Александр Челноков - Экология городской среды

Важнейшими особенностями биологического поглощения являются: селективность , или избирательный характер поглощения тех или иных элементов различными организмами; относительно низкие скорости процесса поглощения; проявление сопутствующих поглощению процессов, связанных со спецификой метаболизма различных организмов.

Живые организмы в грунтах в ходе поглощения накапливают различные элементы избирательно. В биогеохимии эта способность оценивается коэффициентом биологического поглощения (КБП) – эмпирическим биогеохимическим показателем, характеризующим интенсивность биологического поглощения элементов тем или иным организмом. Этот показатель рассчитывается по формуле, предложенной А.И. Перельманом:

где С х– содержание элемента х в золе организма (гриба, растения или животного, обитающего в грунте); п х– содержание того же элемента в грунте или его кларк литосферы.

Таким образом, КБП показывает во сколько раз содержание элемента в золе организма выше, чем в литосфере (в грунте).

Величина КБП зависит от многих факторов, она меняется от времени года в соответствии с изменением биологической активности организмов, фазы вегетации растений, возраста организмов, их вида и т. д. (табл. 2.4).

Скорость биологического поглощения различных элементов в грунтах намного меньше, чем химического, механического или физико-химического поглощения. Этот процесс в них идет медленно в течение всей жизни тех или иных организмов или их популяции. Поэтому результаты биологического поглощения проявляются в грунтах не сразу, а в течение довольно длительных периодов от полугода до года и более. Однако скорость поглощения одних и тех же элементов у разных организмов в грунтах может быть различна.

Таблица 2.4. Ряды биологического поглощения элементов (по Перельману, 1975)

Проявление сопутствующих поглощению процессов связано со спецификой метаболизма у различных организмов и биохимическими реакциями. Например, многие микроорганизмы и грибы вырабатывают активные ферменты, которые выбрасываются ими в поровое пространство грунта. В результате этого в грунте появляются новые химические компоненты, которые могут существенно менять свойства порового раствора и грунта в целом.

Биологическое поглощение широко используется для очистки грунтов от различных токсичных загрязнений, удаления многих органических загрязнителей (в частности, нефтяных), а также тяжелых металлов, азотных и фосфорных соединений, радионуклидов.

В настоящее время наиболее широкое распространение имеет биологическая очистка почв. Биологические методы очистки почв и грунтов подразделяются на методы микробиодеградации загрязнителей и биопоглощения и перераспределения загрязнителей. Первые основаны на деструкции токсичных загрязняющих компонентов различными видами микроорганизмов. Эффект достигается либо за счет активизации аборигенной микрофлоры, либо за счет внесения в грунт определенных культур микроорганизмов, а также всевозможных комплексных препаратов и методов.

Методы внесения культур микроорганизмов применяются в тех случаях, когда необходимая аборигенная микрофлора отсутствует или не соответствует виду загрязнителя. Они могут применяться при массированном и аварийном загрязнении при отсутствии развитого естественного биоценоза. Достоинством этих методов является их селективность и возможность выведения штаммов микроорганизмов, разрушающих сложные токсичные соединения. Однако их эффективность не всегда бывает одинаково высока, поскольку многие культуры эффективны лишь в относительно узком диапазоне условий. Кроме того, часто происходит вырождение микроорганизмов до достижения необходимого уровня очистки. Наиболее опасно то, что их применение может нарушать естественные биоценозы, поскольку при этом происходит смена состава популяций ведущих сообществ микроорганизмов, а это, в свою очередь, может привести к вторичному загрязнению грунтов более опасными веществами, чем те, на которые были направлены очистные мероприятия.

Обычно для очистки почв и грунтов используют такие бактерии, как Bacterium, Actinomyces, Artrobacter, Thiobacterium, Desulfotomaculum, Pseudomonas, Hydromonas, Bacillus и др., а также низшие формы грибов. Часто применяют комплексные биопрепараты, которые содержат не только набор культур, но и питательные вещества. В последнее время разработка искусственных биопрепаратов-деструкторов получила широкое распространение во всем мире.

На избирательной способности бактерий извлекать из многокомпонентных грунтов определенные химические элементы и загрязнители основаны способы очистки грунтов методом бактериального выщелачивания. При бактериальном выщелачивании элементы извлекаются посредством их растворения микроорганизмами в водной среде. Метод применяется для извлечения ценных металлов из руд и отходов производства и был впервые запатентован в США (1958). На его основе можно проводить и очистку грунтов от различных загрязняющих компонентов, в том числе тяжелых металлов.

Таким образом, почвенные биосистемы в городских почвах подвергаются существенным структурным преобразованиям. Это выражается в перераспределении биологической активности почв в пределах почвенного профиля, а именно доминировании микроорганизмов, простейших, грибов, водорослей, насекомых над роющими видами, что отрицательно сказывается на структуре городских почв, их влаго- и воздухоемкости.

В условиях городской среды практически полностью изменены состав, численность и устойчивость микробных сообществ по сравнению с ненарушенными территориями, обусловливающих микробиологические и санитарно-эпидемиологические свойства почв.

В целом антропогенное воздействие на компоненты геологической среды города может привести к развитию опасных геологических процессов, деформации и разрушению зданий и сооружений, значительному экономическому ущербу и человеческих жертвам, существенному ухудшению качества городской среды.

Антропогенное воздействие на геологическую среду приводит к интенсификации большинства геологических процессов, постоянно протекающих в биосфере.

Геологические и инженерно-геологические процессы, которые оказывают отрицательное воздействие на территории, хозяйственные и промышленные объекты, жизнедеятельность людей, называют опасными геологическими процессами (ОГП).