Metody stanovení těžkých kovů v půdě. Těžké kovy jsou nejnebezpečnějšími prvky, které mohou znečišťovat půdu.

V současné době se široce používají dva různé termíny pro označení téměř identické skupiny chemických prvků: stopové prvky a těžké kovy.

Stopové prvky - koncept, který vznikl v geochemii a nyní se aktivně používá v zemědělských vědách, medicíně, toxikologii a sanitaci. Označuje skupinu chemických prvků, které jsou obsaženy v přírodních objektech ve velmi malém množství - méně než 0,01%, obvykle 10 -3 -10 -12%. Formálně je alokace založena na jejich prevalenci v přírodě, která se pro různá přírodní prostředí a objekty (litosféra, pedosféra, sediment, hydrosféra, rostliny, zvířata atd.) Výrazně liší.

Termín „těžké kovy“ ve větší míře odráží vliv znečištění životního prostředí a toxické účinky prvků při jejich vstupu do bioty. Půjčuje se z technické literatury, kde se používá k označení chemických prvků s hustotou vyšší než 5 g / cm3. Na základě tohoto ukazatele by 43 z 84 kovů, které jsou součástí periodické tabulky prvků, mělo být považováno za těžké. Při této interpretaci však Be - 1,85 g / cm3, Al - 2,7, Sc - 3,0, Ti - 4,6, Rb - 1,5, Sr - 2,6, Y nespadají do této definice. - 4,5, Cs - 1,9, Ba - 3,8 g / cm3, které jsou při nadměrných koncentracích také nebezpečné. Potřeba zahrnout lehce toxické kovové kovy do této skupiny byla dosažena změnou kritéria výběru, když do této skupiny začaly být zařazovány prvky s atomovou hmotností vyšší než 40. Při tomto přístupu nebyly do toxinů zahrnuty pouze Be a Al.

Proto je zcela rozumné zahrnout do moderní interpretace pojmu „těžké kovy“ velkou skupinu toxických chemických prvků, včetně nekovů.

Celkem existuje více než 40 těžkých kovů. Za prioritní znečišťující látky se považují Pb, Cd, Zn, Hg, As a Cu, protože jejich technogenní akumulace v životním prostředí je velmi vysoká. Tyto prvky mají velkou afinitu k fyziologicky důležitým organickým sloučeninám. Jejich nadměrné množství v těle živých bytostí narušuje všechny metabolické procesy a vede k závažným onemocněním lidí a zvířat. Zároveň je mnoho z jejich prvků (Co, Cu, Zn, Se, Mn) v národní ekonomice (zejména v zemědělství, medicíně atd.) Poměrně často používáno pod názvem stopových prvků, jak bylo uvedeno výše.

Chrome (Cr). Obsah prvku v půdách závisí na jeho obsahu v rodičovských horninách.

Chrom je charakterizován širokou škálou oxidačních stavů a \u200b\u200bschopností vytvářet komplexní aniontové a kationtové ionty (Cr (OH) 2+, Cr04-, Cr03-). V přírodních sloučeninách má valenci +3 (sloučeniny chrómu) a +6 (chromáty). Většina Cr 3+ je přítomna v FeCr204 chromátu nebo jiných minerálech spinelu, ve kterých nahrazuje železo a hliník.

V půdách je většina chrómu přítomného ve formě Cr 3+ součástí minerálů nebo tvoří různé oxidy Cr 3+ a Fe 3+. Sloučeniny chrómu v půdě jsou velmi stabilní, protože v kyselém prostředí je inertní (při pH 5,5 se téměř úplně vysráží). Chování chrómu závisí na pH a redoxním potenciálu půdy.

Chování chrómu v půdě je velmi ovlivněno organickými komplexy. Důležitým bodem v chování prvku, který je spojen s dostupností chrómu pro rostliny, je snadnost, s jakou se rozpustný Cr 6+ za normálních půdních podmínek stane nerozpustným Cr 3+. V důsledku oxidační schopnosti sloučenin manganu v půdách lze pozorovat oxidaci Cr 3+.

Chrom je důležitým prvkem výživy rostlin. Snížení jeho mobility chromu v půdě může vést k nedostatku rostlin. Cr 6+, snadno rozpustný v půdě, je toxický pro rostliny a zvířata.

Limitní používání fosforu a organických látek výrazně snižuje toxicitu chrómu v kontaminovaných půdách.

Olovo (Pb). Obsah olova v zemské kůře je 1,6 × 10 -3 hmotnostních procent. Přirozený obsah olova v půdě se pohybuje od 3 do 189 mg / kg. In vivo, jeho hlavní forma je PbS galena. Olovo je přítomno jako Pb 2+. Během zvětrávání se sulfidy olova pomalu oxidují.

Z hlediska geochemických vlastností je olovo blízké skupině dvojmocných prvků alkalických zemin, a proto je schopno nahradit K, Ba, Sr, Ca jak v minerálech, tak během sorpčního procesu. V důsledku rozšířeného znečištění olovem je tímto prvkem obohacena většina půd, zejména horní obzory.

Mezi těžkými kovy je to nejméně mobilní. Olovo je spojováno hlavně s jílovými minerály, oxidy manganu, hydroxidy železa a hliníku a organickou hmotou. Při vysokém pH je olovo uloženo v půdě ve formě hydroxidu, fosfátu, uhličitanu. Stejné podmínky přispívají k tvorbě Pb-organických komplexů.

Hladiny, při kterých se prvek stává toxickým, se pohybují od 100 do 500 mg / kg. Znečištění olova z metalurgických podniků neželezných kovů je reprezentováno minerálními formami, z výfukových plynů vozidel - halogenidových solí. Výfukové částice obsahující Pb jsou nestabilní a snadno se přeměňují na oxidy, uhličitany, sírany. Znečištění půdy olovem je nevratné, a proto bude hromadění stopových prvků v horním horizontu půdy pokračovat i v podmínkách jeho malého přínosu.

Kontaminace půdy olovem není v současné době příliš znepokojivá kvůli nerozpustnosti adsorbovaných a vysrážených iontů Pb v půdách. Obsah olova v kořenech rostlin však koreluje s jeho obsahem v půdách, což naznačuje absorpci prvku rostlinami. Akumulace olova v horním půdním horizontu má také velký environmentální význam, protože silně ovlivňuje biologickou aktivitu půd a půdní bioty. Jeho vysoké koncentrace mohou inhibovat mikrobiologické procesy, zejména v půdách s nízkou kapacitou kationtové výměny.

Kadmium (Cd). Kadmium je rozptýlený prvek. Prevalence kadmia v zemské kůře je 5 × 10-5 hmotnostních procent. Geochemie Cd úzce souvisí s geochemií zinku, vykazuje velkou mobilitu v kyselých médiích.

Při zvětrávání přechází kadmium do roztoku, kde je přítomno ve formě Cd 2+. Může tvořit komplexní ionty CdCl +, CdOH +, CdHCO3 +, Cd (OH) 3-, Cd (OH) 4-2, jakož i organické cheláty. Hlavní valenční stav kadmia v přírodním prostředí je +2. Nejdůležitějšími faktory ovlivňujícími pohyblivost kadmiových iontů jsou pH média a redoxní potenciál. Za vysoce oxidačních podmínek je Cd schopen vytvářet vlastní minerály a také se hromadí ve fosfátech a biogenních sedimentech.

Hlavním faktorem určujícím obsah prvku v půdě je složení původních hornin. Průměrný obsah kadmia v půdách je od 0,07 do 1,1 mg / kg. Současně hladiny pozadí nepřesahují 0,5 mg / kg, vyšší hodnoty jsou výsledkem antropogenní aktivity.

Při vazbě kadmia na různé složky půdy je hlavním procesem konkurenční adsorpce na jílech. V jakékoli půdě je aktivita kadmia vysoce závislá na pH. Prvek je nejvíce mobilní v kyselých půdách v rozmezí pH 4,5 - 5,5, v alkalických půdách je relativně nehybný. Se zvýšením pH na alkalické hodnoty se objeví monovalentní hydroxokomplex Cd OH +, který nemůže snadno nahradit pozice v iontoměničovém komplexu.

U kadmia je migrace po profilu charakterističtější než akumulace v horních horizontech půd, proto obohacení o prvek z horních vrstev znamená kontaminaci půdy. Cd znečištění půdy je pro biotu nebezpečné. V podmínkách antropogenního zatížení jsou maximální úrovně kadmia v půdách charakteristické pro oblasti olovo-zinkových dolů, v blízkosti neželezných metalurgických podniků a na zemědělských půdách, kde se používají odpadní vody a fosforečná hnojiva.

Ke snížení toxicity Cd v půdách se používají metody ke zvýšení pH a kationtové výměnné kapacity půd.

Rtuť (Hg). Rtuť a její sulfid (cinnabar) jsou člověku známy již od starověku. Toto je jediný kov, který je v normální formě při normální teplotě. Alchymisté považovali rtuť za nosič kovových vlastností a považovali ji za běžnou součást všech kovů.

Důležité geochemické vlastnosti rtuti jsou: tvorba silných vazeb se sírou, tvorba organokovových sloučenin, které jsou relativně stabilní ve vodním prostředí, a volatilita elementární rtuti. Rtuť je při počasí neaktivní, zadržuje ji hlavně půda ve formě slabě mobilních organických komplexů.

Sorpce Hg 2+ v půdě se liší v závislosti na pH, maximální při pH 4-5. Průměrné koncentrace rtuti v povrchové půdní vrstvě nepřesahují 400 μg / kg. Hladiny pozadí prvku lze odhadnout na 0, n mg / kg, přesná množství je však obtížné určit kvůli rozsáhlé kontaminaci půdy tímto kovem. Rtuťové znečištění půd je spojeno s podniky vyrábějícími těžké kovy, s chemickou výrobou as použitím fungicidů.

Znečištění půdy rtutí není samo o sobě vážným problémem, ale ani jednoduché Hg soli nebo kovová rtuť představují nebezpečí pro rostliny a půdní biotu kvůli toxickým vlastnostem par rtuti. Spotřeba prvků kořeny rostlin může být minimalizována přidáním vápna, sloučenin obsahujících síru a pevných fosfátů.

Arsen (As). Arzén je znám již od starověku. Aristoteles a Theophrastus také zmiňují přírodní sloučeniny síry arsenu, používané jako terapeutické látky a barvy. Průměrný obsah prvků v zemské kůře je 5 × 10 -4 hmotnostních procent. Vyznačuje se rovnoměrným rozložením hlavních typů hornin. Tvoří vlastní minerály a je součástí ostatních. Prvek je spojen s ložisky jiných minerálů a působí jako indikátor při geochemickém průzkumu. Arsenové minerály jsou vysoce rozpustné. Intenzita jeho migrace je však nízká díky aktivní sorpci částicemi hlíny, hydroxidy a organickými látkami.

Běžné oxidační stavy As; -3, 0, +3, +5. Složité anionty AsО 2 -, AsО 4 3-, НСОО 2 2-, As 2 О 3 - jsou nejčastějšími mobilními formami arsenu. Podle zvláštností chování je AsО 4 3- blízká fosfátům. Nejběžnější forma arzenu v prostředí je As 5+.

Arsen adsorbovaný v půdě je obtížné desorbovat a síla vazby prvku půdou se v průběhu let zvyšuje. Nejnižší úrovně arzenu jsou charakteristické pro písčité půdy. Jeho maximální koncentrace jsou spojeny s aluviálními půdami a půdami obohacenými organickou hmotou.

Toxicita arsenu v půdě může být snížena různými způsoby, v závislosti na zdroji znečištění a vlastnostech půdy. Zvýšení oxidačního stavu půd, použití látek, které přispívají k ukládání a vázání prvku (síran železa, uhličitan vápenatý), omezuje biologickou dostupnost arsenu. Použití fosfátových hnojiv také snižuje vstup prvku do bioty.

Nikl (Ni) Obsah niklu v zemské kůře je 8 × 10 -3 hmotnostních procent. Distribuce niklu v zemské kůře je podobná jako kobalt a železo. V kontinentálních sedimentech je přítomen ve formě sulfidů a arsenidů a často nahrazuje železo ve sloučeninách železa a hořčíku. Ve sloučeninách je nikl hlavně dvojmocný a trojmocný.

Při zvětrávání hornin se prvek snadno uvolní a poté se vysráží oxidy železa a manganu. Ve vodných roztocích je relativně stabilní a může migrovat na velké vzdálenosti.

V půdách je nikl úzce spojen s oxidy manganu a železa, a v této formě je rostlinám nejvíce přístupný. V horních horizontech půd je nikl přítomen v organicky vázaných formách, z nichž některé jsou snadno rozpustné cheláty. Nejvyšší obsah Ni je pozorován v jílovitých a hlinitých půdách, v půdách na základních a vulkanických horninách a v půdách bohatých na organickou hmotu.

Nikl je v současné době považován za závažnou znečišťující látku. Antropogenní zdroje niklu vedou k významnému nárůstu půd. V čistírenských kalech je Ni přítomen ve formě snadno dostupných organických chelátů a může být fytotoxický. Snížení jeho dostupnosti rostlinám přispívá k zavádění fosfátů nebo organických látek.

Výpočty provedené v Bělorusku naznačují, že 72% arsenu, 57% rtuti, asi 99% niklu, 27% kadmia, 33% chrómu, 27% mědi, 15% olova vstupuje do atmosféry republiky pouze ze stacionárních zdrojů spalování paliva. 11% zinku. Výroba cementu přináší značné množství kadmia, olova a chrómu. Mobilní zdroje znečišťují atmosféru hlavně zinkem a mědí.

Kromě atmosférických srážek se do půdy při používání hnojiv zavádí značné množství kovu, a to i na bázi splaškových kalů a domácího odpadu. Mezi nečistoty v hnojivech patří kadmium, chrom, měď, olovo, uran, vanad a zinek, s odpady z intenzivního chovu zvířat a drůbeže - měď a arsen, s kompostem a hnojem - kadmium, měď, nikl, zinek a arsen, s pesticidy - kadmium, arzen, rtuť, olovo, mangan a zinek.

Složitost půdní skladby, velký soubor chemických sloučenin umožňuje, aby různé chemické reakce probíhaly současně a schopnost pevných fází půd udržovat relativně konstantní složení půdního roztoku, ze kterého rostliny přímo odvozují chemické prvky. Tato schopnost udržovat konstantní složení půdy se nazývá pufrování půdy. V přirozeném prostředí je pufrování půdy vyjádřeno tím, že když je některý prvek spotřebován z půdního roztoku, dochází k částečnému rozpuštění pevných fází a koncentrace roztoku je obnovena. Pokud se do půdního roztoku dostane zvenčí nadměrné množství jakékoli sloučeniny, pak pevné fáze půdy váží takové látky, přičemž se opět udržuje konstantní složení půdního roztoku. Platí tedy obecné pravidlo: pufrování půdy je způsobeno velkým množstvím současně se vyskytujících chemických reakcí mezi půdním roztokem a pevnými částmi půdy. Chemická rozmanitost dělá půdu stabilní za měnících se podmínek prostředí nebo během antropogenních činností.

Těžké kovy - to je možná jeden z nejzávažnějších znečištění půdy, které nás ohrožuje množstvím nežádoucích a navíc škodlivých následků.

Půda je svou povahou kombinací různých jílových minerálů organického a anorganického původu. V závislosti na složení půdy, geografických datech a vzdálenosti od průmyslových oblastí mohou být v půdě obsaženy různé typy těžkých kovů, z nichž každý představuje určitý stupeň nebezpečí pro životní prostředí. Vzhledem k tomu, že struktura půdy se může na různých místech lišit, jsou také různé redoxní podmínky, reaktivita a také vazebné mechanismy těžkých kovů v půdě.

Největší nebezpečí pro půdu jsou způsobeny technologickými faktory. Různá průmyslová odvětví, jejichž odpadem jsou částice těžkých kovů, jsou bohužel vybavena tak, že i ty nejlepší filtry umožňují průchod prvků těžkých kovů, které nejprve končí v atmosféře a poté společně s průmyslovým odpadem pronikají do půdy. Tento typ znečištění se nazývá technogenní. V tomto případě je velmi důležité mechanické složení půdy, obsah uhličitanu a schopnost absorbovat. Těžké kovy se liší nejen stupněm dopadu na půdu, ale také stavem, ve kterém se nacházejí.

Nyní je známo, že téměř všechny částice těžkých kovů mohou být v půdě v následujících stavech: ve formě směsi isomorfních částic, oxidované, ve formě usazenin solí, v krystalové mřížce, rozpustné formě, přímo v půdním roztoku, a dokonce tvoří část organických látek. Je třeba mít na paměti, že v závislosti na redoxních podmínkách, složení půdy a hladině oxidu uhličitého se může chování kovových částic změnit.

Těžké kovy jsou hrozné nejen svou přítomností v půdním složení, ale také tím, že jsou schopny pohybovat, měnit a pronikat do rostlin, což může značně poškodit životní prostředí. Pohyblivost částic těžkých kovů se může lišit v závislosti na tom, zda je rozdíl mezi prvky v pevné a kapalné fázi. Znečišťující látky v tomto případě mohou prvky těžkých kovů při pronikání do půdních vrstev často mít pevně pevnou formu. V této formě nejsou kovy pro rostliny k dispozici. Ve všech ostatních případech kovy snadno pronikají rostlinami.

Ve vodě rozpustné kovové prvky pronikají do půdy velmi rychle. Kromě toho nejen vstupují do půdní vrstvy, ale mohou se podél ní stěhovat. Ze školy každý ví, že postupem času se v půdě vytvářejí ve vodě rozpustné minerální sloučeniny s nízkou molekulovou hmotností, které migrují do dolní části nádrže. S nimi také migrují sloučeniny těžkých kovů a vytvářejí komplexy s nízkou molekulovou hmotností, to znamená, že se transformují do jiného stavu.

Těžké kovy v půdě

V poslední době došlo v souvislosti s rychlým rozvojem průmyslu k výraznému zvýšení hladiny těžkých kovů v životním prostředí. Termín „těžké kovy“ se vztahuje na kovy s hustotou vyšší než 5 g / cm3 nebo s atomovým číslem větším než 20. Ačkoli existuje jiné hledisko, podle kterého těžké kovy obsahují více než 40 chemických prvků s atomovou hmotností vyšší než 50 v. jednotek Mezi chemickými prvky jsou těžké kovy nej toxičtější a z hlediska úrovně nebezpečí jsou na druhé straně pesticidy. Kromě toho jsou toxické následující chemické prvky: Co, Ni, Cu, Zn, Sn, As, Se, Te, Rb, Ag, Cd, Au, Hg, Pb, Sb, Bi, Pt.

Fytotoxicita těžkých kovů závisí na jejich chemických vlastnostech: valence, iontový poloměr a komplexační schopnost. Ve většině případů jsou prvky podle stupně toxicity umístěny v pořadí: Cu\u003e Ni\u003e Cd\u003e Zn\u003e Pb\u003e Hg\u003e Fe\u003e Mo\u003e Mn. Tato řada se však může mírně změnit v důsledku nerovnoměrného srážení prvků půdou a přenosu do stavu nepřístupného pro rostliny, podmínek růstu, fyziologických a genetických charakteristik samotných rostlin. Transformace a migrace těžkých kovů nastává s přímým a nepřímým vlivem komplexační reakce. Při posuzování znečištění životního prostředí je nutné brát v úvahu vlastnosti půdy a především distribuci velikosti částic, obsah humusu a pufrování. Pufrování se týká schopnosti půdy udržovat konstantní koncentraci kovů v půdním roztoku.

V půdách jsou těžké kovy přítomny ve dvou fázích - v pevném a v půdním roztoku. Forma existence kovů je určována reakcí média, chemickým a materiálovým složením půdního roztoku a především obsahem organických látek. Prvky - komplexanty, které znečišťují půdu, jsou soustředěny hlavně v horní vrstvě 10 cm. Po okyselení půdy s nízkým pufrem však značná část kovů ze stavu absorbovaného výměnou přechází do půdního roztoku. Silnou migrační schopnost v kyselém prostředí má kadmium, měď, nikl, kobalt. Snížení pH o 1,8–2 jednotek vede ke zvýšení mobility zinku o 3,8–5,4, kadmia - o 4–8 a \u200b\u200bmědi - o 2–3krát.

Tabulka 1 Normy MPC (UEC), základní obsah chemických prvků v půdách (mg / kg)

Položka	Třída nebezpečí	MPC		UEC podle půdních skupin			Pozadí pozadí
		Hrubý obsah	Obnovitelné pufrem octanu amonného (pH \u003d 4,8)	Písečná, písčitá hlína	Loamy, jílovitá
		Hrubý obsah	Obnovitelné pufrem octanu amonného (pH \u003d 4,8)	Písečná, písčitá hlína	pH ks l< 5,5	pH ks l\u003e 5,5
Pb	1	32	6	32	65	130	26
Zn	1	-	23	55	110	220	50
Cd	1	-	-	0,5	1	2	0,3
Cu	2	-	3	33	66	132	27
Ni	2	-	4	20	40	80	20
S	2	-	5	-	-	-	7,2

Tedy, když vstoupí do půdy, těžké kovy rychle interagují s organickými ligandy za vzniku komplexních sloučenin. Při nízkých koncentracích v půdě (20–30 mg / kg) je tedy přibližně 30% olova ve formě komplexů s organickými látkami. Podíl komplexních sloučenin olova se zvyšuje se zvyšováním jeho koncentrace na 400 mg / g, a pak se snižuje. Kovy jsou také sorbovány (výměnné nebo nevyměnitelné) srážením hydroxidů železa a manganu, jílových minerálů a půdní organické hmoty. Kovy dostupné rostlinám a schopné loužení jsou v půdním roztoku ve formě volných iontů, komplexů a chelátů.

Příjem HM půdou je více závislý na reakci média a na tom, jaké anionty převládají v půdním roztoku. V kyselém prostředí jsou měď, olovo a zinek sorbovány a v alkalickém prostředí jsou kadmium a kobalt intenzivně absorbovány. Měď se váže hlavně na organické ligandy a hydroxidy železa.

Tabulka 2 Mobilita stopových prvků v různých půdách v závislosti na pH půdního roztoku

Půdní a klimatické faktory často určují směr a rychlost migrace a transformace HM v půdě. Podmínky půdních a vodních režimů v lesostepní zóně tak přispívají k intenzivní vertikální migraci HM podél půdního profilu, včetně přenosu kovů s tokem vody přes trhliny, kořenové toky atd.

Nikl (Ni) je prvek skupiny VIII periodického systému s atomovou hmotností 58,71. Nikl spolu s Mn, Fe, Co a Cu patří k tzv. Přechodným kovům, jejichž sloučeniny mají vysokou biologickou aktivitu. Vzhledem ke strukturálním vlastnostem elektronických orbitálů mají výše uvedené kovy, včetně niklu, dobře definovanou schopnost komplexace. Nikl je schopen tvořit stabilní komplexy, například s cysteinem a citrátem, jakož i s mnoha organickými a anorganickými ligandy. Geochemické složení mateřských hornin do značné míry určuje obsah niklu v půdách. Největší množství niklu obsahuje zeminy vytvořené ze základních a ultrabazických hornin. Podle některých autorů se hranice přebytku a toxických hladin niklu u většiny druhů liší od 10 do 100 mg / kg. Převážná část niklu je fixována v půdě nehybně a velmi slabá migrace v koloidním stavu a ve složení mechanických suspenzí neovlivňuje jejich distribuci podél vertikálního profilu a je zcela jednotná.

Olovo (Pb). Chemie olova v půdě je určována křehkou rovnováhou opačně orientovaných procesů: sorpční desorpce, rozpuštění-přechod do pevného stavu. Olovo, které se dostalo do půdy s emisemi, je zahrnuto do cyklu fyzikálních, chemických a fyzikálně-chemických přeměn. Nejprve dominují procesy mechanického pohybu (částice olova se pohybují po povrchu a v tloušťce půdy podél trhlin) a konvekční difúze. Poté, co se sloučeniny olova v pevné fázi rozpustí, začnou hrát složitější fyzikálně-chemické procesy (zejména procesy iontové difúze), doprovázené transformací sloučenin olova přijatých prachem.

Bylo stanoveno, že olovo migruje vertikálně i horizontálně, přičemž druhý proces převládá nad prvním. Během 3 let pozorování na travnaté louce se lokálně aplikovaný olověný prach pohyboval vodorovně o 25-35 cm, hloubka jeho pronikání do tloušťky půdy byla 10-15 cm. Biologické faktory hrají důležitou roli při migraci olova: kořeny rostlin absorbují ionty kovy; během vegetačního období se pohybují v tloušťce půdy; během smrti a rozkladu rostlin se olovo uvolňuje do okolní půdní hmoty.

Je známo, že půda má schopnost vázat (sorbovat) umělé olovo, které je v ní obsaženo. Má se za to, že sorpce zahrnuje několik procesů: úplnou výměnu s kationty absorpčního komplexu půd (nespecifická adsorpce) a řadu reakcí komplexace olova s \u200b\u200bdárci půdních složek (specifická adsorpce). V půdě je olovo spojováno hlavně s organickou hmotou a také s jílovými minerály, oxidy manganu, hydroxidy železa a hliníku. Vazbou olova humus zabraňuje jeho migraci do sousedních prostředí a omezuje vstup do rostlin. Z jílových minerálů jsou nemocní náchylní k vedení sorpce. Zvýšení pH půdy během vápnění vede k ještě větší vazbě olova na půdu díky tvorbě málo rozpustných sloučenin (hydroxidy, uhličitany atd.).

Olovo přítomné v půdě v mobilních formách je v průběhu času fixováno půdními složkami a stává se rostlinám nepřístupnými. Podle domácích vědců je vedení nejvíce pevně stanoveno na půdě chernozemu a rašeliny.

Kadmium (Cd) Znakem kadmia, které jej odlišuje od ostatních HM, je to, že je přítomen v půdním roztoku hlavně ve formě kationtů (Cd 2+), i když v půdě s neutrální reakcí média může tvořit málo rozpustné komplexy se sírany a fosfáty. nebo hydroxidy.

Podle zpráv se koncentrace kadmia v půdních roztocích pozaďových půd pohybuje od 0,2 do 6 μg / l. V ohniskách znečištění půdy se zvyšuje na 300-400 mcg / l.

Je známo, že kadmium v \u200b\u200bpůdě je velmi mobilní, tj. je schopen převádět ve velkém množství z pevné látky na kapalinu a naopak (což ztěžuje předvídání jejího vstupu do závodu). Mechanismy, které regulují koncentraci kadmia v půdním roztoku, se určují sorpčními procesy (adsorpce, srážení a komplexace se vlastně chápou jako sorpce). Kadmium je absorbováno půdou v menším množství než jiné HM. Pro charakterizaci mobility těžkých kovů v půdě se používá poměr koncentrací kovů v pevné fázi k koncentraci v rovnovážném roztoku. Vysoké hodnoty tohoto poměru naznačují, že HM jsou udržovány v pevné fázi díky sorpční reakci, nízké - kvůli skutečnosti, že kovy jsou v roztoku, odkud mohou migrovat do jiných médií nebo vstupovat do různých reakcí (geochemických nebo biologických). O adsorpci jílu je známo, že je hlavním procesem vázání kadmia. Nedávné studie také ukázaly velkou roli v tomto procesu hydroxylových skupin, oxidů železa a organických látek. Kadmium je při nízké úrovni znečištění a neutrální reakci média adsorbováno hlavně oxidy železa. A v kyselém prostředí (pH \u003d 5) začíná organická hmota působit jako silný adsorbent. Při nižším pH (pH \u003d 4) se adsorpční funkce přenášejí téměř výhradně na organickou hmotu. Minerální složky v těchto procesech přestávají hrát jakoukoli roli.

Je známo, že kadmium není jen sorbováno povrchem půd, ale je také fixováno kvůli srážení, koagulaci, absorpci mezi obaly pomocí jílových minerálů. Uvnitř částic půdy se rozptyluje podél mikropórů a jinými způsoby.

Kadmium je fixováno různě v půdách různých typů. O konkurenčním vztahu mezi kadmiem a jinými kovy v sorpčních procesech v komplexu absorbujícím půdu je málo známo. Podle studií odborníků z Kodaňské technické univerzity (Dánsko) byla absorpce kadmia v přítomnosti niklu, kobaltu a zinku potlačena půdou. Jiné studie ukázaly, že procesy sorpce kadmia v půdě vymizí v přítomnosti iontů chloru. Nasycení půdy ionty Ca 2+ zvýšilo adsorpci kadmia. Mnoho vazeb kadmia se složkami půdy se ukázalo být křehké, za určitých podmínek (například kyselá reakce média) se uvolňuje a znovu přechází do roztoku.

Je odhalena role mikroorganismů v procesu rozpouštění kadmia a jeho přechodu do mobilního stavu. V důsledku jejich životní aktivity se vytvoří buď ve vodě rozpustné kovové komplexy, nebo se vytvoří fyzikálně-chemické podmínky, které podporují přechod kadmia z pevné na kapalinu.

Procesy probíhající s kadmiem v půdě (sorpční desorpce, přechod na roztok atd.) Jsou vzájemně propojené a vzájemně závislé, tok tohoto kovu do rostlin závisí na jejich směrovosti, intenzitě a hloubce. Je známo, že množství sorpce kadmia půdou závisí na hodnotě pH: čím vyšší je hodnota pH půdy, tím více sorbuje kadmium. Podle dostupných údajů se tedy v rozmezí pH od 4 do 7,7 se zvýšením pH na jednotku sorpční kapacita půd ve vztahu k kadmiu zvýšila přibližně trojnásobně.

Zinek (Zn). Nedostatek zinku se může projevit jak na kyselých, velmi podzolizovaných lehkých půdách, tak na uhličitanech, chudých na zinek a na vysoce humusových půdách. Použití vysokých dávek hnojiv fosforu a silné orby podloží do orného horizontu zvyšují projev nedostatku zinku.

Nejvyšší hrubý obsah zinku v tundře (53-76 mg / kg) a chernozemu (24-90 mg / kg) v půdách, nejnižší - v sodno-podzolických půdách (20-67 mg / kg). Nedostatek zinku se nejčastěji projevuje na neutrálních a mírně alkalických uhličitanových půdách. V kyselých půdách je zinek mobilnější a přístupnější rostlinám.

Zinek v půdě je přítomen v iontové formě, kde je adsorbován mechanismem kationtové výměny v kyselém prostředí nebo jako výsledek chemisorpce v alkalickém prostředí. Nejmobilnějším iontem je Zn 2+. Mobilita zinku v půdě je ovlivněna hlavně pH a obsahem jílových minerálů. Při pH<6 подвижность Zn 2+ возрастает, что приводит к его выщелачиванию. Попадая в межпакетные пространства кристаллической решетки монтмориллонита, ионы цинка теряют свою подвижность. Кроме того, цинк образует устойчивые формы с органическим веществом почвы, поэтому он накапливается в основном в горизонтах почв с высоким содержанием гумуса и в торфе.

Těžké kovy v rostlinách

Podle A.P. Vinogradova (1952) se na životě rostlin podílejí všechny chemické prvky, a pokud je mnoho z nich považováno za fyziologicky významné, pak jen proto, že pro to neexistuje žádný důkaz. Vstoupí-li rostliny do malých množství a stanou se nedílnou součástí nebo aktivátorem enzymů v nich, stopové prvky vykonávají servisní funkce v metabolických procesech. Když neobvykle vysoké koncentrace prvků vstupují do životního prostředí, stanou se toxickými pro rostliny. Pronikání těžkých kovů do rostlinné tkáně nadměrně vede k narušení normálního fungování jejich orgánů, a toto porušení je silnější, čím větší je přebytek toxinů. Produktivita klesá. Toxický účinek HM se projevuje od raných stadií vývoje rostlin, ale v různé míře na různých půdách a pro různé plodiny.

Absorpce chemických prvků rostlinami je aktivním procesem. Pasivní difúze představuje pouze 2–3% z celkové hmotnosti asimilovaných minerálních složek. Když je obsah kovu v půdě na úrovni pozadí, dochází k aktivní absorpci iontů a s ohledem na nízkou pohyblivost těchto prvků v půdě, jejich absorpci by měla předcházet mobilizace silně vázaných kovů. Když obsah HM v zakořenovací vrstvě v množství významně převyšuje mezní koncentrace, při kterých může být kov fixován v důsledku vnitřních zdrojů půdy, převedou se na kořeny taková množství kovů, které již membrány nemohou držet. V důsledku toho přestane být přísun iontů nebo sloučenin prvků regulován buněčnými mechanismy. Na kyselých půdách dochází k intenzivnější akumulaci HM než na půdách s neutrální nebo téměř neutrální reakcí média. Míra skutečné účasti iontů TM v chemických reakcích je jejich aktivita. Toxický účinek vysokých koncentrací HM na rostliny se může projevit narušením příjmu a distribuce jiných chemických prvků. Povaha interakce HM s jinými prvky se liší v závislosti na jejich koncentraci. Migrace a vstup do rostliny se provádí ve formě komplexních sloučenin.

V počátečním období znečištění životního prostředí těžkými kovy v důsledku nárazných vlastností půdy, které vedou k inaktivaci toxických látek, rostliny prakticky nezažijí nepříznivé účinky. Ochranné funkce půdy však nejsou neomezené. Se zvyšující se úrovní znečištění těžkými kovy se jejich inaktivace stává neúplnou a iontový tok napadá kořeny. Některé ionty, které rostlina dokáže převést do méně aktivního stavu, ještě předtím, než proniknou kořenovým systémem rostlin. To je například chelace za použití sekrecí kořenů nebo adsorpce na vnějším povrchu kořenů za vzniku komplexních sloučenin. Kromě toho, jak ukazují rostoucí experimenty se zjevně toxickými dávkami zinku, niklu, kadmia, kobaltu, mědi, olova, kořenů, jsou umístěny ve vrstvách, které nebyly kontaminovány půdou HM, a v těchto případech neexistují žádné příznaky fototoxicity.

Přes ochranné funkce kořenového systému vstupuje do kořenového prostředí HM za podmínek znečištění. V tomto případě vstupují v platnost ochranné mechanismy, díky nimž dochází k specifické distribuci HM v orgánech rostlin, což umožňuje zajistit jejich růst a vývoj v co největší míře. V tomto případě se může například obsah HM v kořenových a semenních tkáních za podmínek silně znečištěného prostředí měnit 500 až 600krát, což ukazuje na velké ochranné schopnosti tohoto podzemního orgánu rostlin.

Nadměrné chemické prvky způsobují v rostlinách toxikózu. Jak se koncentrace HM zvyšuje, růst rostlin je zpočátku zpožděn, potom dochází k chloóze listů, která je nahrazena nekrózou, a nakonec je kořenový systém poškozen. K toxickému účinku TM může dojít přímo a nepřímo. Přímý účinek nadbytku TM v rostlinných buňkách je způsoben komplexačními reakcemi, které vedou k blokování enzymů nebo srážení proteinů. K deaktivaci enzymatických systémů dochází v důsledku nahrazení kovového enzymu kovovou znečišťující látkou. Při kritickém obsahu toxické látky je katalytická schopnost enzymu významně snížena nebo zcela blokována.

Rostliny - hyperakumulátory těžkých kovů

A.P. Vinogradov (1952) identifikoval rostliny, které jsou schopny koncentrovat prvky. Poukázal na dva typy rostlin - koncentrátory: 1) rostliny, soustřeďující prvky v hromadném měřítku; 2) rostliny se selektivní (druhovou) koncentrací. Rostliny prvního typu jsou obohaceny o chemické prvky, pokud jsou tyto obsaženy v půdě ve zvýšeném množství. Koncentrace je v tomto případě způsobena faktorem prostředí. Rostliny druhého typu se vyznačují stále vysokým množstvím chemického prvku, bez ohledu na jeho obsah v médiu. Je to kvůli geneticky fixovaným potřebám.

S ohledem na mechanismus absorpce těžkých kovů z půdy do rostlin můžeme hovořit o bariérových (nekoncentrujících) a bezbariérových (koncentračních) typech akumulace prvků. Bariérová akumulace je charakteristická pro většinu vyšších rostlin a není typická pro mechorosty a lišejníky. V práci M. A. Toikky a L. N. Potekhiny (1980) bylo tedy sphagnum (2,66 mg / kg) pojmenováno jako rostlina koncentrátu kobaltu; měď (10,0 mg / kg) - bříza, kost, konvalinka; Mangan (1100 mg / kg) - borůvky. Lepp et al. (1987) odhalili vysoké koncentrace kadmia ve sporofórech houby Amanita muscaria, rostoucí v březových lesích. Obsah kadmia ve sporofórech houby byl 29,9 mg / kg sušiny a v půdě, na které rostli, 0,4 mg / kg. Předpokládá se, že rostliny, které jsou kobaltovými koncentrátory, mají také vysokou toleranci vůči niklu a jsou schopny je akumulovat ve velkém množství. Patří sem zejména rostliny čeledí Boraginaceae, Brassicaceae, Myrtaceae, Fabaceae, Caryophyllaceae. Mezi léčivými rostlinami se také nacházejí koncentrátory niklu a superkoncentrátory. Mezi superkoncentrátory patří melounový strom, belladonna belladonna, žlutý pytel, matečnice, vášnivá červená masa a kopinatá termopsis. Typ akumulace chemických prvků ve vysokých koncentracích v živném médiu závisí na fázích rostlinné vegetace. Akumulace bez bariér je charakteristická pro fázi sazenic, kdy se rostliny nerozlišují mezi vzdušnými částmi na různých orgánech a v závěrečných fázích vegetace po zrání, jakož i během zimního období klidu, kdy může být bezbarvá akumulace doprovázena uvolněním nadměrného množství chemických prvků v pevné fázi (Kovalevsky, 1991).

Hyperakumulativní rostliny byly nalezeny v rodinách Brassicaceae, Euphorbiaceae, Asteraceae, Lamiaceae a Scrophulariaceae (Baker 1995). Nejznámějším a studovaným z nich je Brassica juncea (indická hořčice), rostlina, která vyvíjí velkou biomasu a je schopna akumulovat Pb, Cr (VI), Cd, Cu, Ni, Zn, 90Sr, B a Se (Nanda Kumar et al. 1995) ; Salt a kol., 1995; Raskin a kol., 1994). Z různých testovaných druhů rostlin měla B. juncea nejvýraznější schopnost transportu vést k nadzemní části, zatímco hromadila více než 1,8% tohoto prvku v nadzemních orgánech (vyjádřeno jako suchá hmotnost). S výjimkou slunečnice (Helianthus annuus) a tabáku (Nicotiana tabacum) měly jiné rostlinné druhy, které nepatří do čeledi Brassicaceae, biologický absorpční koeficient menší než 1.

Podle klasifikace rostlin podle reakce na přítomnost těžkých kovů používaných v mnoha zahraničních autorech v růstovém médiu mají rostliny tři hlavní strategie růstu na půdách kontaminovaných kovy:

Kovové jističe. Takové rostliny si udržují stálou nízkou koncentraci kovu, a to i přes velké rozdíly v koncentraci v půdě, zejména udržování kovu v kořenech. Vyloučené rostliny jsou schopny změnit propustnost membrán a schopnost buněčných stěn vázat kovy nebo vylučovat velké množství chelatačních látek.

Kovové indikátory. Patří sem druhy rostlin, které aktivně akumulují kov v leteckých částech a obecně odrážejí hladinu kovu v půdě. Jsou tolerantní ke stávající úrovni koncentrace kovu v důsledku tvorby extracelulárních sloučenin vázajících kov (chelátory) nebo mění povahu rozdělování kovu jeho ukládáním v oblastech necitlivých na kov. Akumulativní rostlinné druhy kovů. Rostliny patřící do této skupiny mohou akumulovat kov v nadzemní biomase v koncentracích mnohem vyšších než v půdě. Baker a Brooks definovali kovové hyperakumulátory jako rostliny obsahující více než 0,1%, tj. více než 1000 mg / g mědi, kadmia, chrómu, olova, niklu, kobaltu nebo 1% (více než 10 000 mg / g) zinku a manganu v sušině. U vzácných kovů je tato hodnota v sušině vyšší než 0,01%. Vědci identifikují hyperakumulativní druhy sběrem rostlin v oblastech, kde půdy obsahují kovy v koncentracích, které překračují úroveň pozadí, jako je tomu u kontaminovaných oblastí nebo v místech úniku rudy. Fenomén hyperakumulace přináší vědcům mnoho otázek. Jaký je například význam hromadění kovů ve vysoce toxických koncentracích pro rostliny. Konečná odpověď na tuto otázku dosud nebyla obdržena, existuje však několik základních hypotéz. Předpokládá se, že takové rostliny mají zlepšený systém absorpce iontů („neúmyslná“ absorpční hypotéza) pro implementaci určitých fyziologických funkcí, které dosud nebyly zkoumány. Předpokládá se také, že hyperakumulace je jedním z typů rostlinné tolerance vůči vysokému obsahu kovů v rostoucím prostředí.

Těžké kovy v půdě

V poslední době došlo v souvislosti s rychlým rozvojem průmyslu k výraznému zvýšení hladiny těžkých kovů v životním prostředí. Termín „těžké kovy“ se vztahuje na kovy s hustotou vyšší než 5 g / cm3 nebo s atomovým číslem větším než 20. Ačkoli existuje jiné hledisko, podle kterého těžké kovy obsahují více než 40 chemických prvků s atomovou hmotností vyšší než 50 v. jednotek Mezi chemickými prvky jsou těžké kovy nej toxičtější a z hlediska úrovně nebezpečí jsou na druhé straně pesticidy. Toxické jsou následující chemické prvky: Co, Ni, Cu, Zn, Sn, As, Se, Te, Rb, Ag, Cd, Au, Hg, Pb, Sb, Bi, Pt.

Fytotoxicita těžkých kovů závisí na jejich chemických vlastnostech: valence, iontový poloměr a komplexační schopnost. Ve většině případů jsou prvky podle stupně toxicity umístěny v pořadí: Cu\u003e Ni\u003e Cd\u003e Zn\u003e Pb\u003e Hg\u003e Fe\u003e Mo\u003e Mn. Tato řada se však může mírně změnit v důsledku nerovnoměrného srážení prvků půdou a přenosu do stavu nepřístupného pro rostliny, podmínek pěstování, fyziologických a genetických charakteristik samotných rostlin. Transformace a migrace těžkých kovů probíhá přímým a nepřímým vlivem komplexační reakce. Při posuzování znečištění životního prostředí je nutné brát v úvahu vlastnosti půdy a především distribuci velikosti částic, obsah humusu a pufrování. Pufrování se týká schopnosti půdy udržovat konstantní koncentraci kovů v půdním roztoku.

V půdě jsou těžké kovy přítomny ve dvou fázích - v pevném a v půdním roztoku. Forma existence kovů je určena reakcí média, chemickým a materiálovým složením půdního roztoku a především obsahem organických látek. Prvky - komplexanty, které znečišťují půdu, jsou soustředěny hlavně v horní vrstvě 10 cm. Po okyselení půdy s nízkým pufrem však značná část kovů ze stavu absorbovaného výměnou přechází do půdního roztoku. Silnou migrační schopnost v kyselém prostředí má kadmium, měď, nikl, kobalt. Snížení pH o 1,8–2 jednotek vede ke zvýšení mobility zinku o 3,8–5,4, kadmia - o 4–8 a \u200b\u200bmědi - o 2–3krát. .

Tabulka 1 Normy MPC (UEC), základní obsah chemických prvků v půdách (mg / kg)

	Třída nebezpečí		UEC podle půdních skupin
	Obnovitelné pufrem octanu amonného (pH \u003d 4,8)	Písečná, písčitá hlína	Loamy, jílovitá
pH kcl< 5,5	pH kcl\u003e 5,5

Tabulka 2 Mobilita stopových prvků v různých půdách v závislosti na pH půdního roztoku

Půdní a klimatické faktory často určují směr a rychlost migrace a transformace HM v půdě. Podmínky půdního a vodního režimu v lesostepní zóně tak přispívají k intenzivní vertikální migraci HM podél půdního profilu, včetně přenosu kovů s tokem vody přes trhliny, kořenové průchody atd. .

Je známo, že půda má schopnost vázat (sorbovat) umělé olovo, které je v ní obsaženo. Má se za to, že sorpce zahrnuje několik procesů: úplnou výměnu s kationty absorpčního komplexu půd (nespecifická adsorpce) a řadu reakcí komplexace olova s \u200b\u200bdárci půdních složek (specifická adsorpce). V půdě je olovo spojováno hlavně s organickou hmotou, dále s jílovými minerály, oxidy manganu, hydroxidy železa a hliníku. Vazbou olova humus zabraňuje jeho migraci do sousedních prostředí a omezuje vstup do rostlin. Z jílových minerálů jsou nemocní náchylní k vedení sorpce. Zvýšení pH půdy během vápnění vede k ještě větší vazbě olova na půdu díky tvorbě málo rozpustných sloučenin (hydroxidy, uhličitany atd.).

Podle zpráv se koncentrace kadmia v půdních roztocích pozaďových půd pohybuje od 0,2 do 6 μg / l. V ohniskách znečištění půdy se zvyšuje na 300-400 μg / l. .

OBSAH

Úvod

1. Půdní pokryv a jeho využití

2. Eroze půdy (voda a vítr) a způsoby jejího řešení

3. Průmyslové znečištění půdy

3.1 Kyselý déšť

3.2 Těžké kovy

3.3 Otrava olovem

4. Hygiena půdy. Likvidace odpadu

4.1 Úloha půdy v metabolismu

4.2 Environmentální vztah mezi půdou a vodou a kapalným odpadem (odpadní voda)

4.3 Mezní zatížení půdy pro tuhý odpad (domácí a silniční odpad, průmyslový odpad, suchý kal po uložení odpadních vod, radioaktivní látky)

4.4 Úloha půdy při šíření různých nemocí

4.5 Škodlivé účinky hlavních typů znečišťujících látek (pevný a kapalný odpad), které vedou k degradaci půdy

4.5.1 Likvidace tekutého odpadu v půdě

4.5.2.1 Likvidace pevného odpadu v půdě

4.5.2.2 Sběr a likvidace odpadu

4.5.3 Konečná likvidace a likvidace

4.6 Likvidace radioaktivního odpadu

Závěr

Seznam použitých zdrojů

Úvod

Určitá část půdy, jak v Rusku, tak po celém světě, každoročně opouští zemědělský oběh z různých důvodů, podrobně diskutovaných v URI. Tisíce nebo více hektarů půdy trpí erozí, kyselým deštěm, nesprávnou manipulací a toxickým odpadem. Abyste tomu zabránili, musíte se seznámit s nejproduktivnějšími a nejlevnějšími opatřeními k rekultivaci půdy (definice rekultivace půdy viz hlavní část práce), která zvyšují úrodnost půdního pokryvu a zejména s negativním dopadem na samotnou půdu a jak se jí vyhnout.

Tyto studie poskytují pohled na škodlivé účinky na půdu a byly provedeny v řadě knih, článků a vědeckých časopisů o problémech s půdou a ochraně životního prostředí.

Samotný problém znečištění a degradace půdy byl vždy relevantní. Nyní můžeme přidat k tomu, co bylo řečeno, že v naší době antropogenní vliv silně ovlivňuje přírodu a roste, a půda je pro nás jedním z hlavních zdrojů potravin a oblečení, nemluvě o tom, že po ní chodíme a vždy budeme úzký kontakt s ní.

1. Půdní pokryv a jeho využití.

Půdní pokryv je nejdůležitější přírodní formací. Její význam pro společnost je určován skutečností, že půda je hlavním zdrojem potravy a poskytuje 97 až 98% potravinových zdrojů světové populace. Půdní pokrývka je zároveň místem lidské činnosti, na které se nachází průmyslová a zemědělská produkce.

Zdůrazňující zvláštní roli jídla v životě společnosti, dokonce i V. I. Lenin zdůraznil: „Skutečným základem ekonomiky je potravinový fond.“

Nejdůležitější vlastností půdního pokryvu je jeho úrodnost, která se chápe jako souhrn půdních vlastností, které zajišťují výnos zemědělských plodin. Přirozená úrodnost půdy je regulována přísunem živin do půdy a jejím vodním, vzduchovým a tepelným podmínkám. Úloha půdního pokryvu v produktivitě suchozemských ekologických systémů je velká, protože půda živí půdní rostliny vodou a mnoha sloučeninami a je základní složkou fotosyntetické aktivity rostlin. Úrodnost půdy také závisí na množství akumulované sluneční energie. Živé organismy, rostliny a zvířata, které obývají Zemi, zaznamenávají sluneční energii ve formě fyto- nebo zoomassu. Produktivita suchozemských ekologických systémů závisí na tepelné a vodní rovnováze zemského povrchu, která určuje rozmanitost forem výměny hmoty a hmoty uvnitř geografické obálky planety.

Při analýze významu půdy pro sociální výrobu vybral K. Marx dva pojmy: hmota země a kapitál země. První z nich je třeba pochopit země, která vznikla v procesu jejího evolučního vývoje kromě vůle a vědomí lidí a je místem lidského osídlení a jeho zdrojem . Od chvíle, kdy se Země v procesu vývoje lidské společnosti stává výrobním prostředkem, se objevuje v novém kvalitativním kapitálu, bez něhož je proces práce nemyslitelný, „... protože to dává pracovníkovi ... místo, kde stojí ... a jeho proces, rozsah ... “. Z tohoto důvodu je půda univerzálním faktorem jakékoli lidské činnosti.

Role a místo půdy nejsou stejné v různých oblastech materiálové produkce, zejména v průmyslu a zemědělství. Ve zpracovatelském průmyslu, ve stavebnictví, v dopravě, je půda místem, kde dochází k pracovním procesům bez ohledu na přirozenou úrodnost půdy. V jiné funkci země působí v zemědělství. Pod vlivem lidské práce se přirozená plodnost mění z potenciálu na ekonomický. Specifika využití půdy v zemědělství vede k tomu, že se objevují ve dvou různých kvalitách, jako předmět práce a jako prostředek produkce. K. Marx poznamenal: „S novou investicí kapitálu do země ... lidé zvýšili kapitál země bez jakéhokoli zvýšení hmoty země, to znamená prostoru Země.“

Půda v zemědělství působí jako produktivní síla díky své přirozené úrodnosti, která nezůstává konstantní. Při racionálním využívání půdy lze takovou plodnost zvýšit zlepšením jejích vodních, vzduchových a tepelných podmínek prostřednictvím opatření na rekultivaci půdy a zvýšením obsahu živin v půdě. Naopak, s iracionálním využíváním půdních zdrojů se jejich úrodnost snižuje, což má za následek snížení výnosů plodin. Na některých místech je pěstování plodin naprosto nemožné, zejména na slaných a erodovaných půdách.

S nízkou úrovní rozvoje produktivních sil společnosti dochází k expanzi potravinářské výroby v důsledku zapojení nových zemí do zemědělství, což odpovídá rozsáhlému rozvoji zemědělství. K tomu přispívají dvě podmínky: dostupnost volné půdy a schopnost hospodařit za přijatelnou průměrnou úroveň kapitálových výdajů na jednotku plochy. Takové využívání půdy a zemědělství jsou typické pro mnoho rozvojových zemí v moderním světě.

V době vědecké a technologické revoluce došlo k ostrému vymezení systému zemědělství v průmyslových a rozvojových zemích. První z nich je charakterizována zintenzivněním zemědělství s využitím výsledků vědeckého a technologického pokroku, ve kterém se zemědělství nevyvíjí zvyšováním plochy obdělávané půdy, ale zvyšováním objemu kapitálu investovaného do půdy. Známé omezené zdroje půdy pro většinu průmyslově vyspělých kapitalistických zemí, zvýšená poptávka po zemědělských produktech po celém světě v důsledku vysoké míry růstu populace a vyšší zemědělská kultura přispěly k převodu zemědělství v těchto zemích zpět do 50. let 20. století na cestě intenzivního rozvoje. Zrychlení intenzifikace zemědělství v industrializovaných kapitalistických zemích je spojeno nejen s výsledky vědeckého a technologického pokroku, ale především se ziskovostí investic do zemědělství, které soustředilo zemědělskou produkci do rukou velkých vlastníků půdy a ničilo drobné zemědělce.

Jiné způsoby rozvinutého zemědělství v rozvojových zemích. Mezi akutní problémy přírodních zdrojů v těchto zemích lze rozlišovat: nízká zemědělská kultura, která způsobila degradaci půdy (zvýšená eroze, salinizace, snížená plodnost) a přírodní vegetace (například tropické lesy), vyčerpání vodních zdrojů a dezertifikace zemí, což bylo zvláště výrazné v Africe kontinent. Všechny tyto faktory spojené se sociálně-ekonomickými problémy rozvojových zemí vedly v těchto zemích k chronickému nedostatku potravin. Na začátku 80. let tedy byly rozvojové země, pokud jde o zásobu zrna (222 kg) a masa (14 kg) na osobu, několikrát menší než průmyslově vyspělé kapitalistické země. Řešení potravinového problému v rozvojových zemích je nemyslitelné bez velkých sociálně-ekonomických transformací.

V naší zemi je základem pozemkových vztahů státní (celostátní) vlastnictví půdy, které je výsledkem znárodnění celé země. Zemědělské vztahy jsou budovány na základě plánů, podle nichž by se zemědělství mělo v budoucnu rozvíjet, s finanční a úvěrovou pomocí státu a dodávkou potřebného počtu strojů a hnojiv. Platba zemědělských pracovníků z hlediska množství a kvality práce stimuluje neustálé zvyšování jejich životní úrovně.

Využívání pozemkového fondu jako celku se provádí na základě dlouhodobých státních plánů. Příkladem takových plánů byl rozvoj panenských a úhorních půd na východě země (v polovině padesátých let), díky nimž bylo možné v krátké době zavést do orné půdy více než 41 milionů hektarů nové půdy. Dalším příkladem je soubor opatření souvisejících s prováděním potravinového programu, který zajišťuje zrychlení rozvoje zemědělské výroby na základě zlepšování kultury zemědělství, široké provádění rekultivačních opatření a provádění širokého programu sociálně-ekonomické reorganizace zemědělských oblastí.

Pozemkové zdroje celého světa umožňují poskytovat potravu více lidem, než je v současnosti a jaké to bude v blízké budoucnosti. V důsledku populačního růstu, zejména v rozvojových zemích, však počet orné půdy na obyvatele klesá.