Учебное пособие 800166

дающие токи и поля. Они приводят к изменению электропроводности и других электрических свойств горных пород.

В результате антропогенного воздействия на горные породы, могут возникнуть такие опасные процессы, как оползни, карст, подтопление. Оползнями называют скольжение горных пород вниз по склону под действием собственного веса грунта и нагрузки: фильтрационной, сейсмической или вибрационной. Иногда оползни могут привести к человеческим жертвам. Карст представляет собой геологическое явление, которое связано с растворением горных пород, образованием при этом подземных пустот и сопровождается провалом земной поверхности. Одним из серьезных направлений в сохранении окружающей природной среды является охрана карстовых пещер – уникальных памятников природы. Подтоплением называют повышение уровня грунтовых вод до критических величин. К антропогенным факторам, вызывающим подтопление, относятся утечка воды из подземных водонесущих коммуникаций, задержка движения подземных вод глубокими фундаментами, фильтрация из водохранилищ.

Недра представляют собой верхнюю часть земной коры, в пределах которой возможна добыча полезных ископаемых. Недра выполняют очень важную экологическую функцию, поскольку они являются естественным фундаментом для земной поверхности. К основным природным богатствам недр относятся минерально-сырьевые ресурсы, т. е. совокупность полезных ископаемых, содержащихся в них. Недра являются источником и энергетических ресурсов. В настоящее время антропогенное воздействие наносит значительный ущерб недрам, вызывая истощение запасов сырья, а также загрязнение их вредными отходами. Кроме того, разработка недр оказывает негативное воздействие почти на все компоненты окружающей природной среды.

81

ЛЕКЦИЯ 7. ЗАЩИТА ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА

Человечество оказывает сильнейшее влияние на литосферу (твердую оболочку Земли, толщина которой колеблется в пределах 50 – 200 км) и особенно ее верхнюю часть – почвенный покров, толщина которого редко превышает 0,5 – 1,0 м. Суммарная площадь, покрытая всеми видами инженерных сооружений (здания, шахты, дороги, каналы, трубопроводы, водохранилища и пр.), достигает 15 – 16% суши. Следует отметить, что наиболее сильное техногенное воздействие на литосферу происходит в двух направлениях: 1) изменение и гибель ландшафтов; 2) загрязнение и деградация почв.

Промышленное загрязнение почв

Суперфосфатные и азотно-туковые заводы, призванные снабжать сельское хозяйство высококачественными минеральными удобрениями, попутно загрязняют почвы фтором, мышьяком, железом, цинком, медью. Содержание этих элементов в почве превышает фон в 5 – 45 раз на расстоянии до 5 км от завода. Применение калийных удобрений (особенно хлорида калия – КСl) приводит к накоплению в почве ионов хлора. Техногенное подкисление почв вызывает выпадение кислотных дождей, в частности в промышленных регионах страны с осадками в почвы поступает сера (в форме диоксида) 25 – 30 кг/га, а в относительно чистых регионах – 3 – 6 кг/га.

Загрязнение почв тяжелыми металлами происходит при сжигании ископаемого топлива – угля, нефти, горючих сланцев. Так, исследования содержания тяжелых металлов в почвах г. Новочеркасска, недалеко от которого функционирует крупная ГРЭС, показали превышение их содержания по сравнению с ПДК, в частности по Zn, Pb, Сu. Как следствие, происходит загрязнение сельскохозяйственной продукции. Содержание тяжелых металлов в ней превышает ПДК и гигиенические нормы: по никелю в 2 – 20 раз, хрому – 5 – 70 раз, свинцу – 2 – 8 раз, цинку – 2 – 5 раз, кадмию 2 – 3 раза. Продукты с таким со-

82

держанием токсичных веществ представляют угрозу здоровью жителей.

В результате неполного сгорания угля и нефти почвы загрязняются бенз(а)пиреном, который, являясь сильным канцерогеном, передвигается по трофическим цепям. Почва становится «мертвой» при содержании в ней 0,2 – 0,3 % нефти.

Особенно опасно загрязнение почв свинцом и кадмием. При этом основным источником поступления свинца являются выхлопные газы автомобилей (ежегодно поступает в почвы около 250 тыс. т свинца).

Наиболее сильно загрязнены почвы свинцом на прилегающих к автотрассам и дорогам территориях крупных городов. Вокруг предприятий черной металлургии содержание марганца колеблется в пределах 0,5 – 6,0 ПДК. В местах нахождения алюминиевых заводов почвы подвержены загрязнению фтором. Это прослеживается в почвах, расположенных вокруг Красноярска, Минусинска, Братска, где его содержание превышает в 4 – 10 раз фоновые значения.

Источниками загрязнения почв служат свалки, которые занимают сотни тысяч га ценных земель. Неусовершенствованные свалки опоясывают города, и разлагающийся мусор загрязняет почвы.

Радиоактивное загрязнение почв вызывают атомные электростанции, урановые и обогатительные шахты, хранилища радиоактивных отходов и другие источники.

Многочисленные загрязнения, поступающие в почвы, меняют ход почвообразовательного процесса, резко снижают урожаи, накапливаются в растениях (прежде всего тяжелые металлы), из которых напрямую или косвенно (через растительные или животные продукты питания) обязательно попадают в организм человека. Следует также иметь в виду, что загрязнения приводят к ослаблению самоочищения почв от болезнетворных и других нежелательных микроорганизмов, что создает опасность массовых заболеваний. Установлено, что возбудители дизентерии, тифа и паратифа сохраняются в относительно чистых почвах в течение 2 – 3 суток, а в загрязненных

83

почвах возбудители дизентерии сохраняются несколько месяцев, тифа и паратифа – до полутора лет.

В числе основных причин, вызывающих дегумификацию сельскохозяйственных угодий, обычно называют следующие: 1) недостаточное поступление в обрабатываемые почвы растительной биомассы – «сырья» для процессов гумификации; 2) ускорение минерализации органического вещества вследствие интенсивной обработки и применения удобрений; 3) ускорение минерализации органического вещества при некоторых приемах гидротехнической и химической мелиорации; 4) потери гумуса за счёт эрозии и дефляции; 5) отчуждение обогащенного гумусом пахотного слоя при проведении ряда сельскохозяйственных мероприятий.

Одним из наиболее опасных загрязнителей биосферы являются пестициды – химические средства защиты растений

иживотных от различных вредителей и болезней. В зависимости от цели использования их подразделяют на следующие группы: гербициды – для борьбы с сорными растениями; альгициды – для уничтожения водорослей и другой водной растительности; арборициды – для уничтожения нежелательной древесной и кустарниковой растительности; фунгициды – для борьбы с грибковыми болезнями растений; бактерициды – для борьбы с бактериями и бактериальными болезнями; инсектициды – для борьбы с вредными насекомыми; акарициды – для борьбы с клещами; зооциды – для борьбы с грызунами; лимациды – для борьбы с моллюсками; нематоциды – для борьбы с круглыми червями; афициды – для борьбы с тлями.

Разновидностью пестицидов являются дефолианты, служащие для удаления листьев растений, десиканты, вызывающие иссушение растений, дефлоранты, удаляющие цветы

изавязи, ретарданты, регулирующие рост растений, реппеленты, отпугивающие насекомых, и некоторые другие.

Самую обширную группу пестицидов как по масштабам практического применения (40 – 50 %), так и по ассортименту выпускаемых препаратов (около 40 %) составляют гербициды, то есть средства борьбы с сорняками.

84

По характеру действия гербициды можно подразделить на две подгруппы:

–сплошные, действующие на все виды растений и использующиеся для уничтожения нежелательной растительности на определенных территориях;

–избирательные (селективные), опасные для определенных видов растительности и используемые для уничтожения сорняков в агроценозах.

Пестициды используют в виде суспензий, эмульсий, порошков и гранул, концентрированных и коллоидных растворов

ираспыляют с помощью распылителей разного объема и мощности, вплоть до распыления при помощи сельскохозяйственной авиации. Естественно, что с воздушными массами они могут переноситься на большие расстояния и вызывать загрязнение окружающей среды там, где пестициды вообще не применялись или использовались в неизмеримо меньших количествах.

Все пестициды являются ядовитыми веществами не только для определенной – вредной для человека – формы жизни, но и для полезных микроорганизмов, животных, птиц и человека. В идеальном случае пестицид, оказав требуемое воздействие на вредителя, должен был бы разрушиться, образовав безвредные продукты разложения. Однако большинство пестицидов представляют собой устойчивые трудноразлагающиеся соединения, из которых используется по назначению приблизительно 4 – 5 % внесенного количества. Остальная масса рассеивается в агроэкосистеме, попадая в почвы, растения и другие компоненты окружающей среды, что создает сложные экологические проблемы, особенно при систематической обработке больших площадей.

В зависимости от устойчивости к процессам разложения, пестициды подразделяются на слабостойкие (сохраняются в окружающей среде от 1 до 12 недель), среднестойкие (сохраняются 1 – 18 месяцев) и очень стойкие (сохраняются два года

иболее). При определенных условиях метаболиты пестицидов дают метаболиты второго порядка и т. д., значение влияния ко-

85

торых на окружающую среду во многих случаях непредсказуемо. Вредное действие пестицидов приводит к уничтожению хозяйственно-нейтральных и даже полезных видов растений и насекомых. Иногда они являются причиной появления устойчивых популяций вредителей, от которых трудно избавиться. Так, на смену одним видам вредных организмов приходят другие, которые вырабатывают иммунитет и способны выживать даже после самых эффективных обработок. Для преодоления иммунитета устойчивых особей вредителей к пестицидам приходится увеличивать дозы препаратов, а это усиливает опасность загрязнения окружающей среды.

В настоящее время в результате интоксикации хлорорганическими препаратами сильно сократилась численность птиц, особенно хищных. Инсектициды весьма опасны для плотоядных животных, так как они постепенно концентрируются в живых организмах по мере продвижения к конечным звеньям пищевых цепей. Здесь инсектициды действуют как кумулятивные яды.

Особенно устойчивы ко всем видам разложения хлорорганические инсектициды – гексахлоран, ДДТ и другие – которые могут сохраняться в почве десятилетиями, накапливаясь при систематическом применении. Напротив, фосфорорганические инсектициды – карбофос, фосфамид, метафос и другие – в почве и других природных средах распадаются сравнительно быстро. Поскольку они при этом отличаются высокой эффективностью и избирательностью действия, их применение весьма перспективно. Широко используются в современном сельском хозяйстве карбаматные инсектициды. Отличаясь высокой токсичностью для некоторых видов насекомых, эти препараты почти полностью безвредны для теплокровных позвоночных и человека.

Современное сельское хозяйство трудно представить себе без пестицидов. Их применение резко снижает потери урожаев сельскохозяйственных культур, в 2 – 3 раза сокращает затраты на производство сельхозпродукции. Масштабы применения пестицидов неуклонно растут, их годовое производство в

86

мире превысило 2 млн т, а ассортимент насчитывает более 100 тыс. наименований. Но параллельно с этим растет и их побочное негативное действие на животный мир, почву, водоемы, культурные и полезные дикорастущие растения. Поэтому пестициды допустимо использовать лишь там, где химические средства защиты пока нельзя заменить биологическими.

Защита почв от химического загрязнения

Как известно, почва имеет значительную емкость поглощения по отношению к химическим загрязняющим веществам. В ней протекают процессы трансформации различных соединений, в том числе и экологически опасных. При этом возможно превращение их в малотоксичные, инертные или малодоступные для растений соединения. Однако, несмотря на протекторные свойства почвы, существуют пределы и уровни техногенного воздействия на окружающую среду, превышение которых приводит к необратимым последствиям.

Эффективный прием, снижающий подвижность тяжелых металлов и способствующий закреплению их в малоподвижной, недоступной растениям форме – известкование. Этот прием носит зональный характер, и его успешно применяют в районах с избыточным увлажнением, особенно на почвах с повышенной концентрацией водорода, подвижного алюминия, железа, марганца.

Органическое вещество – прекрасный инактиватор тяжелых металлов в почве. Оно повышает буферность почвы, способствует снижению токсического действия тяжелых металлов, концентрации солей в почвенном растворе, уменьшению фитотоксичности многовалентных тяжёлых металлов и препятствует поступлению их в растения. Поэтому наиболее простой способ улучшения песчаных и легкосуглинистых почв

– внесение высоких доз органических удобрений.

При рекультивации легких почв, загрязненных тяжелыми металлами, в качестве эффективного приема иногда приме-

87

няют глинование – внесение глин, содержащих алюмосиликаты типа монтмориллонита.

Впоследние годы более распространено использование природных сорбентов, таких как цеолиты (например, клиноптиллолит), месторождения которых имеются на территории СНГ. Исследования показали, что наибольшую эффективность цеолиты проявляют на сильнозагрязненных почвах, значительно влияя на снижение подвижности тяжелых металлов, причем действие цеолитов усиливается при внесении навоза или различных нетрадиционных удобрений.

Возможен и другой путь снижения фитотоксичности тяжелых металлов – с помощью ионообменных смол, содержащих карбоновые и гидроксильные группы, которые вносят в загрязненную почву в виде гранул или порошка.

Существенного уменьшения фитотоксичности можно добиться таким эффективным приемом восстановления почв, как химическое осаждение. При химическом осаждении происходит образование трудно-растворимых солей, например ортофосфорной или угольной кислот, с катионами тяжелых металлов. Этот способ наиболее эффективен при сильном техногенном загрязнении почв, так как для образования труднорастворимого осадка необходима высокая концентрация ионов металлов.

Вкачестве способа рекультивации загрязненных почв часто рекомендуют внесение фосфорных удобрений, что позволяет одновременно восполнить недостаток фосфора, помимо основной задачи – снижения фитотоксичности тяжелых металлов.

Кроме физических и химических приемов по восстановлению загрязненных тяжелыми металлами почв, используют различную устойчивость растений к высокому содержанию тяжелых металлов. Такие растения встречаются как среди дикорастущих, так и среди культурных видов, например хлопчатник, свекла, некоторые бобовые и лекарственные растения. Этот метод удаления токсичных металлов из верхнего слоя почвы (глубина до 30 – 50 см) при помощи специально подоб-

88

ранных растений называется фитоочисткой. Тяжелые металлы, например никель, хром, поглощаются корнями, стеблями и листьями растений, которые затем собираются и подвергаются захоронению на полигонах. Фитоочистка может применяться не только для удаления из почв металлов, но и пестицидов, растворителей, взрывчатых веществ, нефти и т. п.

Эффективным способом борьбы с радиоактивным загрязнением почв является закрепление радионуклидов органическим веществом с образованием нерастворимых комплексов (хелатов). В большинстве почв повышение рН, количества обменного калия и кальция способствует сорбции радионуклидов (например, стронция). Глинистые минералы хорошо фиксируют такие радионуклиды, как стронций, цезий.

В ряде случаев, например при очень высокой степени загрязнения относительно небольших количеств почвы или почвогрунта, целесообразно применять промывку. Лучше всего поддаются промывке песчаные почвы, хуже – илистые или глинистые. Технология промывки относительно проста.

Если загрязнение глубоко проникло в почву и его трудно ликвидировать или собрать, целесообразно в экологическом аспекте применить способ, разработанный в Швеции. Он заключается в устройстве гидроизолирующего слоя поверх подземного загрязнения.

Устроен гидроизолирующий слой следующим образом. На загрязненную почву укладывается слой глины, который предназначен для предотвращения выделения вредных газов от загрязнителя. Глина может покрываться сверху слоем прочного синтетического материала, например полиэтилена (геомембрана), предназначенного для предотвращения проникновения воды. Поверх геомембраны может быть уложен дренажный слой из гравия и, при необходимости, дренажных труб. Сверху укладывается слой почвы и засевается трава, которая своей корневой системой поглощает влагу.

При помощи гидроизолирующего слоя, способного выполнять свои функции многие годы, решаются следующие задачи:

89

1)предотвращение вымывания загрязнения дождями и во время таяния снегов, что предотвращает попадание вредных веществ в водозаборы, поверхностные и грунтовые воды;

2)исключение раздувания вредных веществ, находящихся в сухом состоянии;

3)предотвращение контактов людей и животных с токсикантами.

Для очищения почв от остаточных количеств пестицидов используют целый комплекс мер: внесение активированного угля и специальных белковых либо синтетических органических препаратов, поглощающих пестициды либо способствующих их быстрому разложению, а также внесение специфических видов микроорганизмов в почвы. Для очищения почв, например от атразина, используют посевы кукурузы, сорго, сахарного тростника на фоне высоких доз органических и минеральных удобрений.

В последнее время широко используется разведение и выпуск в агросистемы насекомых-хищников: божьей коровки, жужелицы, муравьев и др. (биологическая защита), внедрение в природные популяции видов или особей, которые не способны давать потомство (генетическая защита) и т. д.

В ряде районов нашей страны (Краснодарский край, Омская область и др.) также развивается беспестицидное земледелие. Интенсивно ведутся работы по созданию пестицидных препаратов на основе природных ингредиентов (смесь зеленого перца с чесноком и табаком, пудра из ромашки, настои из багульника, живокости, софоры, лука и др.).

90