Загрязнение почв. 
Изучение влияния хозяйственной деятельности на состояние почвенного покрова Костанайской области

Загрязнения почв трудно классифицируются, в разных источниках их деление дается по-разному. Если обобщить и выделить главное, то можно выделить следующие причины загрязнения почв:

• · мусором, выбросами, отвалом, отстойными породами;
• · тяжелыми металлами;
• · пестицидами;
• · микротоксинами;
• · радиоактивными веществами.

Наиболее опасным загрязнителем земель являются тяжелые металлы (Pb, Hd, CdAs). Их поступление в почву происходит через атмосферу вместе с атмосферными осадками, из почвообразующих пород, в результате техногенного переноса. Основное поступление тяжелых металлов происходит с выбросами автотранспорта и промышленности, а также с удобрениями и ядохимикатами. В последнее десятилетие ведущее место в этом принадлежит автотранспорту, так как промышленное производство в нашей стране находится в кризисном состоянии, а применение удобрений и ядохимикатов в сельском хозяйстве значительно снизилось.

· Значительное негативное воздействие на почвы оказывает их загрязнение органическими и металлоорганическими соединениями связанное, с техногенными выбросами, а также с широким применением пестицидов. Многие из них длительно сохраняются в почвах (от нескольких месяцев до десятков лет), оставаясь токсичными и даже образуя более токсичные метаболиты.

Развитие химизации во всех отраслях народного хозяйства усилило загрязнение почвы. Особенно большие масштабы оно стало принимать в связи с применением в сельском хозяйстве гербицидов, дефолиантов, инсектицидов. Эффективно очищая поля от сорняков, защищая растения от болезней и вредителей, они вместе с тем загрязняют почву, что отрицательно сказывается на жизнедеятельности почвенной фауны и микрофлоры. Некоторые пестициды сохраняются в почве несколько лет, попадают в водоемы, пищевые продукты.

В зонах расположения промышленных предприятий почвы загрязняются отходами производства, нефтепродуктами, пылью, содержащей соединения мышьяка, ртути, фтора, свинца, угнетающими рост и развитие растений. Наиболее загрязняющие вещества, поступающие из атмосферы — окислы серы и азота. Они попадают в почву вместе с осадками, повышают ее кислотность и заметно снижают плодородие.

Главными загрязнителями почв в Костанайской области являются предприятия в промышленных зонах ССГПО, где накоплено 0,6 миллиарда тонн хвостов обогащения и пустой породы.

Также зоны значительного загрязнения имеются вдоль автодорог, вблизи промышленных предприятий и аэродромов. Загрязнение и подкисление почв также связано с транспортировкой тяжелых металлов, оксидов серы и азота.

Почва как зеркало ландшафта, в ней отражается состояние всего природного комплекса.

Одним из видов антропогенного воздействия является загрязнение пестицидами. Открытие пестицидов химических средств защиты растений и животных от различных вредителей и болезней одно из важнейших достижений современной науки. Сегодня в мире на 11 га. наносится 300 кг. химических средств. Однако в результате длительного применения пестицидов в сельском хозяйстве почти повсеместно отличается снижение их эффективности вследствие развития резистентных рас вредителей и распространению «новых» вредных организмов, естественные враги и конкуренты которых были уничтожены пестицидами. В то же время действие пестицидов стало проявляться в глобальных масштабах. Из громадного количества насекомых вредными являются лишь 10,3% или 5 тыс видов. У 250-ти видов обнаружена резистентность к пестицидам. Это усугубляется явлением перекрёстной резистенции, заключающейся в том, что повышенная устойчивость к действию одного препарата сопровождается устойчивостью к соединениям других классов. С общебиологических позиций резистентность можно рассматривать как смену популяций в результате перехода от чувствительного штамма к устойчивому штамму того же вида вследствие отбора, вызванного пестицидами. Это явление связано с генетическими, физиологическими и биохимическими перестройками организмов. Неумеренное применение пестицидов (гербицидов, инсектицидов, 23 дефолиантов) негативно влияет на качество почвы. В связи с этим усиленно изучается судьба пестицидов в почвах и возможности и возможности их обезвреживать химическими и биологическими способами. Очень важно создавать и применять только препараты с небольшой продолжительностью жизни, измеряемой неделями или месяцами. В этом деле уже достигнуты определенные успехи и внедряются препараты с большой скоростью деструкции, однако проблема в целом ещё не решена.

Успехи земледелия, достигнутые в результате внедрения достижений химии, хорошо известны. Высокие урожаи получаются благодаря использованию минеральных удобрений, сохранение выращиваемой продукции достигается с помощью пестицидов — ядохимикатов, созданных для борьбы с сорняками и вредителями. Однако все эти химические средства нужно применять очень осторожно и строго соблюдать разработанные учеными количественные нормы вносимых химических элементов [5].

Когда дикие растения отмирают, они возвращают в почву поглощенные ими химические элементы, поддерживая этим биологический круговорот веществ. Но с культурной растительностью этого не происходит. Масса культурной растительности лишь частично возвращается в почву (примерно на одну треть). Человек искусственно нарушает сбалансированный биологический круговорот, вывозя урожай, а вместе с ним и поглощенные из почвы химические элементы. В первую очередь это относится к «триаде плодородия»: азоту, фосфору и калию. Но человечество нашло выход из этого положения: для восполнения потерь элементов питания растений и повышения урожайности эти элементы вносятся в почву в форме минеральных удобрений.

Если количество вносимого в почву азота превышает потребности растений, то избыточные количества нитратов частично поступают в растения, а частично выносятся почвенными водами, что вызывает увеличение нитратов в поверхностных водах, а также ряд других отрицательных последствий. При избытке азота происходит увеличение нитратов и в продукции сельского хозяйства. Поступая в организм человека, нитраты могут частично трансформироваться в нитриты, которые вызывают тяжелое заболевание (метгемоглобинемия), связанное с затруднением транспортировки кислорода по кровеносной системе.

Применение азотных удобрений должно осуществляться со строгим учетом необходимости азота для выращиваемой культуры, динамики его потребления данной культурой и состава почвы. Нужна продуманная система охраны почв от избыточного количества соединений азота. Это особенно актуально в связи с тем, что современные города и крупные животноводческие предприятия являются источниками загрязнения азотом почв и вод.

Разрабатываются приемы использования биологических источников этого элемента. Таковыми служат азотофиксирующие сообщества высших растений и микроорганизмов. Посевы бобовых культур (люцерны, клевера и др.) сопровождаются связыванием азота до 300 кг/га [6].

С урожаем выводится около двух третей фосфора, захваченного сельскохозяйственными культурами из почвы. Эти потери также восстанавливают путем внесения в почву минеральных удобрений.

При внесении высоких доз калийных удобрений неблагоприятное действие не обнаружено, но в силу того, что значительная часть удобрений представлена хлоридами, часто сказывается воздействие ионов хлора, отрицательно влияющего на состояние почвы.

Организация охраны почв при широком использовании минеральных удобрений должна быть направлена на сбалансированность вносимых масс удобрений с урожаем, с учетом конкретных ландшафтных условий и состава почвы. Внесение удобрений должно быть максимально приближено к тем стадиям развития растений, когда они нуждаются в массированном поступлении соответствующих химических элементов. Основная задача охранных мероприятий должна быть направлена на предотвращение выноса удобрений с поверхностным и подземным водным стоком и на недопущение поступления избыточных количеств вносимых элементов в продукцию сельского хозяйства.

По данным ФАО, ежегодные потери во всем мире от сорняков и вредителей составляют 34% от потенциально возможной продукции и оцениваются в 75 млрд долл. Применение ядохимикатов сохраняет значительную часть урожая, поэтому их применение быстро внедряется в сельское хозяйство, однако это влечет за собой многочисленные отрицательные последствия. Уничтожая вредителей, они разрушают сложные экологические системы и способствуют гибели многих животных. Некоторые ядохимикаты постепенно накапливаются по трофическим цепям и, поступая с продуктами питания в организм человека, могут вызывать опасные заболевания. Некоторые биоциды воздействуют на генетический аппарат сильнее, чем радиация.

Пестициды, попадая в почву, растворяются в почвенной влаге и переносятся с ней вниз по профилю. Длительность нахождения пестицидов в почве зависит от их состава. Стойкие соединения сохраняются до 10 лет и более.

Мигрируя с природными водами и переносясь ветром, стойкие пестициды распространяются на большие расстояния. Известно, что ничтожные следы пестицидов были обнаружены в атмосферных осадках на просторах океанов, на поверхности ледниковых щитов Гренландии и Антарктиды. В 1972 на территории Швеции с атмосферными осадками выпало ДДТ больше, чем производилось этой стране [6].

Чрезвычайно опасны и некоторые органические компоненты техногенных выбросов (3,4-бензперен и др.), относящиеся к канцерогенным соединениям.

Необходимо иметь в виду, что почва, загрязненная токсикантами и их метаболитами, становится источником загрязнения растительных и животных продуктов, атмосферы и природных вод.

Загрязнение почв радиоактивными веществами обусловлено главным образом испытанием в атмосфере атомного и ядерного оружия, которое не прекращено отдельными государствами и на сегодня. Выпадая с радиоактивными осадками, 90Sr, 137 Cs и другие нуклиды, поступая в растения, а затем в продукты питания и организм человека, вызывают радиоактивное заражение, обусловленное внутренним облучением.

Охрана почв от загрязнения пестицидами предусматривает создание возможно менее токсичных и менее стойких соединений. Разрабатываются приемы уменьшения доз без снижения их эффективности. Очень важно сокращение авиационного распыления за счет наземного, а также применение строго выборочной обработки.

Несмотря на принимаемые меры, при обработке полей пестицидами лишь незначительная их часть достигает объекта воздействия. Большая часть накапливается в почвенном покрове и природных водах. Важная задача — ускорить разложение ядохимикатов, распад их на нетоксичные компоненты. Установлено, что многие пестициды разлагаются под воздействием ультрафиолетового облучения, некоторые ядовитые соединения разрушаются в результате гидролиза, однако наиболее активно пестициды разлагаются микроорганизмами.

Сейчас во многих странах осуществляется контроль за загрязнением окружающей среды пестицидами. Для пестицидов установлены нормы предельно допустимых концентраций в почве, которые составляют сотые и десятые доли мг/кг почвы.

Почвы загрязняются и минеральными удобрениями, если их используют в неумеренных количествах, теряют при производстве, транспортировке и хранении. Из азотных, суперфосфатных и других типов удобрений в почву в больших количествах мигрируют нитраты, сульфаты, хлориды и другие соединения. Б. Коммонер (1970) установил, что при самых благоприятных условиях из всего количества применяемых азотных удобрений, поглощается растениями 80%, а в среднем лишь 50%. Это приводит к нарушению биогеохимического круговорота азота, фосфора и некоторых других элементов. Экологические последствия такого нарушения в наибольшей степени проявляются в водной среде, в частности при формировании эвтрофии, которая возникает при смыве с почв избыточного количества азота, фосфора и других элементов[6].

В последнее время выявлен еще один неблагоприятный аспект неумеренного потребления минеральных удобрений, и в первую очередь нитратов. Оказалось, что большое количество нитратов снижает содержание кислорода в почве, а это способствует повышенному выделению в атмосферу двух «парниковых» газов — закиси азота и метана. Нитраты опасны и для человека. Так, при поступлении нитратов в человеческий организм в концентрации свыше 50 мг/л отмечается их прямое общетоксическое воздействие, в частности возникновение метгемоглобинемии вследствие биологических превращений нитратов в нитриты и другие токсичные соединения азота. Неумеренное потребление минеральных удобрений вызывает в ряде районов и нежелательное подкисление почв.

К интенсивному загрязнению почв приводят отходы и отбросы производства. В нашей стране ежегодно образуется свыше миллиарда тонн промышленных отходов, из них более 50 млн т особо токсичных. Огромные площади земель заняты свалками, золоотвалами, хвостохранилищами и др., которые интенсивно загрязняют почвы, а их способность к самоочищению, как известно, ограничена [6].

Огромный вред для нормального функционирования почв представляют газо-дымовые выбросы промышленных предприятий. Почва обладает способностью накапливать весьма опасные для здоровья человека загрязняющие вещества, например тяжелые металлы. Вблизи ртутного комбината содержание ртути в почве из-за газо-дымовых выбросов может повышаться до концентрации, в сотни раз превышающих допустимые.

Значительное количество свинца содержат почвы, находящиеся в непосредственной близости от автомобильных дорог. Результаты анализа образцов почвы, отобранных на расстоянии нескольких метров от дороги, показывают 30-кратное превышение концентрации свинца по сравнению с его содержанием (20 мкг/г) в почве незагрязненных районов.

Значительную угрозу для здоровья людей представляет загрязнение почв различными патогенами, которые могут проникать в организм человека следующим образом: во-первых, через цепь: «человек — почва — человек». Патогенные организмы выделяются зараженным человеком и через почву передаются другому, либо через выращенные на зараженной почве овощи и фрукты. Так человек может заболеть холерой, бациллярной дизентерией, брюшным тифом, паратифом и др. Аналогичным путем в организм человека могут попадать и черви-паразиты; во-вторых, через цепь: «животные — почва — человек». Существуют ряд заболеваний животных, которые передаются человеку (лептосориаз, сибирская язва, туляремия, лихорадка Ку и др.) путем прямого контакта с почвой, загрязненной выделениями инфицированных животных; в-третьих, через цепь: «почва — человек», когда патогенные организмы попадают из нее в организм человека при прямом контакте (столбняк, ботулизм, микозы и др.) [7].

Наиболее опасным загрязнителем земель являются тяжелые металлы (Pb, Hd, CdAs). Их поступление в почву происходит через атмосферу вместе с атмосферными осадками, из почвообразующих пород, в результате техногенного переноса. Основное поступление тяжелых металлов происходит с выбросами автотранспорта и промышленности, а также с удобрениями и ядохимикатами. В последнее десятилетие ведущее место в этом принадлежит автотранспорту, так как промышленное производство в нашей стране находится в кризисном состоянии, а применение удобрений и ядохимикатов в сельском хозяйстве значительно снизилось.

Значительное негативное воздействие на почвы оказывает их загрязнение органическими и металлоорганическими соединениями связанное, с техногенными выбросами, а также с широким применением пестицидов. Многие из них длительно сохраняются в почвах (от нескольких месяцев до десятков лет), оставаясь токсичными и даже образуя более токсичные метаболиты.

Чрезвычайно опасны и некоторые органические компоненты техногенных выбросов (3,4-бензперен и др.), относящиеся к канцерогенным соединениям.

Необходимо иметь в виду, что почва, загрязненная токсикантами и их метаболитами, становится источником загрязнения растительных и животных продуктов, атмосферы и природных вод.

Загрязнение почв радиоактивными веществами обусловлено главным образом испытанием в атмосфере атомного и ядерного оружия, которое не прекращено отдельными государствами и на сегодня. Выпадая с радиоактивными осадками, 90Sr, 137 Cs и другие нуклиды, поступая в растения, а затем в продукты питания и организм человека, вызывают радиоактивное заражение, обусловленное внутренним облучением.

Локальное радиоактивное загрязнение почв может возникнуть при аварийных ситуациях на атомных станциях. Путем подбора культур, применения минеральных удобрений, запахивания верхнего слоя почвы на глубину 40−50 см и других агротехнических приемов возможно устранение неблагоприятных последствий поступления в почву радиоактивных продуктов.

Основными мероприятиями по ликвидации загрязнения почв являются разработка быстроразлагающихся препаратов, способов их обезвреживания, внедрение безотходных технологий производства. Иногда практикуют удаление загрязненного горизонта почвы, вносят в нее различные химические вещества, нейтрализующие вредное влияние почвенных загрязнителей.

В местах разработок полезных ископаемых и проведения строительных работ происходит полное уничтожение почвенного покрова. Для сбережения земельных ресурсов предприятия агропромышленного комплекса следует располагать на малопригодных или совсем не пригодных для сельскохозяйственного производства землях.

Особенно отрицательно влияет на природу горнодобывающая промышленность, в результате деятельности которой создаются отвалы, карьеры, терриконы, провальные воронки, загрязняются вода, почва и воздух. В настоящее время прилагаются немалые усилия для восстановления нарушенных промышленностью земель. Различают несколько видов рекультивации земель в зависимости от последующего использования.

• · Сельскохозяйственная — когда земля в дальнейшем используется под пашню, луга, пастбища, многолетние насаждения.
• · Почвозащитные лесопосадки.
• · Рекреационная — парки, бассейны, пляжи и т. д.
• · Архитектурно-планировочные — лесонасаждения, посевы луговых трав, обводнение пониженных участков вокруг жилых построек.

Во всех случаях рекультивация осуществляется в 2 этапа: технический — процесс конструирования земельной площади и биологический — освоение земли. На первом этапе необходимо засыпать карьеры, рвы, спланировать землю, при фитотоксичности пород произвести химическую мелиорацию, насыпать сверху плодородной почвы. Поэтому при ведении горных работ и различных видах строительства необходимо прежде всего снять, сохранить и рационально использовать плодородный слой почвы.

На втором, биологическом, этапе производят озеленение, то есть восстанавливают лесные и сельскохозяйственные угодья.

К числу крупнейших экологических проблем, связанных с загрязнением почвы и требующих незамедлительных государственных решений и соответствующих инвестиций, является проблема управления отходами, и в первую очередь промышленными, которые в большинстве характеризуются как токсичные и высокотоксичные. К настоящему времени на территории Костанайской области накоплено 10,7 млрд. тонн промышленных отходов, из которых утилизировано 817 тыс. тонн, что составляет о, 25% (таблица1).

Таблица 1. Объемы образованных, использованных, переработанных и размещенных отходов по отраслям промышленности Костанайской области.

Таким образом, промышленные отходы занимают значительные территории области и оказывают негативное влияние практически на все компоненты природной среды.

Проблема промышленных отходов — их утилизация, использование, обезвреживание, захоронение, трансграничная транспортировка является одной из самых волнующих проблем современности. Промышленные отходы, включая токсичные, до настоящего времени складируются и хранятся в различных накопителях, зачастую без соблюдения соответствующих экологических норм и требований. В результате этого почва Костанайской области подвержена загрязнению. Постоянно возрастающий объем складируемых отходов формируют новые техногенные ландшафты. С ростом высоты отвалов и терриконов на территории промышленных зон г. Рудный, г. Лисвковск и г. Жетикара они становятся все более интенсивными источниками пылеобразования. Основная доля промышленных отходов области представлена вскрышными породами горнодобывающей промышленности, хвостами обогащения, золошлаковыми отходами.

Загрязнение почвы отходами, содержащими тяжелые металлы, вместе с сернистыми загрязнителями приводит к изменению состава микроэлементов и возникновению техногенных пустынь. Изменение содержания микроэлементов в почве немедленно сказывается на здоровье травоядных животных и человека, приводит к нарушению обмена веществ, вызывая различные эндемические заболевания местного характера. Например, недостаток йода в почве ведет к болезни щитовидной железы, недостаток кальция в питьевой воде и продуктах питания — к поражению суставов, их деформации, задержке роста.

В почвах подзолистого типа с высоким содержание железа при его взаимодействии с серой образуется сернистое железо, которое является ядом. В результате в почве уничтожается микрофлора, что приводит к потере плодородия.

Вывоз промышленных и бытовых отходов на свалки ведет не только к загрязнению, но и нерациональному использованию земельных угодий, создает реальные угрозы значительных загрязнений атмосферы, поверхностных и грунтовых вод, росту транспортных расходов и безвозвратной потере ценных материалов и веществ.

Кроме того, такие виды деятельности человека как промышленное и гражданское строительство, открытая разработка полезных ископаемых, прокладка дорог, трубопроводов и электромагистралей, создание водохранилищ приводит к безвозвратному изъятию земель из природного комплекса. Это наряду с ухудшением плодородия земель в результате процессов опустынивания, заболачивания, засоления, уплотнения и др. способствует сокращению растительности, загрязнению и ухудшению атмосферного воздуха и др.

Различные почвенные загрязнения, большинство из которых антропогенного характера, можно разделить по источнику поступления этих загрязнений в почву:

• 1. С атмосферными осадками. Многие химические соединения, попадающие в атмосферу в результате работы предприятий, затем растворяются в капельках атмосферной влаги и с осадками выпадают в почву. Это, в основном, газы — оксиды серы, азота и др. Большинство из них не просто растворяются, а образуют химические соединения с водой, имеющие кислотный характер. Таким образом, и образуются кислотные дожди.
• 2. Осаждающие в виде пыли и аэрозолей. Твердые и жидкие соединения при сухой погоде обычно оседают непосредственно в виде пыли и аэрозолей. Такие загрязнения можно наблюдать визуально, например, вокруг котельных зимой чернее снег, покрываясь частицами сажи. Автомобили, особенно в городах и около дорог, вносят значительную лепту в пополнение почвенных загрязнений.
• 3. При непосредственном поглощении почвой газообразных соединений. В сухую погоду газы могут непосредственно поглощаться почвой, особенно влажной.
• 4. С растительным опадом. Различные вредные соединения, в любом агрегатном состоянии, поглощаются листьями через устьица или оседают на поверхности. Затем, когда листья опадают, все эти соединения поступают опять-таки в почву.

В группу загрязнителей почвы водят мусор, выбросы, отвалы, отстойные породы. Это различные вещества смешанного характера, включающие как твердые, так и жидкие вещества, не слишком вредные для организма человека, но засоряющие поверхность почвы, затрудняющие рост растений на этой площади.

Основная масса твердых бытовых отходов (ТБО) без разделения на компоненты вывозится и складируется на открытых свалках, многие из которых не соответствуют требованиям природоохранного и санитарного законодательства Республики Казахстан. Их размещение и обустройство осуществлены без проектов и оценки воздействия на окружающую среду. Значительное количество ТБО генерируется на крупных урбанизированных территориях, загрязняя окружающую среду при сборе, транспортировке и утилизации. В Костанайской области менее 10% бытовых отходов от общего объема уничтожается, 6 млн. тонн не утилизированных коммунальных отходов скопилось на территории области. Большую проблему загрязнения территории области представляют не организованные свалки в сельской местности.

Интересно узнать: период разложения бумаги — 4−6 лет, одежды — 8−10 лет, пластиковой бутылки — 100 лет, а стекла — более 300 лет.

Загрязнение почвы тяжелыми металлами представляет значительную опасность для человека и других живых организмов, так как тяжелые металлы нередко обладают высокой токсичностью и способностью к кумуляции в организме. Наиболее распространенное автомобильное топливо бензин — содержит очень ядовитое соединение — тетраэтилсвинец, содержащее тяжелый металл свинца, который попадает в почву. Из других тяжелых металлов, соединения которых загрязняет почву можно назвать кадмий, медь, хром, никель, кобальт, ртуть, мышьяк, марганец.

В настоящее время широко используются в качестве борьбы с вредителями культурных растений пестициды и поэтому они находятся в почве в значительных количествах. Пестициды губительно действуют на почвенную микрофлору: бактерии, актиномицеты, грибы, водоросли.