Загрязнение почв и источники ее загрязнения

Земельные ресурсы  Москвы подвержены загрязнению и  захламлению. Для характеристики загрязнения  почвы введен суммарный показатель загрязнения почвы (СПЗ): при СПЗ < 15 у.е. почва не опасна для здоровья населения; при

СПЗ 16—32 у.е. —  приводит к некоторому заболеванию  детей. На 25% площади

Москвы СПЗ > 32 у.е. (32—128 у.е.). При СПЗ > 128 у.е. очень  часто болеют взрослые и дети, и особенно сильно уровень СПЗ отражается на репродуктивной функции женщин. 
 
 
 
 

Потеря  почвы 

Для устойчивого  развития человеку необходимо осознать свое отрицательное воздействие  на почву и принять меры по снижению этого воздействия. 

Увеличение численности человечества приводит к более интенсивному землепользованию. Характер деятельности человека весьма разнообразен, и условно можно выделить следующие аспекты: а) сельское и лесное хозяйство; б) разнообразное строительство; в) горнотехнические мероприятия. 

Сельское и  лесное хозяйство включает земледелие, скотоводство, осушение заболоченных территорий, орошение, обводнение земель, распашку целины, вырубку лесов и  др. Разнообразное строительство  также уменьшает количество пахотных земель — строительство крупных водохранилищ, каналов, плотин, ГЭС, промышленных комплексов, городов, железных дорог, населенных пунктов, коммуникаций. Горнотехнические мероприятия, такие, как разработка и эксплуатация минерального сырья, добыча полезных ископаемых, в том числе нефти и подземных вод, также изымают большие территории пахотных земель из природных и агроэкосистем. В результате разрушения природных экосистем происходит потеря почвы. 

Самое разрушительное влияние на почву оказывает эрозия, т. е. процесс захватывания частиц почвы и их выноса водой (водяная эрозия) или ветром

(ветровая эрозия). Вынос может быть медленным  и слабым, когда почва медленно  выдувается в ходе ветровой  эрозии, и катастрофическим, когда  водная эрозия образует глубокие  овраги после сильного ливня (овражная эрозия). Растительный покров или естественный опал (опавшие листья) обеспечивают защиту земли от всех видов эрозии. Водная эрозия начинается с капельной эрозии — действия ударов дождевых капель; равномерное смывание почвы с поверхности называется плоскостной эрозией. Для удержания воды и биогенов в почве важнее всего гумус и глина, удаление которых за счет эрозии приводит к опустыниванию почвы.

Земельный фонд России имеет много неудобных  земель: вечная мерзлота — 47—49%, пески, пустыни, полупустыни — 14—15%, заболоченные земли и болота — 9—10%, тундра — 8%, высокогорье — 3%, города и населенные пункты — 3% и только 15% — пахотные земли, площадь которых составляет около 230 млн га. Из них 160 млн га подвержены эрозии (в большинстве своем — это чернозем и 137 краснозем). Знаменитый воронежский чернозем, 1м3 которого хранится в Париже в качестве эталона плодородия, уже не дает того урожая, который был раньше

(уменьшился  в 1,5—3 раза). За последние 25 лет площадь сельскохозяйственных  угодий уменьшилась на 24%, а пашни — на 18%. На каждого жителя России приходится 1,5 га пахотных земель, в то время как на душу населения планеты

(обрабатывается  всего 10,4% всей суши) земли приходится  менее 0,5 га, и этот показатель  имеет тенденцию к дальнейшему  снижению.

Причинами потери почвы является выпахивание, перевыпас, сведение лесов и засоление почвы  при орошении. 

Выпахивание увеличивает  эрозию почвы, уменьшает ее влагоудерживающую  способность, инфильтрация и аэрация  также уменьшаются.

Перевыпас уничтожает травяной покров. За счет указанных действий произошло опустынивание 61% плодородных земель засушливых районов, в частности: в

Южной Африке — 80%, Западной и Южной Азии — 82—83%, азиатской части бывшего

СССР — 55% и  т. д. Ежегодно превращается в пустыню 6 млн га природных почв. 

Сведение лесов. Лесной покров особенно эффективно предохраняет почву от эрозии и удерживает почвенную  влагу, так как принимает на себя удары дождевых капель и позволяет  впитываться в рыхлый, пахотный слой почвы, покрытый опалом. Кроме этого леса эффективно усваивают элементы питания, освобожденные при разложении детрита, т. е, рециркулируют их.

Следовательно, вырубка леса не только приводит к  эрозии почвы, но и обедняет ее биогенный  состав. Сведение лесов происходит по трем основным причинам: освоение новых территорий под сельскохозяйственные угодья, получение древесины для строительства и бумажной промышленности, использование в качестве топлива.

К потере почвы  приводит и ее орошение — искусственное  снабжение водой пахотных земель. Орошение приводит к существенному увеличению сельскохозяйственной продукции в регионах, где осадков выпадает недостаточно, но часто приводит к засолению почвы (т. е. солености почвы, выходящей за пределы устойчивости растений), поскольку даже очень хорошая поливная вода содержит солей 500—600 мг/л. При испарении воды из почвы и транспирации через листья растений растворенные в воде соли остаются в почве. 30% орошаемых земель уже засолены. Засоление почвы приводит к ее опустыниванию (азиатская часть СССР засолена на 30%, в США — на 22%, в

Китае — на 30%). Одной из причин падения богатейшей когда-то Римской империи было засоление  и опустынивание ранее богатых  пахотных земель. 

Процессы выветривания и почвообразования сильно зависят  от климата и состава материнской породы. Если скорость эрозии не будет превышать скорости формирования почвы, то потери почвы не произойдет. Однако в большинстве агроэкосистем этот баланс нарушен, поскольку скорость эрозии в

2—10 раз выше  допустимой. 

В настоящее  время эрозия почвы набирает силу, поскольку рост населения и экономические трудности заставляют людей вырубать леса, распахивать склоны гор и малопригодные засушливые территории, использовать методы интенсивного земледелия, которые ненадолго повышают урожай за счет дополнительной эрозии. 
 
 
 
 

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) в 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. 
 

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. 
 
 

Заключение 
 

Почвенный покров Земли играет решающую роль в обеспечении  человечества продуктами питания и сырьем для жизненно важных отраслей промышленности.

Использование с этой целью продукции океана, гидропоники или искусственно синтезируемых  веществ не может, по крайней мере в обозримом будущем, заменить продукцию  наземных экосистем (продуктивность почв). Поэтому непрерывный контроль за состоянием почв и почвенного покрова – обязательное условие получения планируемой продукции сельского и лесного хозяйства.