Деградация земель: причины, виды, меры предотвращения

Специфика загрязнения земель нефтепродуктами заключается в  том, что последние долго разлагаются (десятки лет), на них не растут растения и выживают немногие виды микроорганизмов. Восстановление загрязненных нефтепродуктами земель проходит либо засевом культур, устойчивых к нефтяному загрязнению, либо завозом незагрязненной почвы, что осуществляется в три основных этапа: удаление загрязненной нефтью почвы, рекультивация нарушенного ландшафта, мелиорация [13].

 

 

 

1.8  Загрязнение почв пестицидами

 

 

Необходимость применения химических средств защиты растений от вредителей и болезней определяется тем, что  потери урожая без применения ядохимикатов могут составлять около 50 %.

Пестициды – ядохимикаты для борьбы с сорняками (гербициды), с грибковыми болезнями растений (фунгициды) и вредителями (зооциды, инсектициды и др.). В зависимости от назначения химические вещества подразделяются на препараты для защиты растений от вредителей и болезней, гербициды и средства предуборочной обработки культур. Первая группа – наиболее обширная и включает в себя бактерициды, гематоциды, акарициды, зооциды, лимациды, инсектициды, нематоциды, овициды, фунгициды и иные препараты. Чаще всего применяются инсектициды. Эти ядохимикаты могут включать в себя хлорорганические, фосфорорганические и неорганические соединения ртути, свинца, мышьяка и других элементов.

Гербициды применяются как  средство избирательного уничтожения сорной растительности. Из средств предуборочной обработки культур наибольшее применение нашли дефолианты, десинканты и стимуляторы роста.

Все яды, применяемые в  сельском хозяйстве как средство борьбы с вредителями и болезнями  растений, в большей или меньшей  степени ядовиты для животных и человека. Широкое их применение оказывает всевозрастающее влияние не только на растения, но и на все живое население Земли. Примечательно, что лишь небольшая доза пестицидов достигает организмов, действительно подлежащих уничтожению. Значительная же их часть отрицательно действует на полезные  организмы, в том числе обитающие в почвах. Ядохимикаты влияют на микрофлору и микрофауну почвы, вызывают заметные сдвиги в биохимических и микробиологических процессах, сопровождающихся повышенным образованием и выделением углекислого газа, аммиака, аминокислот и других продуктов метаболизма. При этом изменяется ход и интенсивность процессов распада органических веществ почвы – клетчатки, белка, сахаров. Пестициды снижают качество сельскохозяйственной продукции.

Сегодня вряд ли можно полностью отказаться от применения ядохимикатов. Но нужно быть осторожным с дозировкой, транспортировкой, хранением и т. д. Рациональное использование пестицидов должно осуществляться путем снижения норм расхода препаратов, оптимизации сроков и способов применения, подбора препаратов, наиболее безвредных для среды и человека, сокращения обработок на основе учета экологических и экономических порогов вредности фитофагов. Хорошо известны биологически безвредные для здоровья людей методы борьбы с вредителями. К сожалению, их применяют крайне редко.

Главные условия создания чистых агроценозов и ландшафтов – всемерное сокращение применения ядохимикатов, высокая техника, использование биологических средств защиты растений и устойчивых к болезням и вредителям сортов [14].

 

 

 

1.9  Радиоактивное загрязнение почв

 

 

Радиоактивность – способность нестабильных ядер элементов (радиоактивных изотопов, радионуклидов) к самопроизвольному распаду. Следствием ядерного распада является ионизирующая радиация в виде потока альфа- и бета-частиц, гамма-квантов и нейтронов. Радиоактивность измеряется специальными счетчиками.

Действие радиации зависит  от энергии частиц и силы излучения, то есть числа частиц, вылетающих в единицу времени. Сила излучения измеряется в беккерелях (1 Бк = 1 распад в сек.) или кюри (1 Ки = 3,7^.10¹⁰ Бк). Дозу излучения, поражающую организм, находят путем измерения количества поглощенной им энергии. Доза естественного облучения зависит от высоты над уровнем моря и природы подстилающих почву пород.

Радиоактивное излучение  является канцерогенным (вызывает раковые заболевания) и мутагенным (увеличивает частоту мутаций) фактором.

На процесс поглощения и накопления радиоактивных изотопов живыми организмами влияют многие факторы:

1  Природа радиоактивных элементов. Наибольшее значение имеют изотопы с длинным периодом полураспада и особенно те, которые накапливаются в тканях: Sr⁹⁰ в костях и I¹³² в щитовидной железе.

2 Очень высокая специфичность коэффициента концентрации, который представляет отношение элемента в организме к его количеству в окружающей среде. Этот коэффициент изменяется в очень широких пределах, от 1 до 200, а иногда и значительно больше. Поэтому некоторые организмы благодаря извлечению радиоактивных элементов из окружающей среды сами становятся токсичными.

3  Содержание в окружающей среде элементов-антагонистов. Отмечено, что в пищевых цепях радиоизотопы способны вступать в конкурентные отношения с другими химическими элементами. Чем меньше содержание соответствующих элементов в окружающей среде, тем большее значение приобретают изотопы. Так живущие в бедной среде организмы загрязняются быстрее, чем обитающие в богатой.

4  Вид и возраст организмов. Радиочувствительность разных организмов весьма различна. Установлено, что микроорганизмы более чувствительны к α- и β-лучам, а крупные организмы – к γ-лучам. По степени устойчивости к радиации живые организмы образуют ряд: бактерии –насекомые – млекопитающие. Молодые особи обладают большей радиочувствительностью и большей интенсивностью поглощения радионуклидов, чем старые.

Радиоактивность почв обусловлена содержанием в них радионуклидов. Различают естественную и искусственную радиоактивность [15].

Естественная  радиоактивность почв вызывается естественными радиоактивными изотопами, которые всегда в тех или иных количествах присутствуют в почвах и почвообразующих породах.

Естественные радионуклиды подразделяют на 3 группы. Первая группа включает радиоактивные элементы – элементы, все изотопы которых радиоактивны: уран (²³⁸U, ²³⁵U), торий (²³²Th), радий (²²⁶Ra) и радон (²²²Rn, ²²⁰Rn). Во вторую группу входят изотопы «обычных» элементов, обладающие радиоактивными свойствами: калий (¹⁰К), рубидий (⁸⁷Rb), кальций (⁴⁸Са), цирконий (⁹⁶Zr) и др. Третью группу составляют радиоактивные изотопы, образующиеся в атмосфере под действием космических лучей: тритий (³Н), бериллий (⁷Ве, ¹⁰Ве) и углерод (¹⁴С).

Валовое содержание естественных радиоактивных изотопов в основном зависит от почвообразующих пород. Почвы, сформировавшиеся на продуктах  выветривания кислых пород, содержат радиоактивных изотопов больше, чем образовавшиеся на основных и ультраосновных породах; тяжелые почвы содержат их больше, чем легкие.

Естественные радиоактивные  элементы распределяются по профилю почв обычно относительно равномерно, но в некоторых случаях они аккумулируются в иллювиальных и глеевых горизонтах. В почвах и породах присутствуют преимущественно в прочносвязанной форме.

Искусственная радиоактивность  почв обусловлена поступлением в почву радиоактивных изотопов, образующихся в результате атомных и термоядерных взрывов, в виде отходов атомной промышленности или в результате аварий на атомных предприятиях. Образование изотопов в почвах может происходить вследствие наведенной радиации. Наиболее часто искусственное радиоактивное загрязнение почв вызывают изотопы ²³⁵U, ²³⁸U, ²³⁹Pu, ¹²⁹I, ¹³¹I, ¹⁴⁴Се, ¹⁴⁰Ba, ¹⁰⁶Ru, ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs и т. д.

Экологические последствия  радиоактивного загрязнения почв заключаются в следующем. Включаясь в биологический круговорот, радионуклиды через растительную и животную пищу попадают в организм человека и, накапливаясь в нем, вызывают радиоактивное облучение. Радионуклиды, подобно многим другим загрязняющим веществам, постепенно концентрируются в пищевых цепях.

В экологическом отношении  наибольшую опасность представляют ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs. Это обусловлено длительным периодом полураспада (28 лет ⁹⁰Sr и 33 года ¹³⁷Cs), высокой энергией излучения и способностью легко включаться в биологический круговорот, в цепи питания. Стронций по химическим свойствам близок к кальцию и входит в состав костных тканей, а цезий близок калию и включается во многие реакции живых организмов.

Искусственные радионуклиды закрепляются в основном (до 80 – 90 %) в верхнем слое почвы. Наибольшей сорбцией обладают почвы с высоким содержанием гумуса, тяжелым гранулометрическим составом, богатые монтмориллонитом и гидрослюдами, с непромывным типом водного режима. В таких почвах радионуклиды способны к миграции в незначительной степени.

Скорость самоочищения почв от радиоизотопов зависит от скоростей их радиоактивного распада, вертикальной и горизонтальной миграции. Период полураспада радиоактивного изотопа – время, необходимое для распада половины количества его атомов.

Особенность радиоактивного загрязнения почвенного покрова заключается в том, что количество радиоактивных примесей чрезвычайно мало и они не вызывают изменений основных свойств почвы – рН, соотношения элементов минерального питания, уровня плодородия. Поэтому, в первую очередь, следует лимитировать (нормировать) концентрации радиоактивных веществ, поступающих из почвы в продукцию растениеводства.

Поскольку в основном радионуклиды являются тяжелыми металлами, то основные проблемы и пути нормирования, санации и охраны почв от загрязнения радионуклидами и тяжелыми металлами в большой степени сходны и зачастую могут рассматриваться вместе [16].

 

 

 

1.10  Биологическое загрязнение почв

 

 

Многие микроорганизмы, обитающие в почвах, являются патогенными: они опасны и даже губительны для человека и животных.

В процессе эволюционного  развития и адаптации к живым  организмам патогенные микроорганизмы приобрели паразитические свойства. Они связаны с растительным и животным миром, могут переходить с почвенной влагой в водоемы, воздушными потоками переноситься в атмосферу.

Болезнетворные микроорганизмы могут сохраняться в почвенной  среде длительное время. Так, например, споры палочки сибирской язвы остаются жизнеспособными в почве десятки лет. Благодаря этому почва может играть определенную эпидемиологическую роль в распространении отдельных инфекционных заболеваний. При загрязнении вместе с почвой проникают споры возбудителей газовой гангрены и столбняка. Немаловажное значение имеет почва для последовательной передачи инфекций во внешней среде, так как попавшие в нее патогенные микроорганизмы в дальнейшем распространяются через воду, растительную продукцию, вызывая холеру, дизентерию, тиф и т. д., или посредством насекомых, грызунов, скота, провоцируя туляремию, чуму, сибирскую язву и т. д. Кроме того, болезнетворные микроорганизмы вместе с пылеватыми частицами могут попадать в дыхательные пути человека, вызывая пневмонию, скарлатину, туберкулез, микозы и др. Высокий потенциал различных групп патогенных микроорганизмов в почве особенно он велик вблизи крупных городских центров, населенных мест с развитой сельскохозяйственной промышленностью.

Обширную группу микроорганизмов, встречающихся в почвах, составляют кокки. В эту группу входят стафилококки, стрептококки, диплококки. Основным общим признаком болезнетворных кокков является их постоянная способность вызывать гнойно-воспалительные процессы и сепсис.

При загрязнении органическими веществами в почве в значительных количествах обнаруживаются кишечные бактерии. Среди них выделяют патогенные, условно-патогенные и сапрофитные виды. К патогенным кишечным бактериям относятся возбудители брюшного тифа, паратифозных заболеваний и дизентерии. Кишечная палочка относится к так называемым условно-патогенным микробам. В своей естественной среде обитания –

кишечнике – она является комменсалом и, несомненно, играет положительную роль. Однако при понижении резистентности организма может проявиться патогенное действие кишечной палочки. У маленьких детей в этих случаях кишечная палочка, проникая в верхние отделы тонкого кишечника, вызывает тяжелые кишечные заболевания.

С целью установления степени загрязненности почвы, воды, пищевых продуктов и т. д. в них определяют наличие кишечной палочки. Результаты анализа выражают в коли-титре или коли-индексе. Коли-титр – наименьшее количество субстрата (почвы, воды, пищевых продуктов), в котором содержится хотя бы одна кишечная палочка. Коли-индекс — количество кишечных палочек, содержащихся в 1 г твердых веществ и в 1 л жидкости.

При массовом загрязнений  почвы, воды и продуктов создаются  возможности для возникновения  эпидемических вспышек. При санитарных обследованиях в почвах обнаруживаются холерные вибрионы, вызывающие острое инфекционное заболевание – холеру, которое поражает только человека и характеризуется резко выраженным гастроэнтеритом, обезвоживанием организма и явлениями общей интоксикации.

Несмотря на то, что почва  не является естественной средой обитания большинства патогенных микроорганизмов, болезнетворные микробы широко распространены в почвенных субстратах, способны длительное время в них сохраняться (до нескольких лет), играя значительную роль в возникновении эпидемий.

Столбняк – острая раневая инфекция, основным признаком которой является поражение нервной системы токсином возбудителя. Заболевание возникает в результате загрязнения ран почвой, содержащей споры палочек столбняка.

Другими агентами патогенной анаэробной микрофлоры, присутствующими в почве, являются бациллы бутулизма. Споры этих микробов, попав в загрязненные землей пищевые продукты, прорастают в них в условиях анаэробиоза в вегетативные формы, образующие экзотоксин, который вызывает отравление и поражение нейтральной нервной системы.