Wstęp

Gleba jest jednym z najważniejszych elementów, wchodzących w skład środowiska. Dzięki niej egzystuje świat roślin i zwierząt, a także ludzi. Pełni szereg istotnych funkcji, mających olbrzymi wpływ na funkcjonowanie i życie organizmów. W momencie ich zakłócenia następuje wiele, nieraz nieodwracalnych zmian zachodzących w środowisku. Przyczyną nieprawidłowości funkcjonowania mechanizmów w glebie często jest wprowadzanie szkodliwych związków, tak więc pojęcie substancji szkodliwej powinniśmy rozumieć jako odczynnik zakłócający procesy zachodzące w glebie, a także powodujący zmianę jej składu chemicznego. Występuje szereg substancji przedostających się do gleb, mających za razem negatywne skutki. Wśród nich rozróżniamy między innymi polichlorowane bifenyle- PCB, związki azotu, metale ciężkie, substancje zakwaszające. Substancje szkodliwe wykazują określone właściwości pozwalające na przewidzenie skutków, występujących po ich dostaniu się do środowiska. Określił je Holdgate [1] i są to:

• Właściwości powodujące skutki, jak np. toksyczne działanie wobec żywych organizmów

• Właściwości ze względu na rozprzestrzenianie się substancji szkodliwych, określajce odległość i ich czas przebycia danej drogi w środowisku.

Według Holdgate’a szczególnej uwadze powinny podlegać:

1. Właściwości toksyczne, zarówno krótko jak i długookresowe

2. Trwałość

3. Właściwości dyspersyjne

4. Przemiany chemiczne, którym ulega dana substncja

5. Właściwości wobec biokumulacji w łańcuchach pokarmowych

6. Łatwość kontroli

Należy zwrócić uwagę, że droga przedostawania się tych zanieczyszczeń do gleb jest ściśle związana ze złym stanem powietrza atmosferycznego orz składowaniem odpadów.

Właściwości fizykochemiczne gleby

a) odczyn gleby

jest to stosunek jonów wodorowych, H⁺, do jonów wodorotlenowych OH^- , na które dysocjuje woda:

H₂O = H⁺ + OH^-

Przy wzroście jonów H⁺ roztwór staje się kwaśny, natomiast przy wzroście jonów OH^- roztwór staje się zasadowy.

Odczyn gleby wyraża się wartością pH:

roztwory kwaśne – pH < 7

roztwory obojętne – pH = 7

roztwory zasadowe – pH > 7

Przeważająca część gleb w Polsce ma odczyn kwaśny (stanowią one około 50% powierzchni kraju)

b) kwasowość i zasadowość gleb

kwasowość- taka gleba, której odczyn jest kwaśny. Wyróżniamy następujące rodzaje kwasowości:

- potencjalna- pochodzi od jonów H⁺ i Al³⁺, które zostały zaadsorbowane przez koloidy glebowe. Kwasowość ta dzieli się na: hydrolityczną oraz wymienną.

- czynna- pochodzi od jonów H+ roztworu glebowego

Rys.1 Kwasowość i zasadowość gleb [8]

c) buforowe właściwości gleby

mechanizm obronny gleby przed zmianą odczynu

Rys. 2 Ilość CaO potrzebne do zmiany pH gleby o 2 jednostki (wg. Lityńskiego) [8]

d) sorpcja- jest to zdolność do pochłaniania i zatrzymywania cząstek, w tym jonów i cząstek. Dzielimy ją na adsorpcje i absorpcje. [7]

Przedostawanie się substancji szkodliwych do gleb [3]

Związki zanieczyszczające środowisko glebowe przedostają się z różnorodnych źródeł. W okresie zimowym możemy zauważyć stosowanie znacznych ilości soli w celu ułatwienia oczyszczania ulic i chodników ze śniegu. Zasolenie gleb jest spowodowane również sztucznym nawadnianiem, a także ich nawożeniem, co z kolei jest przyczyną zatrucia środowiska glebowego. Jednak najbardziej zatrważającym problemem jest znacznie powiększająca się ilość emitowanych gazów i pyłów przez zakłady przemysłowe. Rodzaje substancji przedostające się do gleb wskutek działalności przemysłowej w znacznym stopniu zależą od wyposażenia technologicznego, rodzaju zakładu oraz wytwarzanych surowców. Poniżej znajduje się tabela obrazująca rodzaje zanieczyszczeń przedostających się do gleby z poszczególnych źródeł. Są to tylko niektóre źródła, ponieważ związki mające negatywny wpływ na środowisko glebowe przedostają się jeszcze z przemysłu metalurgicznego w postaci rozpuszczalników, pozostałości kwasów, z przemysłu chemicznego, elektronicznego, transportu.

Tab.1 Źródła i rodzaj zanieczyszczeń znajdujących się w glebie [5]

Źródło zanieczyszczeń	Rodzaj zanieczyszczeń
Źródła rolnicze	nawozy sztuczne, pestycydy, trwałe substancje organiczne, korozja metali, węglowodory, mikroorganizmy patogenne
Elektrownie	popioły, opad pyłów- Si, tlenki siarki, tlenki azotu, metale ciężkie, pył węglowy
Opuszczone gazownie	smoły( węglowodory, fenole, benzen, ksylen, naftalen, WWA), CN, zużyte tlenki Fe, Cd, As, Pb, Cu, siarczany, siarczki
Wydobycie i przetwórstwo rud metali	zwietrzałe cząstki rudy, odpady zawieszone w rzekach(w wyniku powodzi), kawałki rudy zgubione podczas transportu, cyjanki, metale, procesy wytopu- kurz przenoszony z wiatrem, aerozole z pieców.

Zanieczyszczenia atmosfery bezpośrednio dostają się do gleby, jednak w wielu przypadkach ich wpływ jest w początkowym stadium ukryty. Zgromadzone związki nie wykazują widocznych zmian lub są one widoczne po dłuższym czasie.

3. Profil glebowy

jest to pionowy przekrój przez glebę. Wyróżnia się w nim poziomy genetyczne, które różnią się między sobą barwą, stopniem koncentracji budujących je składników , a także miąższości. Poziomy glebowe są podstawą genetycznej klasyfikacji typów gleb.
W glebach o wykształconym profilu glebowym wyróżnia się następujące poziomy genetyczne:

- poziom próchniczy (A1) - najwyższy poziom gleby składający się z rozłożonych szczątków roślin i zwierząt przemieszanych z materiałem nieorganicznym. Na tym poziomie zachodzi proces humifi kacji, prowadzący do powstawania próchnicy, z tego względu jego barwa jest ciemna. Szacuje się, że powstanie 1 cm tego poziomu trwa od 200 do 500 lat;
- poziom wymywania (eluwialny) (A2) - zalega bezpośrednio pod warstwą próchniczną, powstaje w wyniku działania wody zawierającej kwasy humusowe, posiada jasną barwę;

Rys.3 Poziomy genetyczne gleb

- poziom wmywania (iluwialny) (B) - jest strefą osadzania wymytych z poziomu eluwialnego składników, odznacza się rdzawym lub brunatnym zabarwieniem;
- poziom brunatnienia (B) - tworzy się w wyniku procesu brunatnienia zachodzącego w środowisku zasadowym chroniącym próchnicę przed silnym wymywaniem. Zalega bezpośrednio pod warstwą próchniczną i posiada brunatną barwę;
- poziom glejowy (G) - tworzy się w warunkach dużego nawilgocenia gleby i braku lub słabego dostępu tlenu (proces glejowienia). Zalega w dolnych częściach profilu glebowego i ma zielonkawoniebieskawą barwę;
- poziom skały macierzystej (C) - nie wykazuje śladów działania procesów glebotwórczych, jest rozdrobnioną w wyniku wietrzenia skałą. Gleby młode nie mają wykształconego pełnego profilu, dlatego nazywane są glebami szkieletowymi (inicjalnymi). [4]

4. Procesy, którym podlegają substancje szkodliwe w glebach

Przemiany jakim mogą podlegać substancje w glebie dzielimy na:

- przemiany mineralnego tworzywa gleby, czyli rozkład minerałów pierwotnych i synteza minerałów wtórnych

-humifikacja i mineralizacja, czyli przetwarzanie substancji organicznej

- przemieszczanie składników w profilu glebowym w postaci roztworów rzeczywistych, koloidalnych zawiesin oraz z udziałem organizmów żywych

- wymiana materii i przepływ energii między organizmami żywymi i a glebą [8]

Problem zanieczyszczenia gleb substancjami szkodliwymi związany jest z ich akumulacją, czyli gromadzeniem. Biorąc pod uwagę powietrze lub środowisko wodne, stężenie związków szkodliwych maleje, ponieważ występują tam procesy rozcieńczania oraz mieszania. Gleba z różnym skutkiem będzie adsorbowała organiczne i nieorganiczne związki na powierzchni koloidów. Dzięki adsorpcji następuje opóźnienie wnikania szkodliwych substancji przez kolejne warstwy glebowe aż do lustra wody i przyspieszenie rozkładu zanieczyszczeń organicznych. Ogólnie do składu środowiska glebowego zaliczamy związki mineralne i organiczne oraz ciekłe i gazowe. Ponadto zawierają one wiele mikroorganizmów wykazujących własności katalizujące wobec określonych reakcji. [5]

4.1 Materia organiczna oraz składniki mineralne gleby

Do materii organicznej zaliczamy rozkładające się rośliny jak również substancje humusowe, natomiast składniki mineralne to odłamki skał ulegających wietrzeniu oraz węglan wapnia, tlenki żelaza, glinu, magnezu czy iły. Duży wpływ na zachowanie się szkodliwych substancji wywierają koloidalne połączenia adsorpcyjne uwodnionych tlenków, iłów i substancji humusowych. To w jakim stopniu oddziałują różnorodne substancje zależy także od ich właściwości, zdolności redoks gleby oraz pH. Ważne jest, że wyższy stopień adsorbowania zanieczyszczeń powoduje zmniejszenie prawdopodobieństwa ich przedostawania się przez kolejne warstwy gleb oraz pochłaniania przez roślinność. W wielu wypadkach adsorpcja jest zapoczątkowaniem procesu, w którym cząsteczki organiczne szkodliwych zanieczyszczeń ulegają rozkładowi przez enzymy bakterii.

Główną rolą materii organicznej są reakcje polegające na powstawaniu kompleksów niektórych metali oraz wymiana kationów. Cząstki rozpuszczalnej części organicznej o niewielkiej masie cząsteczkowej są zdolne do wytwarzania trwałych kompleksów z metalami, które nie stanowią problemu z przyswajaniem biologicznym.

4.2 Substancje ciekłe i gazowe

Obejmują obszar utworzony z przestrzeni wolnych występujących pomiędzy cząsteczkami stałymi. Faza ciekła utworzona jest utworzona jest z wodnego roztworu gleby, który z kolei składa się z jonów oraz rozpuszczalnych związków organicznych. Faza gazowa natomiast składem jest porównywalna do składu atmosfery z zastrzeżeniem, że powietrze zawarte w glebie ma nieraz ośmiokrotnie większe stężenie dwutlenku węgla. Proporcjonalność wody do gazu ma znaczący wpływ na redoks i pH gleby oraz wzrost roślinności. W przypadku gdy nawilgocenie występuje przez dłuższy okres, zaczyna maleć zawartość tlenu. Tworzą się więc idealne warunki do przewagi mikroorganizmów beztlenowych, co z kolei powoduje kanalizację redukcji uwodnionych tlenków glinu, żelaza czy manganu. Znaczący wpływ na stężenie jonów zawartych w glebie mają reakcje adsorpcji, strącania, desorpcji, redukcji oraz utleniania. Jak wspomniałam wcześniej zanieczyszczenia mogą ulegać adsorpcji na koloidach bądź też dzięki opadom atmosferycznym czy topniejącym śniegiem mogą przenikać w kolejne warstwy gleby, co związane jest z adsorpcją jonów. Natomiast te związki, które nie są rozpuszczalne zostają zgromadzone na powierzchni. Zgromadzona tam materia organiczna wiąże się z hydrofobowymi związkami organicznymi. Powstałe substancje w wyniku pęknięć czy mechanicznych ruchów dostają się do kolejnych głębszych warstw. Należy również wspomnieć o cząsteczkach, które poprzez działanie promieni UV są poddane rozkładowi fotochemicznemu.

Wspomnieć należy także o roli mikroorganizmów w zachowaniu się zanieczyszczeń w glebie. Przykładem może być Thiobacillus, które wykazuje zdolność do utleniania siarczków, to z kolei jest przyczyną uwolnienia kationów metali oraz podwyższenia kwasowości środowiska glebowego. Tak więc pH gleby zmniejsza się, następuje także obniżenie zawartości metali zaadsorbowanych, wzrasta jednak ich występowanie w roztworze glebowym. Jeżeli środowisko jest zbyt kwasowe(niskie pH) następuje zahamowanie takich procesów jak rozkład organicznych substancji szkodliwych i resztek roślinnych, co jest niekorzystne dla bakterii. Występują także mikroorganizmy zdolne do metylowania arsenu, selenu czy rtęci. W tym wypadku produktem końcowym są produkty lotne przedostające się do atmosfery.

4.3 Procesy wymiany jonowej

Sorpcja ta polega na wymianie jonów pomiędzy roztworem glebowym a koloidalnym kompleksem sorpcyjnym gleby. Na miejsce jonów zabsorbowanych na powierzchni koloidów glebowych wchodzi równoważna chemicznie ilość jonów z roztworu glebowego. [7]

Sorpcja wymienna kationów- elektroujemny ładunek przeważającej większości koloidów glebowych decyduje o tym, że w glebach występuje przede wszystkim sorpcja wymienna kationów. Podczas reakcji wymiany ustala się między ilością kationów wymiennych występujących w kompleksie sorpcyjnym a ilością kationów zawartych w roztworze stan dynamicznej równowagi. [9]

Stopień wymiany jonowej jest wyrażany pojemnością kationowymienną- CEC. Wśród ładunków ujemnych wyróżniamy:

• Ładunki stałe

• Ładunki tlenków krzemu, manganu, glinu i żelaza.

W wielu przypadkach koloidów następuje wzrost CEC, gdy wzrasta pH gleby, przynajmniej do odczynu obojętnego.

Wymiana jonów następuje między przylegającą strefą do naładowanych powierzchni koloidów a roztworem gleby. Skutek tej wymiany zależy od:

• Wartościowości jonu

• Rodzaju i stężenia pozostałych jonów występujących w roztworze glebowym.

Wartościowość jonu wzrasta wraz z stopniem adsorpcji. Jony o małych promieniach są lepiej wymieniany niż te o dużych promieniach. Przykładem może być K⁺ i Na⁺ , które posiadają tę samą wartościowość, jednak K⁺ zostaje podstawione przez Na⁺, ponieważ hydratowany jon Na⁺ ma większe rozmiary. Poniżej znajduje się szereg podstawiania kationów metali:

Li⁺=Na⁺>K⁺=NH₄⁺>Rb⁺>Cs⁺>Mg²⁺>Ca²⁺>Sr²⁺=Ba²⁺>La³⁺=H⁺(Al³⁺)>Th⁴⁺

Jeżeli aniony są przyciągane przez ładunki dodatnie koloidów, wówczas występuje adsorpcja anionowa. Zazwyczaj większość gleb ma większą pojemność kationowymienną niż anionowymienną. W znacznej ilości adsorpcji ulegają aniony HPO₄^2- oraz H₂PO₄^- , natomiast nieznacznie adsorbowane są NO₃^- i Cl^-.

Kolejnym rodzajem adsorpcji, silnie zależącej od pH jest adsorpcja specyficzna, gdzie przebiega ona z większością anionów oraz niektórymi kationami metali ciężkich. W największym stopniu adsorpcji ulegają metale i aniony tworzące hydrokompleksy. W wypadku adsorpcji specyficznej również występuje podlegający jej szereg metali ciężkich :

Cd > Ni > Zn >> Cu> Pb > Hg.

Uwodnione tlenki żelaza i manganu są rozpuszczane w środowisku redukującym. To jest przyczyną zwiększenia innych pierwiastków w roztworze glebowym. Wyróżniamy pierwiastki, które nie ulegając reakcjom redoks współstrącają się w połączeniu z uwodnionymi tlenkami. Są to: bor, kobalt, miedź, molibden oraz cynk. Takie współstrącanie na węglanach odgrywa istotną rolę dla gleb wytworzonych z wapieni oraz gleb półsuchych. [5]

3.4 Procesy adsorpcji i rozkładu organicznych substancji szkodliwych

Adsorpcja na humusie odbywa się wobec niepolarnych i niejonowych substancji organicznych. Ze względu na fakt, że znaczna część organiczna umiejscowiona jest na powierzchni gleby, związki te gromadzą się w jej warstwie powierzchniowej. Przedostawanie się do kolejnych warstw ma miejsce w większym stopniu tylko w piaskach i żwirach, gdzie występują makropory i szczeliny. To w jakim stopniu będzie oddziaływał na glebę związek organiczny możemy wywnioskować między innymi na podstawie jego rozpuszczalności oraz podziałem między glebą a wodą .W bardzo szybkim czasie przez gleby przesączają się rozpuszczalniki chlorowane, jak również herbicydy atrazynowe (pestycydy). Oprócz tych związków, większość substancji dostaje się do cieków wodnych poprzez zaadsorbowanie na cząstkach. Sam proces adsorpcji związków organicznych zależny jest od następujących czynników :

• Rozpuszczalności w wodzie,

• Ładunku powierzchniowego,

Wyżej wymienione czynniki są z kolei powiązane z pH gleby. Jeżeli posiadają one optymalne wartości, to następuje rozkład substancji szkodliwych, który może zachodzić w dwojaki sposób:

• Rozkład poprzez utlenianie, hydrolizę, fotorozkładu;

• Rozkład w wyniku udziału mikroorganizmów- rozkład pestycydów.

W wielu przypadkach wyżej wymienione sposoby, dzięki którym zachodzi rozkład mogą występować jednocześnie. Należy pamiętać, że gdy temperatura rośnie, adsorpcja maleje.

Jak już wcześniej wspomniano zanieczyszczenia organiczne mogą ulegać rozkładowi przez mikroorganizmy, lecz skuteczność tego procesu w dużej mierze zależy od właściwości danej substancji oraz samych mikroorganizmów i gleby. Zaadsorbowanie ich na materii organicznej gleby powoduje przyspieszenie procesu rozkładu, który jest zapoczątkowany przez enzymy zewnątrzkomórkowe mikroorganizmów. Problem stanowią pewne chloropochodne organiczne( PCDD, PCB, DDT). Szacuje się, że wykazują one trwałość w środowisku(10 lat). Przyczyną takiego stanu jest występujące w nich wiązanie C-Cl, które nie jest spotykane w przyrodzie, więc mikroorganizmy również nie posiadają enzymów, zdolnych do rozerwania takiego wiązania.

Nie biologiczny rozkład zachodzi dzięki fotolizie, w przypadku gdy oddziałuje na nie promieniowanie nadfioletowe. Zanieczyszczenia muszą być jednak wcześniej zaadsorbowane na koloidach glebowych. Utlenianie jest również procesem zależnym od enzymów mikroorganizmów, a dokładnie wydzielanych przez nie enzymów oksygenazowych. Alkany ulegają utlenianiu przez wymianę CH₃ w CO₂H. W wyniku przyłączenia grupy OH do odpowiednich atomów węgla rozerwaniu poddane są pierścienie aromatyczne. Naftalen natomiast może być atakowany przez bakterię Cunninghamella elegans.

Stwierdzono, że możliwy jest transport poszczególnych cząstek na większe odległości. Jako przykład może posłużyć pojawienie się brązowego śniegu w arktycznej części Kanady. Jak później zbadano, były to zanieczyszczenia pochodzące z Chin i wschodniej Rosji. W śniegu tym wykryto znaczne stężenie pestycydów. [5]

Pestycydy w środowisku glebowym

Chwasty wykazują coraz większą odporność na wszelakie pestycydy co jest przyczyną pojawiania się nowych produktów. Powstają więc różne oddziaływania między tymi substancjami. Należy pamiętać, że ich stężenie w glebie może wielokrotnie przewyższać dopuszczalne normy dla wody pitnej. W wyniku utleniania część pestycydów traconych jest do atmosfery, w wyniku spływu powierzchniowego- trafiają do wód powierzchniowych, natomiast istnieją jeszcze takie, które podlegają fotodegradacji. Ta część, która wnika do gleby może z kolei:

• Być pobierana przez korzenie

• Ulegać biodegradacji do innych związków chemicznych

• Być wypłukiwana w kolejne warstwy.

Współcześnie stosowane insektycydy wykazują krótki czas półtrwania.

Istotnym pojęciem, o którym należy wspomnieć jest retencja (adsorpcja składników w glebie), oraz współczynnik sorpcji na glebowym węglu organicznym, opisujący wyżej wspomnianą retencję związków w glebie. Zależność między współczynnikiem sorpcji a współczynnikiem czasu półtrwania jest następująca:

• Mały współczynnik sorpcji na węglu organicznym +długi czas półtrwania = negatywne działanie na wody gruntowe po wcześniejszym wypłukaniu ze środowiska glebowego

• Duży współczynnik sorpcji +długi czas półtrwania= długotrwała obecność na powierzchni gleby lub bezpośrednio pod nią

• Krótki czas półtrwania jest zależny od deszczy, ponieważ w przypadku jej braku pestycydy ulegają szybkiemu rozkładowi w strefie korzeniowej w glebie.

• Średni współczynnik sorpcji + krótki czas półtrwania= najbezpieczniejsze – nie występuje wypłukiwanie.

Od współczynnika sorpcji zależny jest także transport danego pestycydu. Kolejność sorpcji wzrasta następująco: preparat słabo sorbowany< preparat średnio sorbowany < preparat silnie sorbowany. [10]

Nawozy azotowe

NPK to połączenie nawożenia nawozami: azotem, fosforem i potasem. Należą do tak zwanych makronawozów, ze względu na pobieranie przez roślinność tych pierwiastków w znacznych ilościach. Z reguły gleby nie dostarczają odpowiedniej ilości tych substancji, stąd stosuje się nawozy sztuczne. Sam azot jest niezbędnym składnikiem budulcowym dla roślin. Najczęściej stosowane nawozy azotowe to:

• Amoniak

• Siarczan amonowy

• Mocznik

• Saletra sodowa

• Saletra potasowa

• Saletra amonowa

• Saletra wapniowa.

Stosuje się je poprzez rozsiewanie po powierzchni lub też rozpuszczenie w wodzie, której dalszym przeznaczeniem jest nawodnienie.

Azot jest poddawany przeróżnym reakcjom. Jak zbadano, po dostaniu się do gleby, występuje w formie jonów amonowych, amoniaku, czy azotanów lub mocznika. Azot zostaje pobrany przez rośliny tylko w postaci jonów. Jedną z reakcji jest hydroliza enzymatyczna, gdzie mocznik reaguje z wodą przy ureazie(enzym). Efektem takiej reakcji mogą być straty azotu do atmosfery. Różnorodne przemiany, które towarzyszą reakcjom między związkami azotowymi, powodującymi powstawanie amoniaku prowadza najczęściej do takich zjawisk jak:

• Reakcje amoniaku, poprzez wiązanie go na powierzchni minerałów ilastych

• Przyswajanie przez mikroorganizmy oraz roślinność

• Wyżej wspomnianych strat amoniaku, spowodowanych jego przechodzeniem w postać gazową

• Reakcje nitryfikacji.

Ostatni wyżej wymieniony proces nitryfikacji jest katalizowany dzięki bakteriom, używającym związki azotu w formie utlenionej i wykorzystującym go jako źródło energii. Bakterie te to: Nitrosomonas oraz Nitrobacter. Szybkość, z jaką przebiegnie proces nitryfikacji jest zależny od pH gleby jak i również temperatury. Maksimum tempa nitryfikacji występuje dla temperatury w zakresie 25 do 35 stopni, natomiast pH powinno wahać się w granicach 6 do 8. Jeżeli mamy gleby o niskim potencjale redoks, wówczas zachodzi proces denitryfikacji. Azotany są używany w wyniku tej reakcji jako końcowe akceptory elektronów przez bakterie. Do gleb dostaje się jeszcze azot organiczny, występujący w organicznych substancjach. Następuje więc przetwarzanie przez: amonifikację lub tez amonizację. W procesie amonizacji azot ulega przemianie w aminocukry i aminokwasy, natomiast w procesie amonifikacji następuje dalsze przetworzenie do formy NH₄⁺. Połączenie tych dwóch reakcji nazywamy procesem mineralizacji. Jeżeli występuje sytuacja, kiedy to mikroorganizmy asymilują azot nieorganiczny, wówczas mamy do czynienia z procesem immobilizacji. [10]

Istotnym procesem jest wypłukiwanie azotu ze środowiska glebowego. Azotany są słabo adsorbowane przez koloidy glebowe naładowane ujemnie, ponieważ są anionami. W momencie przecieku przez glebę wody, następuje wypłukiwanie azotanów do podłoża gruntowego oraz podglebia. Kolejno dostają się do wód gruntowych, gdzie stanowią zanieczyszczenie.

Przemiany molibdenu

Formy w jakich będzie on występował zależą od odczynu gleby. Unieruchamianie jego form, które mogą być przyswajalne dla roślin powoduje spadek odczynu. Dostępność dla roślin jest spowodowana wzrostem pH, który może być przyczyną dodania wapnia. Jeżeli pH spadnie poniżej 4,61 molibden występuje w postaci stabilniejszej formy, a więc molibdenitu. Jego obecność wywiera negatywne skutki, ponieważ w takiej formie uniemożliwia on właściwe pobieranie przez roślinność molibdenu. Korzystny wpływ ma w trzech następujących postaciach: jonowymiennej, węglanowej i absorbowanej. [2]

Przemiany fenolu i związków aromatycznych w glebie

Fenol jest jednym z jednopierścieniowych węglowodorów aromatycznych. [7] Należy także do silnych trucizn. Ze względu na ich negatywne oddziaływanie na środowisko muszą zostać poddane procesom detoksykacji. Za skuteczny sposób uważa się poddanie tych związków rozkładowi dzięki mikroorganizmom do wody i dwutlenku węgla. Prosta budowa fenolu oraz dobra rozpuszczalność w wodzie powoduje jego podatność na procesy rozkładu. Mikroorganizmy biorące udział w tym procesie to między innymi:

• Pseudomonas sp.

• Pseudomonas stutzeri

• Rhizobium sp.

Jeżeli chodzi o biodegradację związków aromatycznych, zachodzi ona dużo szybciej w środowisku glebowym ze względu na fakt występowania w niej składników pokarmowych. Istotny wpływ ma stosunek węgla do azotu i fosforu, ponieważ zbyt duża czy tez zbyt mała zawartość substancji organicznych może wywołać zahamowanie procesu. Nie bez znaczenia są także takie czynniki jak;

-pH

-temperatura

-dostępność tlenu.

Znaczenie może mieć także obecność innych substancji w glebie. Występuje tak zwany efekt kometabolizmu, polegający na wykorzystaniu jednego ze związku do redukcji drugiego. [6]

Przemiany fosforu-nawozy fosforowe

Jest jednym ze składników budulcowych oraz ma swój udział w oddychaniu organizmów. Istotny wpływ ma także na system korzeniowy. Fosfor występuje w glebie w postaci fityn, fosfolipidów czy kwasów nukleinowych. Musimy rozdzielić fosfor związków organicznych, pochodzący z rozkładu i fosfor związków mineralnych, który występuje w połączeniach z glinem, magnezem, wapniem i żelazem.

Według malejącej rozpuszczalności w glebach występują związki wapniowo-fosforowe takie jak:

• Fosforan jednowapniowy

• Fosforan dwuwapniowy

• Fosforan trójwapniowy

• Oksyapatyt

• Hydroksyapatyt

• Apatyt węglanowy

• Fluoroapatyt.

Fosfor może być akceptorem elektronów bądź źrółlem energii. Jest także bardzo silnie wiązany przez koloidy glebowe. Nie są podatne na ruchliwość czy wypłukiwanie z gleby. W wyniku nawożenia gleb fosforem występują reakcje między nim a wapniem, glinem czy żelazem. To właśnie jest przyczyną tworzenia się nierozpuszczalnych osadów apatytowych, co w odzwierciedleniu wykazuje się brakiem dostępności związków fosforowych dla roślin.

Podsumowanie

Podsumowując zarówno substancje organiczne jak i nieorganiczne trafiają na powierzchnię gleby albo w wyniku zanieczyszczenia atmosfery albo w wyniku występowaniu na listowiu roślin. Różnice między tymi związkami są następujące:

1. substancje organiczne mogą być poddane rozkładowi przez fotolizę w atmosferze bądź mogą rozkładać się na powierzchni

2. różnice w sorbowaniu-związki organiczne przez humus, natomiast substancje nieorganiczne- sorpcja na wszelakich składnikach glebowych

3. procesy mikrobiologiczne, którym podlegają związki organiczne

Oba rodzaje łączy:

• wymywanie z gleby

• adsorpcja na listowiu i systemach korzeniowych

• przenikanie do głębszych warstw.

Ze względu na pełnione funkcje jakie pełni środowisko glebowe oraz jego ścisły związek z otaczającą przyrodą, chronienie jej przed wpływem substancji szkodliwych staje się przedmiotem coraz większego zainteresowania. Odpowiednio wykwalifikowani ludzie próbują robić wszystko co w ich mocy, by wesprzeć procesy unieszkodliwiania i degradacji szkodliwych związków.

Streszczenie

Gleba jest istotnym elementem środowiska ze względu na szereg istotnych procesów zachodzących wewnątrz niej. Niestety głównie dzięki działalności człowieka zostaje ona skażona różnorodnymi substancjami szkodliwymi takimi jak:

1. Nawozy azotowe

2. Nawozy fosforowe

3. Węglowodory aromatyczne

4. Pestycydy

5. Metale ciężkie.

Ogólnie dane zanieczyszczenia dzielimy na związki organiczne i nieorganiczne. Po zakwalifikowaniu substancji szkodliwej możemy przyglądnąć się procesom jakim podlega w glebie. Wśród takich procesów wyróżniamy:

• Procesy wymiany jonowej, a w tym adsorpcja kationowa, anionowa czy specyficzna

• Hydroliza

• Utlenianie

• Redukcja

• Fotorozkład

• Rozkład mikrobiologiczny.

Nie bez znaczenia są czynniki i warunki panujące w glebie, potrzebne do prawidłowego przebiegu wyżej wymienionych reakcji. Wśród takich czynników możemy wyróżnić:

• Temperatura

• pH

• Zwartość tlenu

• Rodzaj substancji szkodliwych

• Właściwości związków szkodliwych

• Rozpuszczalność związków skażających

• Adsorpcja w glebie

• Występowanie innych substancji.

Zaadsorbowanie danej substancji pomaga w przyspieszeniu jej rozkładu. Związki organiczne zaadsorbowane są na humusie natomiast związki nieorganiczne ulegają sorpcji na składnikach glebowych. Duża rola mikroorganizmów ujawnia się przez działalność enzymów wytwarzanych przez nie, takich jak enzymy oksygenazowe. Występują między innymi takie rodzaje bakterii jak Pseudomonas sp., Cunninghamella legans, Thiobacillus ferrooxidans czy Metallogenum sp. Przepływ zanieczyszczeń występuje głównie w postaci jonów, które z kolei przemieszczają się w fazie stałej.

Ważnym pojęciem związanym z reakcjami zachodzącymi na granicy ciał stałych, ciekłych i gazowych, powodującymi wysycenie kompleksu sorpcyjnego na powierzchni fazy stałej jest sorpcja. Kolejne powiązane z sorpcją procesy to:

• Adsorpcja- sorpcja powierzchniowa

• Absorpcja- sorpcja, która zachodzi w całej objętości powiązanych ze sobą faz.

Konspekt:

1. Wstęp

2. Źródła substancji szkodliwych

3. Podział środowiska glebowego:

-część organiczna i mineralna

-część ciekła i gazowa.

4. Procesy przemian związków szkodliwych:

-adsorpcja kationowa

-adsorpcja anionowa

-adsorpcja specyficzna

-udział mikroorganizmów.

5. Reakcje, którym poddawane są poszczególne grupy substancji szkodliwych:

-pestycydy

-nawozy azotowe

-nawozy fosforowe

-molibden jako przykład przemiany metali ciężkich

-węglowodory aromatyczne.

6. Podsumowanie

Bibliografia

1„Ochrona i rekultywacja środowiska”, Franciszek Maciak, Wydawnictwo SGGW, Warszawa 2003

2„Obieg pierwiastków w przyrodzie”, Barbara Gworek, Wydawnictwo Instytut Ochrony Środowiska, Warszawa 2005

3„Biogeochemia pierwiastków śladowych”, Alina Kobata- Pendias, Henryk Pendias, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1999

4„Ochrona środowiska glebowego”, Piotr Kowalik, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2001

5„Chemiczne podstawy zanieczyszczeń środowiska”, B.J.Alloway, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1999.

6„Zmiany w składzie bakteryjnych kwasów tłuszczowych”, Agnieszka Mrozik, Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego, Katowice 2009

7„Ekologia- słownik encyklopedyczne”, Grażyna Łabno, Wydawnictwo Europa, Wrocław 2007

8. „Gleboznastwo” Saturin Zawadzki, Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, t.IV, Warszawa

9. „Geneza, analiza i klasyfikacja gleb” Andrzej Mocek i StanisłaW. Drzymała, wyd.Akademii Rolniczej im.Augusta Cieszkowskiego w Poznaniu, Poznań 2006

10. „Mikrobiologia i biochemia gleb” Eldor Alvin Paul, wyd. Uniwer.Marii Curie Skłodowiskiej, Lublin 2000