Загрязнение почвы химическими веществами и его последствия

     Антропогенное вмешательство может влиять на повышение концентрации природных веществ или вносить новые, посторонние для окружающей среды вещества, такие, как пестициды, ионы тяжелых металлов. Поэтому концентрация этих веществ (ксенобиотиков) должна определяться как в объектах окружающей среды (почве, воде, воздухе), так и в пищевых продуктах. Предельно допустимые нормы на присутствие остатков пестицидов в продуктах питания различны в разных странах и зависят от характера экономики (импорта- экспорта продовольствия), а также от привычной структуры питания населения.

                                                   2.1. Потеря почвы 

     Для устойчивого развития человеку необходимо осознать свое отрицательное воздействие на почву и принять меры по снижению этого воздействия.

     Увеличение численности человечества приводит к более интенсивному землепользованию. Характер деятельности человека весьма разнообразен, и условно можно выделить следующие аспекты: а) сельское и лесное хозяйство; б) разнообразное строительство; в) горнотехнические мероприятия.

     Самое разрушительное влияние на почву оказывает эрозия, т. е. процесс захватывания частиц почвы и их выноса водой (водяная эрозия) или ветром

(ветровая  эрозия). Вынос может быть медленным  и слабым, когда почва медленно  выдувается в ходе ветровой  эрозии, и катастрофическим, когда  водная эрозия образует глубокие  овраги после сильного ливня  (овражная эрозия). Растительный  покров или естественный опал (опавшие листья) обеспечивают защиту  земли от всех видов эрозии. Водная эрозия начинается с  капельной эрозии — действия  ударов дождевых капель; равномерное  смывание почвы с поверхности  называется плоскостной эрозией.  Для удержания воды и биогенов в почве важнее всего гумус и глина, удаление которых за счет эрозии приводит к опустыниванию почвы.

Земельный фонд России имеет много неудобных  земель: вечная мерзлота — 47—49%, пески, пустыни, полупустыни — 14—15%, заболоченные земли и болота — 9—10%, тундра — 8%, высокогорье — 3%, города и населенные пункты — 3% и только 15% — пахотные земли, площадь которых составляет около 230 млн га. Из них 160 млн га подвержены. За последние 25 лет площадь сельскохозяйственных угодий уменьшилась на 24%, а пашни — на 18%. На каждого жителя России приходится 1,5 га пахотных земель, в то время как на душу населения планеты

(обрабатывается  всего 10,4% всей суши) земли приходится  менее 0,5 га, и этот показатель имеет тенденцию к дальнейшему снижению.

Причинами потери почвы является выпахивание, перевыпас, сведение лесов и засоление почвы при орошении. Лесной покров особенно эффективно предохраняет почву от эрозии и удерживает почвенную влагу, так как принимает на себя удары дождевых капель и позволяет впитываться в рыхлый, пахотный слой почвы, покрытый опалом. Кроме этого леса эффективно усваивают элементы питания, освобожденные при разложении детрита, т. е, рециркулируют их.

Следовательно, вырубка леса не только приводит к  эрозии почвы, но и обедняет ее биогенный  состав. Сведение лесов происходит по трем основным причинам: освоение новых  территорий под сельскохозяйственные угодья, получение древесины для  строительства и бумажной промышленности, использование в качестве топлива.

     Процессы выветривания и почвообразования сильно зависят от климата и состава материнской породы. Если скорость эрозии не будет превышать скорости формирования почвы, то потери почвы не произойдет. Однако в большинстве агроэкосистем этот баланс нарушен, поскольку скорость эрозии в

2—10 раз  выше допустимой.

     В настоящее время эрозия почвы набирает силу, поскольку рост населения и экономические трудности заставляют людей вырубать леса, распахивать склоны гор и малопригодные засушливые территории, использовать методы интенсивного земледелия, которые ненадолго повышают урожай за счет дополнительной эрозии. 
 
 
 
 

                               3.. Биотехнология охраны земель 

     Загрязненность почв неорганическими ионами и нехватка полезных органических, избыток пестицидов и других вредных минеральных добавок приводят к снижению урожайности и качества сельскохозяйственных культур, а также эрозии и дефляции почвы. При этом традиционные удобрения и методы внесения их в почву являются весьма затратными. (По мнению специалистов

США, на производство стакана молока необходимо расходовать  в настоящее время стакан дизтоплива).

      Вместе с тем имеются безграничные, возобновляемые ресурсы удобрений, содержащие необходимые питательные элементы для сельхозкультур и близкие, а иногда и превышающие по качеству органические удобрения (например: осадки сточных вод станций аэрации). Широкому применению их в сельском хозяйстве препятствует бактериальная зараженность и содержание тяжелых металлов. Если первое препятствие (технически и организационно) в целом разрешимо, то второе — требует новых подходов, основанных на биотехнологических приемах.

     В настоящее время в России и за рубежом проводится большая работа по селекции и получению методами генетической инженерии микроорганизмов, способных при внесении их в почву вместе с осадками продуцировать полимеры, переводящие тяжелые металлы в неподвижные формы, и осуществляющие одновременно процесс азотфиксации (усвоение атмосферного азота).

     Уже не одно десятилетие насчитывает опыт применения красного калифорнийского червя для получения биологически ценного удобрения

(биогумуса) из клетчаткосодержащих и широкого спектра органических отходов, а также для улучшения структуры почв, аэрирования. Прошедший через червя гумус обогащен всеми необходимыми аминокислотами, микроэлементами.

     Одним из наиболее распространенных и стойких загрязнений земель является нефть. Естественная микрофлора, адаптируясь, способна разрушить загрязнения такого типа. Смешение загрязненной нефтью почвы с измельченной сосновой корой ускоряет на порядок скорость разрушения нефти за счет способности микроорганизмов, существующих на поверхности коры, к росту сложных углеводородов, входящих в состав сосновой смолы, а также адсорбции нефтепродуктов корой. Такой биотехнологический прием получил название

«микробное  восстановление загрязненной нефтью почвы».

     Не менее перспективным и эффективным является бактериальный препарат

«Путидойл», промышленный выпуск которого освоен в г. Бердске Свердловской области. Препарат представляет собой лиофилизированную (высушенную при низких температурах под вакуумом) и дезинтегрированную клеточную массу бактерий рода Pseudo — топаз. Конкретные параметры и технология выращивания клеточной массы бактерий являются коммерческим секретом, ноу-хау авторов, но эффект огромный. Внесение путидойла на загрязненные места (территории) с нефтью и нефтепродуктами позволяет через 1-3 суток полностью разрушить загрязнения до конечных продуктов (воды и углекислоты) и восстановить естественные свойства почв. 

                                              4. Почва в Новосибирске 

     Промышленность Новосибирска представлена крупными машиностроительными, приборостроительными и радиотехническими предприятиями, заводами цветных и редких металлов, несколькими ТЭЦ и др. Почвы и грунты территории Новосибирска характеризуются поликомпонентным загрязнением, более интенсивным в правобережной части города. Территориально характер загрязнения отражает как правило структуру и мощность источников выбросов. Вдоль основных транспортных артерий правобережной части города - пр. Дзержинского, ул.Никитина, ул.Богаткова, Шамшиных, Владимирской и других – установлены линейные ареалы высоких концентраций свинца(до 100-200мг/кг) и цинка.

     В Новосибирске наибольшее количество специфических вредных веществ выбрасывается олово комбинатом Мин. металлургии России -2,6 т/год мышьяка , предприятиями Мин. электропрома России (по ”Оксид” - 0,107 т/год свинца, завод конденсаторов - 0,263 т/год свинца).Обследование почв Новосибирска проводилось в Дзержинском, Кировском, Ленинском районах. Почвы загрязнены цинком и свинцом. Средние показатели валовых форм этих элементов равны соответственно 4,1 ПДК и 28,5 ПДК.В отдельных пробах почв отмечены высокие валовые содержания меди (3 ПДК) и кадмия (4 ПДК). Массовые доли подвижных форм цинка в среднем составляют 2 ПДК, максимально достигали 35 ПДК. Наблюдается загрязнения почв подвижными формами меди (3 ПДК) и никеля. Городские почвы характеризуются высоким содержанием тяжелых металлов и хлорорганических соединений в верхнем слое 0-10 см., что является результатом техногенного воздействия на них. На больших площадях почвы сильно загрязнены трихлордифенилом (превышает ПДК более, чем в 10 раз), на меньших площадях - Cu, Ni, Zn, Cd , Pb. В промышленной зоне содержание As равно 29 ПДК, содержание Pb равно 2,8 ПДК , содержание Zn равно 2 ПДК, содержание Cu - 0,8 ПДК, содержание Cd равно 0,05 ПДК.

      По расчетам ученых, при современном уровне загрязнения окружающей среды и продуктов питания у 44 процентов детей в городах России могут возникнуть проблемы в поведении и учении, обусловленные воздействием свинца.

По данным Госкомитета РФ по охране окружающей среды наибольший уровень загрязнения  воздуха в таких городах, как  Москва, Новосибирск, Екатеринбург, Самара, Омск и других.

          Изучение элементного химического состава почв, растений и вод показало, что Западная Сибирь представляет сложный в биогеохимическом отношении регион. Здесь имеются обширные территории с пониженным и повышенным естественным содержанием макро- и микроэлементов в объектах природной среды. Они приурочены к различным природным зонам и геоморфологическим структурам и различаются между собой по составу и количеству элементов движущихся по пищевой цепи.

     Наиболее хорошо геохимические особенности региона отражает содержание B, I, Br, F, Sr, Li в объектах природной среды. На засушливом юге, в лесостепной и степной зонах на пониженных Барабинской, Кулундинской, Ишимской равнинах, где господствуют засоленные аккумулятивные ландшафты. Высокие концентрации F, I, Br и неблагоприятное для животных и человека отношение Ca/Sr характерны для засоленных вод и почв аккумулятивных ландшафтов, где преимущественно расположены кормовые угодья. Поэтому проблема избытка названных элементов — прежде всего животноводческая, и об этом свидетельствуют выявленные здесь эндемические заболевания животных.

     Иная картина наблюдается в таежной зоне Западной Сибири и Новосибирском Приобье и Присалаирье, где в почвах и водах найдено малое количество подвижных F и I, а у населения и животных обнаружен их хронический дефицит, вызывающий заболевания эндокринной системы и кариес. Недостаток этих галогенов в питьевых водах особенно актуален для жителей крупных городов (Новосибирск, Барнаул и др.). Здесь, из-за жесткой химической очистки, концентрация их снижается до критически низкого уровня (если в водах Оби содержание F и I составляет соответственно 600 и 10 мкг/л, то в водопроводной воде оно не превышает 250 и 3–4 мкг/л).

     Валовое содержание многих макро- и микроэлементов в почвах диктуется литологическими особенностями почвообразующих пород, их минералогическим и гранулометрическим составом, а также направлением почвообразовательного процесса. Наиболее высокое количество P, As, Zn, Cu, Co, Mo, Cr, Ni и других элементов выявлено в почвообразующих породах и почвах в районах, тяготеющих к горному окаймлению Западно-Сибирской равнины, богатому различными рудопроявлениями. Здесь природное содержание в почвах такого токсичного элемента, как As часто превышает установленную в России его предельно допустимую концентрацию (ПДК).

    Подвижность Mo и V заметно изменяется под влиянием почвообразовательного процесса, что может приводить к избыточному их накоплению в растениях и водах, а также нарушению оптимального для животных и человека отношения с другими элементами, например Cu:Mo. Еще сильнее условия почвообразования влияют на поступление в пищевую цепь Fe и Mn. В южных районах Западной Сибири, прежде всего в Кулунде, где валовые запасы этих элементов в почвах невелики, а из-за щелочной реакции среды и окислительной обстановки подвижность мала, растения, животные и человек могут испытывать дефицит Fe и Mn. На территориях же с влажным климатом, где преобладают почвы с кислой реакции среды (преимущественно таежная зона Западной Сибири), напротив, наблюдается высокая подвижность Fe и Mn в почвах и избыточное поступление их в пищевую цепь.

     В настоящее же время антропогенное воздействие на окружающую среду привело к количественно-качественному изменению пула мигрирующих в биосфере химических элементов. В биогеохимическом цикле произошло: а) уменьшение количества элементов-биофилов; б) нарушение соотношений между элементами; в) увеличение доли токсичных веществ. Это отрицательно сказалось на минеральной полноценности и экологической безопасности растительной продукции и отразилось на здоровье человека и животных. В Западной Сибири отмечено ухудшение минеральной полноценности и экологической безопасности растительной продукции, уменьшение продуктивности животных и способности их к воспроизводству. Среди населения Новосибирской области распространяются заболевания, связанные с дефицитом в пищевой цепи I, F, Zn, Cu, Co, Se и избытком Pb, Cd (эндемический зоб, сахарный диабет, половое недоразвитие детей и подростков, анемии и т.д.).