Вальков - Почвоведение. Издательский центр МарТ
 Скачать 19.72 Mb.
|
|
почв Процессы вторичного засоления, осолонцевания и слитизации почв возникают на орошаемых почвах при несовершенных проектах и нарушении правил эксплуатации ирригационных систем Часть. Плодородие, рациональное использование и охрАНа почв Вторичное засоление засоление почв при орошении ее минерализованными водами или пресными водами в результате подъема уровня минерализованных грунтовых вод. При орошении почв минерализованными водами соли, содержащиеся вводе, накапливаются в почвенном профиле. Даже если почву орошают пресными водами, нов результате фильтрации происходит повышение уровня почвен но-грунтовых вод, их поднятие и испарение сопровождается накоплением солей в почвенном профиле. В тор ичн ое осолонцевание комплекс процессов, вызванных содовым засолением изменение реакции почвенного раствора (pH 9—11), увеличение содержания натрия в составе поглощенных катионов, пептизация коллоидов, повышение мобильности органического вещества, ухудшение водно-физических свойств почвы, прежде всего структуры. В т оричная слит изация — ухудшение структуры почв вследствие содового засоления. При орошении исходная водопрочная структура разрушается, появляется глыбистость, слитость, склонность к образованию поверхностной корки после поливов и дождей. Процесс слитообразования ведет к понижению содержания доступной растениям влаги, к ухудшению воздухообмена, затрудняет обработку почвы, дренирование и промывку от солей. Причинами деградации орошаемых почв являются бездренаж- ное орошение, большие потери воды на фильтрацию, строительство оросительных каналов без гидроизоляции, превышение оросительных норм, неконтролируемая подача воды, полив минерализованной водой. В оросительных системах мира больше половины воды расходуется не по назначению. Засолению подвергаются прежде всего те почвы, где оросительные системы не имеют дренажных устройств. Для орошения почв пригодны воды с концентрацией солей дог л . Большинство рек, воды которых использовали для орошения в нашей стране, имели концентрацию солей 0,2—0,3 гл. В настоящее время минерализация воды в некоторых реках увеличилась дог л . При этом карбонатно-кальциевый состав ее стал меняться на сульфатно-магниевый, сульфатно-натриевый, хлоридно- натриевый и карбонатно-натриевый. Это связано с зарегулирован- ностью стока рек, увеличением стока дренажных и промышленных 4 7 Почвоведение вод, возрастанием роли испарения. В практике ряда стран (Египет, Алжир, Тунис, Марокко, Пакистан, Индия и др) имеется опыт использования для полива высокоминерализованных вод (5—6 гл, но только в условиях хорошего дренажа и промывного водного режима. Предельно допустимой минерализацией для орошения почв среднего и тяжелого состава считают 2—3 гл, а для супесчаных и песчаных — 10—12 гл. Особенно нежелательно присутствие в поливной воде гидрокарбоната натрия. Вода сего содержанием менее 1,2 мг-экв/л пригодна для орошения, 1,25—2,5 — условно пригодна, более 2,5 — непригодна. Воды повышенной минерализации и особенно щелочные воды вызывают вторичное осолонцевание почв. С повышением концентрации солей вводе 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 гл доля вывода дренажных вод повышается до 30—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 N a \ Са2+, Mg2+ — содержание катионов, мг-экв./л. Опасность осолонцевания наступает при SAR > 10, 6, 4, прими нерализации воды соответственно 1, 2, 3 гл 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 Часть. Плодородие, рациональное использование и о х рана почв 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 .3 .6 . Загрязнение bbп о ч в п р и н е правильном 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 вводу, он препятствует ее хлорированию, а также, окисляясь до нитратов, связывает растворенный вводе 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 за- фосфачиванию почв. Миграция с полей соединений азота и фосфора в грунтовые воды, а оттуда — в прилегающие водоемы, вызывает эвтрофикацию последних. 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 Почвоведение форм удобрений, применение комплексных форм, использование правильных технологий внесения удобрений, соблюдение правил хранения и транспортировки .3 .7 . Загрязнение почв bИ ДРУГИМИ ПРОДУКТАМИ ТЕХНОГЕНЕЗА Тяжелые металлы (ТМ) — более 40 химических элементов периодической системы Д.И. Менделеева, масса атомов которых составляет свыше 50 атомных единиц массы (Pb, Zn, Cd, Hg, Си, Mo, Mn, Ni, Sn, Сои др.). Сложившееся понятие тяжелые металлы не является строгим, так как к ТМ часто относят элементы-неметаллы, например As, Se, а иногда даже F, Be и другие элементы, атомная масса которых меньше 50 а.е.м. Среди ТМ много микроэлементов, биологически важных для живых организмов. Они являются необходимыми и незаменимыми компонентами биокатализаторов и биорегуляторов важнейших физиологических процессов. Однако избыточное содержание ТМ в различных объектах биосферы оказывает угнетающее и даже токсическое действие на живые организмы. Источники поступления ТМ в почву делятся на природные (выветривание горных породи 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 ТМ 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 ТМ. В природе встречаются территории с недостаточным или избыточным содержанием в почвах ТМ. Аномальное содержание ТМ 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 МИ МЕТАЛЛАМ Часть. Плодородие, рациональное использование и охрлнл почв 7 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 ТМ поступают в различных формах. Это оксиды и различные соли металлов, как растворимые, таки практически нерастворимые вводе (сульфиды, сульфаты, арсениты и др. В составе выбросов предприятий по переработке руды и предприятий цветной металлургии — основного источника загрязнения окружающей среды ТМ — большая часть металлов (70—90%) находится в форме оксидов. Попадая на поверхность почв, ТМ могут либо накапливаться, либо рассеиваться в зависимости от характера геохимических барьеров, свойственных данной территории. Большая часть ТМ, поступивших на поверхность почвы, закрепляется в верхних гумусовых горизонтах. ТМ сорбируются на поверхности почвенных частиц, связываются с органическим веществом почвы, в частности в виде элементно-орга нических 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 ТМ зависит от геохимической обстановки и уровня техногенного воздействия. Тяжелый гранулометрический состав и высокое содержание органического вещества приводят к связыванию ТМ почвой. Рост значений pH усиливает сорбированность катионообразующих металлов (медь, цинк, никель, ртуть, свинец и др) и увеличивает подвижность анионообразующих (молибден, хром, ванадий и пр. Усиление окислительных условий увеличивает миграционную способность металлов. В итоге по способности связывать большинство ТМ, почвы образуют следующий ряд серозем > чернозем > дерново-подзолистая почва. Почва, в отличие от других компонентов природной среды, не только геохимически аккумулирует компоненты загрязнений, но ивы ступает как природный буфер, контролирующий перенос химических элементов и соединений в атмосферу, гидросферу и живое вещество Почвоведение Загрязнение почв ТМ имеет сразу две отрицательные стороны. Во- первых, поступая по пищевым цепям из почвы в растения, а оттуда в организм животных и человека, ТМ 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, ТМ 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 ТМ приводит к изменению и более консервативных признаков почвы, таких как гумусное состояние, структурами среды и др. Результатом этого является частичная, а в ряде случаев и полная утрата почвенного плодородия. Механизм токсического действия ТМ 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. В зависимости от геохимических условий производства пища человека как растительного, таки животного происхождения, может удовлетворять потребности человека в минеральных элементах, быть дефицитной или содержать превышающее их количество, становясь более токсичной, вызывая заболевания и даже смерть. Разные ТМ представляют опасность для здоровья человека в различной степени. Наиболее опасными являются Hg, Cd, Охрана почв от загрязнения ТМ заключается в следующем. Целесообразнее всего не допускать загрязнения почв ТМ, так каких удаление из почвы — это очень сложная задача. Если же загрязнение уже произошло, то почва требует санации (оздоровления. По вопросу санации почв, загрязненных ТМ, существует два основных подхода. Первый направленна очищение почвы от ТМ. Очищение может производиться путем промывок, путем извлечения ТМ из почвы с помощью растений, путем удаления верхнего загрязненного слоя почвы и т. п. Второй подход основан на закреплении ТМ в почве, переводе их в нерастворимые вводе и недоступные живым организ Часть. Плодородие, рациональное использование и о х рана почв 7 мам 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 ТМ в почве имеет свой срок действия Рано или поздно часть ТМ снова начнет поступать в почвенный раствора оттуда в живые организмы .3 .8 . 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. 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. 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 4 8 Почвоведение 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 pH, повышении общего количества углерода враз, содержания углеводородов враз. 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, таки 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 нарост, 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-натрие- вому засолению, возникает специфическое техногенное осолонцевание со всеми вытекающими отсюда негативными последствиями. Охрана почв от загрязнения нефтью и нефтепродуктами (а также другими загрязняющими веществами) осуществляется двумя путями. Первый путь состоит в предотвращении попадания нефтепродуктов в почву. Второй заключается в очищении тем или иным образом почвы от нефтяного загрязнения, которое уже произошло. Для этого необходимо проведение следующих мероприятий мониторинг содержания в почве нефти и нефтепродуктов выработка норм допустимого содержания нефтепродуктов в почве капитальный ремонт или закрытие загрязняющих объектов, если установлено, что они являются источниками нефтяного загрязнения наказание лиц, ответственных Часть. Плодородие, рациональное использование и о х рана почв 481за произошедшее загрязнение рекультивация и санация загрязненных земель. 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 неза грязненной почвы, что осуществляется в три основных этапа удаление загрязненной нефтью почвы, рекультивация нарушенного ландшафта, мелиорация .3 .9 . Загрязнение bbп о ч в п ест и ц и дам и Необходимость применения химических средств защиты растений от вредителей и болезней определяется тем, что потери урожая без применения ядохимикатов могут составлять около 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 4 8 Почвоведение 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 ходи интенсивность процессов распада органических веществ почвы — клетчатки, белка, сахаров. Пестициды снижают качество сельскохозяйственной продукции ухудшаются хлебопекарные и пищевые свойства муки, повышается водянистость мяса. Опасность биоцид- ного загрязнения биосферы вообще и почв в частности усугубляется тем, что ядохимикаты обнаруживаются только трудновыполнимыми специфическими методами анализа, проявляются через заболевания и гибель организмов. Перераспределение биоцидов по профилю ив горизонтальном направлении происходит под воздействием почвенной влаги, в результате диффузии с почвенным воздухом, в процессах сорбции и десорбции, миграции растворов, эмульсий, суспензий. Применение ядохимикатов и длительность их сохранения в почве зависят как от химического состава почв, таки от природы самих препаратов. Наибольшей стойкостью к разложению обладают производные триазина и мочевины. Некоторые ядохимикаты претерпевают различные химические превращения, переходят в другие соединения, иногда более токсичные, чем исходные. При изучении последствий систематического применения физиологически активных соединений в биоценозах была установлена возможность их превращения в нетоксичные соединения путем полного разложения или образования нетоксичных комплексов. Это явление получило название детоксикации. Вся система использования сельскохозяйственных угодий должна быть направлена на полную и скорейшую детоксикацию всех биоцидов, поступающих в почвы. Обычно выделяют группы физических, физико-химических и биологических факторов детоксикации. К физическим факторам относят сорбцию биоцидов высокодисперсными минералами и органическими почвенными коллоидами, их улетучивание и термическое разложение. Эти процессы зависит от свойств почвы, природы и свойств адсорбента, климатических и экологических факторов. Из физико химических факторов наиболее существенным является фотораз ложение (фотолиз, главным действующим началом которого слу Часть. Плодородие, рациональное bbи с пользование bbиbbо х рана bbп о ч вжат длинноволновые ультрафиолетовые лучи солнечной радиации. В результате фотолиза многие пестициды трансформируются в менее токсичные продукты. Химические превращения пестицидов в почве и водной среде в основном представляют собой гидролитические и окислительные процессы. Скорость этих процессов зависит от вида и числа атомов галоидов, длины углеводородной цепочки. Увеличение контакта токсиканта с почвой ускоряет гидролиз. Биологическое превращение и разложение пестицидов в почве обусловлено главным образом микробиологической детоксикацией. Установлено, что микробиологическое разложение пестицидов является главным путем детоксикации почва всякая активизация микробиологической деятельности содействует исчезновению ядохимикатов из почв. Скорость микробиологического разложения пестицидов в почве определяется содержанием гумуса, температурой и влажностью почвы, содержанием питательных веществ и другими факторами. Хорошие условия для развития почвенных микроорганизмов интенсифицируют биологическую детоксикацию пестицидов. Частично судьбу пестицидов в почве удается регулировать агротехническими приемами — обработкой, применением орошения и удобрений, выбором сорта и культуры, способом внесения токсикантов, его глубиной, сроком. В посевах пропашных культур и на паровых участках вследствие лучшей аэрации детоксикация пестицидов, по- видимому, происходит более интенсивно, чем в посевах зерновых. Здесь же необходимо отметить, что корне- и клубнеплоды поглощают и выносят ядохимикаты в больших количествах, нежели другие культуры. 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 4 8 Почвоведение биологических средств защиты растений и устойчивых к болезнями вредителям сортов. Радиоактивное загрязнение |