Экология на рубеже веков

Катионные поверхностно-активные вещества (ПАВ), широко применяемые в нескольких отраслях промышленности (текстильной, лесохимической, металлургической, фармацевтической и др.), четвертичные аммониевые соли могут загрязнять наземные экосистемы при поливе сточными водами и различного рода авариях. В результате ПАВ могут воздействовать на различные организмы экосистем, в частности на важный компонент почвенной биоты – почвенные водоросли. Одним из ПАВ этой группы является тетрадецилтриметиламмоний бромид (ТДТМА).

Изучалось влияние техногенных факторов на сообщества и популяции мелких млекопитающих таёжной зоны Среднего Урала. Суммарное обилие мелких млекопитающих на техногенных территориях существенно снижено, а выравненность видового состава более выражена по сравнению с фоновой территорией. Найденоизменение основных популяционных характеристик доминирующего вида – рыжей полёвки – в градиенте техногенных факторов. С увеличением техногенной нагрузки наблюдали снижение численности животных, увеличение популяционного воспроизводства и преобразование пространственного размещения полёвок к резко агрегированному типу. Определена степень накопления цинка, меди, кадмия в печени перезимовавших особей рыжей полёвки и средней бурозубки.

Прогрессирующее воздействие техногенных факторов на природные популяции животных и растений требует детального экологического анализа последствий влияния этих факторов. Мелкие млекопитающие, являющиеся косументами первого и второго порядков, играют существенную роль в функционировании природных экосистем. Поэтому любыенегативные техногенные воздействия на их популяции могут приводить к значительным нарушениям в функционировании наземных экосистем.

Достаточно чувствительным показателем влияния нефтяного загрязнения является снижение продуктивности древесных растений. Так, ужев первый год после загрязнения наблюдается снижение прироста древесины по диаметру за один год по сравнению с контрольными. На участках со средней степенью загрязнения этот показатель снижается почти на треть.

3.2. Источники загрязнения почв химическими веществами и тяжёлыми металлами

Почвы являются одним из важнейших объектов окружающей среды, на которых производится более 90 % продуктов питания и сырья для многих отраслей народного хозяйства.

По своему химическому составу и механическим свойствам они являются весьма своеобразным природным образованием. В них содержатся минералы, органические вещества, образующиеся в результате разложения растительной биомассы (около 5 %), вода, воздух, различные микроорганизмы, грибки, бактерии, а также различные металлы. Вследствие богатого и разнообразного состава в почвах происходят сложные физико-химические, биологические процессы. В них под воздействием одних микроорганизмов, хотя и очень медленно, происходит окисление оксида углерода, под воздействием других разрушаются стойкие инсектициды: постоянно идет образование минерализованной формы азота – нитратов и т. д.

В отличие от воздуха и воды в почве происходят также процессы самоочищения. Более того, для некоторых веществ, в частности, для тяжелых металлов, почвы являются хорошей депонирующей средой. Тяжелые металлы прочно сорбируются и взаимодействуют с почвенным гумусом, образуя труднорастворимые соединения, за счет чего идет их накопление в почве. Кроме того, под воздействием различных факторов в почве происходит постоянная миграция попадающих в неё веществ и перенос их на большие расстояния.

Загрязняющие почву вредные вещества могут переходить в воду, растения и, следовательно, в организм человека и животных.

Накопление химических веществ в почвах характеризуется своими закономерностями. Так, многочисленные исследования показали, что в большинстве случаев тяжелые металлы, радионуклиды и другие химические вещества, загрязняющие почвы, накапливаются в самом верхнем горизонте почв, глубина их распространения не превышает 10–20 см. В ряде случаев в особых ландшафтных условиях и на определенных типах почв они могут достигать 100–160 см. Проведённые исследования по особенностям геохимического состава почв в пахотном и подпахотном горизонтах почв Томской области (Рихванов Л. П. и др., 1993) подтверждают данные закономерности. В тех случаях, когда элементы накапливаются наиболее интенсивно в подпахотном горизонте, можно предполагать, что они характеризуют первичную геохимическую обстановку для данного типа почв.

Эти вещества могут подвергаться перемешиванию с грунтовыми и дождевыми водами, а также при таянии снега. Более того, с пылью полей загрязняющие вещества могут переноситься на большие расстояния. Степень вреда, наносимого людям, загрязнением почвы зависит от способности растений их поглощать. Воистину фантастическая природная предусмотрительность и благотворительность. И в это же время широкая доступность для загрязнения.

Вредные вещества в почву легко могут попасть из атмосферы в виде грубодисперсных фракций аэрозолей, с дождем и снегом. Почти безграничными путями загрязнения почв является человеческая деятельность – пути антропогенного, техногенного и сельскохозяйственного загрязнения.

С атмосферными осадками на почву могут выпадать азотная и серная кислоты, сульфаты, нитраты и многие другие вещества, в результате чего происходит подкисление почвы. Может также наблюдаться подщелачивание почв вокруг металлургических предприятий, особенно алюминиевых заводов и ТЭЦ на расстоянии 10–12 км от источников выбросов [57].

Степень загрязнения почвы вредными веществами, распределениеи перенос их на малые ибольшие расстояния зависят, прежде всего, от мощности и продолжительности работы предприятий, интенсивности движения транспорта, а такжеЛАНДШАФТНО-ГЕЕОМОРФОЛОГИЧЕСКИХ условий (сорбционной способности почвы, движения воды в горизонте, значения pH и других факторов).

Почвымогут быть хорошимсорбентом многих химических веществ. Тяжелые металлы, например, прочносвязываются уже в верхнем слое. Миграция их по профилюи попадание в грунтовые воды возможныпри промывном режиме и кислой реакции фильтруемых растворов. К этомуследует отнести тот факт, что азотные удобрения сами по себе значительно подкисляют почвы (особенно при чрезмерно больших дозах их внесения).

Исследованию загрязнения почв должно предшествовать детальное изучение технологического процесса производства, состава используемого сырья, топлива, а также характеристики пыле– и газоочистных сооружений. Такое предварительное ознакомление позволяет определить группу веществ, поступающих в окружающую среду, т. е. приоритетных.

Потенциальными и фактическими источниками загрязнения почвы Cd, Pb, Nj, Zn, Hg, Cu, Fe, Mo, Sn, бенз(а)пиреном могут быть предприятия цветной металлургии, а Nj, Mn, Cr, Cd, Cu, Mo, Sn, Pb, Zn – черной металлургии.

Аналогичная зависимость содержания некоторых тяжелых металлов в почвах (ТМ) была установлена по многим промышленным предприятиям г. Томска и Томска-7 (Рихванов Л. П. и др., 1993; Рихванов Л. П., Нарзулаев С. Б. и др.,1993; Рихванов Л. П. и др., 1994).

Высокие концентрации бенз(а)пирена и других полициклических ароматических углеводородов могут давать выбросы ТЭЦ.

Максимальное содержание ТМ в почвах может наблюдаться на расстоянии 1–5 км от источников загрязнения (ближняя зона). По мере удаления от источника загрязнения ТМ уменьшается и на расстоянии 15–20 км приближается к фоновому их содержанию по многим типам почв.

Глубина проникновения ТМ в загрязнённых почвах обычно не превышает 20 см (пахотный слой почвы), при сильном – до 160 см.

Опасность такого загрязнения (проникновения) состоит в том, что при кислой реакции среды имеется угроза поступления токсичных металлов в виде растворимых форм в грунтовые воды (Орлов Д. С. и др., 1991).

Для почв, расположенных вне зоны влияния источника загрязнения, ТМ распределяются в почвах равномерно.

Тяжелые металлы обладают различноймиграционной способностью. Наибольшей миграционной способностью обладают Hg и Zn (ртуть и цинк). Они равномерно распределяются в слое почвы на глубине до 20 см. Однако свинец чаще всегораспределён в слое не глубже 2,5 см, т. е. занимает между ними промежуточное положение. Бывают случаи, когда свинец, кадмий и ртуть накапливаются в гумусовом слое почвы. Имеются указания на то, что гумусовый горизонт почв загрязнённых территорий значительно обогащен ТМ, так как органические вещества и соединения обладают хорошимиабсорбционными свойствами (гуминовые кислоты, торфа).(Орлов Д. С. и др., 1991).

Почвы, в зависимости от их типов, являются эффективным поглотителем многих химическихвеществ, в том числе и токсичных. Они обычно накапливаются в ихплодородном и пахотном слое. Среди веществ, удерживающихся в поверхностном слое почвы, занимают особое место пестициды.

Их можно обнаружить практически повсюду в окружающейприродной среде, в том числе и в районах, где их никогда не применяли. Такому распространению способствует ветер; они переносятся и с водными потоками. Устойчивость пестицидов в значительной степени зависит от типапочв. Тяжёлые глинистые почвы удерживают их дольше, чем легкие песчаные. Пестициды, все без исключения, обладают токсичными свойствами (сильно, слабо), а поэтому контроль их содержания в почве имеет большое значение для охраны здоровья населения, особенно детей.

Опасность для здоровья человека, а также для представителей животного мира и растений, представляют: радиоактивные вещества (радионуклиды, изотопы), нефть и продукты ее переработки, различные синтетические моющие средства, находящиеся в составе хозяйственно-бытовых и промышленных отходов, сточные воды.

Опасность перечисленных химических факторов заключается в их специфическом действии на организм человека, животных и растений.

Тяжелые металлы (ТМ) обладают широким спектром действия, так как, попадая внутрь организма человека, они «оседают» в его жизненно важных органах; пестициды поражают преимущественно нервную систему; многие химические вещества обладают канцерогенным, мутагенным и иным действием. Имеется в виду длительное их действие и в токсических дозах. С этим связано рождение так называемых жёлтых детей на Алтае.

В табл. 3.1 приведены ориентировочные показатели наличия вредных веществ в грунтах по отношению к конкретным видам использования территорий.

Таблица 3.1

3.3. Загрязнение почв химическими веществами минеральными и органическими удобрениями

Интенсификация сельскохозяйственного производства требует комплексного и экологически оправданного подхода к применению минеральных и органических удобрений. Использование их в соответствии с научно-обоснованными рекомендациями приводит к повышению урожайности сельскохозяйственных культур, улучшению содержания в почве элементов питания растений и её плодородия.

Однако многочисленные данные свидетельствуют об отрицательном воздействии на природную среду азотосодержащих удобрений.

Высокие дозы азотных удобрений, особенно, когда ими пользуются без учёта биологических особенностей культуры, сорта, почвенно-климатических и хозяйственных условий, могут приводить к накоплению нитратов и нитритов в продукции растениеводства, к загрязнению открытых водоёмов и грунтовых вод нитратами и нитритами, а атмосферы – окислами азота. Для окружающей природной среды опасными являются не только азотосодержащие минеральные удобрения, но и другие их виды.

Количество и виды загрязняющих химических веществ минеральных удобрений зависят от исходного сырья и способов его переработки. Более того, негативные воздействия удобрений на объекты природной среды обусловлены тем, что культурные растения используют лишь часть питательных элементов, содержащихся в удобрениях. Не более 70 % азота удобрений усваивают растения, до 30 % поглощают его микроорганизмы почвы и 11–17 % улетучивается в атмосферу. Приведённые данные больше всего отражают теоретические расчёты, а в практике сельского хозяйства они значительно корректируются многими факторами [57].

В соответствии с ГОСТом 20432–75 существующие виды минеральных удобрений разделяютсяпо их действующему веществу на: простые, полные, комплексные, сложные, смешанные, а они, в свою очередь, подразделяются на: азотные, аммиачные, аммонийные, нитратные, фосфорные, калийные, магниевые удобрения. По основным составляющимкомпонентамразделяются также и органические удобрения на: навоз, компосты и другие виды.