Особенности биогеохимического круговорота в агроландшафтах.

Министерство сельского хозяйства

ФГПУ ВПО

Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия

Кафедра почвоведения и природообустройства

 

 

 

Курсовая работа

По дисциплине «Биогеохимия агроландшафтов»

На тему: «Особенности биогеохимического  круговорота в агроландшафтах.»

 

 

 

 

 

 

Выполнила: студентка

4курса, 94 группы

Факультета: а/х, а/э и почвоведения

Шкапова Наталья Валентиновна

Проверила: Платонычева Ю.Н.

 

 

 

 

 

 

 

 

Н.Новгород-2012

Содержание

Введение…………………………………………………………………………...3

1. Биогеохимический круговорот Сr…………………………………………...5
1. Характеристика элемента как представителя таблицы Д.И.Менделеева………………………………….…………………5
2. Схема биогеохимического круговорота элемента……..………...8
2. Особенности круговорота в агроландшафтах……………………………..11
1. Значение для сельскохозяйственных культур………………......11
2. Содержание элемента для почв………………………………….12
3. Эндемические заболевания, связанные с избытком или недостатком элемента………………………………………….....14
4. Удобрения и мелиоранты, содержащие этот элемент………….16
5. Мероприятия, направленные на оптимизацию хрома в агроландшафтах…………………………………………………...17
3. Вывод……. …………………………………………………………………...18
4. Список использованной литературы………………………………………..19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

   Биогеохимия - наука, изучающая жизнедеятельность организмов в качестве ведущего фактора миграции и распределения масс химических элементов на Земле. Предметом изучения биогеохимии служат процессы миграции и массообмена химических элементов между живыми организмами и окружающей средой.

   Считается, что биогеохимия зародилась и развивалась под влиянием основополагающих трудов В.И. Вернадского, который ввёл в науку представление о живом веществе и показал его роль в планетарных геохимических процессах. Однако в возникновение и развитие биогеохимии, как самостоятельной науки, внесли вклад многие выдающиеся ученые, обратившие внимание на химический состав почвы, на особенности питания растений и т.п.

    Биогеохимия представляет собой междисциплинарную науку, возникшую в XX веке в пограничной области между биологией, геологией и химией. Биогеохимия концентрирует свое внимание на изучении роли живых организмов в миграции и перераспределении химических элементов в земной коре. Термин «биогеохимические цикл» используется для качественного и количественного понимания трансформации и перемещения вещества как в природной, так и антропогенно-модифицированной окружающей среде.

    Основной задачей биогеохимии является изучение жизни и геохимической среды в их единстве как системы организованности развития, строения и функций биосферы. В этом заключается методологическая основа биогеохимии - науки о химии жизни и геохимии среды, их взаимодействии, взаимообусловленности. Биогеохимия исследует жизнь как явление биологическое и биосферное, используя различные области биологии: биохимию, биофизику, морфологию, генетику, а также химию, геохимию и другие науки. Все эти обстоятельства заставили В. И. Вернадского, создателя биогеохимии, считать необходимым выделение ее в самостоятельную область естествознания.

    Биогеохимия изучает геохимические процессы, протекающие при участии живых организмов, их совокупности - живого вещества (по терминологии принятой В. И. Вернадским) как вещества, обладающего максимальной геохимической энергией в биосфере и формирующего геохимическую среду жизни. [2]

    Задачей данной курсовой работы является:

-изучение особенностей биогеохимического  круговорота хрома;

-особенности круговорота в агроландшафтах;

--изучить заболевания, связанные  с избытком или недостатком хрома;

-содержание хрома в разных типах почв.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Характеристика хрома как представителя таблицы

Д.И. Менделеева

 

24	Хром
Cr 51,996
3d54s1

 

Хром (лат. Cromium), Cr, химический элемент VI группы периодической системы Менделеева, атомный номер 24, атомная масса 51,996; металл голубовато-стального цвета.

Природные стабильные изотопы: ⁵⁰Cr (4,31%), ⁵²Cr (87,76%), ⁵³Cr (9,55%) и ⁵⁴Cr (2,38%). Из искусственных радиоактивных изотопов наиболее важен ⁵¹Cr (период полураспада T_½ = 27,8 суток), который применяется как изотопный индикатор.

Историческая справка. Хром открыт в 1797 году Л. Н. Вокленом в минерале крокоите - природном хромате свинца РbCrО₄. Название Хром получил от греческого слова chroma - цвет, краска (из-за разнообразия окраски своих соединений).

Распространение Хрома в природе. Среднее содержание Хрома в земной коре 8,3·10^-3% . Этот элемент, вероятно, более характерен для мантии Земли, так как ультраосновные породы, которые, как полагают, ближе всего по составу к мантии Земли, обогащены Хромом (2·10^-4%). В основных породах содержание Хрома достигает лишь 2·10^-2%, в кислых - 2,5·10^-3%, в осадочных породах (песчаниках) - 3,5·10^-3%, глинистых сланцах - 9·10^-3% . Хром - сравнительно слабый водный мигрант; содержание Хрома в морской воде 0,00005 мг/л.

Физические свойства Хрома. Хром - твердый, тяжелый, тугоплавкий металл. Чистый Хром пластичен. Атомный радиус 1,27 Å; ионные радиусы Cr²⁺ 0,83Å, Cr³⁺ 0,64Å, Cr⁶⁺0,52 Å. Плотность 7,19 г/см³; t_пл 1890 °С; t_кип 2480 °С. Удельная теплоемкость 0,461 кдж/(кг·К) [0,11 кал/(г·°С)] (25°С); термический коэффициент линейного расширения 8,24·10^-6 (при 20 °С); коэффициент теплопроводности 67 вт/(м·К) [0,16 кал/(см·сек·°С)] (20 °С); удельное электросопротивление 0,414 мком·м(20 °С); термический коэффициент электросопротивления в интервале 20-600 °С составляет 3,01·10^-3.

Химические свойства Хрома. Внешняя электронная конфигурация атома Хрома 3d⁵4s¹. В соединениях обычно проявляет степени окисления +2, +3, +6, среди них наиболее устойчивы Сr³⁺; известны отдельные соединения, в которых Хром имеет степени окисления +1, +4, +5. Хром химически малоактивен. При обычных условиях устойчив к кислороду и влаге, но соединяется с фтором, образуя CrF₃. Со многими металлами Хром дает сплавы. Помимо оксида (III), известны других соединения с кислородом, например CrO, СrО₃, получаемые косвенным путем. Хром легко реагирует с разбавленными растворами соляной и серной кислот с образованием хлорида и сульфата Хрома и выделением водорода; царская водка и азотная кислота пассивируют Хром.

С увеличением степени окисления  возрастают кислотные и окислительные  свойства Хром Производные Сr²⁺ - очень сильные восстановители. Соединения Сr³⁺устойчивы на воздухе. Могут быть и восстановителями и окислителями. Известны комплексные соединения Хрома; особенно многочисленны комплексные соединения Сr³⁺, в которых Хром имеет координационное число 6.

Получение Хрома. В зависимости от цели использования получают Хром различной степени чистоты. Сырьем обычно служат хромшпинелиды, которые подвергают обогащению, а затем сплавляют с поташом (или содой) в присутствии кислорода воздуха. Применительно к основному компоненту руд, содержащему Сr³+, реакция следующая:

2FeCr₂О₄ + 4K₂CO₃ + 3,5О₂ = 4К₂СrО₄ + Fе₂О₃ + 4СО₂.

Образующийся хромат калия К₂СrО₄ выщелачивают горячей водой и действием H₂SO₄ превращают его в дихромат К₂Сr₂О₇. Далее действием концентрированного раствора H₂SО₄ на К₂Сr₂О₇ получают хромовый ангидрид С₂О₃ или нагреванием К₂Сr₂О₇ с серой - оксид Хрома (III) С₂О₃.

Наиболее чистый Хром в промышленного  условиях получают либо электролизом концентрированных водных растворов  СrО₃ или Сr₂О₃, содержащих H₂SO₄, либо электролизом сульфата Хрома Cr₂(SO₄)₃. При этом Хром выделяется на катоде из алюминия или нержавеющей стали. Полная очистка от примесей достигается обработкой Хрома особо чистым водородом при высокой температуре (1500-1700 °С).

В небольших количествах Хром получают восстановлением Сr₂О₃алюминием или кремнием.

Применение Хрома. Использование Хрома основано на его жаропрочности, твердости и устойчивости против коррозии. Больше всего Хрома применяют для выплавки хромистых сталей. Алюмино- и силикотермический Хром используют для выплавки нихрома, нимоника, других никелевых сплавов и стеллита.

Значительное количество Хрома  идет на декоративные коррозионно-стойкие  покрытия. Широкое применение получил  порошковый Хром в производстве металлокерамических  изделий и материалов для сварочных  электродов. Хром в виде иона Cr³⁺ - примесь в рубине, который используется как драгоценный камень и лазерный материал. Соединениями Хрома протравливают ткани при крашении. Некоторые соли Хрома используются как составная часть дубильных растворов в кожевенной промышленности; PbCrO₄, ZnCrO₄, SrCrO₄ - как художественные краски. Из смеси хромита и магнезита изготовляют хромомагнезитовые огнеупорные изделия.

Соединения Хром (особенно производные Cr⁶+) токсичны.[3]

 

 

 

 

 

1.2 Схема биогеохимического круговорота хрома.

Тяжелыми металлами обычно называют химические элементы, имеющие  атомную массу более 50 единиц. Несмотря на сравнительно низкую распространенность этих элементов в природе, они  оказывают большое влияние на биогеохимические процессы в биосфере. Так как многие из них оказывают выраженное токсическое действие на живые организмы.

Главным миграционным потоком хрома является почва, когда он поступает из почвообразующих пород, с растительным опадом, с осаждениями из атмосферы и в результате техногенного загрязнения.

Для растений опасна так называемая доступная форма элемента, которая  может быть усвоена непосредственно  через корневую систему. Поступление  хрома в растения и микроорганизмы осуществляется преимущественно через  почвенный раствор. Металл аккумулируется в основном в верхнем 10-ти сантиметровом  слое и делится на фиксируемую  и миграционную части.

Наибольшее количество хрома  мигрирует в системе большого биологического круговорота благодаря  процессу фотосинтеза растительности суши и разложению отмирающего органического  вещества. Значительные массы выносятся  в составе речных взвесей, но этот материал полностью уходит в систему  Мирового океана. [1,c136]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Коэффициент биологического поглощения.

    Аккумуляция- это накопление веществ. Она может быть абсолютной и относительной.

    Абсолютная аккумуляция веществ- поступление веществ в почвообразующую породу из атмосферы или гидросферы и накопление их в формирующейся почве. Таким путем накапливается углерод, азот и др.элементы.

    Относительная аккумуляция- это остаточное накопление в результате выноса каких-то других веществ.

    Относительная аккумуляция может происходить за счет обогащения верхней части профиля почвы минеральными биофильными элементами вследствие перекачки этих элементов растениями из всей почвенной толщи в верхние горизонты. После отмирания растений большая часть элементов накапливается в верхних горизонтах и почвенной подстилке. Здесь они удерживаются благодаря закреплению в составе гумуса, микроорганизмов, на поверхности тонких илистых частиц. Относительная аккумуляция обусловлена избирательной способностью растений. О степени относительной аккумуляции элементов можно судить по коэффициенту биологического поглощения А_х, вычисляемого по формуле:

А_х = L_х  / n

, где L_x- содержание элемента в золе растения;

n-содержание элемента в почве [1,c96]

 

Коэффициент биологического поглощения (КБП) , отношение содержания химических. элементов в зоне организмов (растений, животных) к его содержанию в среде обитания. Используется для оценки связи среды и физиологической. роли химического. элемента, а также для выявления участия каждого химического. элемента в биотическом круговороте, роли организмов-индикаторов и организмов-концентраторов.

  Коэффициент биологического  поглощения у хрома  составляет 1,03. Отсюда следует , что по интенсивности биологического поглощения, хром относится к первой группе, концентрация которых в золе больше, чем в земной коре[1.с98]