Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Социальная экология. Взаимодействие общества и природы. Учебное пособие
.pdf
§ 14. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ЗЕМЕЛЬ 171
являются цинко-кадмиевые и медно-никелевые плавильные
заводы, а также сжигание топлива. Свинец поступает в био
сферу прежде всего от сжигания бензина (60 %) и в процессе
производства цветных и черных металлов (34 %). Этим объяс
няется, в частности, тот факт, что загрязнение почвы свинцом
чаще всего обнаруживается вдоль автомагистралей (в полосе
до 100 м по обе стороны магистралей).
Причиной локального загрязнения почв тяжелыми метал
лами могут быть также вносимые фосфорные удобрения, осад
ки сточных вод, свалки бытового и промышленного мусора и
т. д. Загрязнение почв вокруг металлургических предприятий
может достигнуть столь высоких значений, что земля вообще
становится непригодной для любых видов хозяйственной дея
тельности и превращается в техногенную пустыню.
Хотя растения способны удерживать и поглощать металлы, поступающие в виде атмосферных загрязнителей, основное количество тяжелых металлов все же попадает в ткани растений через корневую систему из почв. Интересно отметить,
что у растений имеются защитные механизмы от проникновения в их ткани тяжелых металлов. Избыточное количество
ионов металла изолируется в вакуолях корневых клеток, переводится в менее подвижное состояние или даже возвращается
в окружающую среду. И только когда защитные возможности
корневой системы оказываются исчерпанными, ионы металлов начинают проникать в стебель и листья.
Загрязнение почвы тяжелыми металлами обычно влечет за
собой угнетение роста и развития растений, снижение урожай
ности культур, ухудшение качества продукции, получаемой
при переработке растений для пищевых целей. Содержание тя
желых металлов в растениях может служить индикатором за
грязнения почв. Однако данные о загрязнении почв металлами
не всегда точно отражают уровень загрязнения элементов пи
щевой цепи, что объясняется существованием упомянутых за
щитных механизмов у растений. Разные растения и даже раз
ные части растений будут загрязнены не в одинаковой степе
ни. В частности, выявлена такая закономерность: концентра
ция металлов в вегетативных органах растений почти всегда
выше, чем в запасающих органах. Исследование огородных
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
172 ГЛАВА V. ПОЧВА
растений, произрастающих на загрязненных тяжелыми метал
лами участках, показало самое низкое содержание металлов
в клубнях картофеля, а самое высокое—взеленных культурах
и молодой капусте
1
.
Способность растений извлекать тяжелые металлы из
почвы может использоваться в технологиях восстановления
почв. Надо лишь уметь подобрать растения, способные к ак
тивной аккумуляции тяжелых металлов, и разработать методы
экономической утилизации образующейся растительной мас
2
ñû
.
Интересно отметить, что многие растения способны на
капливать в своих телах различные химические элементы, не
нарушая своих физиологических функций, тогда как высшие
животные и человек реагируют на незначительное нарушение
норм потребления химических элементов различными формами заболеваний или даже преждевременной гибелью.
К биоаккумуляции способны не только растения, но и
многочисленные виды микроорганизмов. Последние также могут использоваться в качестве защитных механизмов почв от
загрязнения, в том числе тяжелыми металлами
3
.
Существуют доказательства того, что загрязнение почвы
металлами тормозит разложение почвенной органики и замедляет тем самым круговорот питательных веществ. Наличие металлов в почве, как оказалось, снижает выделение углекислого
газа из почвы. Причем влияние различных металлов на дыха
ние почвы существенно различается. Для таких металлов, как
медь и никель, это влияние оказывается большим, чем, напри
мер, для свинца. Цинк, по-видимому, вообще не влияет на поч
венное дыхание. Однако в большинстве случаев эффект подав
ления дыхания наблюдается лишь в условиях значительного
-
-
-
-
-
-
-
-
1
Основы использования и охраны почв Западной Сибири. — Новоси
бирск, 1989. — С. 183.
2
См. например: Фролов Ю. П. Биолого-инженерная очистка почв от
тяжелых металлов. — Деп. в ВИНИТИ 24.12.97, ¹ 3750-В97.
3
Чернавская М. М., Плескачева Т. Б. и др. Разработка защитных меха
низмов при экологических загрязнениях почв тяжелыми металлами на осно
ве биоаккумуляции // Обзорная информация. Научные и технические аспек
ты охраны окружающей среды. — ВИНИТИ. — 1997. — ¹ 4. — С. 23–26.
-
-
-
-
§ 14. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ЗЕМЕЛЬ 173
загрязнения почвы, в непосредственной близости от металлур
гических и металлообрабатывающих предприятий.
Многие компоненты почвенной биоты (бактерии, грибы,
насекомые) проявляют высокую толерантность к загрязнению
почвы металлами. Это особенно относится к грибам. В целом
микроорганизмы почвы способны адаптироваться к тяжелым
металлам даже в условиях значительного уровня загрязнения
(до 1000 мкг/г).
Однако, давая новые, более устойчивые к металлам попу
ляции, почвенные микроорганизмы могут превратиться в ис
точник повышенной опасности для высших растений. Извест
но, например, что адаптированные к ртути популяции микро
организмов оказались способными превращать металличе
скую ртуть в токсичные для растений вещества. Прежние (неадаптированные) популяции такой способностью не обладали.
Находящиеся в почве металлы могут взаимно влиять друг
на друга с точки зрения обменных процессов в системе «почва – растение». Избыточное присутствие одного металла может, в частности, снизить поглощение растениями других металлов, которые необходимы растению как элементы питания.
Известен пример, когда высокое содержание молибдена в почве привело к дефициту меди в травяном покрове, что вызвало,
в свою очередь, заболевание крупного рогатого скота. Цинк
чувствителен к присутствию других металлов.
Таким образом, можно сказать, что для поддержания поч
венного плодородия необходима сбалансированность содер
жания тяжелых металлов, а не просто их отсутствие в почве.
-
-
-
-
-
-
-
-
5. Загрязнение нефтью и нефтепродуктами
Общее количество нефти и нефтепродуктов, теряемое при
нефтедобыче, транспортировке, переработке и использовании,
составляет не менее 50 млн т в год. Значительная часть этого
количества попадает в почву, существенно и часто необратимо
меняя ее морфологические, физико-химические и микробиоло
гические характеристики.
Поступившая в почву нефть претерпевает ряд превраще
ний. Ее легкие фракции, наиболее токсичные для живых орга
низмов, постепенно испаряются в атмосферу. Какая-то часть
-
-
-
174 ГЛАВА V. ПОЧВА
нефти уносится водными потоками с загрязненных террито
рий. Часть нефти, остающаяся в местах нефтяного разлива,
подвергается химическому и микробиологическому окисле
нию. Тяжелые нефтяные фракции, содержащие парафин, биту
минозные вещества и т. д., миграционно более устойчивы и
трудно поддаются разложению, особенно в суровых природ
но-климатических условиях. Например, для полного разложе
ния нефти в почвах средней сибирской тайги требуется обыч
но не менее 10–20 лет
1
.
В загрязненной нефтью почве уменьшается степень гуми
фикации органического вещества, существенно увеличивается
отношение углерода к азоту в верхних горизонтах почвы, рез
ко убывают или даже полностью исчезают некоторые фракции
гуминовых кислот и фульвокислот. При этом увеличивается
показатель pH. Таким образом, создаются условия для аккумуляции в почвах тяжелых металлов. Замечено, что в загрязненных нефтью почвах возрастает содержание цинка, никеля,
меди.
Исследования, проведенные в Западной Сибири, в районах
нефтегазопромыслов (на аллювиальных луговых почвах), показали, что содержание подвижных форм этих металлов в верхних слоях почвы превышает фоновый уровень в 4–5 раз
2
.Источником поступления тяжелых металлов в почву являются сами нефтепродукты, особенно продукты их сгорания. В частности, высокий уровень загрязнения почвы тяжелыми металлами
наблюдается в непосредственной близости от действующих фа
келов (в радиусе 20–50 м).
Загрязняет почву также содержащаяся в составе нефти сера.
В местах разлива нефти ее концентрация в почве в 2–3 раза
превышает фоновый уровень.Авместахдействующих факе
лов повышенные концентрации серы отмечаются в радиусе
100–200 м. Высокое содержание серы характерно для загряз
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
1
Ильин Н. П., Калачникова И. Г., Коркишко Т. И. Наблюдение за са
моочищением почв от нефти в средней и южной тайге // Добыча полезных
ископаемых и геохимия природных экосистем. — М., 1982. — С. 245–259.
2
Основы использования и охраны почв Западной Сибири. — Новоси
бирск, 1989. — С. 204.
-
-
§ 14. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ЗЕМЕЛЬ 175
ненных нефтью торфянисто-болотных почв. Торф, как извест
но, активно сорбирует нефть и нефтепродукты. Почвы этого
типа создают благоприятные условия для восстановительных
процессов. В результате присутствующая в почве сера (обычно
в виде сульфат-иона) восстанавливается с участием почвенных
микроорганизмов до сероводорода.
Среди множества органических и минеральных соедине
ний, входящих в состав сырой нефти, присутствуют также и
легкорастворимые соли. На территории Западной Сибири эти
соли представлены в основном хлоридами с концентрацией от
36 до 105 мг/л. На хорошо дренируемых участках легкораство
римые соли долго не задерживаются и переходят в водоемы.
Как уже говорилось, для загрязненных нефтью почв уве
личение отношения углерода к азоту представляет довольно
типичное явление. Происходит это не только потому, что
в почву переходит содержащийся в составе нефти углерод, но
и потому, что нефть подавляет процессы почвенной нитрификации. При этом содержание аммонийного азота (NH
уменьшиться в 10 раз, а нитратного азота (NO
-
3
+
) может
4
)—внесколь-
ко десятков раз. Напомним, что азот в виде нитрат-ионов является именно той формой, которая ассимилируется растениями
при образовании аминокислот и протеинов. Хотя уменьшение
в почве нитратов, вызванное нефтяным загрязнением, зависит
не только от уровня загрязнения, но и от типа почвы, есть
основания думать, что мы имеем здесь дело с общей законо
мерностью. Во всех случаях нефть способна пагубно влиять на
азотное питание растений, существенно тормозя процессы ни
трификации
1
. Причем влияние это длительное. Даже в оптима
льных гидротермальных условиях разблокирование процесса
нитрификации идет крайне медленно, поскольку нефтяное за
грязнение ухудшает также физические характеристики почвы,
в частности, резко снижает аэрацию почвы.
Под воздействием нефтяного загрязнения ухудшается не
только азотный, но и калиевый режим почв. Иными словами,
-
-
-
-
-
-
-
-
1
Славнина Т. П., Кахаткина М. И. и др. Влияние загрязнения нефтью и
нефтепродуктами на свойства почв // Мелиорация земель Сибири. — Крас
ноярск, 1984. — С. 141–144.
-
176 ГЛАВА V. ПОЧВА
ухудшается также калийное питание растений. Присутствие
нефти в почве уменьшает содержание подвижных форм калия,
последний обычно остается в адсорбированном состоянии. Ак
тивность ионов калия падает и может оставаться на низком
уровне в течение довольно длительного времени (до несколь
ких месяцев). Таким образом, под влиянием нефтяного загряз
нения почва становится менее плодородной; в частности,
ухудшается питание растений.
Глубина просачивания нефти в почву бывает различной,
что зависит в значительной степени от ее гранулометрическо
го состава. В почвах легкого состава нефть может просачива
ться на глубину 70 см, а в почвах тяжелого состава — до 45 см.
В торфянисто-болотных почвах, характерных для северных
районов Западной Сибири, нефть, как правило, растекается по
поверхности, проникая на глубину 30–40 см. При наличии глеевого горизонта, который является нефтеупорным, нефть может оставаться в пределах глубин 19–12 см и менее, что соответствует обычной глубине залегания глеевого горизонта.
В поймах рек, где почвы чаще всего бывают маломощными,
нефть пропитывает всю толщу профиля и проникает в грунтовые воды.
К этому следует добавить, что пропитанная нефтью почва
приобретает гидрофобные свойства. При этом значительно
уменьшаются показатели влагоемкости почвы, ухудшается режим аэрации.
-
-
-
-
-
6. Микробиологическое загрязнение почвы
Известно большое число видов низших животных и мик
роорганизмов (бактерий, вирусов, плесневых грибков и т. д.),
для которых почва является постоянным или временным мес
том пребывания. Многие из этих организмов могут представ
лять опасность для человека, вызывая различные заболевания.
Широко распространенный вид микробиологического за
грязнения почвы — возбудители кишечных инфекций (брюш
ного тифа, паратифов, дизентерии, холеры), причем почва не
является их исконной средой обитания. Они попадают туда
с нечистотами, выделениями больных и т. д. В зависимости от
-
-
-
-
-
§ 14. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ЗЕМЕЛЬ 177
конкретных условий (температура, влажность, наличие пита
ния, активность бактерий-антагонистов и т. д.) кишечные мик
робы способны сохраняться в почве в жизнеспособном состоя
нии от нескольких суток до трех месяцев.
В почве могут сохраняться также микобактерии туберку
леза, известные как палочки Коха (по имени немецкого учено
го Р. Коха (1843–1910), открывшего возбудителей туберкулез
ной инфекции в 1882 году). Срок выживаемости этих микроор
ганизмов колеблется от нескольких дней до 15 месяцев.
Сравнительно долго сохраняются в почве дифтерийные
палочки (от нескольких дней до 2–3 недель). На поверхности
почвы под действием солнечных лучей дифтерийные палочки
погибают через несколько часов.
В странах Азии, Африки, Южной и Центральной Америки
в почве нередко обнаруживаются возбудители лепры — инфекционного заболевания, более известного под названием
проказы. Микобактерии проказы, сходные с возбудителями
туберкулеза, отличаются кислотоустойчивостью. Вопреки широко распространенному мнению, лепра является малозаразным заболеванием. Передача заболевания от человека к человеку может произойти лишь при длительном и тесном контакте с больным.
В почве сохраняются возбудители опасных инфекционных заболеваний, которыми болеют обычно животные (бруцеллез, туляремия, чума), но которые могут легко перейти и
к человеку. Возбудители бруцеллеза — бруцеллы — хорошо
переносят низкие температуры и даже замораживание; в почве
они сохраняют жизнеспособность более трех месяцев. Однако
человеку инфекция передается в основном через продукты, по
лучаемые от больных животных (коровы, козы, свиньи, овцы).
Бактерии туляремии попадают в почву от больных грызу
нов (полевка, домовая мышь, водяная крыса, хомяк, а также
заяц и кролик) с их испражнениями. Человек может заразиться
туляремией, работая с сеном, соломой, при уборке и сушке
зерна и т. д. Поскольку возбудители инфекции остается в ос
новном на поверхности почвы, она легко смывается осадками
и попадает в водоемы. И тогда передача инфекции человеку
может произойти через воду. Однако от человека к человеку
заболевание не передается.
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
178 ГЛАВА V. ПОЧВА
Грызуны и живущие на них блохи являются переносчика
ми возбудителей чумы. В почву чумные палочки попадают
вместе с трупами зараженных зверьков и могут сохраняться
в ней до нескольких месяцев. Человек заражается чумой при
укусе блохи либо через поврежденную кожу при контакте
с больными или павшими животными. От человека к человеку
инфекция передается в основном воздушно-капельным путем.
Многие инфекционные заболевания (особенно кишечные
инфекции) передаются человеку через инфицированных мух,
весь цикл развития которых (от яиц до взрослого состояния)
связан с почвой, прежде всего с местами складирования гнило
стных отходов и нечистот.
Почва часто становится источником заражения человека
различного рода гельминтозами. Данные заболевания вызываются внедрением в организм человека червей-паразитов, таких, как аскариды, анкилостомиды, солитеры и т. д.
Например, у аскарид с почвой связана одна из стадий развития — дозревание яиц до инвазионного состояния, то есть
до той стадии, когда из яйиц разовьются личинки. Заражение
человека аскаридами происходит при употреблении в пищу
плохо промытых ягод и овощей. Попавшие в организм личинки аскарид развиваются до взрослого состояния в тонком кишечнике, где происходит откладка яиц в довольно большом
количестве, до 2500 яиц в сутки
1
. Эти яйца вместе с фекалиями
выводятся наружу и, попадая в почву, начинают новый цикл
развития.
Подобный цикл развития проходят также анкилостомиды.
Во взрослом состоянии эти гельминты обитают в тонком ки
шечнике, главным образом в двенадцатиперстной кишке. От
ложенные самками червей яйца вместе с испражнениями попа
дают в почву, где при благоприятных условиях уже через сут
ки формируются личинки анкилостомид. Эти личинки способ
ны проникать в организм человека через кожу, что происходит
даже чаще, чем при употреблении загрязненных продуктов
(овощей, ягод, фруктов).
-
-
-
-
-
-
-
1
Никитин Д. П., Новиков Ю. В. Окружающая среда и человек. — М.,
1980. — Ñ. 289.
§ 14. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ЗЕМЕЛЬ 179
Более сложный цикл развития у солитеров. С ними связа
ны такие заболевания, как тениаринхоз и тениоз, возбудителя
ми которых являются бычий и свиной цепни соответственно.
Яйца этих гельминтов, попав из кишечника человека в почву,
сохраняются в ней до тех пор, пока вместе с кормом не попада
ют в организм животных, являющихся промежуточными хозя
евами цепней. Для бычьего цепня роль промежуточного хозяи
на выполняет крупный рогатый скот, для свиного цепня — сви
ньи, дикие кабаны. В организме этих животных из яиц гельмин
тов выходят зародыши личинок, которые током крови заносятся
в мышечные ткани. Здесь происходит их дозревание до личи
ночной стадии, так называемых финнов, или цистицерков. Ин
вазия человека финнами происходит при употреблении недо
статочно проваренного или прожаренного мяса животных
1
.
Существует довольно большая группа патогенных микроорганизмов, для которых почва является постоянной средой
обитания. В эту группу входят возбудители таких опасных заболеваний, как сибирская язва, газовая гангрена, столбняк, ботулизм и др. Многие из этих возбудителей способны длительное время сохраняться в почве в виде спор, иногда многие
годы (как, например, споры столбнячной бактерии) или даже
десятилетия (как, например, споры палочки сибирской язвы).
Проникновение спор в организм человека происходит многими путями: через поврежденную кожу при контакте с загрязненной почвой (столбняк, газовая гангрена), с продуктами питания (ботулизм), при контакте с больными (или павшими)
животными в процессе ухаживания или переработки животно
го сырья (сибирская язва).
Для оценки санитарного состояния почвы используются
2
обычно следующие показатели
: титр кишечной палочки (ко
ли-титр), титр одного из анаэробов (например, палочки газо
вой гангрены), число яиц гельминтовв1кгпочвы, число ли
чинок и куколок мух на 0,25 м
2
площади почвы. Почва счита
ется чистой, если последние два показателя равны нулю, ко
ли-титр составляет величину не менее 1,0, титр анаэробов —
не менее 0,1.
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
1
Популярная медицинская энциклопедия. — Таллинн, 1993. — С. 604.
2
Зарубин Г. П., Новиков Ю. В. Гигиена города. — М., 1986. — С. 256.
180 ГЛАВА V. ПОЧВА
§ 15. Истощение и деградация почвенных ресурсов
1. Истощение земель
Качество почвенных ресурсов (или, как иногда говорят, их
бонитет) можно в целом оценить набором из четырех основ
ных показателей: запасы гумуса, водообеспеченность, тепло
обеспеченность, воздухообеспеченность. Если каждый из этих
показателей оценить в баллах, то четвертая часть их суммы
(средний балл) может рассматриваться как общий балл бони
тета почвенных ресурсов
1
. В процессе сельскохозяйственного
использования почв их бонитет может изменяться во времени.
При этом надо иметь в виду, что гидротермические характери
стики почвы (в условиях богарного земледелия) остаются
практически независимыми от человека, чего нельзя сказать о
запасах гумуса и структурной характеристике почвы (степень
агрегированности и плотность сложения почвенного слоя).
Эти параметры во многом определяются уровнем агрохозяйственной культуры и могут рассматриваться как важнейшие показатели истощения и деградации почвенных ресурсов. Поэтому именно эти параметры, как правило, используются на практике при проведении бонитировочных работ и организации
почвенного мониторинга. Заметим, что от структурных характеристик почвы зависит также способность почв удерживать
дождевую и талую воду.
В гумусе содержатся основные элементы питания расте
ний. Однако в условиях агроценозов эти элементы постоянно
отчуждаются из почвы вместе с сельскохозяйственной продук
цией. Происходит естественное истощение почвы, что компен
сируется внесением органических и минеральных удобрений.
При бонитировке пахотных земель имеет смысл наряду с запа
сами гумуса учитывать также содержащиеся в почве азот, фос
фор и калий (в валовом исчислении). Такой учет позволяет
дать более адекватную оценку фактическому состоянию почв,
их потенциальному плодородию.
-
-
-
-
-
-
-
-
-
1
Дюкарев А. Г. Физические свойства и особенности генезиса текстур
но-дифференцированных почв Томь-Яйского междуречья: Автореф. дис. ...
канд. биол. наук. — Новосибирск, 1985.
-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]