Почва, ее строение и загрязнение Состав и характеристики почв

Почва - самостоятельное естественно-историческое органо-минеральное природное тело, возникающее на поверхности земной суши в результате длительного воздействия биотических, абиотических и антропогенных факторов, состоящее из твердых минеральных и органических частиц, воды и воздуха и имеющее специфические генетико-морфологические признаки, свойства, создающие для роста и развития растений соответствующие условия. Как вытекает из приведенного определения, почва - трехфазная среда, включающая твердые, жидкие и газообразные компоненты. Она представляет продукт физического, химического и биологического преобразования различных пород, т. е. сложного взаимодействия климата, растений, животных и микроорганизмов. Сама почва постоянно развивается и изменяется, вследствие чего существует большое разнообразие ее типов. В результате перемещения и превращения веществ почва расчленяется на отдельные слои, или горизонты, сочетание которых составляет ее профиль.

Избыток или недостаток гумуса определяет плодородие почвы, так как в нем происходят сложные обменные процессы, в результате которых образуются элементы питания растений. Он может иметь зернистую, комковатую или слоистую структуру.

Одно из наиболее важных физических свойств почвы - ее механический состав, т. е. содержание частиц разного размера. Установлены четыре градации механического состава: песок, супесь, суглинок и глина. От механического состава зависят водопроницаемость почвы, ее способность удерживать влагу, проникновение в нее корней растений и др. Кроме того, каждая почва характеризуется плотностью, тепловыми свойствами, влагоемкостью и влагопроницаемостью. Большое значение для почвы имеет аэрация, т. е. насыщение ее воздухом и способность к такому насыщению.

Химические свойства почвы зависят от содержания минеральных веществ, которые находятся в ней в виде растворенных ионов. Одни ионы вредны для растений, а другие - жизненно необходимы. Концентрация в почве ионов водорода (рН) в среднем близка к нейтральному значению. Флора таких почв особенно богата видами. Известковые и засоленные почвы имеют рН = 8...9, а торфяные - до 4. На этих почвах развивается специфическая растительность.

В почве обитает множество видов растительных и животных организмов, влияющих на ее физико-химические характеристики: бактерии, водоросли, грибы, простейшие одноклеточные, черви и членистоногие.

Именно почва в наибольшей степени подвергается загрязнению, что вызывает нарушение физических, химических и биологических процессов, протекающих в ней. Загрязнение почвы непосредственно связано с загрязнением атмосферы и вод. В почву попадают твердые и жидкие промышленные, сельскохозяйственные и бытовые отходы. Основными загрязняющими веществами являются металлы и их соединения, радиоактивные вещества, удобрения и пестициды.

Загрязнения меняют ход почвообразовательного процесса, резко снижают урожаи, накапливаются в растениях (например, тяжелые металлы), из которых прямо или косвенно (через растительные или животные продукты питания) попадают в организм человека. Кроме того, загрязнения приводят к ослаблению самоочищения почв от болезнетворных и других нежелательных микроорганизмов, что создает опасность массовых заболеваний. Так, в незагрязненных почвах возбудители дизентерии, тифа и паратифа сохраняются в течение 2...3 суток, а при ослабленном загрязнителями самоочищении почв возбудители дизентерии сохраняются несколько месяцев, тифа и паратифа - до полутора лет.

Почвенный покров и его деградация

Почвенный покров - совокупность почв, покрывающих земную поверхность. В большинстве областей Земли толщина почвенного покрова, обеспечивающего получение большей части пищевых продуктов, составляет всего 150...300 мм. Около 75% всех почв планеты имеют пониженную продуктивность из-за необеспеченности теплом и влагой. По данным Международной организации по вопросам продовольствия, общая площадь потенциально пригодных для земледелия почв составляет около 2,7 млрд. га, из которых 1,5 млрд. га уже обрабатываются, а для включения остальных 1,2 млрд. га в сельскохозяйственное производство требуются большие материальные затраты.

Накопленные статистические данные показывают, что при существующей средней урожайности на каждого нового жителя планеты требуется для производства пищи 0,4...0,5 га и около 0,1 га на другие нужды.

В результате воздействия естественных и антропогенных причин происходит деградация почвенного покрова, т. е. постепенное ухудшение свойств почв, вызываемое изменением условий почвообразования в результате естественных причин (например, наступления лесов или сухой степи на черноземы) или хозяйственной деятельности человека (неправильная агротехника, загрязнение и т.п.) и сопровождаемое уменьшением содержания гумуса, разрушением почвенной структуры и снижением плодородия.

Изменение естественных условий почвообразования. Наиболее интенсивно изменяются естественные условия почвообразования из-за опустынивания. Под опустыниванием понимают уменьшение или уничтожение биологического потенциала земель, которое в итоге может привести к возникновению условий, аналогичных условиям пустыни. Различают две формы опустынивания: дезертификацию, т.е. расширение ареала пустыни, и дезертизацию, т.е. углубление процесса опустынивания в конкретном регионе.

Наиболее типичным примером дезертификации является изменение площади, занимаемой пустыней Сахара. С 1980 по 1984 гг., по данным НАСА, пустыня Сахара расширила свои размеры с 8,80 до 10,01 млн. км², далее наступил процесс отступления и в 1990 г. она занимала пространство в 9,63 млн. км².

Уменьшение содержания гумуса. Гумус - органическое вещество почвы, образуемое в результате разложения растительных и животных остатков и продуктов жизнедеятельности организмов.

Гумус содержит основные элементы питания растений, в связи с чем почвы, богатые гумусом, обладают высоким плодородием. Уменьшение содержания гумуса в почве ведет к снижению их плодородия и в итоге к опустыниванию.

Основная причина уменьшения содержания гумуса в почве - приемы искусственного повышения плодородия почв (внесение минеральных и др. удобрений, мелиорация и т. п.). По данным агрохимического обследования, 16,5 млн. га российских пашен имеют очень низкое содержание гумуса, а 21 млн. га - низкое. «Питательность» черноземов центральных областей России за последние 100 лет снизилась почти вдвое. В ближайшие годы, если не будут изменены методы земледелия, уменьшение запаса гумуса в почвах может привести к необратимым изменениям почвенного плодородия.

Основными и наиболее опасными загрязнителями почв являются пестициды, нитраты, тяжелые металлы, фтор и радионуклиды.

Пестицид -химическое соединение, используемое:

- для регуляции роста и развития растений (ауксины, гибериллины, ретарданты);

- для удаления листьев растений (дефолианты);

- для уничтожения растений на корню (десиканты);

- для удаления цветов и завязей (дефлоранты);

- для отпугивания животных (репелленты) или их привлечения (аттрактанты) и стерилизации (хемостерилизаторы);

- для уничтожения эктопаразитов животных и борьбы с переносчиками опасных заболеваний.

В качестве пестицидов в настоящее время разрешено использование 280 биологически активных компонентов различных химических классов, на базе которых разработано более 600 препаратов. При обработке земельных участков путем их опрыскивания пестицидами снос последних за пределы обрабатываемых площадей составляет 50...60% от их вносимого количества, а при использовании авиации - 75%.

Пестициды разлагаются очень медленно и наиболее интенсивно накапливаются в овощах, затем в растительных маслах, фруктах и ягодах, меньше - в мясе, яйцах и молоке.

Наиболее подвержены воздействию пестицидов дети в возрасте до 14 лет. Установлена сильная корреляционная связь между биологически активными компонентами пестицидов и вызываемыми ими заболеваниями. Так, частота заболеваний детей хроническим фарингитом обусловливается только хлорорганическими препаратами, а вирусным гепатитам - гербицидами. В зонах интенсивного применения пестицидов у взрослого населения также обнаруживается тенденция к росту заболеваемости, но они менее выражены и имеют свои особенности. Так, заболеваемость среди тепличниц и механизаторов-химизаторов превышает среднюю по сельскому хозяйству в 2,1...3,3 раза. Средняя продолжительность жизни мужчин механизаторов-химизаторов - 56 лет.

Пестициды отрицательно влияют на экосистемы любого уровня и на здоровье человека. Поэтому их следует использовать строго по назначению в минимально необходимом количестве и лишь там, где химические средства защиты нельзя пока заменить биологическими.

Удобрение - вещество (или агент), создающее при внесении в почву условия для ускоренного роста и развития растений и микроорганизмов. Различают минеральные и органические удобрения.

Минеральное удобрение - добытое из недр или промышленно полученное химическое соединение, содержащее в большом количестве один или несколько основных элементов питания растений (азот, фосфор, калий), важные для жизни растений микроэлементы (медь, бор, марганец и др.), а также естественные продукты типа извести, гипса, золы и т. п., способные улучшить химические или структурные характеристики почвы.

Органическое удобрение - перегной, торф, навоз, птичий помет, фекалии животных, компосты и т. п., используемые для повышения плодородия почвы или способствующие развитию полезной микрофлоры почв.

Низкая культура земледелия, а также внесение удобрений в почву с помощью устаревшей техники предопределяют, что только 10...15% их достигает растений, а остальные загрязняют окружающую среду.

В связи с интенсификацией сельскохозяйственного производства и увеличением количества вносимых азотных удобрений проблема нитратов (соли азотной кислоты HNO₃) и нитритов (соли азотистой кислоты HNO₂) приобрела серьезное значение, поскольку они не только отрицательно воздействуют на организм людей, но и приводят к заболеваниям и даже гибели сельскохозяйственных животных. Наиболее интенсивно накапливают нитраты кабачки, свекла столовая и огурцы. По этой причине почти шестая часть плодоовощной продукции содержит нитраты в количествах, превышающих ПДК. А от уровня содержания нитратов в продуктах питания напрямую зависит онкологическая и аллергическая заболеваемость, которая в России за последние годы резко возросла. Допустимая суточная доза нитратов, содержащихся в основных продуктах питания, для взрослого человека в России - 325 мг, в то время как по рекомендации ВОЗ она не должна превышать 220 мг. Установлено, что потребление животными корма с содержанием нитратов более 1% его сухой массы приводит к их гибели.

В отличие от развитых стран, в России применяют удобрения, содержащие, помимо питательных для растений веществ, большое количество балластных и довольно часто токсичных примесей. Так, установлено, что содержание стронция в некоторых удобрениях в 100 раз превышает значения, регламентированные, например, американскими стандартами. Попадание стронция и его солей в организм человека вызывает «уровскую болезнь», которой страдают только жители долины реки Ура в Забайкалье, поскольку в ее воде довольно много солей стронция. При потреблении этой воды соли кальция в костях замещаются солями стронция, которые быстро вымываются из организма человека. В результате кости становятся мягкими, изгибаются, и у людей появляются специфические уродства.

Тяжелые металлы (плотностью более 4,5 г/см³) при повышенной концентрации становятся опасными для человека. По степени опасности различают три их класса (табл. 6.1). К классу I относятся мышьяк, кадмий, ртуть, бериллий, селен, свинец, цинк; к классу II -

Таблица 6.1

Специфика источников загрязнения

кобальт, хром, медь, молибден, никель, сурьма; к классу III -ванадий, барий, вольфрам, марганец, стронций.

При попадании в организм человека тяжелые металлы начинают накапливаться в почках и печени. Специфика источников загрязнений почв тяжелыми металлами в различных условиях приведена в табл. 6.1.

Коэффициент концентрации химического элемента определяется отношением его реального содержания в почве (С,) к фоновому (С_ф):

K_с=Сі/С_ф.