ТЕХНОГЕННЫЕ ПОЧВЫ
Под техногенным загрязнением почв понимается избыточное содержание химических веществ и организмов в количествах, снижающих технологическую, питательную и санитарно-гигиеническую ценность выращиваемых культур, ухудшающих качество других сопредельных компонентов и ведущих к деградации почвы.
Геохимическая аномалия — участок территории, в пределах которого хотя бы в одном из слагающих его природных тел статистические параметры распределения химических элементов достоверно отличаются от геохимического фона. Геохимический фон — средняя величина природной вариации содержаний химических элементов. Устанавливается на территории, где с большой надежностью можно предположить отсутствие природных или антропогенных источников поступления химических элементов.
Геохимический поток рассеяния — термин применяется при описании аномалий в природных средах, транспортирующих загрязняющие вещества ( в водах и воздухе ). Их главными особенностями являются динамичность, неустойчивость состава и концентраций химических элементов во времени. Геохимический ореол рассеяния — термин, используемый для описания аномалий в природных средах, накапливающих загрязняющие вещества при их выпадении из потоков рассеяния.
По масштабу различают: Глобальное загрязнение почвы - загрязнение почвы, возникающее вследствие дальнего переноса загрязняющего вещества в атмосфере на расстояния, превышающие 1000 км от любых источников загрязнения. По данным агрохимической службы России (1997), почти 0,4 млн. га в нашей стране загрязнены медью, свинцом, кадмием и др. Еще больше земель загрязнены радионуклидами и радиоактивными изотопами в результате Чернобыльской катастрофы.
Региональное загрязнение почвы - загрязнение почвы, возникающее вследствие переноса в атмосферу загрязняющего вещества на расстояния более 40 км от техногенных и более 10 км от сельскохозяйственных источников загрязнения. Локальное загрязнение почвы - загрязнение почвы вблизи одного или совокупности нескольких источников загрязнения.
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВ Механическое Биологическое Физическое Химическое Замусоривание Радиоактивное Биогенное Микробное Тяжелыми металлами Пестицидами Нефтью и нефтепро-дуктами Канцеро-генными УВ Кислотное Щелочное Схема основных форм техногенного загрязнения почв ( Летувнинкас, 2002)
Общая схема источник загрязнения. перевод загрязнителя в подвижное состояние; миграционный поток; осаждение и накопление. Образование техногенных геохимических аномалий
А – источник загрязнения; Б – миграционный поток рассеяния; С – депонирующая среда; а-б – миграционный поток: а – периферическая часть; б – центральная часть; 1-5: техногенный ореол: 1- зона максимального загрязнения; 2 – 3 – средние зоны; 4 – периферическая фронтальная зона; 5 – центральная часть.
Источники и типы загрязнения почв: 1) промышленный (источники – промышленные и энергетические предприятия); 2) транспортный (воздействие в результате эксплуатации любых транспортных средств); 3) сельскохозяйственный, обусловленный сельскохозяйственным производством; 4) хозяйственно-бытовой (хозяйственно-бытовая деятельность человека).
ПОСЛЕДСТВИЯ Фильтрация в водоносные гор-ты Захоронение, неконтроли-руемое размещение Миграция с водными потоками Смыв в водные системы Загрязне-ние подзем-ных вод, ограниче-ние водо-пользо-вания Загрязнение и ухудше-ние ка-чества рекреа-ционных в. рес., ограничение вопоп-я Загрязне-ние почв, увеличе-ние их санитар-ной опас-ности, ухудшение состояния лесопарковых зон Загразне-ние почв и с/ х продук-ции при поливе, ограничение земле-пользования Группы источников загрязнения Твердые отходы Выбросы в атмосферу Стоки, утечки Миграция в воздухе, выпадения на пов-ть Утилизация Загрязне-ние воздуха, образова-ние зон опасного воздейст-вия на население и ограни-чения по строи-тельству Загрязне-ние почв, водоемов вокруг мест захо-ронения, подзем-ных вод, ограниче-ние водо-пользо-вания Загразне-ние почв и с/ х продук-ции при поливе, ограничение земле-пользования ( Сает и др., 1990)
Основные загрязнители почвы: 1) пестициды (ядохимикаты); 2) минеральные удобрения; 3) отходы производства; 4) газо-дымовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу; 5) нефть и нефтепродукты.
Выбросы предприятий Замусоривание Свалки Загрязнение нефтью
( Сает и др., 1990)
Общее количество всех видов отходов накопленных в России составляет более 50 млрд т. В нашей стране ежегодно образуется свыше млрд т промышленных отходов, из них более 50 млн т особо токсичных. Огромные площади земель заняты свалками, золоотвалами, хвостохранилищами и др., которые интенсивно загрязняют почвы, а их способность к самоочищению, как известно, ограничена.
С промышленными отходами по объему сопоставимы коммунально-бытовые отходы. Количество ежегодно образующихся ТБО в городах около 150-300 кг на человека, что дает в целом 130 млн м3. Из них перерабатываются около 3,5 %.
Элемент Продукты сжигания ТБО Летучая зола Bi 300-1300 10 000 Ag 86-300 430-1430 Sn 80-720 880-1200 Pb 97-116 281-625 Cd 38-923 380-770 Sb 60-180 200-400 Cu 32-85 15-64 Zn 22-68 120-360 Cr 7-20 10-200 Hg 5-10 н.д.
( Сает и др., 1990)
Огромный вред для нормального функционирования почв представляют газо-дымовые выбросы промышленных предприятий. Почва обладает способностью накапливать весьма опасные для здоровья человека загрязняющие вещества. Пример. Вблизи ртутного комбината содержание ртути в почве из-за газо-дымовых выбросов может повышаться до концентраций, в сотни раз превышающих допустимые.
Загрязнение ТМ - избыточное накопление в почве группы экотоксичных элементов, в которую обычно включают Pb, Zn, Hg, Cu, Cd, Cr, Ni, Co, Sb, Sn, Bi, Mo, V, Mn, Ti, W. Нередко к ним присоединяют «не тяжелые» металлы и некоторые металлоиды – Be, Tl, Sr, Ga, Ge, As, Se, B. Термин «тяжелые металлы» в ряде случаев совпадает с понятием «микроэлементы».
Одной из серьезных экологических проблем России становится загрязнение земель нефтью и нефтепродуктами в таких нефтедобывающих районах, как Западная Сибирь, Среднее и Нижнее Поволжье и др. Причины загрязнения — аварии на магистральных и внутрипромысловых нефтепроводах, несовершенство технологии нефтедобычи, аварийные и технологические выбросы и т. д. Пример. В отдельных районах Тюменской и Томской областей концентрации нефтяных углеводородов в почвах превышают фоновые значения в 150— 250 раз. В Западной Сибири выявлено свыше 20 тыс. га, загрязненных нефтью с толщиной слоя не менее 5 см (Государственный доклад..., 1995).
К приоритетным загрязнителям в первую очередь относят тяжелые металлы. Миграция тяжелых металлов в почвах может происходить с жидкостью и суспензией при помощи корней растений или почвенных микроорганизмов.
Среди наиболее токсичных элементов, прежде всего, следует назвать ртуть, которая представляет наибольшую опасность в форме сильнотоксичного соединения – метилртути. Ртуть попадает в атмосферу при сжигании каменного угля и при испарении вод из загрязненных водоемов. С воздушными массами она может переноситься и откладываться на почвах в отдельных районах. Исследования показали, что ртуть хорошо сорбируется в верхних сантиметрах перегнойно-аккумулятивного горизонта разных типов почв суглинистого механического состава. Миграция ее по профилю и вымывание за пределы почвенного профиля в таких почвах незначительна. Однако в почвах легкого механического состава, кислых и обедненных гумусом процессы миграции ртути усиливаются. В таких почвах проявляется также процесс испарения органических соединений ртути, которые обладают свойствами летучести.
Свинец также обладает способностью передаваться по цепям питания, накапливаясь в тканях растений, животных и человека. Доза свинца, равная 100 мг/кг сухого веса корма, считается летальной для животных. Свинцовая пыль оседает на поверхности почв, адсорбируется органическими веществами, передвигается по профилю с почвенными растворами, но выносится за пределы почвенного профиля в небольших количествах. Благодаря процессам миграции в условиях кислой среды образуются техногенные аномалии свинца в почвах протяженностью 100 м. Свинец из почв поступает в растения и накапливается в них. В зерне пшеницы и ячменя количество его в 5-8 раз превышает фоновое содержание, в ботве картофеля – более чем в 20 раз, в клубнях – более чем в 26 раз.
Кадмий, подобно ванадию и цинку, аккумулируется в гумусовой толще почв. Характер его распределения в почвенном профиле и ландшафте имеет много общего с другими металлами, в частности с характером распределения свинца. Однако, кадмий закрепляется в почвенном профиле менее прочно, чем свинец. Максимальная адсорбция кадмия свойственна нейтральным и щелочным почвам с высоким содержанием гумуса и высокой емкостью поглощения. Содержание его в подзолистых почвах может составлять от сотых долей до 1 мг/кг, в черноземах – до 15-30, а в красноземах – до 60 мг/кг.
Мышьяк попадает в почву с продуктами сгорания угля, с отходами металлургической промышленности, с предприятий по производству удобрений. Наиболее прочно мышьяк удерживается в почах, содержащих активные формы Fe, Al, Ca. Токсичность мышьяка в почвах всем известна. Загрязнение почв мышьяком вызывает, например, гибель дождевых червей. Фоновое содержание мышьяка в почвах составляет сотые доли миллиграмма на кг почвы.
Цинк и медь менее токсичны, чем названные тяжелые металлы, но избыточное их количество в отходах металлургической промышленности загрязняет почву и угнетающе действует на рост микроорганизмов, понижает ферментативную активность почв, снижает урожай растений. Следует отметить усиление токсичности тяжелых металлов при их совместном воздействии на живые организмы в почве.
Фтор и его соединения находят широкое применение в атомной, нефтяной, химической и др. видах промышленности. Он попадает в почву с выбросами металлургических предприятий, в частности, алюминиевых заводов, а также как примесь при внесении суперфосфата и некоторых других инсектицидов. Загрязняя почву, фтор вызывает снижение урожая не только благодаря прямому токсическому действию, но и изменяя соотношение питательных веществ в почве. Кроме того, может снижаться водопроницаемость почв. Наибольшая адсорбция фтора происходит в почвах с хорошо развитым почвенным поглощающим комплексом. Растворимые фтористые соединения перемещаются по почвенному профилю с нисходящим током почвенных растворов и могут попадать в грунтовые воды.
Геохимические аномалии в снеговом покрове Геохимические аномалии в почвах Речные литохимические потоки Биогеохимические аномалии Характер связей: 1 – основные прямые; 2 – второстепенные прямые; 3 – обратные. 1 2 3
Согласно ГОСТ 17.4.1.02-83 «Охрана природы. Почвы. Классификация химических веществ для контроля загрязнения» вредные химические вещества, попадающие в почву распределены по трем классам опасности. Класс опасности Химическое вещество I As, Cd, Hg, Pb, Se, Zn, F, бенз (а) пирен II B, Co, Ni, Mo, Cu, Sb, Cr III Ba, V, W, Mn, Sr, ацетофенон Отнесение химических веществ, попадающих в почву из выбросов, сбросов, отходов к классам опасности
Классификация почв по содержанию и степени загрязнения ТМ, мг/кг (Биогеохимия…, 2000) Уровни содержания и загрязнения Pb Cd Zn Cu Ni Hg Содержание (валовое) Очень низкое < 5 < 0,05 < 15 < 5 < 10 < 0,05 Низкое 5-10 0,05-0,1 15-30 5-15 10-20 0,05-0,1 Среднее 10-35 0,1-0,25 30-70 15-50 20-50 0,1-0,25 Повышенное 35-70 0,25-0,5 70-100 50-80 50-70 0,25-0,5 Высокое 70-100 0,5-1,0 100-150 80-100 70-100 0,5-1,0 Загрязнение Слабое 100-150 1-2 150-200 100-150 100-150 1-2 Среднее 150-500 2-5 200-500 150-250 150-300 2-5 Высокое 500-1000 5-10 500-1000 250-500 300-600 5-10 Очень высокое > 1000 > 10 > 1000 > 500 > 600 > 10
Классификация почв по содержанию и степени загрязнения подвижных форм ТМ, мг/кг (Биогеохимия…, 2000) Уровни содержания и загрязнения Pb Cd Zn Cu Co Ni Содержание (п.ф., ацетатно-аммонийная вытяжка ) Очень низкое < 0,2 < 0,0 2 < 1 < 0,2 < 0,1 < 0, 2 Низкое 0,2-0,5 0,0 2 -0, 05 1-2 0,2-0,5 0,1-0,2 0, 2 -0, 5 Среднее 0,5-1,5 0, 05 -0, 10 3-5 0,5-1,5 0,2-0,5 0, 5 - 1,5 Высокое 1,5-5,0 0, 10 - 0,50 5-20 1,5-5,0 0,5-3,0 1,5-5,0 Загрязнение Слабое 5-10 0,5-1,0 20-50 5-10 3-5 5-10 Среднее 10-50 1,0-3,0 50-100 10-50 5-25 10-50 Высокое 50-100 3-5 100-200 50-100 25-50 50-100 Очень высокое > 100 > 5 > 200 > 1 00 > 5 0 > 10 0
