Самоочищення грунту - гігієнічні вимоги до грунту

Потрапили в грунт зі стічними водами або твердими покидьками органічні речовини, що містять білки, жири, вуглеводи і продукти їх обміну, піддаються розпаду аж до освіти неорганічних речовин - процес мінералізації. Завдяки йому недоступні або малодоступні для кореневої системи органічні речовини переходять в засвоювану форму і таким чином забезпечують родючість грунту. З іншого боку, переклад органічних сполук в мінеральні пов'язаний з очищенням грунту і звільненням її від органічних відходів.

Паралельно в грунті відбувається процес синтезу нового складного органічного речовини, що отримав назву гумусу. Процес синтезу грунтового речовини називається гуміфікацією, а обидва біохімічних процесу (мінералізації і гуміфікації), спрямовані на відновлення початкового стану грунту, отримали назву процесу самоочищення грунту.

Механізм самоочищення грунту є складним процесом, причому для його розвитку має значення механічна структура ґрунтового покриву, його хімічний склад, фізичні властивості і вся сукупність живих організмів.

Процес самоочищення грунту починається з того, що потрапили в грунт органічні речовини разом з містяться в них бактеріями і яйцями гельмінтів частково затримуються, фільтруючи через грунт і адсорбуються нею. Під впливом біохімічних, мікробної та інших процесів стоки, проходячи через грунт знебарвлюються, втрачають поганий запах, отруйність і інші властивості, зазнаючи радикальні зміни в хімічному складі.

Розкладання і мінералізація органічних речовин відбувається при активній участі мікрофлори грунту, причому цей процес може протікати аеробно - при великій кількості кисню повітря, необхідного для життя аеробних бактерій, і анаеробно - без кисню, за допомогою гнильних бактерій.

Всі речовини потрапляють в мікробну клітину шляхом осмотичного всмоктування через найдрібніші пори оболонки (мембрану). Ці пори так малі, що великі молекули (білки, жири, вуглеводи) через них не проникають. Надходження їх в мікробну клітину можливо лише після перетворення в більш прості молекули (амінокислоти, моносахариди, жирні кислоти). Для здійснення такого способу харчування в процесі еволюції у мікроорганізмів виробилася здатність виділяти в навколишнє середовище гідролітичні ферменти, які готують містяться в ній складні речовини до засвоєння мікробної клітиною. Ферменти мікроорганізмів за характером дії поділяються на дві групи: екзоферменти, що діють поза клітиною і беруть участь в підготовці поживних речовин для засвоєння їх кліткою; і ендоферменти, що діють всередині клітини для засвоєння їжі.

Вуглеводи, що потрапили в грунт з відходами або стічними водами, в аеробних умовах завдяки діяльності мікроорганізмів піддаються перетворенням, в результаті яких відбувається синтез глікогену мікробної клітини, утворюються вода і СО2. виділяється енергія.

Розщеплення жирів в грунті відбувається дуже повільно, так як жири мало схильні до процесів біохімічного руйнування. В аеробних умовах цей процес протікає з утворенням ліпідів мікробної клітини і виділенням води, СО2. енергії.

Складні молекули білка (пептиди) під впливом ферментів, що виділяються мікроорганізмами розщеплюється до альбумінів і пептонов, а потім до амінокислот. Частина амінокислот використовується як пластичний і енергетичний матеріал розмножуються мікроорганізмами, а частина піддається дезамінуванню з утворенням аміаку, води та СО2. В аеробних умовах утворився аміак розчиняється у воді, виходить гидрооксид амонію. Велика частина амінокислот, що утворилися з білків відходів при їх розщепленні використовується як пластичний матеріал для біосинтезу мікроорганізмів. Надалі при відмирання цих мікроорганізмів утворюється гумус ґрунту, що є цінним поживним речовиною для рослин. Рослинні сполуки (клітковина, лігнін) при розкладанні в грунті також утворюють гумус. Гумус не відтворює смердючого запаху, не приваблює мух і не має живих збудників інфекцій.

Азотвмісні речовини потрапляють в грунт не тільки у вигляді білка, але і у вигляді амінокислот і продуктів білкового обміну, зокрема сечовини. Сечовина під впливом уробактерій і їх ферменту уреази гідролізується і також утворюється амоній. Утворився амоній надалі піддається біохімічному окисленню за допомогою аеробних бактерій. Цей процес, який отримав назву нітрифікації, здійснюється в дві фази: в першій фазі амонійні солі перетворюються в азотисті сполуки (нітрити) за участю бактерій з роду B. Nitrosomonas, в другій - в азотні сполуки (нітрати) під впливом бактерій з роду B. Nitrobacter . А при взаємодії нітратів з калієм, натрієм та іншими елементами утворюються солі, доступні для засвоєння рослинами.

Таким чином, азотна кислота у вигляді мінеральних солей (нітратів) є кінцевим продуктом окислення білкових речовин і продуктів обміну в тваринному і рослинному організмах.

Одночасно з окисними процесами в грунті відбуваються і відновні процеси, тобто денітрифікація. У лужному середовищі і при широкому доступі повітря відновлювальний процес не йде далі освіти солей азотної кислоти; в кислому середовищі і при утрудненому притоці кисню відновлення йде до аміаку.

Гігієнічне значення денитрификации вельми важливо в зв'язку з тим, що цей процес при роботі споруд по грунтовій очищення може стати переважаючим, наприклад, в початковий період експлуатації зрошення. Позитивним моментом в цьому процесі є те, що при дефіциті кисню повітря використовується кисень нітратів, ніж запобігає забруднення ними підземних вод. Доля нітратів, що утворилися при біохімічному окисленні органічних речовин, зводиться до того, що частина з них засвоюється корінням рослин, частина піддається денітрифікації і, нарешті, використовується для синтетичних процесів мікроорганізмами.

Якщо в грунті знешкодження органічної речовини стічних вод в основному здійснюється шляхом біохімічних процесів мінералізації, нітрифікації, денітрифікації та лише незначно за рахунок процесів гуміфікації, то знезараження органічних речовин з твердих покидьків, осаду стічних вод і активного мулу в штучних спорудах здійснюється головним чином за рахунок гуміфікації за участю термофільних мікроорганізмів.

У міру самоочищення грунту від органічних забруднень в ній знижується і загальна кількість мікробів, особливо неспороносних патогенних. Цьому сприяють конкуренція з боку сапрофитов, бактерицидну вплив сонячної радіації, дія бактеріофагів і антибіотиків.

У природі багато видів мікроорганізмів виконують дуже важливі санітарно-оздоровчі функції. Наприклад, гнильні мікроби є природними "чистильниками" зовнішнього середовища. Розкладаючи трупи тварин, що загинули від заразних хвороб, і виробляючи продукти гниття, вони сприяють відмирання більшості патогенних мікробів.

Деякі грунтові мікроорганізми продукують антибіотичні речовини, які є згубними для інших видів мікробів. Наявність цих речовин сприяє щодо швидкої загибелі патогенних мікробів, що потрапили в грунт. Було з'ясовано, що чим більше в грунті є мікроорганізмів, тим швидше настає загибель патогенної мікрофлори. Особливо інтенсивне санування грунту відбувається в зоні ризосфери рослин (їжака збірна, лисохвіст, буркун, хрестоцвіті - ріпак ярий та озимий, суріпиця, масничний редька та ін.), Де близько коренів і особливо з дрібних розгалужень грунтові мікроби знаходять для свого розвитку сприятливе середовище. Відбувається те від того, що навколо коренів рослин в грунті накопичуються органічні сполуки, що виділяються цими рослинами, що є живильним середовищем для грунтової мікрофлори. Там же мікроби використовують сприятливі для свого розмноження кореневі волоски і відмерлі клітини епідермісу коренів.

Терміни, протягом яких станься самоочищення грунту, різні і визначаються будовою ґрунту (в крупнозернистих грунтах процеси самоочищення проходять швидше), повітряним, водним та тепловим режимами ґрунту і кількістю забруднень. Не можна забувати і те, що самоочістітельная здатність грунту обмежена. Це пояснюється тим, що надмірне її забруднення може викликати загибель всієї корисної грунтової мікрофлори.