Наслідки забруднення грунтів та їх охорона

У наземних трофічних ланцюгах, які сприяють надходженню токсичних хімічних речовин в організм людини (атмосфера - ґрунт -рослина - людина; атмосфера - ґрунт - рослина - тварина - людина), ґрунт є найбільш ємною і інерційною ланкою, внаслідок чого від нього багато в чом}' залежить швидкість розповсюдження ЗР по усьому ланцюгу. До того ж ґрунт є посередником між атмосферою і гідросферою для усієї кількості ЗР, які викидаються людиною у атмосферу; дуже часто ЗР до атмосфери надходять із літобіосфери.

На ділянках інтенсивного впливу промислових підприємств спостерігається пригнічення рослинності аж до її повного знищення і різке зростання процесів ерозії ґрунтів. Порушується структура ґрунту, зменшується пористість, водопроникність, що різко погіршує водно-повітряний режим. У місцях сильного забруднення верхній шар грунту може складатися із пилових частинок аерозолів, золи, шлаку і т.д. Одними із найнебезпечніших токсичних речовин є Нg, Рb (верхній гумусовий шар), які добре адсорбуються ґрунтами і погано вимиваються із них; Аs і Сd адсорбуються гірше, більш мобільний Zп, особливо в еродованих ґрунтах.

Пошук максимальної продуктивності при індустріальній експлуатації земель призводить до перенасичення ґрунтів мінеральними добривами. При цьому часто забувається, що підвищення урожайності має тенденцію до уповільнення, в міру того, як росте кількість добрив, що вносяться. Лише 50% добрив, які вносяться у агроекосистеми США, засвоюються рослинами. Зловживання мінеральними добривами погіршує якість продуктів. Наприклад, шпинат має природну властивість накопичувати нітрати, а його споживання призводить до метагемоглобінемії (метагемоглобелін крові не здатний утримувати кисень із повітря). Під час взаємодії з бактерійною флорою кишечнику нітрати перетворюються на дуже токсичні нітрити, а останні в іще більш токсичні нітрозаміни (NО₃ è N0₂ è нітрозаміни). При використанні добрив порушується кругообіг азоту (надлишок нітратів щорічно сягає 9 млн. т), фосфору (накопичення в ґрунтах, у хімічних сполуках з Са, АІ та Fе, далі в водоймищах, викликаючи їх евтрофікацію). Систематично в агроекосистемах руйнується і виключається з них гумус. Не повертається у землю гній, а після аміачного бродіння він забруднює водоносні шари. У містах велика кількість здатних до бродіння органічних речовин, що містяться у харчових відходах, накопичуються на звалищах.

Оскільки ґрунт багаторазово піддається впливу пестицидів, то створюються сприятливі умови для їх міграції у суміжні середовища (рослини, повітря, воду). Це створює небезпеку для природних ЕС, а, отже, і для середовища проживання людини. Залишки пестицидів виявлені у рослинній і тваринній їжі, в підземних водах, відкритих водоймищах, тканинах птахів і риб, в органах і тканинах людини. За даними американських учених кожного тижня до організму людини надходить близько 1 мг пестицидів.

Якщо шляхи зараження харчових продуктів - поглинання і накопичення пестицидів рослинами - не викликає сумнівів, то про шляхи проникнення пестицидів в рослини немає одностайної думки. Інтенсивність поглинання залежить від сорбційної активності ґрунтів, типу культури, складу й властивості пестицидів. Близько 20% пестицидів виноситься з ланів рослинами, що призводить до міграції й накопичення пестицидів в трофічних ланцюгах, в біологічних об'єктах і утримання їх з рослинними залишками у ґрунті. Пестициди призводять до різних екологічних порушень. Вони спричиняють негативні наслідки для окремих видів і біоценозів у цілому. Знижується біологічний потенціал, порушується рівновага, і як це не парадоксально, іноді збільшується чисельність тієї популяції, яку намагались знешкодити. Окрім того, застосування пестицидів призводить до таких біоценотичних наслідків:

зменшується рослинна і тваринна біомаса агроекосистем, відбувається збіднення вод зоопланктоном, зникають конкуруючі види і т.д.

Нераціональне застосування пестицидів в сільському господарстві призводить до акумуляції їх в грунтах, сільськогосподарській продукції і водах. Так, в доповіді вчених Національної Академії США, опублікованій у 1988 р., в майбутні 70 років більше ніж 1 млн. американців можуть захворіти раком через наявність 28 канцерогенних пестицидів в їжі.

Надходження пестицидів разом з повітрям, їжею і питною водою здатні спровокувати бурхливий розвиток онкологічних захворювань і мутацій в багатьох країнах, що розвиваються. Стійкі пестициди негативно впливають на нервову і серцево-судинну системи. Особливо чутливі до пестицидного забруднення навколишнього середовища діти. Так, в Російській Федерації в районах інтенсивного використання пестицидів загальна захворюваність дітей до 6 років в 4,6 рази вища, ніж в районах з найменшим використанням пестицидів. Забруднення пестицидами (нарівні з іншими чинниками) сприяло тому, що за 25 років в 300 разів збільшилися випадки алергічних захворювань.

За даними Всесвітньої організації охорони здоров'я (ВОЗ) щорічно отруюються пестицидами 500 тисяч чоловік, більше 5 тисяч - з летальними наслідками.

На початку хімізація сільського господарства привела до великих успіхів. Однак, у 1970-х рр., незважаючи на зростання виробництва пестицидів (2 млрд т/рік), загальні втрати урожаїв від шкідників досягли 50%, а також знизилася якість продукції.

Збільшення урожаю від застосування хімічних заходів захисту рослин складає 20-60% при витратах, які дорівнюють лише 1-5% загальних витрат виробництва. За даними продовольчої і сільськогосподарської комісії 00Н, шкідливі комахи знищують 20% урожаїв світового виробництва. Щорічні світові втрати урожаю від хвороб, шкідників і бур'янів складають: зернових - 510, цукрового буряку -569, картоплі - 129, винограду - 26, овочів - 78 та бавовни - 5 млн. т. Ось чому хімічний метод захисту рослин і отримав такий широкий розвиток у всьому світі. Так, в США в 1955 р. застосовувалось 15-18 сполук як пестициди, у наш час використовується вже більше як 500 на половині орних земель. Середня витрата пестицидів в США - 1.8, в Японії - 11.4, ФРН - 12, в колишньому СРСР - 2 кг/га. Близько 1500 хімічних речовин мають пестицидну активність, із них 550 застосовуються як пестициди, а модифікацій нараховується більш 10 тис. препаратів. У 1980 р. світове виробництво пестицидів складало більше 2 т на рік. На відміну від інших ЗР пестициди навмисно розсіюються у біосферних середовищах.

Пестициди не мають вибіркової дії тількина організми, проти яких вони застосовуються, а впливають на все живе, тому називаються біоцидами. Спочатку застосовували пестициди першого покоління (Аs, Нg тощо), потім стали створювати і впроваджувати пестициди другого покоління - синтетичні пестициди. Так, в 1939 р. П. Мюллер показав ефективність використання ДДТ. Прибутки від продажу пестицидів в 1970 р. в США були $ 2,7 млрд., а в 1990 р. вже $ 18млрд. Однак виниклипроблеми, пов'язані з використанням пестицидів:

1) розвиток стійкості шкідників (якщо для збереження 1 т кукурудзи в США в 1945 р. було потрібно 0,5 кг пестицидів, то в 1971 р. - 70 кг, оскільки стійкість популяцій зросла у багато разів, іноді в 25 тисяч разів);

2) відродження шкідників і вторинні спалахи чисельності (після хімічного придушення шкідники не тільки з'являються знову, але і створюють велику чисельністьчерез знищення їх природних видів-антагоністів);

3) зростання витрат (економічна ефективність знижується: для боротьби з відродженням і повторними спалахами чисельності шкідників потрібні все дорожчі пестициди, у все більших кількостях);

4) небажаний вплив на навколишнє природне середовище і здоров'я людини (менше 1% пестицидів попадає в організм шкідника, а при розпиленні з повітря в культурні рослини попадає біля 0,1%).

Задля усунення забруднення грунтів від пестицидів, необхідно використовувати біологічні засоби захисту, застосовувати природні нетоксичні пестициди (діатоміти та ін.), які підвищують стійкість рослин проти захворювань і шкідників, перейти від монокультур до полікультур, тобто впроваджувати методи екологізації агроекосистем [42].

До початку XXI сторіччя прогнозується застосування добрив дозою 300 кг/га, що приведе до надлишку NОз^-, який не сорбується грунтами і забруднює води.

Відходи тваринництва приводять до забруднення аміаком. При зрошуванні стічними водами відмічаються аномально високі концентрації NОз^- (до 400 мг/кг грунту) і NH₄⁺ (до 2200 мг/кг грунту). Застосування низькорозчинних сполук фосфору призводить до накопичення його в Грунтах. Застосування калійних добрив (КСГ} призводить до накопичення в грунтах іонів хлору. Внаслідок неповного згоряння органічного палива утворюється канцерогенний бенз(а)пірен, який нагромаджується в ґрунтах і перемішується по трофічних ланцюгах. Велику небезпеку представляє забруднення грунтів важкими металами. Джерелом забруднення грунтів служать звалища промислових і побутових відходів. Забруднюють грунти довгоживучі техногенні радіонукліди (¹²⁹I, ²²⁵Ra, ¹³⁷Cs, ²³⁹Pu та ін.).

При підвищенні кількості легкорозчинних солей грунти стають засоленими, в результаті пригнічуються і гинуть культурні рослини. Засоленість проявляється не лише при підвищеній солоності грунтів, але й при безсистемному поливі погано дренованих масивів, при використанні для зрошення мінералізованих вод, при підвищенні рівня ґрунтових зод.

У складі природних ресурсів особливо важливе місце займають земельні ресурси. Однак, агромеліоратівний стан земель на значних площах України та інших колишніх республік СРСР залишається надто.незадовільним і продовжує погіршуватись. Так, на території Росії більше як 25% сільськогосподарських угідь страждають від водної та вітрової ерозії, близько 33% нив мають підвищену кислотність грунтів, 10% засолено і має солонцеві комплекси, майже 5% перезволожено й заболочено. Внаслідок гідротехнічного будівництва за останні ЗО років затоплено й підтоплено 3,3 млн. га угідь. Посилились процеси опустелювання земель. У ряді регіонів спостерігається перенасичення Грунтів мінеральними добривами і отрутохімікатами. У ході різного роду будівельних робіт та розробок родовищ корисних копалин значна частина відчужених земель втрачає своє народногосподарське значення й служить джерелом забруднення інших природних середовищ.

Щорічно у грунтах знижується вміст гумусу (1,5-1,8 т/га в рік), що призводить до ущільнення і знижує їх водомісткість в 15-20 разів. Дегуміфікація пов'язана із зменшенням кількості і погіршенням якості органіки, що надходить в грунт; для запобігання цьому процесу необхідно внесення гною в кількості 8-12 т/га в рік, заорювання пожнивних залишків в Грунт, застосування мульчування поверхні соломою і ін., використання мінеральних добрив тощо. Оптимальним вважається вміст гумусу у верхніх горизонтах чорноземів 5-7%.

Тривале надмірне розорювання, дефіцитний баланс речовин, низький рівень культури землеробства, висока забур'яненість полів, відсутність програм з підвищення родючості грунтів - все це зумовило зниження вмісту гумусу в Грунтах орних земель з 3,5 (1961 р.) до 3,2% (1981 р.) - на 9%. За останнє століття зменшення змісту гумусу в грунтах орних земель України сягає 25-30% [34].

Ущільнення грунту і погіршення його фізичних властивостей відбувається через навантаження сільськогосподарської техніки. Так, трактори здатні ущільняти чорноземи до 1,5 г/см³ в шарі 0-20 см і сприяти ущільненню до глибини 60-70 см.

Із забрудненням грунтів необхідно боротися шляхом виключення надходження цих забруднень, створення безвідходних і маловідходних технологій, утилізації відходів, конструювання виробництв із замкненим циклом, проведенням раціонального комплексу меліоративних робіт. З ерозією Грунтів необхідно боротися шляхом використання організаційно-господарських (безпечне в ерозійному відношенні використання земель, використання ланів сівозмін та захисних насаджень і т.д.), агротехнічних (оранка поперек схилу і ін.), лісомеліоративних (створення захисних, водорегулюючих і інших лісових смуг та масивів) і гідротехнічних заходів (створення водозатримуючих валків, протисельових дамб, водоймищ та ін.).

Порушеними вважаються грунти, що втратили свою родючість і цінність в зв'язку з антропогенною діяльністю. Відпрацьованими називають порушені землі, потреба в яких у підприємств відпала в зв'язку із завершенням розробки родовищ корисних копалин, будівельних і інших робіт, пов'язаних з порушенням Грунтів.

Причинами втрати грунтів є: неправильна оранка, надмірна експлуатація пасовищ (без урахування місткості середовища), знищення рослинного покриву (передусім лісів), зрошування, засолення тощо.

Для запобігання ерозії пропонуються комплексні засоби, серед яких можна відмітити: контурну оранку, вузькополосний посів, створення лісозахисних смут і терас, безорне землеробство, мульчування (залишками трави, листям і ін.). Для забезпечення тривалого збереження родючості грунтів в агроекосистемах можна використовувати тільки п'ять способів:

чергування сільськогосподарських культур на полі - сівозміна; відведення ріллі під переліг; введення чистих парів; травосіяння; органічні та мінеральні добрива [9].

Захист грунтів від водної і вітрової ерозії, як правило, включає цілий комплекс організаційних, агротехнічних, лісомеліоративних та гідротехнічних заходів. Максимальний ефект досягається у випадку захисту всієї вододільної площі і застосування комплексу мір.

Головними компонентами інтенсифікації сільськогосподарського виробництва є: використання добрив; широке застосування пестицидів;

зрошення; перехід на інтенсивні сорти та породи, чутливі до поліпшення умов вирощування; індустріальні технології в рослинництві та тваринництві.

В інтенсивному сільському господарстві було два піки [9]: 1) „зелена революція" — впровадження інтенсивних високопродуктивних сортів, що вимагають високого агрофону, тобто значної кількості добрив та пестицидів; 2) індустріалізація, яка полягала в широкій заміні ручної праці машинною при орієнтації на добрива та пестициди.

Інтенсифікація виконала замовлення суспільства на продукти харчування та спромоглася підняти їх виробництво до високих темпів росту чисельності населення планети. Але в той же час, технічні рішення, що лягли в основу інтенсифікації, виявилися антиекологічними і посилили прояв екологічної кризи в агросфері. Інтенсифікація різко збільшила відходність (залишкова кількість добрив, залишкова кількість пестицидів, гній та рідкі стоки тваринництва). "Виорювання" на ріллі, перевшіаси на пасовищах, ущільнення фунту та інші негативні наслідки охопили всю агросферу планети.

Екологічна ущербність призвела до необхідності розвитку альтернативного рослинництва і тваринництва, які керуються екологічним імперативом та містять два компоненти: найбільш доцільні способи використання ресурсів; відтворення ресурсів та їх охорона від виснаження. В альтернативному землеробстві склалося декілька основних напрямків:

біологічне, органічне, органо-біологічпе, біодинамічне та екологічне землеробство [9].

ІІри сільськогосподарському виробництві відбувається забруднення Грунтів мінеральними добривами, пестицидами, мікробами і т.п. Внаслідок інтенсифікації врожайність сільськогосподарських культур зростає приблизно в 2-2,5 рази (наприклад, в 1910-1914 рр. середня урожайність зернових в Росії становила 7,2 ц/га, а в наш час - 18 ц/га). Однак, в ході інтенсифікації при незміненій площі ріллі збільшується площа деградованих земель.

Штучне відновлення грунтів після їх порушення називається рекультивацією. Технічна рекультивація - це планування, формування укосів, пересування і трансплантація родючих ґрунтів на площу, яка рекультивується, будівництво меліоративних споруд і доріг. Біологічна рекультивація - комплекс агротехнічних і фітомеліоративних заходів, направлених на поновлення середовища мешкання тварин і рослин і відновлення господарської продуктивності земель (наприклад, шляхом залісення або сільськогосподарського освоєння земель). Рекультивація земель дозволяє повернути їх до сільськогосподарського обороту, особливо після розробки родовищ корисних копалин у місцях складування.вироблених порід, золовідвалів, шлакових насипів, кар'єрів і т.д.

На першому (гірничотехнічному) етапі рекультивації вирівнюють насипи при їх невеликій висоті, засипають виїмки з ущільненням, на значних насипах утворюють тераси для насадження рослин, будують котловани у місцях майбутніх водоймищ, //а другому (біологічному) етапі покривають породи і відходи шаром Грунту (наприклад, знятого раніше для відкритої розробки родовища), з подальшим висадженням деревних порід і сільськогосподарських культур (багаторічних бобових трав, потім -пшениці, ячменю).

Загалом землекористування не можна вважати раціональним, бо землі, віддані промисловим, транспортним і іншим підприємствам, не використовуються по-господарському і поступово деградують. Для раціонального землекористування необхідно: стимулювати багатоукладність; скоротити його масштаби; обгрунтувати оптимальний розмір господарств і ферм для різних грунтово-кліматичних зон;

розширити масштаби ландшафтного землеробства; застосовувати легку і сільськогосподарську техніку; скоротити перевезення продуктів харчування тощо.

Питання для контролю

1. Що таке літобіосфера і педосфера?

2. Що таке ґрунт?

3. Які основні причини деградації ґрунтів?

4. Які основні засоби запобігання деградації ґрунтів?

5. Які причини хімічного забруднення грунтів?

6. Яку екологічну небезпеку людині створюють агрохімікати?

7. Що таке пестициди?

8. Які властивості пестицидів?

9. За якими ознаками розрізняють пестициди?

10.Яку екологічну небезпеку людині створюють пестициди?

11.Які основні методи захисту агроекосистем?

12.Що таке „зелена революція"?

13. Які наслідки інтенсивного і екстенсивного використання земель?

14. Що таке рекультивація?