Грунтознавство
 Скачать 3.44 Mb.
|
|
19.5.2. Захист грунтів від впливу продуктів техногенезу Сучасна індустріальна діяльність супроводжується надходженням у біосферу побічних продуктів. У формі твердих відходів промисловості надходить щорічно 20-30 млрд. т різних речовин, з них 50% – органічних. З твердими відходами на поверхню грунтів надходять забруднювачі навколишнього середовища. Серед них найбільш небезпечними вважають ртуть, свинець, кадмій, миш'як, селен і фтор. Забруднення грунтів важкими металами має різну природу, але переважно це відбувається при спалюванні викопного палива: вугілля, нафти, горючих сланців. Людством вже добуто і використано понад 130 млрд. т вугілля і 40 млрд. т. нафти. Отже, із золою надійшли на поверхню грунтів мільйони тонн металів, значна частина яких акумульована у верхніх шарах. Антропогенна діяльність на порядок збільшила надходження свинцю і кадмію. Головне джерело забруднення грунтів свинцем – вихлопні гази автомобілів. Щорічно з ними надходить більш 250 тис. т. свинцю. Важкі метали надходять у грунт також з добривами і пестицидами. Більшість сполук важких металів акумулюються в підстилці і гумусовому горизонті. Розподіл важких металів по поверхні залежить від характеру й особливостей джерела забруднення, метеорологічних особливостей регіону, зокрема – від рози вітрів, геохімічних факторів і ландшафтної обстановки в цілому. Ареал максимального забруднення рідко перевищує 10-15 км у радіусі від джерела, але невеликі концентрації при попаданні у високі шари атмосфери можуть переноситися на значні відстані. Метали втягуються у біологічний кругообіг, передаються по ланцюгах харчування і викликають цілу низку захворювань у тварин і людини, при високих концентраціях згубно впливають на рослини, знижують біологічну активність грунтів. Нерівномірність техногенного розподілу металів збільшується неоднорідністю геохімічної обстановки в природних ландшафтах. У зв'язку з цим, для прогнозування можливого забруднення продуктами техногенезу і запобігання небажаних наслідків необхідно брати до уваги закони міграції хімічних елементів у різних природних ландшафтах і геохімічних умовах. Продукти техногенезу, залежно від їх природи і тієї ландшафтної обстановки, куди вони потрапляють, можуть втрачати токсичність, трансформуватись природними процесами або зберігатися і накопичуватися, згубно діючи на живі організми. В автономних ландшафтах розвиваються процеси самоочищення від техногенних забруднень, тому що продукти забруднення розсіюються поверхневими і внутрігрунтовими водами. В акумулятивних ландшафтах продукти техногенезу консервуються і накопичуються. Ртуть, свинець, кадмій добре сорбуються у верхніх сантиметрах перегнійно-акумулятивного горизонту різних типів грунтів суглинкового складу. Міграція їх по профілю і винос за межі грунтового профілю незначні. Але в грунтах легкого складу, кислих і збіднених гумусом, процеси міграції цих елементів посилюються. Фтор також має токсичний вплив на мікрофлору, безхребетних тварин і рослинність. Адсорбція фтору відбувається в грунтах з добре розвинутим поглинальним комплексом. Розчинні сполуки фтору легко переміщуються по грунтовому профілю і можуть потрапляти в грунтові води. Джерелом цього полютанту в грунтах часто виступають фосфорні добрива. Цинк і мідь менш токсичні, але й більш мобільні, ніж свинець і кадмій. Підвищення вмісту органічної речовини й поважчення гранулометричного складу грунтів зменшує міграційну здатність цинку та його сполук. Спільна дія важких металів на живі організми в грунті має сильніший інгібуючий вплив, ніж при тій же концентрації кожен елемент окремо. У різних типах грунтів рівень токсичності важких металів може відрізнятися на порядок і вище. Наприклад, встановлено, що кадмій на неокультурених підзолистих грунтах має гнітючий вплив при вмісті 5 мг/кг, а на окультурених – починаючи з 50 мг/кг. З продуктами неповного згорання вугілля і нафти в грунт надходять поліциклічні ароматичні вуглеводи, серед яких особливо небезпечний бензпірен. Він сильний канцероген. Грунт – кінцевий резервуар акумуляції бензпірену. Найбільше його накопичується в гумусовому горизонті. З грунтовим пилом, грунтовими водами, з продуктами харчування бензпірен може потрапляти в організм тварин і людини. Грунтові мікроорганізми мають здатність розкладати бензпірен на нетоксичні компоненти, але процес надходження преавулює над його детоксикацією. Антропогенне надходження сірки в грунт і на поверхню рослинності відбувається у формі SО2 й інших газоподібних сполук та у виді кислотних дощів. Грунт сорбує двооксид сірки. Швидкість сорбції збільшується з наростанням вологості грунтів, підвищенням рН, збільшенням вмісту органічної речовини, ємності поглинання і питомої поверхні грунтів. Повітряно-сухі грунти сорбують 1-5, а вологі 9-67 мг SО2/м кв грунту (К.Сміт, 1973). Грунти сорбують також і відновлені сполуки сірки: сірководень, метилмеркаптан, сірковуглець і ін. Двооксид сірки в атмосфері окиснюється в триоксид. Оксиди сірки й азоту техногенного походження, при розчиненні в рідкій фазі хмар і туману перетворюються в кислоти і випадають з опадами. На фонових територіях з опадами надходить 3-6 кг/га сірки, у промислових регіонах – 25-30 кг/га. Відповідно, вміст водорозчинної сірки в дерново-підзолистих грунтах фонових територій складає 5-7 мг/100 г, поблизу промислових виробництв він зростає і становить понад 20 мг/100 г грунту. Двооксид і триоксид сірки можуть переноситися повітряними масами на десятки і сотні кілометрів від джерела викиду. Щорічно в атмосферу надходить до 500 млн. т кислотних компонентів. При надходженні лужних, лужноземельних і важких металів з викидами металургійних заводів, а також аміаку з викидами комбінатів по виробництву добрив відбувається підлуговування грунтів. Масштаби цих процесів значно менші, ніж процесів підкислення, і негативні наслідки також не настільки значні. Але при цьому аномально може зростати вміст у грунтах тих чи інших компонентів, що призводить до порушення необхідних пропорцій в елементах живлення. Підвищена лужність грунтів несприятлива для багатьох сільськогосподарських рослин. До того ж, в умовах лужної реакції середовища і промивного режиму різко зростає мобільність органічної речовини, що збіднює грунти на гумус. Проте в наш час чи ненайбільший деструктивний вплив на екосистеми здійснюють природні та антропогенні (штучні) радіонуклеїди. Починаючи з кінця XIX століття, природний радіаційний фон, складовою частиною якого є радіаційний фон грунтів, невпинно зростає, що свідчить про прогресуюче забруднення довкілля цим видом полютантів. Джерелом природних радіонуклеїдів є космічне та внутрішнє земне випромінювання. Штучні радіоактивні ізотопи в грунтах – результат видобутку урану, роботи ядерних реакторів різного типу, функціонування радіохімічної промисловості, випробування ядерної зброї, використання радіонуклеїдів у народному господарстві та недосконалість утилізаційних технологій. Аварія на Чорнобильській АЕС – гіркий приклад людської безвідповідальності. Лише на території України забруднено 74 райони в 12 областях, а це 6,7 млн. га продуктивних грунтів, в тому числі: до 1 Кі/км кв – 5,6 млн.га, від 1 до 5 Кі/км кв – 1,0 млн. га, від 5 до 15 Кі/км кв – 100 тис. га, понад 15 Кі/км кв – 27 тис. га. Понад 58 тис. га отруєно на тисячі років у зоні відчудження, де була проведена повна евакуація населення (П.П. Надточій, В.Г. Гермашенко, Ф.В. Вольвач, 1998). Захист грунтів від техногенних полютантів базується, в першу чергу, на вдосконаленні технологій і принципів організації виробництва. Створення замкнутих технологічних систем, організація безвідходного виробництва веде до різкого, майже повного скорочення надходження в едафотоп продуктів техногенезу. Крім запобіжних заходів, важливе значення мають заходи по ліквідації існуючого забруднення. При атмосферному забрудненні грунтів важкими металами й іншими токсичними компонентами, коли вони у великих кількостях концентруються у верхніх горизонтах грунту, можливе вилучення цього шару і поховання його. У даний час отриманий ряд хімічних речовин, що здатні інактивувати важкі метали чи понизити їх токсичну дію. Це іонообмінні смоли, що утворюють хелатні сполуки з важкими металами. Іонообмінні смоли вносять у грунт у дозах, обумовлених рівнем забруднення. Негативною властивістю речовин-інактиваторів є їхня обмежена ємність. Найбільш доступний, але не завжди найефективніший спосіб закріплення важких металів та радіонуклеїдів у грунті – внесення вапна й органічних добрив, що адсорбують важкі метали і токсини. Внесення органічних добрив у високих дозах, використання зелених добрив, борошна з рисової соломи і т.п. знижує надходження кадмію і фтору в рослини, а також токсичність важких металів. Регулювання складу і доз мінеральних добрив може зменшити токсичну дію низки елементів. Внесення підвищених доз фосфору знижувало токсичну дію свинцю, міді, цинку і кадмію. 19.6. Патологія грунтів і здоров'я людини Гострота проблеми патології грунтів полягає не тільки в зниженні родючості грунтів і в зменшенні харчової та сировинної баз. Небезпечнішим і значно страшнішим є інше: деградація і патологія грунтів викликає патологічні зміни в здоров'ї, розвитку та фізіології організму людини і навіть в його розумовій діяльності та психіці. Людина як гетеротрофний компонент екологічних систем, споживаючи рослинну і тваринну їжу, повітря і воду є активною ланкою в локальних і регіональних потоках енергії і біохімічних циклах вуглецю, кисню, водню, азоту, фосфору, сірки, кальцію та сотень інших макро- і мікроелементів. У наш час ця роль людини та індустріальної цивілізації надзвичайно зросла. Можна стверджувати, що в районах "здорових" екологічних систем і нормальних, продуктивних грунтів народжуються та формуються фізично і духовно здорові покоління людей. Загальновідомо, що жителі низьких гір, передгір'я і лугових степів Кавказу, Тянь-Шаню, Гімалаїв (Хунзи), України відрізняються разючим здоров'ям і довголіттям. Населення регіонів кислих, бідних, сильно вилугуваних грунтів вологого клімату характеризуються низькорослістю; діти нерідко страждають від рахіту і ламкості кісток (дефіцит кальцію). У регіонах, віддалених від океану і морів, грунти, вода та їжа збіднені йодом і міддю, а це викликає у людини захворювання щитовидної залози – зоб (особливо у жінок). Північно-східні райони Азії відомі так званою уровською хворобою (потворний розвиток кісток). Причини цієї хвороби пов'язували з дефіцитом кальцію і вмістом в грунтових і річкових водах високої концентрації оксидів кремнію (кремнезему). Західні дослідники знаходили зв'язок між канцером шлунково-кишкового тракту і грунтами річкових долин. Розповсюдження прокази прив'язане до посушливих регіонів Азії й Африки. Багато авторів пов'язують кретинізм з дефіцитом білку в їжі людини і низькою якістю урожаю зернових. На ці природні біохімічні зв'язки людини і грунтового покриву накладається вплив антропогенних біогеохімічних аномалій (неоаномалій). Рослини, грунти, води, повітря, продукти харчування територій великих індустріальних міст, підприємств, шахт, рудників, сміттєзвалищ, дорожних магістралей, аеропортів і т.п. забруднені та отруєні сполуками важких металів, вуглецю, вуглеводів, оксидів азоту, сірки. Стоки великих тваринницьких підприємств, надлишок добрив і різних біоцидів створюють на великих просторах небезпеку постійного отруєння грунтів, біопродукції і людини. Легеневі і серцеві хвороби, знижена народжуваність і хворобливі немовлята, слабосильні мужчини, зменшення тривалості життя – такі тривожні наслідки патології грунтів. Світова громадськість стривожена порушенням озонового екрану, що захищає життя і здоров'я людини від космічних випромінювань. У певній мірі цьому, вірогідно, сприяють власне земні (грунтові) фактори, що ведуть до зниження інтенсивності фотосинтезу і емісії кисню. Заболочені грунти генерують оксиди азоту, сірки, вуглецю, метан, ацетилен, окиснення яких може згубно впливати на відновлення озону (О3) в стратосфері. Це може бути викликано також надлишковими дозами азотних добрив, денітрифікацією, що веде до утворення оксиду азоту та інтенсивним "диханням" едафотопів, яке посилює "парниковий" ефект. Антропогенні забруднювачі грунтів і вод поступають в місцеві біогеохімічні потоки міграції і кругообіг речовин. З автоморфних і транзитних ландшафтів полютанти мігрують та інтенсивно накопичуються в акумулятивних низинах, в заплавах та на узбережжях озер, морів і океанів. У засушливому кліматі ці різноманітні токсини сполучаються з шкідливими легкорозчинними солями грунтів і грунтових вод. У таких умовах складається особливо тривожна і навіть драматична ситуація для населення. Терміновим загальнодержавним завданням є глибоке екологічне і біохімічне дослідження, розробка програми необхідних оздоровчих заходів в інших регіонах екологічних катастроф. Настільки ж важливим є біохімічне районування всієї планети з метою виявлення районів з найбільш екологічно небезпечними грунтами для життя людини. Необхідна організація мережі стаціонарів грунтово-екологічних спостережень за станом едафотопів, вод, рослин, повітря і здоров'я людини. 19.7. Моніторинг грунтів Робота з охорони грунтів припускає наявність інформації про стан грунтів, про їхні зміни під впливом антропогенних навантажень. На відміну від атмосферного повітря і природних вод, спостереження за станом і забрудненням грунтів мінеральними й органічними токсикантами вкрай обмежене і належно не організоване. Екологічна роль грунту як вузла зв'язків біосфери, де найінтенсивніше відбуваються всі процеси обміну речовин між земною корою, гідросферою, атмосферою й організмами, що живуть на суші, визначає необхідність спеціальної організації грунтового моніторингу як невід'ємної частини загального моніторингу навколишнього середовища. Необхідність організації служби грунтового моніторингу відчувається все гостріше, оскільки величина антропогенного пресу на едафотопи постійно зростає, причому збільшуються і темпи його росту. Загальний об'єм глобальних антропогенних навантажень на грунтовий покрив можна сміливо порівнювати з дією природних факторів. Загальний перелік завдань та задач, що постають перед грунтовим моніторингом, об'ємний. У перспективі можливі нові завдання, що виникатимуть з появою нових технологій і розширенням асортименту синтезованих хімічною промисловістю органічних і мінеральних речовин. Звичайно, частина із сьогоднішніх завдань буде знята з порядку денного в близькому майбутньому; наприклад, при переході промислових підприємств на безвідхідну технологію відпаде необхідність контролю за забрудненням грунтів хімічними речовинами. Але в даний час такий контроль ще необхідний. Грунтовий моніторинг – це діагностика, прогноз і управління станом грунтів або контроль заради керування розширеним відтворенням їх родючості. Найважливішими завданнями грунтового моніторингу є: - оцінка середньорічних втрат грунту внаслідок водної, іригаційної і вітрової ерозій; - виявлення регіонів з дефіцитним балансом головних елементів живлення рослин, виявлення й оцінка швидкості втрат гумусу, азоту, і фосфору; контроль за вмістом елементів живлення рослин; - контроль за зміною кислотності і лужності грунтів, особливо в районах, де застосовуються високі дози мінеральних добрив, а також при іригації, використанні промислових відходів; - контроль за зміною сольового режиму зрошуваних едафотопів та грунтів, що удобрюються; - контроль за забрудненням грунтів важкими металами внаслідок глобального осідання; - контроль за локальним забрудненням грунтів важкими металами в зоні впливу промислових підприємств і транспортних магістралей, а також пестицидами в регіонах їхнього постійного використання, детергентами і побутовими відходами на територіях з високою щільністю населення; - довгостроковий і сезонний (за фазами розвитку рослин) контроль за вологістю, температурою, структурним станом, водно-фізичними властивостями грунтів; - оцінка ймовірної зміни властивостей грунтів при проектуванні гідробудівництва, меліорації, впровадження нових аграрних технологій та систем землеробства; - інспекторський контроль за розмірами і правильністю відчуження орнопридатних грунтів для промислових і комунальних цілей. Це найбільш загальний і, ймовірно, неповний перелік завдань, що повинен бути диференційований згідно грунтово-географічного, кліматичного й економічного районування країни. Контрольні питання 1. Визначте завдання охорони грунтів. 2. Проаналізуйте охорону грунтів від ерозії та дефляції. 3. Охарактеризуйте негативний вплив переущільнення на функціонування едафотопів. 4. Проаналізуйте порушення біоенергетичного режиму грунтів та екосистем. 5. Охарактеризуйте механізми опустелювання грунтів. 6. Визначте негативну дію селів та зсувів на грунтовий покрив планети. 7. Проаналізуйте захист едафотопів від процесів вторинного засолення, осолонцювання і злитизації. 8. Визначте чинники вторинної кислотності грунтів. 9. Обгрунтуйте охорону грунтів від переосушення. 10. Проаналізуйте захист едафотопів від забруднення агрохімікатами. 11. Проаналізуйте захист едафотопів від впливу продуктів техногенезу. 12. Визначте зв'язок патології грунтів та здоров'я людини. 13. Охарактеризуйте грунтовий моніторинг. ТЕРМІНОЛОГІЧНИЙ СЛОВНИК Складений на основі тлумачного словника з агрогрунтознавства (Тлумачний словник з агрогрунтознавства / За ред. М.І.Лактіонова, Т.М.Лактіонової. – Харків, 1998. – 75 с.) та екологічного енциклопедичного словника (Дедю И.И. Экологический энциклопедический словарь. – Кишинев: Гл. ред. МСЭ, 1990. – 408 с). Умовні скорочення: агр. – агрономічний; амер. – американський; у т.ч. – у тому числі; г. – грунти; див. – дивись; і т.д. – і так далі; і т. ін. – і таке інше; і т.п. – і тому подібне; напр. – наприклад; с.г. – сільське господарство; с.-г. – сільськогосподарський; син. – синонім; т. ін. – та інші. |