Хозяйственной деятельности человека

Наиболее серьезные последствия для почвенной биоты и человека связаны с изменением химических свойств почвы, поскольку эти изменения непосредственно влияют на метаболизм живых организмов.

Основное внимание будет уделено изменению химических свойств почв в глобальном масштабе: дегумификации, потере почвами элементов питания и их загрязнению.

Потеря почвами гумуса (дегумификация) как деградационный процесс известна давно и характерна для почв агроценозов во всех странах мира, но количественная оценка и планетарные масштабы этого явления были вскрыты лишь в последние годы.

Уничтожение естественной растительности и распашка целинных земель приводит к резкому изменению гидротермического режима и биологического круговорота веществ в агроценозах, в том числе, резко меняется цикл углерода. Результатом распашки почв в течение первых лет является резкое снижение их гумусированности на 25–50 % от исходного количества. Последующая эволюция гумусного состояния этих почв будет зависеть от используемых технологий земледелия. При эффективном ведении хозяйства, направленном на сохранение и воспроизводство почвенного плодородия, происходит стабилизация гумусного состояния почв. Однако чаще имеет место прогрессирующее сокращение запасов органического вещества почв. Вынос органического вещества в агроценозах всех стран ежегодно составляет 1–2 % [14]. По данным Г. В. Мотузовой, в Российской Федерации на долю почв с низким содержанием гумуса приходится 50 % всех пахотных почв, с критическим уровнем – 15%. В Московской области за период с 1987 по 1999 гг. доля почв с низкой обеспеченностью гумусом возросла с 26 до 40 %. В почвах черноземной зоны РФ за 100 лет потери гумуса в среднем составили 20–30 % от исходного запаса. За последние десятилетия дегумификация усилилась из-за резкого снижения внесения органических и минеральных удобрений.

Глобальный баланс дегумификации был оценен Б. Г. Розановым (1990). До того как деятельность человека начала играть важную роль в эволюции почв среднее содержание органического углерода в них составляло 2%, а средний запас органического вещества – 13000 т/км², общий запас органического углерода в гумусе планеты – 1700 млрд т. Современное гумусное состояние почв, подвергшихся воздействию человека, существенно изменилось: в пахотных почвах содержание органического углерода составило 1,5 %, средний запас органического вещества – 900 т/км², общий запас органического углерода – 135 млрд т; в почвах бедлендов среднее содержание органического углерода – 0,25 %, средний запас органического углерода – 7 млрд т. В почвах, не подвергшихся воздействию человека, запас гумуса оценен Б. Г. Розановым в 1290 млрд т органического углерода. Итого, современный общий баланс органического углерода в почвенном покрове планеты составляет 1432 млрд тонн. Таким образом, за 10 тыс. лет земледельческой цивилизации почвенный покров мира потерял 253 млрд т органического углерода вследствие антропогенного воздействия, 60 млрд т за счет современных пахотных земель, а в целом потери составили 313 млрд т (или 16 % от его исходного запаса).

По расчетам Г. В. Мотузовой [14], современная скорость дегумификации почвенного покрова планеты возросла за последние 50 лет почти в 25 раз по сравнению со средней многовековой скоростью. Многими исследователями показано, что в тропиках скорость разложения органического вещества в 4–6 раз выше, чем в умеренных широтах. Поэтому прогнозируемое повышение температуры на несколько градусов в связи с парниковым эффектом приведет к резкому усилению дегумификации почв умеренного пояса.

Последствия потери почвами гумуса многообразны:

- снижение запасов и доступности элементов питания для растений и микроорганизмов;

снижение биологической активности почвы;

- ухудшение структуры почвы, а также водо- и газообмена в них;

- изменение окислительно-восстановительных условий (часто – нарастание анаэробности);

- усиление парникового эффекта.

Процесс дегумификации рассматривается научным сообществом как расширяющаяся спираль с непредсказуемыми негативными экологическими последствиями вплоть до катастрофических.

Потеря почвами элементов питания в агроэкосистемах неизбежна за счет их выноса с урожаем. В искусственных экосистемах функция возврата элементов питания возложена на человека. Но процесс возврата питательных элементов в полной мере происходит далеко не всегда.

По агрохимическим показателям пахотные почвы РФ преимущественно являются низкопродуктивными. Тенденции к сокращению агротехнических и агромелиоративных мероприятий усилились в стране в последние десятилетия, снижается общий уровень культуры земледелия. На больших площадях почвы имеют низкий уровень содержания основных элементов питания и повышенную кислотность (табл. 4).

Недостаточно обеспечены фосфором пахотные почвы Урала, Восточной Сибири, Дальнего востока, Хабаровского края. Низкая обеспеченность сельскохозяйственных земель калием отмечается в Республике Коми, Туве, Ярославской, Калужской областях, Северо-Западном и Центральном регионах.

За последние годы в России резко упало применение удобрений, что особенно отрицательно сказывается на почвах со столь значительным недостатком элементов питания. В настоящее время на больших площадях минеральные удобрения не восполняют потери почвами элементов питании. Нередко вынос питательных веществ из почв с урожаем и сорняками в несколько раз превышает их поступление с удобрениями.

Наряду с основными элементами питания, почвы пахотных угодий недостаточно обеспечены микроэлементами. К микроэлементам первоочередной необходимости относят цинк, медь, марганец, кобальт, молибден, бор. Особенно велика доля (80–96 %) почв, требующих внесения молибденовых, цинковых и кобальтовых удобрений.

Таблица 4

Площади сельскохозяйственных угодий с неудовлетворительными агрохимическими показателями (1994 г.), % [14]

 

Регион страны	Повышенная кислотность	Низкое и очень низкое содержание элементов питания
Р2О5	К2О
Северный
Северо-Западный
Центральный
Волго-Вятский
Уральский
Восточно-Сибирский
Дальневосточный

 

Загрязнение почв – один из опаснейших видов деградации почв и экосистем в целом. Главными источниками химического загрязнения почв являются:

- атмосферные выпадения в радиусе действия промышленных предприятий и добычи полезных ископаемых;

- отходы сельскохозяйственного производства и переработки сельхозпродукции;

- минеральные удобрения и средства химизации сельского хозяйства (пестициды, ядохимикаты, стимуляторы роста, ретарданты);

- автотранспорт;

- тепловые и атомные электростанции.

Значительная часть источников загрязнения почв имеет локальное действие, наиболее крупные оказывают влияние на региональном уровне и в планетарном масштабе, особенно при загрязнении через атмосферу и при использовании на больших площадях (минеральные удобрения).

Одним из таких глобальных процессов является поступление в атмосферу оксидов углерода, серы и азота, образующихся при сжигании топлива.

Оксиды углерода – СО₂ и СО (угарный газ) – не оказывают прямого влияния на почвенные свойства, их действие происходит опосредовано. Содержание углекислого газа в атмосфере промышленных регионов повысилось по сравнению с фоном на 10 %, и рассчитано, что его поступление ежегодно растет на 0,3 %. Локальных и региональных последствий это событие не имеет, но очень значимо на глобальном уровне. Увеличение СО₂ в атмосфере – одна из причин «парникового эффекта», повышающего температуру на планете. Угарный газ проявляет токсическое действие на локальном уровне, и оно достаточно продолжительно, поскольку газ сохраняется в атмосфере до трех лет [15].

Действие оксидов азота и серы на почвы и экосистемы суши проявляется на всех возможных уровнях. Их экологическая опасность связана со способностью данных оксидов растворяться в атмосферных осадках с образованием азотной и серной кислот и формировать кислотные дожди. Поступившие в атмосферу оксиды серы и азота и кислые продукты их превращения сохраняются в атмосфере в течение нескольких суток. За это время они могут быть перенесены воздушными потоками на сотни и тысячи километров от источника выброса, и проблема кислотного загрязнения приобретает не только локальный и региональный, но и глобальный характер.

Основная часть выбросов SO₂ (94 %) сосредоточена в Северном полушарии. Это два крупных региона с хронически кислыми атмосферными осадками: промышленный северо-восток США (рН атмосферных выпадений 4,1–4,2) и Центральная и Северная Европа, главным образом, Германия и Великобритания – (рН 4,1–4,5). В нашей стране, помимо локальных выпадений кислотных дождей, существует проблема трансграничного переноса, имеющая региональный характер. Наиболее заметны проблемы трансграничного переноса в Прибалтике и на северо-западе Европейской части России. Здесь рН в среднем составляет 4,4–4,8, а минимальные значения снижаются до 3,7.

Считается, что рН незагрязненных осадков составляет примерно 5,6; присутствие в атмосфере примесей терригенного происхождения (пыль) расширяет диапазон рН от 5 до 7. Наиболее низкие значения рН атмосферных осадков отмечаются вблизи крупных металлургических комбинатов. Если сернистый ангидрид не нейтрализуется, рН дождевых и снеговых вод может опускаться ниже 3. Самое низкое значение за всю историю исследования атмосферных осадков зафиксировано в США и составляет 1,9.

Однако кислотность и состав осадков не являются основными факторами, контролирующими прохождение процессов в почве. Более существенными являются свойства самих почв, подвергающихся воздействию осадков. Кислотные дожди с одинаковыми значениями рН могут вызывать различные последствия на разных почвах. Большинство исследователей предлагают использовать в качестве основных параметров устойчивости почв сумму обменных оснований, степень насыщенности ППК и емкость катионного обмена. Эти характеристики косвенно отражают содержание гумуса, карбонатов, минералогию и механический состав, т. е. свойства, определяющие буферность почв. Изменение одного или нескольких признаков из приведенного перечня меняет буферные свойства.

Наиболее чувствительны к действию кислотных выпадений почвы легкого механического состава, с высокой водопроницаемостью, с низким содержанием обменных оснований и гумуса, слабой сульфат-адсорбционной способностью, кислой рН и низкой степенью насыщенности ППК. Этой характеристике наиболее соответствуют песчаные подзолы. Слабочувствительными к кислотным выпадениям являются некарбонатные глинистые почвы с рН около 6; а также кислые почвы с рН меньше 5, умеренным содержанием гумуса и емкостью поглощения от 6,2 до 15,4 мг-экв/100 г почвы. Нечувствительными являются нейтральные почвы с рН > 6 и сильнокислые с рН < 4 и емкостью катионного обмена больше 15,4 мг-экв/100 г почвы, а также почвы карбонатного состава [14].

Под влиянием кислотных осадков почвы претерпевают следующие изменения.

Кислые растворы вызывают ускоренное выветривание минералов, происходит переход необменных форм элементов в обменные; при кислотном воздействии в нейтральных, богатых гумусом почвах с высокой степенью насыщенности основаниями преобладает протонно-кальциевый обмен; в кислых субарктических и подзолистых почвах интенсивно выносится магний; в дерново-подзолистых – марганец и магний; в бурых лесных – кальций и магний.

Из-за повышения растворимости алюмосиликатов возрастает количество подвижного железа и алюминия, растет опасность проявления токсичных свойств этих металлов.

Повышается мобильность элементов c фитотоксичным и свойствами (Mn, Zn, Cd, Co, Ni).

Меняется скорость разложения органического материала (особенно на стадии минерализации), тормозится переход N и P в доступные растениям формы.

Меняется качественный состав гумуса: высвобождаются в раствор простые органические кислоты (ди- и трикарбоновые). Они обладают высокой хелатирующей способностью и мобилизуют в почвенный раствор больше железа, алюминия, микроэлементов. Кроме того, меняется подвижность гумусовых соединений в связи с их осаждением ионами алюминия и железа. Следствием этого процесса является снижение водорастворимых органических соединений в почве.

Изменения почвенных свойств отражаются, в первую очередь, на жизненном состоянии и структуре растительного компонента биогеоценоза, а также охватывают и других обитателей почв. Перечень основных последствий воздействия кислотных дождей на растения таков:

- затрудняется поглощение катионов корнями растений из-за снижения отрицательного заряда поверхности корней;

- снижается доступность кальция, калия, магния из-за их выноса из ризосферы;

- подвижный алюминий подавляет процессы клеточного деления, уменьшает интенсивность дыхания, нарушает транспорт питательных веществ;

- появление признаков хлороза у растений, т. к. Mn, Zn, Cd, Co, Ni – антагонисты железа;

- снижается устойчивость растений к болезням и неблагоприятным факторам среды.

Подобного рода изменения в питании и метаболизме растений вызывают снижение их устойчивости к воздействию насекомых, патогенных грибов, бактерий, вирусов, ослабляют морозо- и засухоустойчивость. Среди деревьев наиболее чувствительны к закислению хвойные, из низших растений – лишайники; высокой чувствительностью обладает подрост и растения с поверхностной корневой системой.

Если почва не обладает достаточной буферностью, то происходит попадание кислых почвенных растворов в почвенно-грунтовые и поверхностные воды. Пресноводные системы обладают меньшей буферностью, чем почвы, и кислотность озерных вод может снижаться до 5,0–5,5. При этом нарушается ионное равновесие в жабрах рыб, наиболее чувствительными являются сиговые.

Особое значение в последнее время приобрело загрязнение группой поллютантов, получивших название тяжелые металлы (ТМ). Кроме металлов к этой группе относят некоторые металлоиды, обнаруживаемые в составе загрязняющих веществ, – As, Sb, Se, B, Mo.

ТМ – группа химических элементов, имеющих плотность более 5 г/см³. Этот термин заимствован из технической литературы, где металлы делятся на «легкие» и «тяжелые». Для биологических объектов правильнее руководствоваться не плотностью, а атомной массой, т. е. относить к «тяжелым» все металлы с атомной массой более 50.

Представления об обязательной токсичности ТМ являются заблуждением, т. к. в эту группу входят и жизненно важные для организмов медь, цинк, молибден, кобальт, марганец, железо. Группа ТМ по сути совпадает с понятием микроэлементы – обязательные для живых организмов химические элементы, содержание которых измеряется величинами порядка n*10^-2 – n*10^-5 %. Также эти элементы называют следовые, массовые, редкие, рассеянные.

Недостаточное или избыточное содержание этих элементов в почвах связано с двумя факторами: биогеохимическими особенностями экосистем; влиянием техногенных потоков вещества. Районы, в которых концентрация химических соединений в силу природных причин оказывается выше или ниже оптимальной, называются биогеохимическими провинциями. Их появление связано с особенностями почвообразующих пород, почвообразовательного процесса, а также с присутствием рудных аномалий.

Антропогенное загрязнение биосферы химическими элементами привело к формированию техногенных аномалий, в которых содержание химических элементов в десятки раз превышает фоновое содержание их в ландшафтах. В результате могут формироваться глобальные аномалии, охватывающие весь Земной шар; региональные, охватывающие части материка, страны и области; локальные, радиусом в несколько десятков километров. Для таких повышенных концентраций элементов термин «микроэлементы» уже непригоден, и следует использовать термин «тяжелые металлы».

«Металлический пресс» на биосферу, названный В. И. Вернадским «металлизацией», усиливается, и размеры его, по-видимому, будут продолжать расти. Задача науки состоит в изучении возникшей ситуации и выработки приемов противодействия процессу загрязнения среды ТМ. Для этого необходимо знать потенциальную опасность различных металлов и закономерности их поведения в системе «почва – живой организм», характер и интенсивность включения ТМ в пищевые цепи.

Металлы, поступающие на поверхность почвы, накапливаются в ее толще, особенно в верхних гумусо-аккумулятивных горизонтах, и медленно удаляются. Для ТМ принято отмечать период полуудаления (по аналогии с радиоактивными элементами) – удаление половины от начальной концентрации. Для разных элементов период полуудаления сильно варьирует: для цинка – 70–510 лет, кадмия – 13–110 лет, меди – 310–1500 лет, свинца – 740–5900 лет [17].

Распределение ТМ в ландшафте зависит от расстояния до источника загрязнения, климатических условий (силы и направления ветров, количества осадков), рельефа местности и технологических факторов (фазовое состояние отходов, способ поступления в окружающую среду, высота труб предприятий).

Загрязняющие вещества могут находиться в любом фазовом состоянии, но преобладающим является загрязнение аэрозолями. Крупные частицы аэрозолей (>2мкм) выпадают в пределах нескольких километров от источника, формируя зону максимальной концентрации поллютантов. Загрязнение может распространяться на десятки километров, размер и форма ареала загрязнения зависит от вышеназванных факторов.

На характер распределения ТМ в почвах влияет весь комплекс почвенных условий и свойства самих элементов. Механический состав оказывает прямое влияние на закрепление ТМ и их подвижность: количество поглощенных элементов линейно зависит от присутствия тонкодисперсных глинистых минералов и органических веществ. Почва тяжелого механического состава сорбирует ТМ и характеризуется меньшей потенциальной опасностью их поступления в растения. Песчаные почвы менее всего удерживают ТМ, и вероятность включения их в трофические цепи возрастает.

Аккумуляция основной части загрязнителей происходит преимущественно в гумусо-аккумулятивном горизонте. Связываются ТМ с алюмосиликатами, несиликатными минералами и органическими веществами. Металлы и металлоиды могут образовывать сложные комплексоы с гумусом, поэтому почвы с высоким содержанием гумуса удерживают больше ТМ, они становятся менее доступны для растений.

Увеличение кислотности сопровождается повышением растворимости соединений металлов, но ограничением растворимости металлоидов.

Значительное влияние на поведение металлов оказывает характер увлажнения почв. Избыток влаги в почве способствует появлению ТМ с низкой степенью окисления и в более растворимых формах. Анаэробные условия повышают доступность металлов для растений. В условиях промывного водного режима металлы и металлоиды могут быть вынесены за пределы почвенного профиля и стать источником вторичного загрязнения подземных вод.

Однако решающим фактором в распределении ТМ в биосфере является тип почвенно-геохимического барьера. Геохимическим барьером называется участок, где на коротком расстоянии происходит резкое снижение миграционной способности химических элементов, приводящее к их накоплению. Геохимические барьеры могут быть механическими, физико-химическими, биогеохимическими, техногенными. Механический барьер – участок резкого уменьшения интенсивности механической миграции химических элементов. Такие барьеры образуются на путях распространения литохимических потоков рассеивания в результате уменьшения скорости и несущей способности потока и, как следствие, выпадения тяжелой фракции (россыпи золота, платины, олова и др.). Биогеохимический барьер связан с биогенным концентрированием химических элементов. Примером такого барьера является верхний гумусовый слой почвы, где концентрируются металлы в результате образования различных малорастворимых металлоорганических соединений. На биогеохимических барьерах образуются залежи горючих ископаемых (угля, торфа, нефти), происходит образование залежей известняка, фосфоритов, селитры. Физико - химический барьер – наиболее обширный тип геохимических барьеров, обусловлен изменением интенсивности миграционных потоков элементов в результате протекания различных физико-химических процессов в литосфере и гидросфере. Техногенные геохимические барьеры связаны с деятельностью человека, приводящей к образованию техногенных потоков рассеивания химических элементов и их концентрированию в различных геосферах. Примером является складирование и захоронение отходов, в которых содержание химических элементов в десятки и сотни раз превышает их кларковые значения в литосфере. Типы почвенных геохимических барьеров и связанная с ними подвижность и характер накопления ТМ представлены в табл. 5.

Последствия воздействия тяжелых металлов на живые организмы и биоценозы многообразны [14–16]. Первыми «удар» ТМ принимают микроорганизмы, водоросли, грибы и растения. Для клеток ТМ являются протоплазматическими ядами, токсичность их возрастает по мере увеличения атомной массы. ТМ способны ингибировать активность ферментов, усиливать распад АТФ, изменять проницаемость мембран и конкурировать с другими металлами, входящими в состав жизненно важных молекул (ферменты, пигменты и др.).

Таблица 5

Типы почвенных геохимических барьеров

(по М. А. Глазовской, 1988)

Кислотно-основные условия	Окислительно-восстановительные условия	Тип барьера	Подвижность и накопление химических элементов
Слабо подвижные, активно накапливаются	Умеренно подвижные, частично накапливаются	Легко подвижные, выносятся
Очень токсичные	Менее токсичные	Очень токсичные	Менее токсичные	Очень токсичные	Менее токсичные
Кислые	Окислительные	Окислительный кислый	_	Mn, Mo	Pb, As, Se	Ni, Cr, V	Cd, Hg	Cu, Zn
Восстановительные	Восстановительный кислый	As, Se	Mo, V	Pb, Cd, Hg	Ni, Cr, Zn, Cu, Co	_	_
Нейтральные и щелочные	Окислительные	Окислительный нейтральный и щелочной	Pb	_	Hg, Cd	Zn, Mo, Cu, Co, Ni, Cr	As, Se	_
Окислительные с испарительной концентрацией	Окислительный испарительный	Pb	_	Hg, Cd	Zn, Mo, Cu, Co, Ni, Cr	As, Se*	_
Восстановительные глеевые	Восстановительный нейтральный и щелочной	Pb, Cd	Cu, Zn, Co	As, Se	Mo, V, U, Ag	Hg	Ni
Восстановительные сероводородные	Восстановительный сероводородный	Ps, Cd, Ag, Hg, Se	Cu, Zn, Co, Ni, Ga, Ag	_	V, U, Mo	_	_

* Концентрируются на испарительном барьере.

 

 

Тяжелые металлы изменяют протекание процессов и на популяционном уровне: подавляется азотфиксация, разложение органического вещества, прорастание спор грибов; нарушается дыхание и ферментативная активность почвы, проявляется микробостатический и генотоксический эффект. В целом при хроническом загрязнении ТМ первичные сообщества почв сменяются вторичными, нетипичными, в которых мало разнообразие и преобладают один-два устойчивых вида. Установлено, что в почвах с высоким содержанием ТМ доминируют виды грибов, обладающих фитотоксическим действием на прорастающие семена, а некоторые из них становятся возбудителями заболеваний животных и человека. Такие сукцессии меняют характер круговоротов основных биогенов, следствием чего может стать появление почв с нетипичными свойствами и признаками.

Наибольшую опасность для высших организмов представляют последствия микробной трансформации неорганических соединений ТМ в органометаллические (ртуть – метилртуть). Образовавшиеся соединения могут поступать в биологические объекты и накапливаться в трофических цепях. Так, аккумуляция ТМ грибами привела к отравлениям и заболеваниям людей в ряде европейских стран в районах высокого уровня промышленного и транспортного загрязнения. Причем наиболее высокое содержание ТМ отмечено в плодовых телах наилучших съедобных грибов рр. Boletus и Agaricus (ртуть – до 0,22 мг/кг, кадмий – до 19,0 мг/кг).

Воздействие тяжелых металлов на растения разнообразно и неоднозначно. Фитотоксичность металлов и устойчивость к ним растений зависит от разных условий. Существенное значение имеет вид металла и количество, находящееся в почвенном растворе. Есть виды растений, способные концентрировать отдельные тяжелые металлы без видимых признаков угнетения. О механизмах устойчивости культур к разным видам ТМ известно еще мало. Устойчивость растения по отношению к одному металлу, как правило, не распространяется на другие. Есть предположения, что это свойство организмов находится под генетическим контролем и может быть использовано при выведении новых сортов растений, способных давать урожай незагрязненной продукции на загрязненной почве.

Анализ золы различных частей растений показывает, что тяжелых металлов больше содержится в корнях, затем идут стебли и листья и, наконец, семена, клубни. Это перераспределение ТМ по органам растения физиологи связывают с преобладающим типом транспорта ТМ. Главный путь транспорта ТМ в растения – апопластический (по ксилеме и клеточным оболочкам); поэтому тяжелыми металлами богаче те органы растения, которые получают растворы по апопласту – корни, стебли, листья, корнеплоды. Клубни, а также репродуктивные органы снабжаются веществами за счет симпластического транспорта. При этом типе транспорта вещества двигаются по плазмодесмам, этот транспорт включает мембранный перенос, следовательно, избирательность. Главный концентратор ТМ в клубнях – их покровы, вступающие в контакт с почвой.

Огромный масштаб имеет загрязнение природных ландшафтов нефтью и нефтепродуктами. Нефть – жидкое горючее полезное ископаемое, ее ежегодная мировая добыча составляет 2,5 млрд т и увеличивается ежегодно на 5 %. Нефтепродукты – это товарная сырая нефть, прошедшая переработку на промысле, и продукты ее переработки, используемые в хозяйственной деятельности.

Загрязнение почвнефтью и нефтепродуктами происходит при добыче, транспортировке, переработке и их непосредственном использовании. Потери составляют около 50 млн т /год, их основные причины – аварии на нефтепромыслах, разрывы нефтепроводов. Существенный вред причиняют природной среде полиароматические углеводороды, образующиеся при сгорании топлива, из-за их устойчивости к разложению и высокой токсичности. Экологические последствия загрязнения ландшафта нефтью и нефтепродуктами зависят от свойств загрязняющих веществ и ландшафта.

Нефть – смесь большого числа веществ (>450) с различными молекулярными массами и разными свойствами, практически нерастворимых в воде. В жидких углеводородах растворены твердые и газообразные. Нефть включает легкие (летучие) и тяжелые фракции. Летучие фракции обладают повышенной токсичностью для обитателей почвы, но действие их кратковременно. Тяжелые фракции нефти, включающие смолы, асфальтены, парафины, малоподвижны, они закупоривают поры почвы, склеивают почвенные частицы. При этом меняются водно-физические свойства почв, нарушается водообмен, снижается поступление воды к корням растений.

Трансформация нефти происходит за счет абиотических (окисление и фотохимическое разложение) и биотических процессов. Большое значение в природе имеет микробиологическое разложение нефти углеводородокисляющими бактериями. Конечными продуктами микробиологической трансформации являются низкомолекулярные органические соединения, которые могут встраиваться в макромолекулы природных органических веществ.

В почвах, загрязненных нефтью, наблюдаются следующие изменения:

- изменение всех почвенных свойств (морфологических, физических, химических и строения почвенного профиля);

- нарушение природного соотношения между отдельными группами и фракциями органического вещества почв;

- проникновение нефти и нефтепродуктов в грунтовые воды;

- нарушение экологического равновесия в почвенной экосистеме;

- снижение почвенного плодородия и создание токсикологически опасных ситуаций.

Благодаря наличию природных механизмов разрушения нефти и нефтепродуктов, почвы могут сами очищаться от этого вида загрязнения и обладают определенным потенциалом самоочищения. Однако существует такой уровень концентрации нефтепродуктов, выше которого почва не может справиться с загрязнением. Этот уровень называют пределом потенциала самоочищения (ППС). Самоочищение почвы от нефти зависит от климатических условий (осадки, температура) и свойств почвы (содержания гумуса, гранулометрического состава, рН, биологической активности).

Значения ППС по нефтепродуктам, выше которых предусматривается рекультивация, в разных странах различны: в Канаде – 1000 мг/кг, в Голландии – 5000 мг/кг, в России – 10000 мг/кг. При этом нарушения в структуре сапротрофного микробного сообщества, соответствующие состоянию стресса, по данным собственных исследований автора, начинают отмечаться уже при концентрации дизельного топлива 1000 мг/кг почвы.

Полное изменение структуры микробного сообщества происходит при его концентрации 70 000 мг/кг, в этом случае из десятков видов сапротрофных микроорганизмов остаются функционирующими 2–4 вида устойчивых к этому загрязнению. Прекращение роста растений наблюдается при количестве нефтепродуктов 3500 мг/кг, серьезный ущерб экосистеме наносится при концентрации нефтепродуктов 20000 мг/кг почвы.

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: