3. Литосфера – твердая оболочка земли

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ

Проблемы литосферы

План

1. Литосфера – особая область планеты.

2. Нефтегазовые недра и последствия их освоения.

3. Нарушение земельных территорий производственной деятельностью человека.

4. Почва – индикатор многолетних природных процессов. Эрозия почв, её причины.

5. Экологические последствия использования минеральных удобрений и пестицидов.

6. Ноль отходов «Zero waste» – альтернативная концепция управления отходами.

7. Назад к природе!

Литосфера – особая область планеты

Сначала рассмотрим строение Земли. Земля состоит из ядра – центральная часть Земли с радиусом 3,5 тыс. км, мантии – средняя основная часть планеты протяженностью около 2,9 тыс. км, на которую приходится 83 % объема и 67 % массы, и земной коры – верхняя оболочка, простирающаяся на материках на глубину от 35–45 до 70 км, а на океаническом дне – от 5 до 10 км. Средний радиус Земли равен 6371,032 км, объем – 1,083∙10¹² км³, масса – 5,976∙10²¹ т. Преобладающими элементами являются Fе (34,7 %), O₂ (29,5 %), Si (15,2 %) и Мg (12,7 %).

В радиальной классификации строения нашей планеты различают особую область – литосферу (от греч. lithos – камень) – внешнюю сферу Земли, включающую земную кору и верхнюю часть мантии. Нередко под литосферой понимают самый верхний слой земной поверхности – это твердая поверхность материков. Принципиальное отличие литосферы от других объектов окружающей среды состоит в том, что она является местом обитания человека и подвержена антропогенному воздействию при эксплуатации поверхностного слоя и недр Земли (часть земной коры, в пределах которой возможна добыча полезных ископаемых). Недра не имеют определенной нижней границы, она зависит от уровня научно-технического прогресса. Максимальное достижение геологической практики – это Кольская сверхглубокая скважина (более 12 км). Можно эту цифру считать нижней границей недр, хотя вполне очевидно, что она будет неуклонно приближаться к центру Земли.

Состав земной коры выражают в кларках, означающих среднее содержание химического элемента в ней в процентах. O₂, Si, Аl, а также Fе, Са, К, Na, Мg и Ti составляют 99,48 % массы земной коры, тогда как на долю всех остальных приходится всего 0,52 %. Среди последних такие, например, широко используемые и совсем не кажущиеся редкими, как С, N, Р, Сr, Мn, Сu, Zn, Sn, Нg, Рb и др. Основу земной коры составляют легкие элементы. Это обусловлено процессом формирования планеты. Легкие элементы выделялись из расплава и всплывали на поверхность, образуя атмосферу, гидросферу и литосферу. Имея в своем распоряжении около 90 элементов, природа за миллиарды лет создала около 2 тыс. видов минералов. 55 % земной коры слагаются алюмосиликатами, относящимися к группе полевых шпатов. Основные их представители – ортоклаз КАlSi₃O₈, альбит NaAlSi₃O₈, анорит СаА1₂SiO₈. Полевые шпаты под воздействием природных факторов постепенно разрушаются. Это можно представить обобщающим уравнением:

2КАlSi₃O₈ + 2Н₂O + СО₂ = К₂СO₃ + Н₄А1₂Si₂O₉ + 4SiO₂.

каолин кварц

Эти два химических соединения представляют собой минеральную основу почв всех видов. Нерастворимые продукты распада каолин и кварц являются основой обычных глин. Указанные в составе полевых шпатов А1, Si, O₂, К, Nа, Са, а также Fе и Мg образуют более 1 тыс. минералов.

Элементы в составе химических соединений способны передвигаться в земной коре. Различают механическую, физико-химическую, биогенную и техногенную миграции. Механическая миграция обусловлена перемещением веществ по воздуху и речным стокам при обвальных и оползневых процессах, под влиянием силы тяжести. Физико-химическая миграция подчиняется законам диффузии, зависит от условий растворения, осаждения, сорбции, комплексообразования, связана с окислительно-восстановительными и кислотно-щелоч­ными свойствами среды. Биогенная миграция управляется законами, присущими живым организмам. Сложная техногенная миграция является следствием производственной деятельности человека.

Для разных элементов роль того или иного вида миграции не равноценна. Так, для К, Р, N основная роль принадлежит биогенным процессам, для Na и Сl – физико-химическим, а для Sn и Аu – механическим.

Таким образом, миграция элементов и изменяющиеся физико-химические условия способствуют концентрированию определённых химических соединений в отдельных местах литосферы, формированию месторождений полезных ископаемых.

Масса Земли постоянна, так как количество космического материала, попадающего на её поверхность, пренебрежимо мало. Поэтому техногенный расход материала планеты – это необратимый ничем не компенсируемый процесс. Ясно, что столь мощное техногенное воздействие на литосферу не может не сказаться на её качестве. Вряд ли следует сравнивать по важности и значимости отдельные элементы литосферы. Если недра являются источником энергетических ресурсов, то поверхность Земли – это среда обитания человека и значительной части биосферы, место производства сельскохозяйственной продукции – основной массы белка, необходимого для поддержания нашей жизни.

Развитие человеческого общества связано с нормальным функционированием и эксплуатацией всех элементов литосферы, включая её поверхностный слой, ценным ресурсом которого является почва.

Жизнь в литосфере концентрируется только в почве. В.И. Вернадский характеризовал почву как биокосное тело, состоящее одновременно из живых и косных тел. Почва возникла на Земле вместе с живой материей, и пока не было живых организмов, не могло быть и почвы. Почва, как среда жизни, обладает рядом особенностей. Прежде всего она характеризуется плотностью и представляет трёхфазную систему: твёрдая фаза, состоящая из различных по величине твёрдых частиц; жидкая представлена почвенной влагой; газообразная – почвенным воздухом. Вместе с тем почвенная среда по многим показателям близка к водной. Их сближают температурный режим, вертикальный градиент содержания кислорода, возможность передвижения в трех измерениях и наличие растворов, содержащих соли.

В ходе биологического круговорота веществ в почве накапливался так называемый гумус, обладающий ценными свойствами плодородия и являющийся многокомпонентным продуктом органической природы. Гумус образуется непрерывно. Процесс продолжается и в современных условиях, но биогенная возобновляемость его не означает неисчерпаемости почвы.

Природе необходимо 200 лет для создания слоя почвы толщиной в 1 см. Её формирование – процесс, который мы не можем ускорить. Рождаются и умирают миллиарды живых существ, разлагаясь в почве, они за 1000 лет образуют почвенный слой в 20–30 см. Почва обладает многовековым плодородием и сохранить неизменным его уровень можно, внося в неё столько питательных веществ, сколько уже извлечено. Ничего подобного человечество не придумало и не создало. Обеспечивая необходимые условия для всего живого на Земле, почва через растения и животных поддерживает существование биосферы.

В наши дни почва становится национальным богатством. На почвах мира производятся около 1 млрд. тонн зерна. В мире распахано только 11 % суши, ещё приблизительно 20 % приходится на луга и пастбища.

Мировое распределение земельных ресурсов следующее: 20 % расположено в исключительно холодных областях; 20 % – в слишком сухих; 20 % – на очень крутых склонах; 10 % – имеют слишком тонкий почвенный слой, а оставшиеся 30 % составляют пашни, луга, пастбища. Говорить о многократном увеличении пахотного клина не приходится.

В России значительная часть территории занята тундрой, тайгой, горами. Ежегодно вовлекаются в сельскохозяйственный оборот всё новые и новые земли. Однако и наши возможности ограничены по двум причинам: во-первых, запас земельных ресурсов не очень велик, так как 55 % – это северные районы; 15 % – пустыни и полупустыни; примерно 33 % земельного фонда требует коренной мелиорации и лишь 12 % наиболее благоприятны для земледелия, но и они периодически подвергаются влиянию засухи; во-вторых, быстрыми темпами растёт удельный вес прямого использования почвы при развитии промышленности и транспорта, укрупнении старых и строительстве новых городов.

Нефтегазовые недра и последствия, вызываемые их освоением

В понятие «окружающая среда» входят не только поверхностные сферы, но и глубинные недра Земли, которых человек достиг в процессе освоения минерального сырья, и в первую очередь ресурсов нефти и газа. Нефтяники и газовики глубже других проникают в геологическую сферу и наносят ей наиболее ощутимые «раны». Формирование газового и конденсатного месторождений длится десятки миллионов лет. Например, газовые залежи в Сеноманских отложениях Западной Сибири накапливались в течение 80 млн. лет, Оренбургского газоконденсатного месторождения – 100–150 лет. Разработка газовых месторождений происходит всего за 15–20 лет. В геологическом временном масштабе такой процесс идет со скоростью, адекватной скорости взрыва. При этом в недрах нарушается баланс масс, происходит сокращение объема пласта и проседание поверхности, загрязнение инородными веществами.

Не менее негативное воздействие на геологические пласты оказывала и продолжает оказывать форсированная разработка газовых месторождений. При дебите 1 млн м³/сут в призабойной зоне скважин газовый флюид движется с большой скоростью, отрывая и вынося на поверхность мелкие пылинки и частицы продуктивного пласта, усиливая тем самым образование дефицита масс в недрах, что в свою очередь неизбежно будет способствовать проседанию земной поверхности. Наиболее активно эти процессы происходят в слабоцементированных песчинках, которые являются основными продуктивными горизонтами газовых гигантов Западной Сибири (Уренгой, Медвежье и др.). Апшеронский полуостров уже опустился на 2,5 м и продолжает опускаться со все возрастающей год от году скоростью. Одна из гаваней Сан-Франциско, где издавна ведется добыча нефти и газа, опустилась на 8 м. И хотя на огромных площадях Западной Сибири пока еще не отмечается подвижка и просадка грунтов (выбрать значительные запасы недр еще не удалось), но и Тюменскую землю не минуют такие прогибы и просадки громадных площадей.

Лет 20–25 тому назад с целью увеличения нефтегазоотдачи пластов в них взрывали ядерные заряды. Подземными взрывами обезображивали недра и при глубинном сейсмическом зондировании, и при создании подземных емкостей для хранения нефти, газа или промышленных отходов. Всего в недрах бывшего Союза в «промышленных целях» было взорвано около 128 ядерных устройств. Эффективность сомнительна – экологические последствия катастрофические. Продуктами радиоактивного распада оказались загрязнены не только недра, но и поверхностные сферы. Один из наиболее вредных продуктов распада – тритий – способен внедряться в углеводородные цепочки и оставаться в них даже при нефтехимической переработке нефти.

Недра Земли страдают и от закачки в них неочищенных сточных вод, воды для поддержания пластового давления. Захоронение различных отходов, гидроразрыв пласта, кислотная обработка забоев скважин – все это оказывало и оказывает негативное воздействие на недра, последствия которого нам просто неизвестны и непредсказуемы.

Доля бездействующих скважин на месторождениях Тюменской области составляет 24–75 %, что снижает эффективность эксплуатации месторождений и ведет к безвозвратным потерям запасов нефти в недрах. На территории Ямало-Ненецкого автономного округа имеется более 50 «бесхозных» глубоких поисковых и разведочных скважин, находящихся под давлением и отнесенных к объектам повышенной опасности. В России число ликвидированных «бесхозных» нефтяных и газовых скважин превышает 7500 единиц. заброшенные скважины специалисты называют «минами замедленного действия» – давление на устье объектов доходит до 170 атмосфер. Вдруг скважины начинают о себе громко «заявлять». Так, скважина на Алясовской площади «заговорила» спустя 18 лет. Зафонтанировали газом скважины на берегу р. Обь с дебитом 5 млн. м³/сут.

Пятая часть территории России имеет недра с существенным нарушением геологического равновесия. Причем направленность хозяйственной деятельности промышленных отраслей нашей страны, и прежде всего нефтегазовой, имеет тенденцию к расширению негативного воздействия на недра, что отрицательно влияет на экологическую обстановку в целом.

В силу своей инерционности недра реагируют на болезненное вторжение со значительным запозданием, и результаты этой реакции трудно прогнозировать. Любые природные и техногенные возмущения в литосфере запускают цепочки наведенных процессов, которые могут развиваться длительное время (в течение жизни нескольких поколений) и с все более возрастающей интенсивностью.

В организме биосферы, а равно и в нашем, стоит лишь нанести травму только одной ее составляющей – в данном случае подземным недрам, – как отзывается это буквально на всем.

Нарушение земельных территорий

производственной деятельностью человека

Прокладка инженерных и транспортных коммуникаций и особенно расширение добычи полезных ископаемых привели к резкому увеличению территорий с нарушенными почвами и рельефом. Объем перемещаемого вещества при этом превысил на целый порядок рельефообразующие процессы. За вторую половину ХХ в. земная поверхность претерпела большие изменения, чем за всю предыдущую историю развития человечества. Масштабы этих изменений можно сопоставить лишь с последствиями катастрофических явлений природы. Нарушенные земли – это земли, утратившие свою хозяйственную ценность и являющиеся источником негативного воздействия на окружающую среду в результате изменения рельефа, почвенного покрова, гидрологического режима, деятельности горнодобывающей и других отраслей промышленности.

Земельные отводы под добычу твердых полезных ископаемых открытым способом в России исчисляются сотнями тысяч гектаров. В районе Курской магнитной аномалии ущерб от изъятия плодородных земель для открытой разработки железных руд оценивается в 2030 млрд. долларов. Площадь нарушенных земель в горнодобывающих отраслях промышленности оценивается почти в 270 тыс. га.

Экологические проблемы горнодобывающего комплекса связаны с ликвидацией и консервацией предприятий. Такие объекты остаются потенциально опасными на протяжении длительного времени. Здесь могут происходить деформации подработанной земной поверхности (опускание на 6–7 м), зданий и сооружений, образовываться провалы, возникать эндогенные пожары, выделяться токсичные и взрывоопасные газы, подтапливаться прилегающие территории. Эти явления характерны для Донбасса и Кузбасса, а за рубежом имели место в Верхнесилезком каменноугольном бассейне и в центральных районах Англии. В связи с этим большое значение имеет организация системы горноэкологического мониторинга на ликвидируемых объектах. Такие центры мониторинга уже созданы в Кузнецком бассейне, Приморском крае, Подмосковном угольном бассейне. Они осуществляют наблюдение за ликвидируемыми здесь шахтами.

Горные работы – не единственная причина возникновения нарушенных земель. Немало их появляется в результате прокладки транспортных магистралей, трубопроводов, линий электропередач, что всегда сопровождается ухудшением качества почвенного покрова и растительности прилегающих территорий, а зачастую и вырубкой больших массивов леса. Так, строительство 1 км дороги при ширине просеки 10–15 м требует вырубки леса на площади 1–1,5 га. Широко используемая на севере бездорожная транспортировка грузов на самоходных установках уже привела к массовому нарушению и даже уничтожению почвенного и растительного покрова тундры. В зоне пустынь и полупустынь нарушенные земли также возникают при бездорожной транспортировке нефтяных вышек и проведении геологоразведочных работ.

Неблагоприятное воздействие на литосферу оказывает работа гидростанций:

– происходит нарушение равновесного состояния литосферы плотиной и миллиардами тонн воды, появившееся по геологическим часам – в одно мгновение на сравнительно небольшом и не подготовившемся к такой дополнительной нагрузке участке литосферы;

– колеблется уровень воды, меняется нагрузка на дно и литосферные пласты, а такая вибрация нарушает равновесное состояние недр, водоносных горизонтов и отзывается на большом расстоянии – в десятки, а то и сотни километров от самого ложа водохранилища;

– происходит сдвиг литосферных пластов. В результате этого водоносные горизонты оказываются перекрытыми, перестают течь родники, высыхают колодцы, а где-то из-за этого вода начинает проступать на поверхность и заболачивает все окрестности.

В степных и полустепных районах России в результате строительства водохранилищ и каналов произошло подтопление почвы. Урожайность сельскохозяйственных культур снизилась почти в три раза, почва стала превращаться в солончаки и безжизненные такыры, на которых нельзя пасти даже скот. Только за последние 25 лет количество пахотных земель в расчете на одного жителя нашей страны уменьшилось на 30 %.

Почва – индикатор многолетних природных процессов.

Эрозия почвы и ее причины

Почва является одной из характеристик земли как продукта природы – важнейшего природного ресурса.

Одна из остро стоящих экологических проблем использования земельных ресурсов – сохранение продуктивности почв, сохранение их плодородия. Выделяют три вида плодородия: естественное, искусственное, экономическое. Естественное плодородие является природной данностью, сложившейся в результате длительных природных процессов – геологических и почвообразовательных. Естественное и искусственное плодородие вместе образуют экономическое плодородие, выражающееся в производстве сельскохозяйственной продукции на единицу площади, урожайности.

Повышение искусственного плодородия не всегда будет определять рост экономического плодородия. Химизация, механизация и мелиорация не могут бесконечно увеличивать экономическое плодородие. Только в начале их применения – о чем свидетельствует 20–30-летний опыт многих районов страны – происходит рост урожайности, затем следует ее стабилизация и даже снижение. Есть мнение, что искусственное повышение плодородия одновременно ведет к растрате капитальных запасов почвенного плодородия и последующей деградации земель. В связи с этим остро стоит задача расширения традиционной вековой практики ведения сельского хозяйства, обеспечивающей повышение естественного плодородия. Жизнь заставляет переориентировать сельское хозяйство и весь аграрно-промышленный комплекс с техногенных приоритетов на экологические.

Основными причинами ухудшения качества, деградации земельных ресурсов остаются эрозия, засоление и уплотнение почв из-за использования тяжелых сельскохозяйственных машин (только из-за последней причины плодородие ранее рыхлых почв снизилось на 1–15 % и более).

Вспомним прошлое…

Крестьянин пахал сохою, которая фактически только царапала верхний слой почвы, проводя неглубокие борозды, открывающие доступ зерну для посевов, и – только. Структура всех основных слоев почвы оставалась нетронутой, из мелких борозд питательные вещества ни дождь не вымывал, ни ветер не вывеивал. Даже небольшие дозы удобрений – навоза – восполняли ту долю органических веществ, которую уносили с поля вместе с урожаем – зерном и соломой.

Не то стало, когда на поля двинулись мощные тракторы с тяжелыми многокорпусными отвальными пластами. На полметра и больше вгрызались они в почву, выворачивая ее наизнанку, утрамбовывая или разбивая в пыль ее комковатую структуру. Дожди и снеговые воды свободно вымывали гумус из перевернутой, с глубокими канавами почвы, оставляя только песчинки и пылинки. А когда солнце высушивало поверхность земли, песчинки эти и пылинки легко подхватывались гуляющими вольно по степям ветрами. Так началась, так продолжается и по сей день водная и ветровая эрозия почв.

Различают нормальную (или геологическую) и ускоренную (или антропогенную) эрозию.

Нормальная эрозия протекает повсеместно под лесной и травянистой растительностью. Она проявляется очень слабо, и происходящая при этом потеря почвы полностью восстанавливается в течение года благодаря почвообразовательным процессам.

Ускоренная эрозия развивается там, где естественная растительность уничтожена, а территория используется без учета природных особенностей. В результате процесс ускоряется во много раз.

В составе сельскохозяйственных угодий России эрозионной опасности подвержены площади более 117 млн. га (или 63 %), в том числе эродированных 51 млн. га (28 %). На таких землях урожайность снижается на 10–30 %, а иногда и на 90 %. Согласно прогнозу Института наблюдений за состоянием мира (Нью-Йорк), при существующих темпах эрозии и обезлесения к 2330 г. плодородной земли на планете станет меньше на 960 млрд. тонн, а лесов – на 440 млн. га.

Образование плодородного гумусового горизонта мощностью 20–25 см происходит в течение 2–7 тысячелетий. При ускоренной эрозии разрушение этого слоя может произойти за 10–30 лет. При катастрофических ураганах, ливнях нарушении хозяйственной деятельности почвы могут быть уничтожены в течение нескольких дней или даже часов.

Различают несколько типов ускоренной эрозии почв (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Основные виды эрозии почв

Ветровая, или эоловая, эрозия (дефляция) связана с перемещением мелких (d = до 1 мм) частиц почвы под действием ветра и может происходить в разное время года. Ветер выдувает слой почвы до 25 см, поднимает ее на высоту до 3 км и переносит на огромные расстояния. Не раз уже фиксировался перенос пыльных бурь с Африканского континента на Американский. После пыльной бури, разразившейся на Северном Кавказе и в Восточной Украине, частицы почвы были обнаружены на снегу Финляндии, Швеции, Норвегии. В нашей стране пыльные бури наиболее часто поражают Нижнее Поволжье и Северный Кавказ. В засушливом 1999 г. опасность пыльных бурь возникла в Воронежской и Орловской областях.

Повседневная эрозия носит локальный характер, особенно активно она проявляется на ветроударных склонах, бывает низовой и верховой.

Водная эрозия может быть плоскостной, струйчатой и овражистой, она вызывает оползни и сели. При плоскостной эрозии происходит постепенный смыв поверхностного слоя почвы талыми водами и дождями. Струйчатая (или бороздчатая) эрозия развивается при дружном таянии снега весной и в результате сильных ливней на склонах, лишенных растительности.

Овражная эрозия развивается на склонах, лишенных древесной растительности, со слабо развитой растительностью. Селевые потоки и оползни – наиболее опасные формы водной эрозии в горах. Возникают при вырубке горных лесов, неумеренном выпасе скота, обладают большой разрушительной силой. Селевые потоки приносят большие убытки хозяйству и сопровождаются человеческими жертвами. Ирригационная эрозия развивается в результате нарушения правил полива при орошаемом земледелии. Засоление почв связано в основном с этими нарушениями. При испарении воды из почвы и транспирации через листья растений, растворенные в воде соли остаются в почве. В настоящее время около 50 % орошаемых земель засолено. Это приводит к ее опустыниванию. Одной из причин падения богатейшей Римской Империи было засоление и опустынивание богатых пахотных земель. В результате процессов эрозии и опустынивания за последние 120 лет наша страна потеряла 6 млн. га сельскохозяйственных земель.

Экологические последствия использования

минеральных удобрений и пестицидов

Минеральные удобрения – неизбежное следствие интенсивности земледелия. Имеются расчеты, что для достижения желаемого положительного эффекта от применения минеральных удобрений мировое потребление их должно составить около 90 кг/год на человека. Суммарное производство удобрений в этом случае достигает 450–500 млн.т/год. В настоящее время мировое производство минеральных удобрений составляет 200–220 млн.т/год или 35–40 кг/год на человека.

Экологические последствия применения удобрений можно рассматривать с трех точек зрения: местное влияние удобрений на экосистемы и почвы; запредельное влияние на другие экосистемы и их звенья, прежде всего на водную среду и атмосферу; влияние на качество продукции.

Влияние минеральных удобрений на почву. Необходимость применения минеральных удобрений одновременно с повышением урожайности вызывает загрязнение почв и поверхностных вод биогенными элементами и балластными веществами. Основной причиной загрязнения являются грубые нарушения научно обоснованной технологии транспортировки минеральных удобрений, их хранения и внесения в почву. Наступает такое состояние системы, когда внесение удобрений практически не дает прибавки уровня, а еще большие дозы ведут к снижению урожая. Здесь срабатывает правило лимитирующего фактора по его максимальному значению. «Минеральные удобрения являются средством маскировки реальностей» – имеются данные, что с продуктами эрозии почв выносится больше минеральных веществ, чем их вносится с удобрениями.

Влияние минеральных удобрений на атмосферный воздух и воду. В практике земледелия бесполезно теряется до 50 % всех минеральных удобрений, остальное утрачивается, уходя в атмосферу (7–8 млн.т) или смывается и поступает в поверхностные и подземные природные воды (до 2 млн.т). Выделение оксидов азота в атмосферу грозит не только экономическим ущербом, но и нарушением озонового экрана планеты.

Большое количество соединений фосфора поступает в природные воды вследствие смыва фосфорных удобрений с полей под воздействием орошения и эрозионных процессов. До 17 млн. тонн фосфора поступает ежегодно с континентов планеты в Мировой океан с тенденцией к возрастанию. Постоянная миграция фосфора вызывает увеличение содержания его в водоемах суши. Кроме удобрений источником фосфорного загрязнения почвы и воды являются фосфорсодержащие пестициды. В земледелии широко используются калийные удобрения, поставки которых достигают 12 млн. тонн в год. Большинство из них содержит балластные вещества, загрязняющие почву и вредные для растений. Например, сильвинит m KCl + n NaCl, каинит KClMgSO₄3H₂O, карналлит KClMgС1₂6H₂O содержат ионы хлора и натрия в количествах токсичных для растений. Доля ионов натрия и хлора составляет 75–80 и 50 % соответственно.

Влияние минеральных удобрений на качество продукции и здоровье людей. Удобрения способны оказывать отрицательное воздействие на растения, на качество растительной продукции, на организмы, ее потребляющие. При высоких дозах азотных удобрений увеличивается риск заболеваний растений. Идет активное накопление зеленой массы, и резко возрастает вероятность полегания растений. Соединения фосфора и калия смягчают вредное воздействие соединений азота. Многие удобрения, особенно хлорсодержащие, отрицательно действуют на животных и человека. Загрязнение почв и поверхностных вод соединениями азота связано с бесконтрольным и непродуманным использованием азотных удобрений (в основном нитратов). Они хорошо усваиваются большинством растений и овощными культурами. Предельно допустимые количества нитратов и их фактическое содержание в сельскохозяйственной продукции представлено в табл. 3.1.

Один из основных вопросов, требующий немедленного решения в виду его значимости для здоровья людей, – это регулируемое использование азотных удобрений. Повышение концентрации аммонийного и нитратного азота ведет к массовым отравлениям. Нитраты обладают незначительной токсичностью, но попадая в организм человека, они под влиянием бактерий легко превращаются в нитриты. Наибольшая часть нитратов находится в корнях, стеблях, черенках и жилках растений. Листья и корнеплоды содержат больше нитратов, чем плоды. Нитраты могут взаимодействовать с аминами или амидами и образовывать в организме нитрозамины, вызывающие рост опухолей и мутации клеток.

Таблица 3.1

Содержание нитратов в продуктах растениеводства

Культура (товарная часть урожая)	ПДК, NO3–, мг/кг	Фактическое содержание NO3– (товарная часть урожая), мг/кг
Томаты	60	85
Картофель	300	209
Свекла столовая	1400	1246
Лук (перо)	400	379
Огурцы (тепличные)	150	283
Капуста белокачанная	300	892
Арбузы	45	65
Дыни	45	125

В последнее время возрастает роль органических удобрений, причем 50 %, из которых поставляет животноводство. Органические удобрения – это перегной, торф, навоз, птичий помет (гуано), компосты, используемые для повышения плодородия почв или биологические добавки, способствующие развитию полезной микрофлоры почвы. В России освоена и внедрена методика доочистки сточных вод свиноводческих комплексов с помощью макрофитов и микроорганизмов. Так, макрофиты за 20 суток снижают содержание азотных соединений в сточных водах этих комплексов до ПДК, а выращенные высокие урожаи зеленой массы используются как кормовые добавки.

Для получения сельскохозяйственной продукции с низким содержанием нитратов в ряде зарубежных стран уже используется принцип экологически безопасных доз азотных удобрений, так называемый локальный метод с заделкой гранул непосредственно в почву. Это увеличивает коэффициент использования удобрений растениями. Еще более перспективным является применение ингибиторов – специально синтезированных химических соединений, вносимых в почву одновременно с азотными удобрениями. Они снижают активность микроорганизмов, окисляющих аммонийный азот до нитратов. Применение ингибиторов обеспечивает консервацию азотных удобрений до их потребления культурными растениями. Это особенно актуально в практике орошаемого земледелия. Например, применение сероуглерода способствует снижению содержания нитратов в белокочанной капусте примерно в 2–5 раз. Таким образом, применение определенных ингибиторов может значительно снизить содержание нитратов в сельхозяйственной продукции.

Широкое применение пестицидов в сельскохозяйственной практике влияет на почвенный покров и биосферу в целом. Ассортимент пестицидов насчитывает более 100 тыс. соединений и постоянно расширяется.

Пестициды – это химические средства борьбы с микроорганизмами, растениями и животными, вредными или нежелательными с точки зрения экономики или здравоохранения. В зависимости от направления использования пестициды делятся на следующие группы. Гербициды – для борьбы с сорными растениями. Альгициды – для уничтожения водорослей и другой водной растительности. Арборициды – для уничтожения нежелательной древесной и кустарниковой растительности. Фунгициды – для борьбы с грибковыми болезнями растений. Бактерициды – для борьбы с бактериями и бактериальными болезнями. Инсектициды – для борьбы с вредными насекомыми. Акарициды – для борьбы с клещами. Зооциды – для борьбы с грызунами. Лимациды – для борьбы с моллюсками. Нематоциды – для борьбы с круглыми червями. Афициды – для борьбы с тлями.

К пестицидам относятся также химические средства стимулирования и торможения роста растений, препараты для удаления листьев (деформанты) и подсушивания растений (десиканты).

Подсчитано, что 98 % инсектицидов, 60-95 % гербицидов не достигают объектов подавления и попадают в воздух и воду, а зооциды создают в почве безжизненную среду. По данным Института всемирного наблюдения (г. Вашингтон), ежегодно регистрируется до 2 млн. случаев отравления пестицидами. Так, в Индии из-за отравления ежегодно погибает до 40 тыс. человек. Влияние пестицидов на здоровье населения ученые приравнивают к воздействию радиоактивных веществ.

Многолетнее использование пестицидов на больших сельскохозяйственных и лесных территориях привело к широкому загрязнению окружающей среды. Сведения о загрязнении почв пестицидами в отдельных регионах России приведены в табл. 3.2. Отмечена тенденция уменьшения содержания пестицидов в почвах Омской области. Пестициды являются единственным загрязнителем, который вносится человеком в окружающую среду сознательно.

Для охраны здоровья людей и окружающей природной среды в 1997 г. был принят федеральный Закон «О безопасном обращении с пестицидами и агрохимикатами». Согласно этому закону, федеральные органы исполнительной власти осуществляют государственную регистрацию пестицидов и агрохимикатов и дают разрешение на производство, применение, регистрацию, транспортировку, хранение, уничтожение, рекламу, ввоз в Россию и вывоз из нее пестицидов и агрохимикатов.

Таблица 3.2

Загрязнение проб почв пестицидами в отдельных регионах России

Регион	Доля проб почв, загрязненных выше ПДК, %	Пестициды
Иркутская область	 90	2,4 – Д
Волгоградская область	> 90	Трефлан
Новосибирская область	Отдельные зоны до 20–192 ПДК	Сумма ДДТ
Московская область	10	То же
Центрально-Черноземный район	15	То же
Краснодарский край	10 64	То же Трефлан
Ростовская область	10 30	Сумма ДДТ трефлан

Есть несколько направлений снижения побочных эффектов при применении пестицидов.

Первое направление – ограничение применения препаратов. Разрабатываются интегрированные системы защиты растений на устойчивом сорте и дополненные системой мер, включающих агротехнические и нехимические методы и только – химические.

Другое направление – синтез нестойких, быстро разлагающихся пестицидов, с узким спектром действия, которые поражают только вредные организмы. В ассортимент в последнее время введено 59 новых препаратов. Характеризуются избирательной токсичностью, некумулятивны, быстро разлагаются в окружающей среде. На смену дустам пришли растворимые порошки и концентраты эмульсий. При опрыскивании резко сокращается снос препаратов, меньше загрязняется воздух. При этом наблюдается отказ от сплошных авиаобработок и переход к локальным обработкам наземной аппаратурой.

Для сохранения полезных насекомых применяются гранулированные препараты, это значительно увеличивает длительность защитного действия пестицидов (от 20 дней до 2 месяцев) и одновременно снижает контакт токсиканта с окружающей средой. В стадии научных изысканий находится проблема деградации пестицидов с помощью микроорганизмов. Обсуждается вопрос об искусственном обогащении почв и других природных сред микробными препаратами – деструкторами пестицидов.

Не следует забывать о самоочищении почв в результате деградации пестицидов различными путями: химическое разрушение, фотоокисление, вымывание, улетучивание, детоксикация при участии животных и растений. В процессе самоочищения участвуют не только микроорганизмы, но и группы почвенных животных. Ногохвостки, клещи инактивируют пестициды, изменяя их химический состав. Крупные беспозвоночные (например, дождевые черви), а также кроты, землеройки, перемешивая почву, способствуют процессам самоочищения. В настоящее время выделено более 800 веществ биологической природы, которые могут заменять пестициды. К таким препаратам относятся вытяжки, отвары или пудры из табака, ботвы помидоров, чеснока, горчицы, ромашки.

Беспестицидные технологии находят все более широкое применение в сельском хозяйстве. Хозяйства, где продукция выращивается без химических средств защиты, получили название «органические фермы». Такая продукция продается по более высоким ценам, но это не затрудняет ее реализацию. В ряде районов нашей страны (Краснодарский край, Омская область и др.) также появляются фермы беспестицидного земледелия. Ведутся работы по созданию пестицидных препаратов на основе природных ингредиентов (смесь зеленого перца с чесноком и табаком, пудра из ромашки, настои из багульника, живокости, софоры, лука и др.).

Система биологических мер борьбы с вредными организмами включает и методы генной инженерии. Получение растений, устойчивых к гербицидам, методами генной инженерии основано на изучении механизмов толерантности и включает следующие этапы: выявление мишеней действия гербицидов в клетке растений, отбор растений, устойчивых к данному гербициду в качестве источников генов резистентности, идентификация и клонирование этих генов, изучение их экспрессии для использования в трансгенных конструкциях. В большинстве случаев биохимической мишенью действия гербицидов являются физиологические процессы – фотосинтез или биосинтез аминокислот. Полученные трансгенные растения обладают повышенной устойчивостью к гербицидам (цветная капуста, люцерна, табак).