Реферат: Экологические проблемы в связи с загрязнением почв

Для питания растениям, а также микроорганизмам почвы необходим кислород: в результате клеточного дыхания растения выделяют углекислый газ. Почва должна обеспечить диффузию кислорода из воздуха и углекислого газа от корней в воздух, т. е. хорошо аэрироваться. Аэрацию почвы затрудняет уплотнение почвы и чрезмерное насыщение ее водой.

Почва не должна содержать много соли (т. е. быть засоленной), поскольку в этом случае происходит обезвоживание клеток ("обратный" осмос) и растения погибают.

Кислотность почвы должна быть близка к нейтральной (рН - 6—8).

Ионообменная емкость почвы, ее инфильтрация, аэрация, водоудерживающая способность, а также обрабаты­ваемость почвы зависят от ее гранулометрического состава .

Наилучшим гранулометрическим составом почвы считается суглинистый или пылевидный состав, обеспечивающий средние свойства почвы. Независимо от механического состава почвы гумус и создаваемая им почвенная структура обеспечивают необходимые условия для жизни растений. Со временем гумус разрушается (до 50% в год), утрачивается почвенная структура — происходит минерализация почвы. Поэтому необходим постоянный приток детрита в почву.

Таблица 1

Гранулометрический состав различных типов почв и их свойства

Тип почвы	Диаметр частиц, мм	Инфиль­трация воды	Водоудер-живающая способность	Ионооб­менная емкость	Аэрация	Обраба­тывае­мость
Песок	2—0,05	Хорошая	Низкая	Низкая	Хорошая	Хорошая
Пыль	0,05— 0,002	Средняя	Средняя	Средняя	Средняя	Средняя
Глины	0,002	Слабая	Высокая	Высокая	Плохая	Плохая
Суглинок (40% пес­ка, 40% пыли и 20% гли­ны)		Средняя	Средняя	Средняя	Средняя	Средняя

 В природных экосистемах имеется взаимосвязь:

почва обеспечивает растения биогенами, растения обеспечивают почву детритом, почвенную экосистему — пищей, защищают почву от эрозии, сокращают потерю воды от испарения и не препятствуют инфильтрации. Взаимосвязь между почвой и растительностью — динамическое равно­весие, а не стационарное состояние (меньше гумуса —> меньше растений —> меньше детрита —> меньше гумуса и т. д.).

5. Загрязнение почвы химическими веществами И ЕГО ПОСЛЕДСТВИЯ

Техногенная интенсификация производства способствует загрязнению и дегумификации, вторичному засолению, эрозии почвы.

К веществам, всегда имеющимся в почве, но концентрация которых может возрастать в результате деятельности человека, относятся металлы, пестициды. Из металлов в почве часто обнаруживают избыточные концентрации свинца, ртути, кадмия, меди и др.

Повышенное содержание свинца может быть вызвано атмосферной эмиссией (поглощение из атмосферы) за счет выхлопных газов автомобилей, в результате внесения ком­постных удобрений и почва становится мёртвой при содержании в ней 2-3 г свинца на 1 кг грунта (вокруг некоторых предприятий содержание свинца в почве достигает 10-15 г/кг).

Мышьяк содержится во многих естественных почвах в концентрации  10 млн.-1, однако его концентрация может увеличиться в 50 раз за счет применения для протравы семян арсената свинца. Ртуть в обычных почвах содержится в количестве от 90 до 250 г/га; за счет протравливания она может ежегодно добавляться в количестве около 5 г/га; примерно такое же количество попадает в почву с дождем. Дополнительные загрязнения возможны при внесении в почву удобрений, компостов и с дождевой водой.

Для уничтожения вредителей изобретены тысячи химикатов. Их называют пестицидами, а в зависимости от группы организмов, на которые они действуют, их делят на инсектициды (убивают насекомых), родентициды (уничтожают грызунов), фунгициды (уничтожают грибы). Однако ни один из этих химикатов не обладает абсолютной избирательностью в отношении организмов, против которых он разработан, и представляет угрозу также для других , организмов, в том числе и для людей. . Ежегодное применение пестицидов в сельском хозяйстве в РФ в период с 1980 по 1991 гг. находилось на одном уровне и составляло примерно 150 тыс. т, а в 1992 г. снизилось до 100 тыс. т.   Экологически значительно целесообразнее для борьбы с сельскохозяйственными вредителями использовать природные или биологические методы. Существуют четыре основных категорий биологических методов борьбы с вредителями:

а) с помощью естественных врагов;

 б) генетические методы;

 в) использование стерильных самцов;

 г) с помощью природных химических соединений

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

К регионам со значительным загрязнением почвы следует отнести Московскую и Курганскую области, к регионам со сред­ним загрязнением — Центрально-Чернозёмный район, Примор­ский край, Северный Кавказ.

Почвы вокруг больших городов и крупных предприятий цветной и чёрной металлургии, химической и нефтехимической промышленности, машиностроения, ТЭС на расстоянии в не­сколько десятков километров загрязнены тяжёлыми металлами, нефтепродуктами, соединениями свинца, серы и другими ток­сичными веществами. Среднее содержание свинца в почвах пя­тикилометровой зоны вокруг ряда обследованных городов РФ на­ходится в пределах 0,4-80 ПДК. Среднее содержание марганца вокруг предприятий чёрной металлургии колеблется в пределах 0,05-6 ПДК.

За 1983-1991 гг. плотность атмосферных выпаданий фторидов вокруг Братского алюминиевого завода увеличилась в 1,5 раза, а вокруг Иркутского — в 4 раза. Вблизи Мончегорска поч­вы загрязнены никелем и кобальтом более чем в 10 раз выше нормы.

Загрязнение почв нефтью в местах её добычи, переработки, транспортировки и распределения превышает фоновое в десятки раз. В радиусе 10 км от Владимира в западном и восточном направлениях — содержание нефти в почве превышало фоновое значение в 33 раза.

Фтором загрязнены почвы вокруг Братска, Новокузнецка, Красноярска, где максимальное его содержание превышает ре­гиональный средний уровень в 4-10 раз.

Таким образом, интенсивное развитие промышленного производства приводит к росту промышленных отходов, которые в совокупности с бытовыми отходами существенно влияют на хи­мический состав почвы, вызывая ухудшение её качества. Силь­ное загрязнение почвы тяжёлыми металлами вместе с зонами сернистых загрязнений, образующихся при сжигании каменного угля, приводят 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.

Загрязнение почвы пестицидами, ионами тяжелых ме­таллов приводит к загрязнению сельскохозяйственных куль­тур и соответственно пищевых продуктов на их основе.

Так, если зерновые культуры выращивают с высоким естественным содержанием селена, то сера в аминокисло­тах (цистеин, метионин) замещается селеном. Образовав­шиеся "селеновые" аминокислоты могут привести к отрав­лению животных и человека. Недостаток молибдена в почве приводит к накоплению в растениях нитратов; в присутствии природных вторичных аминов начинается последова­тельность реакций, которые могут инициировать у тепло­кровных животных развитие раковых заболеваний.

В почве всегда присутствуют канцерогенные (химические, физические, биологические) вещества, вызывающие опухолевые заболевания у живых организмов, в т. ч. и раковые. Основны­ми источниками регионального загрязнения почвы канцероген­ными веществами являются выхлопы автотранспорта, выбросы промышленных предприятий, продукты нефтепереработки.

Антропогенное вмешательство может влиять на повы­шение концентрации природных веществ или вносить но­вые, посторонние для окружающей среды вещества, та­кие, как пестициды, ионы тяжелых металлов. Поэтому кон­центрация этих веществ (ксенобиотиков) должна опреде­ляться как в объектах окружающей среды (почве, воде, воздухе), так и в пищевых продуктах. Предельно допусти­мые нормы на присутствие остатков пестицидов в продук­тах питания различны в разных странах и зависят от ха­рактера экономики (импорта-экспорта продовольствия), а также от привычной структуры питания населения.

Земельные ресурсы Москвы подвержены загрязнению и захламлению. Для характеристики загрязнения почвы вве­ден суммарный показатель загрязнения почвы (СПЗ): при СПЗ < 15 у.е. почва не опасна для здоровья населения; при СПЗ 16—32 у.е. — приводит к некоторому заболеванию де­тей. На 25% площади Москвы СПЗ > 32 у.е. (32—128 у.е.). При СПЗ > 128 у.е. очень часто болеют взрослые и дети, и особенно сильно уровень СПЗ отражается на репродуктив­ной функции женщин.

6. Потеря почвы

Для устойчивого развития человеку необходимо осоз­нать свое отрицательное воздействие на почву и принять

меры по снижению этого воздействия.

Увеличение численности человечества приводит к бо­лее интенсивному землепользованию. Характер деятельно­сти человека весьма разнообразен, и условно можно выде­лить следующие аспекты:

а) сельское и лесное хозяйство;

б) разнообразное строительство;

 в) горнотехнические ме­роприятия.

Сельское и лесное хозяйство включает земледелие, скотоводство, осушение заболоченных территорий, ороше­ние, обводнение земель, распашку целины, вырубку лесов и др. Разнообразное строительство также уменьшает ко­личество пахотных земель — строительство крупных во­дохранилищ, каналов, плотин, ГЭС, промышленных комп­лексов, городов, железных дорог, населенных пунктов, ком­муникаций. Горнотехнические мероприятия, такие, как раз­работка и эксплуатация минерального сырья, добыча по­лезных ископаемых, в том числе нефти и подземных вод, также изымают большие территории пахотных земель из природных и агроэкосистем. В результате разрушения при­родных экосистем происходит потеря почвы.

Самое разрушительное влияние на почву оказывает эрозия, т. е. процесс захватывания частиц почвы и их выно­са водой (водяная эрозия) или ветром (ветровая эрозия). Вынос может быть медленным и слабым, когда почва мед­ленно выдувается в ходе ветровой эрозии, и катастрофи­ческим, когда водная эрозия образует глубокие овраги пос­ле сильного ливня (овражная эрозия). Растительный по­кров или естественный опал (опавшие листья) обеспечива­ют защиту земли от всех видов эрозии. Водная эрозия начи­нается с капельной эрозии — действия ударов дождевых капель; равномерное смывание почвы с поверхности назы­вается плоскостной эрозией. Для удержания воды и биоге­нов в почве важнее всего гумус и глина, удаление которых за счет эрозии приводит к опустыниванию почвы.

Земельный фонд России имеет много неудобных земель:

вечная мерзлота — 47—49%, пески, пустыни, полупусты­ни — 14—15%, заболоченные земли и болота — 9—10%, тундра — 8%, высокогорье — 3%, города и населенные пун­кты — 3% и только 15% — пахотные земли, площадь ко­торых составляет около 230 млн га. Из них 160 млн га под­вержены эрозии (в большинстве своем — это чернозем и 137

краснозем). Знаменитый воронежский чернозем, 1м3 кото­рого хранится в Париже в качестве эталона плодородия, уже не дает того урожая, который был раньше (умень­шился в 1,5—3 раза). За последние 25 лет площадь сельско­хозяйственных угодий уменьшилась на 24%, а пашни — на 18%. На каждого жителя России приходится 1,5 га пахот­ных земель, в то время как на душу населения планеты (обрабатывается всего 10,4% всей суши) земли приходится менее 0,5 га, и этот показатель имеет тенденцию к даль­нейшему снижению.

Причинами потери почвы является выпахивание, пе­ревыпас, сведение лесов и засоление почвы при орошении.

Выпахивание увеличивает эрозию почвы, уменьшает ее влагоудерживающую способность, инфильтрация и аэра­ция также уменьшаются.

Перевыпас уничтожает травяной покров. За счет указанных действий произошло опустынива­ние 61% плодородных земель засушливых районов, в част­ности: в Южной Африке — 80%, Западной и Южной Азии — 82—83%, азиатской части бывшего СССР — 55% и т. д. Еже­годно превращается в пустыню 6 млн га природных почв.

Сведение лесов. Лесной покров особенно эффективно предохраняет почву от эрозии и удерживает почвенную вла­гу, так как принимает на себя удары дождевых капель и позволяет впитываться в рыхлый, пахотный слой почвы, покрытый опалом. Кроме этого леса эффективно усваива­ют элементы питания, освобожденные при разложении дет­рита, т. е, рециркулируют их. Следовательно, вырубка леса не только приводит к эрозии почвы, но и обедняет ее био­генный состав. Сведение лесов происходит по трем основ­ным причинам: освоение новых территорий под сельскохо­зяйственные угодья, получение древесины для строитель­ства и бумажной промышленности, использование в каче­стве топлива.

К потере почвы приводит и ее орошение — искусст­венное снабжение водой пахотных земель. Орошение приводит к существенному увеличению сельскохозяйственной продукции в регионах, где осадков выпадает недостаточно, но часто приводит к засолению почвы (т. е. солености по­чвы, выходящей за пределы устойчивости растений), по­скольку даже очень хорошая поливная вода содержит со­лей 500—600 мг/л. При испарении воды из почвы и транспирации через листья растений растворенные в воде соли остаются в почве. 30% орошаемых земель уже засолены. Засоление почвы приводит к ее опустыниванию (азиатская часть СССР засолена на 30%, в США — на 22%, в Китае — на 30%). Одной из причин падения богатейшей когда-то Рим­ской империи было засоление и опустынивание ранее бо­гатых пахотных земель.

Процессы выветривания и почвообразования сильно зависят от климата и состава материнской породы. Если ско­рость эрозии не будет превышать скорости формирования почвы, то потери почвы не произойдет. Однако в большин­стве агроэкосистем этот баланс нарушен, поскольку ско­рость эрозии в 2—10 раз выше допустимой.

В настоящее время эрозия почвы набирает силу, по­скольку рост населения и экономические трудности застав­ляют людей вырубать леса, распахивать склоны гор и ма­лопригодные засушливые территории, использовать мето­ды интенсивного земледелия, которые ненадолго повыша­ют урожай за счет дополнительной эрозии.

7. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ В ПОЧВЕННОМ МОНИТОРИНГЕ

Почвенный покров накапливает информацию о происходя­щих процессах и изменениях, т. е. почва является своеобраз­ным индикатором не только сиюминутного состояния сре­ды, но и отражает прошлые процессы. Поэтому почвенный (агроэкологический) мониторинг имеет более общий ха­рактер и открывает большие возможности для решения про­гностических задач. Основными показателями, которые оцени­ваются в процессе агроэкологического мониторинга, являются следующие: кислотность, потеря гумуса, засоление, загрязнение нефтепродуктами.

Кислотность почв оценивается по значению водородно­го показателя (рН) в водных вытяжках почвы. Значение рН измеряют с помощью рН-метра, иономера или потенциометра. Оптимальные диапазоны рН для растений от 5,0 до 7,5. Если кислотность, — т. е. рН меньше 5, то прибегают к известкова­нию почв, при рН более 7,5-8 используют химические средства для снижения рН.

В настоящее время контроль за содержанием гумуса вхо­дит в число первоочередных задач. Изменение количества ор­ганического вещества в почве не только связано с изменением . почвенных свойств и их плодородия, но и отражает влияние внешних негативных процессов, вызывающих деградацию почв.

Содержание гумуса определяют по окисляемости органиче­ского вещества. К навеске почвы добавляют окислитель (чаще всего хромлик) и кипятят. При этом органическое вещество, вхо­дящее в состав гумуса, окисляется до CO2 и Н2О. Количество из­расходованного окислителя определяют либо титрометрическим методом, либо спектрофотометрическим. Зная количество оки­слителя, определяют количество органического вещества.

В последнее время применяют анализаторы углерода, в кото­рых происходит сухое сжигание органического вещества в токе кислорода с последующим определением выделившегося СО2.

Антропогенное засоление почв проявляется при недоста­точно научно обоснованном орошении, строительстве каналов и водохранилищ. Химически оно проявляется в увеличении со­держания в почвах и почвенных растворах легкорастворимых солей — это NaCI, Na 2SО4, MgCI2, MgS04. Наиболее простой метод обнаружения засоления основан на измерении электриче­ской проводимости. Применяют определение электрической про­водимости почвенных суспензий, водных вытяжек, почвенных растворов и непосредственно почв. Этот процесс контролиру­ется путём определения удельной электрической проводимости водных суспензий с помощью специальных солемеров. При кон­троле за загрязнением почв нефтепродуктами решаются обычно три основные задачи: определяются масштабы (площа­ди) загрязнения, оценивается степень загрязнения, выявляется наличие токсичных и канцерогенных загрязнений.

Первые две задачи решаются дистанционными методами, к которым относится аэрокосмическое измерение спектральной отражательной способности почв. По изменению окраски или плотности почернения на аэрофотоснимках можно определить размеры загрязнённой территории, конфигурацию площади за­грязнения, а по снижению коэффициента отражения оценить степень загрязнения. Степень загрязнённости почв можно опре­делить по количеству содержащихся в почве углеводородов, ко­торое определяется методами хроматографии.

8. БИОТЕХНОЛОГИЯ ОХРАНЫ ЗЕМЕЛЬ

Загрязненность почв неорганическими ионами и нехватка по­лезных органических, избыток пестицидов и других вредных ми­неральных добавок приводят к снижению урожайности и каче­ства сельскохозяйственных культур, а также эрозии и дефляции почвы. При этом традиционные удобрения и методы внесения их в почву являются весьма затратными. (По мнению специалистов США, на производство стакана молока необходимо расходовать в настоящее время стакан дизтоплива).

Вместе с тем имеются безграничные, возобновляемые ресур­сы удобрений, содержащие необходимые питательные элементы для сельхозкультур и близкие, а иногда и превышающие по ка­честву органические удобрения (например: осадки сточных вод станций аэрации). Широкому применению их в сельском хозяйстве препятствует бактериальная зараженность и содержание тяжелых металлов. Если первое препятствие (технически и ор­ганизационно) в целом разрешимо, то второе — требует новых подходов, основанных на биотехнологических приемах.

В настоящее время в России и за рубежом проводится боль­шая работа по селекции и получению методами генетической ин­женерии микроорганизмов, способных при внесении их в почву вместе с осадками продуцировать полимеры, переводящие тяже­лые металлы в неподвижные формы, и осуществляющие одно­временно процесс азотфиксации (усвоение атмосферного азота).

Уже не одно десятилетие насчитывает опыт применения красного калифорнийского червя для получения биологически ценного удобрения (биогумуса) из клетчаткосодержащих и ши­рокого спектра органических отходов, а также для улучшения структуры почв, аэрирования. Прошедший через червя гумус обогащен всеми необходимыми аминокислотами, микроэлемен­тами.

Одним из наиболее распространенных и стойких загрязнений земель является нефть. Естественная микрофлора, адаптируясь, способна разрушить загрязнения такого типа. Смешение загряз­ненной нефтью почвы с измельченной сосновой корой ускоряет на порядок скорость разрушения нефти за счет способности микро­организмов, существующих на поверхности коры, к росту слож­ных углеводородов, входящих в состав сосновой смолы, а так­же адсорбции нефтепродуктов корой. Такой биотехнологический прием получил название «микробное восстановление загрязнен­ной нефтью почвы».

Не менее перспективным и эффективным является бактери­альный препарат «Путидойл», промышленный выпуск которо­го освоен в г. Бердске Свердловской области. Препарат пред­ставляет собой лиофилизированную (высушенную при низких температурах под вакуумом) и дезинтегрированную клеточную массу бактерий рода Pseudo — топаз. Конкретные параметры и технология выращивания клеточной массы бактерий являются коммерческим секретом, ноу-хау авторов, но эффект огромный. Внесение путидойла на загрязненные места (территории) с неф­тью и нефтепродуктами позволяет через 1-3 суток полностью разрушить загрязнения до конечных продуктов (воды и углеки­слоты) и восстановить естественные свойства почв.

Заключение

Почвенный покров Земли играет решающую роль в обеспечении человечества продуктами питания и сырьем для жизненно важных  отраслей промышленности. Использование с этой целью продукции океана, гидропоники или искусственно синтезируемых веществ не может, по крайней мере в обозримом будущем, заменить продукцию наземных экосистем (продуктивность почв). Поэтому непрерывный контроль за состоянием почв и почвенного покрова – обязательное условие получения планируемой продукции сельского и лесного хозяйства.

Вместе с тем почвенный покров является естественной базой для поселения людей, служит основой для создания рекреационных зон. Он позволяет создать оптимальную экологическую обстановку для жизни, труда и отдыха людей. От характера почвенного покрова, свойств почвы, протекающих в почвах химических и биохимических процессов зависят чистота и состав атмосферы, наземных и подземных вод. Почвенный покров – один из наиболее мощных регуляторов химического состава атмосферы и гидросферы. Почва была и остается главным условием жизнеобеспечения наций и человечества в целом. Сохранение и улучшение почвенного покрова, а, следовательно, и основных жизненных ресурсов в условиях интенсификации сельскохозяйственного производства, развития промышленности, бурного роста городов и транспорта возможно только при хорошо налаженном контроле за использованием всех видов почвенных и земельных ресурсов.

Почва является наиболее чувствительной к антропогенному воздействию. Из всех оболочек Земли почвенный покров – самая тонкая оболочка, мощность наиболее плодородного гумусированного слоя даже в черноземах не превышает, как правило, 80-100 см, а во многих почвах большинства природных зон она составляет всего лишь 15-20 см. Рыхлое почвенное тело при уничтожении многолетней растительности и распашке легко подвергается эрозии и дефляции.

При недостаточно продуманном антропогенном воздействии и нарушении сбалансированных природных экологических связей в почвах быстро развиваются нежелательные процессы минерализации гумуса, повышается кислотность или щелочность, усиливается соленакопление, развиваются восстановительные процессы – все это резко ухудшает свойства почвы, а в предельных случаях приводит к локальному разрушению почвенного покрова. Высокая чувствительность, уязвимость почвенного покрова обусловлены ограниченной буферностью и устойчивостью почв к воздействию сил, не свойственных ему в экологическом отношении.

Все в более широких масштабах проявляется загрязнение почвы тяжелыми металлами, нефтепродуктами,  усиливается влияние азотной и серной кислот техногенного происхождения, ведущие к формированию техногенных пустынь в окрестностях некоторых промышленных предприятий.

Восстановление нарушенного почвенного покрова требует длительного времени и больших капиталовложений.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.   ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ. Учебник. Арустамов Э.А. Издательский дом "Дашков и Ко". М – 2000.

2.   ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ.  В.Д. Валова. Издательский дом "Дашков и Ко". М – 2001.