Почва и ее строение. Загрязнение почв. Нормирование и контроль загрязнения почв

Почва – самостоятельное естественно-историческое органоминеральное природное тело, возникающее на поверхности земной суши в результате длительного воздействия биотических, абиотических и антропогенных факторов, состоящее из твердых минеральных и органических частиц, воды и воздуха и имеющее специфические генетико-морфологические признаки, свойства, создающие соответствующие условия для роста и развития растений. Как вытекает из приведенного определения, почва – трехфазная среда, включающая твердые, жидкие и газообразные компоненты. Она представляет продукт физического, химического и биологического преобразования различных пород, т. е. сложного взаимодействия климата, растений, животных и микроорганизмов. Почва постоянно развивается и изменяется, вследствие чего существует большое разнообразие ее типов. В результате перемещения и превращения веществ почва расчленяется на отдельные слои, или горизонты, сочетание которых составляет ее профиль.

Избыток или недостаток гумуса определяет плодородие почвы, так как в нем происходят сложные обменные процессы, в результате которых образуются элементы питания растений. Он может иметь зернистую, комковатую или слоистую структуру.

Одно из наиболее важных физических свойств почвы – ее механический состав, т.е. содержание частиц разного размера. Установлены четыре градации механического состава: песок, супесь, суглинок и глина.

От механического состава зависят водопроницаемость почвы, ее способность удерживать влагу, проникновение в нее корней растений и др. Кроме того, каждая почва характеризуется плотностью, тепловыми свойствами, влагоемкостью и влагопроницаемостью. Большое значение для почвы имеет аэрация, т. е. насыщение ее воздухом и способность к такому насыщению.

Химические свойства почвы зависят от содержания минеральных веществ, которые находятся в ней в виде растворенных ионов. Одни ионы вредны для растений, а другие – жизненно необходимы. Концентрация в почве ионов водорода (pH) в среднем близка к нейтральному значению. Флора таких почв особенно богата видами. Известковые и засоленные почвы имеют pH = 8…9, а торфяные – до 4. На этих почвах развивается специфическая растительность.

В почве обитает множество видов растительных и животных организмов, влияющих на ее физико-химические характеристики: бактерии, водоросли, грибы, простейшие одноклеточные, черви и членистоногие.

Именно почва в наибольшей степени подвергается загрязнению, что вызывает нарушение физических, химических и биологических процессов, протекающих в ней. Загрязнение почвы непосредственно связано с загрязнением атмосферы и вод. В почву попадают твердые и жидкие промышленные, сельскохозяйственные и бытовые отходы. Основными загрязняющими веществами являются металлы и их соединения, радиоактивные вещества, удобрения и пестициды.

Загрязнения меняют ход почвообразовательного процесса, резко снижают урожаи, накапливаются в растениях (например, тяжелые металлы), из которых прямо или косвенно (через растительные или животные продукты питания) попадают в организм человека. Кроме того, загрязнения приводят к ослаблению самоочищения почв от болезнетворных и других нежелательных микроорганизмов, что создает опасность массовых заболеваний. Так, в незагрязненных почвах возбудители дизентерии, тифа и паратифа сохраняются в течение 2…3 суток, а при ослабленном загрязнителями самоочищении почв возбудители дизентерии сохраняются несколько месяцев, тифа и паратифа – до полутора лет.

Почвенный покров – совокупность почв, покрывающих земную поверхность. В большинстве областей Земли толщина почвенного покрова, обеспечивающего получение большей части пищевых продуктов, составляет всего 150…300 мм. Основные элементы питания растений содержатся в гумусе, в связи с чем почвы, богатые гумусом, обладают высоким плодородием. Гумус – органическое вещество почвы, образуемое в результате разложения растительных и животных остатков и продуктов жизнедеятельности организмов. Уменьшение содержания гумуса в почве ведет к снижению их плодородия и в итоге к опустыниванию.

Около 75% всех почв планеты имеют пониженную продуктивность из-за необеспеченности теплом и влагой.

Деградация почвенного покрова - постепенное ухудшение свойств почв, вызываемое изменением условий почвообразования в результате естественных причин (например, наступления лесов или сухой степи на черноземы) или хозяйственной деятельности человека (неправильная агротехника, загрязнение и т.п.) и сопровождаемое уменьшением содержания гумуса, разрушением почвенной структуры и снижением плодородия.

Естественные условия почвообразования наиболее интенсивно изменяются из-за опустынивания. Различают две формы опустывания: дезертификацию, т.е. расширение ареала пустыни, и дезертизацию, т.е. углубление процесса опустынивания в конкретном регионе.

Основная причина уменьшения содержания гумуса в почве – приемы искусственного повышения плодородия почв (внесение минеральных и др. удобрений, мелиорация и т. п.). «Питательность» черноземов центральных областей России за последние 100 лет снизилась почти вдвое. В ближайшие годы, если не будут изменены методы земледелия, уменьшение запаса гумуса в почвах может привести к необратимым изменениям почвенного плодородия.

Основными и наиболее опасными загрязнителями почв являются пестициды, нитраты, тяжелые металлы, фтор и радионуклиды.

Пестициды отрицательно влияют на экосистемы любого уровня и на здоровье человека. Поэтому их следует использовать строго по назначению в минимально необходимом количестве и лишь там, где химические средства защиты нельзя пока заменить биологическими.

Удобрение – вещество (или агент), создающее при внесении в почву условия для ускоренного роста и развития растений и микроорганизмов. Различают минеральные и органические удобрения.

Минеральное удобрение – добытое из недр или промышленно полученное химическое соединение, содержащее в большом количестве один или несколько основных элементов питания растений (азот, фосфор, калий), важные для жизни растений микроэлементы (медь, бор, марганец и др.), а также естественные продукты типа извести, гипса, золы и т. п., способные улучшить химические или структурные характеристики почвы.

Органическое удобрение – перегной, торф, навоз, птичий помет, фекалии животных, компосты и т. п., используемые для повышения плодородия почвы или способствующие развитию полезной микрофлоры почв. Низкая культура земледелия, а также внесение удобрений в почву с помощью устаревшей техники предопределяют, что только 10…15% их достигает растений, а остальные загрязняют окружающую среду.

В связи с интенсификацией сельскохозяйственного производства и увеличением количества вносимых азотных удобрений проблема нитратов (соли азотной кислоты HNO₃) и нитритов (соли азотистой кислоты HNO₂) приобрела серьезное значение, поскольку они не только отрицательно воздействуют на организм людей, но и приводят к заболеваниям и даже гибели сельскохозяйственных животных. От уровня содержания нитратов в продуктах питания напрямую зависит онкологическая и аллергическая заболеваемость, которая в России за последние годы резко возросла.

В отличие от развитых стран, в России применяют удобрения, содержащие, помимо питательных для растений веществ, большое количество балластных и довольно часто токсичных примесей в т. ч. радионуклиды.

Тяжелые металлы (плотностью более 4,5 г/см³) при повышенной концентрации становятся опасными для человека. По степени опасности различают три их класса. К классу I относятся мышьяк, кадмий, ртуть, бериллий, селен, свинец, цинк; к классу II – кобальт, хром, медь, молибден, никель, сурьма; к классу III – ванадий, барий, вольфрам, марганец, стронций. При попадании в организм человека тяжелые металлы начинают накапливаться в почках и печени.

Принцип нормирования химических веществ в почве значительно отличается от принципов, положенных в основу нормирования их в водоемах, атмосферном воздухе и пищевых продуктах. Попавшие в почву химические вещества поступают в организм человека главным образом через контактирующие с почвой среды: воду, воздух и растения (в последнем случае по биологической цепи почва – растение – человек). Поэтому при нормировании химических веществ в почве учитывается не только та опасность, которую представляет почва при непосредственном контакте с ней, но и последствия вторичного загрязнения контактирующих с почвой сред.

Установление ПДК загрязняющих веществ в почве находится в первоначальной стадии, поэтому к настоящему времени установлены ПДК лишь для 30 вредных веществ, преимущественно ядохимикатов.

При рассмотрении источников загрязнений почв тяжелыми металлами в различных условиях приведена используют коэффициент концентрации химического элемента, который определяется отношением реального содержания химического элемента в почве (С_i) к фоновому (С_ф): .В связи с тем, что вредные вещества поступают в организм человека по пищевым цепям, установлены допустимые остаточные количества (ДОК) пестицидов в почве, пищевых и кормовых продуктах (табл. 4.1).

Таблица 4.1

ПДК и ДОК некоторых веществ в почве

Загрязнение почвы в условиях городов связано с образованием промышленных и бытовых отходов. В связи с этим санитарный контроль загрязнения почв осуществляется преимущественно органами санэпидслужбы.

Эта служба проводит:

§ предупредительный надзор за проектированием и строительством сооружений по очистке и обезвреживанию промышленных и бытовых отходов;

§ текущий надзор за своевременным сбором и удалением промышленных и бытовых отходов, а также вторичного сырья.

Кроме указанных функций, под контролем санитарной службы находится не только сбор, но и транспортирование отходов, согласование мест их захоронения, переработки.

Оценка опасности загрязнения почв, используемых для сельского хозяйства, основана на транслокационном показателе, важнейшем при обосновании ПДК химических веществ в почве. Это обусловлено тем, что:

§ с продуктами питания растительного происхождения в организм человека поступает в среднем 70% вредных химических веществ;

§ уровень транслокации определяет уровень накопления токсикантов в продуктах питания, влияет на их качество.

Существующая разница допустимых уровней содержания химических веществ по различным показателям вредности и основные положения дифференциальной оценки степени опасности загрязненных почв позволяют дать рекомендации по практическому использованию загрязненных почв.

Оценка опасности загрязнения почвы населенных пунктов определяется:

§ эпидемиологической значимостью загрязненной химическими веществами почвы;

§ ролью загрязненной почвы как источника вторичного загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха и при ее непосредственном контакте с человеком;

§ значимостью степени загрязнения почвы в качестве индикатора загрязнения атмосферного воздуха.

Оценка уровня химического загрязнения почв как индикаторов неблагоприятного воздействия на здоровье населения проводится по показателям, разработанным при сопряженных геохимических и геогигиенических исследованиях окружающей среды городов. Такими показателями являются: коэффициент концентрации химического вещества Кс и суммарный показатель загрязнения Z_c, равный сумме коэффициентов концентраций химических элементов:

                              (4.1)

где n – число суммируемых элементов.

Оценка опасности загрязнения почв комплексом металлов по показателю Z_c, отражающему дифференциацию загрязнения воздушного бассейна городов как металлами, так и другими наиболее распространенными ингредиентами (пыль, оксид углерода, оксиды азота, сернистый ангидрид) проводится по оценочной шкале, приведенной в табл. П.3.1 Приложения 3 Градации оценочной шкалы разработаны на основе изучения показателей состояния здоровья населения, проживающего на территориях с различным уровнем загрязнения почв.