Введение
Хорошее и крепкое здоровье
человека во многом зависит от структуры
и состава почвы. Это обусловлено тем,
что именно от почвы зависит качество
пищи, а именно состояние флоры и фауны,
которые человек потребляет. Людям жизненно
важно получать достаточное количество
питательных веществ, которые обеспечиваются
высокой калорийностью, витаминами и минералами,
необходимыми для построения и нормального
функционирования организма. Также следует
помнить, что вместе с компонентами пищи
человек получает также вещества, которые
могут быть как полезными, так и вредными
для его развития. Именно поэтому загрязнение
почвы в реалиях современного мира является
одной из главных экологических проблем,
требующих немедленного решения. Почва,
загрязненная вредными химическими веществами,
оказывает негативное влияние не только
на состояние человека, но и всего органического
мира.
Неудивительно, что на сегодняшний
день, ученые всего мира ломают голову
над вопросами борьбы с загрязнениями
почвы. Ситуация далека от идеальной, в
разных уголках мира то и дело возникают
проблемы, происходят выбросы вредных
веществ, аварии на химических заводах.
Общие понятия о почве
и ее загрязнении
Почва – поверхностный слой
литосферы Земли, обладающий плодородием
и представляющий собой полифункциональную
гетерогенную открытую четырёхфазную
(твёрдая, жидкая, газообразная фазы и
живые организмы) структурную систему,
образовавшуюся в результате выветривания
горных пород и жизнедеятельности организмов.
Почва – естественный или изменённый
в результате хозяйственной или иной деятельности
поверхностный слой земли, состоящий из
минеральных и органических веществ, воды,
воздуха, почвенных организмов и продуктов
их жизнедеятельности, и обладающий структурой.
Её рассматривают как особую
природную мембрану (биогеомембрану),
регулирующую взаимодействие между биосферой,
гидросферой и атмосферой Земли. Почвы
являются функцией от климата, рельефа,
исходной почвообразующей породы, микроорганизмов,
растений и животных (то есть биоты в целом),
человеческой деятельности и изменяются
со временем.
В процессе почвообразования,
прежде всего под действием вертикальных
(восходящих и нисходящих) потоков вещества
и энергии, а также неоднородности распределения
живого вещества исходная порода расслаивается
на генетические горизонты. Часто почвы
формируются на исходно вертикально неоднородных
двучленных породах, что откладывает отпечаток
на почвообразование и сочетание горизонтов.
Горизонты рассматриваются
как однородные (в масштабе всей почвенной
толщи) части почвы, взаимосвязанные и
взаимообусловленные, отличающиеся по
химическому, минералогическому, гранулометрическому
составу, физическим и биологическим свойствам.
Комплекс горизонтов, характерный для
данного типа почвообразования, образует
почвенный профиль.
Почва высокодисперсна и обладает
большой суммарной поверхностью твёрдых
частиц: от 3—5 мІ/г у песчаных до 300—400
мІ/г у глинистых. Благодаря дисперсности
почва обладает значительной пористостью:
объём пор может достигать от 30 % общего
объёма в заболоченных минеральных почвах
до 90 % в органогенных торфяных. В среднем
же этот показатель составляет 40—60 %.
Около 50—60 % объёма и до 90—97
% массы почвы составляют минеральные
компоненты. Минеральный состав почвы
отличается от состава породы, на которой
она образовалась: чем старше почва, тем
сильнее это отличие.
Минералы, являющиеся остаточным
материалом в ходе выветривания и почвообразования,
носят название первичных.
Почва характеризуется высоким
содержанием вторичных минералов, образованных
в результате глубокого химического преобразования
первичных, или же синтезированных непосредственно
в почве. Особенно важна среди них роль
глинистых минералов - каолинита, монтмориллонита,
галлуазита, серпентина и ряда других.
Они обладают высокими сорбционными свойствами,
большой ёмкостью катионного и анионного
обмена, способностью к набуханию и удержанию
воды, липкостью и т.д. Этими свойствами
во многом обусловлена поглотительная
способность почв, её структура и, в конечном
счёте, плодородие.
Высоко содержание минералов-оксидов
и гидроксидов железа (лимонит, гематит),
марганца (вернадит, пиролюзит, манганит),
алюминия (гиббсит) и др., также сильно
влияющие на свойства почвы — они участвуют
в формировании структуры, почвенного
поглощающего комплекса (особенно в сильно
выветрелых тропических почвах), принимают
участие в окислительно-восстановительных
процессах. Большую роль в почвах играют
карбонаты (кальцит, арагонит). В аридных
регионах в почве нередко накапливаются
легкорастворимые соли (хлорид натрия,
карбонат натрия и др.), влияющие на весь
ход почвообразовательного процесса.
Минеральные частицы почвы
всегда объединяются в агрегаты различной
прочности, размеров и формы. Вся совокупность
агрегатов, характерных для почвы, называется
её структурой. Факторами образования
агрегатов являются: набухание, сжатие
и растрескивание почвы в ходе циклов
увлажнения-иссушения и замерзания-оттаивания,
коагуляция почвенных коллоидов (наиболее
важна в этом роль органических коллоидов),
цементация частиц малорастворимыми соединениями,
образование водородных связей, связей
между некомпенсированными зарядами кристаллической
решётки минералов, адсорбция, механическое
сцепление частиц гифами грибов, актиномицетов
и корнями растений, агрегация частиц
при прохождении через кишечник почвенных
животных.
Структура почвы оказывает
влияние на проникновение воздуха к корням
растений, удержание влаги, развитие микробного
сообщества. В зависимости только от размера
агрегатов урожай может меняться на порядок.
Оптимальна для развития растений структура,
в которой преобладают агрегаты размером
от 0,25 до 7—10 мм (агрономически ценная
структура). Важным свойством структуры
является её прочность, особенно водоустойчивость.
Преобладающая форма агрегатов
является важным диагностическим признаком
почвы. Выделяют округло-кубовидную (зернистую,
комковатую, глыбистую, пылеватую), призмовидную
(столбовидную, призмовидную, призматическую)
и плитовидную (плитчатую, чешуйчатую)
структуру, а также ряд переходных форм
и градаций по размеру. Первый тип характерен
для верхних гумусовых горизонтов и обуславливает
большую порозность, второй — для иллювиальных,
метаморфических горизонтов, третий —
для элювиальных.
Техногенная интенсификация
производства способствует загрязнению
и дегумификации, вторичному засолению,
эрозии почвы.
Основными загрязнителями почвы
являются пестициды, применяемые для борьбы
с сорняками. Ежегодное применение пестицидов
в сельском хозяйстве в РФ в период с 1980
по 1991 гг. находилось на одном уровне и
составляло примерно 150 тыс. т, а в 1992 г.
снизилось до 100 тыс. т.
К регионам со значительным
загрязнением почвы следует отнести Московскую
и Курганскую области, к регионам со средним
загрязнением - Центрально-Чернозёмный
район, Приморский край. Северный Кавказ.
Почвы вокруг больших городов
и крупных предприятий цветной и чёрной
металлургии, химической и нефтехимической
промышленности, машиностроения, ТЭС на
расстоянии в несколько десятков километров
загрязнены тяжёлыми металлами, нефтепродуктами,
соединениями свинца, серы и другими токсичными
веществами. Среднее содержание свинца
в почвах пятикилометровой зоны вокруг
ряда обследованных городов РФ находится
в пределах 0,4 80 ПДК. Среднее содержание
марганца вокруг предприятий чёрной металлургии
колеблется в пределах 0,05-6 ПДК.
Загрязнение почв нефтью в местах её
добычи, переработки, транспортировки
и распределения превышает фоновое в десятки
раз. В радиусе 10 км от Владимира в западном
и восточном направлениях содержание
нефти в почве превышало фоновое значение
в 33 раза.
Фтором загрязнены почвы вокруг Братска,
Новокузнецка, Красноярска, где максимальное
его содержание превышает региональный
средний уровень в 4-10 раз.
Таким образом, интенсивное развитие
промышленного производства приводит
к росту промышленных отходов, которые
в совокупности с бытовыми отходами существенно
влияют на химический состав почвы, вызывая
ухудшение её качества. Сильное загрязнение
почвы тяжёлыми металлами вместе с зонами
сернистых загрязнений, образующихся
при сжигании каменного угля, приводят
к изменению состава микроэлементов и
возникновению техногенных пустынь.
Изменение содержания микроэлементов
в почве немедленно сказывается на здоровье
травоядных животных и человека, приводит
к нарушению обмена веществ, вызывая различные
эндемические заболевания местного характера.
Например, недостаток йода в почве ведет
к болезни щитовидной железы, недостаток
кальция в питьевой воде и продуктах питания
- к поражению суставов, их деформации,
задержке роста.
В почвах подзолистого типа с высоким
содержанием железа при его взаимодействии
с серой образуется сернистое железо,
которое является сильным ядом. В результате
в почве уничтожается микрофлора (водоросли,
бактерии), что приводит к потере плодородия.
Почва становится мёртвой при содержании
в ней 2-3 г свинца на 1 кг грунта (вокруг
некоторых предприятий содержание свинца
в почве достигает 10-15 г/кг).
В почве всегда присутствуют канцерогенные
(химические, физические, биологические)
вещества, вызывающие опухолевые заболевания
у живых организмов, в т.ч. и раковые. Основными
источниками регионального загрязнения
почвы канцерогенными веществами являются
выхлопы автотранспорта, выбросы промышленных
предприятий, продукты нефтепереработки.
Вывоз промышленных и бытовых отходов
на свалки ведёт к загрязнению и нерациональному
использованию земельных угодий, создаёт
реальные угрозы значительных загрязнений
атмосферы, поверхностных и грунтовых
вод, росту транспортных расходов и безвозвратной
потере ценных материалов и веществ.
Свойства почвы
Почва является средой и основным условием
развития растений. В почве растения укореняются
и из нее черпают все необходимые для жизнедеятельности
питательные вещества и воду. Увлажняемый
слой темного цвета, имеет незначительную
толщину в несколько сантиметров, содержит
наибольшее число почвенных организмов,
в нем идет бурная биологическая деятельность.
Гумусный слой толще; если его толщина
достигает 30 см, можно говорить об очень
плодородной почве, в нем обитают многочисленные
живые организмы, перерабатывающие растительные
органические остатки на минеральные
составляющие, в результате чего они растворяются
грунтовыми водами и всасываются корнями
растений. Ниже располагаются минеральный
слой и материнские породы.
Пористость (зависит от величины и формы
зерен) крупнозернистые почвы содержат
мало пор, примерно до 25% на песке или гравии,
а на черноземе пористость достигает 85%,
на глинистой почве пористость составляет
40-45%.
Капиллярность почвы. Способность почвы
поднимать влагу. Капиллярность выше у
мелкозернистых почв, а, значит высота
поднятия грунтовых вод, скажем, у чернозема
выше, чем на песчаной почве. Поэтому строительство
благоприятнее на крупнозернистых почвах,
меньше сырость, ниже грунтовые воды.
Влагоемкость почвы - то есть способность
почвы удерживать влагу: высокую влажность
будет иметь чернозем, меньше подзолистая
и еще меньше песчаная почва. Это имеет
значение для создания оптимального по
влажности микроклимата внутри зданий.
Считается, что почвы с большой влагоемкостью
являются нездоровыми.
Гигроскопичность почвы - это способность
притягивать водяные пары из воздуха.
Минимальной гигроскопичностью обладают
крупнозернистые почвы, свободные от загрязнений.
Почвенный воздух. Он заполняет поры
меду частицами почвы, находясь в непосредственном
контакте с атмосферным воздухом, отличается
по составу от атмосферного. Если в атмосферном
воздухе содержание кислорода достигает
21%, то в почвенном воздухе содержание
кислорода значительно меньше - 18-19%. В
чистой почве содержится в основном кислорода
и углекислый газ, в загрязненных почвах
добавляется водород и метан. Чем больше
кислорода в почвенном воздухе, тем лучше
идут в почве процессы самоочищения. Например,
в куче мусора, где нет доступа кислорода
преобладают процессы гниения, а если
отходы обезвреживаются в незагрязненной
почве (то есть мало отходов, много чистой
почвы) то процессы самоочищения идут
до конца, заканчиваясь минерализацией
и гумификацией то есть образованием гумуса.
Почвенная влага существует в химически
связанном, в жидком и газообразном состоянии.
Влага почвы оказывает влияние на микроклимат
и на выживание микроорганизмов в почве.
Важной характеристикой почвы является
ее способность поглощать солнечное тепло.
От этого зависит тепловой режим почвы
в целом, что влияет на развитие растений,
которое происходит в определенных условиях
температурного режима. Изменения температурного
режима почвы в сторону повышения или
понижения могут отрицательно сказаться
на прорастании семян и последующем развитии
растений.
Загрязнение почв
Загрязнение почв — вид антропогенной
деградации почв, при которой содержание
химических веществ в почвах, подверженных
антропогенному воздействию, превышает
природный региональный фоновый уровень
их содержания в почвах.