Охрана и рациональное использование почв

2. Загрязнение почвы. Источники. Основные загрязнители. Последствия загрязнения.

    Загрязнение природной среды – сложный процесс, связанный с деятельностью человека. Автор фундаментальной сводки по экологии Ю. Одум (1975) указывает, что «загрязнение – это природные ресурсы, оказавшиеся не на своем месте», ибо они чужды природным экосистемам и, накапливаясь в них, нарушают процессы круговорота вещества и энергии, снижают их продуктивность, влияют на здоровье людей.

    В книге Франсуа Рамада (1981) «Основы  прикладной экологии» приводится такое  определение загрязнения: «Загрязнение есть неблагоприятное изменение окружающей среды; которое целиком или частично является результатом человеческой деятельности, прямо или косвенно меняет распределение приходящей энергии, уровни радиации, физико-химические свойства окружающей среды и условия существования живых существ. Эти изменения могут влиять на человека прямо или через сельскохозяйственные ресурсы, через воду или другие биологические продукты (вещества). Они также могут воздействовать на человека, ухудшая физические свойства предметов, находящихся в его собственности, условия отдыха на природе и обезображивая ее саму»

    Загрязнителем может быть любой физический агент, химическое вещество и биологический  вид, попадающие в окружающую среду  или возникающие в ней в количествах, выходящих в рамки своей обычной концентрации, предельных количествах, предельных естественных колебаний или среднего природного фона в рассматриваемое время.

    Основным  показателем, характеризующим воздействие  загрязняющих веществ на окружающую природную среду, являются предельно допустимая концентрация (ПДК). С позиции экологии предельно допустимые концентрации конкретного вещества представляют собой верхние пределы лимитирующих факторов среды (в частности, химических соединений), при которых их содержание не выходит за допустимые границы экологической ниши человека.

    В соответствии со степенью устойчивости против загрязняющих веществ выделяются почвы:

1. очень устойчивые;
2. устойчивые;
3. среднеустойчивые;
4. малоустойчивые;
5. очень мало устойчивые.

По степени  чувствительности к загрязняющим веществам  почвы можно разделить следующим  образом:

1. очень чувствительные;
2. чувствительные;
3. среднечувствительные;
4. малочувствительные;
5. устойчивые.

Чувствительность, или устойчивость почв по отношению  к загрязняющим веществам, целесообразно определять в соответствии с:

   1) содержанием гумуса;

   2) его качеством; 

   3) биологической активностью; 

   4) глубиной гумусового горизонта; 

5) содержанием фракции < 0,01 мм  и учетом содержания фракции  <0,001 мм (механический состав почвы);

   6) глинистых минералов; 

  7) глубиной почвенного профиля. 

    Главными  источниками загрязнения  являются:

1. Жилые дома и бытовые предприятия. В числе загрязняющих веществ преобладает бытовой мусор, пищевые отходы, фекалии, строительный мусор, отходы отопительных систем, пришедшие в негодность предметы домашнего обихода; мусор общественный учреждений – больниц, столовых, гостиниц, магазинов и др. Вместе с  фекалиями в почву нередко попадают болезнетворные бактерии, яйца гельминтов и другие вредные организмы, которые через продукты питания попадают в организм человека. В фекальных остатках могут содержаться такие представители патогенной микрофлоры, как возбудители тифа, дизентерии, туберкулеза, полиомиелита и др. Быстрота гибели в почве разных микроорганизмов неодинакова. Некоторые болезнетворные бактерии могут длительное время сохраняться и даже размножаться в почве и грунте. К ним относятся возбудители столбняка (до 12! лет), газовой гангрены, сибирской язвы, ботулизма и некоторые другие микробы. Почва является одним из важных факторов передачи яиц гельминтов, определяя тем самым возможность распространения ряда гельминтозов. Некоторые гельминты – геогельминты (аскариды, власоглавы, анкилостомиды, сторонгилиды, трихостронгилиды и др.) проходят одну из стадий своего развития в почве и могут длительное время сохранять жизнеспособность в ней. Так, например, яйца аскарид могут сохранять жизнеспособность в почве в условиях средней полосы России – до 7-8 лет, Средней Азии – до 15 лет; яйца власоглавов – от 1 до 3 лет.
2. Промышленные предприятия. В твердых и жидких промышленных отходах постоянно присутствуют те или иные вещества, способные оказывать токсическое воздействие на живые организмы и их сообщества. Например, в отходах металлургической промышленности обычно присутствуют соли цветных и тяжелых металлов. Машиностроительная промышленность выводит в окружающую среду цианиды, соединения мышьяка, бериллия. При производстве пластмасс и искусственных локон образуются отходы бензола и фенола. Отходами целлюлозно-бумажной промышленности, как правило, являются фенолы, метанол, скипидар, кубовые остатки.
3. Теплоэнергетика. Помимо образования массы шлаков при сжигании каменного угля с теплоэнергетикой связано выделение в атмосферу сажи, несгоревших частиц, оксидов серы,  в конце концов оказывающихся в почве.
4. Сельское хозяйство. Удобрения, ядохимикаты, применяемые в сельском и лесном хозяйстве для защиты растений  от вредителей, болезней и сорняков. Загрязнение почв и нарушение нормального круговорота веществ происходит в результате недозированного применения минеральных удобрений и пестицидов. Пестициды, с одной стороны, спасают урожай, защищают сады, поля, леса от вредителей и болезней, уничтожают сорную растительность, освобождают человека от кровососущих насекомых и переносчиков опаснейших болезней (малярия, клещевой энцефалит и др.), с другой стороны – разрушают естественные экосистемы, являются причиной гибели многих полезных организмов, отрицательно влияют на здоровье людей. Пестициды обладают рядом свойств, усиливающих их отрицательное влияние на окружающую среду. Технология применения определяет прямое попадание на объекты окружающей среды, где они передаются по цепям питания, долгое время циркулируют по внешней среде, попадай из почвы в воду, из воды в планктон, затем в организм рыбы и человека или из воздуха и почвы в растения, организм травоядных животных и человека.  
   Вместе с навозом в почву нередко попадают болезнетворные бактерии, яйца гельминтов и другие вредные организмы, которые через продукты питания попадают в организм человека.
5. Транспорт. При работе двигателей внутреннего сгорания интенсивно выделяются оксиды азота, свинец, углеводороды и другие вещества, оседающие на поверхности почвы или поглощаемые растениями. Каждый автомобиль выбрасывает в атмосферу в среднем в год 1 кг свинца в виде аэрозоля. Свинец выбрасывается в выхлопными газами автомобилей, осаждается на растениях, проникает в почву, где он может оставаться довольно долго, поскольку слабо растворяется. Наблюдается ярко выраженная тенденция к росту количества свинца в тканях растений. Это явление можно сопоставить со все увеличивающимся потреблением горючего, содержащего тетра-этил свинца. Люди, живущие в городе около магистралей с интенсивным движением, подвергаются риску аккумулировать в своем организме всего за несколько лет такое количество свинца, которое намного превышает допустимые пределы. Свинец включается в различные клеточные ферменты, и в результате эти  ферменты уже не могут выполнять предназначенные им в организме функции. В начале отравления отмечают повышенную активность и бессонницу, позднее утомляемость, депрессии. Более поздними симптомами отравления являются расстройства функции нервной системы и поражение головного мозга. Автотранспорт в Москве выбрасывает ежегодно 130 кг загрязняющих веществ на человека. 
   Почву загрязняют нефтепродуктами при заправке машин на полях и в лесах, на лесосеках и т.д.

      Самоочищение  почв, как правило, - медленный процесс. Токсичные вещества накапливаются, что способствует постепенному изменению  химического состава почв,  нарушению единства геохимической среды и живых организмов. Из почвы токсические вещества могут попасть в организмы животных, людей и вызвать тяжелейшие болезни и смертельные исходы.

      В почвах накапливаются соединения металлов, например, железа, ртути, свинца, меди и др. Ртуть поступает в почву с пестицидами и промышленными отходами. Суммарные неконтролируемые выбросы ртути составляют до 25 кг в год. О масштабах химического преобразования  поверхности литосферы можно судить по следующим данным: за столетие (1870-1970) на земную поверхность осело свыше 20 млрд. т шлаков, 3 млрд. т золы. Выбросы цинка, сурьмы составили по 600 тыс. т, мышьяка – 1,5 млн. т, кобальта – свыше 0,9 млн. т, никеля – более 1 млн. т.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                 3. Методы контроля в почвенном мониторинге. 

     Почвенный покров  накапливает  информацию  о  происходящих  процессах  и изменениях,  т.  е.  почва  является  своеобразным  индикатором  не  только сиюминутного состояния среды,  но  и  отражает  прошлые  процессы.  Поэтому почвенный (агроэкологический)  мониторинг  имеет  более  общий  характер  и открывает большие возможности для решения прогностических задач.  Основными показателями,   которые   оцениваются   в    процессе    агроэкологического мониторинга, являются следующие:  кислотность,  потеря  гумуса,  засоление, загрязнение нефтепродуктами.

     Кислотность почв оценивается по значению водородного показателя  (рН)  водных вытяжках почвы. Значение рН измеряют с  помощью  рН-метра,  иономера или потенциометра. Оптимальные диапазоны рН для растений  от  5,0  до  7,5. Если кислотность, — т. е. рН меньше 5, то прибегают к  известкованию  почв, при рН более 7,5-8 используют химические средства для снижения рН.

     В  настоящее  время  контроль  за  содержанием  гумуса  входит  в  число первоочередных задач. Изменение количества органического вещества  в  почве не только связано с изменением . почвенных свойств и их  плодородия,  но  и отражает влияние внешних негативных процессов, вызывающих деградацию почв.

     Содержание гумуса определяют по окисляемости органического  вещества.  К навеске почвы добавляют окислитель (чаще всего хромлик) и кипятят. При этом органическое вещество, входящее в состав гумуса, окисляется до CO2  и  Н2О. Количество израсходованного  окислителя  определяют  либо  титрометрическим методом,   либо   спектрофотометрическим.   Зная   количество   окислителя, определяют количество органического вещества.

     В последнее время применяют анализаторы углерода, в  которых  происходит сухое сжигание  органического  вещества  в  токе  кислорода  с  последующим определением выделившегося СО2.

     Антропогенное  засоление  почв  проявляется  при   недостаточно   научно обоснованном орошении, строительстве каналов и водохранилищ. Химически  оно проявляется  в  увеличении  содержания  в  почвах  и  почвенных   растворах легкорастворимых солей — это NaCI, Na 2SО4, MgCI2, MgS04. Наиболее  простой метод   обнаружения   засоления   основан   на   измерении    электрической проводимости. Применяют определение  электрической  проводимости  почвенных суспензий, водных вытяжек, почвенных растворов и непосредственно почв. Этот процесс   контролируется   путём   определения    удельной    электрической

проводимости  водных суспензий с помощью специальных солемеров. При контроле за загрязнением почв нефтепродуктами решаются обычно три основные  задачи: определяются   масштабы   (площади)   загрязнения,   оценивается    степень загрязнения, выявляется наличие токсичных и канцерогенных загрязнений.

     Первые две задачи решаются дистанционными методами, к которым  относится аэрокосмическое измерение спектральной отражательной способности  почв.  По изменению  окраски  или  плотности  почернения  на  аэрофотоснимках   можно определить   размеры   загрязнённой   территории,   конфигурацию    площади загрязнения,  а  по  снижению  коэффициента   отражения   оценить   степень загрязнения. Степень загрязнённости почв  можно  определить  по  количеству содержащихся  в  почве   углеводородов,   которое   определяется   методами хроматографии. 
 
 
 

4. Биотехнология охраны земель. 

     Загрязненность  почв  неорганическими   ионами   и   нехватка   полезных органических, избыток  пестицидов  и  других  вредных  минеральных  добавок приводят к снижению урожайности и качества сельскохозяйственных культур,  а также эрозии и дефляции почвы. При этом  традиционные  удобрения  и  методы внесения их в почву являются весьма  затратными.  (По  мнению  специалистов США, на производство стакана  молока  необходимо  расходовать  в  настоящее время стакан дизтоплива).

     Вместе с тем имеются  безграничные,  возобновляемые  ресурсы  удобрений, содержащие необходимые питательные элементы для сельхозкультур и близкие, а иногда и превышающие по качеству органические удобрения (например:  осадки сточных вод станций аэрации). Широкому применению их в сельском  хозяйстве препятствует бактериальная зараженность и содержание тяжелых металлов. Если

первое  препятствие (технически и  организационно)  в  целом  разрешимо,  то

второе  — требует новых подходов, основанных на биотехнологических приемах.

       В настоящее время в России и за рубежом проводится большая  работа  по селекции  и  получению  методами  генетической  инженерии  микроорганизмов, способных при внесении их в почву вместе с осадками продуцировать полимеры, переводящие  тяжелые  металлы  в  неподвижные   формы,   и   осуществляющие одновременно процесс азотфиксации (усвоение атмосферного азота).

     Уже  не  одно   десятилетие   насчитывает   опыт   применения   красного калифорнийского  червя  для  получения   биологически   ценного   удобрения (биогумуса) из клетчаткосодержащих и широкого спектра органических отходов, а также для улучшения структуры почв, аэрирования.  Прошедший  через  червя гумус обогащен всеми необходимыми аминокислотами, микроэлементами.

     Одним из наиболее распространенных и стойких загрязнений земель является нефть. Естественная микрофлора, адаптируясь, способна разрушить загрязнения такого типа. Смешение загрязненной нефтью  почвы  с  измельченной  сосновой корой ускоряет на порядок скорость разрушения  нефти  за  счет  способности микроорганизмов,  существующих  на  поверхности  коры,  к   росту   сложных углеводородов,  входящих  в  состав  сосновой  смолы,  а  также   адсорбции нефтепродуктов  корой.  Такой биотехнологический  прием получил название «микробное восстановление загрязненной нефтью почвы».

       Не менее перспективным и эффективным является  бактериальный  препарат «Путидойл», промышленный выпуск которого освоен в г.  Бердске  Свердловской области. Препарат  представляет  собой  лиофилизированную  (высушенную  при низких температурах под  вакуумом)  и  дезинтегрированную  клеточную  массу бактерий рода Pseudo — топаз. Конкретные параметры и технология выращивания клеточной массы бактерий являются коммерческим секретом,  ноу-хау авторов,

но эффект огромный. Внесение путидойла на загрязненные места (территории) с нефтью и нефтепродуктами  позволяет  через  1-3  суток  полностью  разрушить загрязнения  до конечных  продуктов  (воды  и  углекислоты)  и  восстановить естественные свойства почв. 
 
 
 
 
 
 

5.  Правовое регулирование  охраны и использования  земель