Контрольні питання

1. Що називається радіоактивністю?

2. Природа радіації.

3. Основні види випромінювання.

4. Чим відрізняється природна радіоактивність від штучної?

5. У чому полягає руйнівна дія радіації?

6. Джерела іонізуючого випромінювання.

7. Біологічна дія радіації.

8. Які особливості біологічної дії іонізуючого випромінювання на організм людини.

9. Назвіть способи і види дезактивації.

10. Природна дезактивація.

Список рекомендованої літератури:

1. Основи екологічної хімії: Підручник / Б.М. Федишин, В.І. Дорохов, Г.В. Павлюк, Е.А. Головко, Б.В. Борисик; За ред.. Б.М. Федишина. – Житомир: Видавництво "Державний агроекологічний університет", 2006. – 500 с.

2. Экологическая химия: Учебник для студ. Сред. Проф. Учеб. Заведений / Л.С. Астафьева. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 224 с.

3. Радіаційна безпека: Навч. посіб./ М.П. Константінов, О.А. Журбенко. - Суми: ВТД "Університетська книга", 2003. - 151 с

3. Глинка Н.Л. Общая химия. Л.: Химия, 1978. – 720 с.

Модуль іі

Тема 5. Грунт і процеси забруднення ґрунту

План

1. Роль ґрунтів у біосферних процесах

2. Мінеральна частина ґрунту. Органічні речовини ґрунту

3. Газоподібна частина ґрунту

4. Ґрунтовий розчин.

5. Забруднення ґрунту мінеральними добривами, пестицидами, металами і радіоактивними речовинами.

6. Забруднення ґрунту нафтою і нафтопродуктами.

7. Стан ґрунтового покриву України.

Ключові слова: ґрунт, вивітрювання, гумус, ґрунтовий розчин, осматичний тиск, ерозія ґрунту, засолення ґрунтів, пестициди.

5.1. Роль ґрунтів у біосферних процесах. Грунт – це самостійне природне тіло, яке утворилося з поверхневих шарів гірських порід під сукупним впливом тварин, рослин, мікроорганізмів, клімату, води, рельєфу місцевості, часу, діяльності людини.

Грунт почав утворюватись тоді, коли перші рослинні організми вийшли з океану на сушу і поселились у пухких гірських породах. Ці породи, володіючи здатністю утримувати і накопичувати вологу, забезпечували рослини водою та мінеральними речовинами. Ґрунти – органічно-мінеральний продукт багаторічної спільної діяльності живих організмів, води, повітря, сонячного тепла і світла.

Роль грунтів у біосферних процесах надзвичайно велика, вони виконують важливі екологічні функції. Грунт знаходиться в стані постійного обміну речовиною й енергією з навколишнім середовищем. Грунти перерозподіляють значну кількість атмосферної вологи і таким чином регулюють водний баланс суші.

Ґрунти виконують активну фільтруючу роль у очищенні природних і стічних вод. Це – універсальний біологічний фільтр і нейтралізатор багатьох видів антропогенних забруднень. Грунти є середовищем існування мікроорганізмів, грибів, рослин, інших живих істот. Саме в грунтах відбувається перетворення продуктів розпаду живої речовини на доступні для живлення рослин сполуки.

Товщина ґрунтового покриву становить від 15-20 см до 2-3 м. Загальна площа ґрунтів, що обробляються, перевищує 1200 млн га. Найважливіша особливість ґрунту – родючість, тобто забезпечення рослин усім необхідним для їх росту і розвитку.

Родючість ґрунтів визначається: 1) щільністю; 2) материнською породою; 3) вмістом гумусу; 4) концентрацією біогенних макро- і мікроелементів; 5) тепловим режимом; 6) хімічним складом грунтового повітря; 7) багатством живої речовини; 8) відсутністю забруднюючих речовин, шкідників та збудників захворювань рослин.

Грунт – природне тіло, яке умовно поділяють на три фази: тверду, рідку й газоподібну. Всі фази грунту перебувають у постійній взаємодії, між ними безперервно відбуваються реакції обміну і поглинання. Найбільші рухливість й мінливість властиві газоподібній й рідкій фазам, порівняно з ними тверда фаза інертніша.

5.2. Мінеральна частина ґрунту. Органічні речовини ґрунту. Тверда фаза складається з мінеральних і органічних речовин.

Мінеральна частина ґрунту складається переважно з часточок різних мінералів. До ґрунтоутворюючих порід належать магматичні (граніт), осадові (вапняки, доломіти), метаморфічні (сланці, кварцити, гнейси).

Вивітрюванням називається процес механічного руйнування та хімічної зміни гірських порід і мінералів. Процеси вивітрювання відбуваються дуже повільно, протягом мільйонів років.

Фізичне вивітрювання – механічне подрібнення гірських порід і мінералів без зміни їх хімічного складу. Розтріскування гірської породи проходить під впливом фізико-механічних факторів: коливання температури і різні коефіцієнти лінійного розширення мінералів, які входять до складу даної породи, розширення води при замерзанні її в тріщинах гірських порід та ін.

Хімічне вивітрювання – це процес хімічного руйнування гірських порід і мінералів, який супроводжується утворенням нових мінералів. Агентами хімічного вивітрювання є вода, кисень і вуглекислий газ. Під впливом хімічних процесів (гідротація, гідроліз, окиснення) у ґрунті утворюються гідрати, солі, а також вторинні мінерали (мінеральні глини) – каолінт, гідрослюди та ін. Порода збагачується вторинними мінералами і набуває таких властивостей, як в’язкість, пластичність, вологоємкість, вбірна здатність та інші.

У процесах хімічного вивітрювання велике значення має гідроліз – хімічна реакція води з мінералами. Наприклад, реакція гідролізу ортоклазу призводить до утворення коалініту, поташа і кварцу:

K₂O • Al₂O₃ • 6SiO₂ + CO₂ + 2H₂O ® Al₂O₃ • 2SiO₂ • 2H₂O + 4SiO₂ + K₂CO₃

Розчинення гірських порід і мінералів водою прискорюється з підвищенням температури й насиченням її вуглекислим газом, при цьому утворюються добре розчинних у воді гідрокарбонати:

CaCO₃ + CO₂ + H₂O  Сa(HCO₃)₂ MgCO₃ + CO₂ + H₂O  Mg(HCO₃)₂

Гідротація – хімічний процес приєднання води до частинок мінералів, при цьому об’єм породи збільшується на 50-60%, а розчинність мінералів значно зростає:

СаSО₄ +2H₂O  СaSО₄·2H₂O

Біологічне вивітрювання - механічне руйнування й зміна хімічного складу гірських порід під впливом живих організмів та продуктів їх життєдіяльності. Ця форма вивітрювання відбувається під впливом таких факторів: засвоєння рослинами й мікроорганізмами елементів мінерального живлення; хімічних сполук, що утворилися при житті і після смерті організмів; реакцій окислення й відновлення з участю мікроорганізмів.

Грунтоутворення почалося тільки з появою життя на суші. Будь–яка гірська порода, як би глибоко не була розкладена й вивітрена, ще не буде грунтом. Тільки тривала взаємодія материнських порід із живою речовиною в певних кліматичних умовах створить специфічні якості, які відрізняють грунт від гірської породи.

Мінеральну основу ґрунту складають кварц, глина, вапняк. Умовно всі часточки розміром понад 0,01 мм називають фізичним піском. Менші за 0,01 мм – фізичною глиною. В залежності від розміру частинок розрізняють пісчані, суглинисті, глинисті ґрунти.

У важких ґрунтах ( >50% фізичної глини) висока вологоємність і в'язкість, низька водопроникність, вони родючі, але важкі в обробці.

Легкі ґрунти збагачені великими часточками, легко прогріваються і обробляються, швидко пропускають вологу, але малородючі через низьку концентрацію гумусу.

Органічні сполуки представлені у грунті, в основному, гумусом та рослинними та тваринними рештками.

Органічна речовина грунту – це складний комплекс сполук: нерозкладених і сполук, що знаходяться на різних стадіях розкладу органічних залишків рослин, мікроорганізмів і тварин, що живуть у ґрунті, продуктів їх метаболізму та специфічних новоутворених гумусових речовин. В ґрунті існує досить довгий шлях перетворень речовин: гідроліз, окиснення, мікробний синтез, поліконденсація, полімеризація. В результаті утворюються складні високомолекулярні сполуки, які називають гумусовими.

Родючість ґрунтів визначає такий компонент, як гумус (перегній). Його роль у біосфері величезна. Родючість гумусового шару полягає в тому, що він створює особливе фізичне і хімічне середовище для підземних частин рослин, яке забезпечує їх необхідними біогенними елементами, водою та повітрям. Крім того, він є акумулятором тепла і опадів.

Гумус – складний комплекс органічних речовин, що утворюється при розкладі й гуміфікації органічних залишків. Він містить три групи сполук:

• гумусові речовини (високомолекулярні нітрогеновмісні органічні сполуки циклічної будови і кислотної природи); елементарний склад гумінових кислот різних типів грунтів такий, %: Карбон 52-62, Оксиген 31-39, Гідроген 2,8-6,6, Нітроген 3,3-5,1;

• гуміни ( комплекс гумінових кислот і фульвокислот, які міцно зв’язані з мінеральною частиною ґрунту);

• негумусові речовини (білки, ферменти, амінокислоти, вуглеводи, жири, віск, смола, дубільні речовини, органічні кислоти, спирти, альдегіди та інші сполуки).

Гумусні речовини мають важливе значення в ґрунтоутворенні, формуванні родючості ґрунту, живленні рослин. Гумус ґрунту – важливе джерело Нітрогену та інших елементів живлення рослин. У гумусі акумулюються, а при його розкладі звільняються, важливі макро- та мікроелементи, які необхідні для росту і розвитку рослин. В гумусі міститься майже весь запас Нітрогену, значна частина Фосфору і Сульфуру, а також невелика кількість калію, кальцію, магнію та ін.. елементів. Отже, гумусні речовини зумовлюють регулярне засвоєння поживних речовин рослинами. Чим більше в ґрунтах гумусу, тим вища біологічна продуктивність рослин.

В Україні нараховують понад 38 типів ґрунтів. З усіх видів ґрунтів найбільш поширені в Україні чорноземи, які складають коло 60% всіх земельних угідь. Черноземи утворюються під степовим трав'яним рослинним покривом, що складається переважно із злаків та різнотрав'я. Щорічне відмирання рослинної біомаси у специфічних умовах Степу сприяло прискоренню процесів гуміфікації і утворенню потужного, надзвичайно родючого шару гумусу. Чорноземи містять 7-10% гумусу, кращі чорноземи містять до 70-90% гумусу.

У ґрунті безперервно проходять процеси утворення і розкладу гумусу за рахунок надходження рослинних решток і їх мінералізації. Залежно від того, який процесів переважає, і буде збільшуватись або зменшуватись загальна кількість гумусу у ґрунті.

5.3. Газоподібна частина ґрунту.

Газоподібна частина ґрунту – повітря і гази, що звільняються завдяки хімічним і біохімічним реакціям у ґрунті. Ґрунтове повітря займає вільні пори ґрунту. Вміст повітря в ґрунті непостійний, так як він залежить від вологості й пористості ґрунту. Склад повітря може значно відрізнятися від атмосферного. Як правило, воно збагачене СО₂, NH₃, Н₂S, СН₄ і збіднене киснем. У верхній частині ґрунту (15-30 см) склад повітря такий: 78-86% N₂, 11-21% О₂, 0,3-8% СО₂.

З усіх газів найбільше значення для життєдіяльності ґрунтових організмів мають кисень і СО₂. Вміст цих газів у ґрунтовому повітрі впливає на властивості ґрунту й врожай сільськогосподарських культур.

Споживачами кисню в ґрунті є не тільки мікроорганізми, але і коріння рослин, і все живе в ґрунті. Кисень витрачається і на деякі хімічні реакції, які перебувають у ґрунті. При нестачі кисню послабляється дихання рослин, що негативно впливає на врожай. Крім того, при нестачі його в ґрунті розвиваються анаеробні процеси, які приводять до нагромадження у ґрунті токсичних для рослин продуктів (СН₄, Н₂S). Досвід показує, що при відсутності в ґрунті вільного кисню зупиняється розвиток будь-яких рослин. Найкращі умови створюються для рослин, коли вміст кисню в ґрунті складає біля 20%.

Оксид карбону (ІV) утворюється в ґрунті під час дихання живих організмів та розкладання органічних решток; частина його виділяється в атмосферу інша поглинається коренями рослин та використовується в процесі фотосинтезу для створення біомаси. Приблизно від 40 до 70% всієї кількості СО₂, яку рослина засвоює при фотосинтезі, надходить з ґрунту. СО₂ впливає на різні властивості ґрунту, але підвищення концентрації його в ґрунті негативно впливає на врожай рослин. При збільшенні вмісту СО₂ у ґрунтовому повітрі погіршується проростання насіння. Високі концентрації СО₂ згубно діють на розвиток кореневої системи рослин.

Між ґрунтовим і атмосферним повітрям відбувається безперервний обмін. Чим швидшим і повнішим є газообмін у ґрунті тим більш сприятливіші умови створюються у ґрунті для життя культурних рослин.

5.4. Ґрунтовий розчин.

Ґрунтовий розчин – це рідка фаза ґрунтів, яка містить ґрунтову воду, розчинені в ній солі, органічні та органо-мінеральні сполуки, гази і колоїдні золі. Джерелами ґрунтових розчинів є: атмосферні опади, ґрунтові води, зрошувальні води.

Склад ґрунтового розчину залежить від його взаємодії з твердою фазою ґрунту, розчинення газів ґрунту та розкладу тваринних і рослинних залишків. Хімічні елементи знаходяться у складі ґрунтового розчину у вигляді йонів, аквакомплексів, гідроксокомплексів, комплексних сполук та ін. У розчині містяться катіони: Са²⁺, Mg²⁺, K⁺, NH₄⁺, Al³⁺, Fe²⁺, аніони: НСО₃^-, СО₃^2-, NO₃^-, Cl^-, SO₄^2-, H₂PO₄^-, HPO₄^2-. Залізо та алюміній, багато мікроелементів знаходяться у вигляді комплексних органо-мінеральних сполук. Крім того, у грунтовому розчині є розчинні гази: кисень, вуглекислий газ, аміак тощо.

Хімічний склад і концентрація ґрунтового розчину зумовлює живлення і ріст рослин. За вмістом солей (ступінь мінералізованості) ґрунти класифікують на прісні (1%), солоноваті (1-10%), солоні (10-25%).

Осматичний тиск ґрунтового розчину зумовлює піднімання води по стеблу рослини, живлення клітини і багато інших явищ. Осматичний тиск клітин соку польових рослин складає 5-10 атм., ґрунтового розчину в чорноземах – у середньому 2,5 атм. Тобто, рідина ґрунту має менший осматичний тиск, порівняно з осматичним тиском у клітинах кореня рослин. Тому вода засмоктується з ґрунту в клітини і розбавляє клітинний сік. У сильно засолених ґрунтах (солончаки) концентрація солей надмірна, осматичний тиск у них вищий, ніж у клітинах рослин, тому рослини втрачають тугор, вода дифундуватиме з коренів рослин і рослина загине внаслідок втрати вологи.

Важливою характеристикою ґрунту є реакція ґрунтового розчину (кислотність). Вона визначається співвідношенням Гідроген-йонів і гідроксильних йонів і характеризується показником рН. Кислотність грунту має велике значення для росту і розвитку рослин, впливає на швидкість і напрямок перебігу хімічних і біохімічних процесів. Виділяють актуальну і потенційну кислотність грунту.

Актуальна кислотність грунту зумовлена наявністю йонів Гідрогену у ґрунтовому розчині, залежить від наявності в ґрунтовому розчині вільних кислот, гідролітично кислих солей, ступеня їх дисоціації.

Потенційна кислотність визначається властивостями твердої фази ґрунту і зумовлює появу додаткових Гідроген-йонів у розчині при взаємодії з добривами або хімікатами.

Реакція ґрунтового розчину не є постійною, вона змінюється під впливом внесених в грунт добрив. Грунти можуть бути кислими, нейтральними і лужними. Найбільш сприятливі для рослин нейтральні ґрунти. З підвищенням кислотності ґрунтів борються – вносять у них вапно, лужні ґрунти гіпсують.

Ґрунтові розчини, як і ґрунти в цілому, володіють буферністю, яка визначається складом твердої фази, наявністю карбонатів і колоїдів. Здатність ґрунту протидіяти зміні реакції ґрунтового розчину має велике значення при внесенні мінеральних добрив.

Ґрунтові розчини – безпосереднє джерело живлення рослин. Зрошення і осушення, внесення мінеральних добрив сприяє оптимізації ґрунтових розчинів за вмістом хімічних елементів.

5.5. Забруднення ґрунту мінеральними добривами, пестицидами, важкими металами. Забруднення грунту відбувається як природним шляхом, так і в результаті антропогенної діяльності. Під впливом природних процесів, які відбуваються в Космосі та земній корі і супроводжуються стихій ними лихами (падіння метеоритів, землетруси, буревії, повені та ін..), руйнуються природні ландшафти, знищуються сільськогосподарські угіддя тощо.

Відходи, що утворюються внаслідок антропогенної діяльності, умовно поділяють на три категорії: промислові, сільськогосподарські й побутові.

Хімічне забруднення ґрунтів може бути викликано такими причинами:

1. атмосферним переносом забруднюючих речовин (кислі дощі, важкі метали, пестициди);

2. сільськогосподарське забруднення (добрива, пестициди);

3. наземне забруднення – відвали багатотоннажного виробництва, відвали паливно-енергетичного комплексу;

4. забруднення нафтою і нафтопродуктами.

Найпоширенішими забрудниками ґрунтів є мінеральні добрива, нафтопродукти, важкі метали, радіонукліди, пестициди. На заводах чорної металургії країн СНД щороку утворюється близько 70 т шлаків. Приблизно стільки ж шлаків і попелу утворюється на електростанціях. Для розміщення цієї маси відходів щороку виділяється 2000 га орних земель.

Особливо загрозливим для навколишнього середовища є відходи споживання пластмас, кількість яких щороку невпинно зростає. Пластмаси характеризуються значною стійкістю в природних умовах, що призводить до істотного забруднення довкілля.

За ступенем забруднення грунти поділяють на сильнозабрудненні ( кількість забруднюючих речовин в декілька разів перевищує ГДК, що призводить до зміни фізико-хімічних та біологічних характеристик грунту, внаслідок чого вміст хімічних речовин у вирощуваних рослинах перевищує норму), середньозабруднені ( перевищення ГДК незначне, що не призводить до помітних змін його властивостей), слабкозабруднені (вміст хімічних речовин не перевищує ГДК, але перевищує фон).

До фізико-хімічних процесів, які відбуваються у ґрунті, відносяться процеси ерозії та засолення ґрунтів.

Ерозія ґрунту – це явище руйнування та вимивання ґрунтів і пухких порід потоками води та поривами вітру, а також внаслідок механічного впливу. Розрізняють вітрову та водну ерозію. Ерозія вимиває з нив біогенні елементи (P, K, N, Ca, Mg) набагато більше ніж їх вноситься з добривами. Продуктивність ґрунтів при цьому знижується на 35-70%.

Прискорена ерозія зумовлена переважно антропогенною діяльністю. Вона може бути спричинена безконтрольним вирубуванням лісів, непомірним випасанням худоби, розорюванням схилів, ущільненням грунту під час обробітку, технологією вирощування польових культур, будівництвом трубопроводів та шляхів, незадовільною технологією меліоративних робіт тощо.

Причини антропогенної ерозії грунтів:

- зменшення вмісту гумусових речовин у грунті, що призводить до зміни структури і вологопроникненості ріллі;

- порушення балансу по воді, яке являється наслідком вирубки лісів, поливного землеробства тощо.

Ерозія призводить до зниження родючості ґрунту, його порушення і в кінцевому випадку – до повного знищення. Щодня на Землі внаслідок ерозії втрачається 3200 га родючих ґрунтів.

Засолення ґрунтів – процес накопичення небезпечних для рослин солей ( СаСО₃, MgСО₃, Na₂SO₄, Na₂SO₃, NaСІ та ін.) у верхніх шарах ґрунту.

Процесу засолення сприяє порушення правил будівництва зрошувальних систем. Для зрошування необхідно використовувати води з концентрацією солей до 1 г/л. Особливо небажана присутність Na₂СO₃.

Засолення відбувається також від того, що мінералізовані ґрунтові води піднімаються на поверхню, сприяючи накопиченню солей в ґрунті.

Ерозія та засолення призводить до посухи та спустелювання земель. Усе це зумовлює зменшення врожайності та втрату родючих ґрунтів. Особливе занепокоєння викликає стан українських чорноземів. Україна має найбільші в світі запаси чорноземів. Освоєність земельного фонду в країні досягла 70%. Внаслідок антропогенної діяльності та посух відбувається спустелювання, щороку площі пустель зростають на 60 тис. км². Спустелені території не самовідновлюються. Тому втрата ґрунтів є величезною загрозою для існування нових поколінь, що ставить під сумнів подальший розвиток нашої цивілізації.

Забруднення ґрунту мінеральними добривами. Для компенсації втрат мінеральних речовин ґрунтом із збираним урожаєм і підтримання родючості земель вносять добрива. Добрива є засобом підвищення продуктивності сільського господарства за умов їх правильного застосування. Добрива поділяють на мінеральні, комплексні, органічні і мікродобрива. Комплексні добрива містять одночасно два або більше основних елементів живлення. Прості добрива – це азотні, фосфорні та калійні. Органічні добрива – гній, торф, пташиний послід, торфокомпости

Добрива, внесені у великих дозах призводять до негативних екологічних наслідків: в ґрунті підвищується вміст важких металів, радіоактивних елементів, нітратів, нітритів, інших сполук, здатних проявляти токсичну та канцерогенну дію на живі організми.

Азот у ґрунті знаходиться у вигляді катіону NH₄⁺ і аніону NO₃^-, які всмоктуються рослинами через коріння. Мінеральні форми азоту за допомогою ферментів рослин і мікроорганізміву корені, стеблах та листі перетворюються в органічні нітрогеновмісні сполуки – амінокислоти, останні в білки і хлорофіл. У тому випадку, коли в ґрунті незначна кількість азоту і рослини встигають перетворити його в органічні азотні сполуки, в них накопичується дуже мало нітратів.

При надмірній кількості добрив тільки 30-50% нітратів перетворюється в корені на інші сполуки, а решта надходить у стебло, листя, плоди і там відкладається. Надмірна кількість азотних добрив призводить до накопичення нітратів у продуктах рослинництва в 2-6 раз більше порівняно з встановленими нормами. Доведено канцерогенну дію нітратів, особливо в разі тривалого і систематичного надходження їх в організм людини. Токсична доза нітратів для дорослих становить 600 мг, для дітей – 100мг, для немовлят – 10 мг.

Самі нітрати нетоксичні. Потенційна токсичність їх зумовлена тим, що в надмірних кількостях в організмі людини вони перетворюються в нітрити, які спричиняють зміни стану здоров’я. Перетворення нітратів у нітрити відбувається під дією ферментів мікроорганізмів шлунку і кішок. Нітрити діють на гемоглобін крові, внаслідок чого двовалентне залізо гемоглобіну перетворюється в тривалентне. Гемоглобін перетворюється в метгемоглобін, який має темно-коричневе забарвлення. При цьому у дітей виникає захворювання метагемоглобанемія, яка характеризується темно-синім забарвленням слизової оболонки і шкіри, зниженням кров’яного тиску, серцевою і легеневою недостатністю.

Нітрати у високих концентраціях порушують діяльність щитовидної залози, серця, центральної нервової системи. Ще більш загрозливими для організму людини є нітрозоаміни – це сполуки нітратів і нітритів з амінокислотами, які утворюються в шлунку людини, а також знайдені в повітрі і продуктах харчування. Вони спричиняють злоякісні пухлини на всіх органах і захворювання печінки.

Більшість фосфорних добрив погано розчиняються у воді. Фосфати мало рухливі в ґрунтовому середовищі, тому ефективність їх використання менше, ніж азотних добрив. Лише невелика частка фосфорних добрив засвоюється рослинами. Значна частина фосфорних добрив потрапляє у водойми з поверхневими водами, які змивають їх з полів, що сприяє евтрофікації (цвітінню) водойм.

Надлишок фосфору, що вноситься у ґрунт у вигляді фосфорних добрив, як правило, нетоксичне для живих організмів. Але при використанні фосфорних добрив у ґрунті накопичуються небезпечні сполуки, які містять добрива.

Таким чином, внесення в грунт високих доз мінеральних добрив призводить до забруднення його баластними речовинами - хлоридами, сульфатами, нітратами, що погіршує властивості грунту.

При сучасному стані сільськогосподарського виробництва складаються не досить сприятливі умови для збереження та підвищення гумусу в грунті: значно зменшилося застосування органічних добрив, порушується технологія вирощування сільськогосподарських культур, сівозміни надмірно насичуються просапними культурами. Однією із основних причин зменшення вмісту гумусу в ґрунтах є споживацький підхід до землі, намагання якнайбільше з неї взяти і як найменше їй повернути. А гумус витрачається не тільки на мінералізацію з вивільненням доступних для рослин поживних речовин, а й виноситься з грунту в процесі ерозії, з коренеплодами, на колесах транспортних засобів, руйнується під впливом різноманітних хімічних речовин.

Зменшення втрат гумусу, стабілізації його вмісту можна домогтися шляхом впровадження таких заходів, як внесення органічних і мінеральних добрив та посів багаторічних трав, залишення високої стерні зернових культур, соломи та ін. решток на полі, мінімалізація обробітку грунту, створення оптимального співвідношення культур у сівозмінах, застосування меліорантів (вапна, дефекату, гіпсу та ін.).

Забруднення ґрунту пестицидами. Для отримання високих врожаїв все більш використовуються хімічні засоби захисту рослин для боротьби зі шкідливими організмами, що пошкоджують рослини, викликають порчу продукції. Досліджуються і впроваджуються біологічно активні речовини направленої дії, у тому числі стимулятори росту рослин. Всі ці речовини самої різної будови та хімічних властивостей по різному ведуть себе у довкіллі.

Пестициди – це хімічні речовини, які використовуються як засоби захисту рослин і тварин від шкідливих організмів. Їх широко використовують в сільському господарстві для зменшення втрат урожаю та підвищення якості продукції. В Україні дозволено використовувати близько 300 видів пестицидів.

За призначенням пестициди поділяють на групи:

1. для борьби з бур’янами – гербіциди;

2. з гризунами – зооциди;

3. з комахами – інсектициди;

4. з круглими червами – нематоциди;

5. проти збудників бактеріальних хвороб – бактерициди;

6. проти збудників грибкових хвороб – фунгіциди;

7. для знищення кліщів – акарициди;

8. для знищення личинок, гусені та комах – афіциди.

Пестициди мають різну хімічну природу і тому їх поділяють на класи: фосфорорганічні, хлорорганічні, препарати міді, сірки та ін. Хлорорганічні пестициди найбільше використовують у сільському господарстві для боротьби з шкідниками зернових, зернобобових, овочевих культур, плодових дерев, виноградників. Однак ці пестициди дуже добро акомулюються, тому тривале вживання продуктів харчування, які містять їх, є дуже небезпечним. Хлорорганічні речовини пошкоджують різні органи і особливо центральну нервову і ендокринну системи, печінку, нирки, кров.

Щорічно в світі використовують 4 млн т пестицидів, але врешті-решт лише один їх відсоток досягає мети, тобто впливає безпосередньо на шкідників сільськогосподарських культур. Решта впливає на інші організми, вимивається в ґрунти та водоймища, розвіюється вітром. Ефективність застосування пестицидів постійно знижується через звикання до них шкідників, тому, щоб досягнути попередніх результатів, необхідна все більша їх кількість. При розкладанні пестицидів в ґрунті, воді, рослинах часто утворюються більш стійкі і токсичні метаболіти. Щорічно в світі стається 0,5 млн випадків отруєння пестицидами.

Беспосередній вплив на людину полягає в ураження та зміні функцій печінки, центральної нервової, серцево-судинної та дихальної системи. Пестициди негативно впливають на репродуктивну функцію людини. Дуже вразливі до дії пестицидів діти. При споживанні продуктів із залишками пестицидів та забрудненої питної води вони накопичуються в організмі, що призводить до появи різноманітних захворювань, включаючи онкологічні.

На сьогодні в Україні накопичено 12 тис. тон непридатних і заборонених для використання пестицидів. Проблема їх утилізації не вирішена. Багато сховищ, де вони зберігаються, знаходяться в незадовільному стані, і отруйні речовини потрапляють у навколишнє середовище. У різних областях України виявлено значне забруднення пестицидами грунтів. В черновецькій, Одеської, Миколаївської, Хесонської, Запорізької областей рівень забруднення у 5 – 12 раз перевищує середній по Україні.

Одна з основних умов охорони ґрунтів від забруднення пестицидами – створення і застосування менш токсичних і менш стійких сполук і зменшення доз їхнього внесення у грунт. У зв’язку з цим дуже важливо створювати й застосовувати тільки препарати з невеликою тривалістю життя, з великою швидкістю деструкції.

Мінімізувати хімічне втручання можливо шляхом “біологізації” землеробства, яке передбачає екологічний підхід організації виробництва сільськогосподарської продукції. Людство має відмовитись від застосування легкорозчинних мінеральних добрив та хімічних засобів боротьби з бур’янами, шкідниками та хворобами рослин, замінивши його стимулюванням біологічної активності едафотопу і екосистеми в цілому.

Забруднення ґрунту важкими металами. У зв’язку з інтенсифікацією промисловості і сільського господарства на значних територіях спостерігається нагромадження в ґрунтах важких металів у високих концентраціях, які токсично діють на рослини, живі організми. Важкі метали потрапляють у ґрунт переважно з атмосфери з викидами промислових підприємств, вони надходять у ґрунт з добривами і пестицидами. Головне джерело забруднення ґрунтів свинцем – вихлопні гази автомобілів. Щорічно з ними надходить більш 250 т. свинцю.

Підприємства гірничодобувної промисловості щороку утворюють 1 млн т відходів, 14 металургійних заводів накопичують 20 млн т шлаків, а обсяг відходів вугільної промисловості перевищив 20 млрд т. при видобутку та збагаченні твердих корисних копалин, на поверхні землі накопичуються величезні маси гірських порід у вигляді териконів. При розмиванні дощовими і талими водами ці нагромадження відкладів забруднюють ґрунти шкідливими хімічними елементами. Особливо небезпечними нагромадження радіоактивних порід.

Найбільш типові важкі метали – свинець, кадмій, ртуть, цинк, молібден, кобальт, олово, титан, мідь, ванадій. Важкі метали через ґрунт, повітря, воду потрапляють в рослини, частину яких ми використовуємо як продовольчу сировину і продукти харчування. Важкі метали викликають низку захворювань у тварин і людини.

Радіоактивне забруднення грунту. Грунт володіє природною радіоактивністю у зв’язку з вмістом радіоактивних елементів (Уран, Торій, Радій) або ізотопів (Калій, Кальцій, Рубідій). Штучна радіоактивність зумовлена поглинанням радіоактивних ізотопів, які утворюються при ядерних вибухах, при промисловому використанні ядерної енергії, при використанні радіонуклідів у народному господарстві. Внаслідок аварії на Чорнобильській АЕС суттєвого забруднення зазнала значна територія України (6,7 млн. га продуктивних грунтів).

Незалежно від шляхів надходження в навколишнє середовище радіонукліди врешті–решт потрапляють в грунт. Надходження радіонуклідів у рослини з грунту є основним шляхом надходження їх у їжу людини і корм тварин.

В нагромадженні й міграції природних і штучних радіонуклідів на земній поверхні важливу роль відіграють властивості ґрунтів. Глинисті ґрунти поглинають більше радіоактивних елементів, ніж піщані. Серед багатьох характеристик ґрунту провідну роль у взаємодії з радіонуклідами відіграє вбирна здатність – здатність поглинати йони, молекули різних речовин із розчину і утримувати їх.

Усі види адсорбції в певній мірі впливають на поведінку радіонуклідів у системі ґрунт – ґрунтовий розчин – рослина.

Фізична вбирна здатність ґрунту представляє собою адсорбцію цілих молекул речовини часточками ґрунту, визначається ступенем диспергування ґрунту і різко зростає при збільшенні вмісту тонко дисперсних часточокк.

Хімічна вбирна здатність пов’язана з утворенням в результаті хімічних реакцій важко- або нерозчинних у воді сполук. Хімічною вбирною здатністю пояснюється зменшення інтенсивності накопичення радіонуклідів рослинами при внесенні великих доз фосфорних добрив через утворення нерозчинних фосфатіві переходу їх із розчину у тверду фазу ґрунту.

Фізико-хімічна, або обмінна, вбирна здатність найбільш суттєво впливає на поведінку радіонуклідів у ґрунті. Обмінне убирання – це здатність ґрунтових колоїдів убирати катіони з розчину в обмін на еквівалентну кількість інших катіонів. Реакція обміну оборотна. При зміні складу ґрунтового розчину, рівновага реакції обміну між катіонами ґрунтового розчину й комплексом зміщується в той чи інший бік. З даного положення слідує, що радіонукліди, які потрапляють у грунт, можуть бути в значної мірі поглинуті ґрунтовим вбирним комплексом. В результаті засвоєння катіонів коренями рослин концентрація їх у ґрунтовому розчині почне знижуватися. Одночасно радіонукліди, разом з іншими йнами, з ґрунту будуть переходити в розчин в обмін на катіони Гідрогену та інші. Доступність їх для накопичення рослинами підвищується. Вочевидь, необхідно добиваться такого стану, щоб більша частина йонів радіонуклідів була міцно зв’язана. Цього достигають шляхом підтримки оптимальної концентрації катіонів, основ та йонів Гідрогену у ґрунтовому розчині.

На повноту поглинання радіонуклідів і міцність закріплення їх у ґрунтах впливає мінералогічний склад ґрунту. Відмінність у повноті сорбції радіонуклідів і ступені закріплення їх різними мінералами зумовлені, перш за все, неоднаковою структурою кристалічної решиткі мінералів.

Якщо ґрунти забруднені важкими металами і радіонуклідами, то очистити їх практично неможливо. Поки що відомий лише один метод: засівати таки ґрунти швидкоростучими рослинами, що дають велику зелену масу; такі культури дістають із ґрунту токсичні елементи, а потім зібраний врожай підлягає знищенню.

Коли токсичні речовини у великих кількостях концентруються у верхніх горизонтах ґрунту, можливе вилучення цього шару і поховання його. У даний час отриманий ряд хімічних речовин, що здатні інактивувати важкі метали чи понизити їх токсичну дію. Це іонообмінні смоли, що утворюють халатні сполуки з важкими металами. Їх вносять у грунт у дозах, обумовлених рівнем забруднення.

Найбільш доступними, але не завжди найефективніший спосіб закріплення важких металів та радіонуклідів у ґрунті – внесення вапна й органічних добрив – перегною, торфу, намулу. гною, що адсорбують важкі метали і токсини. Внесення органічних добрив у високих дозах знижує надходження кадмію і фтору в рослини, а також токсичність важких металів.

5.6. Забруднення ґрунту нафтою і нафтопродуктами. Нафта потрапляє в ґрунт при розвідуванні та видобуванні, при аваріях на нафтопроводах річних та морських нафтоналивних суден. Нафтопродукти надходять у ґрунт із нафтобаз, бензозаправок тощо. Нафта обволакує ґрунтові частинки, ґрунт не змочується водою, гине мікрофлора, рослини не отримують необхідних поживних речовин. Ґрунтові частинки злипаються а сама нафта переходить в інший стан, її фракції стають більш окисненими, затвердівають, а при великому забруднені ґрунт набуває вигляду асфальтоподібної маси. Боротися з такими явищами дуже важко.

З метою очищення грунтів від нафти, нафтопродуктів використовують термічні, хімічні та біологічні методи. Відновлення грунтів, забруднених бензином, проводять, нагріваючи грунт високочастотним електромагнітним випромінюванням до температури 150 – 160 ºС, при цьому видаляється 99% ароматичних і аліфатичних вуглеводнів. Біологічні методи впроваджують із використанням мікроорганізмів (метаноокислювальних і метанотрофних), рослин (айстри, стокротки, осот та ін.. швидко очищують грунт від нафти).

При малих забрудненнях допомагає внесення добрив, що стимулюють ріст мікрофлори та рослин. В результаті нафта частково мінералізується, деякі її фрагменти входять у гумінові речовини, ґрунт поступово відновлюється. При сильних забрудненнях у грунті відбуваються необоротні зміни і він стає непридатним для сільськогосподарського призначення. Такий грунт залишається тільки видаляти.

5.7. Стан грунтового покриву України. Найбільше природне багатство України - чорноземи, які складають 50% світового запасу грунтів цього типу. При загальній площі України – 60,4 млн.га, у нас розороно 59% території – більше, ніж у будь-якій країні Європи. Загальна розораність нашого чорноземного поясу сягає 75%. Такий високий ступінь розораності є негативним фактором, оскільки в цих умовах практично відсутнє природне відновлення чорноземів, які можуть розвиватися в умовах природних степових екосистем. В результаті в Україні кількість гумусу зменшилася в середньому в 6 разів і складає приблизно 3%. Щорічно ґрунти України втрачають за рахунок мінералізації 14 млн. т гумусу, за рахунок ерозії – 19 млн.т. За останні 60 років у нашій країні під різні види несільськогосподарського використання вилучено 3,3 млн. га родючих земель. Понад 700 тис. га затоплено водосховищами на Дніпрі, відвали промислових відходів поглинули ще 200 тис. га родючих земель. Ще 3,7 млн. га землі знаходиться в зоні аварії на Чорнобильській АЕС.

Ситуація, яка склалася, зумовлена головним чином тим, що протягом багатьох десятиліть використання земельних угідь було екстенсивним і непродуманим, не компенсувалося рівнозначними заходами з охорони і відтворення ґрунтів. Таке використання і погіршення якості наших земель вимагає вжиття термінових науково обґрунтованих заходів, що мали б сприяти підвищенню родючості ґрунтів та отримання екологічно чистих продуктів харчування.