Деградация земель: причины, виды, меры предотвращения

С повышением концентрации солей в воде должен меняться режим  орошения. На каждый 1 г соли в оросительной воде необходимо добавлять на дренажный сток 5–10 % водозабора, при этом потребность в дренаже и вегетационных промывках возрастает. При содовых оросительных водах с концентрацией 0,3–1,5 г/л доля вывода дренажных вод повышается до 30, а иногда до 50 % от водозабора. При этом целесообразно применение химической мелиорации воды или почв.

Для определения опасности  осолонцевания и для слежения за скоростью этого процесса определяют SAR оросительной воды по формуле Ричардса:

 

 

где   SAR – натриевое адсорбционное отношение;

Na+, Са2+, Mg2+ – содержание катионов; мг-экв./дм3.

Опасность осолонцевания  наступает при SAR более 10, 6, 4, при минерализации воды соответственно 1, 2, 3 г/л.

Охрана почв от потерь поливной воды и вторичного засоления включает следующие мероприятия: создание закрытой сети каналов, исключающих фильтрацию; создание дренажных сооружений, обеспечивающих удержание соленых грунтовых вод на глубине не менее 1,5 – 3 м; капитальные промывки почв, если они засолены, для удаления солей из корнеобитаемого горизонта; регулярные вегетационные поливы с дренажными водоотводами.

Охрана почв от содового засоления и слитости включает следующие мероприятия: химическая мелиорация (внесение гипса), применение физиологически кислых и кальцийсодержащих удобрений, включение в севооборот многолетних трав. Режим орошения должен исключать переувлажнение и иссушение почв. При орошении необходимы высокая культура земледелия для предотвращения деградации орошаемых почв и поддержания их высокого плодородия [10].

 

 

 

 

 

1.5  Загрязнение почв при неправильном использовании удобрений

 

 

При экологически неграмотном, нерациональном использовании минеральных  и органических удобрений возможно избыточное накопление азота, фосфора и других элементов в почве и других объектах биосферы.

Избыток азота в почве  в нитратной форме возникает при неправильном применении азотных минеральных удобрений. Способность к легкой миграции приводит к повышенному содержанию нитратов в продуктах питания и питьевой воде.

Избыточное содержание аммиачного азота возникает при неправильном использовании отходов животноводства и городских сточных вод. Аммиачный азот также способен к миграции. Попадая в воду, он препятствует ее хлорированию, а также, окисляясь до нитратов, связывает растворенный в воде кислород, что приводит к кислородному голоданию гидробионтов и порче воды.

Кроме того, избыточный азот вызывает преимущественный рост вегетативных органов растений за счет генеративных, повышает восприимчивость растений к пониженным температурам.

Неправильное применение фосфорных удобрений приводит к зафосфачиванию почв. Миграция с полей соединений азота и фосфора в грунтовые воды, а оттуда – в прилегающие водоемы, вызывает эвтрофикацию последних (насыщение водоемов биогенными элементами).

Избыточное применение таких  калийных удобрений, как хлорид калия, приводит к накоплению в почве ионов хлора, неблагоприятных для ряда сельскохозяйственных культур.

Охрана почв от избытка  удобрений включает следующие мероприятия: разработка новых длительно действующих гранулированных форм удобрений, применение комплексных форм, использование правильных технологий внесения удобрений, соблюдение правил хранения и транспортировки [11].

 

 

 

1.6  Загрязнение почв тяжёлыми металлами и другими продуктами техногенеза

 

 

Тяжелые металлы – более 40 химических элементов периодической системы Д. И. Менделеева, масса атомов которых составляет свыше 50 атомных единиц массы (Pb, Zn, Cd, Hg, Сu, Mo, Mn, Ni, Sn, Co и др.).

Сложившееся понятие «тяжелые металлы» не является строгим, так как к тяжелым металлам часто относят элементы-неметаллы, например As, Se, а иногда даже F, Be и другие элементы, атомная масса которых меньше 50 атомных единиц массы.

Среди тяжелых металлов много микроэлементов, биологически важных для живых организмов. Они являются необходимыми и незаменимыми компонентами биокатализаторов и биорегуляторов важнейших физиологических процессов. Однако избыточное содержание тяжелых металлов в различных объектах биосферы оказывает угнетающее и даже токсическое действие на живые организмы.

Источники поступления тяжелых металлов в почву делятся на природные (выветривание горных пород и минералов, эрозионные процессы, вулканическая деятельность) и техногенные (добыча и переработка полезных ископаемых, сжигание топлива, влияние автотранспорта, сельского хозяйства и т. д.). Сельскохозяйственные земли, помимо загрязнения через атмосферу, загрязняются тяжелыми металлами еще и специфически, при применении пестицидов, минеральных и органических удобрений, известковании, использовании сточных вод. Городские почвы испытывают значительный техногенный пресс, составной частью которого является загрязнение тяжелыми металлами.

В природе встречаются  территории с недостаточным или избыточным содержанием в почвах тяжелых металлов. Аномальное содержание тяжелых металлов в почвах обусловлено двумя группами причин: биогеохимическими особенностями экосистем и влиянием техногенных потоков вещества. В первом случае районы, где концентрация химических элементов выше или ниже оптимального для живых организмов уровня, называются природными геохимическими аномалиями или биогеохимическими провинциями. Здесь аномальное содержание элементов обусловлено естественными причинами –

особенностями почвообразующих  пород, почвообразовательного процесса, присутствием рудных аномалий. Во втором случае территории называются техногенными геохимическими аномалиями. В зависимости от масштаба они делятся на глобальные, региональные и локальные.

На поверхность почвы тяжелые металлы поступают в различных формах. Это оксиды и различные соли металлов, как растворимые, так и практически нерастворимые в воде (сульфиды, сульфаты и др.). В составе выбросов предприятий по переработке руды и предприятий цветной металлургии – основного источника загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами – большая часть металлов (70–90 %) находится в форме оксидов.

Попадая на поверхность почв, тяжелые металлы могут либо накапливаться, либо рассеиваться. Большая часть тяжелых металлов, поступивших на поверхность почвы, закрепляется в верхних гумусовых горизонтах. Тяжелые металлы сорбируются на поверхности почвенных частиц, связываются с органическим веществом почвы, в частности в виде элементно-органических соединений, аккумулируются в гидроксидах железа, входят в состав кристаллических решеток глинистых минералов, дают собственные минералы в результате изоморфного замещения, находятся в растворимом состоянии в почвенной влаге и газообразном состоянии в почвенном воздухе, являются составной частью почвенной биоты.

Степень подвижности тяжелых металлов зависит от геохимической обстановки и уровня техногенного воздействия. Тяжелый гранулометрический состав и высокое содержание органического вещества приводят к связыванию тяжелых металлов почвой. Рост значений рН усиливает сорбированность катионообразующих металлов (медь, цинк, никель, ртуть, свинец и др.) и увеличивает подвижность анионообразующих (молибден, хром, ванадий и др.). Усиление окислительных условий увеличивает миграционную способность металлов. В итоге по способности связывать большинство тяжелых металлов, почвы образуют следующий ряд: серозем – чернозем – дерново-подзолистая почва.

Почва, в отличие от других компонентов природной среды, не только геохимически аккумулирует компоненты загрязнений, но и выступает как природный буфер, контролирующий перенос химических элементов и соединений в атмосферу, гидросферу и живое вещество.

Загрязнение почв тяжелыми металлами имеет сразу две отрицательные стороны. Во-первых, поступая по пищевым цепям из почвы в растения, а оттуда в организм животных и человека, тяжелые металлы вызывают снижение количества и качества урожая сельскохозяйственных растений и животноводческой продукции, рост заболеваемости населения и сокращение продолжительности жизни.

Во-вторых, накапливаясь в  почве в больших количествах, они способны изменять многие ее свойства. Прежде всего, изменения затрагивают биологические свойства почвы: снижается общая численность микроорганизмов, сужается их видовой состав (разнообразие), изменяется структура микробоценозов, падает интенсивность основных микробиологических процессов и активность почвенных ферментов и т. д. Сильное загрязнение тяжелыми металлами приводит к изменению и более консервативных признаков почвы, таких как гумусное состояние, структура, рН среды и др. Результатом этого является частичная, а в ряде случаев и полная утрата почвенного плодородия.

Механизм токсического действия тяжелых металлов на живые организмы состоит в том, что они легко связываются с сульфгидрильными группами белков. В результате нарушается проницаемость мембран и происходит ингибирование ферментов, что ведет к нарушению обмена веществ. Разные тяжелые металлы представляют опасность для здоровья человека в различной степени. Наиболее опасными являются Hg, Cd, Pb.

Охрана почв от загрязнения  тяжелыми металлами заключается в следующем. Целесообразнее всего не допускать загрязнения почв тяжелыми металлами, так как их удаление из почвы – это очень сложная задача. Если же загрязнение уже произошло, то почва требует санации («оздоровления»). По вопросу санации почв, загрязненных тяжелыми металлами, существует два основных подхода. Первый направлен на очищение почвы от тяжелых металлов. Очищение может производиться путем промывок, путем извлечения тяжелых металлов из почвы с помощью растений, путем удаления верхнего загрязненного слоя почвы и т. п. Второй подход основан на закреплении тяжелых металлов в почве, переводе их в нерастворимые в воде и недоступные живым организмам формы. Для этого предлагается внесение в почву органического вещества, фосфорных минеральных удобрений, ионообменных смол, природных цеолитов, бурого угля, известкование почвы и т. д. Однако любой способ закрепления тяжелых металлов в почве имеет свой срок действия. Рано или поздно часть тяжелых металлов снова начнет поступать в почвенный раствор, а оттуда в живые организмы [12].

 

 

 

1.7  Загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами

 

 

Нефть представляет собой  смесь углеводов и их производных, в целом свыше 1000 индивидуальных органических веществ, каждое из которых  может рассматриваться как самостоятельный  токсикант. К нефтепродуктам относятся  бензин, лигроин, керосин, газойль, мазут, гудрон и т. д.

Источники загрязнения почв нефтью бывают природные (очень редко) и техногенные. В естественных условиях нефть залегает на больших глубинах и не оказывает влияния на почву. Основной источник загрязнения почвы нефтью – человеческая деятельность (рисунок 9). Загрязнение происходит в районах нефтепромыслов, нефтепроводов, а также при перевозке нефти. Районы и источники загрязнения почв нефтью можно условно разделить на две группы: временные и постоянные (хронические). К временным районам можно отнести утечки при сухопутной или водной транспортировке. К постоянным относятся районы нефтедобычи, на территории которых земля буквально пропитана нефтью в результате многократных утечек.

 

 

Рисунок 9 – Загрязнение почв нефтью [24]

Экологические последствия  загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами зависят от трех групп факторов: параметров загрязнения (химическая природа загрязняющих веществ, концентрация их в почве, срок от момента загрязнения и др.), свойств почвы (структура почвы, гранулометрический состав, влажность почвы, активность микробиологических и биохимических процессов и др.) и характеристик внешней среды (температура воздуха, ветреность, уровень солнечной радиации и особенно доля ультрафиолетового излучения в свете, растительный покров и пр.).

Негативное влияние нефти  на почву проявляется в значительном изменении морфологических, физико-химических и микробиологических свойств почв. На самой поверхности почвы высокомолекулярные продукты деградации нефти образуют довольно устойчивые к разложению корочки, затрудняющие дыхание почвы. При многократных разливах тяжелой нефти происходит образование прочных твердых смолисто-асфальтеновых покровов, в результате чего растения засыхают, наблюдается девегетация почв.

Изменение свойств почв проявляется в возрастании рН, повышении общего количества углерода в 2–10 раз, содержания углеводородов в 10–100 раз. В почве нарушаются азотный режим, процессы нитрификации и аммонификации, окислительно-восстановительные процессы и т. д. Существенно меняются морфологические свойства почв: происходит изменение цветовых характеристик почвенного профиля в сторону преобладания серо- и темно-коричневых оттенков, ухудшается структура, снижается водопроницаемость почв.

Влияние нефти на растения обусловлено как ее непосредственным токсическим воздействием, так и  трансформацией почв. Поступая в клетки и сосуды растений, нефть вызывает токсические эффекты. Они проявляются  в быстром повреждении, разрушении, а затем и отмирании всех живых  тканей растений. Нефть оказывает отрицательное влияние на рост, метаболизм и развитие растений, подавляет рост их наземных и подземных частей, задерживает прорастание семян.

Для человека пары сырой  нефти малотоксичны. Большее воздействие оказывает соприкосновение жидкой нефти с кожей, вызывая дерматиты и экземы.

Наряду с нефтью одним  из основных загрязнителей являются пластовые воды. Масштаб и интенсивность их воздействия на природные системы часто более значительны, чем собственно нефти и нефтепродуктов. Загрязнение пластовыми водами приводит к хлоридно-натриевому засолению, возникает специфическое техногенное осолонцевание со всеми вытекающими отсюда негативными последствиями.