Загрязнение почв

В — высокая, У — умеренная, Н  — низкая

Свинец

Границы зоны загрязнения  почвы свинцом может находиться на расстоянии 500 м от полотна автодороги. Загрязнение почвы свинцом заметно  проявляется при определенном уровне транспортной нагрузки – более 400 транспортных средств в час. Свинец в почве  обнаруживается в основном в виде сульфатов. Техногенное загрязнение почвы свинцом прослеживается до глубины 10-15 см, редко до 20 см. Этот металл удерживается слоем гумуса и слабо мигрирует в почве. Однако растительный покров способствует переносу свинца в более глубокие горизонты почвы. Для здоровья человека угрожающим является содержание свинца в почве 50 мг/кг. Увеличение содержания свинца в почве, как правило, но не всегда, ведет к его накоплению растениями, как на незагрязненных почвах, так и почвах естественных геохимических аномалий. В соответствии с этим содержание свинца в растениях, выращенных на почвах легкого механического состава (песчаных и супесчаных) колеблется от 0,13 до 0,96 мг/кг; в почвах тяжелосуглинистых (с рН < 5,5) 0,22-0,96 мг/кг; в почвах тяжелосуглинистых (с pH > 5,5) в более широких пределах 0,34-7,0 мг/кг.

Более высокие концентрации свинца (до 1 000 мг/кг) характерны для растительности на техногенно загрязненных территориях: в окрестностях металлургических предприятий, рудников по добыче полиметаллов и, главным образом, вдоль автострад.

Размеры зоны влияния автотранспорта на экосистемы сильно варьируют, и ширина придорожных аномалий содержания свинца в почве может достигать 100-150 м. Лесные полосы вдоль дорог задерживают  в своих кронах потоки свинца от автотранспорта. В условиях города размеры свинцовых аномалий определяются условиями застройки и структурой зеленых насаждений. В сухую погоду происходит накопление свинца на поверхности растений; после обильных дождей значительная его часть (до половины) смывается.

На загрязненных свинцом почвах безопаснее выращивать зерновые культуры. Возделывание в этих зонах овощей, кукурузы на силос, кормовых трав может  оказаться рискованным.

Загрязненная свинцом почва  является источником его поступления в продовольственное сырье и непосредственно в организм человека, особенно детей. Наиболее высокие концентрации свинца обнаруживаются в почве городов, где расположены предприятия по выплавке свинца, производству свинецсодержащих аккумуляторов или стекла (Белово, Владикавказ, Дальнегорск, Саранск, Рудная пристань, Свирск и ряд других).

В продовольственное сырье и  пищевые продукты свинец может поступать  из почвы, воды, воздуха, кормов сельскохозяйственных животных по ходу пищевой цепи. Кроме  того, определенное значение имеет и возможность прямого загрязнения при производстве готовых изделий. Наиболее высокие уровни содержания свинца отмечаются в консервах в жестяной таре, рыбе свежей и мороженной, пшеничных отрубях, желатине, моллюсках и ракообразных. Высокое содержание свинца наблюдается в корнеплодах и других растительных продуктах, выращенных на землях вблизи промышленных районов и вдоль дорог.

Свинец  является   наиболее  распространенным  элементом.  В агроландшафте он преимущественно мигрирует в бикарбонатной форме, а также в органических комплексах. Свинец легко адсорбируется глинами, и в них его содержание повышено. В условиях промывного типа водного режима (в таежных и других ландшафтах влажного климата) наблюдается некоторая подвижность свинца, но значительно меньшая, чем кадмия, цинка и меди.

Загрязнение свинцом почвы окрестности производств (добывающие свинцовую руду, на свинцово-плавильных заводах, в производстве аккумуляторов, при пайке, в типографиях, при изготовлении хрустального стекла или керамических изделий, этилированного бензина, свинцовых красок и др.), а также вблизи крупных автомобильных дорог создает угрозу поражения свинцом населения, проживающего в этих районах, и, прежде всего детей, которые более чувствительны к воздействию тяжелых металлов.

     Значительным источником свинца являются автомобильные выхлопные газы, так как половина России все еще использует этилированный бензин.

Большая часть территории России испытывает нагрузку от выпадения свинца, превышающую критическую для нормального функционирования экосистемы. В десятках городов отмечается превышение концентраций свинца в воздухе и почве выше величин, соответствующих ПДК.

Реабилитация  территорий. Несмотря на наличие значительных территорий, загрязненных свинцом, работы по их реабилитации в России в настоящее время проводятся в очень ограниченных масштабах. В зависимости от степени загрязнения территорий можно апробировать различные мероприятия.

 При высокой и очень высокой  степени загрязнения могут  быть использованы физические методы (удаление и захоронение загрязненных слоев почв, остекловывание, разубоживание), а также созданы искусственные геохимические барьеры вокруг загрязненных участков почв, препятствующие миграции поллютанта в сопредельные среды.

При невысокой степени загрязнения  территории свинцом могут быть использованы различные химические (известкование  кислых почв, внесение минеральных  или органических удобрений в  отдельности или совместно, использование  цеолитов, гумусовых препаратов и  других поглотителей для снижения подвижности свинца в почве) и биологические приемы (выращивание растений, слабо реагирующих на избыток свинца в почве и не накапливающих его в количествах, токсичных для животных и человека; извлечение свинца из почв с помощью микроорганизмов; культивирование растений, способных аккумулировать свинец в больших количествах (фитомелиорантов с последующим их удалением с территории, переработкой или захоронением) или их сочетание.

Ванадий находится преимущественно в рассеянном состоянии и обнаруживается в железных рудах, нефти, асфальтах, битумах, горючих сланцах, углях и др. Одним из главных источников загрязнения ванадием являются нефть и продукты ее переработки.

В миграции ванадия существенна  роль растворенных комплексных соединений его с органическими веществами, особенно с гумусовыми кислотами.

Повышенные концентрации ванадия  вредны для здоровья человека.

Кобальт относится к числу биологически активных элементов и всегда содержится в организме животных и в растениях. С недостаточным содержанием его в почвах связано недостаточное содержание кобальта в растениях, что способствует развитию малокровия у животных (таежно-лесная нечерноземная зона). Входя в состав витамина В₁₂, кобальт весьма активно влияет на поступление азотистых веществ, увеличение содержания хлорофилла и аскорбиновой кислоты, активизирует биосинтез и повышает содержание белкового азота в растениях. Вместе с тем повышенные концентрации соединений кобальта являются токсичными. ПДК кобальта в верхнем слое почвы составляет до 20 мг/кг.

 Медь - один из важнейших микроэлементов. Физиологическая активность меди связана главным образом с включением ее в состав активных центров окислительно-восстановительных ферментов. Недостаточное содержание меди в почвах отрицательно влияет на синтез белков, жиров и витаминов и способствует бесплодию растительных организмов. Медь участвует в процессе фотосинтеза и влияет на усвоение азота растениями. Вместе с тем, избыточные концентрации меди оказывают неблагоприятное воздействие на растительные и животные организмы.

Тяжёлые металлы уже сейчас занимают второе место по степени опасности, уступая пестицидам и значительно  опережая такие широко известные  загрязнители, как двуокись углерода и серы, в прогнозе же они должны стать самыми опасными, более опасными, чем отходы АЭС и твердые отходы. Загрязнение тяжёлыми металлами связано с их широким использованием в промышленном производстве вкупе со слабыми системами очистки, в результате чего тяжёлые металлы попадают в окружающую среду, в том числе и почву, загрязняя и отравляя её.

Почва являются основной средой, в которую попадают тяжёлые металлы, в том числе  из атмосферы и водной среды. Она  же служит источником вторичного загрязнения  приземного воздуха и вод, попадающих из неё в Мировой океан. Из почвы тяжёлые металлы усваиваются растениями, которые затем попадают в пищу более высокоорганизованным животным.

Особую опасность  представляют отходы гальванических производств, мышьяк-, хром -, ртутьсодержащие отходы.

Поступление в  среду кадмия может быть связано с широким использованием в сельском хозяйстве фосфатов, содержащих указанный элемент в виде примеси. Кадмий гораздо более подвижен в почвах, чем свинец,  и мигрирует тем легче, чем меньше слой гумуса. Активное поглощение кадмия растениями начинается при его концентрации в почве выше 5 мг/кг сухого вещества. ПДК этого металла в почве принято за 1 мг/кг.

Ртуть в культурном ландшафте появляется в результате использования ее соединений в качестве фунгицидов и при производстве целлюлозы. Не исключено попадание ртути в почву с компостом  из бытового мусора, содержащего использованные люминесцентные лампы. Ртуть относится к весьма редким элементам и в природе мигрирует преимущественно в газообразном состоянии и в водных растворах. В ландшафте, в основном, рассеивается и лишь в незначительном количестве может сорбироваться глинами и илами. В чистых почвах ее содержание составляет сотые доли миллиграмма на килограмм, а в почвах интенсивного хозяйственного использования достигает миллиграммов.

Хром оказывается в окружающей среде в результате применения в качестве удобрений осадков сточных вод канализации городов с развитой часовой, кожевенной и тяжелой промышленностью, а также при известковании почв шлаками металлургических производств, содержащих этот элемент. ПДК хрома в верхнем слое почвы составляет 6 мг/кг.

Обогащение   ландшафта   цинком   может   произойти   при систематическом использовании в качестве органических удобрений осадков сточных вод городов, а также при сжигании на полях отходов резины. При фоновом содержании цинка в чистых почвах от 30 до220 мг/кг, вблизи автодороги оно может составлять до 400 мг/кг.

Уран, торий, радий могут поступать в растения из почвы за счет фосфатных минеральных удобрений, а также из атмосферы в местах, где в больших количествах сжигается каменный уголь. Стабильный стронций поступает в ландшафт с простым суперфосфатом и фосфогипсом, полученными из апатитов.

Знание природных  концентраций тяжелых металлов в почвах и растениях дает возможность судить о состоянии чистоты или загрязненности и принимать меры, направленные на сохранение почвенного плодородия и качества растениеводческой продукции. Существует следующая группировка почв (В.П. Цемко с соавторами (1980) ) по степени загрязнения: к слабо загрязненным относятся почвы с содержанием элемента от 2 до 10 кларков, к средне - от 10 до 30 кларков, к сильно - свыше 30 кларков.

Известно, что  техногенное загрязнение оказывает  влияние не только на биоту почв, но и на их физические, физико-химические и химические свойства.

Почвы в неодинаковой степени инактивируют поступающие элементы - токсиканты, а наличие разных форм токсикантов в почве затрудняет выбор той из них, которая была бы наиболее пригодной для целей нормирования. В условиях кислой неокультуренной дерново-подзолистой почвы уровень кадмия в 2,5 мг/кг (10 раз больше фонового), цинка - 125 мг/кг (5раз больше фонового) уже можно считать опасным. Выявлено также пороговое значение содержания тяжелых металлов в почве, приводящее к их накоплению в растениях, в количестве выше, чем ПДК. Для свинца - 150, кадмия - 0,2, цинка - 85 мг/кг для неокультуренной дерново-подзолистой почвы.

Соответственно, для дерново-подзолистой  окультуренной - свинца -650, кобальта - 2,5, цинка - 80; для типичного чернозема: кобальта - 5,0, цинка - 115 мг/кг.

На почвах разного типа тяжелые  металлы при одних и тех  же концентрациях оказывают на растения различное действие. Это обусловлено разной кинетикой и превращением этих веществ в почве.

Польскими исследователями показано, что в верхних горизонтах почв, поливавшихся сточными водами, содержание свинца, кадмия, мышьяка возросло в 10 раз и более. "Сточные воды всегда обогащены токсическими соединениями и особенно тяжелыми металлами, которые интенсивно накапливаются в верхних горизонтах почв. Это приводит к отравлению биопродукции полей и, конечно, людей".    Тяжелые металлы находятся в почве в различной форме. Они могут включаться в твердую фазу почвы, находиться в виде свободных ионов в почвенных растворах, в виде растворимых органоминеральных комплексов или адсорбированными на коллоидных частицах. Сульфокислоты образуют растворимые хелаты металлов в широком диапазоне рН, увеличивая, таким образом, их растворимость. Эти комплексы, обычно, более стабильны, чем аналогичные комплексы гуминовых кислот, которые также играют роль депонента тяжелых металлов. Установлено, что продолжительность пребывания загрязняющих веществ в почвах гораздо больше, чем в атмо- или гидросфере. Накапливающиеся в почве металлы могут быть вынесены из нее при эрозии, дефляции, выщелачивании и усвоении биотой. Период полувыведения тяжелых металлов из почв в среднем составляет: для Pb – от 740 до 5900 лет, для Cd – 13-100, Zn – 70-510, Cu – 310-1500 лет.

ОТХОДЫ

Отходы производства и потребления  являются источниками антропогенного загрязнения окружающей среды в глобальном масштабе и возникают как неизбежный результат потребительского отношения и непозволительно низкого коэффициента использования ресурсов.

Суть изменений, которые стали  вноситься в ранее существовавшую концепцию, сводилось к тому, что значительную часть отходов нецелесообразно сжигать или подвергать нейтрализации, а необходимо захоронять или складировать в геологических формациях, являющихся природными изоляторами, поскольку при современном уровне науки и техники невозможно исключить образование неутилизируемых, не подлежащих сжиганию и неподдающихся нейтрализации токсичных отходов, и в связи с тем, что их размещение и накопление на земной поверхности представляет серьезную угрозу жизнедеятельности человека и биосфере в целом, а в будущем возможно их использование.

Добывающая и перерабатывающая промышленность стран мира производит ежегодно более 80 млрд. т твердых  отходов. Их значительная часть образует локальные скопления. Число и  масса таких скоплений огромны. По некоторым оценкам их общий объем в мире к концу 80-х гг. составил 250 км. Отходы не только занимают большие площади, но и являются опасными источниками загрязнения окружающей среды, поскольку содержат большие количества токсичных веществ. Они постепенно распространяются под действием атмосферных факторов, горения и рассеивания при транспортировке. Положение усугубляют многочисленные свалки промышленного и бытового мусора.