Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Ten materiał nie może być udostępniony

Urodzajna, nadająca się do uprawy zbóż gleba jest bezcennym skarbem i podstawą egzystencji ludzi zamieszkujących Ziemię. Niestety, intensywna gospodarka człowieka może powodować niszczenie i zanieczyszczenie gleb, co sprawia, że powierzchnia ziemi uprawnej na świecie zmniejsza się co roku o ok. 1%. Przywrócenie gruntom wartości użytkowej jest procesem trudnym i długotrwałym. W naturalnych warunkach na wytworzenie 1 cm gleby potrzeba 100–500 lat. Jak zatem dbać o ten skarb?

Już wiesz
  • co to jest gleba i żyzność gleby;

  • jakie są rodzaje nawozów i jaka jest ich rola;

  • jak zaplanować i przeprowadzić badania wybranych właściwości gleby oraz wpływu zawartości składników gleby na rozwój roślin.

Nauczysz się
  • definiować pojęcie degradacji i dewastacji gleby;

  • wskazywać źródła zanieczyszczeń gleby oraz sposoby zapobiegania zanieczyszczeniom gleb;

  • omawiać na przykładach szkodliwe działanie wybranych zanieczyszczeń chemicznych gleby (metali ciężkich, węglowodorów, pestycydów, azotanów(III) i azotanów (V));

  • uzasadniać związki między rozwojem cywilizacji a występującymi zanieczyszczeniami gleb;

  • wskazywać sposoby ochrony gleby i jej oczyszczania.

iiMkDw68ju_d5e185

1. Zanieczyszczenia gleb

Gleby, podobnie jak całe środowisko przyrodnicze, mogą ulegać zanieczyszczeniu. Ze względu na swoje właściwości sorpcyjne gleby pochłaniają wiele substancji chemicznych, które przenikają do nich w postaci:

  • stałej – popioły, tworzywa sztuczne;

  • ciekłej – ścieki odprowadzane do zbiorników wodnych i przedostające się wraz z wodą do gleby;

  • gazowej – szkodliwe gazy pochłaniane przez glebę lub najpierw rozpuszczane przez wodę, a potem wraz z nią przedostające się do gleby.

O zanieczyszczeniu gleby mówimy, gdy substancje chemiczne występują w niej w ilościach przekraczających ich typową zawartość i powodują zmiany właściwości gleby niepozwalające na normalne jej użytkowanie.

Główne źródła zanieczyszczeń gleby wywołanych działalnością człowieka:

  • przemysłowe – przemysł wydobywczy, energetyczny, hutniczy, metalurgiczny, chemiczny, budownictwo;

  • rolnicze – zbyt intensywne nawożenie, nadmierne stosowanie pestycydów;

  • komunalne – ścieki i odpady stałe;

  • komunikacyjne – substancje toksyczne i metale ciężkie zawarte w spalinach, sól, którą posypuje się zlodzonye nawierzchnie dróg.

Rodzaje zanieczyszczeń chemicznych gleby

Źródło zanieczyszczania

Rodzaje zanieczyszczeń

przemysł

pyły i dymy (zawierające m.in. metale ciężkie – ołów, rtęć, kadm, trujące związki chemiczne), hałdy

gazy – tlenki węgla i tlenki azotu

ścieki i odpady poprodukcyjne

rolnictwo

pestycydy

nawozy i ich zanieczyszczenia

transport

spaliny samochodowe – tlenki azotu, tlenki węgla

węglowodory

sól

gospodarstwa domowe

opakowania

ścieki (w tym detergenty)

iiMkDw68ju_d5e247

Pestycydy

PestycydypestycydyPestycydy są związkami chemicznymi stosowanymi m.in. do:

  • ochrony roślin przed szkodnikami (insektycydy) i grzybami (fungicydy),

  • zwalczania chorób roślin (bakteriocydy),

  • usuwania chwastów (herbicydyherbicydyherbicydy).

Pestycydy rozprzestrzeniają się w środowisku przez powietrze i wodę, lecz pozostają też w glebie. Ze względu na wyjątkową trwałość, toksyczność oraz dużą aktywność biologiczną pestycydy stwarzają poważne zagrożenie dla środowiska przyrodniczego.

iiMkDw68ju_d5e296

Ropopochodne zanieczyszczenia gleby

Węglowodory, których źródłem są m.in. ropa naftowa i produkty jej przeróbki, tj. benzyna, olej napędowy, gdy dostaną się w znacznych ilościach do gleby, mogą spowodować jej wyłączenie z aktywności biologicznej na 10–15 lat. Przesycenie gleb tymi produktami niszczy drobnoustroje glebowe i roślinne oraz powoduje niedobór tlenu.

Ryx7v8rYh1KEZ1
Przyczyną zanieczyszczenia gleby substancjami ropopochodnymi mogą być awarie na stacjach benzynowych, takie jak rozszczelnienie instalacji paliwowych lub autocystern (rozlanie się paliwa, emisja par węglowodorów do powietrza)
iiMkDw68ju_d5e335

Sole nieorganiczne

Nadmiar azotanów(V) w glebie powoduje zmniejszenie odporności rośłin na choroby i działanie szkodników. Przenawożenie roślin może być przyczyną ich chorób fizjologicznych. Stosowanie nadmiernych ilości wysokoprocentowych nawozów mineralnych w wielu wypadkach może być bardziej szkodliwe niż niedobór składników pokarmowych w glebie. Uprawiane na glebie zanieczyszczonej azotanami(V) rośliny mogą być ponadto szkodliwe dla konsumentów. W określonych warunkach gromadzone w tkankach roślin azotany(V) mogą ulegać przemianie na azotany(III), które mają właściwości kancerogenne (sprzyjają powstawaniu nowotworów).

Doświadczenie 1

Badanie obecności azotanów(V) i azotanów(III) w warzywach.

Co będzie potrzebne
  • probówki,

  • szalki Petriego lub szkiełka zegarkowe,

  • wkraplacz,

  • warzywa korzeniowe np.: marchewka, pietruszka, burak, rzodkiewka i ziemniak (z różnych upraw),

  • paski wskaźnikowe do wykrywania azotanów(V) i azotanów(III),

  • roztwór rivanolu (1 tabletkę rozpuścić w 20 cmIndeks górny 3 wody destylowanej),

  • kwas solny stężeniu 5%,

  • wiórki magnezu.

Instrukcja
  1. Na szkiełkach zegarkowych przygotuj niewielkie kawałki obranych warzyw.

  2. Wykonuj kolejno próby na obecność azotanów, w tym celu:

    1. na próbkę warzywa nanieś 2–3 krople roztworu rivanolu,

    2. dodaj 2–3 krople kwasu solnego,

    3. obserwuj zabarwienie,

    4. jeżeli wokół miejsca zwilżenia próbki pojawi się różowoczerwone zabarwienie, świadczące o obecności dużej ilości azotanów, zakończ badanie,

    5. w przypadku, gdy takie zabarwienie nie wystąpi, posyp próbkę wiórkami magnezowymi i obserwuj zmiany barwy – jony azotanowe(III) spowodują zabarwienie próbki na czerwono, a jony azotanowe(V) – na jasnofioletowo.

  3. Możesz także wykonać badanie stężenia jonów azotanowych(V) i azotanowych(III), używając pasków testowych. Postępuj zgodnie z instrukcją na opakowaniu.

Podsumowanie

W próbkach badanych warzyw mogą być obecne zarówno azotany(V), jak i będące produktem ich przemiany, azotany(III). Zawartość tych związków w warzywach jest różna.

Potrzebny do rozwoju roślin azot pobierany jest przez rośliny formie azotanowej(V) NO3- lub amonowej NH4+. Może jednak występować w glebie także w formie toksycznych dla wielu roślin azotanów(III). Nie wszystkie warzywa w jednakowym stopniu kumulują azotany(V) i azotany(III). W stopniu wysokim kumulują te związki np.: rzodkiewka, buraki, pietruszka, w mniejszym stopniu – marchew, seler, ziemniaki, cebula.
Na skutek tego zanieczyszczenia może nastąpić znaczne zmniejszenie odporności roślin na choroby i szkodniki. Rośliny uprawiane na glebach skażonych azotanami(V) i azotanami(III) zawierają nadmiar tych substancji i mają negatywny wpływ na zdrowie konsumentów. Występujące w nadmiarze azotany(V) mogą ulegać przemianie w azotany(III), które przyczyniają się do powstawania bardzo toksycznych związków o działaniu rakotwórczym. Procesy tego typu mogą zachodzić na przykład podczas przechowywania warzyw zawierających nadmierne ilości azotanów(V).

R1Fy8NrPqhZsc1
Marchew jest przykładem warzywa szczególnie podatnego na kumulację azotanów(V)
Doświadczenie 2
Problem badawczy

Czy zasolenie gleby wpływa na rozwój roślin?

Hipoteza

Nadmierne stężenie chlorku sodu w glebie ma negatywny wpływ na rozwój roślin.

Co będzie potrzebne
  • 4 cylindry miarowe (100 cmIndeks górny 3) lub 4 probówki,

  • marker,

  • wkraplacz,

  • roztwory soli kuchennej o stężeniach: 1%, 5%, 10%,

  • woda z kranu,

  • olej jadalny,

  • 4 dobrze ulistnione pędy bzu lub leszczyny (albo 4 pędy trzykrotki).

Instrukcja
  1. Do 3 cylindrów nalej taką samą ilość (80 cmIndeks górny 3) roztworów soli kuchennej, a do czwartego – wody. Pamiętaj o umieszczeniu na każdym z cylindrów informacji o jego zawartości.

  2. W każdym cylindrze umieść jeden pęd, a następnie wlej olej jadalny w takiej ilości, by jego warstwa o grubości 5 mm uniemożliwiła parowanie wody. Zaznacz początkowy poziom cieczy w cylindrach.

  3. Pozostaw próbki na 2–3 dni. Obserwuj zachodzące zmiany.

Podsumowanie

Nadmiar soli w wodzie pobieranej przez rośliny powoduje ich uszkodzenie, co można było łatwo zaobserwować w przypadku pędu zanurzonego w 10‑procentowym roztworze soli kuchennej.

Nadmierna koncentracja soli w roztworze glebowym utrudnia lub uniemożliwia pobieranie wody przez rośliny. Stopień zasolenia zależy od ilości wody w glebie. Negatywną reakcją roślin na nadmiar soli jest więdnięcie, a przy wyższych stężeniach – zamieranie (wyjątek stanowią słonorośla). Zasolenie wywołują: chlorki, siarczany(VI), węglany sodu i potasu.
Skutki nadmiernego zasolenia w Polsce mogą być widoczne na liściach drzew przydrożnych w czerwcu i lipcu.

R1EWkxvTNqavR1
Na drzewach w pasach przyulicznych często obserwować można skutki zasolenia gleby, którego przyczyną jest posypywanie solą oblodzonych dróg w porze zimowej
iiMkDw68ju_d5e503

Metale ciężkie

Metale ciężkie – ołów Pb, miedź Cu, rtęć Hg, kadm Cd – są kolejną grupą zanieczyszczeń chemicznych gleby. Ponad 90% ogólnej zawartości kadmu, miedzi, cynku i ołowiu w glebach pochodzi ze źródeł antropogenicznych. Szczególnie dużą zawartość metali ciężkich w glebie stwierdzono w rejonach sąsiadujących z hutami, galwanizerniami i kopalniami.
Metale ciężkie zanieczyszczające glebę kumulują się w tkankach roślin i wywołują w ich organizmach nieodwracalne zmiany. Są także toksyczne dla konsumentów (mogą powodować wiele chorób, w tym nowotwory).

Doświadczenie 3

Wykrywanie jonów ołowiu(II) w glebie.

Co będzie potrzebne
  • probówki,

  • sączki,

  • kolby stożkowe,

  • łyżka,

  • pipetka,

  • lejki,

  • kwas octowy,

  • siarczek sodu,

  • próbki gleby (pobrane w różnych miejscach).

Instrukcja
  1. Do kolby stożkowej nalej ok. 150 cmIndeks górny 3 wody destylowanej i dodaj 2 cmIndeks górny 3 kwasu octowego.

  2. Do roztworu dodaj łyżkę badanej gleby, zamieszaj i wytrząsaj przez ok. 5 min.

  3. Przesącz zawartość kolby.

  4. Do otrzymanego roztworu dodaj 2 krople roztworu siarczku sodu. Obserwuj zachodzące zmiany.

  5. Podobnie wykonaj badanie innych próbek gleby.

Podsumowanie

O obecności ołowiu w badanej próbce świadczy wytrącający się czarny osad siarczku ołowiu(II).
Wytrącenie się siarczku ołowiu przebiega zgodnie z równaniem:

Pb2+ S2-→ PbS
RDaJqbx4lFRkz1
Do roślin gromadzących metale toksyczne należą: sałata, rzodkiewka, marchew. Na terenach przemysłowych (np. w pobliżu hut, kopalni) zawartość tych pierwiastków w roślinach może przekraczać normy kilkadziesiąt, a nawet kilkaset razy
R6EO4pZ6V9J9n1
Gleby w Polsce są w niewielkim stopniu zanieczyszczone metalami ciężkimi (Cd, Cu, Ni, Pb, Zn). Z badań opublikowanych w 2010 roku wynika, że jedynie kilka procent gleb wykazuje wyższą koncentrację metali ciężkich, co skutkuje wymogiem ograniczenia produkcji roślinnej na tych glebach. Dotyczy to ok. 3% gleb ze względu na skażenie ołowiem oraz ok. 1,5%, które skażone są cynkiem
iiMkDw68ju_d5e610

2. Skutki zanieczyszczenia gleb i sposoby przeciwdziałania niszczeniu gleb

Skutki zanieczyszczenia gleb

  1. Zasolenie, niewłaściwy odczyn (alkalizacja lub zakwaszenie), którym towarzyszy wymywanie w głąb profilu składników pokarmowych, a zwłaszcza potasu.

  2. Pogorszenie się struktury gleby – przesuszenie lub zamulenie.

  3. Obniżenie urodzajności gleby w wyniku zmian jej właściwości fizycznych, chemicznych i mikrobiologicznych.

  4. Ujemny wpływ zanieczyszczeń gleby na rozwój roślin oraz organizmów na wyższych poziomach łańcucha troficznego (na zwierzęta i ludzi).

Ciekawostka

W latach siedemdziesiątych XX w. zaprzestano produkcji powszechnie stosowanego pestycydu DDT, należącego do grupy związków chloroorganicznych (w Polsce znanego pod nazwą – azotoks), środka owadobójczego, który gromadził się w glebie i dostawał się do kolejnych ogniw łańcucha pokarmowego. U zwierząt był kumulowany w tkance tłuszczowej. Okres połowicznego rozpadu DDT w glebie wynosi od 2 do 12 lat, a niektóre produkty jego rozkładu wykazują znacznie większą toksyczność dla zwierząt i ludzi.
Zanim poznano jego szkodliwe długofalowe oddziaływanie na środowisko przyrodniczym, DDT był uznawany za niemal idealny pestycyd. Odkrywca toksycznego działania DDT na owady Paul Herman Müller został w 1948 roku uhonorowany Nagrodą Nobla.

Niszczenie gleb powodujące pogorszenie ich wartości użytkowej i obniżenie możliwości produkcyjnych jest nazywane degradacją glebdegradacja glebydegradacją gleb. Procesy, które zachodzą w glebie, pogarszają jej właściwości fizyczne (zniszczenie struktury), chemiczne (zakwaszenie, zasolenie lub zatrucie metalami ciężkimi) i biologiczne (zmniejszenie ilości i jakości próchnicy, ubytek żywych organizmów). W konsekwencji spada naturalna urodzajność gleby.
Za degradację gleby odpowiedzialny jest przede wszystkim człowiek, ale też czynniki naturalne, np. erozja gleby, zmiany klimatyczne (susza), klęski żywiołowe (wybuchy wulkanów, trzęsienie ziemi).

Erozja gleby – przemieszczanie, sortowanie i osadzanie w innym rejonie cząstek gruntu powodowane wymywaniem powierzchniowej warstwy gleby przez wodę opadową lub wody rzek (erozja wodna) bądź wywiewanie – erozja wietrzna.
Erozja może być także wywołana działalnością człowieka, na przykład przez niewłaściwie wykonywane melioracje, wycinanie i wypalanie lasów i łąk, zbyt intensywny wypas zwierząt.
W przypadku gdy gleba na danym terenie całkowicie utraci wartości użytkowe, mówi się o dewastacji glebydewastacja glebydewastacji gleby.
Dewastacja gleby jest bardzo często procesem nieodwracalnym, któremu towarzyszą silne przekształcenie i spustoszenie terenu, np. poprzez budowę domów, kładzenie asfaltu, chodników oraz kopalnie odkrywkowe, które są przykładem działalności ludzkiej doszczętnie niszczącej pewne elementy środowiska.

iiMkDw68ju_d5e684

Sposoby przeciwdziałania niszczeniu gleb

Do głównych działań podejmowanych w celu ochrony gleb należą:

  1. Prawidłowa gospodarka rolna z zastosowaniem głównie nawozów naturalnych, racjonalne stosowanie nawozów sztucznych oraz środków ochrony roślin.

  2. Zapobieganie erozji – działania melioracyjne, zadrzewienia śródpolne, zalesianie nieużytków.

  3. Zapobieganie zanieczyszczaniu gleby ze źródeł komunalnych – ograniczenie ilości odpadów i właściwa gospodarka (segregacja odpadów, kompostowanie, zbiórka odpadów niebezpiecznych) oraz oczyszczanie ścieków.

  4. Ograniczanie przemysłowych źródeł zanieczyszczenia gleb – stosowanie nowoczesnych technologii przyjaznych środowisku oraz właściwą gospodarkę odpadami poprodukcyjnymi.

  5. Oczyszczanie gleb z substancji toksycznych oraz odkwaszanie zakwaszonych gleb.

W celu odzyskania gleb skażonych podejmuje się złożone, wieloetapowe działania, aby przywrócić im wartość użytkową – rekultywację glebyrekultywacja glebyrekultywację gleby. Wiele lat potrzeba, żeby na takim terenie ponownie wykształciła się warstwa gleby. Niestety, niektóre zanieczyszczenia chemiczne mogą zalegać w glebach nawet przez wieki i żadne zabiegi nie są w stanie tego zmienić. Dlatego, aby przyspieszyć proces usuwania substancji toksycznych z gleby i ich rekultywację, stosuje się mieszanie gleby skażonej z glebą czystą.

RFcGfXKGuusxc1
Efekt rekultywacji gruntów zdegradowanych: A) teren zniszczony działalnością gospodarczą; B) teren po rekultywacji
Ciekawostka

Bioremediacja jest metodą biologicznego usuwania ze środowiska naturalnego skażeń różnego typu substancjami chemicznymi, głównie przy udziale drobnoustrojów, metodą katalizowania, destrukcji lub przekształcenia różnego rodzaju zanieczyszczeń w formy mniej szkodliwe.
Proces ten polega na usuwaniu – głównie z gleby i wód gruntowych – związków zanieczyszczających (substancji ropopochodnych, metali ciężkich i innych). W przyszłości bioremediacja i inne procesy wykorzystujące naturalne technologie stanowić będą tzw. ekologicznie czyste technologie.

R1CpFaQ2j1Lub1
Starannie opracowany proces bioremediacji, mający na celu usunięcie powierzchniowego lub podpowierzchniowego zanieczyszczania węglowodorami, jest procesem tanim i efektywnym. Fotografia przedstawia mikroorganizmy żyjące wewnątrz kropli oleju. Czarny kolor w obrębie pierścienia to olej, natomiast powierzchnie jasne to miejsca, gdzie mikroorganizmy skonsumowały już olej. Tego rodzaju mikroorganizmy mogą być wykorzystywane do usuwania zanieczyszczeń ropopochodnych
Ciekawostka

Obecnie coraz większą popularność zyskuje rolnictwo ekologiczne, wykluczające stosowanie syntetycznych nawozów i pestycydów. Rolnictwo ekologiczne traktowane jest często jako sposób życia w symbiozie z naturą niż system produkcji.

R6hLxW8efeJzt1
Produkty z certyfikowanych gospodarstw ekologicznych mogą być rozpoznawane przez konsumentów dzięki unijnemu znakowi „euroliścia”
iiMkDw68ju_d5e755

Podsumowanie

  • Do chemicznych źródeł zanieczyszczeń gleby zaliczane są między innymi węglowodory i ich pochodne, nawozy sztuczne, pestycydy, metale ciężkie.

  • Skażona gleba nie nadaje się do uprawy, gdyż wraz z uprawianymi roślinami szkodliwe substancje dostają się do organizmów konsumentów.

  • Degradacja gleby oznacza obniżenie jakości i żyzności gleby. Przyczyną degradacji gleby jest chemizacja, spowodowana przede wszystkim zanieczyszczeniami rolniczymi, przemysłowymi i komunalnymi oraz przez środki transportu (erozja gleby).

  • Zapobieganie degradacji gleby polega na przeciwdziałaniu erozji gleby, ograniczeniu wydobycia kopalin oraz przejmowaniu gruntów pod zabudowę, zmniejszaniu degradacji i przywracaniu glebom ich wartości użytkowych. W tym celu prowadza się zabiegi wzbogacające glebę w próchnicę, przywracające właściwe pH (wapnowanie), ogranicza się wplyw źródeł zanieczyszczenia gleby (np. zabezpieczanie składowisk odpadów przed przedostaniem się substancji zanieczyszczających, racjonalne stosowanie nawozów sztucznych i pestycydów, tworzenie pasów zieleni oddzielających uprawy od dróg).

Praca domowa
Polecenie 1.1

Zaprojektuj i wykonaj doświadczenie mające na celu zbadanie wpływu skażenia gleby wywołanego wybranym czynnikiem (nadmiar azotanów(III) i azotanów (V), detergenty) na kiełkowanie i wzrost nasion owsa lub rzeżuchy ogrodowej.

Polecenie 1.2

Przedstaw w formie notatki kilka argumentów uzasadniających znane stwierdzenie Hipokratesa: Prawidłowy rozwój człowieka, zwierzęcia i rośliny zależy od jakości gleby.

iiMkDw68ju_d5e814

Słowniczek

degradacja gleby
Definicja: degradacja gleby

niszczenie powodujące obniżenie żyzności gleby i jej biologicznej wartości

dewastacja gleby
Definicja: dewastacja gleby

całkowite zniszczenie gleby na danym terenie

herbicydy
Definicja: herbicydy

rodzaj pestycydów, które służą ochronie upraw przed chwastami

pestycydy
Definicja: pestycydy

chemiczne środki ochrony roślin uprawnych przed organizmami szkodliwymi lub niepożądanymi, szczególnym ich rodzajem są używane do zwalczania owadów insektycydy

rekultywacja gleby
Definicja: rekultywacja gleby

przywracanie glebie jej stanu użytkowego

iiMkDw68ju_d5e919

Zadania

Ćwiczenie 1
RrzeAapyGuJtS1
zadanie interaktywne
Źródło: Anna Florek, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 2
RYA3KTLee2I6V1
zadanie interaktywne
Źródło: Anna Florek, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 3
R1YMngCPRerc81
zadanie interaktywne
Źródło: Anna Florek, licencja: CC BY 3.0.