Химическое загрязнение и охрана почв

В последние десятилетия человек стал причиной быстрой де­градации почв, хотя потери почв имели место на протяжении всей человеческой истории. Во всех странах мира сейчас распахивают около 1,5 млрд. га земель, а общие потери почв за историю человече­ства составили около 2 млрд. га, то есть потеряно больше, чем теперь распахивается, причем многие почвы перешли в разряд непригодных бросовых земель, восстановление которых или невозможно, или слишком дорого стоит.

Насчитывают не менее 6 типов антропогенно-технических воз­действий, которые могут вызвать разного уровня ухудшение почв. В их числе: 1) водная и ветровая эрозия, 2) засоление, подщелачивание, подкисление, 3) заболачивание, 4) физическая деградация, включая уплотнение и коркообразование, 5) разрушение и отчуждение почвы при строительстве, добыче полезных ископаемых, 6) химическое за­грязнение почв.

Охрана почв заключается в том, чтобы предотвратить или све­сти к минимуму все виды разрушения почв и/или почвенного покро­ва.

Химическое загрязнение почв может быть вызвано следующи­ми причинами: 1) атмосферным переносом загрязняющих веществ (тяжелые металлы, кислые дожди, фтор, мышьяк, пестициды); 2) сельскохозяйственным загрязнением (удобрения, пестициды); 3) на­земным загрязнением — отвалы крупнотоннажных производств, от­валы топливно-энергетических комплексов, 4) загрязнением нефтью и нефтепродуктами.

Тяжелые металлы поступают в почву преимущественно из ат­мосферы с выбросами промышленных предприятий, а свинец — с выхлопными газами автомобилей. Наиболее типичные тяжелые ме­таллы - свинец, кадмий, ртуть, цинк, молибден, никель, кобальт, олово, титан, медь, ванадий. Из атмосферы в почву тяжелые металлы попадают чаще всего в форме оксидов, где постепенно растворяются, переходя в гидроксиды, карбонаты или в форму обменных катионов (рис. 13).

 

ZnO, PbO, CdO

______________________________________________________________________________

ПОЧВА

 

 

ZnO→Zn(OH)₂

PbO → PbCO₃

Pb₃(CO₃)₂(OH)₂

CdO →CdCO₃

 

 

Десорбция

Адсорбция

	Оксиды		Органическое вещество		Глинистые минералы

 

 

 

Рис. 13. Трансформация и миграция соединений тяжелых металлов

Если почва прочно связывает тяжелые металлы (обычно в бо­гатых гумусом тяжелосуглинистых и глинистых почвах), это предо­храняет от загрязнения грунтовые и питьевые воды, растительную продукцию. Но тогда сама почва постепенно становится все более за­грязненной и в какой-то момент может произойти разрушение орга­нического вещества почвы с выбросом тяжелых металлов в почвен­ный раствор. В итоге такая почва окажется непригодной для сельско­хозяйственного использования. Общее количество свинца, которое может задержать метровый слой почвы на одном гектаре, достигает 500-600 т; такого количества свинца даже при очень сильном загряз­нении в обычной обстановке не бывает.

Почвы песчаные, малогумусные, устойчивы против загрязне­ния; это значит, что они слабо связывают тяжелые металлы, легко отдают их растениям или пропускают их через себя с фильтрующи­мися водами. На таких почвах возрастает опасность загрязнения рас­тений и подземных вод.

В этом заключается одно из трудноразрешимых противоречий: легко загрязняющиеся почвы предохраняют окружающую среду, но почвы, устойчивые к загрязнению, не обладают защитными свойст­вами в отношении живых организмов и природных вод.

Если почвы загрязнены тяжелыми металлами и радионуклида­ми, то очистить их практически невозможно. Пока известен единст­венный путь: засеять такие почвы быстрорастущими культурами, дающими большую зеленую массу; такие культуры извлекают из почвы токсичные элементы, а затем собранный урожай подлежит уничтожению. Но это довольно длительная и дорогостоящая проце­дура.

Можно снизить подвижность токсичных соединений и поступ­ление их в растения, если повысить рН почв известкованием или до­бавлять большие дозы органических веществ, например торфа. На за­грязненных тяжелыми металлами (но не радионуклидами) почвах можно выращивать культуры, не используемые в качестве продо­вольствия или кормов, например цветы.

Промышленные отвалы. Атмосферные выбросы, содержащие оксиды различных токсичных металлов и неметаллов, распространя­ются на десятки и сотни километров. Поэтому вызываемыеимизагрязнения имеют региональный, а иногда и глобальный характер. В противоположность этому крупнотоннажные отходы различных производств, золы тепловых электростанций, отвалы при добыче уг­ля оказывают преимущественно локальное влияние. Такие отвалы занимают немалые площади, выводя из пользования земельные уго­дья, а многие из них представляют вполне конкретную опасность для окружающей среды. Отвалы угольных шахт содержат немало угля, он горит, загрязняя атмосферу. Отвалы многих горных пород содержат пирит FeS₂, который самопроизвольно на воздухе окисляется до H₂SO₄ в период дождейили снеготаяния, последняя легко образует не только сильнокислые территории, но даже озерца серной кислоты в окрестностях горных выработок. Единственный путь нормализации экологической обстановки в таких местах — выравнивание отвалов, их землевание, залужение, лесные посадки.

Нефть и нефтепродукты. Нефтяное загрязнение почв относит­ся к числу наиболее опасных, поскольку оно принципиально изменяет свойства почв, а очистка от нефти очень сильно затруднена. Нефть попадает в почву при различных обстоятельствах: при разведке и до­быче нефти, при авариях на нефтепроводах, при авариях речных и морских нефтеналивных судов. Различные углеводороды попадают в почву на нефтебазах, бензозаправках и т.п.

Последствия для почв, вызванные нефтезагрязнением, можно без преувеличения назвать чрезвычайными. Нефть обволакивает почвенные частицы, почва не смачивается водой, гибнет микрофло­ра, растения не получают должного питания. Наконец, частицы поч­вы слипаются, а сама нефть постепенно переходит в иное состояние, ее фракции становятся более окисленными, затвердевают, и при вы­соких уровнях загрязнения почва напоминает асфальтоподобную массу. Бороться с таким явлением очень трудно. При малых уровнях загрязнения помогает внесение удобрений, стимулирующих разви­тие микрофлоры и растений. В результате нефть частично минерализуется, некоторые ее фрагменты входят в состав гуминовых ве­ществ и почва восстанавливается. Но при больших дозах и длитель­ных сроках загрязнения в почве происходят необратимые изменения. Тогда наиболее загрязненные слои приходится просто удалять.

Выводы. Хорошо слаженные почвенные химические системы формировались долгие годы; особенно много времени требуется для этого в неблагоприятных климатических условиях, при скудной рас­тительности, под еловыми лесами. Нужны сотни лет для формирова­ния высокобуферных почвенно-генетических химических систем, которые придают почвам способность противостоять колебаниям климата и растительности. Такая буферность обусловлена высоким разнообразием химических соединений в почвах, многие из которых обладают различными свойствами. Все это позволяет почвам опти­мально обеспечивать устойчивое состояние биоценоза в целом. В сельскохозяйственных почвах частично нарушается природное рав­новесие, а химический состав почв не полностью отвечает требова­ниям выращиваемых культур, часть химических элементов отчужда­ется с урожаем, органическое вещество частично минерализуется. Поэтому в пахотных почвах приходится пополнять запас химических элементов и/или их соединений путем внесения минеральных и органических удобрений. С помощью удобрений и мелиоративных приемов удается значительно улучшить физические свойства почв, их химический состав, повысить плодородие. В этом случае говорят об окультуривании почв.

Если изменения почв при сельскохозяйственном использовании сравнительно легко поддаются контролю и при научно обоснованном землепользовании можно добиться сохранения и даже улучшения почв, то химическое загрязнение может приводить к необратимым из­менениям почв, их разрушению. Если формирование зрелых почв тре­бует сотен или тысяч лет, то необратимая деградация или полное уничтожение почвы могут произойти за несколько лет. Разрушить почву легко, создать заново трудно. И в этом отношении есть сущест­венные различия между разными оболочками Земли.

Загрязнение атмосферы опасно, но сильные ветры быстро ме­няют ситуацию. Загрязнение гидросферы нередко бывает более стойким, чем загрязнение атмосферы, но и реки и моря рано или поздно рассеивают загрязняющие вещества, в чем активно помогают течения и обновление вод. В почвах медленнее накапливаются токсичные уровни загряз­няющих веществ, но зато они долго в ней сохраняются, негативно влияя на экологическую обстановку целых регионов. Поэтому охра­на почв — дело первоочередной важности, хотя влияние загрязнения почв бывает не столь заметным и очевидным, как загрязнение атмо­сферы и гидросферы.