Химическое загрязнение и охрана почв

Под загрязнением окружающей среды понимают поступление в биосферу любых твердых, жидких и газообразных веществ или видов энергии (теплоты, звука, радиоактивности и т.п.) в количествах, оказывающих вредное влияние на человека, животных и растения как непосредственно, так и косвенным путем. Источники загрязняющих веществ разнообразны, многочисленны виды отходов и характер их воздействия на компоненты биосферы.

Загрязнение вызывают твердые отходы, газовые выбросы и сточные воды металлургических, металлообрабатывающих и машиностроительных заводов. Водным ресурсам наносят вред сточные воды пищевой промышленности. Загрязнение атмосферы городов и транспортных коммуникаций тяжелыми металлами и токсичными углеводородами вызывает интенсивное развитие автомобильного транспорта. Массовое применение минеральных удобрений и химических средств защиты растений приводит к появлению ядохимикатов в атмосфере, почвах и природных водах, загрязнению биогенными элементами водоемов, водотоков и сельскохозяйственной продукции (Минеев, 1984).

При горных разработках на поверхность земли извлекаются миллионы тонн разнообразных, часто фитотоксичных горных пород, образующих пылящие и горящие терриконы и отвалы. В процессе эксплуатации тепловых электростанций также образуются огромные количества твердых отходов, которые оказывают негативное влияние на атмосферу, поверхностные и подземные воды, почвенный покров.

Вчисло загрязнителей окружающей среды входят тяжелые металлы (ТМ), пестициды, ряд производных углерода, серы, азота, фтора, жидкие углеводороды, синтетические органические вещества, радионуклиды и другие вредные вещества.

В сельскохозяйственном производстве Белгородской области складывается проблема утилизации отходов животноводства, которая в дальнейшем, в связи с принятием Программ развития молочного и мясного животноводства и птицеводства может усилиться.

В нашей стране все химические вещества, попадающие в почву из выбросов, сбросов и отходов, согласно ГОСТу, подразделяются на три класса по степени опасности: высокоопасные, умеренно опасные и малоопасные. К высокоопасным относят: мышьяк, кадмий, ртуть, селен, свинец, фтор, бензопирен. Умеренно опасные - бор, кобальт, никель, молибден, медь, сурьма, хром. Ряд малоопасных веществ составляют: барий, ванадий, вольфрам, марганец, стронций, ацетофенол.

Среди приведенных химических веществ большую часть составляют так называемые тяжелые металлы (ТМ).

В настоящее время для оценки химического загрязнения территории используется суммарный показатель загрязнения, представляющий собой сумму значений коэффициентов концентраций, т.е. отношений аномальной концентрации по каждому элементу к ее фоновому значению. Суммарный показатель загрязнения (Zc) определяется по формуле:

Zc = K_с- (n-1),

где Кс - коэффициент концентрации металла, равный частному от деления массовой доли i-ro элемента в загрязненной и фоновой почвах;

п - число определяемых ингредиентов.

С учетом суммарного показателя загрязнения предложена схема оценки почв сельскохозяйственного использования по степени загрязнения химическими веществами (табл.6.1).

Таблица 6.1 Принципиальная схема оценки почв сельскохозяйственного использования по степени загрязнения химическими веществами (Кирюшин, 1996)

Источники поступления ТМ подразделяются на природные и техногенные. К природным источникам относятся выветривание горных пород и минералов, эрозионные процессы, вулканическая деятельность. Техногенные источники загрязнения почв ТМ могут быть расположены в следующий ряд по масштабам загрязнения и по удельному вкладу.

Наиболее мощный источник загрязнения - аэральные выбросы предприятий черной и цветной металлургии, разработки полезных ископаемых. Затем в убывающей мере относят автотранспорт; далее жидкие и твердые бытовые коммунальные отходы, включая осадки сточных вод (ОСВ); пестициды, органические удобрения, минеральные удобрения.

В Белгородской области загрязнение почв тяжелыми металлами происходит на территории Оскольско-Губкинского железорудного района. Общая площадь, занимаемая этим предприятием составляет 2530 км². В главе 3 мы сообщали о величине выбросов в атмосферу от деятельности предприятий, находящихся в данном районе. В составе выбросов содержатся и тяжелые металлы. Некоторые авторы (Колесников, Путятина, 2010) прилегающую территорию разделили по содержанию тяжелых металлов в почвах на 3 зоны.

. Допустимая концентрация, в которой суммарный показатель составляет до 16 мг/кг. К ней относится основная часть территории железорудного района;

. Умеренно-опасная, в которой суммарный показатель составляет от 16 до 32 мг/кг. К этой зоне относятся гидроотвал и хвостохранилище.

зона - высокоопасная, где суммарный показатель составляет от 32 до 128 мг/кг, где располагаются карьеры и отвалы скальных пород.

В настоящее время агрохимической службой области контролируется содержание ТМ в почвах сельскохозяйственных предприятий. Общее представление об их территориальном распределении в разрезе административных районов и предприятий дается в ряде публикаций (Лукин, 2004; Природные ресурсы…, 2007; Красная книга почв…, 2007; Лукин, 2008 и др.).

Однако, при оценке загрязнения почв тяжелыми металлами необходимо иметь информацию не только о валовых формах, но и подвижных. Подвижность ТМ в почвах зависит как от свойств почвы, так и от вида загрязнения. Металлы, поступающие в почву с осадками сточных вод (ОСВ), в начальный период высокорастворимы. Газообразные выбросы окислов металлов от обработки руд цветных металлов труднорастворимы и малоподвижны.

Характер профильного распределения ТМ в естественных и техногенных ландшафтах существенно различается. Для техногенных территорий характерен регрессивно-аккумулятивный тип распределения, проявляющийся в повышенном накоплении металлов в гумусовом горизонте и резком понижении их содержания в нижележащих. На характер перераспределения ТМ в профиле почв влияет комплекс почвенных факторов: гранулометрический состав, реакция почв, содержание органического вещества, емкость поглощения катионов, наличие геохимических барьеров, дренаж.

Как правило, содержание ТМ в почвах легкого гранулометрического состава меньше, чем тяжелого. Кислые почвообразующие породы содержат ТМ меньше, чем основные. При реакции среды в интервале 6,0-6,5 большинство ТМ образуют труднорастворимые соединения в виде карбонатов.

Органическое вещество почв способно закреплять ТМ, поэтому в высокогумусированных почвах опасность накопления ТМ в растениях снижается. С увеличением емкости катионного обмена возрастает способность почв удерживать ТМ.

Находясь преимущественно в рассеянном состоянии, ТМ могут образовывать аккумуляции, где их концентрация в сотни и тысячи раз превышает среднепланетарные уровни. Для приблизительной характеристики фонового содержания ТМ в почвах часто используют кларки по Виноградову. Для почв Среднерусской возвышенности кларк цинка равен 50, свинца - 10, меди - 20, кадмия - 0,5 мг/кг.

Характеризуя общую картину загрязнения почв ТМ, можно отметить, что его опасные уровни, превышающие значения ПДК, наблюдаются в основном около металлургических предприятий в радиусе до 10-12 км и вдоль автодорог с достаточно интенсивным движением (в полосах шириной до 100 м). В этих районах сельскохозяйственное использование почв должно быть строго специализированным, их следует исключать из обычных севооборотов.

Загрязнения ТМ из агропромышленных источников до уровней, приближающихся к ПДК, возможны только на землях, на которых средства химизации, например пестициды или осадки сточных вод, применялись длительное время без надлежащего контроля. В настоящее время уровни загрязнения ТМ на подавляющем большинстве сельскохозяйственных земель не представляют реальной опасности.

Наиболее вероятными объектами, на которых можно ожидать повышенных уровней загрязнения ТМ и для которых необходимо проведение обследований, являются следующие.

. Пригородные зоны крупных промышленных центров (на расстоянии до 10 км).

. Овощные севообороты с высокой насыщенностью удобрениями и пестицидами.

. Поля с традиционно длительным применением сточных вод или осадков сточных вод.

. Территории, на которых систематически применяют пестициды и животноводческие отходы в виде стоков.

В почвах Белгородской области средневзвешенное содержание цинка составляет 56,7, свинца - 16,1, меди - 14,4, кадмия - 0,67 мг/кг (Лукин, 2004).

При этом почвы с кислой реакцией среды в среднем содержат цинка и кадмия на 11 %, а свинца на 15 % меньше, чем почвы с рН более 5,5. Кислотность усиливает подвижность ТМ, что приводит к большему потреблению их растениями.

На территории области проявляется закономерное снижение валового содержания ТМ в направлении с востока на запад из-за увеличения кислотности почв и общего количества атмосферных осадков.

С.В. Лукин (2004) приводит результаты балансовых расчетов по ТМ в почвах области. По состоянию на 2001 год по таким элементам, как медь, свинец, цинк и кадмий складывается отрицательный баланс. На основании этого автор сделал заключение, что при существующих темпах применения удобрений загрязнения агроландшафтов тяжелыми металлами не происходит.