Источники и масштабы tеxнoгенного загрязнения биосферы

Санитарное состояние  почвы оценивается такими показателями:

• санитарно-химическая оценка (санитарное число, выражающее отношение белкового азота к общему органическому азоту; БПК; кислотность; окисляемость; содержание сульфат- и хлоридионов; тяжелых металлов; пестицидов; нефти и т.д.);
• санитарно-энтомологическая оценка (количество насекомых, связанных с жильем, прежде всего, личинок мух);
• санитарно-гельминтологическая оценка (количество яиц гельминтов);
• санитарно-бактериологическая оценка (бактерии группы кишечной палочки и другие патогенные микроорганизмы, которые могут вызвать заболевания людей или домашних животных).

Специальные анализы выполняют  для установления присутствия возбудителей дизентерии, тифа, чумы, холеры, болезни  Боткина, туберкулеза и других болезней.

Перечень таких показателей  для разных видов землепользования: населенных пунктов, курортов и зон  отдыха, зон источников водоснабжения, территорий предприятий, сельхозугодий  и лесов - различен.

В чистых почвах организмы, характеризующие санитарно - бактериологические показатели, отсутствуют. Наличие таких  организмов в почве указывает  на специфическое органическое, фекальное  или другие виды загрязнения.

Некоторые гигиенические  показатели санитарного состояния  почв приведены в табл. 6.1.

Таблица 6.1 - Комплексная  гигиеническая диагностика почвы

В качестве показателя бактериального загрязнения почвы используют коли-титр (титр кишечной палочки) и титр одного из анаэробов. Эти бактерии поступают  в почву с фекалиями. Так как  анаэроб обладает способностью спорообразования, он сохраняется в почве более  продолжительное время, чем кишечная палочка. Наличие в почве анаэроба при отсутствии кишечной палочки свидетельствует о старом фекальном загрязнении.

Проблема санитарной охраны грунтов от загрязнения отходами хозяйствования приобрела чрезвычайную остроту, однако эффективные средства для ее радикального решения пока что не найдены, поскольку до последнего времени вопросу утилизации и  уничтожению отходов отводилось недостаточно внимания.

6.2. Загрязнение  почвы тяжелыми металлами

К тяжелым металлам (ТМ) относятся  около 40 металлов с атомными массами  свыше 50 и плотностью более 5 г/см3, хотя в число ТМ входит и легкий бериллий. Оба признака достаточно условны  и перечни ТМ по ним не совпадают.

По токсичности и распространению  в окружающей среде можно выделить приоритетную группу ТМ: РЬ, Hg, Cd, As, Bi, Sn, V, Sb. Несколько меньшее значение имеют: Сг, Cu, Zn, Mn, Ni, Со, Мо. Все ТМ в той или иной степени ядовиты, хотя некоторые из них (Fe, Cu, Co,Zn, Mn) входят в состав биомолекул и витаминов.

Тяжелые металлы антропогенного происхождения попадают из воздуха  в почву в виде твердых или  жидких осадков. Лесные массивы с  их развитой контактирующей поверхностью особенно интенсивно задерживают тяжелые  металлы.

В общем, опасность загрязнения  тяжелыми металлами из воздуха существует в равной степени для любых  почв. Тяжелые металлы негативно  влияют на почвенные процессы, плодородие почв и качество сельскохозяйственной продукции. Восстановление биологической  продуктивности почв, загрязненных тяжелыми металлами - одна из наиболее сложных  проблем охраны биоценозов.

Важной особенностью металлов является устойчивость загрязнения. Сам  элемент разрушиться не может, переходя из одного соединения в другое или  перемещаясь между жидкой и твердой  фазами. Возможны окислительно-восстановительные  переходы металлов с переменной валентностью.

Опасные для растений концентрации ТМ зависят от генетического типа почвы. Основными показателями, влияющими  на накопление ТМ в почва, являются кислотно-основные свойства и содержание гумуса.

Учесть все разнообразие почвенно-геохимических условий  при установлений ПДК тяжелых  металлов практически невозможно. В  настоящее время для ряда тяжелых  металлов установлены ОДК их содержания в почвах, которые используются в  качестве ПДК (Приложение 3).

При превышении допустимых значений содержания ТМ в почвах эти  элементы накапливаются в растениях  в количествах, превышающих их ПДК  в кормах и продуктах питания.

В загрязненных почвах глубина  проникновения ТМ обычно не превышает 20 см, однако при сильном загрязнении  ТМ могут проникать на глубину  до 1,5м. Среди всех тяжелых металлов цинк и ртуть обладает наибольшей миграционной способностью и распределяются равномерно в слое почвы на глубине 0...20 см, в то время как свинец накапливается  только в поверхностном слое (0...2,5 см). Промежуточное положение между этими металлами занимает кадмий.

У свинца четко выражена тенденция к накоплению в почве, т.к. его ионы малоподвижны даже при низких значениях рН. Для различных видов почв скорость вымывания свинца колеблется от 4г до 30 г/га в год. В то же время количество вносимого свинца может составлять в различных районах 40...530 г/га в год. Попадающий при химическом загрязнении в почву свинец сравнительно легко образует гидроксид в нейтральной или щелочной среде. Если почва содержит растворимые фосфаты, тогда гидроксид свинца переходит труднорастворимые фосфаты.

Значительные загрязнения  почвы свинцом можно обнаружить вдоль крупных автомагистралей, вблизи предприятий цветной металлургии  вблизи установок по сжиганию отходов, где отсутствует очистки отходящих  газов. Проводимая постепенная замена моторного топлива,  содержащего  тетраэтилсвинец, топливом без свинца дает положительные результаты: поступление  свинца в почву резко снизилось  и в будущем этот источник загрязнения  в значительной степени будет  ликвидирован.

Опасность попадания свинца с частицами почв в организм ребенка  является одним из определяющих факторов при оценке опасности загрязнения  почв населенных пунктов. Фоновые концентрации свинца в почвах разного типа колеблются в пределах 10...70 мг/кг. По мнению американских исследователей, содержание свинца в  городских почвах не должно превышать 100 мг/кг - при этом обеспечивается защита, организма ребенка от избыточного  поступления свинца через руки и  загрязненные игрушки. В реальных же условиях содержание свинца в  почве  значительно превышает этот уровень. В большинстве городов содержание свинца в почве варьируется в  пределах 30 ... 150 мг/кг при средней  величине около 100 мг/кг. Наиболее высокое  содержание свинца от 100 до 1000 мг/кг - обнаруживается в почве городов, в которых  расположены металлургические и  аккумуляторные предприятия (Алчевск, Запорожье, Днепродзержинск, Днепропетровск, Донецк, Мариуполь, Кривой Рог).

Растения более устойчивы  по отношению к свинцу, чем люди и животные, поэтому необходимо тщательно  следить за содержанием свинца в  продуктах питания растительного  происхождения и в фураже.

У животных на пастбищах  первые признаки отравления свинцом  наблюдаются при суточной дозе около 50 мг/кг сухого сена (на сильно загрязненных свинцом почвах получаемое сено может  содержать свинца 6,5 г/кг сухого сена!). Для людей при употреблении салата ПДК составляет 7,5 мг свинца на 1 кг листьев.

В отличие от свинца кадмий попадает в почву в значительно  меньших количествах: около 3...35 г/га в год. Кадмий заносится в почву  из воздуха (около 3 г/га в год) либо с  фосфорсодержащими удобрениями (35...260 г/т). В некоторых случаях источником загрязнения могут быть предприятия, связанные с переработкой кадмия. В кислых почвах со значением рН<6 ионы кадмия весьма подвижны и накопления металла не наблюдается. При значениях рН>6 кадмий отлагается вместе с гидроксидами железа, марганца и алюминия, при этом происходит потеря протонов группами ОН. Такой процесс при понижении рН становится обратимым, и кадмий, а также другие ТМ, могут необратимо медленно диффундировать в кристаллическую решетку оксидов и глин.

Соединения кадмия с гуминовыми кислотами значительно менее  устойчивы, чем аналогичные соединения свинца. Соответственно накопление кадмия в гумусе протекает в значительно  меньшей степени, чем накопление свинца.

В качестве специфичного соединения кадмия в почве можно назвать  сульфид кадмия, который образуется из сульфатов при благоприятных  условия восстановления. Карбонат кадмия образуется только при значениях  рН >8, таким образом, предпосылки  для его осуществления крайне незначительны.

Между отдельными видами растений наблюдаются значительные  различия. Если шпинат (300 млрд"1), кочанный салат (42 млрд"1), петрушку (31 млрд"1), а  также сельдерей, кресс-салат, свеклу и лук-резанец можно отнести  к растениям, „обогащенным" кадмием, то в бобовых, томата косточковых  и семечковых фруктах содержится относительно мало кадмия (10...20 млрд"1). Все концентрации указаны относительно массы свежего растения (или плода). Из зерновых культур зерно пшеницы  сильнее загрязнено кадмием, чем  зерно ржи (50 и 25 млрд"1), однако 80...90% поступившего из корней кадмия остается в корнях и соломе.

Поглощение кадмия растениями из почвы (перенос почва/растения) зависит  не только от вида растения, но и от содержания кадмия в почве. При высокой  концентрации кадмия в почве (более 40 мг/кг) на первом месте стоит его  поглощение корнями; при меньшем  содержании наибольшее поглощение происходит из воздуха через молодые побеги. Длительность роста также влияет на обогащение кадмием: чем короче вегетация, тем меньше перенос из почвы в  растение. Это является причиной того, что накопление кадмия в растениях  из удобрений оказывается меньшим, чем его разбавление за счет ускорения  роста растения, вызванного действием  этих же удобрений.

Если в растениях достигается  высокая концентрация кадмия, то это  может привести к нарушениям нормального  роста растений. Урожай бобов и  моркови, например, снижается на 50%, если содержание кадмия в субстрате  составляет 250 млн.^-1. У моркови листья увядают концентрации кадмия 50 мг/кг субстрата. У бобов при этой концентрации на листьях выступают ржавые (резко очерченные) пятна. У овса на концах листьев можно наблюдать хлороз (пониженное содержание хлорофилла.

По сравнению с растениями многие виды грибов накапливают большое  количество кадмия. К грибам с высоким  содержанием кадмия относят некоторые  разновидности шампиньонов, в частности  овечий шампиньон, в то время как  луговой и культурный шампиньоны содержит относительно мало кадмия. При  исследовании различных частей грибов было установлено, что пластинки в них содержат больше кадмия, чем сама шляпка, а меньше всего кадмия в ножке гриба. Как показывают опыты по выращиванию шампиньонов, двух-трехкратное увеличение содержания кадмия в грибах обнаруживается в том случае, если его концентрация в субстрате увеличивается в 10 раз.

Дождевые черви обладают способностью быстрого накопление кадмия из почвы, вследствие чего они оказались  пригодными для биоиндикации остатков кадмия в почве.

Подвижность ионов меди еще  выше, чем подвижность ионов кадмия. Это создает более благоприятные  условия для усвоения меди растениями. Благодаря своей высокой подвижности  медь легче вымывается из почвы чем  свинец. Растворимость соединений меди в почве заметно увеличивается  при значениях рН< 5. Хотя медь в  следовых концентрациях считается  необходимой для жизнедеятельности, у растений токсические действия проявляются при содержании 20 мг на кг сухого вещества.

Известно альгицидное  действие меди. Медь оказывает токсическое  действие и на микроорганизмы, при  этом достаточна концентрация около 0,1мг/л. Подвижность ионов меди в гумусном слое ниже, чем в расположенном  ниже минеральном слое.

К сравнительно подвижным  элементам в почве относится  цинк поэтому принадлежит к числу  распространенных в технике и  быту металлов, составляет ежегодное  внесение его в почву достаточно велико: оно составляет 100...2700г на гектар. Особенно загрязнена почва  вблизи предприятий, перерабатывающих цинксодержащие руды.

Растворимость цинка в  почве начинает увеличиваться при  значениях рН<6 При более высоких значениях рН и в присутствии фосфатов усвояемость цинка растениями значительно понижается. Для сохранения цинка в почве важнейшую роль играют процессы адсорбции и десорбции, определяемые значением рН, в глинах и различных оксидах. В лесных гумусовых почвах цинк не накапливается; например, он быстро вымывается благодаря постоянному естественному поддержанию кислой среды.