ПОП_и_ООС_заочникам / Теория (основная) / Лекции ПОЛНЫЕ

Лесные почвы Центральной и Западной Европы отличались высокой потенциальной способностью противостоять закислению. Однако, подвергаясь кислотным осадкам в течение 200 лет, они потеряли эту способность и предрасположены к закислению. При меньшем уровне загрязнения, почвы Скандинавии, юга Канады, Северо-Запада России асидифицировались быстрее почв Европы вследствие более низкой буферной способности.

Поскольку в последние годы достигнуты определенные успехи в сокращении выбросов оксидов серы и азота в атмосферу, а также в области рационализации внесения в почву минеральных удобрений, то острота проблемы с закислением почв заметно снизилась. Действенным методом борьбы с закислением пахотных земель является известкование.

1.5. Агроистощение почвы

Интенсивное сельское хозяйство в ряде случаев (особенно при использовании сельхозугодий для производства монокультуры) приводит к быстрому истощению почвенного покрова (дегумификации) и, следовательно, к его деградации (физической). Это достаточно важная причина деградации земель, и в общем объеме она стоит на четвертом месте. Примерно 7% от общего объема деградированных земель составляют земли, деградированные за счет чрезмерной эксплуатации.

Это достаточно яркий пример того, как сегодняшнее поколение людей живет за счет будущих поколений, бездумно используя основные запасы плодородия почв, которые накапливались тысячелетиями в результате развития биосферы Земли. Интенсивные технологии использования земель, бездумно внедрявшиеся с нарушением закона восстановления почвенного гумуса, ускорили агроистощение земель в разы.

Путь восстановления земель и недопущения их деградации в этом случае один. Соблюдение рациональных систем землепользования: севооборот, содержание земли под парами, разумное внесение органических и минеральных удобрений, отказ от выращивания монокультур.

1.6. Уплотнение почвы

При технологически интенсивном сельском хозяйстве (на долю которого приходится более 20% пахотных площадей и ~ 50% продовольствия мира) широко используются сельскохозяйственные машины. Всего в мире в сельскохозяйственном производстве используется более 30 млн. тракторов, не считая комбайнов, плугов, сеялок, грузовиков. Почти все эти машины очень тяжелые. Некоторые сельскохозяйственные машины

превышают допустимую нагрузку даже на асфальтированные дороги, а не только на почву. По оценкам специалистов допустимое давление на почву не должно превышать 0,4-0,5 кг/см2. Большинство тракторов, использовавшихся в СССР, превосходило эту норму в 3-4 раза.

Многократное использование тяжелых сельхозмашин за сезон и за многие годы приводит к уплотнению почв. Разрушается структура почвы, снижается ее пористость, изменяется влагоемкость и снабжение кислородом, ограничивается развитие корней растений, изменяются химические процессы в почве. Если эти процессы развиваются только в верхнем слое почвы, то ситуация может корректироваться ежегодной вспашкой. Но все более интенсивное использование тяжелых машин приводит к уплотнению более глубоких горизонтов почвы, что не может быть уже исправлено ни снятием нагрузки, ни вспашкой.

Какие химические процессы происходят в уплотненной почве? Это, прежде всего, процессы восстановления NO3–, MnO2, Fe(OH)3, SO42–, особенно, если остатки кислорода в почве вытесняются при увлажнении. NO3– перерабатывается в почве микроорганизмами с отъемом атомов кислорода до N2O и N2, которые улетучиваются из почвы. Растения начинают в этом случае ощущать большой недостаток азота.

Восстановление Mn2+ и Fe2+ из обычно встречающихся в почве MnO2 и Fe(OH)3 приводит к тому, что происходит их накопление, а эти формы легко усваиваются растениями, будучи токсичными. Все это снижает плодородие почвы. Основным методом борьбы с переуплотнением почвы является отказ от тяжелой техники. В развитых странах в настоящее время сельское хозяйство практически перешло на использование небольших легких колёсных машин, движение которых по почве не приводит к ее переуплотнению.

1.7. Отчуждение земель

Почвенный покров агроэкосистем необратимо нарушается при отчуждении земель для нужд несельскохозяйственного пользования: строительства промышленных объектов, городов, поселков, для прокладки дорог, трубопроводов, линий электропередачи и связи, водохранилищ, при открытой разработке месторождений полезных ископаемых и т.д. По данным ООН, в мире только при строительстве городов и дорог ежегодно безвозвратно теряется более 300 тыс. га пахотных земель.

В России из сельскохозяйственного пользования за последние полвека выведено для этих целей 1 млн. га пахотных земель и 20 млн. га земель из пахотного резерва, который сократился с 30 млн. га до 10 млн. га.

Эта проблема в развитых странах осознана, и сейчас практически невозможно использовать сельскохозяйственные угодья или земли пригодные для этих целей для строительства. Во многом именно это определило рост городов “вверх” и в США, и в Европе, и во многих других странах. Отчуждение земель обычно проигрывается в судах даже в тех регионах, в которых определенные участки можно было бы использовать для строительства, если они в хоть какой-то степени затрагивают те земли, которые можно использовать для сельского хозяйства. Пример – США, Германия, Япония. Мы пока в России все еще думаем, что земли у нас очень много.

Необходимо отметить большое значение различных организационных и экономических мер и стимулов по сохранению земель от деградации.

В большинстве развитых стран мира созданы кадастры земель, в которых выполнено районирование земельных угодий на основании критерия “лучшего использования”.

Районирование проведено на три основные градации:

1.угодья, подлежащие эксплуатации, на которых может производиться интенсивное земледелие;

2.угодья, подлежащие защите, которые не должны возделываться методами интенсивного сельского хозяйства;

3.угодья, подлежащие восстановлению, в которых земля либо полностью потеряла свою продуктивность, либо ее продуктивность резко снизилась.

Такая классификация позволяет определить систему юридических и экономических стимулов, мер информационного и просветительского характера.

На угодья, отнесенные к зонам, подлежащим защите, не должны распространяться помощь и субсидии, которые поощряют их интенсивное использование. Вместе с тем, такие зоны могут подойти для таких важных видов землепользования как пастбищное животноводство, садоводство и лесоводство.

Для угодий, подлежащих защите, разработана система оказания помощи и стимулирования, направленная на возделывание более разнообразных сельскохозяйственных культур, которые способствуют сохранению почвы. ООН предложила всем странам мира разработать политику рационального землепользования и опробовать включение стоимости земель в общенациональные показатели экономического развития, например, в показатель валового национального продукта

(ВНП).

Юджин Одум в своем классическом труде “Экология” (М. Мир. 1986 г.) написал: “Человек, по-видимому, не способен понять систему, которую он не строил, поэтому он,

очевидно, должен ее частично разрушить и восстановить, прежде чем он поймет, как ею пользоваться”. Скорее всего, он прав.

Лекция №6 (11-12)

Загрязнение почв Земли и пути предотвращения их загрязнения

Наряду с деградацией земель, происходит повсеместное загрязнение почв, что в конечном итоге приводит к их деградации, и при этом оказывается очень опасным для человека.

В результате антропогенной деятельности в почву попадают твердые, жидкие промышленные, сельскохозяйственные и бытовые отходы. Основными загрязняющими почву веществами являются тяжелые металлы и их соединения, пестициды (ядохимикаты), минеральные удобрения, отходы и отбросы производства, нефть и нефтепродукты, радиоактивные вещества.

Самоочищение почвы – процесс, как правило, медленный. Поэтому загрязнения, а большинство из них – токсиканты, накапливаются в почвах.

1. Тяжелые металлы

ВРоссии выявлено 730 тыс. га почв, загрязненных тяжелыми металлами. Самыми мощными источниками загрязнения почвы тяжелыми металлами являются крупные комбинаты цветной металлургии (кадмий – Cd, свинец – Pb, цинк – Zn, марганец – Mn, хром – Cr, молибден – Mo, кобальт – Co, бериллий – Bi и др.). Большая ответственность за загрязнение тяжелыми металлами лежит на энергетике. Загрязнителями являются также машиностроение, химическое производство, производство стройматериалов и, наконец, мобильный источник загрязнений – автотранспорт (в основном свинец, который входит в состав антидетонационной присадки).

Вдесятках городов вблизи металлургических предприятий обнаружены тяжелые металлы в количестве равном или превышающем ПДК. По суммарному индексу почвенного покрова первое место занимает Рудная Пристань (Приморский край), где расположен завод по выплавке свинца. Здесь содержание свинца в почве составляет 300 ПДК. В Белово (Кемеровская область) его содержание составляет 50 ПДК, в Ревде (Свердловская область) – 5 ПДК. Превышение ПДК подвижных форм свинца в 40 и более раз зафиксированы в почвах Новосибирска и Томска.

В Московской области, в Горках Ленинских фиксируется превышение содержания кадмия выше фонового в 70-100 раз, в районе Серпухова – в 70 раз. В почвах Владивостока и вокруг Каспийского моря фиксируется превышение ПДК по меди в 10 раз. Вокруг Иркутского и Братского алюминиевых заводов содержание валовой формы фтора в почвах пятикилометровой зоны выше фонового уровня в 13 и 19 раз, соответственно, а максимальное – в 58 и 156 раз, соответственно. Такие примеры можно продолжать многократно. Столь высокие уровни загрязнения очень опасны и для людей и животных, и для растений. Возьмем свинец. У свинца четко выражена тенденция к накоплению в почве, так как его ионы малоподвижны даже при низких значениях pH.

Растения более устойчивы по отношению к свинцу, чем люди и животные, поэтому в регионах с высоким уровнем загрязнения необходимо тщательно следить за содержанием свинца в продуктах питания. У животных на пастбищах первые признаки отравления наблюдаются при суточной дозе около 50 мг Pb на кг сухого сена. Для людей предельно допустимая концентрация, например, при употреблении салата составляет 7,5 мг Pb на 1 кг листьев. В то же время в сене, в одном из загрязненных районов Германии, содержание Pb составляло 6700 мг на 1 кг сухого сена.

Кадмий попадает в почву в меньших количествах, чем свинец. Ионы Cd в почве более подвижны, а его соединения с гуминовыми кислотами менее устойчивы, то есть его накопление протекает значительно медленнее. Устойчивое соединение – карбонат Cd образуется только при pH > 8,0. И это к счастью, поскольку кадмий является сильным токсином.

Подвижность ионов меди еще выше, чем подвижность ионов кадмия. Это создает благоприятные условия для усвоения меди растениями. Хотя медь в следовых концентрациях считается необходимой для жизнедеятельности, у растений токсические эффекты проявляются при содержании Cu равном 20 мг на 1 кг сухого вещества. Медь оказывает токсическое действие на микроорганизмы, при этом достаточна концентрация около 0,1 мг/л.

По мнению немецких специалистов, загрязнение почв в Европе медью можно рассматривать как критическое.

Еще один пример с цинком. Это распространенный в технике металл и в почву он может поступать в больших количествах. При значениях pH более 6,0, цинк быстро накапливается в почвах, в лесных же более кислых почвах он быстро вымывается, поскольку его растворимость увеличивается.

Для растений токсический эффект создается при содержании около 200 мг на 1 кг сухого материала. Организм человека достаточно устойчив к цинку и опасность

отравления сельскохозяйственными продуктами, содержащими цинк, невелика. Однако от превышения содержания цинка в почве страдают многие виды растений.

Как видно, решающую роль в накоплении и удержании тяжелых металлов в почве играет ее состав и pH, то есть кислотность почвы.

Основными последствиями воздействия некоторых тяжелых металлов на здоровье человек являются следующие:

1.свинец (Pb) – разрушение костных тканей, задержка синтеза протеина в крови, нарушение нервной системы и почек;

2.кадмий (Cd) – цирроз печени, нарушение функций почек, протеинурия;

3.медь (Cu) – органические изменения в тканях, распад костной ткани, гепатит;

4.мышьяк (As) – раковые заболевания кожи, интоксикация, периферические невриты;

5.ртуть (Hg) – нервно-паралитические расстройства, нарушения функций желудочнокишечного тракта, почек, изменения в хромосомах.

Как бороться с попаданием тяжелых металлов в почву:

1.совершенствование технологий;

2.фильтрация выбросов предприятий в атмосферу;

3.прекращение добычи природных ресурсов в открытых карьерах.

2. Загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами

Загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами в десятки раз превышает ПДК в местах, связанных с ее добычей, переработкой, транспортировкой и распределением. Например, в Иваново и Томске максимальное содержание нефти превышает фоновый уровень в 9 и 56 раз, соответственно, среднее – в 4 и 7 раз, соответственно.

На Новокуйбышевском нефтеперерабатывающем заводе и в радиусе 1 км от него слой почвы до глубины 50 см полностью пропитан нефтью.

Инфильтрация нефти и нефтепродуктов привела к образованию их крупных подземных залежей в Ангарске, Моздоке, Туапсе, Ейске, Орле, Новокуйбышевске, Уфе, Комсомольске на Амуре и других городах. По данным Минприроды такая же ситуация во всей Московской области. Например, в подвалах многих домов в Чкаловске и Кубинки плещется керосин, поступающий из почвы, которым пользуются жители. По экспертной оценке, Московская область, если не будут приняты соответствующие меры, через 10-15 лет останется без основного источника питьевого водоснабжения (81%). В Тюменской и Томской областях (где добывается нефть) концентрации нефтяных углеводородов в почвах превышает фоновые значения в 150-250 раз. На тюменском Севере площади оленьих пастбищ уменьшились на 12,5%, т.е. на 6 млн. га, замазученными оказались 30

тыс. га. В Западной Сибири выявлено свыше 20 тыс. га, загрязенных нефтью с толщиной слоя на поверхность не менее 5 см.

Причина такого загрязнения одна – “Земля все стерпит”. Наши бензозаправки и хранилища не оборудованы защитой. Остатки нефтепродуктов на автобазах и аэродромах просто сливаются в почву, как и отработанные масла. Также обращаются и с нефтепродуктами на буровых. Добавим к этому аварии на нефтепроводах и при перевозке автотранспортом, а также поступление нефти из атмосферы.

Бороться с нефтяными загрязнениями очень трудно и дорого. Легче их предотвращать. Для этого необходимо усовершенствовать различные этапы, начиная с добычи нефти. Вся территория добычи нефти должна быть оборудована защитным покрытием и нефтесборниками на случай аварий. Также должны оборудоваться территории нефтеперерабатывающих предприятий, территории заправок, как авто-, так и аэродромных заправок.

Технология переработки нефти должна исключать возможность попадания нефти в почву. Транспортировка нефти и нефтепродуктов должна быть строго регламентирована и осуществляться только спецпредприятиями. Все отходы нефтепродуктов должны утилизироваться только на перерабатывающих предприятиях.

Что касается загрязненных участков почвы, то они должны подлежать рекультивации (восстановлению). Рекультивировать нефтезагрязненные земли очень сложно, так как они имеют обедненную биоту и содержат канцерогенные углеводороды, типа бенз(а)пирена. Для этого необходимы рыхление и аэрация почвы, использование бактерий, деградирующих нефть, посев специально подобранных трав и пр. На все это, как и на ликвидацию нефтяных линз в почве, требуются большие деньги из федерального бюджета. Но на это, как всегда, денег нет.

3. Загрязнение почв пестицидами

Пестициды (pest – паразит, вредитель) – это химические или биологические препараты, используемые для борьбы с вредителями и болезнями растений, сорными растениями, вредителями хранящейся сельсохозяйственной продукции, бытовыми вредителями и внешними паразитами животных, а также для регулирования роста, предуборочного удаления листьев (дефолианты), предуборочного подсушивания растений (десиканты).

Классификаций пестицидов несколько. В настоящее время в зависимости от назначения, химической природы и патогенных свойств для теплокровных животных и человека принято несколько классификаций пестицидов. Рассмотрим некоторые из них.

По химической структуре различают следующие пестициды: хлорорганические, фосфорорганические, ртутьорганические, мышьяксодержащие, производные мочевины, цианистые соединения, производные карбаминовой, тио- и дитиокарбаминовой кислот, препараты меди, фенола серы и ее соединений.

В зависимости от производственных целей и объекта воздействия пестициды подразделяются на:

акарициды – для борьбы с клещами; альгециды – для уничтожения водорослей и другой водной растительности;

антисептики – для предохранения неметаллических материалов от разрушения микроорганизмами;

бактерициды – для борьбы с бактериями и бактериальными болезнями растений; зооциды – для борьбы с грызунами; инсектициды – для борьбы с вредными насекомыми; нематоциды – для борьбы с круглыми червями;

фунгициды – для борьбы с болезнями растений, вызванных паразитирующими на них грибами;

лимациды – для борьбы с различными моллюсками; гербициды – для уничтожения сорной растительности. К пестицидам также относятся:

дефолианты – средства для удаления листьев; десиканты – препараты для высушивания листьев на корню; дефлоранты – вещества для удаления лишних цветов.

Для оценки токсичности пестицидов принято пользоваться средней смертельной дозой (ЛД50), вызывающей гибель 50% подопытных животных при однократном поступлении препарата в желудочно-кишечный тракт:

–сильнодействующие ядовитые вещества (ЛД50 менее 50 мг на 1 кг массы животного);

–высокоядовитые (ЛД50 от 50 до 200 мг/кг);

–среднеядовитые (ЛД50 от 200 до 1000 мг/кг);

–малоядовитые (ЛД50 от 1000 мг/кг и более).

Важной также является классификация пестицидов по стойкости:

–очень стойкие (период разложения на нетоксичные компоненты свыше 2-х лет);

–стойкие (0,5-1 год);

–умеренно стойкие (1-6 месяцев);

–малостойкие (1 месяц).

Почему возникла необходимость широкого использования пестицидов в сельском хозяйстве?

По имеющимся оценкам половина мировых запасов продовольствия пожирается или повреждается насекомыми, плесневыми грибами, грызунами, птицами и другими вредителями, которые уничтожают урожай и в поле, и при погрузке и перевозке, и во время хранения.

Специалисты считают, что в случае успешной борьбы с вредителями зерновых культур в поле, ежегодная прибавка зерна составила бы около 200 млн. т. Этого хватило бы для пропитания 1 млрд. человек. Еще 25% прибавки можно было бы достичь, если уничтожить вредителей, которые поедают и повреждают зерно в хранилищах.

Уже несколько веков назад фермеры для уничтожения насекомых использовали такие химические вещества, как мышьяк, свинец, ртуть, медь и ряд естественных продуктов растительного происхождения. Однако в 1945 г. началась новая эра в борьбе с вредителями, когда начали применять знаменитый ДДТ (дихлордифенилтрихлорэтан).

ДДТ – первый широко используемый синтетический пестицид (инсектицид). Другие достаточно известные пестициды: хлорофос, карбофос, гексахлоран, полихлорпинен, полихлоркамфен, севин – это все инсектициды, предназначенные для борьбы с насекомыми.

Вряде случаев прибавка урожая в результате применения пестицидов, а затем и гербицидов была впечатляющей, вплоть до удвоения урожая.

Но достаточно скоро оказалось, что применение пестицидов на огромных сельскохозяйственных и лесных территориях, часто с применением авиации, ведет к масштабному загрязнению окружающей среды. Стойкие соединения ядохимикатов включаются в природные процессы миграции и круговорота веществ и разносятся атмосферными потоками на большие расстояния. Например, в Антарктиде, за десятки тысяч километров от зон применения, ледниковый панцирь накопил более 2000 т ДДТ. Пестициды накапливаются в отложениях рек, озер и морей. Но самое главное, они обладают эффектом биологического усиления. Определенные виды пестицидов, главным образом хлорированные углеводороды, имеют тенденцию накапливаться в живых организмах в количествах больших, чем их содержится в окружающей среде. Концентрация их возрастает по мере продвижения по пищевым цепям. Например, ДДТ концентрируется в жировых тканях и выводится очень медленно. Этот процесс биологического концентрирования имеет особенно серьезные экологические последствия.

В1988 г. Национальная Академия Наук США опубликовала доклад, в котором говорится, что в предстоящие 70 лет более 1 млн. американцев рискуют заболеть раком,

вызванным наличием 28 канцерогенных пестицидов в пище. Об этом пишут и индийские ученые (в Индии пестициды применяются очень широко).

Из всех химических веществ, которые поступают в организм человека с воздухом, водой и пищей, наиболее опасными считаются пестициды. Накапливаясь в жировых тканях людей, они отрицательно воздействуют на нервную и сердечно-сосудистую системы, не говоря о своих канцерогенных свойствах.

Особенно опасны пестициды для детей. В России, в районах массового применения пестицидов (Краснодарский край, Ростовская область – 20 кг на 1 га). Общая заболеваемость детей от 6 лет (болезни кожи, пищеварительного тракта, органов дыхания, нарушения обмена веществ, отставание в физическом развитии) в 4,6 раза выше, чем в районах с наименьшей химизацией сельского хозяйства. За 25 лет в 300 раз увеличились случаю аллергических заболеваний.

По данным Всемирной организации здравоохранения, ежегодно пестицидами отравляются 500000 чел., более 5000 – со смертельным исходом. Влияние пестицидов на биоту Земли, по-видимому, будет достаточно долгим и увеличивающимся, поскольку большинство пестицидов – это устойчивые пестициды, период распада которых – многие годы, а следовательно, они постоянно накапливаются. В результате, иногда продукты питания не подвергавшиеся обработке пестицидами, тем не менее, их содержат. В США проводились исследования, направленные на определение содержания пестицидов в дождевой воде и капельках тумана. Оказалось, что в них содержалось 11 различных пестицидов, при том ряд был в концентрациях, превышающих ПДК.

С применением пестицидов возникла еще одна проблема – способность вредителей становиться устойчивыми к пестицидам. Пестициды перестают убивать вредителей.

Вследствие мутаций появляются вредители, устойчивые к пестицидам (сами пестициды стимулируют эти мутации). Например, сейчас появились комнатные мухи, не восприимчивые ко всем основным типам пестицидов. Малярия, которую удалось победить в 60-е годы, в 80-е годы снова резко возросла вследствие того, что комары перестали реагировать на пестициды. Появляются и устойчивые к гербицидам сорняки. В таких случаях, человек стал увеличивать интенсивность применения пестицидов.

Наконец, в последнее время появились почвенные микроорганизмы, которые разрушают пестициды, а, следовательно, ослабляют их действие. Все это заставляет создавать все новые и новые пестициды, которые вновь накапливаются в окружающей среде.

Кроме того, следует помнить, что губительная способность убивать у большинства пестицидов ограничена, и они убивают и многие полезные организмы: микроорганизмы и