Лекция № 5

Тема: Мониторинг состояния и антропогенных изменений почв

1. Организация наблюдений, охраны, контроля антропогенных изменений почв

Существование и развитие человеческого общества независимо от его социально-экономического устройства неразрывно связано с земельными ресурсами, роль которых в жизни человека трудно переоценить. Земля является основным средством производства в сельском хозяйстве. Человек живет на земле, земля выполняет функцию пространственного базиса в материальном производстве.

Почва – основа биосферы, обеспечивающая через растительный и животный мир существование и экосистем. Это всегда было, есть и будет незаменимым средством производства. Утрата каждого гектара плодородной земли наносит убыток обществу, поэтому первоочередной задачей является поддержание способности почв к восстановлению в процессе их использования. Люди перешли к земледелию около 7000 лет назад. Наука о почвах стала развиваться в конце XIX века.

Почва – особенное тело природы, образованное вследствие сложного взаимодействия пяти факторов: почвообразующих пород, климата, растительного и животного мира, рельефа, возраста страны (Докучаев). Позже был выделен шестой фактор – хозяйственная деятельность. Суть почвообразования состоит в поглощении животными организмами минеральных компонентов ОПС и выделении ими в процессе своей жизнедеятельности различных органических и минеральных соединений, которые изменяют ОПС.

В среднем на жителя Земли приходится более 1 га пахотных земель и пастбищ. Эта величина неуклонно снижается в связи с ростом народонаселения, выходом части угодий из сельскохозяйственного оборота.

Главной бедой почвенного покрова является эрозия почвы, с которой связаны 0,9 всех потерь пахотных земель, включая снижение их плодородия. Водная эрозия почвы заключается в размыве почвы, смыве ее талыми и дождевыми водами. Ветровая эрозия возникает при уничтожении растительности на территориях с недостаточным естественным увлажнением. В обоих случаях имеется в виду гумусовый (плодородный) горизонт толщиной 15—20 см Меры по борьбе с эрозией почв предусматривают комплекс агротехнических мероприятий по водозадержанию и водопоглощению.

Антропогенное воздействие на почву обширнее, чем на другие компоненты биосферы. Почва - индикатор многолетних природных процессов, и её состояние - это результат длительного воздействия разнообразных источников загрязнения.

В почве протекают различные физические, химические и биологические процессы, которые в результате характер загрязнений нарушаются/изменяется. Загрязнение почвы связано с загрязнением атмосферы и гидросферы. В почву попадают твердые и жидкие промышленные, сельскохозяйственные и бытовые отходы. Основными загрязняющими веществами являются металлы и их соединения, удобрения и пестициды, радиоактивные отходы. По пищевым цепям эти загрязнения попадают в организм человека, оказывая токсическое, канцерогенное, мутагенное действие, подавляя иммунитет.

Природные процессы эволюции выработали механизм самовосстановления почв, но человечество нарушило эту способность, т.к. техногенные нагрузки превысили порог чувствительности экосистем. Основные причины ухудшения состояния почв:

- резкая целенаправленная деятельность человека (разрушение и отчуждение почвы при строительстве, добыче полезных ископаемых);

- стихийные силы природы (водная и ветровая эрозия);

- неправильный полив орошаемых земель;

- нарушение правил агротехники и севооборота (засоление, подщелачивание, подкисление, заболачивание);

- вырубка охранных лесов;

- чрезмерный выпас скота (физическая деградация, включая уплотнение и коркообразование);

- изъятие сельскохозяйственных земель;

- химическое загрязнение почв.

Нужно особо отметить, что один сантиметр почвы формируется 1000 лет, и утрачивается в развитых странах за 3 года. Охрана почвенных ресурсов необходима, т.к. основная утрата плодородия земель связана с эрозией, повторным засолением, нарушением растительности, опустыниванием, изъятием земель под строительство, загрязнение.

Земельный фонд Украины составляет около 60 млн. га и представлен различными видами черноземов. Площадь сельскохозяйственных угодий на одного человека составляет около 0,8 га. Охрана и рациональное использование земель регулируется земельным кодексов Украины, принятым 13 марта 1992 года.

В соответствии с целевым назначением все земли подразделяются на:

1) земли сельскохозяйственного назначения; 

2) земли населенных пунктов; 

3) земли промышленности, транспорта, связи и иного несельскохозяйственного  назначения; 

4) земли природоохранного, рекреационного и оздоровительного назначения (земли заповедников, национальных и дендрологических парков, ботанических садов, курортов и других объектов аналогичного назначения); 

5) земли лесного фонда (земли, покрытые лесом, а также не покрытые лесом, но предназначенные для нужд лесного хозяйства);

6) земли водного фонда (земли, занятые водоемами, гидротехническими, водохозяйственными сооружениями, а также полосы отвода по берегам водоемов);

7) земли запаса (все земли, не предоставленные во владение и долгосрочное пользование).

Объектом мониторинга земель являются все земли независимо от форм собственности на землю, целевого назначения и характера использования. Мониторинг земель имеет подсистемы, соответствующие категориям земель.

В связи с интенсивным использованием земель часто происходят водная и ветровая эрозия, вторичное засоление, заболачивание, загрязнение почв промышленными выбросами и пестицидами. Это существенно ухудшает свойства почвы, в связи с чем возникает необходимость слежения за состоянием почв с целью его оценки, прогнозирования и картографирования для обоснования мероприятий по повышению плодородия почвы.

Острейшей экологической проблемой во всем мире является деградация земель. В связи со строительством водохранилищ на реках площадь затопленных земель увеличивается. Все больше становятся площади подтопленных земель. Все более опасный характер приобретает захламление и загрязнение земель несанкционированными свалками промышленных, бытовых, сельскохозяйственных и других отходов производств и потребления. Вокруг многих промышленных предприятий земли загрязнены токсичными веществами.

Противоэрозионные мероприятия:

-организационно-хозяйственные (составление плана противоэрозионных мероприятий);

-агротехнические (использование растений, противоэрозионная обработка почвы, регулирование снеготаяния, агрохимические средства повышения плодородия орошаемых почв);

-лесомелиоративные (создание лесных защитных полос);

-гидротехнические противоэрозионные сооружения (валы, террасы)

Охрана почв от повторного засоления:

-восстановление и повышение плодородия орошаемых земель;

-усовершенствование существующих и разработка новых методов прогноза вводно-солевого режима орошаемых районов;

-выравнивание плодородия орошаемых территорий полупустынной и сухостепной зон.

Охрана почв от изъятия для несельскохозяйственных целей состоит в разработке научно-обоснованных нормативов земельных площадей для строительства, установлении строгого контроля за их соблюдением.

Самыми мощными источниками загрязнения почвенных покровов являются крупные комбинаты цветной металлургии. В прилегающих к ним землях зарегистрированы высокие уровни тяжелых металлов, относящихся к 1 классу опасности. Объясняется это прежде всего тем, что на горнодобывающих предприятиях отрасли все еще преобладает открытый способ добычи минерального сырья. Вблизи металлургических предприятий в почвенном покрове обнаружены тяжелые металлы в количестве, равном или превышающем ПДК. По суммарному индексу загрязнения почвенного покрова первое место занимает заводы по выплавке свинца. Содержание здесь в почве свинца составляет 5-300 ПДК; концентрация в почве кадмия в 70—100 раз выше фонового.

В десятки раз превышает ПДК загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами в местах, связанных с ее добычей, переработкой, транспортировкой и распределением: максимальное содержание нефти превышает фоновый уровень в 4—56 раз. Нефтепродуктами пропитан слой почвы на глубине 0,5 м, так как загрязняющие вещества поступают с территории НПЗ вместе с естественным поверхностным стоком. Аэрокосмическая съемка, снежного покрова показала, что зона негативного воздействия комбината черной металлургии наблюдается на расстоянии до 60 км от источника загрязнения.

Масштабы и интенсивность ухудшения общей экологической обстановки и, в частности, деградации почв создают опасную экологическую и социально-экономическую ситуацию.

Негативные процессы разрушают земли и приводят к резкому ухудшению состояния и использования земель, безвозвратной потере площадей вследствие техногенного нарушения, происходящих оползневых, селевых, эрозионных, абразионных, термокарстовых и других процессов.

Мониторинг должен включать систематические наблюдения за уровнем загрязнения почв, процессами миграции химических веществ, динамикой показателей почвенного плодородия в пространстве и во времени. Однако он не может ограничиваться лишь анализом проб почв. Почва - важный компонент ландшафта, поэтому ее исследование неотделимо от изучения других его компонентов, всех путей накопления загрязняющих веществ как в природных, так и в антропогенных комплексах.

Проведение мониторинга вызвано необходимостью своевременного выявления неблагоприятных свойств почв при различных видах их использования и развитии естественных почвообразовательных процессов.

Следуя за академиком Израэлем Ю. А. и соавторами (1987) почвенно-экологический мониторинг должен входить в группу геофизического и выделяться по контролируемой природной среде - почве и почвенному покрову.

В основе почвенно-экологического мониторинга должны лежать следующие основные принципы:

1) разработка методов контроля за наиболее уязвимыми свойствами почв, изменение которых может вызвать потерю плодородия, ухудшение качества растительной продукции, деградацию почвенного покрова;

2) постоянный контроль за важнейшими показателями почвенного плодородия;

3) ранняя диагностика негативных изменений почвенных свойств;

4) разработка методов контроля за сезонной динамикой почвенных процессов с целью прогноза ожидаемых урожаев и оперативного регулирования развития сельскохозяйственных культур, изменением свойств почв при длительных антропогенных нагрузках;

5) ведение мониторинга за состоянием почв территорий ненарушенных антропогенными вмешательствами (фоновый мониторинг).

Экологическому менеджменту, как системе принятия решений связанных с реализацией действий на земле, должен, в обязательном порядке, предшествовать анализ разносторонних и регулярно обновляемых данных о ее состоянии. Все это определяет необходимость организации систематических комплексных наблюдений за состоянием окружающей среды, ее главного компонента - почвенного покрова. Система мониторинга должна не только содействовать надежной охране земель, но и в короткие сроки дать значительный экологический и экономический эффект, обеспечить подготовку достоверных текущих и долгосрочных прогнозов на проведение мелиоративных и других мер по улучшению угодий. Совокупность полученных при мониторинге данных даст возможность решить актуальные задачи определения оптимальных и критических уровней важнейших физических и химических показателей почв применительно к отдельным ее типам, регионам, сельскохозяйственным культурам, технологиям их возделывания, системам земледелия.

Специальные задачи почвенно-экологического мониторинга выполняемые на разном уровне (локальном, региональном, глобальном), различаются. Объединяет их общая цель: своевременное обнаружение изменений свойств почв при различных видах их использования и неиспользования.

Важнейшие задачи почвенного мониторинга включают:

- Локальный и региональный мониторинг:

1) характеристика источника загрязнения и загрязняющих веществ;

2) определение уровней контролируемых показателей состояния почв, вод, растений на территории, подверженной действию источника загрязнения;

3) установление зон распространения почв с ухудшением контролируемых свойств;

4) определение характера действия загрязняющих веществ на почву, а также путей миграции, аккумуляции и направления трансформации загрязняющих веществ в почве;

5) оценка сопротивляемости почв загрязнению и возможности их самоочищения;

6) рекомендация мероприятий по снижению или ликвидации последствий загрязнения почв;

7) оценка экономического ущерба, нанесенного природе и сельскому хозяйству загрязнением почв.

- При глобальном мониторинге:

1) характеристика потока контролируемых химических элементов на почвы фоновых территорий;

2) определение уровней контролируемых показателей состояния почв;

3) выявление зон миграции, аккумуляции, направления трансформации контролируемых химических элементов в почве;

4) определение скорости накопления контролируемых химических элементов в почвах фоновых территорий.

Для решения этих задач необходима организация стационарных и полустационарных наблюдений на специально выбранных участках в сочетании с использованием дистанционных методов исследования. В качестве объектов наблюдений выбираются типичные ландшафты, расположенные во всех важнейших почвенно-климатических зонах и провинциях и подверженные интенсивному антропогенному воздействию (прежде всего сельскохозяйственному использованию). Параллельно исследуются фоновые территории, представленные ландшафтами, которые испытали наименьшие антропогенные нагрузки.

На стационарах и в полустационарных условиях с помощью полевых методов и анализов отобранных образцов ведутся регулярные наблюдения за химическими, физическими и биологическими показателями, характеризующими состояние почвенного покрова. Перечень наблюдаемых химических показателей определяется их токсичностью и распро­страненностью, а для средств химической защиты - еще и устойчивостью.

Из тяжелых металлов наиболее токсичны ртуть, свинец и кадмий, поэтому наблюдения за их содержанием должны проводиться повсеместно, широко распространены такие токсиканты, как кобальт, мышьяк, цинк, никель, медь, ванадии, марганец и другие. В большинстве случаев они поступают на поверхность почв за счет локальных промышленных выбросов.

Из органических загрязнителей необходимо контролировать вещества, обладающие способностью поступать и накапливаться в сельскохозяйственной продукции, а также способные к миграции с поверхностным и подземным стоком. Среди них следует выделить такие ток­сичные вещества, как полихлорбифенилы, бенз(а)пирен (сильный кан­цероген) и другие загрязнители.

Кроме того, в программу монито­ринга входят наблюдения за теми свойствами почв, которые опреде­ляют их плодородие (содержание гумуса, азота, фосфора, кислот­ность, накопление легкорастворимых солей и др.).