книги / Основы общей экологии. Прикладная экология

Отрицательное влияние минеральных удобрений на почвы не доказано в полной мере, но вероятными изменениями являются изменение кислотности, нарушение круговорота минеральных веществ, изменение видового состава почвенных организмов. Основной способ уменьшить последствия – обоснованное применение удобрений (оптимальные дозы, минимальное количество вредных примесей, чередование с органическими удобрениями).

Потеря почвенного гумуса (дегумификация) происходит по разным причинам, но главным образом при изменении естественного процесса почвообразования. Потере гумуса в почвах способствуют разные виды эрозии. Дегумификация является неизбежным процессом для почв, имеющих в естественном состоянии высокие запасы гумуса – черноземы, которые теряют гумус намного больше, чем малогумусные подтипы. По мере снижения содержания в почвах органического вещества темпы дегумификации снижаются. Сохранению и увеличению содержания гумуса способствуют введение правильного севооборота с применением травосеяния (бобовых, злаковых трав), внесение органических удобрений (навоз, компост), запахивание пожнивных остатков и применение минеральных удобрений с расчетом балансов минеральных веществ.

Если в ранее рассмотренных случаях причиной химической деградации являлось нарушение баланса минерального и органического состава почв и влияние этих нарушений на растения, то деградация, вызванная загрязнением, рассматривается как привнесение новых нехарактерных веществ, их накопление и длительный процесс трансформации до малоопасных соединений. Химическое загрязнение влияет на физико-химические и агрохимические свойства почвы и формирует новые эдафические (пищевые) факторы в экосистеме.

61

Последствием химизации сельского хозяйства, приведшим к загрязнению не только локальных территорий, является загрязнение пестицидами.

Пестициды (лат. pestis – зараза, caedo – убиваю) – синтезированные органические соединения направленного действия, например, для борьбы с сорняками (гербициды), грибковыми болезнями растений (фунгициды) и вредителями (зооциды, инсектициды), для уничтожения клещей (акарициды), водорослей (альгициды), удаления листьев (дефолианты), уничтожения цветков растений (дефлоранты), для отпугивания животных (репелленты), привлечения животных (аттрактанты), окуривания сельскохозяйственных угодий или различных видов помещений с целью дезинфекции (фумиганты).

Существует большое количество рецептур пестицидов по направлениям их использования и составу. Наибольшее применение находят хлорированные органические соединения (гексахлоран и др.), диены (альдрин, севин и др.), сложные эфиры фосфорных кислот, карбаматы (карбин, тиллам и др.), замещенные мочевины (фенурон, монурон и др.). Ни одна из рецептур не обладает абсолютной избирательностью в отношении вредителей и представляет угрозу для живых организмов, в том числе человека.

Токсичность пестицидов объясняют сходством их главных биохимических процессов с молекулярно-биологической организацией живого. Наиболее выраженное токсическое воздействие на человека и теплокровных животных имеют хлорорганические пестициды и рецептуры фосфорорганических групп. Высокая устойчивость хлорорганических пестицидов к распаду является важной предпосылкой их миграции по профилю почвы и в смежные среды (растения, воздух, воду).

Пестициды сорбируются органическим веществом почв и минеральными коллоидами, подавляют дыхание почвы и процесс нитрификации. В почвах, тяжелых по своему гра-

62

нулометрическому составу, пестициды сохраняются дольше, чем в легких почвах. Избытки пестицидов могут мигрировать с нисходящим гравитационным потоком и попадать в грунтовые воды.

Многие пестициды обладают кумулятивным эффектом, т.е. накапливаются в почве и в растениях. Например, биоконцентрирование ДДТ в пищевой цепи можно охарактеризовать следующими цифрами:

Фосфорорганические соединения и производные карбамидной кислоты теряют свою токсичность менее чем за три месяца и при распаде не образуют токсичных метаболитов, что делает эти соединения предпочтительными.

Среди пестицидов наибольшую опасность представляют стойкие хлорорганические соединения и группа диенов, которые могут сохраняться в почвах без изменения состава и свойств длительное время. Из-за опасных свойств (мутагенный и канцерогенный эффект), обнаруженных спустя десятилетия после применения, ряд пестицидов запрещены к применению. По этой причине использование наиболее распространенного из хлорорганических пестицидов – дихлордифенилтрихлорметилметана (ДДТ) было запрещен в

СССР в 1970 г. Бытовое название ДДТ – дуст (англ. dust – порошок, пыль). Это инсектицид, используемый в борьбе с насекомыми (комары, саранча, вредители хлопка, сои, арахиса). На рис. 4.2 представлены формулы ДДТ и продуктов его трансформации (метаболиты): ДДЕ – дихлордифенилдихлорэтилен, ДДД – дихлордифенилдихлорэтан.

63

Рис. 4.2. Структурные формулы инсектицида ДДТ и его метаболитов

Доказанным является факт, что в течение 1–2 % времени нахождения в окружающей среде пестициды проявляют прямой эффект (направленное действие на живые организмы), но 98 % времени пестицидные составы оказывают негативные эффекты (токсическое воздействие, биоконцентрирование, загрязнение почв и природных вод). В связи с этим новая стратегия борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур должна быть направлена не на полное уничтожение вредных организмов, а на контролируемое подавление численности вредителей преимущественно биологическими средствами или с применением химических препаратов, способных за короткое время трансформироваться в неопасные соединения.

Одной из серьезных экологических проблем в России является загрязнение земель нефтью и нефтепродуктами не только в нефтедобывающих районах (Западная Сибирь, Поволжье и др.), но и на других территориях, в том числе урбанизированных. Загрязнение почв и подстилающих грунтов нефтепродуктами чаще всего происходит в результате аварийных разливов, аварий при транспортировке.

64

В отличие от многих антропогенных воздействий нефтяное загрязнение оказывает комплексное воздействие на окружающую среду. Так, разливы нефти, нефтепродуктов, соленых пластовых вод, выносимых эксплутационными скважинами вместе с нефтью и газом, приводят к уменьшению продуктивности земель и деградации ландшафтов. Воздействие нефтепроводов на почвенный покров проявляется в основном в механическом нарушении почвенного покрова при строительстве и ремонтных работах трубопроводов и химическом загрязнении почв при авариях.

Для оценки нефти как загрязняющего вещества учитывают содержание в составе нефти легких фракций, парафинов, серы. При нефтяном загрязнении почвенного покрова негативное действие смол и асфальтенов заключается не столько в их химической токсичности, сколько в изменении водно-физических свойств почв. Если нефть просачивается сверху, ее смолисто-асфальтеновые компоненты сорбируются в основном в верхнем, гумусовом, горизонте, иногда прочно цементируя его. При этом уменьшается поровое пространство почвы. Смолисто-асфальтеновые компоненты гидрофобны. Обволакивая корни растений, они снижают поступление к ним влаги, в результате чего растения засыхают.

При поступлении за земную поверхность нефть оказывается в качественно новых условиях существования: из анаэробной обстановки с медленными темпами геохимических процессов она поступает в хорошо аэрируемую среду, в которой, помимо абиотических факторов, большую роль играют биогеохимические факторы, и прежде всего деятельность микроорганизмов. В почвах нефть и нефтепродукты могут находиться в следующих формах:

– в парообразном и жидком легкоподвижном состоянии, в свободной или растворенной водной или водноэмульсионной фазе;

65

–в свободном неподвижном состоянии, играя роль вязкого или твердого цемента между частицами и агрегатами почвы;

–в связанном состоянии на частицах почвы, в том числе на гумусовой составляющей почвы;

–в виде плотной органоминеральной массы в поверхностном слое почвы.

Являясь смесью различных по строению и свойствам компонентов, нефть разлагается очень медленно – процессы деструкции одних соединений ингибируются другими, при трансформации отдельных компонентов происходит образование трудноокисляемых форм и т.д. Скорость деградации нефти, активность самоочищения почв или устойчивое сохранение в них загрязняющих веществ в разных ландшафтах заметно различаются.

Изменение параметров и свойств почв после нефтяного загрязнения приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1 Изменение свойств почвы после нефтяного загрязнения

Параметры и свойства почвы, изменяющиеся во времени

Сезон года и климатические особенности территории играют немаловажную роль. Например, экологический ущерб при авариях с разливом нефтепродуктов в зимнее вре-

66

мя может быть несколько ниже, чем в другие сезоны года. Мерзлой почве и растительности, находящейся в состоянии покоя, наносится меньший вред, несмотря на то, что зимой общая эффективность самоочищения от пленок сырой нефти в три раза меньше, чем в условиях положительных температур. Преобладают процессы испарения с поверхности и фотоокисление нефтепродуктов. Пятна нефти нарушают термическое состояние снега и льда, тем самым усиливая их таяние, образование проталин препятствует растеканию нефти по поверхности, а низкие температуры способствуют увеличению вязкости и локализации разлива.

Биологическая деградация. Изучение процессов биоло-

гической деградации связано с ролью биоты в функционировании почв. Почвенная биота обеспечивает осуществление многих экологических функций почв. При любых видах деградации почв первыми на них реагируют почвенная микрофлора и другие организмы, нарушается биоразнообразие, происходит его обеднение, изменяются доминирующие виды, исчезают некоторые виды. Почвенные организмы чувствительны к любым видам физической и химической деградации. При ветровой или водной эрозии почв организмы частично или почти полностью уносятся, при этом для восстановления биоты требуется восстановление самой почвы. Подобным образом организмы, населяющие почвенные горизонты, реагируют и на изменение химического состава и связанные с этими изменениями факторы комфортности среды обитания. Однако живые организмы являются и фактором борьбы с деградацией почв, так как могут частично очищать почву от нефти и органических соединений, способствовать образованию минеральных соединений.

Федеральный закон «О землеустройстве» (№ 78-ФЗ от 18.06.2001 г.) предусматривает систему мер, направленных на повышение плодородия, охрану от эрозии и защиту от загрязнения.

67

4.2. Воздействия на горные породы и их массивы

Техногенные изменения геологической среды сопряжены с экзогенными геологическими процессами, которые происходили на протяжении всей истории Земли и будут развиваться впредь.

Экзогенными (греч. exo – вне, снаружи) называют геологические процессы, которые обусловлены внешними по отношению к Земле источниками энергии, они протекают на поверхности земного шара или в приповерхностной зоне литосферы. В активизации природных и природно-техногенных экзогенных геологических процессов велика роль техногенеза. Опасность проявления экзогенных геологических процессов обусловлена большим числом причин, среди которых и масштабная разработка недр, и военные действия, и создание объектов повышенного риска, и процессы, сопровождающие урбанизацию, например строительство гидротехнических сооружений, линейных объектов, крупных водозаборов подземных вод, комплексов переработки минеральных ресурсов, объектов размещения отходов.

При освоении территорий мощные воздействия с развитием опасных геологических процессов проявляются в виде оползней, карстовых провалов, подтопления и др. Общая классификация опасностей, вызываемых проявлением экзогенных геологических процессов, представлена в табл. 4.2.

Оползни представляют собой скольжение горных пород вниз по склону под действием собственного веса грунта и нагрузки: фильтрационной, сейсмической или вибрационной. Образуются оползни в различных породах в результате нарушения их равновесия или ослабления прочности. Вызываются как естественными, так и искусственными (антропогенными) причинами. К естественным относятся: увеличение крутизны склонов, подмыв их оснований морскими и речными водами, сейсмические толчки. Искусственными являются разрушение

68

Таблица 4.2

Общая классификация экзогенных геологических процессов (по А.И. Шеко)

Движение без потери Оползни, лавины

контакта со склоном II. Энергия рель- или незначительной ефа (сила тяже- потерей его сти)

склонов дорожными выемками, чрезмерным выносом грунта, вырубкой леса, неразумным ведением сельского хозяйства на склонах. Значительное количество оползней происходит в горах на высоте от 1000 до 1700 м (90 %). Оползни могут происходить на всех склонах, начиная с крутизны 19°, но на глинистых грунтах они случаются и при крутизне склона 5–7°, особенно при избыточном увлажнении пород.

Большой ущерб природной среде ежегодно наносят оползневые процессы на берегах Черноморского побережья Кавказа, Крыма, в долинах Волги, Днепра, Дона и многих других рек и горных районов. Оползни нарушают устойчивость пород, негативное влияние проявляется в нарушении поверхностного стока, истощении ресурсов подземных вод при их вскрытии, заболачивании, нарушении почвенного покрова, гибели древостоя и др. Немало примеров оползневых явле-

70