5. Роль химии в решении проблем устойчивого развития цивилизации

Значимой проблемой современности является проблема продовольственной безопасности, одним из элементов которой можно назвать химические способы восстановления плодородия почв и борьба с их загрязнением.

Почва обладает значительной емкостью в плане поглощения загрязняющих веществ. В почве при значительном накоплении вредных примесей могут протекать процессы трансформации различных соединений, представляющих опасность для человека и других видов живой материи. В экстремальных случаях, несмотря на протекторные возможности почвы, могут возникать глубокие изменения, на исправление которых потребуется очень продолжительное время.

Наиболее эффективными являются превентивные меры, в комплекс которых входят очистные сооружения и малоотходные технологии.

В отдельных случаях используют радикальные меры в виде удаления загрязненных слоев почвы или перекрытие более значительным слоем чистой почвы. Однако эти методы дорогостоящи и не решают проблему в целом.

Поэтому чаще всего используют химические способы, основанные на внесении определенного типа химических веществ (известкование, внесение органических соединений, глинование и др.)

Большое значение имеют и методы агротехнического характера, направленные на быстрое разложение вредных примесей и доведение их концентрации до нормы.

В настоящее время человек вынужден проводить эффективные мероприятия по борьбе с болезнями, вредителями растений и сорняками. Эти меры направлены на увеличение урожайности и формирование условий продовольственной безопасности. По данным ООН до 40% урожая уничтожается под влиянием вредных факторов.

Поэтому в структуре современных мероприятий по защите растений и урожая наибольший удельный вес имеют химические методы. При этом статистика утверждает, что около 300 г химических средств защиты вносится в расчете на 1 г посевных площадей. При этом необходимо обратить внимание, что в различных регионах мира эти цифры могут существенно отличаться. В Европейских странах и США количество химических средств защиты, вносимых в почвы имеет тенденцию увеличения.

Широкое распространение получили пестициды – ядохимикаты, способные уничтожать насекомых вредных для сельскохозяйственных культур. Однако пестициды могут вызывать гибель и полезных организмов.

Пестициды разделяют в зависимости от их химической природы на гербициды; инсектициды; зооциды; фунгициды; бактерициды.

Гербициды – это средства для уничтожения сорной растительности, к ним относятся растворимые соли кислот (хлоруксусных, хлорбензойных и др).

Инсектициды – это вещества для борьбы с насекомыми (метафос, тиофос и множество других). Они могут отличаться по механизмам воздействия на живые организмы.

Зооциды – это препараты для борьбы с грызунами (например, фосфид цинка). Это мощные отравляющие вещества, действия которых опасны и для человека.

Фунгициды предназначены прежде всего для борьбы с возбудителями грибковых заболеваний и уничтожения вредных бактерий. Например, формальдегит, медный купорос, бордоская жидкость и др.

Накопление указанных веществ в растениях может иметь и отрицательные последствия. Одним из них является снижение естественной способности растений к борьбе за существование.

В системе мелиоративных мероприятий, направленных на решение продовольственной проблемы, большое значение отводится химической мелиорации. Задача химической мелиорации состоит в устранении природных неблагоприятных агрохимических показателей почв и ослабление отрицательных последствий интенсификации сельскохозяйственной деятельности человека.

Объектами химической мелиорации являются ионообменные процессы в почвах, коллоидно-химические свойства почв, солевой и агрегатный составы почв.

В зависимости от реакции почвенного раствора почвы подразделяют на шесть групп: сильнокислые (рН 3-4), кислые (рН 4-5), слабокислые (рН 5-6), нейтральные (рН 6-7), слабощелочные (рН 7-8), сильнощелочные (рН 8-9).

В Республике Беларусь наибольшее распространение имеют почвы первых трех групп.

Кислотностью почвы называется ее способность подкислять воду или растворы гидролитически нейтральных солей. Различают актуальную и потенциальную кислотность почвы. Под актуальной понимают кислотность почвенного раствора. Потенциальная кислотность характерна для твердых фаз почв. Между актуальной и потенциальной кислотностью почв сохраняется динамическое равновесие, обусловленное их взаимосвязью. Концентрация ионов Н ⁺ в почвенном растворе, определяющая актуальную кислотность,зависит от присутствия в нем свободных кислот и кислых солей и степени их диссоциации, что выражается через значение рН, определяемое в почвенном растворе или водной вытяжке из почвы.

Кислотность органических почвенных коллоидов определяется присутствием водородных ионов, которые легко вступают в обменные реакции с основаниями и нейтральными солями. Кислотность минеральных коллоидов определяется главным образом наличием катионов алюминия. Данный вид кислотности представляет опасность из-за токсичности алюминия для всего живого. Для устранения вредных влияний кислотности на основе катионов алюминия в почвах необходимо создавать среду, в которой алюминий почвенных минералов не переходит в раствор.

В науке введено понятие почвенно-поглощающего комплекса, под которым понимают определенный состав почвы и наличие в ней требуемых для растений химических элементов или их соединений.

Химико-мелиоративное повышение плодородия почв включает ряд мероприятий – известкование кислых почв; внесение кальцийсодержащих веществ.

Подавляющее большинство культурных растений способно развиваться и плодоносить только в почвах с нейтральной или близкой к нейтральной реакции среды. Поэтому в целях поддержания плодородия почв используется известкование, т.е. внесение мелиорантов, содержащих Са СО₃ (карбонат кальция). Хотя карбонат кальция практически не растворим в воде под влиянием углекислого газа, содержащегося в почве он претерпевает ряд химических превращений и вытесняет катионы водорода их почвенно-поглощающего комплекса, уменьшая его кислотность.

Существуют и другие способы сохранения плодородия почв в зависимости от их структуры и особенностей.