Экология почв (работа 3)

ЭКОЛОГИЯ ПОЧВ

Почва - особое природное образование, сформировавшееся в результате преобразования горных пород растениями и животными, т.е в результате почвообразовательного процесса. Почва обладает особым свойством - плодородием, она служит основой сельского хозяйства всех стран. Почва при правильной эксплуатации не только не теряет своих свойств, но и улучшает их, становится более плодороднее.

Почва - колоссальное природное богатство, обеспечивающий человека продуктами питания, животных - кормами, а промышленность сырьем. Веками и тысячелетиями создавалась она. Чтобы правильно использовать почву, надо знать, как она образовывалась, ее строение состав и свойства. Почва образовывалась из выходящих на поверхность земли горных пород под влиянием различных факторов. Под действием ветра, атмосферной влаги, в связи с изменением климата и температурными колебаниями горные породы, например гранит, постепенно трескались и превращались в рухляк. На рухляке поселялись микроорганизмы, питающиеся преимущественно углеродом и азотом атмосферы и минеральными соединениями, которые они получали из горной породы. Микроорганизмы разрушали ее своими выделениями, и химический состав горной породы постепенно изменялся. Затем здесь поселялись лишайники и мхи. Микроорганизмы разлагали их остатки, образуя гумус - основное органическое вещество почвы, содержащее питательные вещества, необходимые высшим растениям.

Животные и растения окончательно разрушали горную породу, превращая верхний ее слой в почву. Растительный опад в лесах и отмершая травянистая растительность после разложения микроорганизмами дает много органического вещества, увеличивая мощность почвы. Лучшие почвы, влагоемкие и воздухопроницаемые, имеют мелкокомковатую или мелкозернистую структуру из комочков диаметром от 1 до 10 мм. От состава и свойств горной породы, на которой формируется почва, в значительной степени зависят состав и свойства почвы.

Почва состоит из твердой, жидкой, газообразной и живой частей. Твердая часть - это минеральные и органические частицы. Они составляют от 80-98 % почвенной массы и состоят из песка, глины, илистых частиц, оставшихся от материнской породы в результате почвообразовательного процесса. Соотношение этих частиц характеризует механический состав почвы.

Жидкая часть почвы, или почвенный раствор, - вода с растворенными в ней органическими и минеральными соединениями. Воды в почве содержится от долей процента до 40-60 %. Жидкая часть участвует в снабжении растений водой и растворенными элементами питания.

Газообразная часть, почвенный воздух, заполняет поры, не занятые водой. Почвенный воздух содержит больше углекислого газа и меньше кислорода, чем атмосферный воздух, а также метан, летучие органические соединения и др.

Живая часть почвы состоит из почвенных микроорганизмов (бактерии, грибы, водоросли, актиномицеты и др.), представителей беспозвоночных (простейших, червей, моллюсков, насекомых и их личинок), роющих позвоночных. Они обитают в основном в верхних слоях почвы, около корней растений, где добывают себе пищу. Некоторые почвенные организмы могут жить только на корнях.

Почва содержит микроэлементы (азот, фосфор, калий, кальций, сера, железо и др.) и микроэлементы (бор, марганец, молибден, цинк и др.), которые растения потребляют в ограниченных количествах. Их соотношение определяет химический состав почвы.

Из физических свойств почвы наибольшее значение имеет влагоемкость, водопроницаемость, скважность. Состав и свойства почвы постоянно меняются под влиянием жизнедеятельности, климата, деятельности человека. При внесении удобрений почва обогащается питательными для растений веществами, изменяет свои физические свойства.

Неправильная эксплуатация может привести к нарушению почвенного покрова - к эрозии почвы, засолению, заболачиванию ее. Наука изучающая почву называется - почвоведением.

ЭРОЗИЯ ПОЧВ

Под эрозией почв понимают ее разрушение водой и ветром.

Различаю водную и ветровую эрозию.

Водная эрозия почвы развивается только на склонах. Потоки воды после дождей и ливней, при таянии снега не успевают впитаться в почву, смывают ее частицы и образуют промоины. При мощных потоках воды образуются глубокие промоины - овраги. При сильном стоке воды на крутых склонах могут быть полностью уничтожены посевы и смыт наиболее плодородный слой почвы. Смытые почвы требуют больших затрат на окультуривание. Особенно дорого обходятся работы, связанные с закреплением оврагов. Водная эрозия особенно опасна в горных районах.

Ветровая эрозия возникает в основном в степных засушливых районах, где часты сильные ветры. Почвы там имеют легкий механический состав, а растительный слабый или совсем отсутствует. В результате ветровой эрозии верхний, наиболее плодородный слой почвы выдувается, переносится ветром на большие расстояния. Он может засыпать посевы в других местах. Сильная ветровая эрозия возникают в районах, где ветры дуют с большой скоростью, вызывая пыльные (черные) бури. От них страдают лесные насаждения, мелиоративные сооружения, дороги, населенные пункты. Но главный ущерб который приносят пылевые бури, - резкое снижение плодородия почвы, гибель посевов и урожая.

Для борьбы с водной эрозией регулируют и задерживают сток талых и дождевых вод. Для этого применяют почвозащитные севообороты, в которых увеличена площадь посевов многолетних трав, обработка почвы поперек склона. Устраивают водозадерживающие валы, отводные каналы.

Чтобы предотвратить ветровую эрозию, широко используют комплекс почвозащитных мероприятий: плоско резную обработку почвы, минимальную обработку почвы, мульчирование, создание кулис из высокостебельных растений.

Большое значение имеют также защитные лесные насаждения, которые поглощают поверхностный сток, предотвращая почву от размыва, и уменьшают скорость ветра в приземном слое воздуха. На крутых склонах, чтобы ослабить эрозию, делают ступенчатые террасы, которые задерживают сток. Рост оврагов можно предотвратить, сооружая водозадерживающие валы, сажая поперек ряды кустарников, ослабляющих скорость потоков воды.

ПОЧВА В ГИГИЕНИЧЕСКОМ ОТНОШЕНИИ

Человек постоянно находится в соприкосновении с почвой, прямо или косвенно влияя на нее. Почвы, удобряемые отбросами богатыми являются благодатной средой для развития различных микроорганизмов: яиц гельминтов, личинок насекомых; отдельные группы которых могут обуславливать возникновение и распространение эпидемических заболеваний. Непосредственное соприкосновение человека с почвами, загрязненной отбросами, а также употребление свежих овощей выращенных на таких почвах может служить причиной глистных инвазий и кишечных заболеваний, так как она может содержать возбудителей раневых инфекций (столбняка, сибирской язвы), а также ряд насекомых, являющихся передатчиком различных инфекций. Выпадающие на загрязненную почву атмосферные осадки, проходя через почву, выносят в грунтовые воды растворимые органические вещества, микрофауну и микрофлору. Использование таких вод приводит к кишечным инфекциям. Самоочищение почв от патогенных организмов вызывается антагонизмом микробов, в результате которого происходит вытеснение и гибель патогенных микробов сапрофитными формами, свойственные нормальной микрофлоре почв. В поверхностных слоях гибель яиц гельминтов вызывается нагреванием свыше 40 градусов, высыханием и действием ультрафиолетовых лучей. Органические остатки в почвах в результате биохимических процессов превращается в безвредные для человека и полезные для растений минеральные соли. Санитарное состояние почв определяется на основании химических и бактериологических анализов.

Почвы загрязняются также выбросами промышленных предприятий, оседающие на нее. Состав промышленных выбросов чрезвычайно разнообразен; отдельные элементы могут накапливаться в почвах, изменять ее состав и свойства, отрицательно влиять на растения, накапливаться в них в количествах, вредных для человека и животных.

ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА г.САРАНСКА

Хозяйственная деятельность человека вносит существенные изменения в природные экосистемы. Это приводит к резкому ухудшению экологической обстановки во многих регионах страны. Проблема загрязнений особенно актуальна для территорий городов.

Саранск является крупнейшим промышленным центром России и обладает широко развитой промышленной структурой. Опыт исследований свидетельствует, что в городах, подобных столице Мордовии, экологическая обстановка определяется поступлением в окружающую среду разнообразного комплекса загрязняющих веществ. Неслучайно, что Саранск является одним из наиболее загрязненных городов.

Как было установлено, при определенных сроках воздействия источников загрязнения концентрация поллютанта в почвогрунтах городов пропорциональна нагрузке элемента, поступающего на поверхность при выпадении из атмосферы.

С гигиенической позиции опасность загрязнения почвы химическими веществами определяется уровнем ее возможного отрицательного влияния на контактирующие среды, пищевые продукты и опосредованно на человека, а также на биологическую активность почвы и процессы ее самоочищения. При этом для ряда поллютантов основным критерием гигиенической оценки опасности загрязнения почвы является предельно допустимая концентрация (ПДК) веществ в почве, представляющая собой комплексный показатель безвредного для человека содержания химических веществ в почве. Оценка опасности загрязнения почвы населенных пунктов определяется :

1) эпидемиологической значимостью загрязненной химическими веществами почвы;

2) ролью загрязненной почвы как источника вторичного загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха;

Как показали исследования, в загрязненной почве на фоне уменьшения истинных представителей почвенных биоценозов и снижения ее биоактивности отмечается увеличение энтеробактерий и геогельминтов, которые более устойчивы к химическому загрязнению, нежели представители естественных микробоценозов.

В Саранске за один год на один квадратный метр территории выпадает 646 граммов загрязняющих веществ и практически вся территория города характеризуется аномальными содержанием металлов в верхнем слое почв (особенно свинца). Существуют территории с содержанием в почве свинца в 3-10 раз выше фоновых концентраций. Более 80 % территории города характеризуются уровнями содержания свинца, превышающими ПДК. Высокая степень техногенного загрязнения почв города свинцом четко фиксируется данными, полученными при изучении особенностей распределения этого металла в профиле городских почв. Наиболее сильное и стабильное загрязнение свинцом характерно для территорий заводов СЭЛЗ и СИС-ЭВС, а также для микрорайона "Северный". Достаточно существенно загрязнены почвы центрального района города и микрорайон "Заречный".

Анализ данных по структуре загрязнения территории города ртутью свидетельствует о том, что для подавляющей части города загрязнение этим металлом не является критическим. Так более 80 % территории города характеризуется ее фоновыми уровнями в почвах. Но существуют значимые по размерам техногенные ореолы ртути. Они приурочены к промзонам заводов СЭЛЗ и СИС-ЭВС и их окрестностям, району ТЭЦ-2, Ромодановскому шоссе, и центральной части города. За исключением промплощадок заводов СЭЛЗ и СИС-ЭВС, где загрязнение почв ртутью прослеживается до глубины 40-80 и 20-40 см, соответственно, в переделах города ее значимые уровни фиксируются только в верхнем слое почв. Производство люминесцентных ртутных ламп на Саранском электроламповом заводе организованно с начала 1960-х годов. Начиная с 1965 г. ежегодно выпускалось 30-35 млн.ламп, при этом использование ртути в технологическом процессе составляло 5.5 тонн. По данным завода в течении первых 15 лет в атмосферу города поступало до 200-400 кг ртути в год. В 1976 г. в цехах, где шло использование ртути, были установлены угольные адсорберы. Это позволило снизить выбросы ртути до 62 кг в год. Таким образом, максимальное количество ртути, поступившее в атмосферу за весь период, составляет примерно 6 тонн. Но естественно, присутствие повышенных содержаний ртути в окружающей среде является наличие постоянных ее источников (ПО "ЛИСМА", ТЭЦ-2).

Другие изученные химические элементы по характеру площадного распределения и интенсивности концентрирования четко разделяются на три группы.

Для первой группы, включающей цинк и олово, характерно развитие довольно обширных слабо контрастных ореолов рассеяния (до 43 % площади города). Но встречаются аномалии с более высокими концентрациями металлов. Для цинка они тяготеют к району СЭЛЗ, центру города, северной промзоне, микрорайону "Светотехника" и "Заречный"; для олова - главным образом к заводу СЭЛЗ и центру города.

Вторая группа химических элементов включает никель, молибден, стронций. Для них характерны слабоконтрастные по площади техногенные ореолы. Слабо контрастные аномалии никеля занимают более 17% территории города. Отмечаются более контрастные по фону аномалии никеля в районе "Резинотехники" и аэропорта. Стронций и молибден фиксируются в промзонах заводов СЭЛЗ и СИС- ЭВС, также в микрорайоне "Заречный", стронций обнаруживается в и центральной части города. Эти металлы встречаются незначительными пятнами почвах по всей территории города.

В третью группу входят медь, ванадий, барий, бор, серебро, висмут, скандий, кобальт, иттрий, для которых фиксируются незначительные по площади и слабоконтрастные по интенсивности аномалии, преимущественно приуроченные к северной и северо-западной части города. В то же время фиксируются их концентрации, превышающие фон в 3-10 раз и более.

Несмотря на то, что названные химические элементы в целом отличаются слабоконтрастными и незначительными по площади техногенными аномалиями, их присутствие в почве свидетельствует о существенном "металлическом" прессе на окружающую среду города.

Если в качестве нормативных величин использовать ПДК, применяемые в ряде стран Западной Европы, то можно констатировать, что на территории города фиксируются участки почв с превышением ПДК для цинка, молибдена, меди, хрома, кобальта, никеля, кадмия, олова, сурьмы, фтора. Однако как правило, эти ПДК разработаны с оценки опасности поллютантов для с/х растений, но сам факт присутствия в городских почвах столь высоких концентраций широкого высокотоксичных элементов не может не вызывать опасения. К тому, же значительная часть города занята районами с индивидуальной застройкой и это не исключает возможность перехода поллютантов в выращиваемую на приусадебных участках сельхозпродукцию.

Изучение особенностей распределения химических элементов по профилю почв выявило не только их преимущественное накопление в верхних горизонтах, но и тенденцию проникновения загрязнения в более глубокие слои исследованных почв.

Таким образом, наиболее интенсивное загрязнение территории города связано с поступлением в окружающую среду больших количеств свинца, что приводит к формированию в почвенном покрове значительных по площади техногенных аномалий.

В целом, формирующиеся в пределах города зоны загрязнения отличаются полиэлементаpным составом, что определяет высокую суммарную степень техногенной нагрузки на окружающую среду. Так, около 38 % территории города характеризуется допустимым уровнем загрязнения, что отвечает, согласно существующим критериям, наиболее низкому уровню заболеваемости и минимальной частоте встречаемости функциональных отклонений. Более 46 % территории находится в умеренно опасной зоне загрязнения (при таких уровнях воздействия уже фиксируется увеличение общей заболеваемости). Около 16 % площади города относится к территории с опасным уровнем загрязнения. Это выражается в увеличении общей заболеваемости, в росте числа часто болеющих детей, детей с хроническими заболеваниями, с нарушением функционального состояния сеpдечно-сосудистой системы. К территориям с чрезвычайно опасным уровнем загрязнения относится около 1 % площади города. Тот факт, что пятая часть территории города характеризуется опасным и чрезвычайно опасным уровнями загрязнения не может не вызывать тревогу.

категория загрязнения	относительная доля % по площади города
Допустимая	37.5
Умеренно опасная	46.1
Опасная	15.5
Чрезвычайно опасная	0.9

Отмечается закономерная приуроченность участков с допустимым уровнем загрязнения к периферийным частям города, а также заметна большая сконцентpиpованность зон с опасным уровнем загрязнения в центральной части города.

Очень высокая степень техногенного воздействия на окружающую среду города подтверждается данными по уровням содержания подвижных (геохимические активных и наиболее опасных с гигиенических позиций) форм тяжелых металлов. Так, для большинства изученных металлов в техногенных ореолах наблюдается возрастание абсолютных значений подвижных форм нахождения. Это особенно ярко проявляется для хрома, кобальта, меди, цинка и свинца.

Все это свидетельствует об очень высокой экотоксилогической опасности формирующихся в почвах города техногенных аномалий. Гоpодские почвы отличаются от фоновых почв и по валовому химическому составу, что во многом обусловлено поступлением больших количеств техногенных выпадений. Хаpактеpная особенность уpбопочв - заметное снижение доли кварца, увеличение содержания оксидов алюминия, железа, кальция, магния, в меньшей степени калия и фосфора. Все это свидетельствует о происходящих в городских почвах глубоких физико-химических изменениях и безусловно о снижении биологической их активности и способности к самоочищению при одновременном увеличении эпидемиологической опасности. Особую тревогу загрязнение почв вызывает в связи с широким развитием в пределах города индивидуальной застройки, что не исключает возможности перехода поллютантов в выращиваемую на приусадебных участках сельхозпродукцию.

Таким образом, анализ техногенных геохимических аномалий в почвенном покрове города свидетельствует о чрезвычайно высоком и стабильном загрязнении городской среды широким комплексом тяжелых металлов.

По общей структуре и масштабам загрязнении территории г.Саpанск может быть отнесен к наиболее сильно загрязненным городам страны.