Загрезнения почвы

2. Эрозия почв (водная  и ветреная) и методы  борьбы с ней 

Широкое использование  земель, особенно возросшее в эпоху  НТР, привело к увеличению распространения  водной и ветровой эрозий (дефляции). Под их воздействием происходит вынос (водой либо ветром) почвенных агрегатов из верхнего, наиболее ценного слоя почвы, который приводит к снижению ее плодородия. Водная и ветровая эрозии, вызывая истощение почвенных ресурсов, являются опасным экологическим фактором.

Общая площадь  земель, подверженных водной и ветровой эрозии, измеряется многими миллионами гектаров. По имеющимся оценкам, водной эрозии подвержено 31% суши, а ветровой —34%. Косвенным свидетельством возросших масштабов водной и ветровой эрозии в эпоху НТР является увеличение твердого стока реками в океан, который ныне оценивается в 60 млрд. т, хотя 30 лет тому назад эта величина была почти в 2 раза меньше.

Общее сельскохозяйственное использование земель (включая пастбища и сенокосы) составляет около  ¹ / ₃ суши. В результате водной и ветровой эрозии во всем мире пострадало около 430 млн. га земли, а при сохранении нынешних масштабов эрозии к концу века эта величина может удвоиться.

Ветровой эрозии наиболее подвержены частицы почвы 0,5— 0,1 мм и менее, которые при  скоростях ветра у поверхности почвы 3,8—6,6 м/с приходят в движение и перемещаются на большие расстояния. Мелкие почвенные частицы (<,0,1 мм) способны преодолевать расстояние в сотни (иногда тысячи километров). На основании аэрокосмических снимков выявлено, что пыльные бури в Сахаре прослеживались вплоть до Северной Америки.

Категория частиц 0,5—0,1 мм является одной из агрономически  ценных, поэтому ветровая эрозия снижает  почвенное плодородие. Не менее деятельным процессом является водная эрозия, так как при смыве водой возрастает размер вымываемых почвенных частиц.

Смыв почвы  зависит от типа почвы, ее физико-механического  состава, величины поверхностного стока  и состояния поверхности почвы (агрофон). Показатели смыва почвы  изменяются для различных пахотных угодий в весьма широких пределах. Для южных черноземов показатели смыва почв (т/га) меняются от 21,7 (зяблевая вспашка вдоль склона), 14,9 (то же поперек склона) до 0,2 (многолетняя залежь). Интенсивность эрозии в современную эпоху порождена прямыми либо косвенными последствиями антропогенного происхождения. К первым следует отнести широкую распашку земель в эрозионно-опасных районах, особенно в аридной либо семиаридной зонах. Такое явление типично для большинства развивающихся стран.     

 Однако интенсивность эрозии возросла и в развитых странах, в том числе во Франции, Италии, ФРГ, Греции. Эрозионно-опасными считаются некоторые районы Нечерноземной зоны РСФСР, поскольку серые лесные почвы очень подвержены размыву. Эрозия имеет место и на переувлажненных орошаемых массивах.

В трудном положении  оказываются районы, в которых  происходит одновременное проявление водной и ветровой эрозии. В нашей стране к таким относятся лесостепные и частично степные районы Центральной черноземной области, Поволжья, Зауралья, Западной и Восточной Сибири с интенсивным сельскохозяйственным использованием. Водная и ветровая эрозии развиваются в зоне недостаточного увлажнения с чередованием влажных и засухоустойчивых лет (либо сезонов) по таким схемам: смыв — осушение почвы — выдувание, выдувание — переувлажнение почвы — смыв. Отмечается, что она может проявляться на участках со сложным рельефом неодинаково: на склонах северных экспозиций преобладает водная эрозия, на южных с ветроударным эффектом — ветровая. Одновременное развитие водной и ветровой эрозий может вызывать особенно большие нарушения почвенного покрова.

Ветровая эрозия возникает в степных районах  с большими площадями пашни при  скоростях ветра 10—15 м/с. (Поволжье, Северный Кавказ, юг Западной Сибири). Наибольший ущерб сельскому хозяйству наносят пыльные бури (наблюдающиеся ранней весной и летом), которые приводят к уничтожению посевов, снижению почвенного плодородия, загрязнению атмосферы, занесению полос и мелиоративных систем. Граница пыльных бурь проходит южнее линии Балта — Кременчуг — Полтава — Харьков — Балашов   — Куйбышев — Уфа — Новотроицк.

Почвозащитная система земледелия, разработанная  в Казахстане, нашла широкое распространение. Ее основой является переход от отвальной обработки почвы с помощью плуга к безотвальной с применением орудий плоскорезного типа, сохраняющих стерню и растительные остатки на поверхности почвы, а на почвах легкого механического состава — введение почвозащитных севооборотов с полосным размещением однолетних культур и многолетних трав. Благодаря почвозащитной системе земледелия обеспечивается не только защита почв от ветровой эрозии, но и более эффективное использование атмосферных осадков. При плоскорезной обработке почва промерзает на меньшую глубину и весенний поверхностный сток используется для увлажнения поверхностных горизонтов почвы, в результате чего снижается губительное воздействие засух па урожай зерновых культур в самые засушливые годы. Эрозия почвы может причинять как прямой ущерб — за счет уменьшения плодородия почвы, так и косвенный — за счет перевода одних ценных пахотных угодий в другие, менее ценные (например, лесные полосы либо луга). Только для агролесомелиоративных мероприятий защиты почв от эрозии, в которой нуждаются многие миллионы гектаров пашни, необходимо под лесопосадки использовать около 2,6% этой площади.

Для защиты почв от эрозии в настоящее время используется система научно-организационных, агролесомелиоративных  и гидротехнических мероприятий. Основные виды борьбы с водной эрозией заключаются в максимальном снижении величины поверхностного стока и перевода его в подземный за счет почвозащитных севооборотов при соотношение посевов многолетних трав и однолетних культур 1:2, глубоком поперечном бороздовании склонов, лунковании почвы, внедрении лесонасаждений. Гидротехнические меры борьбы с водной эрозией включают в себя строительство прудов и водоемов для уменьшения величины талого стока. В зависимости от степени смытости почвы все сельскохозяйственные земли разделяются на девять категорий. К первой из них отнесены земли, не подверженные эрозии, к девятой — непригодные земли для земледелия. Для каждой из категорий земель (кроме девятой) рекомендована своя противоэрозионная система земледелия.  

3. Промышленное загрязнение  почвы 

3.1. Кислотные дожди

Термином "кислотные  дожди" называют все виды метеорологических  осадков - дождь, снег, град, туман, дождь  со снегом, - рН которых меньше, чем  среднее значение рН дождевой воды (средний рН для дождевой воды равняется 5.6). Выделяющиеся в процессе человеческой деятельности двуокись серы (SO ₂ ) и окислы азота (NО _x ) трансформируются в атмосфере земли в кислотообразующие частицы [4, с. 91]. Эти частицы вступают в реакцию с водой атмосферы, превращая ее в растворы кислот, которые и понижают рН дождевой воды. Впервые термин «кислотный дождь» был введен в 1872 году английским исследователем Ангусом Смитом. Его внимание привлек викторианский смог в Манчестере. И хотя ученые того времени отвергли теорию о существовании кислотных дождей, сегодня уже никто не сомневается, что кислотные дожди являются одной из причин гибели жизни в водоемах, лесов, урожаев, и растительности. Кроме того, кислотные дожди разрушают здания и памятники культуры, трубопроводы, приводят в негодность автомобили, понижают плодородие почв и могут приводить к просачиванию токсичных металлов в водоносные слои почвы.

Вода обычного дождя тоже представляет собой слабокислый  раствор. Это происходит вследствие того, что природные вещества атмосферы, такие как двуокись углерода (СО ₂ ), вступают в реакцию с дождевой водой. При этом образуется слабая угольная кислота (CO ₂ + H ₂ O —> H ₂ CO ₃ ). [5, с. 423-424] Тогда как в идеале рН дождевой воды равняется 5.6-5.7, в реальной жизни показатель кислотности (рН) дождевой воды в одной местности может отличаться от показателя кислотности дождевой воды в другой местности. Это, прежде всего, зависит от состава газов, содержащихся в атмосфере той или иной местности, таких как оксид серы и оксиды азота.

В 1883 году шведский ученый Сванте Аррениус ввел в обращение два термина - кислота и основание. Он назвал кислотами вещества, которые при растворении в воде образуют свободные положительно заряженные ионы водорода (Н ⁺ ). Основаниями он назвал вещества, которые при растворении в воде образуют свободные отрицательно заряженные гидроксид-ионы (ОН ^- ). Термин рН используют в качестве показателя кислотности воды. "Термин рН значит в переводе с английского "показатель степени концентрации ионов водорода". [5, с. 428]

Значение рН измеряется на шкале от 0 до 14. В воде и водных растворах присутствуют как ионы водорода(Н ⁺ ), так и гидроксид-ионы (ОН ^- ). Когда концентрация ионов водорода (Н ⁺ ) в воде или растворе равна концентрации гидроксид-ионов (ОН ^- ) в том же растворе, то такой раствор является нейтральным. Значение рН нейтрального раствора равняются 7 (на шкале от 0 до 14). Как вы уже знаете, при растворении кислот в воде повышается концентрация свободных ионов водорода (Н ⁺ ). Они то и повышают кислотность воды или, иными словами, рН воды. При этом, с повышением концентрации ионов водорода (Н ⁺ ) понижается концентрация гидроксид-ионов (ОН ^- ). Те растворы, значение рН которых на приведенной шкале находится в пределах от 0 до <7, называются кислыми. Когда в воду попадают щелочи, то в воде повышается концентрация гидроксид-ионов (ОН ^- ). При этом в растворе понижается концентрация ионов водорода (Н ⁺ ). Растворы, значение рН которых находится в пределах от >7 до 14, называются щелочными.

Следует обратить внимание еще на одну особенность  шкалы рН. Каждая последующая ступенька на шкале рН говорит о десятикратном уменьшении концентрации ионов водорода (Н ⁺ ) (и, соответственно, кислотности) в растворе и увеличении концентрации гидроксид-ионов (ОН ^- ). Например, кислотность вещества со значением рН4 в десять раз выше кислотности вещества со значением рН5, в сто раз выше, чем кислотность вещества со значением рН6 и в сто тысяч раз выше, чем кислотность вещества со значением рН9.

Кислотный дождь  образуется в результате реакции  между водой и такими загрязняющими  веществами, как оксид серы (SO ₂ ) и различными оксидами азота (NO _х ). Эти вещества выбрасываются в атмосферу автомобильным транспортом, в результате деятельности металлургических предприятий и электростанций, а также при сжигании угля и древесины. Вступая в реакцию с водой атмосферы, они превращаются в растворы кислот - серной, сернистой, азотистой и азотной. Затем, вместе со снегом или дождем, они выпадают на землю.

Последствия выпадения  кислотных дождей наблюдаются в  США, Германии, Чехии, Словакии, Нидерландах, Швейцарии, Австралии, республиках бывшей Югославии и еще во многих странах земного шара.

Кислотный дождь  оказывает отрицательное воздействие  на водоемы - озера, реки, заливы, пруды - повышая их кислотность до такого уровня, что в них погибает флора  и фауна. Водяные растения лучше всего растут в воде со значениями рН между 7 и 9.2. С увеличением кислотности (показатели рН удаляются влево от точки отсчета 7) водяные растения начинают погибать, лишая других животных водоема пищи. При кислотности рН6 погибают пресноводные креветки. Когда кислотность повышается до рН5.5, погибают донные бактерии, которые разлагают органические вещества и листья, и органический мусор начинает скапливаться на дне. Затем гибнет планктон - крошечное животное, которое составляет основу пищевой цепи водоема и питается веществами, образующимися при разложении бактериями органических веществ. Когда кислотность достигает рН 4.5, погибает вся рыба, большинство лягушек и насекомых.

По мере накопления органических веществ на дне водоемов из них начинают выщелачиваться токсичные металлы. Повышенная кислотность воды способствует более высокой растворимости таких опасных металлов, как алюминий, кадмий, ртуть и свинец из донных отложений и почв.

Эти токсичные  металлы представляют опасность  для здоровья человека. Люди, пьющие воду с высоким содержанием свинца или принимающие в пищу рыбу с высоким содержанием ртути, могут приобрести серьезные заболевания.

Кислотный дождь  наносит вред не только водной флоре  и фауне. Он также уничтожает растительность на суше. Ученые считают, что хотя до сегодняшнего дня механизм до конца еще не изучен, "сложная смесь загрязняющих веществ, включающая кислотные осадки, озон, и тяжелые металлы...в совокупности приводят к деградации лесов.

Экономические потери от кислотных дождей в США, по оценкам одного исследования, составляют ежегодно на восточном побережье 13 миллионов долларов и к концу века убытки достигнут 1.750 миллиардов долларов от потери лесов; 8.300 миллиардов долларов от потери урожаев (только в бассейне реки Огайо) и только в штате Минессота 40 миллионов долларов на медицинские расходы. Единственный способ изменить ситуацию к лучшему, по мнению многих специалистов, - это уменьшить количество вредных выбросов в атмосферу.

3.2. Тяжелые металлы 

Тяжелые металлы относятся к приоритетным загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательны во всех средах.