Химическое загрязнение почв

В последние десятилетия человек стал причиной быстрой де­градации почв, хотя потери почв имели место на протяжении всей истории человечества. Во всех странах мира сейчас распахивают около 1,5 млрд. га земель, а общие потери почв за историю чело­вечества составили около 2 млрд. га, т.е. потеряно больше, чем теперь распахивается, причем многие почвы перешли в разряд непригодных бросовых земель, восстановление которых или не­возможно, или слишком дорого. Насчитывают не менее шести ти­пов антропогенно-технических воздействий, которые могут выз­вать разного уровня ухудшение почв, в том числе:

1. водную и ветровую эрозию;

2. засоление, подщелачивание, подкисление;

3. заболачивание;

4. физическую деградацию, 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.

Причины химического загрязнения почв:

- атмосферный перенос загрязняющих веществ (тяжелые металлы, кислые дожди, фтор, мышьяк, пестициды);

- сельскохозяйственное загрязнение (удобрения, пестициды);

- наземное загрязнение (отвалы крупнотоннажных произ­водств, отвалы топливно-энергетических комплексов);

- загрязнение нефтью и нефтепродуктами.

Тяжелые металлы. Этот вид загрязняющих веществ начали изу­чать одним из первых. К тяжелым металлам обычно относят эле­менты, которые имеют атомную массу более 50. Они поступают в почву преимущественно из атмосферы с выбросами промышлен­ных предприятий, а свинец — с выхлопными газами автомобилей. Описаны случаи, когда большие количества тяжелых металлов попадали в почву с оросительными водами, если выше водозабо­ра в реки сбрасывались сточные воды промышленных предприя­тий. 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. 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.

Малогумусные песчаные почвы устойчивы к загрязнению; 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. Неплохой эффект может дать глубокая вспашка, когда верхний загрязненный слой почвы при вспашке опускают на глубину 50— 70 см, а глубокие слои почвы поднимают на поверхность. Для этого можно воспользоваться специальными многоярусными плу­гами, но при этом глубокие слои все равно остаются загрязнен­ными. Наконец, на загрязненных тяжелыми металлами (но не радионуклидами) почвах можно выращивать культуры, не ис­пользуемые в качестве продовольствия или кормов, например цветы.

Кислотные дожди. Выпадение дождей или других атмосферных осадков с высокой кислотностью — обычный результат выброса в атмосферу продуктов сжигания топлива (угля), а также выбросов металлургических и химических заводов. В составе таких выбросов много диоксида серы и/или оксидов азота; при взаимодействии с водяными парами атмосферы они образуют серную и азотную кислоты. Действие кислых дождей на почвы неоднозначное. В северных таежных зонах они увеличивают вредную кислотность почв, способствуют повышению содержания в них 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.

В ряде случаев кислотные дожди могут быть и полезны. В част­ности, они обогащают почвы азотом и серой, которых на очень больших территориях явно недостаточно для получения высоких урожаев. Если же такие дожди выпадают 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 и дифферен­цированно по типам почв.

Промышленные отвалы. Атмосферные выбросы, содержащие оксиды различных токсичных металлов и неметаллов, распро­страняются на большие расстояния, измеряемые десятками и сот­нями километров, поэтому вызываемые ими загрязнения имеют региональный, а иногда и глобальный характер. В противополож­ность этому крупнотоннажные отходы различных производств, отвалы гидролизного лигнина, 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, который горит, загрязняя атмосферу. Отвалы многих горных пород содержат пирит FеS₂, самопроизвольно окисляющийся на воздухе до Н₂SО₄; в период дождей или снеготаяния последняя легко образует не только силь­нокислые территории, но и даже озерца серной кислоты в окрест­ностях горных выработок. Единственный путь нормализации эко­логической обстановки в таких местах — выравнивание отвалов, их землевание, залужение, лесные посадки.

Многие местные органические отходы, такие, как гидролиз­ный лигнин, птичий помет, свиной навоз, можно превратить или в хорошие компосты, или в так называемый биогумус (вермикомпост). В основе последнего способа лежит быстрая перера­ботка органических отходов некоторыми гибридами красных зем­ляных червей, так называемая вермикультура (от лат. верми — червь). Черви пропускают через кишечник все растительные ос­татки, превращая их в черноземоподобную массу, очень плодо­родную, практически без запаха, в которой содержится много гуминовых кислот.

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 заданных обстоятельствах: при раз­ведке и добыче нефти, 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. При больших дозах и длительных сроках загрязнения в почве происходят нео­братимые изменения, тогда наиболее загрязненные слои прихо­дится просто удалять.