 |
Охрана почв от загрязнения неорганическими отходами и выбросами
|
|
|
|
Нагромождение твердых отходов и выбросов на заселенных площадях - неминуемый результат современной цивилизации. Это могут быть минеральные отходы или отложения пустой породы вблизи действующих шахт, промышленные, городские (хозяйственные, торговые) и сельские отходы, выбросы и мусор.
Доказано, что в настоящее время каждый обитатель Земли ежедневно производит в среднем 2-4 кг отходов и мусора, а все население земного шара - 8-16 млн. т/сутки, или приблизительно 3-6 млрд., т/год. Предусматривается, что в ближайшее время твердые отходы и выбросы от производства и потребления достигнут 15 млрд., т/год.
Отвалы промышленных отходов занимают значительные площади, которые становятся непригодными для использования, причем они размещены так нерационально, что иногда составляют серьезную угрозу для населения.
В результате деятельности человека образуются отходы и выбросы, которые представлены продуктами разных технологических процессов: метали, металлоиды, химические вещества (кислоты, соли, луги), ил станций с очистки отходов, минеральная пыль, зола, химический шлам, шлаки, стекло, керамика и так далее. К ним также принадлежат отходы и выбросы в результате строительства, благоустройства населенных пунктов и тому подобное. Обнаружено, что в случае загрязнения почв промышленными выбросами происходит выделение углекислоты в течение всего вегетационного периода, а, следовательно, и ослабление интенсивности биологических процессов. Об этом, прежде всего, свидетельствуют изменения численности микроорганизмов в случае загрязнения почв и ослабления их ферментативной активности.
В результате загрязнения почв фенольными соединениями изменяется их структура, разрушаются некоторые минералы, образовывая с металлами, которые содержатся в них, соединения. Все это негативно влияет на жизнедеятельность грунтовой микрофлоры и растений, на ферментативную активность почв и их плодородие.
|
|
|
Почва поддается значительному загрязнению из атмосферы как за счет естественных, так и антропогенных источников. Например, теплоэнергетические станции являются источником загрязнения почв угольной пылью, золой, дымом и некоторыми токсичными твердыми частицами, газами (SO2, SO3, H2S, NO2), некоторыми циклическими углеводами, фтористыми и мышьяковыми соединениями; черная металлургия - рудной и железистой пылью, окислами железа, марганца, мышьяка, золы, сажи, SO2, SO3, NH3, H2S, соединениями свинца; транспорт - углеводами, натрием, свинцом, угольной пылью, золой, SO2, SO3, H2S и так далее.
По официальным данным (К. Реуце, С. Кристе, 1986), ежегодно в земную атмосферу выделяется только в результате деятельности человека приблизительно 1012 тонн разных веществ. В них количество SO2 и H2S составляет 220 и 106 т на год, аэрозоли, - 102 т на год.
Ядовитые вещества из атмосферы попадают на почву и проникают в нее непосредственно или с осадками. Они загрязняют почву и растительную продукцию, снижают урожай и вызывают даже разрушения самой экосистемы.
В последние годы во многих странах большую проблему создают кислотные дожди, которые связаны с выбросами в атмосферу серной и азотной кислот. Кислотные дожди, с одной стороны, приводят к вымыванию из почвы питательных элементов, а со второй - к подкислению почвы. Подкисление в свою очередь влияет на растворимость питательных элементов, а также на рост и на жизнедеятельность микроорганизмов в почве.
Охрана почв от загрязнения тяжелыми металлами
В природе насчитывается 78 тяжелых металлов, а их общая масса не превышает 1, 2 % общей массы литосферы.
Чаще всего почва загрязняется таким тяжелыми металлами, как железо, марганец, медь, цинк, молибден, кобальт, ртуть, свинец, кадмий и др. Они известны и под названием микроэлементов, поскольку необходимые растениям в небольших количествах.
|
|
|
Во многих случаях тяжелые металлы содержатся в почвах в незначительных количествах и не являются вредными. Однако концентрация их в почве может увеличиваться за счет выхлопных газов транспортных средств, вывоза в поле ила станций очистительных вод, орошения стоковыми водами, отходов, остатков и выбросов, во время эксплуатации шахт и промышленных площадок, внесения фосфорных и органических удобрений, применения пестицидов и др.
Излишек этих элементов или наличие некоторых токсичных элементов (И, F, U, V, Pb, Cd) даже в очень незначительных количествах могут вызывать заболевание, и даже гибель растений.
Стойкость почв к загрязнению тяжелыми металлами разная, в зависимости от их буферности. Почвы с высокой адсорбционной способностью и соответственно высоким содержанием глины, а также органического вещества могут удерживать эти элементы, особенно в верхних горизонтах. Это свойственно карбонатным почвам и почвам с нейтральной реакцией.
Отдельные тяжелые металлы по-разному влияют на растениеводческую и животноводческую продукцию. Да, содержимое свинца в почве преимущественно колеблется от 0, 1 до 20 мг/кг. Однако в почву поступает значительное количество свинца из естественных и антропогенных источников. К первым принадлежат: силикатная пыль, галоидные соединения, дым лесных пожаров, морские соли, метеоритная пыль, а из второго - сгорание этилового бензина, других видов топлива, инсектициды, распахивание земель, но др. Так, известно, что в настоящий момент в мире ежегодно производится около 3, 5 тыс. тонн свинца, из которых от 2, 5 тыс. тонн до 3, 1 тыс. тонн сгорает с этиловым бензином.
По данным И.И. Скрипниченко и Б.М. Золотаревой (1981), токсические концентрации свинца в почве для большинства растений находятся в пределах 1000-2000 мг/кг. Однако некоторые виды растений погибают уже при содержимом его около 500 мг/кг. Например, в пшенице за концентрации 500-1000 мг/кг этого элемента наблюдается снижение урожайности на 10 %, в то время как овес без видимых изменений выдерживает загрязненность свинца до 1500 мг/кг почве, а некоторые виды растений даже - 10 г/кг почвы.
|
|
|
Свинец негативно влияет на биологическое свойство в почве, ингибируя активность ферментов (в особенности дегидрогеназу и уреазу) уменьшением интенсивности выделения углекислого газа и численности микроорганизмов. Свинец вызывает нарушение метаболизма микроорганизмов, особенно процессов дыхания и клеточного разделения.
Нагромождение свинца в организме человека может вызывать серьезные заболевания, такие, как свинцовые энцефалопатии, вырождения периферических нервов, венозный стаз, псевдосклероз, сердечная гипертония, цирроз печени и др.
Существуют и другие металлы, загрязнение почв которыми негативно отражается на жизнедеятельности живых организмов. Однако если они содержатся в почве в концентрации, что не превышают допустимую, при нейтральной величине рН, эти металлы не влияют негативно на растения, а, следовательно, на животных и людей. В тех случаях, когда концентрация тяжелых металлов (за исключением молибдена и селена) в почве превышает допустимые пределы, их токсичность можно блокировать путем изменения рН почвы к нейтральной или слабощелочной реакции, применяя известкование кислых почв, внося известняковые материалы. Кроме того, для снижения концентрации тяжелых металлов рекомендуется плантажная пахота на 40-50 см с вынесением на поверхность нижних горизонтов почв, которые содержат меньше тяжелых металлов. К радикальным мероприятиям борьбы из загрязнения почв принадлежит удаление поверхностного загрязненного слоя почвы, покрытия его, незагрязненным слоем не менее 30 см, который бы исключал перемещение металлов из почвы в растения. Возможно также применения некоторых растений, которые осаждают и обезвреживают избыток тяжелых металлов в почве.
К агротехническим приемам борьбы с загрязненностью почв тяжелыми металлами принадлежат известкование и внесение органических удобрений. Благодаря известкованию удается в несколько раз уменьшить содержание свинца в сельскохозяйственных культурах, которые выращивают на загрязненных почвах. Известь наиболее эффективна на почвах, загрязненных кадмием.
|
|
|
Высокими свойствами детоксикации характеризуются гной, торф, компосты, а также цеолит.
Большую роль в локализации тяжелых металлов играют зеленые насаждения. Да, посадка вдоль автомагистралей сплошной полосы из боярышника и клена полевого снижает содержание свинца в овощах, которые выращивают в зоне влияния автострад, на 30-50%.
Существует и ряд биологических методов, например: выращивания растений, которые слабо реагируют на избыток тяжелых металлов в почве; выращивание на загрязненных почвах культур, которые не употребляют животные и люди. Наиболее загрязненные участки необходимо отводить под посадку леса и выращивание декоративных растений.
Охрана почв от загрязнения радиоактивными веществами
К радиоактивным элементам, которые могут загрязнять почву и является наиболее опасными принадлежат: Ва, U и особенно элементы с длительным периодом распада, как, например, Cs (50 лет) и Sr (27 лет).
Потенциальными источниками радиоактивного загрязнения могут быть аварии или несчастные случаи на атомных установках. Однако ионизирующее излучение в природе существует, и существовало раньше. Это связано с космической радиацией, которая заполняет все междузвездные и даже межгалактические пространства. Кроме ионизирующего излучения космических элементов, человек поддается влиянию теллуровых компонентов, вызванных наличием в земной коре многих радиоактивных элементов, которые постоянно излучают радиацию.
В 50-80 годах важным источником радиоактивного загрязнения почв было испытание атомных бомб, а в 1986 году - авария на ЧАЭС.
Радиоактивные элементы в почве мигрируют преимущественно двумя способами. Первый предопределяется перемещением их в результате хозяйственной деятельности человека, а второй - физико-химическими свойствами, как почвы, так и отдельных изотопов. Существенное значение в этом процессе имеют: форма соединений, в которых находятся радионуклиды, наличие в почве ионов, близких за химическими свойствами к радиоизотопам, рН среды, количество осадков, и некоторые грунтово-климатические условия. Да, из крутых склонов радионуклиды вместе с частицами почвы могут сноситься поверхностными стоками и накапливаться в низинах и водных источниках.
В почве, особенно в ее верхнем горизонте, концентрируются радиоактивный стронций (Sr) и цезий (Cs), откуда они попадают в растения или животные.
Поскольку эти радиоактивные элементы имеют длительный период распада, их последующая судьба в почве, проникновения в растения представляют интерес для здравоохранения людей.
|
|
|
В последнее время придается большое значение углерода С, который выделяется под воздействием космических лучей, отсоединяясь от азота. Он может накапливаться в грунте, откуда легко поступает в растения, а позже попадает в органы животных и людей. Однако нет еще сведений о его токсичности в больших концентрациях.
Борьбу с радиоактивным загрязнением в Украине в настоящий момент ведут специальные подразделы Министерства из чрезвычайных ситуаций.
Охрана грунта от загрязнения экскрементами животных
Экскременты животных и птицы благодаря высокому содержанию органического вещества, а также питательных элементов (фосфор, калий, микроэлементы) издавна считаются ценным удобрением. Однако внесение их в избыточных количествах, то есть в дозах, которые превышают потребности растений, ведет к нарушению механизма преобразования и может ухудшить свойства грунта (водопроницаемость, влагоемкость, содержимое кислорода, и др.), а, следовательно, и плодородие почвы.
Одновременно с основными питательными элементами (азотом, фосфором и калием), которые содержатся в экскрементах животных, в почву попадают и могут накапливаться в токсичных концентрациях и другие соединения, которые негативно влияют на грунт и растения.
Исследования показывают, что внесение в почву экскрементов животных в дозах, которые превышают оптимальную (45 т/га на год), негативно отражается на плодородии почв и жизнедеятельности микроорганизмов и растений. Например, в грунте появляется избыток растворимых солей, которые могут задерживать рост, или вымываются в грунтовые воды. Вместе с экскрементами в почву попадают медь и мышьяк, которые добавляют в корм для птицы против некоторых заболеваний или для стимуляции роста. Нитраты, присутствующие в почве в избыточном количестве, могут мигрировать через грунтовой профиль к грунтовым водам, а также смываться поверхностными водами в процессе эрозии.
Учитывая это, основными мероприятиями охраны почв от загрязнения экскрементами животных является нормируемое кормление животных и использование органических удобрений в оптимальных количествах.
Охрана почв от засоления
Под засолением понимают избыточное содержимое в верхнем слое грунта солей, которые пагубно действуют на развитие сельскохозяйственных культур. К токсичным солям, которые имеют ядовитое влияние на растительный организм, принадлежат: NACI, CaCI2, Na2SO4, MgSO4, NaHCO3, Na2CO3 и к нетоксичным - CaSO4, CaCO3.
Различают два вида засоления - первичное и вторичное. Первичное засоление почв проявляется в естественных условиях и обусловлено такими факторами, как глубина и минерализация грунтовых вод, гранулометрический состав, строение и складень почвы, водообмен, климатические условия и др.
Вторичное засоление грунта обусловлено производственной деятельностью человека через ненормируемое орошение и отсутствие естественного или искусственного дренажа. В случае этого засоления грунта наблюдается разрушение грунтовых агрегатов и уплотнение почвы, повышения уровня грунтовых вод и поднятия солевых растворов, к поверхности, испарение из поверхности почвы и отложение солей в верхнем слое грунта. Для избежания или уменьшения засоления почв необходимо применять комплекс агротехнических и гидромелиоративных мероприятий, которые включают дренаж, планирование, капиллярную и эксплуатационную промывку почв, капитальное промывание и тому подобное.
Охрана почв от загрязнения пестицидами
Пестициды - это химические средства борьбы с вредными организмами: насекомыми (инсектициды), болезнями (фунгициды), сорняками (гербициды), но др.
Применение пестицидов, прежде всего, направлено на уменьшение вредных организмов и повышение урожайности сельскохозяйственных культур. Ведь, по данным Л.Д. Воронова (1977), убытки в результате вредителей в среднем составляют 14 %, болезней - 12 % и зарослей бурьяном - 9 %.
Одним из негативных результатов применения пестицидов в агроэкологическом аспекте есть возможность нарушения существующего равновесия численности видов в конкретных популяциях. В результате химических обработок погибают не только вредные организмы, но и много полезных видов. А исчезновение их из агроэкосистемы может привести к значительным изменениям в характере функционирования экосистемы в целом. Под воздействием пестицидов, может изменяться состав вредных насекомых и клещей, при этом на смену одних вредных организмов приходят другие.
В то же время, как показывает многолетняя практика, применение пестицидов, в мире является составной частью современной технологии выращивания сельскохозяйственных культур, без применения которых нельзя получить необходимые для населения продукты питания. В связи с этим многие исследователи и практики высказываются против сокращения или полного отказа от использования химических средств защиты растений.
Невзирая на это, нужно помнить, что систематическое применение пестицидов в земледелии приводит к тому, что они становятся постоянным экологическим фактором, который изменяет и формирует макро- и микроценозы.
Важной экологической характеристикой пестицидов является их способность мигрировать в профиле грунта и создавать тем самым опасность загрязнения грунтовых вод.
Персистентность пестицидов в почве зависит от применяемой дозы и формы их внесения, адсорбционной способности, повторности обработок, распределения препарата в почве, типа почвы, добавок к пестицидам разных веществ, его рН, температуры, влажности, комбинации пестицидов и тому подобное.
В процессе решения вопроса эффективного и безопасного для окружающей среды применения пестицидов реализуются разные подходы. Постоянно совершенствуется ассортимент пестицидов за счет включения к ним менее токсичных и персистентных препаратов, разрабатывают и внедряют в практику новые технологии и мероприятия, которые позволяют снизить содержание в объектах окружающей среды остатков недостаточно "экологических" за своими характеристиками пестицидов и их негативное влияние на агрофитоценозы, животных и людей.
Важную роль в снижении и предотвращении негативных последствий интенсивного применения пестицидов в земледелии играет контроль за содержимым их остатков в объектах окружающей среды, растениеводческой продукции, кормах и продуктах питания растительного происхождения. Учет результатов контроля над остатками пестицидов позволяет существенно снизить или устранить полностью негативные последствия применения пестицидов.
Одним из путей решения проблемы загрязнения почвы пестицидами является усовершенствование их ассортимента. Наиболее перспективными пестицидами в этом отношении могут быть органические соединения фосфора, производные алифатических карбоновых кислот, производные карбаминовой и тиокарбаминовой кислот.
Для предотвращения нагромождения стойких пестицидов в почвах необходимо шире чередовать пестициды с учетом их персистентности дифференцирования для различных грунтово-климатических зон.
Для защиты почвы от загрязнения совершенствуют способы применения пестицидов. В последние годы значительно сократилось использование порохообразных препаратов, и увеличился ассортимент в виде эмульсии и смачиваемых порошков, которые применяются путем опрыскивания, а также препаратов, в виде гранул.
Снизить фитотоксичность остатков гербицидов могут также внесенные в почву разные вещества, которые влияют на гербициды. Такое влияние, в частности, имеет активированный уголь. Использование его в дозе от 150 до 600 кг/гектара существенно снижает или полностью устраняет фитотоксичное действие остатков гербицидов на картофеле, сахарной свекле и тому подобное.
Охрана почв от загрязнения минеральными удобрениями
Современное земледелие базируется на широком использовании минеральных удобрений как основного средства повышения плодородия почвы и получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур. Однако, избыточное, недостаточно обоснованное, их использование приводит к загрязнению почвы, а также накоплению их, в продовольственных товарах, кормах, поверхностных и грунтовых водах.
Учитывая это, нужен четкий контроль над правильным их использованием. Например, применение удобрений можно регламентировать агротехническими и санитарно-гигиеническими нормативами, нормой удобрений на единицу площади, соотношением питательных элементов для отдельных культур, сроками и способами внесения, и тому подобное.
Да, институтом почвоведения и агрохимии (ИГА) УААН разработаны рекомендации относительно эколого-токсического регламентирования использования удобрений, согласно которого предусматривается вносить не больше 140 кг/гектара азота под озимую пшеницу (160 кг/гектара в случае орошения), 100 - под озимую рожь и ярый ячмень, 120 - под кукурузу (180 кг/гектара в случае орошения), 65 - под гречиху, 75 - под просо, 170 - под рис, 160 - под сахарную свеклу, 120 - под картофель, 90 - под табак, 60 - под огурцы и столовую свеклу и морковь.
Одновременно рекомендуется сбалансировать азотные удобрения фосфорными и калийными, а в отдельных случаях и микроэлементами.
Для предотвращения нагромождения нитратов в растениях азотные минеральные удобрения нужно вносить частями в строгом соответствии с потребностями сельскохозяйственных культур за основными этапами органогенеза на основании данных грунтово-растениеводческой диагностики. Одновременно доказано, что нецелесообразно применять некоторые азотные удобрения на очень кислых почвах, а также на территориях первого пояса зоны санитарной охраны централизованного водоснабжения, на мерзлоталой почве.
Значительно уменьшить избыток нитратов в почве и растениях можно за счет соединенного внесения органических и минеральных удобрений, соломы, сидерации.
Загрязнение почвы предопределено не только количеством внесенных минеральных удобрений, но и низкой культурой химизации земледелия, использованием несовершенных технологий выращивания сельскохозяйственных культур, а также применением примитивных машин.
Причиной загрязнения почвы часто является использование как химических мелиорантов побочных продуктов промышленных предприятий (особенно цементных, серных и металлургических заводов), которые содержат большое количество балластных веществ, большинство из которых является токсичным. Например, для мелиорации солонцов часто используют фосфогипс как отходы химической промышленности. Однако к этому нужно относиться осторожно, потому что в фосфогипсе содержится фтор, который очень вредный для растений и животных.
экосистема загрязнение почва природопользование
|
|
|
