Принято различать естественное и антропогенное загрязнение почвы. Естественное загрязнение почв возникает в результате природных процессов в биосфере, происходящих без участия человека и приводящих к поступлению в почву химических веществ из атмосферы, литосферы или гидросферы, например, в результате выветривания горных пород или выпадения осадков в виде дождя или снега, вымывающих загрязняющие ингредиенты из атмосферы.
Наиболее опасно для природных экосистем и человека антропогенное загрязнение почвы, особенно техногенного происхождения. Наиболее характерными загрязнителями являются пестициды, удобрения, тяжелые металлы и другие вещества промышленного происхождения.
Можно выделить следующие основные виды источников загрязнения почвы:
1) атмосферные осадки в виде дождя, снега и др.;
2) сброс твердых и жидких отходов промышленного и бытового происхождения;
3) использование пестицидов и удобрений в сельскохозяйственном производстве.
Рассмотрим более подробно перечисленные виды источников почвенного загрязнения. Атмосферные осадки, вымывая из атмосферы газообразные загрязняющие вещества, приводят к росту концентрации серной, азотной и других кислот в почве, что сопровождается ее закислением и снижением урожайности. Поступающие в почву с осадками атмосферные аэрозоли в жидкой и твердой фазах, имеющие, как правило, сложный химический состав, способствуют накоплению в почве тяжелых металлов и разнообразных органических веществ, включая опасные углеводороды. Промышленные и бытовые отходы, объемы которых огромны и растут быстрыми темпами, способствуют накоплению в почве тяжелых металлов, углеводородов, включая опасные токсические хлор-, фтор-, фосфорсодержащие соединения, обладающие канцерогенным действием. Наибольшую опасность как для человека, так и для природных экосистем представляет третий вид почвенного загрязнения, связанный с применением пестицидов и удобрений, вызывающих химическое загрязнение продуктов питания, с которыми, как было отмечено выше, наш организм получает до 70% загрязняющих веществ.
Загрязнение почвы пестицидами и удобрениями. Необходимость обеспечения населения продуктами питания, а промышленности – сырьевыми ресурсами требует повышать плодородие почвы и вести борьбу с вредителями урожая. Поэтому в современном сельскохозяйственном производстве применяются удобрения и пестициды, которые даже при агрономически правильном их использовании могут создавать опасные уровни загрязнения почвы.
Удобрение – вещество или агент, создающее при внесении в почву или водоем условия для ускоренного роста и развития растений и микроорганизмов, способствующее увеличению урожая. Различают органические, минеральные, химические и другие (например, бактериальные) виды удобрений.
Задавайте вопросы нашему консультанту, он ждет вас внизу экрана и всегда онлайн специально для Вас. Не стесняемся, мы работаем совершенно бесплатно!!!
Также оказываем консультации по телефону: 8 (800) 600-76-83, звонок по России бесплатный!
К органическим удобрениям относятся перегной, торф, навоз, птичий помет и другие органические остатки, используемые для повышения плодородия почвы. Химическое, или минеральное, удобрение – добытое из недр или полученное промышленным путем химическое соединение, содержащее в большом количестве один или несколько основных элементов питания растений (азот, фосфор, калий и др.), необходимые микроэлементы (медь, марганец и др.) или естественные продукты типа извести, гипса, золы и т.п., способные улучшить химические и структурные характеристики почвы. Этот вид удобрений приводит к большим концентрациям в почве химических веществ, включая опасные для здоровья человека нитриты и нитраты.
Пестициды – опасные для здоровья человека химические вещества, используемые для уничтожения вредных насекомых (инсектициды), растений-сорняков (гербициды), грибковых культур (фунгициды) и др. В мировом производстве пестицидов инсектициды занимают 45%, гербициды – 40%, фунгициды – 15% и прочие – 10%. Средняя норма применения пестицидов в сельском хозяйстве в нашей стране к концу 80-х годов составляла 2 кг на 1 га пашни, т.е. около 1,4 кг/чел. Многие пестициды сохраняются в почве длительное время и накапливаются по трофическим цепям, что со временем приводит к превышению безопасных для здоровья человека уровней.
Источники загрязнения почвы
Из-за активного использования природных ресурсов, технического прогресса и ряда других факторов процесс загрязнения почвы становится неизбежным. На данном этапе развития человек может уменьшить свое отрицательное воздействие на окружающую среду. Люди загрязняют почву различными веществами.
Это такие как:
• Бытовые отходы.
• Нефть и продукты ее переработки.
• Пестициды.
• Удобрения.
• Радиоактивные вещества.
• Выхлопные газы.
• Химические элементы и их соединения.
• Тяжелые металлы.
Следует отдельно обсудить основные источники загрязнения почв.
Жилые дома и бытовые предприятия
В процессе жизнедеятельности человек часто не подозревает, какой урон он наносит природе своим пренебрежительным отношением к ней, к вещам, которыми он пользуется. Ведь бытовой мусор является одним из основных загрязнителей. Чтобы убедиться в этом, достаточно проехать до ближайшей свалки. Сколько она занимает места, и как долго будет перерабатываться весь накопленный мусор одними усилиями природы? Этот процесс может занять сотни лет. Человека уже не станет, а мусор, оставленный им, все еще будет гнить. Свалки – это гигантские источники загрязнения почвы. Микробиология давно бьет тревогу по этому поводу.
Также стоит следить за собой и содержать организм в чистоте. Отходы жизнедеятельности – это основные источники загрязнения почвы и грунтовых вод биологическим «мусором». С фекалиями в окружающую среду попадают различные болезнетворные бактерии, яйца гельминтов и иные представители патогенной микрофлоры. Попав во внешнюю среду, многие микроорганизмы не погибают. Так, бактерии столбняка могут сохранять свою жизнеспособность до 12 лет, яйца аскарид – 7-8 лет.
Предприятия
О вреде, наносимом промышленностью, можно говорить долго.
Однако в общих чертах схема загрязнения будет выглядеть следующим образом:
• Металлургия обогащает почву солями цветных и тяжелых металлов.
• Машиностроение «делится» мышьяком, цианистым калием и другими ядовитыми элементами.
• При производстве каучуков побочными продуктами являются катализаторы.
• Целлюлозно-бумажная промышленность выбрасывает фенолы и метанол.
• При производстве пластмасс в качестве отходов появляются бензол и фенол.
Список можно продолжать. Но уже понятно, что источники загрязнения почвы тяжелыми металлами – это предприятия. В результате их деятельности земля обогащается всевозможными химическими элементами в размерах, многократно превышающих ее потребности.
Теплоэнергетика
Эта отрасль занимает отдельное место в списке активных загрязнителей. Дело в том, что при сжигании каменного угля образуется огромное количество шлаков. Также при горении выделяются оксиды серы, сажа. Все несгоревшие частицы в итоге оседают на почву.
Сельское хозяйство
Аграрный комплекс оказывает весьма разрушительное воздействие на землю. Стремясь защитить растения от вредителей и возбудителей болезней, люди используют ядохимикаты, а это тоже источники загрязнения почвы. Отравленные вещества напрямую попадают в пищевые цепочки и отрицательно влияют и на растения, и на животных, и на людей. Пестициды и инсектициды не только позволяют спасти урожай, но и наносят большой вред экосистемам. Некоторые препараты содержат ртуть.
Удобрения также небезопасны. Эти химические вещества применяются для стимуляции роста сельскохозяйственных культур. Однако большое их количество также может нанести вред. Дело в том, что минеральные удобрения – искусственные, в них содержится концентрированная доза микроэлементов. Именно неумеренное использование химических веществ приводит к образованию нитратов и нитритов, а также многих других вредных соединений.
Транспорт
В результате работы двигателей внутреннего сгорания выделяются углеводороды и оксид азота. Источники загрязнения почвы свинцом – это автомобили и самолеты, а точнее, их выхлопные газы. Этот элемент попадает в растения, аккумулируется в организмах людей. Вещество опасно тем, что накапливается и медленно отравляет человека. Сначала появляется утомляемость, бессонница. На поздних стадиях происходит поражение головного мозга и ЦНС, которое может привести к смерти. За год каждый автомобиль выбрасывает на землю примерно 1 кг свинца.
Также в качестве топлива используется бензин. Нефтепродукты попадают в почву при заправке транспорта, когда проливается жидкость.
Загрязнение тяжелыми металлами
Одно из самых коварных и опасных. Тяжелыми называют те цветные металлы, плотность у которых больше, чем у железа. Наиболее распространенными являются свинец, медь, цинк, никель, кадмий, кобальт, хром, ртуть. Коварство их заключается в том, что микродозы этих элементов необходимы для обеспечения нормальной жизнедеятельности живых организмов и растений. Эти вещества отвечают за обеспечение многих функций, но при превышении нормы они накапливаются в организме, становятся слишком концентрированными и вызывают различные тяжелые заболевания.
Одно из самых токсичных веществ - ртуть. Она содержится во многих измерительных приборах и при повреждении сосуда попадает в окружающую среду. Человек может отравиться ее парами. Симптомы могут быть разными: от тошноты и слабости до летального исхода.
Не менее опасен для человека свинец. Его избыток может нанести серьезные повреждения внутренним органам и ЦНС.
Цинк и медь – часто используемые в сельском хозяйстве микроэлементы. Они стимулируют рост, подавляют болезнетворные бактерии и т. д. Однако при избытке этих веществ в почве все происходит наоборот: растения затормаживаются в своем развитии, снижается урожайность.
Как нейтрализовать источники загрязнения почвы и очистить окружающую среду
Чтобы определить уровень загрязнения почвы, необходимо взять опытный образец и провести его анализ. Если содержание каких-либо элементов превышает допустимые нормы, то это будет считаться загрязнением.
При борьбе за чистоту природы важно выявить источники загрязнения почвы и нейтрализовать их.
Комплекс мероприятий должен включать в себя:
• Разработку и использование технологий безотходного производства.
• Контроль за выбросами, их химическим составом и предотвращение попадания их в окружающую среду.
• Обеззараживание бытовых отходов, очистку сточных вод.
• Переработку мусора.
• Очистку выхлопных газов транспорта.
• Переход на экологически чистые средства передвижения, поиск безвредного для окружающей среды топлива.
• Использование альтернативных источников энергии.
• Обеззараживание уже загрязненных объектов.
Существуют проверенные методы для очищения сельскохозяйственных угодий. Для снижения токсичного воздействия необходимо учитывать источники и виды загрязнения почв, их состав. Например, при повышенном содержании тяжелых металлов нужно преобразовать их в недоступные или трудноусваиваемые соединения. Тогда химические элементы не будут поступать в растения и не примут участия в пищевой цепочке.
Один из самых распространенных способов обезвреживания вредных соединений – известкование почвы. Торф также делает тяжелые металлы менее доступными для растений. Можно добиться подобного эффекта, используя минеральные удобрения. При этом учитывается химический состав почвы и просчитываются возможные реакции между веществами. Например, при внесении фосфорных удобрений снижается концентрация кадмия на 53%, при использовании торфа – на 75%.
Химическое загрязнение почв
Взаимодействие почв с окружающей средой на основе химического контакта происходит неизбежно. Другое дело, что не всегда такие контакты способствуют улучшению агротехнических качеств и параметров плодородного слоя. В зависимости от характера загрязнения почва сама по себе может стать экологически опасным ресурсом даже без учета ее способностей к питанию сельскохозяйственных культур. При этом химическое загрязнение почвы может иметь разные предпосылки и последствия. Чтобы разобраться в этих и других аспектах химического поражения земли, стоит подробнее ознакомиться с источниками подобных загрязнений.
Химическое загрязнение почвенного покрова – это изменение его состава, которое возникает под косвенным или прямым воздействием различных факторов. В большинстве своем негативные предпосылки к химическому изменению характеристик почвы все же предполагает человеческая деятельность. Среди главных факторов такого рода можно выделить работу промышленных предприятий, сельскохозяйственную деятельность и коммунальное обслуживание. Это основные причины загрязнения почвы, которые делают ее непригодной для эксплуатации с целью выращивания культурных растений. Но, разумеется, этими источниками загрязнение не ограничивается. Например, промышленность косвенно способствует выпадению кислотных дождей, а парниковый эффект становится результатом деятельности животноводческих ферм. Довольно серьезное воздействие в плане химического поражения оказывают и свалки с опасными отходами.
Влияние на почву промышленности и теплоэнергетики
В той или иной степени загрязнение почвы происходит при любой деятельности человека в хозяйственных отраслях. Главным же источником химического поражения является промышленность. В частности отходы металлургических комбинатов и специализированных химических предприятий вырабатывают активные вещества, пагубно влияющие на состояние почвенного покрова. Отчасти по этой причине выбросы промышленных предприятий в последние годы регулируются все жестче. Так, на многих фабриках и заводах наблюдается постепенный перевод производств на безотходные технологии полного цикла.
Немалый вклад в загрязнение вносят и предприятия, которые занимаются простым органическим синтезом. В первую очередь они опасны технологическими продуктами, остающимися после прохождения технологического цикла. Большую часть таких материалов представляют углеводородсодержащие отходы. Кроме того, химическое загрязнение почвы обеспечивают и вещества с высокомолекулярными соединениями, которые остаются в виде растворителей, катализаторов, стабилизаторов и других добавок, используемых в производстве стройматериалов.
Свалки с отходами и их воздействие на почву
Сами по себе предприятия не вредят почве. Загрязнения происходят в результате разноса отработанных продуктов по близлежащей территории. Существуют специальные полигоны, а также свалки, на которых концентрируется и, в некоторых случаях, утилизируется опасный продукт. В таких зонах почва страдает больше всего, поскольку степень химического воздействия измеряется уже в показателях повышенной токсичности и радиоактивности. Собственно, подобные территории изначально рассчитываются под цели захоронения отходов. При этом источники химического загрязнения почвы в данном случае не ограничиваются одной лишь промышленностью. На свалки также свозят бытовые отходы. Например, технические масла, химическую продукцию, остатки стройматериалов, стеклоочистители и растворители, батарейки с аккумуляторами и другие продукты, которые на многие годы делают почвы непригодными для эксплуатации. По крайней мере, это относится к использованию земли в сельскохозяйственных нуждах.
Кислотные дожди
Отдельной группой отходов промышленных предприятий стоит отметить выбросы в атмосферу. В частности оксиды углерода и азота, диоксиды серы и органические летучие соединения формируют условия для последующего выпадения кислотных дождей. Скопление в атмосфере химических соединений приводит к появлению реакций, которые, конечно, мало общего имеют с классическим пониманием дождей, но полностью подходят под определение осадков. Например, кислотные дожди могут проявляться в виде снега, облака, тумана и даже пыли. Главная опасность заключается в последствиях, обусловленных выпадением химически опасных веществ в таких осадках.
Повышенное содержание щелочи в водах, которые переносят кислотный конденсат, не только сокращает эффективность плодородного слоя почвы, но и способствует развитию эрозийных процессов. И это не говоря о том, что прямой контакт выращиваемых растений с кислотными почвами делает их опасными с точки зрения последующего потребления.
Сельское хозяйство как источник загрязнения
Загрязнения в процессе ведения сельскохозяйственной деятельности также распространены. Обычно негативные химические воздействия такого рода происходят в результате неправильного внесения удобрений. Так, нерациональное использование пестицидов при обработке растений осложняет дальнейшее выведение этого вещества из почвы. Однако наибольший вред плодородному покрову наносят хлорорганические компоненты и полихлорпинен, остатки которого задерживаются в земле на 10-15 лет.
Традиционные минеральные элементы удобрений также обеспечивают химическое загрязнение почвы, повышая ее токсичность. Использование медьсодержащих инсектофунгицидов ухудшает плодородные качества земли. Ситуация осложняется, если на такие почвы параллельно воздействуют и пролегающие поблизости автомагистрали, которые также приносят на поля тяжелые металлы.
Коммунальное обслуживание как фактор загрязнения
Помимо специализированных свалок и полигонов с захоронением отходов есть и городские места скопления мусора, канализации и другие объекты коммунальной инфраструктуры, которые также могут воздействовать на состояние почвы. Это могут быть остатки пищевых продуктов, стройматериалы, а также химически активные вещества, используемые в бытовых нуждах. Данный фактор не всегда обуславливает прямое химическое загрязнение почвы, но может воздействовать косвенным образом, не говоря о том, что конечным пунктом вывоза подобных отходов будут те же свалки и полигоны с опасными токсическими отходами.
Естественные процессы химического загрязнения
Выветривание почвы нельзя отнести к непосредственно химическому изменению характеристик почвенного покрова, но в некоторых случаях оно становится причиной эрозии. Это в определенной мере заболевание почвы, при котором наблюдается недостаток влаги в ее структуре. Подобные проблемы возникают именно по причине естественного природного воздействия – ветер переносит частицы грунта, попутно испаряя влагу. Положение усугубляется, если к эрозии добавляются и сельскохозяйственные причины загрязнения почвы в виде перенасыщения солевыми удобрениями. Единственным правильным решением с точки зрения фермера в таких случаях будет регулярное выполнение культивационных работ, а также сбалансированное орошение покрова.
Последствия загрязнений
Ситуации с химическим поражением почвенных слоев различны, как и последствия таких процессов. Наиболее тяжелым является положение с почвами на полигонах захоронения отходов, период восстановления которых может достигать 50-100 лет. Воздействие промышленности и сельского хозяйства также способно обусловить химическое загрязнение почвы, последствия которого обернутся невозможностью целевого использования плодородного покрова. Помогают в этом случае дополнительные меры по восстановлению характеристик земли, но перед этим специалисты производят оценку загрязненности.
Оценки уровня химических загрязнений
Анализ загрязнений применяется с целью нормирования характеристик почвы с поправкой на эксплуатационные требования. Среди показателей, используемых для оценки химического поражения почв, в качестве главного можно выделить коэффициент концентрации вредных веществ. При этом используются разные методики определения фитотоксичности. Например, химическое загрязнение среды, с которой взаимодействует почва, может быть оценено по характеристикам выращиваемых в данной местности растений. Для этого набор базовых и нормальных свойств почвы сравнивается с характеристиками исследуемого грунта. Таким образом выявляются отклонения в составе почвы, после чего специалисты определяют перечень мер для стимуляции восстановления покрова.
Мероприятия по охране почвы от загрязнений
Природоохранные нормативы предусматривают специальные положения, которые регулируют правила эксплуатации земель, предназначенных для сельскохозяйственного использования, высаживания лесных массивов, организации рекреационных и заповедных зон. Экологические и санитарно-гигиенические правила использования таких объектов строго ограничивают деятельность промышленных предприятий и жестко регулируют работу агротехнических организаций в границах своего района. Общие мероприятия по охране почвы ориентируются и на сегмент транспортного обслуживания, который в немалой степени влияет на состояние атмосферы. В целях восстановления почвенных покровов используются гидротехнические операции с поливом или ограничением грунтовых вод, культивация земель, а также средства борьбы с эрозийными процессами.
В отличие от других сред экосистемы земля обладает довольно сильными механизмами самоочищения от проникающих в ее структуру загрязнений. Как показывают эксперименты, постоянное загрязнение почвы химическими веществами в виде углеводородов может быть даже полезным. Несмотря на вредоносность подобных элементов, они ускоряют процессы детоксикации, что способствует восстановлению экологического состояния земли.
В немалой степени эффективность внутренней борьбы почвы с негативными факторами токсичности обеспечивают и растения. Например, некоторые виды сельскохозяйственных культур аккумулируют трудноусваиваемые элементы.
Загрязнение почвы и воды
Причиной каждой третьей смерти ребёнка на Земле является загрязнение воды. Анализируя характер загрязнений и те последствия, которые сказываются на состоянии водных ресурсов, можно выделить два основных типа загрязнений. Назовем их условно прямым и косвенным. Прямое загрязнение возникает при непосредственном поступлении в реки и водоемы сточных вод. Это могут быть поступления, обусловленные природными процессами, например, талые воды, дождевые стоки.
Могут быть специально собранные и сброшенные сточные воды городов и поселков, отдельных предприятий, животноводческих комплексов. Прямые загрязнения наносят значительный ущерб, но источники их поступления обнаруживаются не сразу. Сливные трубы «организованных» стоков нередко находятся далеко от городов, погружены в водоем, рассредоточены на значительной территории. Косвенные загрязнения более заметны. Примером может послужить вырубка леса по берегам рек, в результате чего берега уже не могут играть роль естественных фильтров и водорегуляторов. При этом нарушается режим многих речных притоков, зачастую имевших родниковое питание. Пересыхают родники, сокращается поступление чистых вод, в итоге ветры беспрепятственно несут в водоемы и реки пыль, сор, а дожди порождают бурные грязевые потоки. Выбросы промышленных предприятий, утечки из канализационных систем тоже загрязняет воду.
По данным Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ) вода содержит 13 тысяч потенциально токсичных элементов. Тяжелые металлы, находящиеся в воде (свинец, ртуть, кадмий, цинк, никель, хром) вызывают атеросклероз, полиневрит, гипертонию, поражение костного мозга, потерю остроты зрения Радиоактивные уран, плутоний, торий, стронций, цезий приводят к онкологическим заболеваниям, генетическим изменениям, ослаблению иммунитета, врожденным порокам. Азот и фосфор, попав в организм человека, подтачивают его иммунитет, а также вызывают рост в водопроводных коммуникациях и артезианских скважинах сине-зеленых водорослей, плохо поддающихся фильтрации и вырабатывающих токсины.
С питьевой водой в организм человека могут попасть болезнетворные микробы, возбудители многих инфекционных и паразитарных заболеваний: холера, брюшной тиф, сальмонеллезы, дизентерия, вирусный гепатит, полиомиелит, лямблиоз, дракункулез, шистосомозы и становятся причиной гастроэнтерита, гепатита, миокардита, полиомиелита и различного вида кишечных расстройств, которые связаны с загрязнением питьевой воды канализационными и сточными водами. Также в воду могут попадать фтор, хлор и его соединения, бром, хлороформ, вызывающие нефриты, гепатиты, токсикозы беременности и врожденные аномалии плода, мутагенные эффекты, ослабление иммунной системы, поражение детородных функций мужчин и женщин, онкологические заболевания внутренних органов. Кроме того, в воду могут поступать ядовитые вещества при экологических катастрофах или залповых сбросах промышленных сточных вод. Большую потенциальную опасность в этом отношении представляет сброс в водоемы радиоактивных веществ, а также накопление в воде опасных тяжелых металлов, таких как ртуть или кадмий, вызывающих характерные заболевания: болезнь Минамата (меркуриоз), характеризующуюся нарушениями зрения, слуха, осязания, неврологическими расстройствами; и болезнь Итай-Итай (кадмиоз), при которой отмечаются сильные боли, деформация скелета, переломы костей, поражение почек.
Очистка сточных вод не дает необходимого эффекта, поскольку позволяет удалять из воды только твердые вещества и лишь небольшую долю растворенных в ней питательных веществ. Токсичность неорганических отходов. Сброс промышленных сточных вод в реки и моря приводит к повышению в них концентрации токсичных ионов тяжелых металлов, например кадмия, ртути и свинца. Существенная их часть поглощается или адсорбируется определенными веществами, и это иногда называют процессом самоочищения. Однако в замкнутых бассейнах тяжелые металлы могут достигать опасно высоких уровней.
Наиболее известным источником загрязнения воды, которому традиционно уделяется главное внимание, являются бытовые (или коммунальные) сточные воды. Водопотребление городов обычно оценивают на основе среднего суточного расхода воды на одного человека, в США равного примерно 750 л и включающего воду питьевую, для приготовления пищи и личной гигиены, для работы бытовых сантехнических устройств, а также для полива лужаек и газонов, тушения пожаров, мытья улиц и других городских нужд. Почти вся использованная вода поступает в канализацию.
Поскольку ежедневно в сточные воды попадает огромный объем фекалий, главной задачей городских служб при переработке бытовых стоков в коллекторах очистных установок является удаление патогенных микроорганизмов. При повторном использовании недостаточно очищенных фекальных стоков содержащиеся в них бактерии и вирусы могут вызвать кишечные заболевания (тиф, холеру и дизентерию), а также гепатит и полиомиелит. В растворенном виде в сточных водах присутствуют мыло, синтетические стиральные порошки, дезинфицирующие средства, отбеливатели и другие вещества бытовой химии. Из жилых домов поступает бумажный мусор, включая туалетную бумагу и детские подгузники, отходы растительной и животной пищи. С улиц в канализацию стекает дождевая и талая вода, часто, с песком или солью, используемыми для ускорения таяния снега и льда на проезжей части улиц и тротуарах.
Состав почвы и здоровье человека
На здоровье человека может оказывать существенное влияние химический состав почвы. Еще академик В. И. Вернадский обратил внимание на значение для живых организмов некоторых микроэлементов в почве. Многочисленными исследованиями установлено, что в составе организмов постоянно присутствует до 47 химических элементов. К числу достаточно изученных относятся: медь, цинк, кобальт, марганец, йод, фтор, бор. Микроэлементы - это биогенные химические элементы, играющие роль катализаторов в организме. Велико значение микроэлементов для человека. В состав его крови входит 24 элемента. Некоторые микроэлементы входят в состав важных желез внутренней секреции - щитовидной и поджелудочной. Так цинк входит в состав щитовидной железы и гипофиза. Существенное влияние микроэлементы оказывают на функции эндокринных желез.
В состав многих химических комплексов эти вещества входят как соединения металла с белками, различными ферментами, дыхательными пигментами и гормонов. Микроэлементы участвуют в промежуточных процессах обмена веществ. В организм человека они попадают с растительной и животной пищей, отчасти с водой, по схеме: почва - растение - организм животного. Уровень обеспеченности растительных и животных организмов микроэлементами зависит в первую очередь от их содержания в почве.
Недостаток или избыток микроэлементов в почве приводит так же к их недостатку у растений, животных и у человека. Отсюда происходит нарушение обмена промежуточных веществ, влечет за собой усиление или ослабление синтеза биологически активных веществ, возникновение заболеваний. Заболевания, связанные с недостатком или избытком микроэлементов, получили название эндемических. В ходе хозяйственно деятельности человека идет искусственное перераспределение химических элементов в земной коре. Отсюда следует, что и химический состав почвы тоже будет изменяться. Вследствие этого могут появляться болезни связанные с недостатком или избытком микроэлементов.
Например, низкий уровень йода в почве может послужить причиной возникновения зобной болезни или кретинизма. Низкое содержание в почве и питьевой воде фтора приводит к кариесу зубов. А при высоком содержании фтора у человека и животных зубы поражаются «пятнистой эмалью». При этом заболевании нередко поражается косная система организма (флюороз). У детей раннего возраста может наблюдаться метгомоглобинемия, вызванная избытком азотной кислоты. Большую опасность представляю радиоактивные вещества, попадающие в почву. Они способны накапливаться в почвенном покрове. Источником поступления в почву радиоактивных веществ могут быть радиоактивные атмосферные осадки, отходы ядерных энергетических реакторов, регенерационные установки «горячих» лабораторий, научно-исследовательские учреждения, использующие радиоизотопы. Наибольшую опасность из радиоизотопов представляют стронций-90 и цезий-137.
Эти вещества с очень длительным периодом полураспада. Радиоактивные вещества способны включаться в пищевые цепи, при этом поражая живые организмы. Поражения организмов может быть как индивидуальными - развитие злокачественных новообразований, так и генетическими, представляющими большую опасность для будущих поколений. Так же загрязняющими почву веществами являются канцерогены. Под канцерогенными веществами подразумеваются химические и биологические вещества, играющие существенную роль в возникновении опухолевых заболеваний как у животных, так и у человека. Наиболее распространенными из канцерогенных веществ - ароматические углеводороды. В эту группу веществ входит до двухсот агентов, обладающих высокой канцерогенностью. Основные источники загрязнения канцерогенами - выхлопные газы автотранспорта, самолетов, выбросы промышленных предприятий. В почву высоко канцерогенные вещества попадают из атмосферы вместе с частичками пыли, а так же в результате утечки нефти и ее переработки. В настоящее время самоочищение почв практически не происходит.
Накопление отравляющих веществ способствует изменению химического состава плодородного слоя земли, что в свою очередь отразится не только на здоровье человека, но и на его практической деятельности. Поэтому борьба с разрушением и загрязнением почв должна включать в себя комплекс мероприятий, требующих серьезного научного обоснования. Мероприятия, направленные на предупреждение загрязнения почв должны обеспечивать санитарную охрану плодородного слоя.
Загрязнение почвы металлами
При экологически неграмотном, нерациональном использовании минеральных и органических удобрений возможно избыточное накопление азота, фосфора и других элементов в почве и других объектах биосферы.
Избыток азота в почве в нитратной форме возникает при неправильном применении азотных минеральных удобрений. Способность к легкой миграции приводит к повышенному содержанию нитратов в продуктах питания и питьевой воде.
Избыточное содержание аммиачного азота возникает при неправильном использовании отходов животноводства и городских сточных вод. Аммиачный азот также способен к миграции. Попадая в воду, он препятствует ее хлорированию, а также, окисляясь до нитратов, связывает растворенный в воде кислород, что приводит к кислородному голоданию гидробионтов и порче воды.
Кроме того, избыточный азот вызывает преимущественный рост вегетативных органов растений за счет генеративных, повышает восприимчивость растений к пониженным температурам.
Неправильное применение фосфорных удобрений приводит к зафосфачиванию почв. Миграция с полей соединений азота и фосфора в грунтовые воды, а оттуда - в прилегающие водоемы, вызывает эвтрофикацию последних (насыщение водоемов биогенными элементами).
Избыточное применение таких калийных удобрений, как хлорид калия, приводит к накоплению в почве ионов хлора, неблагоприятных для ряда сельскохозяйственных культур.
Охрана почв от избытка удобрений включает следующие мероприятия: разработка новых длительно действующих гранулированных форм удобрений, применение комплексных форм, использование правильных технологий внесения удобрений, соблюдение правил хранения и транспортировки.
Загрязнение почв тяжёлыми металлами и другими продуктами техногенеза
Тяжелые металлы - более 40 химических элементов периодической системы Д. И. Менделеева, масса атомов которых составляет свыше 50 атомных единиц массы (Pb, Zn, Cd, Hg, Сu, Mo, Mn, Ni, Sn, Co и др.).
Сложившееся понятие «тяжелые металлы» не является строгим, так как к тяжелым металлам часто относят элементы-неметаллы, например As, Se, а иногда даже F, Be и другие элементы, атомная масса которых меньше 50 атомных единиц массы.
Среди тяжелых металлов много микроэлементов, биологически важных для живых организмов. Они являются необходимыми и незаменимыми компонентами биокатализаторов и биорегуляторов важнейших физиологических процессов. Однако избыточное содержание тяжелых металлов в различных объектах биосферы оказывает угнетающее и даже токсическое действие на живые организмы.
Источники поступления тяжелых металлов в почву делятся на природные (выветривание горных пород и минералов, эрозионные процессы, вулканическая деятельность) и техногенные (добыча и переработка полезных ископаемых, сжигание топлива, влияние автотранспорта, сельского хозяйства и т. д.). Сельскохозяйственные земли, помимо загрязнения через атмосферу, загрязняются тяжелыми металлами еще и специфически, при применении пестицидов, минеральных и органических удобрений, известковании, использовании сточных вод. Городские почвы испытывают значительный техногенный пресс, составной частью которого является загрязнение тяжелыми металлами.
В природе встречаются территории с недостаточным или избыточным содержанием в почвах тяжелых металлов. Аномальное содержание тяжелых металлов в почвах обусловлено двумя группами причин: биогеохимическими особенностями экосистем и влиянием техногенных потоков вещества. В первом случае районы, где концентрация химических элементов выше или ниже оптимального для живых организмов уровня, называются природными геохимическими аномалиями или биогеохимическими провинциями. Здесь аномальное содержание элементов обусловлено естественными причинами - особенностями почвообразующих пород, почвообразовательного процесса, присутствием рудных аномалий. Во втором случае территории называются техногенными геохимическими аномалиями. В зависимости от масштаба они делятся на глобальные, региональные и локальные.
На поверхность почвы тяжелые металлы поступают в различных формах. Это оксиды и различные соли металлов, как растворимые, так и практически нерастворимые в воде (сульфиды, сульфаты и др.). В составе выбросов предприятий по переработке руды и предприятий цветной металлургии - основного источника загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами - большая часть металлов (70-90 %) находится в форме оксидов.
Попадая на поверхность почв, тяжелые металлы могут либо накапливаться, либо рассеиваться. Большая часть тяжелых металлов, поступивших на поверхность почвы, закрепляется в верхних гумусовых горизонтах. Тяжелые металлы сорбируются на поверхности почвенных частиц, связываются с органическим веществом почвы, в частности в виде элементно-органических соединений, аккумулируются в гидроксидах железа, входят в состав кристаллических решеток глинистых минералов, дают собственные минералы в результате изоморфного замещения, находятся в растворимом состоянии в почвенной влаге и газообразном состоянии в почвенном воздухе, являются составной частью почвенной биоты.
Степень подвижности тяжелых металлов зависит от геохимической обстановки и уровня техногенного воздействия. Тяжелый гранулометрический состав и высокое содержание органического вещества приводят к связыванию тяжелых металлов почвой. Рост значений рН усиливает сорбированность катионообразующих металлов (медь, цинк, никель, ртуть, свинец и др.) и увеличивает подвижность анионообразующих (молибден, хром, ванадий и др.). Усиление окислительных условий увеличивает миграционную способность металлов. В итоге по способности связывать большинство тяжелых металлов, почвы образуют следующий ряд: серозем - чернозем - дерново-подзолистая почва.
Почва, в отличие от других компонентов природной среды, не только геохимически аккумулирует компоненты загрязнений, но и выступает как природный буфер, контролирующий перенос химических элементов и соединений в атмосферу, гидросферу и живое вещество.
Загрязнение почв тяжелыми металлами имеет сразу две отрицательные стороны. Во-первых, поступая по пищевым цепям из почвы в растения, а оттуда в организм животных и человека, тяжелые металлы вызывают снижение количества и качества урожая сельскохозяйственных растений и животноводческой продукции, рост заболеваемости населения и сокращение продолжительности жизни.
Во-вторых, накапливаясь в почве в больших количествах, они способны изменять многие ее свойства. Прежде всего, изменения затрагивают биологические свойства почвы: снижается общая численность микроорганизмов, сужается их видовой состав (разнообразие), изменяется структура микробоценозов, падает интенсивность основных микробиологических процессов и активность почвенных ферментов и т. д. Сильное загрязнение тяжелыми металлами приводит к изменению и более консервативных признаков почвы, таких как гумусное состояние, структура, рН среды и др. Результатом этого является частичная, а в ряде случаев и полная утрата почвенного плодородия.
Механизм токсического действия тяжелых металлов на живые организмы состоит в том, что они легко связываются с сульфгидрильными группами белков. В результате нарушается проницаемость мембран и происходит ингибирование ферментов, что ведет к нарушению обмена веществ. Разные тяжелые металлы представляют опасность для здоровья человека в различной степени. Наиболее опасными являются Hg, Cd, Pb.
Охрана почв от загрязнения тяжелыми металлами заключается в следующем. Целесообразнее всего не допускать загрязнения почв тяжелыми металлами, так как их удаление из почвы - это очень сложная задача. Если же загрязнение уже произошло, то почва требует санации («оздоровления»). По вопросу санации почв, загрязненных тяжелыми металлами, существует два основных подхода. Первый направлен на очищение почвы от тяжелых металлов. Очищение может производиться путем промывок, путем извлечения тяжелых металлов из почвы с помощью растений, путем удаления верхнего загрязненного слоя почвы и т. п. Второй подход основан на закреплении тяжелых металлов в почве, переводе их в нерастворимые в воде и недоступные живым организмам формы. Для этого предлагается внесение в почву органического вещества, фосфорных минеральных удобрений, ионообменных смол, природных цеолитов, бурого угля, известкование почвы и т. д. Однако любой способ закрепления тяжелых металлов в почве имеет свой срок действия. Рано или поздно часть тяжелых металлов снова начнет поступать в почвенный раствор, а оттуда в живые организмы.
Оценка загрязнения почв
Для городских территорий применяются следующие методы оценки качества почв:
1) Методика ПДК (предельно допустимая концентрация химических веществ).
Это метод, позволяющий выявить опасность загрязнения почвы. Уровень химических веществ не должен превышать экспериментально подобранных нормативов, тем самым он не будет представлять какой-либо угрозы для человеческого организма — как прямого, так и косвенного. Благодаря способности к самоочищению почва имеет возможность обезвреживать некоторое количество вредных элементов, и метод ПДК позволяет выявить, находится ли концентрация этих веществ в допустимых пределах, или же превышает их.
Метод ПДК является основным показателем при санитарно-гигиенической оценке загрязненности почвы вредными веществами.
С помощью этого расчетного метода выявляется уровень загрязненности почвы. В основе методики исследования заложены нормативы, рассчитанные для оценки безопасности продуктов питания.
Такой подход обусловлен тем, что вредоносные вещества из почвы имеют тенденцию переходить в растения, которые в дальнейшем могут попадать в организм человека.
3) Методика биотестирования.
Особенностью метода является то, что для выявления уровня токсичности почвенной пробы используются живые организмы. Это могут быть животные, микроорганизмы или растения.
Как определить степень загрязненности почвы методом биотестирования? Для растений используется следующая оценка:
- уровень всхожести семян;
- длина зародышевых корешков;
- измерение длины побегов.
Полученные показатели сравниваются с нормой, и на основе полученных сравнительных данных определяется степень загрязненности почвы. Этот тест показывает фитотоксические характеристики почвы.
Также могут использоваться водоросли. Для определения токсических свойств почвы применяются микроорганизмы.
Другим вариантом тестирования является использование дождевых червей для оценки токсичности почвы.
4) Методика биодиагностики.
Биологическая активность почвы находится на определенном уровне, зафиксированном многочисленными исследованиями.
В основе метода лежит исследование почвенных ферментов, содержащихся в гумусе. Их химическая активность значительно меняется под воздействием загрязняющих факторов. Другой фактор — влияние на почвенные микроорганизмы.
Комплексная оценка степени загрязненности почвы методом биодиагностики базируется на интегральном показателе биологического состояния (ИПБС).
Минусом метода является потребность использования дорогостоящего оборудования для полноценного исследования.
Бонитировка почвы — это метод сравнительной оценки плодородия. Иными словами, с помощью этого метода можно выяснить, какая почва обладает более высокими плодородными показателями, в сравнении с другой. Среди показателей качества почвы учитывается уровень влажности, количество гумуса, кислотность, фанулометрический состав, элементы питания и др.
В результате исследования формируется такой показатель как балл бонитета почв. Максимальный уровень по шкале бонитета — 100 баллов. Практическое значение метода бонитировки проявляется при экономической оценке почвы, если она предназначается для сельскохозяйственной деятельности.
Проблема загрязнения почвы
Современные, практически необратимые потери продуктивных земель в 30 раз выше средне исторических и в 2,5 раза выше, чем за последние 300 лет (Почвенно-экологический мониторинг). В состоянии деградации по современным оценкам находится 1,2 млрд. га сельскохозяйственных угодий. Одной из причин деградации почв является их химическое загрязнение. В Российской Федерации было загрязнено более 1 млн. га сельскохозяйственных земель особо токсичными и около 2-3 млн. га токсичными элементами.
Причинами химического загрязнения почв могут выступать:
Вещественный состав загрязненных почв отличается от вещественного состава незагрязненных почв, прежде всего наличием значительных количеств веществ загрязнителей.
Наиболее часто изучаемый вид химического загрязнения почв – загрязнение тяжелыми металлами. Типичные тяжелые металлы-загрязнители: свинец, кадмий, ртуть, цинк, молибден, никель, кобальт, олово, титан, медь, ванадий. Эти элементы поступают в почву преимущественно из атмосферы в результате выбросов промышленных предприятий, с выхлопными газами автомобилей; были случаи, когда значительные количества тяжелых металлов попадали в почву с оросительными водами, при сбрасывании сточных вод промышленных предприятий в реки выше водозабора. Кроме того, тяжелые металлы попадают в почву за счет миграции из свалок и открытых карьеров, при внесении удобрений и мелиорантов, ядохимикатов на поля сельскохозяйственных угодий. В связи с возрастающим техногенным загрязнением окружающей среды ряд тяжелых металлов и токсичных элементов включены в международные и отечественные списки загрязняющих веществ, подлежащих контролю.
Химические элементы делятся по степени опасности на три класса (ГОСТ 17.4.1.02-83):
1. вещества высокоопасные;
2. вещества умереноопасные;
3. вещества малоопасные.
Значительное влияние на деградацию почв оказывает загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами. В связи с увеличением добычи нефти возрастает и площадь загрязненных земель нефтью и нефтепродуктами. Значительные потери в результате загрязнения нефтью несут рыбное, лесное и сельское хозяйства.
Загрязнение почв нефтью относится к числу наиболее опасных, так как оно принципиально изменяет свойства почв, а очистка от нефти сильно затруднена. Попадание нефти в почву связано с разведкой и добычей нефти, авариями на нефтепроводах, авариями речных и морских нефтеналивных судов. Кроме того, различные нефтепродукты попадают в почву на нефтебазах и бензозаправках.
Загрязнением почв нефтью (Н) и нефтепродуктами (НП) – это увеличение концентраций этих веществ до такого уровня, при котором:
- нарушается экологическое равновесие в почвенной системе;
- происходит изменение морфологических, физико-химических и химических характеристик почвенных горизонтов;
- изменяются водно-физические свойства почв;
- нарушается соотношение между отдельными фракциями органического вещества почвы, в частности между липидной и гумусовой составляющими;
- создается опасность вымывания из почвы Н и НП и вторичного загрязнения грунтовых и поверхностных вод.
Так как уровень допустимой концентрации нефти и нефтепродуктов не везде одинаков и зависит от почвенно-климатической зоны и, типа почвы и состава нефти и нефтепродуктов, попавших в почву, нижний предел концентрации Н и НП в загрязненной почве колеблется от 0,1 до 1,0 г/кг.
Степени загрязнения почв
В загрязненной почве на фоне уменьшения истинных представителей почвенных микробоценозов (антагонистов патогенной кишечной микрофлоры) и снижения ее биологической активности отмечается увеличение положительных находок патогенных энтеробактерий и геогельминтов, которые более устойчивы к химическому загрязнению почвы, чем представители естественных почвенных микробоценозов. Это является одной из причин необходимости учета эпидемиологической безопасности почвы населенных пунктов. С увеличением химической нагрузки может возрастать эпидемическая опасность почвы.
Оценка санитарного состояния почвы проводится по результатам анализов почв на объектах повышенного риска (детские сады, игровые площадки, зоны санитарной охраны и т.п.) и в санитарно-защитных зонах по санитарно-бактериологическим показателям:
1) Косвенные, характеризуют интенсивность биологической нагрузки на почву. Это - санитарно-показательные организмы группы кишечной палочки (БГКП (Колиндекс) и фекальные стрептококки (индекс энтерококков)). В крупных городах с высокой плотностью населения биологическая нагрузка на почву очень велика, и как следствие, высоки индексы санитарно-показательных организмов, что наряду с санитарно-химическими показателями (динамика аммиака и нитратов, санитарное число), свидетельствует об этой высокой нагрузке.
2) Прямые санитарно-бактериологические показатели эпидемической опасности почвы - обнаружение возбудителей кишечных инфекций (возбудители кишечных инфекций, патогенные энтеробактерии, энтеровирусы).
Почву оценивают как "чистую" без ограничений по санитарно-бактериологическим показателям при отсутствии патогенных бактерий и индексе санитарно-показательных микроорганизмов до 10 клеток на грамм почвы. О возможности загрязнения почвы сальмонеллами свидетельствует индекс санитарно-показательных организмов (БГКП и энтерококков) 10 и более клеток/г почвы.
Концентрация колифага в почве на уровне 10 БОЕ на г и более свидетельствует об инфицировании почвы энтеорвирусами.
Санитарно-паразитологические показатели
Из всех объектов окружающей среды почва наиболее часто и интенсивно загрязняется возбудителями кишечных паразитарных заболеваний: гельминтозы, лямблиоз, амебиаз и др. Почва для яиц геогельминтов (аскарид, власоглавов, токсокар, анкилостомиды, стронгилоидес и др.) является неотъемлемой средой прохождения их биологического цикла развития и местом временного пребывания для яиц биогельминтов (описторхи, дифиллобатрииды, тенииды и др.), а также цист кишечных патогенных простейших (криптоспоридий, изоспор, лямблий, балантидий, дизентерийной амебы и др.).
Яйца геогельминтов сохраняют жизнеспособность в почве от 3 до 10 лет, биогельминтов - до 1 года, цисты кишечных патогенных простейших - от нескольких дней до 3 - 6 месяцев.
Прямую угрозу здоровью населения представляет загрязнение почвы жизнеспособными оплодотворенными и инвазионными яйцами аскарид, власоглавов, токсокар, анкилостомид, личинками стронгилоидов, а также онкосферами тениид, цистами лямблий, изоспор, балантидий, амеб, ооцистами криптоспоридий; опосредованную - жизнеспособными яйцами описторхисов, дифилоботриид.
При оценке эпидемической опасности и степени загрязнения почвы возбудителями паразитарных болезней определяют:
- вид возбудителей;
- их жизнеспособность и инвазионность;
- экстенсивный показатель загрязнения "А" - отношение числа положительных проб "Б" - (пробы почвы, в которых обнаружены возбудители паразитарных болезней), к общему числу исследованных проб ("С") в процентах: А=Б/С х 100;
- интенсивный показатель загрязнения - общее содержание возбудителей паразитарных болезней в 1 кг (или 100 г) почвы.
Санитарно-энтомологические показатели
Санитарно-энтомологическими показателями являются личинки и куколки синантропных мух.
Критерием оценки санитарно-энтомологического состояния почвы является отсутствие или наличие преимагинальных (личинки и куколки) форм синатропных мух в ней на площадке размером 20 х 20 см.
Наличие личинок и куколок в почве населенных мест является показателем неудовлетворительного санитарного состояния почвы и указывает на плохую очистку территории, неправильный в санитарно-гигиеническом отношении сбор и хранение бытовых отходов и их несвоевременное удаление.
Все показатели определяются посредством анализа отобранных проб почвы согласно ГОСТ 17.4.4.01-83 «Общие требования к отбору проб почвы»; ГОСТ 17.4.4.02-84 «Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа».
Показатели биологической активности почвы (МУ 2.1.7.730-99 – «Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест»
Исследования по биологической активности почвы проводятся при необходимости углубленной оценки ее санитарного состояния и способности к самоочищению.
Основными интегральными показателями биологической активности почвы являются: общая микробная численность (ОМЧ), численность основных групп почвенных микроорганизмов (почвенных, сапрофитных бактерий, актиномицетов, почвенных микромицетов), показатели интенсивности трансформации соединений углерода и азота в почве ("дыхание" почвы, "санитарное число", динамика азота аммиака и нитратов в почве, азотфиксация, аммонификация, нитрификация и денитрификация), динамика кислотности и окислительно-восстановительного потенциала в почве, активность ферментативных систем и другие показатели.
На первом этапе исследований целесообразно использование наиболее простых и быстро определяемых информативных интегральных показателей: "дыхание" почвы, общая микробная численность, окислительно-восстановительный потенциал и кислотность почв, динамика азота аммиака и нитратов.
Дальнейшее углубленное исследование проводится в соответствии с полученными результатами и общими задачами исследования.
Методики измерений и оценки биологической активности почвы приведены в "Методических указаниях по гигиеническому обоснованию ПДК химических веществ в почве" N 2609-82. Так, почву можно считать "незагрязненной" по показателям биологической активности при изменениях в микробиологических показателях не более 50% и биохимических - не более 25% по сравнению с такими же для контрольных, принятых в качестве чистых незагрязненных почв.
Согласно «Государственному каталогу пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации» (утв. Минсельхозом РФ) в почвах сельхозугодий контролируются все применяемые пестициды (гексахлорциклогексан, гранозан, полихлорпропилен, метафос, цирам, севин, гептахлор, карбитион и др.) – это группа химических и биологических соединений и препаратов, используемых для борьбы с вредителями и болезнями растений и животных, сорными растениями, вредителями сельскохозяйственной продукции, для регулирования роста растений, предуборочного удаления листьев и подсушивания растений. Их содержание определяется сразу после обработок, а также в последующее время, чтобы определить скорость разложения. Продолжается контроль и ДДТ: хотя этот препарат и запрещен к применению, но из-за своей стойкости еще присутствует в почвах и может загрязнять сельскохозяйственную продукцию.
Утверждены Минздравом РФ, Минсельхозпродом РФ «Правила по хранению, применению и транспортировке пестицидов и агрохимикатов».
Гигиенические нормативы содержания пестицидов в объектах окружающей среды (Перечень) предусматривает ГН 1.1.549-96 утв. Постановлением Госкомсанэпиднадзора РФ № 19.
Одновременно с этим почвы контролируются на содержание в них тяжелых металлов, бензапирена и других токсичных веществ.
Содержание нормируемых примесей зависит от вида сельскохозяйственной продукции (мясная, молочная, растительная).
Санитарные правила и нормы «Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения» предусматривает СанПиН 2.1.7.573-96 Утв. Постановлением Госкомсанэпиднадзора РФ №46. Помимо этого, важное значение для понимания процессов загрязнения почв, особенно в результате атмосферного переноса, имеет анализ поступления загрязняющих веществ на поверхность земли. Для этой цели ведется контроль загрязнения атмосферных осадков.
России осуществляют 625 пунктов на площади 15 млн. км2. В пробах определяются ионы сульфата, нитрата аммония, значения рН, а также наличие бензапирена, тяжелых металлов. По сути дела, каждый раз создается карта распределения загрязнения на территории страны. Эти данные служат ценным источником информации и используются при разработке мер, снижающих уровень загрязнения окружающей среды.
Объектами сети наблюдений за загрязнением почв являются сельскохозяйственные угодья (поля), отдельные лесные массивы, зоны отдыха (парки, санатории, дома отдыха) и прибрежные зоны. Отбор проб проводится в 234 хозяйствах, расположенных в 123 районах Российской Федерации на площади более 4 тыс. га.
При оценке почв сельскохозяйственных территорий пробы почвы отбирают 2 раза в год (весна, осень) с глубины 0-25 см. На каждые 0-15 га закладывается не менее одной площадки размером 100-200 м2 в зависимости от рельефа местности и условий землепользования.
Российским экологическим законодательством предусмотрен норматив вредного воздействия на окружающую среду – предельно допустимые нормы применения агрохимикатов в сельском хозяйстве.
Агрохимикаты – удобрения, химические мелиоранты, кормовые добавки, предназначенные для питания растений, регулирования плодородия почв и подкормки животных (ст. 1 Федерального закона "О безопасном обращении с пестицидами и агрохимикатами" N 109-ФЗ, опубликованного в Собрании законодательства Российской Федерации, N 29, ст. 3510).
Ранее, при применении минеральных удобрений и ядохимикатов нормы их внесения определялись в основном с учетом экономической потребности. При этом не обеспечивался должный учет экологических факторов. Статья 30 Закона «Об охране окружающей природной среды» предусматривает, что предельно допустимые нормы применения минеральных удобрений, средств защиты растений, стимуляторов роста и других агрохимикатов в сельском хозяйстве устанавливаются в дозах, обеспечивающих соблюдение нормативов предельно допустимых остаточных количеств химических веществ в продуктах питания, охрану здоровья, сохранение генетического фонда человека, растительного и животного мира. Проекты таких норм разрабатываются и представляются в природоохранительные органы и органы госсанэпиднадзора органами государственной агрохимической службы России.
Предельно допустимые нормы применения минеральных удобрений и других агрохимикатов в сельском хозяйстве устанавливаются в дозах, обеспечивающих соблюдение нормативов предельно допустимых остаточных количеств химических веществ.
Согласно СанПиН 1.2.1077-01 Гигиенические требования к хранению, применению и транспортировке пестицидов и агрохимикатов применение пестицидов и агрохимикатов в сельскохозяйственном производстве проводится только после предварительного обследования сельскохозяйственных угодий (посевов, производственных помещений) и установления специалистами станций защиты растений или агрохимцентров целесообразности их применения.
Таким образом, в почвах сельских поселений и сельскохозяйственных угодий содержание потенциально опасных для человека химических и биологических веществ, биологических и микробиологических организмов в почвах на разной глубине, а также уровень радиационного фона не должны превышать предельно допустимые концентрации (уровни), установленные санитарными правилами и гигиеническими нормативами. Захоронение радиоактивных отходов предусмотрено ГОСТ 22.8.02 - «Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Захоронения радиоактивных отходов агропромышленного производства. Общие требования».
Загрязнение почвы человеком
Почвы загрязняются различными химическими веществами, пестицидами, отходами сельского хозяйства, промышленного производства и коммунально-бытовых предприятий.
Поступающие в почву химические соединения накапливаются и приводят к постепенному изменению химических и физических свойств почвы, снижают численность живых организмов, ухудшают ее плодородие.
Загрязнение почв и нарушение нормального круговорота веществ происходит в результате недозированного применения минеральных удобрений и пестицидов. В ряде отраслей сельского хозяйства пестициды применяют в больших количествах для защиты растений и борьбы с сорняками. Ежегодное их применение, часто по несколько раз в сезон, приводит к их накоплению в почве и ее отравлению.
Вместе с навозом и фекалиями в почву нередко попадают болезнетворные бактерии, яйца гельминтов и другие вредные организмы, которые через продукты питания попадают в организм человека.
Почву загрязняют нефтепродуктами при заправке машин на полях и в лесах, на лесосеках и т.д.
Наибольшей трансформацией подвергается самый верхний, поверхностный горизонт литосферы. Суша занимает 29,2% поверхности земного шара и включает земли различной категории, из которых важнейшее значение имеет плодородная почва. При неправильной эксплуатации почвы безвозвратно уничтожаются в результате эрозии, засоления, загрязнения промышленными и иными отходами. Под влиянием деятельности людей возникает ускоренная эрозия, когда почвы разрушаются в 100 – 1000 раз быстрее, чем в естественных условиях. В результате такой эрозии за последнее столетие утрачено 2 млрд. га плодородных земельных угодий, или 27% земель сельскохозяйственного использования.
Поступающие в почву химические соединения накапливаются и приводят к постепенному изменению химических и физических свойств почвы, снижают численность живых организмов, ухудшают ее плодородие.
Загрязнение почв связано с загрязнением атмосферы и воды. В почву попадают различные твердые и жидкие отходы промышленного производства, сельского хозяйства и коммунально-бытовых предприятий. Основными загрязняющими почву веществами являются металлы и их соединения, радиоактивные вещества, удобрения и пестициды.
Главными источниками загрязнения являются:
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.
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.
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.
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.
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 с увеличивающимся потреблением горючего, содержащего тетраэтил 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.
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 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.
Загрязнение почвы отходами
Главное свойство почвы, её плодородность. Она обеспечивает урожаем сельскохозяйственных культур, население всех стран. Естественно, такой источник полезных и плодовитых минеральных ресурсов может иссякнуть, так как запас питательных веществ ограничен, а загрязнение почвы отходами жизнедеятельности человека нарушает работу обмена веществ и убивает все живое в земле.
Бытовые отходы
В результате работы предприятий, а также человеческой деятельности, утилизирующие компании ежедневно вывозят с жилых и рабочих районов сотни тонн мусора на свалки, среди которого есть много веществ, загрязняющих почву.
А именно:
• строительный мусор;
• остатки отопительных систем;
• пришедшие в негодность предметы бытового обихода;
• мусор общественных учреждений, клиник, столовых, отелей, магазинов и прочих место скопления людей.
И самый опасный вид отходов, канализационные фекалии, с которыми в почву могут попасть бактерии гельминтов или их яйца, которые впоследствии с пищей, выращенной на этой земле, могут привести к эпидемии заболеваний.
Отходы теплоэнергетики
Предприятия теплоэнергетической промышленности, сжигают ежегодно сотни тон каменного угля, сажа которого попадает в атмосферу, а с ней и частицы оксидов серы. В результате такие выбросы со временем оседают на поверхности грунта и загрязняют верхний его шар.
Сельскохозяйственные отходы
Как правило, при выращивании каких-либо культур, используют множество ядохимикатов, удобрений и прочих химических продуктов, для борьбы с вредителями, а также ускорения процесса созревания продукта. Но кроме положительного эффекта, использование таких препаратов даёт разрушение естественной экосистемы, а также убивает множество полезных организмов, позволяющих регенерироваться земле.
Продукты питания, полученные с использованием пестицидов и других видов удобрения, наносят вред человеческому организму. Технология их попадания в человеческий организм — это своеобразная цепочка действий. Пестициды из почвы попадают в воду, где они заражают планктон, после чего переходят в организм рыбы, которую человек съедает. Ещё есть способ с растениями, где цепочка и результат те же.
Отходы транспорта. Работающий двигатель внутреннего сгорания, с выхлопными газами выделяет множество вредных веществ, для воздуха и окружающей среды, в их число входит:
• оксид азота;
• свинец;
• углеводород и множество других веществ, которые оседают на поверхности воды и земли.
Лишь очень малая их часть поглощена и переработана деревьями и зелёными насаждениями.
Отходы предприятий
Твёрдые и жидкие отходы промышленных предприятий содержат в себе множество химических веществ, способных пагубно воздействовать на живые организмы, своими токсическими свойствами.
Металлургическая промышленность выделяет со своими отходами множество солей принадлежащих цветным, тяжёлым металлам.
Отходы машиностроительной промышленности снабжают окружающую среду такими элементами, как:
• цианид;
• бериллий;
• мышьяк и прочие элементы, заражающие все живые организмы и делающие растения непригодными для употребления в пищу, что, в свою очередь, приводит к исчезновению многих популяций травоядных насекомых и даже животных.
Производство пластмассовых изделий, загрязняет почву такими химическими элементами, как:
• бензол;
• фенол.
Работа с такими веществами снабжает землю ещё множеством вредных элементов химического происхождения, это могут быть:
Эти и многие другие вещества получают в результате работы над производством пластмассовых изделий, многие из них попадают в атмосферу, а затем опускаются на землю, заражая собой все живое, в том числе поверхностный слой почвы, делая её неплодородной на десятки лет.
Даже производство целлюлозно-бумажных изделий даёт такие отходы, как:
Если собрать отходы всех предприятий и учесть их воздействие на почву, то получится, что регенерация минералов и полезных веществ в земле, для выращивания культур практически невозможна. Дело в том, что предприятия разных направлений, такие как металлургические и машиностроительные, находятся всегда в разных районах города, очень редко строят промышленные предприятия всех направлений на одном участке. Такое расположение организаций, загрязняющих почву, позволяет минимизировать разнообразие вредных веществ, попадающих в почву на одной территории. Поэтому почва может ежегодно давать урожай.
Последствия загрязнения почвы
Загрязненной почве, поглощают большую часть загрязнения, а затем передают их нам. Это может объяснить внезапный всплеск неизлечимых заболеваний.
Длительное воздействие такой почвы может повлиять на генетику тела, в результате врожденные заболевания и хронические проблемы со здоровьем, которые не могут быть легко вылечены.
На самом деле, это может заболеть скот, в значительной степени, и вызвать пищевое отравление в течение длительного периода времени. Загрязнение почвы может даже привести к широкому распространению голода, если растения не могут расти в ней.
Влияние на рост растений: экологический баланс любой системы нарушается из-за широкого загрязнения почвы.
Большинство растений не могут приспособиться, когда химический состав почвы изменяется так радикально в течение короткого периода времени.
Грибы и бактерии, найденные в почве, которые связываются вместе начинают снижаться, что создает дополнительную проблему эрозии почвы.
Токсичная пыль: Эмиссия токсичных и грязных газов от свалок загрязняют окружающую среду и вызывает серьезные последствия для здоровья некоторых людей. Неприятный запах вызывает неудобства для других людей, раздражая слизистую.
Изменения структуры в почве: Смерть многих почвенных организмов (например, дождевых червей) в почве может привести к изменению структуры в почве.
Ряд способов было предложено, чтобы обуздать текущую скорость загрязнения. Такие попытки очистки окружающей среды требует много времени и ресурсов, чтобы восстановиться Земле.
С одной проблемой мы точно можем справиться, организовать раздельный сбор мусора и утилизировать его для дальнейшего использования.
Так что, как говориться, все в наших руках, и каждый может изменить мир!
Показатели загрязнения почвы
Санитарное состояние почвы — это совокупность ее физических, физико-химических и биологических свойств, определяющих безопасность почвы в эпидемическом и химическом отношении. Оценка санитарного состояния почвы, уровня ее загрязнения и степени опасности для здоровья людей основывается на результатах лабораторных исследований: санитарно-физических, санитарно-химических, физико-химических, санитарно-микробиологических, санитарно-гельминтологических, санитарно-энтомологических и радиометрических. Комплекс критериев, дающий возможность оценить качество почвы, называют показателями санитарного состояния почвы или показатели загрязнения почвы.
Все показатели санитарного состояния почвы можно разделить на прямые и косвенные (непрямые). Прямые показатели дают возможность непосредственно по результатам лабораторного исследования почвы оценить уровень ее загрязнения и степень опасности для здоровья населения. По косвенным показателям можно сделать выводы о факте существования загрязнения, его давности и продолжительности путем сравнения результатов лабораторного анализа исследуемой почвы с чистой контрольной почвой того же типа (имеющей одинаковый природный состав с опытной), отобранной с незагрязненных территорий.
Необходимо иметь в виду тот факт, что все показатели загрязнения почвы химическими веществами будут различными в разных почвах. Например, для черноземной полосы 5% содержание органического углерода и 1% содержание азота является делом обычным и вполне нормальным, но для подзолистых почв такие довольно высокие проценты углерода и азота будут служить показателем их довольно сильного загрязнения.
Большинство санитарно-химических показателей эпидемической безопасности почвы являются косвенными. Непосредственно оценить степень загрязнения и опасности почвы можно лишь по величине санитарного числа Хлебникова. Это отношение содержания азота гумуса к общему органическому азоту, который состоит из азота гумуса и азота чужеродных для почвы органических веществ, загрязняющих почву. Если почва чистая, то санитарное число Хлебникова равно 0,98—1. Другие санитарно-химические показатели исследуемой почвы оценивают путем сравнения с аналогичными показателями контрольной незагрязненной почвы.
О свежем загрязнении свидетельствуют высокое содержание общего органического азота, органического углерода, хлоридов, окисляемость в исследуемой почвы по сравнению с контрольной почвой. Повышенное содержание аммиака, нитритов и нитратов свидетельствует о процессах самоочищения почвы от азотсодержащих органических веществ. Значительное содержание общего органического азота, органического углерода и повышенная окисляемость исследуемой почвы при условии одинакового количества в исследуемой и контрольной почве аммиака, нитритов и нитратов свидетельствует о свежем загрязнении почвы и торможении процессов минерализации.
Если количество общего органического азота и органического углерода в почве опытного участка не превышает их содержания в почве контрольного участка, то исследуемую почву оценивают как чистую. Наличие в такой почве нитратов и хлоридов в повышенных количествах указывает на давнее загрязнение и на завершение процессов минерализации органического вещества.
Санитарно-микробиологические, санитарно-гельминтологические и сани-тарно-энтомологические показатели эпидемической безопасности, в отличие от санитарно-химических, являются прямыми, т. е. дают возможность непосредственно оценить степень загрязнения и опасности почвы. Кроме того, по ним можно оценить давность загрязнения. Так, для свежего загрязнения характерны увеличение микробного числа и количества жизнеспособных недеформированных яиц геогельминтов, уменьшение коли-титра и перфрингенститра почвы с обязательным превалированием неспорообразующих форм микроорганизмов. Превалирование клостридиальных форм и наличие деформированных яиц аскарид свидетельствуют о давнем загрязнении почвы.
Показатели химической безопасности почвы в большинстве случаев являются прямыми и дают возможность не только оценить степень загрязнения почвы ЭХВ, но и решить проблему адекватной оценки состояния здоровья населения под влиянием загрязняющих почву ЭХВ. Решение этой проблемы приобретает сегодня особую актуальность из-за ухудшения состояния окружающей среды и снижения уровня здоровья населения Украины в последние ГОДЫ.
Изучение влияния загрязнения почвы ЭХВ на состояние здоровья населения проводится путем специальных эпидемиологических исследований и математико-статистического многофакторного моделирования в системе окружающая среда — здоровье. По санитарному состоянию почвы, еще до изучения показателей, характеризующих здоровье населения, можно с достаточной вероятностью прогнозировать влияние загрязнения почвы на здоровье людей.
Оценка санитарного состояния почвы по уровню загрязнения ЭХВ основывается на определении фактического содержания ЭХВ в почве и его сравнении с ПДК. Причем особое внимание уделяют ЭХВ 1-го и 2-го классов опасности (чрезвычайно и высокоопасным веществам). Согласно оценочной шкале, к чистым почвам относятся такие, в которых содержание ЭХВ не превышает ПДК, к слабозагрязненным — при содержании ЭХВ в пределах от 1 до 10 ПДК; к загрязненным — при превышении ПДК ЭХВ в 11—100 раз и к очень загрязненным — при превышении ПДК больше чем в 100 раз. По степени загрязнения почвы определяют степень ее опасности для здоровья населения.
Для количественной оценки степени загрязнения почвы ЭХВ можно использовать вместо ПДК показатель БОК для данного климато-ландшафтного региона. Обычно БОК для наиболее распространенных в Украине дерново-подзолистых почв составляет 1/2 ПДК. Поэтому можно руководствоваться приведенной шкалой.
В зависимости от содержания в почве ЭХВ 1-го и 2-го классов опасности можно сделать ориентировочный прогноз относительно ее вероятного влияния на состояние здоровья населения. Зависимость состояния здоровья населения от уровня загрязнения почвы вытекает из двух положений. Во-первых, количество ЭХВ мигрирующих из почвы в атмосферный воздух, даже в экстремальных условиях составляет лишь 20—25% от содержащихся в почве.
Во-вторых, минимальные физиологические нарушения в организме человека наблюдаются при содержании ЭХВ в атмосферном воздухе в пределах 2—3 ПДК; существенные — при 4—7 ПДК, а уровни в 8—10 ПДК приводят к повышению заболеваемости соответствующей популяции. При содержании ЭХВ в воздухе до 100 ПДК наблюдаются острые отравления, а при превышении их в 500 раз — летальные исходы. С учетом этого разработана ориентировочная шкала оценки состояния здоровья населения в зависимости от уровней загрязнения почвы ЭХВ.
Необходимо отметить, что на практике загрязнение почвы ЭХВ в концентрациях, вызывающих смертельные отравления, в основном не встречается. Если, например, ПДК гексахлорциклогексана (ГХЦГ) в почве составляет 0,1 мг/кг, то в реальных почвенно-климатических условиях смертельно опасная концентрация этого препарата будет равняться 1000 ПДК, т. е. 100 мг/кг, или 300 кг/га, а норма применения ГХЦГ в аграрной практике составляет всего 3 кг/га.
Иногда при определенных метеорологических условиях (антициклон, приземная температурная инверсия, скорость движения воздуха, приближающаяся к штилю, температура воздуха 20 °С, влажность воздуха 100%, ясная солнечная погода, дожди накануне, интенсивность УФ-радиации 2700 мкВт/мин на 1 см2) в весенне-летний период наблюдались случаи острого и хронического отравления сельскохозяйственных работников на полях при незначительном содержании ЭХВ в почве (не более 4 ПДК, или 8 БОК).
Это связывали с действием токсических высоко летучих метаболитов пестицидов — фосгена, дифосгена, хлорциана, хлорида, фторида, цианида водорода и др. Было доказано, что они могут образовываться как в почве при определенных почвенно-климатических условиях вследствие биотрансформации и взаимодействия с компонентами азотных минеральных удобрений, так и в приземном слое атмосферного воздуха вследствие фотохимических превращений. Кроме того, выяснилось, что указанные выше метеорологические условия способствуют образованию токсического тумана на сельскохозяйственных полях, который также является причиной острых отравлений даже при сравнительно невысоком содержании ЭХВ в почве.
Приведенная методика оценки возможного влияния почвы на состояние здоровья населения дает возможность ориентировочно оценивать здоровье жителей определенной зоны наблюдения лишь на основании результатов лабораторного анализа почвы, без специальных исследований состояния здоровья.
Уровни радиоактивного загрязнения почвы в условиях последствия чернобыльской катастрофы оценивают по гигиеническим регламентам, разработанным Национальной комиссией радиационной защиты населения.
Пригодными для проживания населения и сельскохозяйственного производства без ограничений считают: во-первых, территории, почвы которых не содержат искусственных радионуклидов, а естественная радиоактивность почвы находится в пределах 0,5—2 Ku/км2; во-вторых, территории, загрязненные искусственными радионуклидами при условии, что активность почвы не превышает 1 Ku/км2.
Почвы, загрязненные искусственными радионуклидами, активность которых составляет от 1 до 5 Ku/км2, признают условно чистыми, пригодными для проживания лишь ограниченной части населения (категория Б согласно классификации норм радиационной безопасности НРБ-97). При таком уровне загрязнения радионуклидами количество пищевых продуктов местного производства не должно превышать границы годового поступления для этой категории населения.
Умеренно загрязненные почвы (активность 5—15 Ku/км2) пригодны для проживания населения и сельскохозяйственного производства лишь при условии проведения специальных агрохимических и агромелиоративных работ при контроле за радиоактивностью объектов окружающей среды. При этом доза облучения населения не должна превышать пожизненно допустимой — 35 бэр. Загрязненные почвы (активность 15—40 Ки/км2) можно использовать для проживания населения лишь при условии обеспечения чистыми пищевыми продуктами. Если почвы очень загрязнены (активность 40—100 Ки/км2), проживать населению не рекомендуется.
Контроль загрязнения почвы
Выявление загрязнения почв тяжелыми металлами производят прямыми методами отбора почвенных проб на изучаемых территориях и их химического анализа на содержание тяжелых металлов. Эффективно также использовать для этих целей ряд косвенных методов: визуальная оценка состояния фитогенезов, анализ распространения и поведения видов – индикаторов среди растений, беспозвоночных и микроорганизмов.
Для выявления пространственных закономерностей проявления загрязнения почв используют сравнительно-географический метод, методы картирования структурных компонентов биогеоценозов, в том числе и почв. Такие карты не только регистрируют уровень загрязнения почв тяжелыми металлами и соответствующие изменения в напочвенном покрове, но позволяют прогнозировать изменение состояния природной среды.
Рекомендовано отбирать образцы почв и растительности по радиусу от источника загрязнения с учетом господствующих ветров по маршруту протяженностью 25-30 км.
Расстояние от источника загрязнения для выявления ореола загрязнения может колебаться в значительных пределах и в зависимости от интенсивности загрязнения и силы господствующих ветров может изменяться от сотен метров до десятков километров.
В США на борту ресурсного спутника ЭРТС-1 были установлены датчики для выяснения степени повреждения веймутовой сосны сернистым газом и почвы цинком. Источником загрязнения был цинкоплавильный завод, действующий с дневным выбросом цинка в атмосферу 6,3-9 тонн. Зарегистрирована концентрация цинка, равная 80 тыс. мкг/г в поверхностном слое почвы в радиусе 800 м от завода. Растительность вокруг завода погибла в радиусе 468 гектаров. Сложность использования дистанционного метода заключается в интеграции материалов, в необходимости при расшифровке полученных сведений серии контрольных тестов в районах конкретного загрязнения.
Выявление уровня токсичности тяжелых металлов непросто. Для почв с разными механическими составами и содержанием органического вещества этот уровень будет неодинаков. В настоящее время сотрудниками институтов гигиены предприняты попытки определить ПДК металлов в почве. В качестве тест-растений рекомендованы ячмень, овес и картофель. Токсичным уровень считался тогда, когда происходит снижение урожайности на 5-10%. Предложены ПДК для ртути – 25 мг/кг, мышьяка – 12-15, кадмия – 20 мг/кг. Установлены некоторые губительные концентрации ряда тяжелых металлов в растениях (г/млн.): свинец – 10, ртуть – 0,04, хром – 2, кадмий – 3, цинк и марганец – 300, медь – 150, кобальт – 5, молибден и никель – 3, ванадий – 2.
Защита почв от загрязнения тяжелыми металлами базируется на совершенствовании производства. Например, на производство 1 т хлора при одной технологии расходуют 45 кг ртути, а при другой – 14-18 кг. В перспективе считают возможным снизить эту величину до 0,1 кг.
Новая стратегия охраны почв от загрязнения тяжелыми металлами заключена также в создании замкнутых технологических систем, в организации безотходных производств.
Отходы химической и машиностроительной промышленности также представляют собой ценное вторичное сырье. Так отходы машиностроительных предприятий являются ценным сырьем для сельского хозяйства из-за фосфора.
В настоящее время поставлена задача обязательной проверки всех возможностей утилизации каждого вида отходов, прежде их захоронения или уничтожения.
При атмосферном загрязнении почв тяжелыми металлами, когда они концентрируются в больших количествах, но в самых верхних сантиметрах почвы, возможно удаление этого слоя почвы и его захоронение.
В последнее время рекомендован ряд химических веществ, которые способны инактивировать тяжелые металлы в почве или понизить их токсичность. В ФРГ предложено применение ионообменных смол, образующих хелатные соединения с тяжелыми металлами. Их применяют в кислотной и солевой формах или в смеси той и другой форм.
В Японии, Франции, ФРГ и Великобритании одна из японских фирм запатентовала способ фиксирования тяжелых металлов меркапто-8-триазином. При использовании этого препарата кадмий, свинец, медь, ртуть и никель прочно фиксируются в почве в виде нерастворимой и недоступной для растений форм.
Известкование почв уменьшает кислотность удобрений и растворимость свинца, кадмия, мышьяка и цинка. Поглощение их растениями резко уменьшается. Кобальт, никель, медь и марганец в нейтральной или слабощелочной среде также не оказывают токсического действия на растения.
Органические удобрения, подобно органическому веществу почв, адсорбируют и удерживают в поглощенном состоянии большинство тяжелых металлов. Внесение органических удобрений в высоких дозах, использование зеленых удобрений, птичьего помета, муки из рисовой соломы снижают содержание кадмия и фтора в растениях, а также токсичность хрома и других тяжелых металлов.
Оптимизация минерального питания растений путем регулирования состава и доз удобрений также снижает токсическое действие отдельных элементов. В Англии в почвах, зараженных свинцом, мышьяком и медью, задержка появления всходов снималась при внесении минеральных азотных удобрений. Внесение повышенных доз фосфора уменьшало токсичное действие свинца, меди, цинка и кадмия. При щелочной реакции среды на заливных рисовых полях внесение фосфорных удобрений вело к образованию нерастворимого и труднодоступного для растений фосфата кадмия.
Однако, известно, что уровень токсичности тяжелых металлов неодинаков для разных видов растений. Поэтому снятие токсичности тяжелых металлов оптимизацией минерального питания должно быть дифференцировано не только с учетом почвенных условий, но и вида и сорта растений.
Среди естественных растений и сельскохозяйственных культур выявлен ряд видов и сортов, устойчивых к загрязнению тяжелыми металлами. К ним относятся хлопчатник, свекла и некоторые бобовые. Совокупность предохранительных мер и мер по ликвидации загрязнения почв тяжелыми металлами дает возможность защитить почвы и растения от токсического их воздействия.
Одно из основных условий охраны почв от загрязнения биоцидами – создание и применение менее токсичных и менее стойких соединений и внесение их в почву и уменьшение доз их внесения в почву.
Существует несколько способов, позволяющих уменьшить дозу биоцидов без снижения эффективности их возделывания:
• сочетание применения пестицидов с другими приемами. Интегрированный метод борьбы с вредителями – агротехнический, биологический, химический и т.д. При этом ставится задача не уничтожить целый вид целиком, а надежно защитить культуру. Украинские ученые применяют микробиопрепарат в совокупности с небольшими дозами пестицидов, который ослабляет организм вредителя и делают его более восприимчивым к заболеваниям;
• применение перспективных форм пестицидов. Использование новых форм пестицидов позволяет существенно снизить норму расхода действующего вещества и свести к минимуму нежелательные последствия, в том числе и загрязнение почв;
• чередование применения токсикантов с неодинаковым механизмом действия. Такой способ внесения химических средств борьбы предотвращает появление устойчивых форм вредителей. Для большинства культур рекомендуют 2-3 препарата с неодинаковым спектром действия.
При обработке почвы пестицидами лишь небольшая часть их достигает мест приложения токсического действия растений и животных. Остальная часть накапливается на поверхности почв. Степень загрязнения почв зависит от многих причин и прежде всего от стойкости самого биоцида. Под стойкостью биоцида понимают способность токсиканта противостоять разлагающему действию физических, химических и биологических процессов. Главный критерий детоксиканта – полный распад токсиканта на нетоксичные компоненты.
Биодиагностика техногенного загрязнения почв. Высокая чувствительность почвы к любым негативным и позитивным воздействиям позволяет использовать биологические показатели в качестве параметров биомониторинга.
Биологическая активность — производная совокупности абиотических, биотических и антропогенных факторов почвообразования. В почве зоо- и микробоценозы объединяются в единую систему с продуктами их жизнедеятельности— внеклеточными и внутриклеточными ферментами, а также с абиотическими компонентами почвы.
Основные положения предлагаемой методологии следующие:
• одновременное изучение показателей биологической активности почвы;
• выявление наиболее информативных эколого-биологических показателей и возможного интегрального показателя экологического состояния почвы;
• учет пространственной и временной вариабельности биологических свойств почвы;
• использование сравнительно-географического и профильно-генетического подходов для оценки состояния почвы.
Исследование состояния деградированных почв будет наиболее полным в том случае, если будут определены:
- прямые показатели загрязнения тяжелыми металлами и нефтепродуктами (валовое содержание тяжелых металлов, содержание их подвижных форм, содержание нефтепродуктов, мощность загрязненного слоя);
- показатели устойчивости к загрязнению тяжелыми металлами и нефтепродуктами (емкость катионного обмена, степень насыщенности основаниями, содержание гумуса, реакция среды).
Биологические показатели изменения свойств почвы под воздействием металлов-загрязнителей и нефтепродуктов (активность почвенных ферментов, например инвертазы, каталазы, интенсивность выделения углекислого газа, целлюлозоразлагающая способность, общая численность почвенных микроорганизмов, структура микробоценоза и др.).
Для практических целей определение всего комплекса показателей весьма трудоемко и требует дорогостоящего оборудования. Более целесообразно определять показатели, объективно отражающие уровень и последствия загрязнения.
Общие закономерности изменения свойств почвы по мере возрастания содержания загрязняющих веществ могут быть сформулированы только на основе экспериментальных материалов. В результате многолетних исследований установлены наиболее информативные показатели биологической активности почвы для биодиагностики и биомониторинга. К ним относятся, прежде всего, биохимические показатели, поскольку они лучше коррелируют с уровнем загрязнения и имеют меньшее варьирование в пространстве и во времени по сравнению с микробиологическими. Из изученных рекомендуется использовать ферментативную активность—активность каталазы, которая является одним из показателей стабилизации почвенных условий. Ее изменение связано с загрязненностью и буферной способностью почвы.
Радиоактивное загрязнение почв
С началом развития атомной энергетики и массового испытания ядерного оружия в атмосфере (50-60 гг. ХХ в.) особую актуальность приобрела проблема радиоактивного загрязнения природных компонентов, в том числе почвы.
Радиоактивное загрязнение почвы – это увеличение концентрации радиоактивных веществ в почвенном профиле вследствие антропогенной деятельности.
- прямое воздействие ионизирующего излучения на компоненты почвенно-растительного покрова, животных и человека;
- ограничение возможности использования загрязненных почв в сельском хозяйстве, т. к. получаемая с таких земель продукция, как правило, имеет уровни концентрации, превышающие допустимые.
Как отмечают А.И. Щеглов и О.Б. Цветнова, существенное радиационное поражение биоты в естественных условиях, включая полную гибель популяций и биогеоценозов, происходит при достаточно высоких плотностях загрязнения (более 1000 Ки/км2). Такие плотности загрязнения, обычно, фиксируются в пределах участков, прилегающих к источнику выброса. На большей части загрязненной территории основным лимитирующим фактором является превышение дозы внешнего и внутреннего облучения человека. В качестве такого норматива Международная Комиссия Радиационной защиты (МКРЗ) рассматривает среднегодовую дозу, равную 0,001 Зв (Зиверт – в системе СИ единица эквивалентной дозы). Этот норматив несравненно ниже величины летальной дозы, которая вызывает гибель биообъектов в 50 % случаев за 30 дней (ЛД 50/30).
Для человека ЛД50/30 составляет 2,5-3,5 Гр (Гр в системе СИ единица поглощенной дозы; 1 Гр = 1Дж/кг).
Радиоактивное загрязнение почв обусловливают две большие группы радионуклидов: природные и техногенные. Концентрация естественных радионуклидов в почвах существенно увеличивается за счет добычи, переработки, складирования природного сырья, производства и внесения удобрений, сжигания угля, использование шлаков золы для производства различных строительных материалов, а также в качестве удобрений и т. п.
Вследствие производства и применения удобрений, загрязнение почв природными радионуклидами неизбежно. С калийными удобрениями в почву поступает 40К, с фосфорными – 238U и продукты его деления.
Искусственные радионуклиды попадают в компоненты биосферы в результате ядерных взрывов. На поверхность Земли уже выпало до 40 МКи 137Сs и около 25 МКи 90Sr.
ППК почв сорбирует радионуклиды и долгое время их сохраняет.
Поведение радионуклидов в почвах определяется целым комплексом факторов:
Стронций поглощается обменно, остальные – путем образования трудно растворимых гуматов, фосфатов, карбонатов, сульфатов, не редко замещая кальций в этих соединениях.
Радионуклиды поступают на поверхность почвы в составе аэрозолей, частиц диспергированного топлива, оплавленных частиц, минералов и т. п. Максимальная доля растворимой фракции радионуклидов отмечается в составе глобальных выпадений (30-90%), наибольшая у стронция и цезия.
На поведение радионуклидов большое влияние оказывает фактор времени. Период достижения динамического равновесия нарастает по мере снижения растворимости радиоактивных выпадений. Растворимые органические вещества и подкисление среды повышает миграцию радионуклидов.
Итак, подвижность радионуклидов в почвенной среде зависит от гранулометрического, минералогического состава, от свойств гумуса и реакции среды, наличия геохимических барьеров в профиле почвы.
Перераспределение радионуклидов происходит как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении. Горизонтальная миграция наиболее заметна в период после выпадений и происходит прежде всего благодаря эоловому переносу. Минимальна она в лесных ценозах и максимальна в агроценозах с легкими почвами. Перенос радиоактивных веществ резко возрастает при пожарах.
Вертикальное перераспределение радионуклидов во всех почвах идет очень медленно с линейной скоростью от десятых долей до 2-х см в год (почва – биогеохимический барьер). Как показали исследования, в Чернобыльской зоне основная часть радионуклидов в течение длительного времени остается в пределах верхних 10 см почвы, а в лесах они накапливаются в лесной подстилке и в нижележащем слое толщиной 1-2 см.
Вертикальная миграция радионуклидов связана со следующими факторами:
- диффузия ионов;
- перенос с током влаги;
- перенос корневыми системами растений;
- лессиваж;
- роющая деятельность почвенной мезофауны;
- хозяйственная деятельность человека.
Влияние этих факторов неравнозначно. Оно меняется в зависимости от времени после выпадений, почвенно-климатических и биоценотических условий.
Корневые системы накапливают радионуклиды больше, чем окружающая почвенная масса. С глубиной это различие увеличивается. Дождевые черви активизируют перераспределение радионуклидов, что особенно заметно по тем почвам, где много червей.
Вспашка приводит к интенсивному перемешиванию радионуклидов в пахотном слое.
Наибольшее влияние на интенсивность миграции радионуклидов в почвенном профиле оказывает водный режим (наиболее сильный вынос происходит при промывном водном режиме, а при выпотном – минимальный).
Поступление радионуклидов в растения зависит как от их вида, так и от поглотительной способности почв. Больше всего радионуклидов поступает в растения, произрастающих на торфяно-глеевых почвах, затем – на торфянисто-подзолистых оглеенных и далее в убывающем порядке – на дерново-подзолистых, серых лесных и черноземах, что связано, прежде всего, с их ёмкостью катионного обмена (ЕКО) и сорбционной способностью.
Охранные мероприятия на загрязненных территориях направлены на снижение негативных последствий и включают следующие контрмеры:
- ограничение обычной деятельности;
- мелиоративные меры;
- разработка стратегии использования территории и продукции.
Период ограничений зависит от плотности загрязнения и экспозиционной дозы и может варьировать от нескольких недель до десятков лет.
К числу наиболее эффективных мер в растениеводстве относится подбор видов и сортов растений с минимальным уровнем накопления радионуклидов. В животноводстве важную роль играет откорм животных чистыми кормами, а также использование специальных добавок сорбентов, подавляющих переход радионуклидов в молоко.
Мелиоративные мероприятия – внесение сорбентов (цеолитов, вермикулита и т. п.), органических и минеральных удобрений, извести – способствует снижению поступления радионуклидов в растения.
В земледелии существенное снижение их накопления растениями достигается путем агротехнических приёмов: вспашки с оборотом пласта, плантажной вспашки, что приводит к заглублению радиоактивных веществ, в результате чего снижается их накопления в сельскохозяйственной продукции в 24 раза.
Альтернативная стратегия использования загрязненной территории строится без применения специфического воздействия. Например, создание специальных заповедников (таков Полесский радиоэкологический заповедник); создание лесных посадок на сильно загрязненных пахотных угодьях. В сельском хозяйстве является целесообразным изменение структуры севооборотов, выращивание технических культур, не используемых в пищевых цепях.
Необходимы также контрмеры пропагандистско-информационного характера, направленные на обучение населения, проживающего на загрязненных территориях, действиям и приёмам, приводящим к снижению доз внешнего и внутреннего облучения, и возможному использованию продукции, получаемой с этих территорий.
Загрязнение почвы пестицидами
Пестициды — ядохимикаты по борьбе с сорняками (гербициды), с грибковыми болезнями растений (фунгициды) и вредителями (зооциды, инсектициды и др.) — широко применяются в сельском хозяйстве и сохраняют более 30% урожая.
Наибольшее применение находят пестициды — органические вещества: хлори-рованные углеводороды (гексахлоран и др.), диены (альдрин, севин и др.), сложные эфиры фосфорных кислот (ФОС), карбаматы (карбин, тиллам и др.), замещенные мочевины (фенурон, монурон и др.). При обработке посевов пестицидами основная часть их накапливается на поверхности почв и растений.
Они адсорбируются органическим веществом почв и минеральными коллоидами. Сорбция токсикантов обратима. Избытки пестицидов могут мигрировать с нисходящим гравитационным потоком и попадать в грунтовые воды. Накапливаясь в почве, они могут передаваться по цепям питания и вызывать заболевания животных и людей.
Накопление остатков пестицидов в почве зависит и от природы токсиканта. Наиболее стойкие — хлорорганические соединения и группа диенов. Они сохраняются в почве в течение нескольких лет. К тому же чем выше доза, тем длительнее сохраняется токсикант. Фосфорорганические соединения и производные карбамидной кислоты теряют свою токсичность менее чем за 3 месяца и при распаде не образуют токсичных метаболитов, что делает эти соединения предпочтительными.
При внесении пестицидов авиаметодами они распыляются и могут переноситься воздушными массами на большие расстояния. Многие биоциды и их метаболиты обнаруживаются там, где их никогда не применяли (например, в Антарктиде). Вместе с поверхностными водами пестициды могут попадать в водоемы и отравлять воду.
Систематическое применение в больших количествах стойких и обладающих кумулятивными свойствами пестицидов приводит к тому, что основным источником загрязнения водоемов становится сток талых, дождевых и грунтовых вод. Процессы естественной детоксикации идут активнее там, где наиболее интенсивны процессы минерализации органического вещества.
Современный предмет, который мы называем также, как во времена Лермонтова называли конверт с письмом, написанным орешковыми чернилами. Что это за предмет?
Статью подготовила доцент кафедры социально-гуманитарных дисциплин Волгушева Алла Александровна. 
