рассчитываем исходя из агрохимической характеристики почвы: 10000 м² * 0,20 м * 1,25 т/м³ = 2500 т/га.

Дозу извести определяем для полной нейтрализации гидролитической кислотности по формуле:

Д = Нг*500*Мп/1000 000 000, где

Д – доза СаСО₃, т/га;

500 – количество СаСО₃, необходимое для нейтрализации 1мг-экв Нг в 1 кг почвы;

Мп – масса пахотного слоя на 1 га, кг/га;

1000 000 000 – коэффициент для перевода мг СаСО₃ в т.

Д = 5*500*2500 000/1000 000 000 = 6,25 т/га.

В качестве известкового удобрения используем известковую муку, состоящую на 100% из СаСО₃. Содержание сурьмы составляет 0,10 мг/кг сухой массы.

Расчет изменения концентрации сурьмы в почве в результате единовременного внесения суммы удобрений и мелиорантов.

Определяем по формуле:

Сп = Со+ ∑ Муi ( Суi - Со)/Мп, где

Сп – концентрация химического элемента в почве после удобрения и мелиоранта, мг/кг;

Со – концентрация химического элемента в почве до внесения удобрений, мг/кг;

Муi – физическая масса удобрений, кг/га;

Суi – концентрация элемента в удобрении, мг/кг

Сп = 0,3 + 400 (20-3)/2500 000 + 6250 (0,1-0,3)/2500000 = 0,3 мг/100 г.

Таким образом, после применения простого суперфосфата и известняковой муки, содержащих в своем составе примесь сурьмы, на почве с концентрацией сурьмы 3мг/кг, концентрация сурьмы останется прежней.