АНТРОПОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ЛИТОСФЕРУ

86 Час т ь 1 Место инженt>рной экологии в системе знаний о челове!<е и nрироде

Питательные вещества из почвы поступают в растение через корне­

вые окончания в ионной форме: катионы оснований. например, об­

мениваются на катионы водорода, источником которых могут быть

органические кислоты. Корни растений извлекают из почвы соеди­

нения азота (нитраты), серы, фосфора. а также зольные ЭJiементы,

в частности соли калия, кальция и в меньшей степени кремнезем и

полуторные оксиды. Таким образом, растительность создает непре­

рывный поток зольных элементов из более глубоких слоев почвы к

ееповерхности, т .е. обеспечивает их биологическую миграцию.

Впроцессах почвообразования большую роль играют населяю­

щие почву живые организмы (микробы, беспозвоночные), бактерии,

грибы.

Человек практически не воздействует на литосферу, хотя верх­

ние горизонты земной коры сильно изменяются в результате экс­

плуатации месторождения полезных ископаемых. Наибольшей

трансформации подвергается самый верхний, поверхностный гори­

зонт в пределах суши. которая занимает 29,2% поверхности земного

шара и включает земли различной категории, из которых важней­

шее значение имеет плодородная почва. Под влиянием деятельности

людей возникает ускоренная эрозия, когда почвы разрушаются в 100... 1000 раз быстрее, чем в естественных условиях. В результате

такой эрозии за последнее столетие утрачено 2 · 109 га плодородных земельных угодий. что составляет 27% земель сельскохозяйствен­

ного использования.

В почве протекают различные физические. химические и биоло­

гические процессы, которые в результате попадания в нее загряз­

няющих веществ нарушаются Загрязнение почв связано с за­

грязнением атмосферы и гидросферь1. В почву попадают твердые и

жидкие промышленные, сельскохозяиственные и бытовые отходы.

Основными загрязняющими почву веществами являются металлы и

их соединения, радиоактивные вещества, удобрения и пестициды.

Г.павными источниками загрязнения почвы являются следую­

щие.

• Жилые дома и бытовые предприятия. В числе загрязняю­

щих веществ преобладает бытовой мусор, пищевые отходы, фека­

лии, отходы отопительных систем, больниц, столовых, гостиниц, ма­

газинов и др.

• Промышленные предприятия. В газообразных, жидких и

твердых промышленвых отходах nрисутствуют те или иные вещест­

ва, которые существенно изменяют химический состав почв, загряз­

няя их.

• Теплоэнергетика. Помимо образования массы шлаков при

сжигании каменного угля с теплоэнергетикой связано выделение в

атмосферу сажи, несгоревших частиц, оксидов серы и других ве­

ществ, которые попадают в почву.

• Сельское хозяйство. Удобрения и ядохимикаты, применяе­ мые для защиты растений от вредителей, болезней и для борьбы с

сорняками. На полях ежегодно рассеивается свыше 500 · 106 т ми­

неральных удобрений и около 4 · 106 т ядохимикатов, а типовой сви­ новодческий комплекс на 108 тыс. голов дает около 106 мз tlавозных

стоков, т.е. по эффекту загрязнения равен городу с численностью

населения 150 тыс. человек.

• Транспорт. При работе двигателей внутреннего сгорания ин­

тенсивно выделяются оксиды азота, свинец, углеводороды и другие

вещества, оседающие на поверхности почвы или поглощаемые рас­

тениями. В выхлопных газах автомобилей более 40 химических ве­ ществ, большинство из которых токсичны. Следы свинца находят на расстояниях до 100 м от полотна дороги, а в почве придорожных

полос повышенное содержание никеля, цинка и других металлов.

Самоочищение почв - процесс медленный. Почвы могут само­

очиститься в тех случаях, когда в этом процессе активно участвуют

находящиеся в почве бактерии, грибы, простейшие организмы и т .д. При накоплении токсичных веществ химический состав почв изме­ няете я, и происходит нарушение единства геохимической среды и живых организмов. Из почвы токсичные вещества могут попасть в организмы животных и людей, в результате чего возникают веже­

лательные последствия. О масштабах химического преобразования

поверхности литосферы можно судить по следующим данным: за

столетие (1870-1970 Jт.) на земную поверхность осело свыше

20 · 109 т шлаков; 3 · 109 т золы; выбросы цинка и сурьмы составили по 600 · 1оз т; мышьяка - 1,5 . 1Об т; кобальта - свыше 0,9 · 1Об т; никеляболее 1 ·106 т. В год из Земли извлекается до 10 т горных

пород, однако использование ископаемых материалов малоэффек­ тивно. Каждый год при переработке и добы•tе минерального

сырья образуется около 8,5 · J09 т твердых отходов 11 ].

4.2. Нормирование загрязняющих веществ в почве

Нормирование загрязняющих веществ в почве имеет три направ­

ления:

• нормируется содержание ядохимикатов в пахотном слое почвы

сельскохозяйственных угодий;

88 Час т ь 1 Место инженерной экологии в системе знаний о человеке и природе

• нормируется накопление токсичных веществ на территориИ

предприятия;

• нормируется загрязненность почвы в жилых районах, преиму­

щественно в местах хранения бытовых отходов [6, 7].

В пахотном слое ядохимикаты нормируются по двум показате-

лям:

•предельно допустимым концентрациям (ПДКn);

•временно допустимым концентрациям (ВДКn)·

Для установления пдкn используют данные о фоновых концент­

рациях исследуемых веществ, их физико-химических свойствах,

параметрах стойкости, токсичности. При этом экспериментально ус­

танавливают:

• допустимую концентрацию вещества в почве, при которой его содержание в пищевых и кормовых растениях не превысит

некоторых допустимых остаточных количеств (ДОК), иначе на­

зываемых ПДК в продуктах питания;

• допустимую (для летучих веществ) концентрацию, при ко­

торой поступление вещества в воздух не превысит установлен­

ных ПДК для атмосферного воздуха (ПДКа8);

• допустимую концентрацию, при которой поступление ве­

щества в не грунтовые воды не превысит ПДК для водных объ­

ектов;

• допустимую концентрацию, не влияющую на микроорга­

низмы и процессы самоочищения почвы.

Наиболее жесткие из названных показателей принимаются в ка­ честве ПдКn, причем сравнение идет по одноименным показателям

вредности. Установлены пдкn в основном для ядохимикатов, при­

меняемых для защиты растений от вредителей, болезней, сорняков

(табл. 4.1 ).

Временно допустимые концентрации (ВДКП) в отличие от пдкn

определяются расчетным путем для всех пестицидов, которые раз-

решены к этим испытаниям или, 13 силу своих химических особен­

ностей не требуют обязательного определения ПДК.

Санитарное состояние почвы оценивается по ряду гигиеничес­

ких показателей, в том числе по так называемому санитарному

числу, т.е. отношению содержания белкового азота к общему орга­

ническому; учитывается также наличие кишечной палочки (коли­

титр), личинок мух, яиц гельминтов. По комплексу этих показателей

почва оценивается как чистая или загрязненная. Кроме того, суще­

ствует ряд дополнительных показателей санитарного состояния

почв (табл. 4.2), определяемых на территории как произведетвенных предприятий, так и населенных пунктов [8, 9].

ческие

Росгидрометом ежегодно проводится выборочный контроль за­

грязнения земель 5-километровой зоны вокруг основных промыш­

ленных центров черной и цветной металлургии, химических и неф­

техимических предприятий, центров машиностроения, энергетики и других зон повышенного техногенного воздействия на окружающую

среду.

Некоторые виды микроорганизмов способны питаться ядами. Кроме того, под действием загрязнителей формируются устойчивые к таксикантам формы микробов. В их клетках вырабатываются

ферменты, способные осуществлять распад токсичных соединений.

Приспособляеыость микроорганизмов к токсичным веществам обу­ словлена разными причинами. Одни из них непостоянны, и с их уст­

ранениеы исчезает и адаптационный эффект микроба, другие вызы­ вают генетические изменения микробных клеток и тем самым

стабильно закрепляют их новые свойства.

Разлагать токсичные вещества способны микроорганизмы раз­

личных групп. Особенно активны бактерии рода Псевдоl'Уюнас -

они одинаково легко используют моноциклические ароматические

углеводороды (бензол, толуол, ксилол), альдегиды (формальдегид,

ацетальдегид), спирты (метанол, глицерин) и другие, более сложные

соединения.

В процессе воздеИствин на загрязненную почву тяжелых метал­

лов микроорганизмы могут накапливать их в своих клетках. Гриб

ней13оспора способен поглотить до 40% накопленного в почве ко­

бальта. С каждым годом расширяется поиск микробов, <<работающих

на человека•>. Идет окультуривание диких и создание новых, более полезных форм микроорганизмов. Ранее считали, что внесенный в почву посторонний микроб быстро в ней гибнет и не выполняет

своих функций. Однако в настоящее время появи.пись доказательст­

ва того, что многие 1\шкроорганизмы, искусственно внесенные в

tючву, находят в ней свое место и долго сохраняют жизнедеятель­ ность и активность. В процессе разложения токсичных соединений

•tаще всего участвуют несколько видов микроорганизмов, причем,

одни начинают, а другие завершают процесс разложения, расщепляя

уже частично измененные продукты. Скооперированное действие

микроорганизмов ~южет быть основано не только на таких сравни­

тельно простых связях. Между отдельными представителяыи едино­ t·о микробного комплекса может происходить обмен генетическим

материалом посредством специфических структур - плазмид.

Плазмиды не являются неотъемлемой частью клетки. Они могут l'iыть утрачены ею или приобретены извне. При этом утрачивается свойственный данному микроорганизму признак или приобретается

92 Час т ь 1 Место инженерной экоJlоrии в системе знаний о чеJlовеке и природе

новый. Планируется создание ряда новых штаммов, способных раз­ рушать стойкие химические соединения. С их помощью можно обез"

ареживать специальные угодья с повышенным содержанием ксено­

биотиков. Познание взаимоотношений микроорганизмов с запро­

граммированными свойствами позволит решить многие важные про­

блемы, возникающие на нашей планете.

4.4. Деградация nочв

Скорость образования верхнего слоя почвы составляет примерно

2,5 см за 100... 1000 лет Этот показатель широко варьируется в за­

висимости от климата, растительности, типа почвы и характера зем­

лепользования.

Эрозия почвы измеряется в тоннах потерянной почвы на 1 га.

Чтобы понять, что означает скорость потери почвы, необходимо об­

ратиться к фактам. В современном сельском хозяйстве глубина

вспашки обычно составляет 15 см. Масса этого слоя на 1 га равна примерно 2245 т. Если скорость эрозии примерно 33 т на 1 га за год, то ежегодно утрачивается около 0,25 см почвы, а весь пахотный слой будет утрачен за 60 70 лет. Подсчитано, что продуктивность

почвы может сохраняться в течение долгого времени при ежегодных

потерях, не превышающих 2,2 ... 11 т с 1 га в год. В составе земель­ ного фонда учитываются семь I<атегорий по назначению земель и

семь основных видов их использования (угодий).

Категории земель:

I - земли сельскохозяйственных предприятий и граждан;

II - земли лесного фонда (лесохозяйственные),

lil - земли в ведении городских, поселковых и сельских органов

власти;

зяйственного назначения;

Данные о категориях почв приведены в табл. 4.4.

Масштабы деградационных процессов зависят от интенсивности

действия естественных (климатические, гидрологические, морфоди­ намические, фито- и зоогенные) и антроrюгенных факторов, таких

как: нерациональное ведение бочарного и орошаемого земледелия; чрезмерный выпас; уничтожение почвенио-растительного покрова

промышленным, коммунальным и ирригационным строительством;