Способы борьбы с деградационными процессами

2) с капиллярным подтоком влаги к поверхности в результате испарения;

3) с термопереносом влаги под действием градиента температур;

4) при диффузии свободных и адсорбированных ионов;

5) в результате переноса по корневым системам растений;

6) в результате переноса мигрирующих коллоидных частиц;

7) при роющей деятельности почвенных животных;

8) при хозяйственной деятельности человека.

Интенсивность миграции определяется физическими и физико-химическими свойствами почвы и химической природой радионуклидов. Миграция вглубь почвы с течением времени снижает мощность внешнего облучения живых организмов, уменьшает интенсивность выдувания и вымывания радионуклидов поверхностными водами. Это влияет на размеры перехода радионуклидов в сельскохозяйственную продукцию и дозу внутреннего облучения. Однако интенсивное передвижение радиоактивных веществ по почвенному профилю может создать угрозу загрязнения грунтовых вод.

 

1.4 Географические закономерности распределения в почвах загрязняющих веществ

Проявляются четкие географические закономерности распределения в почвах загрязняющих веществ. В северо-таежных условиях при избыточном увлажнении, кислой реакции и низких значениях окислительно - восстановительных потенциалов легкорастворимые соли выносятся за пределы ландшафта и поступают в гидросферу, тяжелые металлы перераспределяются в ландшафтах, частично закрепляясь на геохимических барьерах, в подчиненных ландшафтах.

В южно-таежной зоне период господства восстановительных условий менее продолжителен, реакция почв менее кислая, миграция металлов несколько снижается, она осуществляется преимущественно в форме органоминеральных соединений и коллоидных растворов.

В степных условиях при недостатке влаги, окислительных условиях, нейтральной реакции, устойчивости гумуса подвижность металлов ограничена, они накапливаются в верхних горизонтах почв. В зонах карбонатной аккумуляции формируются осадки, содержащие стронций и барий. Подвижные соединения В, F, Mo, V, As, мигрируют в форме истинных растворов. Они перераспределяются по почвенному профилю и в пределах ландшафта.

В почвах пустынной и полупустынной зон миграция всех элементов низка. В засоленных почвах при испарении могут накапливаться Ag, Hg, В, Мо. В засоленных почвах при щелочной реакции, в отсутствии соды, повышенной подвижности гумуса возрастает подвижность Mn, Fe, Cu„ V, миграция идет в форме комплексных соединений с органическими и минеральными комплексообразователями, в коллоидном состоянии и в форме простых солей. Токсические вещества из загрязненных почв последних зон переходят в растительность (плоды, зерно, корма), мясо и молоко животных.

 

1.5 Подкисление почв

Особое внимание привлекает проблема подкисления почв, в частности в связи с выпадением «кислых» дождей. Выпадение дождей или других атмосферных осадков с высокой кислотностью - это обычный результат выброса в атмосферу продуктов сжигания топлива и выбросов металлургических и химических заводов. В составе таких выбросов много диоксида серы и/или оксидов азота, которые при взаимодействии с водяными парами атмосферы образуют серную и азотную кислоты. Особенно высокая кислотность вод возникает весной при таянии снега.

Действие кислых дождей на почвы неоднозначное. В северных, таежных зонах с почвами, содержащими низкоактивные глины и малое количество гумуса, они увеличивают вредную кислотность почв, способствуют повышению содержания в почвах растворимых соединений токсичных элементов - свинца, алюминия. При этом усиливается и разложение почвенных минералов. Реальный путь борьбы с подкислением таежных почв - установка на заводских трубах фильтров, перехватывающих оксиды серы и азота. Для борьбы с подкислением почв можно использовать также известкование.

Данные Британского института экологии земли свидетельствуют о 10% снижении урожайности ряда сельскохозяйственных культур из-за антропогенного закисления. В результате ущерб сельскохозяйственному производству в странах Центральной Европы оценивается в 500 млн долларов. В тропиках подкисление связано с уничтожением лесов и интенсивной полевой культурой, а повсеместно с внесением аммонийных удобрений.

Изменение кислотно-основного равновесия в почве влияет на мембранный потенциал корней и снижает поглощение катионов из раствора, кроме того, доступность важных биологических элементов – кальция, магния, калия - падает в результате их выщелачивания из ризосферы в более глубокие горизонты. Повышается подвижность алюминия, обладающего фитотоксичными свойствами, что ведет к снижению общей биомассы корней. Повышается мобильность марганца, цинка, кобальта, кадмия и др., что ведет к возникновению хлороза растений, обусловленного железистой недостаточностью. Происходит снижение устойчивости растений к вредителям и болезням, ослабляется морозо- и засухоустойчивость. Изменяется функционирование корневой системы деревьев, нарушаются симбиотические связи растений и микроорганизмов. Наиболее чувствительны к подкислению хвойные породы и лишайники, отмечаются массовые заболевания лесов (в Германии больны 62% лесов, в Швейцарии — 34%).

Подкисление нейтральных почв вызывает уменьшение общей численности бактерий и актиномицетов при одновременном увеличении доли споровых грибов, наиболее сильно угнетаются нитрофицирующие и аммоницицирующие формы. Снижается общая биологическая активность, и происходят изменения в биохимических процессах. Снижается скорость и уровень минерализации органического вещества. Попадая в грунтовые воды, кислые осадки и продукты их действия проникают затем в водоемы и водопроводную сеть, где способствуют высвобождению из труб алюминия и других вредных веществ, ухудшая качество питьевой воды.

Степень проявления негативных процессов определяется характером и емкостью систем буферности почвы к кислотным осадкам. Буферностъ почв- способность противостоять понижению значений pH при воздействии кислот, которая определяется гранулометрическим составом, остаточной карбонатностью почвообразующей породы, содержанием органического вещества и проявлением признаков гидроморфизма. Устойчивость почв - способность при повышении значений pH противостоять до определенных пределов разрушению почвенного поглощающего комплекса.

Кислые маломощные почвы с низкой буферностью не способны полностью нейтрализовать действие кислотных осадков и способствуют формированию кислого внутрипочвенного стока, обогащенного токсичными компонентами, что ведет к закислению рек и озер. Хорошо гумусированные тяжелые почвы, подстилаемые карбонатными породами, обеспечивают полную нейтрализацию кислотного стока.

Однако кислотные дожди в ряде случаев могут быть и полезны. В частности, они обогащают почвы азотом и серой, которых на очень больших территориях явно недостаточно для получения высоких урожаев. В районах распространения карбонатных, а тем более щелочных почв, то они снижают щелочность, увеличивая подвижность элементов питания, их доступность растениям. Поэтому полезность или вредность каких-либо выпадений нельзя оценивать по упрощенным однозначным критериям, а необходимо рассматривать конкретно по типам почв.

В том случае, когда подкисление вызывается нетоксичными компонентами, неблагоприятные процессы могут быть предотвращены или исправлены известкованием.

 

1.6 Попадания тяжёлых  металлов в почву

Загрязнению почв тяжелыми металлами (ТМ) в последнее время уделяется много внимания в связи с образованием техногенных аномалий, в которых содержание химических элементов превышает во много раз так называемое фоновое содержание (или среднестатистическое содержание в незагрязненных ландшафтах). Под термином ТМ подразумевают такие металлы, которые имеют атомную массу более 50: свинец, цинк, кадмий ртуть, молибден, марганец, никель, олово, кобальт, титан, медь, хром, висмут, ванадий. Селен и мышьяк по токсичности и ряду свойств стоят близко к перечисленной группе.

Источники поступления ТМ подразделяются на природные (выветривание горных пород и минералов, эрозионные процессы, вулканическая деятельность) и техногенные. Теоретически техногенные аномалии представляют собой систему концентрических окружностей, в которых концентрация поллютанта (загрязнителя) убывает от центра к периферии. В реальной природной обстановке форма и размеры зон загрязнения отличаются от теоретических под влиянием рельефа, преобладающих ветров и других факторов.

Вокруг крупных предприятий цветной металлургии характерно наличие зоны максимальных концентраций на расстоянии до 5 км от источника и зоны повышенного содержания на расстоянии до 20-50 км. Вокруг предприятий малой мощности зона максимального загрязнения простирается на расстоянии 1-2 км. Вокруг крупных тепловых электростанций диаметр зоны загрязнения равен 10-20 км, а полоса загрязнения вблизи автострад достигает 100 м и более. Значительным источником загрязнения являются любые городские территории.

 

 

 

 

 

 

Таблица 2

Уровни загрязнения почв химическими элементами (по А.М. Ивлеву, А.М. Дербенцевой)

Химические элементы	Уровни загрязнения в величинах ПДК (мг/кг)
	допустимый	низкий	средний	высокий	Очень высокий
Ванадий	150	<225	225-300	300-350	>350
Кадмий	0,05	<3	3-5	5-20	>20
Кобальт	5	<50	50-150	150-300	>300
Медь	3	<200	200-300	300-500	>50
Мышьяк	2	<20	20-30	30-50	>50
Никель	4	<150	150-300	300-500	>500
Ртуть	2.1	<3	3-5	5-10	>10
Свинец	30	<125	125-250	250-600	>600
Хром	0,6	<250	250-500	500-800	>800
Фтор	10	<15	15-25	25-50	>50
Цинк	23	<500	500-1500	1500-3000	>3000

 

Влияние тяжёлых металлов на почвенные биоценозы

Загрязнение ТМ может выступать в роли экотоксикологического фактора, определяющего направление и характер развития почвенных ценозов. Наибольшую опасность для высших организмов представляют последствия микробной трансформации неорганических соединений ТМ в органо-металлические соединения. Некоторые грибы и бактерии способны преобразовывать попавшие в почву соединения ртути в более опасную метилртутъ, которая может накапливаться в трофических цепях человека и животных. Аккумуляция ртути, свинца и кадмия в плодовых телах съедобных грибов приводит к тяжелым отравлениям. Изменение видового состава почвенных грибов при загрязнении ТМ оказывает влияние на развитие отдельных групп беспозвоночных, питающихся ими.

Низкие дозы ТМ часто активизируют жизнедеятельность почвенных организмов и интенсивность протекания микробиологических процессов, а высокие уровни загрязнения - подавляют. Ингибирующий эффект ТМ установлен для различных групп почвенных организмов и на различных уровнях 1 от отдельной особи до изменения сообщества организмов. Особенно это проявляется в малобуферных почвах. Доминирующие в загрязненных почвах виды грибов обладают резко выраженным фитотоксичным действием на прорастание семян и развитие ряда растений, многие являются возбудителями заболеваний человека и животных.

ТМ подавляют процессы азотфиксации и трансформации углеродсодержащих соединений. Микробиологические последствия загрязнения определяются возможностью трансформации ТМ почвенными микроорганизмами и воздействием ТМ на состав и функционирование почвенной биоты. В целом влияние ТМ на микробные сообщества и микробиологические процессы в почве определяется типом ТМ, его дозой, формой соединения, свойствами загрязняемых почв.

Вблизи предприятий естественные фитоценозы предприятий становятся более однообразными по видовому составу, так как многие виды не выдерживают повышения концентрации тяжелых металлов в почве. Количество видов может сокращаться до 2-3, а иногда до образования моноценозов. В лесных фитоценозах первыми реагируют на загрязнения лишайники и мхи. Наиболее устойчив древесный ярус. Однако длительное или высокоинтенсивное воздействие вызывает в нем сухостойные явления. 

 

Опасность загрязнения почв тяжёлыми металлами для здоровья населения

Тяжелые металлы, загрязняя почву, представляет реальную угрозу здоровью населения. Наиболее опасные ситуации сложились в городах с металлургическими производствами, где происходит поступление свинца, ртути и других тяжелых металлов в организм маленьких детей при их играх на загрязненных территориях. В таких городах поступление свинца в организм детей до 7 лет с частицами почв и домашней пыли достигает 3-13% общего количества поступившего свинца. Тяжелые металлы вызывают у человека серьезные физиологические нарушения, токсикоз, аллергию, онкологические заболевания, отрицательно влияют на зародыш и генетическую наследственность. Последствия поступления в организм повышенных количеств ртути включают болезнь Минамата, гибель нервной системы, лейкоцитов, олигофрению новорожденных; свинца - поражение центральной нервной системы, половых органов, канцерогенное, тератогенное и мутагенное действие. Молибден - это подагра, нарушение центральной нервной системы. С кадмием связаны рак предстательной железы, почечные расстройства, протеинурия, болезнь итай-итай.