5. Вбирання ґрунтом продуктів хімічного виробництва та викидів промислових підприємств. Негативне значення цього явища в екологічній ситуації

Розглядаючи роль вбирної здатності ґрунту у процесі ґрунтоутворення та формуванні оптимального поживного режиму і фізичних властивостей ґрунту, слід мати на увазі, що явище сорбції може дати небажані наслідки при забруднені ґрунтів викидами промислових підприємств, використання стічних вод для зрошення, нераціональному використанні мінеральних добрив та отрутохімікатів для боротьби з хворобами, шкідниками сільськогосподарських культур та бур’янами. Шкідливі сполуки та елементи, які потрапляють у ґрунт закріплюються ґрунтовим вбирним комплексом і можуть перебувати в ґрунті досить тривалий час. Елементи цих сполук засвоюються кореневою системою рослин і нагромаджуються у продуктах харчування людини (зерно, овочі, фрукти тощо) та кормових рослинах. Через трофічний ланцюг вони потрапляють в організм людини і спричинюють різного роду захворювання.

Важкі метали – група хімічних елементів, щільність яких >5 г/см³, а відносна атомна маса >40 (Табл. 8.4.)

Таблиця 8.4. Валовий вміст важких металів і арсену в ґрунтах, м²/1 кг сухої маси (Bowen H. I., 1966)

Метал	Середній вміст	Метал	Середній вміст
Аргентум (Ag) Арсен (As)	0,1 6,0	Нікель (Ni) Плюмбум (Pb)	40 10
Барій (Ba) Кадмій (Cd)	500 0,06	Радій (Ra) Станум (Sn)	8х10-7 10
Кобальт (Co) Хром (Cr)	8,0 100	Торій (Th) Титан (Ti)	5 5000
Купрум (Cu) Ферум (Fe)	20 3800	Уран (U) Ванадій (V)	1 100
Гідраргіум (Hg) Лантан (La)	0,03 30	Ітрій (Y) Цинк (Zn)	50 50
Манган (Mn) Молібден (Mo)	850 2,0	Цирконій (Zr) Стронцій (Sr)	300 300

Уявлення про обов’язкову токсичність важких металів є безпідставною. В цю групу входять купрум, цинк, молібден, кобальт, манган, ферум, тобто елементи, які мають велике позитивне біологічне значення. В сільському господарстві їх називають мікроелементами. У малих концентраціях вони не токсичні. Використовувати термін «важкий метал» справедливо тоді, коли мова йде про небезпечні для людини і тварин концентрації цих елементів.

Проте, є група металів, які однозначно є токсичними. До цієї групи входять гідраргірум, кадмій і плюмбум. Загальновизнано їх відносять до небезпечних забруднювачів навколишнього середовища.

Важкі метали потрапляють в атмосферу у вигляді газоподібних викидів, диму та техногенного пилу; у водойми з стічними водами. З води і атмосфери ці елементи потрапляють у ґрунт, де їх вбирають і утримують ґрунтові колоїди (ГВК). Постійне надходження їх в ґрунт, навіть у малих кількостях протягом тривалого часу призводить до суттєвого накопичення у верхньому шарі ґрунту.

У культурних ландшафтах найбільш поширеними є цинк, плюмбум, кадмій і хром. (Ю. В. Алексєєв, 1987). Набор металів, що надходить у ландшафт, залежить від характеру виробничої діяльності в цьому регіоні.

Плюмбум забруднює ґрунт вздовж автомобільних шляхів з інтенсивним рухом автотранспорту. Джерелом цього металу є відпрацьовані гази двигунів внутрішнього згорання.

Кадмій надходить у ґрунт з фосфатами, які широко застосовуються в сільському господарстві. Так місцева сировина фосфатів у США містить кадмії у значній кількості у вигляді природної домішки. Другим джерелом забруднення ґрунтів кадмієм є електронна та лако-фарбувальна промисловість, де цей метал широко застосовується.

Гідраргірум потрапляє у ґрунт в результаті використання фунгіцидів у сільському господарстві та з стічними водами і твердими відходами целюлозно-паперових підприємств. Відпрацьовані люмінесцентні лампи у складі побутового сміття також можуть забруднювати ґрунт гідраргірумом.

Хром накопичується в місцях, де застосовують як добрива осад (мул) стічних вод каналізації міст, в яких є підприємства важкої промисловості, по виробництву шкіри та годинників. Накопичується хром у ґрунтах, які вапнують шлаками металургійних підприємств.

Цинком ґрунт забруднюють при використанні осаду стічних вод міст як органічного добрива та при спалюванні на полях відходів гуми, до складу якої входить цей елемент.

Уран, торій, радій акумулюється в ґрунтах де систематично вносять фосфорні мінеральні добрива. Поблизу теплових електростанцій та інших підприємств, де спалюють велику кількість вугілля, плюмбум надходить у ґрунт з атмосфери. Всі відомі види вугілля містять ці елементи.

Стабільний стронцій надходить у ґрунт з простим суперфосфатом і фосфогіпсом, які виробляють з апатитів.

Забруднення ґрунтів купрумом спостерігається на виноградниках, де цей елемент широко використовують для боротьби з хворобами винограду.

Знаючи природні концентрації важких металів у ґрунтах і їх фактичний вміст роблять висновок про стан чистоти або забруднення ґрунту. В разі необхідності вживають необхідні заходи спрямовані на збереження родючості та екологічної чистоти продукції рослинництва. За ступенем забруднення ґрунти діляться на такі групи (В. П. Цемко, 1980):

- слабко забруднені ґрунти містять 2-10 кларків елемента;

- середньо забруднені ґрунти містять 10-30 кларків елемента;

- сильно забрудненні – більш 30 кларків.

Забруднення важкими металами атмосфери, ґрунтів і водойм в культурних ландшафтах викликає занепокоєння з приводу таких негативних наслідків:

- зниження продуктивності рослин;

- порушення природного стану фітоценозу;

- деструкції асиміляційного потенціалу фітомаси;

- порушення нормальних процесів органогенезу;

- погіршення екологічної ситуації в місцях проживання людей.

Якщо у біомасі рослин вміст важких металів буде перевищувати граничну допустиму кількість, то рослина визначається як небезпечна для здоров’я людини і тварин.

Про надзвичайно важливе значення мінеральних речовин, що входять до складу рослин, свідчать випадки ендемічних захворювань, які виникають в умовах нестачі або надлишку в геохімічному колообізі речовин якого – небудь біологічно значимого елементу або групи елементів.

У природі виявлені природні провінції бідні на йод, фтор, кобальт, молібден та інші елементи. Виявлені також провінції з високим вмістом таких елементів, як стронцій, селен, арсен, кобальт, молібден та інші.

«Металевий прес» на біосферу може викликати техногенні геохімічні аномалії. Завдання екологів полягає в тому, щоб вивчити екологічну ситуацію і вміти протидіяти негативному розвитку процесу забруднення навколишнього середовища важкими металами. Для цього необхідно знати потенційну небезпеку різних металів, закономірності їх поведінки в системі ґрунт-рослина, характер і інтенсивність включення їх у харчові ланцюги.

Пестициди також є небезпечними забруднювачами ґрунтів. Із 170 пестицидів, які застовуються в Україні, 49 є особливо небезпечними через високу токсичність, надкумулятивність і стійкість. За даними Української академії аграрних наук, у 1978- 1990 р р. залишки пестицидів виявлено у 54% проаналізованих зразків ґрунту, з них 15% з перевищенням ГДК. Найбільш характерними залишками є гербіциди симтриазинової групи. Досить високими є рівні забруднення стійкими хлорорганічними сполуками. Найбільш забрудненими залишками пестицидів є ґрунти лісостепової зони України.

Постійна висока активність залишків пестицидів свідчить про те, що вони постійно надходять у ґрунт. Їх біологічна активність у ґрунті з часом зменшується. Це явище може бути зумовлено фізичним та фізико-хімічним вбиранням цілих молекул або їх йонів колоїдами ґрунту. Крім того в ґрунті відбувається ізоліція препарату від чутливих тканин рослин. Така ізоліція відбувається тоді, коли ліпідорозчинні пестициди накопичуються в жирах ґрунтових організмів, або коли затримуються у відмерлих рештках рослин. Одночасно в ґрунті відбувається деградація пестицидів з одночасною детоксикацією або мінералізацією. Водорозчинні пестициди мігрують у нижні горизонти у складі з гравітаційною водою.

Нафтопродукти. Забруднення ґрунтів вуглеводнями при фонтануванні нафтосвердловин, неправильній очистці бурових свердловин, резервуарів з мазутом та нафтопродуктами, а також при інфільтрації з пошкоджених нафтопроводів. Потрапляючи у ґрунт частина з них адсорбується ґрунтовою масою, а водорозчинні фракції вимиваються атмосферними опадами у нижні горизонти. Нафта спричиняє утворення брилистої структури, що негативно позначається на фізичних властивостях ґрунту. Погіршується його хімічний склад, збіднюється мікрофлора, знижується родючість. На ґрунтах, забруднених нафтопродуктами, запізнюється поява сходів зернових і бобових рослин, а картопля на них зовсім не росте.

Небезпечними забруднювачами ґрунтів є також продукти неповного згорання нафти. При цьому у ґрунт надходять поліциклічні, ароматичні вуглеводні, серед яких особливо небезпечний сильний канцероген бензпірен. У природі ґрунт є кінцевий резервуар акумуляції бензпірену. З ґрунтовим пилом, ґрунтовими водами, з продуктами харчування бензпірен потрапляє в організм людини і тварини. Ґрунтові мікроорганізми здатні розкладати бензпірен на нетоксичні компоненти.

У ґрунтах, забруднених вуглеводнями, посилюється розмноження мікроорганізмів – азотофіксуючих, денітрифікуючих і сульфатовідновлю-ючих бактерій, які використовують нафту як джерело вуглецю і енергії. При цьому нафта мінералізується, а частково окислюється.

Радіонукліди. Сполуки радіоактивних елементів здатні забруднювати повітря, ґрунти, продукти, водойми та інші природні об’єкти, внаслідок чого вони є дуже шкідливими для всіх живих організмів. Роль ґрунтів у радіоактивному забрудненні продуктів є суттєвою, особливо при надходженні ⁹⁰Sr і ¹³⁷Cs, для яких характерним є тривалий період напіврозпаду.

У ґрунті, особливо у верхньому його горизонті, концентруються радіоактивні цезій і стронцій, звідки вони потрапляють у рослини і організми тварин. У зв’язку з тим, що ⁹⁰Sr і ¹³⁷Cs мають тривалий період напіврозпаду, їх подальша поведінка в ґрунтах, засвоєння рослинними організмами є актуальною проблемою у галузі охорони здоров’я людини.

Дослідження, проведені радіобіологами, показали, що ⁹⁰Sr краще всього закріплюється органічною речовиною ґрунту з утворенням нерозчинних комплексів (хелатів). Обмінне вбирання цього елементу здійснюють в основному гумінові кислоти. У більшості випадків підвищення рН ґрунтового розчину сприяє посиленню адсорбції ⁹⁰Sr.

¹³⁷Cs активно вбирається глинистими мінералами, особливо слюдами. Аналогічно ⁹⁰Sr адсорбція ¹³⁷Cs підвищується в міру підвищення рН ґрунтового розчину.

Радіоактивний ¹³⁷Cs, як такий, у природі не існує. Він є похідним ізотопом радіоактивних викидів при аваріях атомних реакторів та після вибухів атомних бомб.

Радіоактивне забруднення належить до проблем, які мають важливе значення для майбутнього людства.

141