Экотоксикологическая характеристика стронция, источники его поступления, распространения и влияние на компоненты биосферы

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение высшего   профессионального образования

"Омский государственный  аграрный университет им П.  А Столыпина"

 

 

 

                                         Кафедра экологии и биологии 

 

                                                 Специальность 110102

 

 

 

                                         Курсовая работа по теме:

 

 

 

 

«Экотоксикологическая характеристика стронция, источники его

 

поступления, распространения  и влияние на компоненты биосферы »

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила:

 

Проверила:    .

 

 

 

 

 

                                                     Омск

                                                   

Содержание

 

Введение                                                                                                                   3                    

1. Источники поступления  токсиканта                                                                  5                       

2. Распространение в  природе                                                                                6

3. Поведение токсиканта  в природных средах и живых  организмах               10

  3.1 Поступление в  пищевые цепи                                                                      13

  3.2 Биотрансформация                                                                                        15

  3.3 Микробный распад                                                                                        17

4. Толерантность высших  растений и животных к токсиканту                        21

5. Гигиеническое нормирование токсиканта в сельскохозяйственной продукции                                                                                                               24

6. Расчет внесения токсиканта по нормам внесения органических и минеральных удобрений                                                                                       26

7. Расчет выноса токсиканта сельскохозяйственными культурами                 29

Заключение                                                                                                             32

Библиографический список                                                                                  34    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В ХХ веке резко обострились  проблемы, связанные с химическим загрязнением биосферы, которые нередко приводят к острым экологическим ситуациям в результате активизации хозяйственно-производственной деятельности в современных условиях природопользования и глобальных масштабов антропогенного влияния на составляющие биосферы. В связи с этим, изучение широкого спектра взаимодействий человека и компонентов биосферы, внесение в нее огромного количества элементов, в том числе тяжелых металлов, к которым относится и стронций, и их соединений снижает потенциальную возможность экосистем к самоочищению и самовосстановлению. Происходит ухудшение качественных и количественных показателей объектов и их частей, влияющих косвенно или непосредственно на жизнь и здоровье населения.

Экологический кризис вызвал усиление исследований причин загрязнений, а также поиск эффективных приемов охраны почвенного покрова, водных систем, воздушных масс и ограничение токсического действия соединений стронция путем регулирования его поступления в компоненты экосистемы /6/. Это осуществимо с помощью внедрения новых универсальных технологий сельскохозяйственного и, особенно, промышленного производства, переработки, хранения, транспортировки и утилизации продукции и сырья с разработкой санитарно-гигиенических нормативов на содержание токсиканта в них и в абиотических средах. Важное значение приобретает изучение факторов проникновения, закономерностей распространения, миграции, трансформации и аккумуляции элемента в тех или иных объектах с помощью проведения комплекса различных исследований в связанных с этим областях науки. Это необходимо для того, чтобы научиться управлять объектами и процессами, определять способы их

регулирования и направления  в нужное русло при заданных целях  и критериях /6/.                                                                                                                               

Цель данной курсовой работы – изучение закономерностей  поступления и поведения токсиканта в средах, а также влияния его  на компоненты экосистем и их функционирование. Это требует постановки следующих задач:

1. Выявление источников  и характера поступления токсиканта  и распространения его в элементах  ландшафта,

2. Изучение поведения  токсиканта в природных средах  и живых организмах,

3. Рассмотрение механизмов  устойчивости организмов под действием различных форм и соединений токсиканта,

4. Изучение влияния  токсиканта на элементы экосистем,

5. Нормирование поступления  токсиканта в сельскохозяйственную  продукцию и изучение влияния  агрохимических средств и транспорта  веществ на его накопление в продукции растениеводства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Источники  поступления токсиканта

Основным источником поступления стронция в окружающую среду является промышленность, особенно сточные воды и механическая пыль производств металлургического, электротехнического, стекольного (10-11% от общего содержания веществ), керамического, свеклосахарного, а также добыча и переработка нефти и газа. Основу промышленных выбросов, повышающих уровень содержания его соединений, составляют окислы.  Стронций применяется в металлургии для раскисления его соединениями меди и бронзы, для удаления серы и фосфора при выплавке некоторых сортов стали, хромат стронция – для защиты от коррозии, мягкости и пониженных температур, в электротехнической промышленности – в производстве аккумуляторов при создании сплава со свинцом и оловом, в электровакуумной технике, радиотехнике и электронике в качестве поглотителя газов. Из оксида стронция получают металлический стронций, гидроокись употребляют для изготовления смазок и выделения сахара из патоки, карбонат стронция входит в состав глазурей, хромат служит в качестве пигмента при изготовлении красок. Нитрат стронция используют в производстве пиротехнических средств, из которых частицы вещества при непосредственном применении данного изготовления попадают в воздух и впоследствии оседают на поверхности почвы, растворяясь и мигрируя при попадании влаги как легкорастворимое соединение, либо в водоемах. Природные минералы стронция входят в состав тяжелых жидкостей, используемых для бурения скважин.   В сыром осадке первичных отстойников станций биологической очистки крупных промышленных городов содержание стронция достигает 226 мг/кг /2/.  

Источниками стронция, посредством  которых происходит загрязнение  элементом и его соединениями сельскохозяйственных угодий, являются мелиоранты. При внесении фосфогипса в качестве химического мелиоранта в

почвы солонцового типа растение поглощает  стронций, содержащийся в данном отходе промышленности. При этом концентрация стронция в почвенном растворе возрастает в 3-4 раза быстрее, чем кальция, и поэтому он поглощается растениями в большем количестве. Токсикант поступает в почву и с применением фосфорного удобрения – суперфосфата, получаемого в промышленности из апатитов. Природным источником являются минеральные соли стронция (сульфаты и хлориды), выдуваемые с поверхности морей и океанов; в природных водах – горные породы (гипсоносные отложения) /7/.  

 

2. Распространение  в природе

Стронций – довольно распространенный микроэлемент в земной коре (кларк стронция в земной коре составляет 0,034 %), он концентрируется преимущественно в магматических породах (в граните – 285 мг/кг, в базальте – 465 мг/кг) среднего состава и в карбонатных осадках (83-910 мг/кг), песчаниках (13-99 мг/кг) и глинистых сланцах (65-420 мг/кг). В природе встречается 12 стронциевых минералов, из которых наиболее распространены целестин и стронцианит. Целестин находится в природе в виде друз мелких кристаллов, натечных образований, стяжений радиально-лучистого строения голубовато-серого или прозрачного цвета. Благодаря механическим примесям встречается буроватого и красноватого цвета. Минерал растворяется только в концентрированной серной кислоте. Стронций чаще всего присутствует как примесь в различных кальциевых минералах.

 Среднее содержание элемента  в почвах  - 0,035 % (300 мг/кг сухой  массы), в пресной воде рек –  0,0001 %. В грунтовых и поверхностных  водах наибольшее содержание  элемента в осеннее - зимний  период (до 1500 мкг/л).  Количество  стронция в морской воде зависит от солености и колеблется от 7,0 до 50,0 мг/л. Отношение Ca : Sr в морской воде равно 30 вследствие большой растворимости бикарбоната стронция. Общее содержание стронция в океанических водах – 11097000 т при средней концентрации 8100 мкг/л. Средняя концентрация в речной воде – 80 мкг/л, а глобальный годовой вынос в океан с речным стоком – 2600 тыс. т.  Часть стронция в океане  концентрируется в железомарганцевых конкрециях, годовой захват которыми достигает 4,9 тыс. т.  В пресных водах, растворяющих известняки, отношение Ca:Sr = 200. Соотношение их в биосфере довольно постоянно, вследствие чего обычно используется для идентификации повышенных концентраций стронция в среде.

Содержание стронция в почвах в  большой степени контролируется составом материнских пород и климатом. Интервал его содержаний в поверхностных горизонтах составляет 18-3500 мг/кг (табл. 1), причем наивысшие значения характерны для русских черноземов и лесных почв.

 Почвы, развитые на ледниковых  отложениях в условиях гумидного  климата, очень бедны этим элементом. Наивысшие значения концентраций - в пустынных почвах.  

Живое вещество Мирового океана значительно интенсивнее  поглощают стронций, чем организмы  суши. По интенсивности поглощения он стоит на 4-ом месте после Cu, Zn и Ba.  Стронций из морской воды концентрируют бурые водоросли: Fucus serratus, Ascophyllum nodosum, Laminaria digitata. В тканевых соках у пресноводных животных меньше стронция, чем у морских животных. Соответственно известны морские организмы, обладающие целестиновым скелетом, включающим сульфат стронция, не встречающимся у пресноводных(например Acanthmetra  pellucidum). Стронций является составной частью скелета низших животных. Сернокислый стронций накапливается в скелетной субстанции одной группы лучевиков (Radiolaria), 

именно у Acantharia, являющихся специфическими концентраторами элемента. Наблюдается значительное распространение стронция у морских беспозвоночных животных, в особенности у асцидий, полихет и моллюсков(раковинных и головоногих); у ряда видов иглокожих и некоторых ракообразных.

 В биомассе содержится 2 млрд. т стронция, в наземной  растительности – до 100 млн. т  при средней концентрации в  ней 0,08 % на золу; в сухой зоомассе  – в пределах 0,0n – 0,0n %. Захват стронция годовым приростом фитомассы составляет 46 кг/км²; К_б=3,48. В биологическую миграцию вовлекаются десятки миллионов тонн элемента. Содержание стронция(мг/100 г сухого вещества): в морских водорослях 26-140; в наземных растениях 2,6; в морских животных 2-50; в наземных животных 1,4; в бактериях 0,27-30.

 По Б.Б. Полынову, стронций относится к элементам  наиболее интенсивного биологического  накопления. Стронций аккумулируется  во всех фракциях древесных  пород и кустарников, многолетнем  травостое. Среди высших растений  наиболее богаты стронцием виды семейств: зонтичных(0,044 %), лоховых(0,036 %), виноградовых(0,037 %), розанных(0,024 %), бобовых(0,023 %), перечных(0,012 %). Меньше всего его в злаковых(0,011 %) и пасленовых(0,009 %).В большей степени им обогащены мхи, рдест пронзенолистный, листья бузины красной, крушины ломкой, ивы пепельной, дуба черешчатого.

Стронций обнаружен  в органах и тканях насекомых. Распределение элемента по органам  характерно для каждого вида. Наиболее часто он может быть найден в мальпигиевых сосудах, менее часто в средней кишке и репродуктивных органах, случайно – в задней кишке, т.е. в органах выделения и половой системе. Что касается высших животных, то еще не так давно стронций не являлся нормальной составной частью организма, и его обнаружение в костях ожидалось только после кормления стронциевыми солями. Однако за последнее время целым рядом исследователей он был