Загрязнение почвы: причины, последствия и пути решения
Источники загрязнения почвы – это химические вещества и микроорганизмы, присутствие которых изменяет физические, химические и биологические свойства почвы, что приводит к снижению плодородия почвы, то есть её полезности. Ухудшение состояния и качества почвы также вызвано чрезмерной эксплуатацией и неправильным ее использованием фермерами.
Типы и источники загрязнения и деградации почв
Загрязнение почвы в России вызывается всеми химическими соединениями, радиоактивными элементами и микроорганизмами, присутствующими в почве в повышенных количествах. Результат –изменения характеристик почвы, что препятствует ее нормальному использованию.
Причины загрязнения почвы отмечаются в следующем:
- Газы и пыль, выбрасываемые промышленными предприятиями (химическими, нефтехимическими, цементными, сталелитейными заводами, электростанциями и т. д.);
- Твердые и жидкие промышленные и городские отходы;
- Химикаты, используемые в сельском хозяйстве (удобрения, химические средства защиты растений);
- Выбросы транспортных средств.
Другие факторы, разрушающие почву, – это природные явления, происходящие без вмешательства человека. К ним относятся такие естественные виды загрязнения почвы, как землетрясения, эрозия, засуха, пожары.
Эрозия почвы
Эрозия почвы – это процесс вымывания или растворения поверхностного слоя почвы. Другое определение – перемещение, сортировка и осаждение в другом регионе частиц почвы, вызванное вымыванием поверхностного слоя почвы дождевой или речной водой (водная эрозия) или сдуванием — ветровой эрозией.
Эрозия также может быть вызвана деятельностью человека, а именно:
- Неправильно проведенной мелиорацией;
- Вырубкой и сжиганием лесов;
- Слишком интенсивным выпасом животных;
- Ведением интенсивного сельского хозяйства;
- Чрезмерной эксплуатацией водных ресурсов.
Все это вместе или по отдельности приводит к постепенному ухудшению качества земли. Когда почва на участке полностью теряет свою потребительскую ценность, происходит ее опустынивание.
Почвы, на которых невозможно выращивание сельскохозяйственных культур, называют мертвыми почвами. В естественных условиях они встречаются:
- в непосредственной близости от действующих вулканов;
- в пустынных районах;
- в промышленных ландшафтах, например, в отвалах.
Нередко этот процесс необратим, сопровождается сильным преобразованием земель. Строительство домов, укладка асфальта, тротуаров, выкапыванием карьеров, все это пример человеческой деятельности, полностью разрушающей определенные элементы окружающей среды.
Химическое загрязнение почвы
Однако наибольшее влияние на нарушение биологического баланса почвы оказывает химическое загрязнение. Его основные источники – промышленность, сельское хозяйство и транспорт. Воздействие этих отраслей человеческой деятельности может привести к усталости почвы, снижению ее плодородия.
В крайних случаях загрязнение приводит к деградации почвы и растительности — опустыниванию. Примером такой деградации является техническое разрушение почвы.
Промышленные предприятия выбрасывают пыль, содержащую тяжелые металлы (например, свинец, ртуть) и газы (например, соединения серы, азота, хлора). Также источником загрязнения являются сырая нефть и ее производные, радиоактивные вещества. Наконец, на загрязнение в значительной степени влияет захоронение промышленных отходов.
Сельское хозяйство и транспорт, как источники загрязнения почвы
Современные сельскохозяйственные технологии также оказывают значительное влияние на химическое загрязнение почв. Причина – химическая обработка сельскохозяйственных культур. Применяются средства защиты растений – пестициды и токсичные компоненты, содержащиеся в удобрениях и средствах для роста растений.
Особенно негативно влияет на качество почв автомобильный транспорт:
- Загрязняет почву и растительность выхлопными газами, содержащими соединения свинца и вредные углеводороды;
- Отрицательно влияет на состояние почв из-за вышеупомянутой технической деградации почв, вызванной строительством коммуникационных и транспортных путей.
Последствия загрязнения почвы
Загрязнение изменяет состав и состояние почвы химически, физически и биологически. Чрезмерное использование искусственных удобрений и использование средств защиты растений нарушают течение вегетации растений и ухудшают структуру почвы. Это приводит к снижению плодородия почвы, что, в свою очередь, снижает урожайность. Следствием этого является снижение качества пищи и качества кормов для животных.
Основные последствия загрязнения почвы:
- Засоление, несоответствующая реакция (подщелачивание или закисление), сопровождающееся вымыванием питательных веществ, особенно калия;
- Ухудшение структуры почвы – пересушивание или заиление;
- Снижение плодородия почвы в результате изменения ее физических, химических и микробиологических свойств;
- Отрицательное влияние загрязнения почвы на развитие растений и организмов на более высоких уровнях пищевой цепи (на животных и человеке).
Химические загрязнители почвы в результате промышленной деятельности могут проникать через сельскохозяйственные культуры, а затем попадать в организмы животных и людей. Они также могут оказывать прямое влияние на загрязнение поверхностных и подземных вод в результате вымывания вредных веществ из почв.
Техническое и химическое загрязнение разрушает экологическую и эстетическую ценность растительного покрова. Химическое воздействие на состояние почвы изменяет ее pH, вызывая закисление. Подкисление почв приводит к угнетению развития микроорганизмов, а под влиянием процессов разложения органических веществ, выделяются ядовитые вещества.
Пути решения загрязнения почвы
Основные пути решения проблемы загрязнения почвы:
- Правильное земледелие с использованием преимущественно натуральных удобрений, рациональное использование искусственных удобрений и средств защиты растений;
- Предотвращение эрозии – мелиоративные работы, среднеполевые насаждения, облесение пустошей;
- Предотвращение загрязнения почвы из муниципальных источников – сокращение количества отходов и надлежащее управление (сортировка отходов, компостирование, сбор опасных отходов), очистка сточных вод;
- Ограничение промышленных источников загрязнения почвы – использование современных экологически чистых технологий и правильное обращение с производственными отходами;
- Очистка почвы от токсичных веществ и раскисление закисленной почвы;
- Для восстановления загрязненных почв предпринимаются сложные, многоступенчатые меры по восстановлению их полезности – рекультивация почв. Но такой территории требуется много лет, чтобы снова образовался слой почвы.
К сожалению, некоторые химические загрязнители могут оставаться в почве веками, и никакая обработка не может этого изменить. Поэтому, чтобы ускорить процесс удаления токсичных веществ из почвы и их реабилитации, загрязненную почву смешивают с чистой.
Источник
Глава 2. Антропогенное преобразование ландшафтов (геосистем)
Л.И. Егоренков, Б.И. Кочуров
Геоэкология
Учебное пособие. – М.: Финансы и статистика, 2005. — 320 с.
Глава 2. Антропогенное преобразование ландшафтов (геосистем)
2.5. Механизм воздействия загрязняющих веществ на растительные и животные организмы
2.5.1. Влияние загрязнений на растительность
Возможны как отрицательные, так и положительные воздействия загрязняющих веществ на растения. Наиболее систематические исследования по влиянию загрязнения на растительность были проведены в США, Канаде, Германии и других странах Европы. Они были связаны, прежде всего, с гибелью лесов. Первые сведения о повреждении лесов, связанных главным образом с антропогенными источниками, относятся еще к 1880 г., когда в районе металлургических заводов в Онтарио (США) произошла массовая гибель вековых лесов. Начиная с 1900 г., случаи гибели и повреждения лесов отмечались в США; в 1920, 1940, 1960 гг. А с 1970 г. наблюдается массовая гибель сосны обыкновенной в Германии, России, а также приморской сосны во Франции (1980 г.).
У нас в стране более 600 тыс. га лесных массивов, расположенных в зоне выброса вредных веществ промышленными предприятиями, находится в состоянии полного или частичного усыхания. Так, например, выбросы Норильского медно-никелевого комбината, Братского алюминиевого завода, Байкальского медеплавильного завода (Южный Урал) угнетают лесную растительность в радиусе до 150 км.
Выбросы Люберецкой ТЭЦ-22 (Московская область) способствуют массовой гибели сосновых посадок и пригородного леса.
Гибель лесных массивов связана главным образом с такими вредными соединениями, как диоксиды серы и азота, озоном, пероксидом водорода. Механизм действия этих веществ неодинаков, что связано с расположением леса в разных климатических зонах, породным составом древостоев и местными лесо-растительными условиями.
Обычно леса произрастают в районах с достаточно высоким количеством осадков (не менее 50 см в год). В США при поддержке Института энергетики (1984 г.) были проведены эксперименты по изучению действия кислотных дождей на саженцы тюльпанового дерева, белого дуба и виргинской сосны, ели. Саженцы произрастали на бедных песчаных почвах с невысокой буферной способностью и чувствительных к закислению. В результате воздействия искусственных кислотных дождей (рН 3,5-5,6) в течение 30 месяцев были обнаружены изменения в катионном составе листьев. В первые сутки отмечалась особенно быстрая аккумуляция кальция. При рН 2-2,5 качество листвы и хвои внешне не изменялось, но сильно сокращалась скорость роста молодых побегов. Установлена была и высокая чувствительность к кислотным дождям саженцев ели. При рН 2 наблюдалось общее увядание, хвоя усыхала и приобретала рыже-коричневый цвет.
У большинства хвойных и лиственных пород при рН 2,6 наблюдается повреждение клеток (лист, хвоя). В отдельных случаях отмечен положительный эффект действия кислотных Дождей — уровень микоризных корневых инфекций снижен на 10-15%.
Аналогичные изменения обнаружены и в случае кислотных туманов (облаков). Меняется ионный обмен, вымывание белка составляет 4—5% при рН 2,3, замедляется скорость роста всех хвойных пород.
Действие газообразных загрязнений. В районах тепловых станций и металлургических заводов даже при кратковременных (1-2 ч) выбросах дымовых газов концентрация диоксида серы становится высокой (более 1300 мкг/м 3 ). Хлороз и потеря Резистентности к влаге отмечаются при концентрации выше 468 мкг/м 3 в течение 8 ч или при 1820 мкг/м 3 в течение 1 ч. В лесных массивах концентрация диоксида серы не превышает 20 биологических доз (б. д.),[10] но вблизи промышленных зон она может возрастать на порядок. Предел сопротивляемости деревьев большинства пород к диоксиду серы в период интенсивного роста составляет 100 б. д. или в среднем в весенне-летний период 50 б. д. Хлорозу наиболее подвержены старые иглы хвойных деревьев. Наименее чувствительны бальзамическая сосна, горная сосна Веймутова, сосна обыкновенная, сосна Фрезера, американский шерлаховый дуб, красный и сахарный клен.
При совместном действии диоксида серы и озона наблюдается аддитивность отрицательных эффектов, что справедливо и для действия азота. Однако в присутствии диоксида азота уменьшается повреждающее действие озона.
Подавление фотосинтеза озоном. Отрицательное действие озона связано с его проникновением внутрь хвои или листьев в процессе дыхания растений. Весной и летом повышение концентрации озона совпадает с увеличением интенсивности газообмена в дневные часы, что приводит к нежелательным последствиям для деревьев. Зоны наиболее сильной поврежденности деревьев, как правило, совпадают с зонами повышенной концентрации озона, которая возрастает в ночное время при высокой влажности, что способствует раскрытию устьиц и более интенсивному проникновению озона внутрь листьев и игл. Поэтому высокогорные леса и леса на побережье легко повреждаются. Фотосинтез наиболее интенсивен в молодой хвое (1 год), к 2-3 годам скорость его сильно падает.
Механизм действия озона следующий. Сначала он повреждает мезофильные клетки, вследствие чего нарушаются функции клеточных оболочек. В результате окисления белков, ненасыщенных жирных кислот и аминокислот повышается проницаемость клеточных мембран. Проникая в клетку, озон повреждает хлоропласты и ингибирует фотосинтез. Одновременно нарушается регуляция устьиц и меняется активность ферментов. В результате эволюции растения приспосабливаются к функционированию при концентрации озона 10 — 40 б. д. К действию озона наименее чувствительны сосна, дуб, наиболее — тополь.
Повреждение деревьев возможно и под действием тяжелых металлов (свинца, кадмия, цинка), этилена, анилина, продуктов фотохимического окисления, фторидов, соединений аммония и т. д. Однако в региональных масштабах повреждение лесов под действием этих соединений очень незначительно (по сравнению с повреждением лесов под действием основных атмосферных загрязнений).
Механизм действия газообразных загрязнений на сельскохозяйственные растения. В зависимости от доз, получаемых растениями, диоксид серы может оказывать как положительное, так и отрицательное действие. При малых концентрациях он является дополнительным источником питания, при высоких — резко ухудшается обмен веществ и возможна быстрая гибель растений. Это обусловлено преимущественно изменением количества углеводов — при малых дозах диоксида серы оно увеличивается, а при повышенной концентрации диоксида — уменьшается. Устойчивость растений к диоксиду серы определяется двумя факторами — активностью устьиц листа и скоростью адсорбции диоксида серы на поверхности, а также способностью переводить токсичный сульфит в неактивный сульфат (как это наблюдается у бобовых).
Диоксид серы препятствует развитию у растений грибковых заболеваний, однако механизм действия опосредованный.
Степень воздействия диоксида серы определяется стрессами
при резких колебаниях температуры повышается чувствительность растений, при водном стрессе возрастает сопротивляемость растений к высоким одноразовым концентрациям и снижается устойчивость к продолжительным невысоким концентрациям диоксида серы. Для выяснения действия диоксида серы на растения необходимо учитывать, что длительные воздействия невысоких концентраций (менее 260 мкг/м 3 ) они переносят хуже, чем те же количества, но при меньшей продолжительности воздействия. Важна и периодичность изменения концентрации диоксида, выделяемого антропогенными источниками.
Оксиды азота более токсичны, чем оксиды серы. Особенно сильно они влияют на вегетацию растений, произрастающих вблизи заводов по производству азотной кислоты и удобрений. В результате действия диоксида азота нарушаются фотосинтез и интенсивность клеточного обмена, что приводит к отмиранию части листвы.
Так, например, в сельскохозяйственных регионах США среднесуточная концентрация диоксида азота в летний период составляет не более 10 б. д. В этих условиях повреждение листвы у большинства культур не превышает 5%. Наблюдаемые концентрации диоксида азота не оказывают сильного отрицательного действия на посевы, однако в комбинациях с другими загрязнениями (диоксидом серы, озоном и другими веществами) эффект может быть сильным [12].
Уменьшение концентрации озона на 25 б. д. приводит к повышению урожайности большинства сельскохозяйственных культур на 7-10%. К озону наиболее чувствительна соя, наименее — сорго. Установлены различия и в чувствительности отдельных гибридов, например пшеницы. Потеря урожайности большинства культур является линейной функцией от концентрации озона в интервале 20 — 200 б. д.
Токсичность озона обусловлена подавлением фотосинтеза и нарушением процессов метаболизма.
Интенсивность действия озона на растения зависит от многих факторов, но наиболее важные из них — влажность воздуха и почвы. При недостатке влаги растения малочувствительный к озону, а при обильном поливе и дожде снижается масса ростков корневой системы и ухудшается прорастаемость семян. Водный стресс приводит к замедлению дыхательного обмена (сужению устьиц), при этом в лист проникает меньше озона. Важность выбора правильного режима полива в соответствии с содержанием озона в воздухе в течение дня показана в эксперименте на примере табака, бобовых и некоторых трав. Низкая интенсивность солнечного света также повышает чувствительность растений (табака, бобовых) к озону.
По данным ученых Пенсильванского университета, при совместном действии кислотного дождя и озона возрастает интенсивность выделения этилена, что свидетельствует о водном стрессе у растений. Как показали исследования, проведенные в Калифорнии в 1981 г., при совместном действии кислотного тумана (рН 2,6 — 7) и озона несколько увеличивалась урожайность земляники, перца, люцерны и сельдерея, при рН 1,6 урожайность всех культур (за исключением сельдерея) снизилась. В результате действия озона на посадки сои наблюдалось интенсивное поедание листьев божьей коровкой. Интенсивнее размножаются бобовая и свекловичная тля на листьях, подвергающихся совместному действию озона и диоксидов серы и азота. Диоксид серы способствует более быстрому размножению божьей коровки, она более продуктивна при яйцекладке. Вредители активнее поедают листву деревьев и посевов, на которые действуют дым котельных и заводов. Существует мнение, что растения теряют иммунитет к вредителям, в результате выщелачивания некоторых компонентов изменяется состав листьев, и они становятся более съедобными для вредителей.
Источник