Загрязнение почвы

Загрязнение почвы происходит различными типами веществ и классами соединений. Значительное загрязнение вызывается тяжелыми металлами, особенно свинцом, а также цинком и кадмием. Особенно оно проявляется вблизи автострад и на улицах городов. Так, ширина придорожных аномалий свинца в почве достигает 100 м и более. Тяжелые металлы, поступающие на поверхность почвы, накапливаются в почвенной толще, особенно в верхних гумусовых горизонтах, и медленно удаляются при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии. Первый период удаления половины от начальной концентрации тяжелых металлов (полуудаления) значительно варьирует у различных элементов и занимает весьма продолжительный период времени: для цинка – от 70 до 510 лет; кадмия от – 13 до 110 лет, меди – от 310 до 1500 лет, свинца – от 770 до 5900 лет (Большаков, 2005).

Тяжелые металлы способны образовывать сложные комплексные соединения с органическими веществами почвы, поэтому в почвах с высоким содержанием гумуса они менее доступны для поглощения. Избыток влаги в почве способствует переходу тяжелых металлов в низшие степени окисления и в растворимые формы.

Растения могут получать из почвы микроэлементы, в том числе тяжелые металлы, аккумулируя их в тканях или на поверхности листьев, являясь таким образом промежуточным звеном в цепи «почва – растение – животное – человек». Различные растения сосредоточивают в себе разное число микроэлементов: в большинстве случаев – избирательно. Так, медь усваивают растения из семейства гвоздичных, кобальт – пасленовые, например, перец. Высокий коэффициент биологического поглощения цинка характерен для березы карликовой и лишайников, никеля и меди – для вероники и лишайников (Большаков, 2005).

Тяжелые металлы являются протоплазматическими ядами, токсичность которых возрастает по мере увеличения атомной массы. Их токсичность проявляется по-разному. Многие металлы при токсичных уровнях концентраций ингибируют деятельность ферментов (медь, ртуть). Некоторые из них образуют комплексные биологически активные органические соединения, которые действуют в живых организмах и почве (хелатоподобные комплексы). При этом они взаимодействуют с обычными метаболитами, нарушая нормальный обмен веществ. Такие металлы, как кадмий, медь, железо (II), взаимодействуют с клеточными мембранами, изменяя их проницаемость.

Почвенные животные, особенно сапрофитные виды, благодаря тесной связи с почвенными условиями и ограниченной территорией обитания могут быть хорошими индикаторами химического загрязнения биосферы. Среди животных такими индикаторами могут быть почвенные беспозвоночные (личинки насекомых, обитающих в почве), европейский крот, рыжая полевка и другие. Располагая сведениями о содержании тяжелых металлов в организме животных, можно прогнозировать их влияние на организм человека.

Особенно большое загрязнение почвы создают пестициды – химические средства, используемые для борьбы с вредителями и болезнями растений, сорняками, вредителями зерна и зернопродуктов, древесины, изделий из хлопка, шерсти, кожи, с эктопаразитами домашних животных, а также с переносчиками опасных заболеваний человека и животных.

Ежегодные потери урожая из-за сорняков и вредителей в мире составляют не менее 30 %, а убытки достигают 70 млрд долларов в год. В настоящее время используется около 700 химических веществ, на основе которых создается несколько тысяч препаратов пестицидов. В России их применение постоянно растет. Однако рост применения пестицидов не дает полной гарантии увеличения урожайности. Пестициды распространяются на большие пространства, весьма удаленные от места их применения. Многие из них могут сохраняться в почвах достаточно долго (до 10 лет).

Хлорорганические инсектициды (гексахлоран, ДДТ) обычно слабо растворимы в воде, очень устойчивы ко всем видам разложения и могут сохраняться в почве десятилетиями, аккумулируясь при систематическом применении. Остатки ДДТ обнаружены даже в организме пингвинов. Фосфорорганические инсектициды (карбофос, фосфамид и др.) в почве и других природных средах распадаются быстрее.

Пестициды поражают различные компоненты природных экосистем: уменьшают биологическую продуктивность фитоценозов, видовое разнообразие животного мира, снижают численность полезных насекомых и птиц, а в конечном итоге представляют опасность и для самого человека. В почве они вызывают депрессию процесса естественной нитрификации. Уничтожение пестицидами (в форме гербицидов) травяного покрова многократно увеличивает эрозию почвы. Пестициды существенно подавляют деятельность насекомых – опылителей растений, других организмов, не являющихся вредителями. До 80 % пестицидов адсорбируется почвенным гумусом и практически не подвергается биологическому разложению. В результате происходит их постоянная миграция в грунтовые воды и испарение с поверхности почв при их увлажнении и нагреве. Многие виды пестицидов, накапливаясь в почвах, растениях и животных, вызывают заметные изменения в естественных биохимических процессах. Отрицательное воздействие пестицидов на человека – несомненно, хотя и недостаточно изучено. Почва является основным приемником и аккумулятором пестицидов, которые накапливаются в ней в результате адсорбции их молекул почвенными коллоидами.

В последние годы усилия ученых направлены на изучение механизмов биологического концентрирования пестицидов. Показано, что в тканях и органах рыб, обитающих в воде без планктона, может накапливаться больше пестицидов, чем при наличии планктона, за счет сорбции вещества жабрами. Птицы, питающиеся протравленным зерном, могут накапливать в своем теле такое же количество пестицидов, что и насекомоядные птицы, питающиеся содержащими пестициды членистоногими, червями и другими организмами-концентраторами.

Сельскохозяйственные минеральные удобрения увеличивают урожайность сельскохозяйственных культур. Их внесение в почву постоянно увеличивается. Но при этом не все удобрения достигают растений – многое теряется, в частности при вымывании из почвы. Так, пятикратное увеличение количества применяемых азотных удобрений позволило повысить урожайность зерновых культур только на 20 %, а содержание нитратов в почве и в растениях резко возросло. Сельскохозяйственная продукция, содержащая повышенное количество нитратов, имеет пониженную питательную ценность, теряет устойчивость к длительному хранению. Кроме того, аммиачная форма азотных удобрений увеличивает минерализацию гумуса, что приводит к потере им продуктивных свойств.

Попадание нитратов в организм человека приводит к разрушению гемоглобина крови и, как следствие, к явлениям сердечной недостаточности. В кислой среде организма в результате образования нитрозоаминов возникают канцерогены.

Избыток в почве фосфорных удобрений обогащает фтором и мышьяком растения, что весьма вредно для питающихся ими животных. Значительная доля фосфорных удобрений не усваивается растениями, не вовлекается в биохимический круговорот, а около 5 % выносится в водные объекты (Большаков, 2005).

Калийные удобрения (KNO3, K2SO4, KCl) в силу высокой растворимости в воде в значительной степени вымываются в близлежащие водоемы.

Наряду с минеральными удобрениями в сельском хозяйстве широко используют органические удобрения (навоз, торф, компост). При большом количестве в почвах таких удобрений, содержащих много патогенных микроорганизмов, и при обогащении водной среды ими создаются условия для возникновения очагов болезнетворных организмов. Применение в качестве удобрений ила очистных сооружений и компоста после переработки отходов может создавать дополнительные проблемы. В таких удобрениях содержатся высокие концентрации тяжелых металлов и органических загрязнителей. Поэтому их использование возможно главным образом для цветоводства и выращивания декоративных растений.

ФИЗИЧЕСКОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ

Физическое загрязнение связано с изменением физических, энергетических, волновых и радиационных параметров внешней среды. Так, тепловое загрязнение проявляется в ухудшении режима земной поверхности и водоемов. К этому виду загрязнений относится воздействие шума и электромагнитного излучения, причем источниками последнего служат высоковольтные линии электропередач, электроподстанции, антенны радио- и телепередающих станций, а в последнее время также микроволновые печи, компьютеры и радиотелефоны. Особую опасность представляет радиоактивное загрязнение, главными источниками которого являются последствия испытаний ядерного оружия, аварии на ядерных объектах, а также радиоактивные отходы. Вносит свой вклад в уровень радиоактивного загрязнения и естественная радиоактивность, особенно радоновая.