Почва является индикатором многолетних природных процессов, и ее состояние – это результат длительного воздействия разнообразных источников загрязнения. Выбросы в атмосферу от промышленных предприятий и автотранспорта, орошение земель загрязненными водами, нарушение технологических требований при добыче, переработке и использовании нефтепродуктов, многочисленные аварии на нефтепроводах, несбалансированное применение минеральных удобрений и пестицидов приводят к загрязнению почв, ухудшению их физического и химического состояния и в результате к снижению плодородия. Свойством же плодородия определяется огромная роль почвы в природе как источника существования и эволюции жизни на Земле. Загрязнение почв оказывает неблагоприятное воздействие на здоровье населения, так как вредные вещества по трофическим цепям могут попадать в организм человека.
Основная часть загрязняющих веществ поступает в почвы с атмосферными осадками, с мест складирования промышленных и бытовых отходов, с удобрениями и пестицидами, вносимыми в почву. Особую опасность представляет загрязнение почв тяжелыми металлами, которое может быть обусловлено геохимическими аномалиями, но чаще всего происходит за счет выбросов промышленных предприятий, в первую очередь металлургических заводов, и за счет выхлопных газов автотранспорта. Тяжелые металлы участвуют в биологических процессах, входя в состав многих ферментов и оказывая токсическое воздействие на организм человека даже при низких концентрациях. По степени опасности тяжелые металлы делятся на три класса: I– мышьяк, кадмий, ртуть, свинец, селен, цинк, фтор; II– бор, кобальт, никель, молибден, сурьма, хром; III – барий, ванадий, вольфрам, марганец, стронций.
Свинец по степени воздействия на живые организмы отнесен к классу высокоопасных веществ. В Российской Федерации в организм человека большая часть свинца (85%) поступает с продуктами питания.
Воздействие свинца нарушает функции женской и мужской репродуктивной системы, что приводит к росту числа выкидышей и врожденных заболеваний. Особенно негативно влияет свинец на здоровье детей, в организм которых он попадает уже в утробе матери, так как обладает способностью проникать через плаценту, а также накапливаться в грудном молоке. Свинец оказывает влияние на нервную систему, что приводит к снижению интеллекта; на сердечно-сосудистую систему, вызывая заболевания сердца; нарушает двигательную активность, координацию движений, слух.
Не менее вредно для человека и воздействие других тяжелых металлов. Влияние ртути проявляется в нарушении функции клеток и их гибели. На первой стадии наблюдается нарушение функций нервной системы и почек, высокие концентрации ртути в организме вызывают параличи, болезнь Миномата. Большие дозы кадмия снижают адсорбцию кальция костной ткани, приводя к самопроизвольным переломам костей, возможны и генетические изменения в организме. Систематическое поступление цинка в организм приводит к воспалительным явлениям в легких и бронхах, циррозу поджелудочной железы и расстройствам углеводного обмена, анемии, нарушениям сердечной и репродуктивной деятельности. Медь вызывает функциональные нарушения нервной системы, печени, почек, снижение иммунитета.
В 1999 г. Росгидрометом был проведен эколого-токсикологический анализ почв 34,4 млн га сельскохозяйственных угодий (из имеющихся 221,1 млн га) на содержание тяжелых металлов. В результате обследования выявлено 1,1 млн га земель, загрязненных тяжелыми металлами, доля почв, загрязненных элементами первой группы опасности (высокоопасные вещества), не превысила 2%,а загрязнение почв ртутью, относящейся к этой группе, практически не выявлено. Доля почв, загрязненных медью, относящейся ко второй группе опасности (умеренно опасные вещества), составила 3,8%, загрязнение остальными элементами этой группы менее значительно. Среднее содержание тяжелых металлов в пахотном горизонте обследованных почв в основном не выше 0,5 ПДК. Превышение ПДК тяжелых металлов в почвах отмечено в Бурятии, Дагестане, Краснодарском и Приморском краях, а также в Иркутской, Сахалинской, Костромской, Читинской, Мурманской, Оренбургской, Кемеровской областях.
Многолетние наблюдения за содержанием тяжелых металлов в почвах 200 населенных пунктах России показало, что к чрезвычайно опасной категории загрязнения относятся земли 0,5% обследованных населенных пунктов, к опасной категории загрязнения – 3,5, к умеренно опасной категории загрязнения – 8,5% (табл. 5). Почвы остальных 87,5% населенных пунктов можно отнести к допустимой категории загрязнения, хотя практически во всех городах отдельные участки имеют более высокую категорию загрязнения тяжелыми металлами, чем в целом по городу. Как правило, самыми мощными источниками загрязнения почв тяжелыми металлами в городах являются комбинаты черной и цветной металлургии, а в сельской местности – минеральные удобрения, содержащие тяжелые металлы в качестве примесей. Так, в городе Рудная Пристань, где расположен завод по выплавке свинца, содержание свинца в почве в 300 раз превышает ПДК.
Таблица 5. - Список городов России с различными категориями загрязнения земель тяжелыми металлами
| Город | Приоритетный техногенный металл |
| Чрезвычайно опасная категория загрязнения | |
| Норильск | Никель, медь |
| Опасная категория загрязнения | |
| Белово | Цинк, кадмий, свинец, медь |
| Горняк | Кадмий, цинк, свиней |
| Кировоград | Цинк, свинец, медь, кадмий |
| Мончегорск | Никель, медь |
| Реж | Никель, кадмий, кобальт, цинк |
| Рудная Пристань | Свинец, кадмий, цинк, медь |
| Санкт-Петербург | Свинец, олово, цинк, медь, никель |
| Умеренно опасная категория загрязнения | |
| Алапаевск | Никель, хром, цинк, медь |
| Асбест | Никель, хром, цинк, медь |
| Березовский | Цинк, свинец |
| Верхняя Пышма | Медь, цинк, кобальт |
| Дальнегорск | Свинец, цинк, медь |
| Екатеринбург | Цинк, свинец, медь |
| Комсомольск-на-Амуре | Цинк, свинец, медь, никель |
| Медногорск | Свинец, медь, олово, кобальт |
| Москва | Свинец, цинк, медь |
| Невьянск | Медь, цинк, свинец |
| Нижний Тагил | Медь, свинец, цинк |
| Орск | Кобальт, никель, хром, молибден |
| Первоуральск | Медь, свинец, цинк |
| Ревда | Медь, свинец, цинк |
| Свирск | Свинец, цинк |
| Хрустальный | Свинец, олово, медь, цинк |
| Череповец | Хром, никель, цинк, медь |
В загрязнении почвенного покрова Москвы участвует 37 металлов. 22,2% территории города относится к категории среднего загрязнения, 19,6% – сильного загрязнения и 5,8% территории имеет максимальный уровень загрязнения почв. Особую опасность здесь представляют ртуть, кадмий, свинец, цинк и медь, что связано с их высокой токсичностью и широким применением в различных отраслях промышленности.
Существенным источником загрязнения земель свинцом является автомобильный транспорт на этилированном бензине. В почвах 120 городов России в 80% случаев обнаружено превышение ПДК свинца, около 10 млн городских жителей контактируют с загрязненной свинцом почвой.
Большую тревогу вызывает загрязнение почв России пестицидами, которые используются для борьбы с вредителями и болезнями растений, сорняками, вредителями хранящейся сельскохозяйственной продукции, с эктопаразитами у домашних животных, а также с переносчиками опасных заболеваний человека и животных, К пестицидам относятся также химические средства стимулирования и торможения роста растений, препараты для предуборочного удаления листьев и подсушивания растений. Пестициды – это единственный загрязнитель, который сознательно вносится человеком в окружающую среду. Все виды пестицидов (инсектициды и акарициды, гербициды, фунгициды, родентициды, ДДТ, ГХЦГ и др.) представляют собой яды и поражают не только животных-вредителей, растения (сорняки) и возбудителей болезней культурных растений, но и много других полезных животных и растений, а также представляют серьезную опасность для человека. Пестициды обладают способностью накапливаться в окружающей среде и организме животных и человека, передаваясь по пищевым цепочкам, нарушая обмен веществ, повреждая структуры клеток, в том числе аппарат наследственности.
Чрезвычайно опасны пестициды для детей, поскольку вызывают у них болезни кожи, пищеварительного тракта, органов дыхания, нарушение обмена веществ, отставание в физическом развитии. В районах интенсивного применения пестицидов детская заболеваемость почти в 5 раз выше по сравнению с районами, где использование пестицидов ограничено.
Несбалансированное применение пестицидов приводит к подавлению биологической активности почв и препятствует естественному восстановлению плодородия, накоплению пестицидов в продуктах животного и растительного происхождения, увеличивает потери и сокращает сроки хранения сельскохозяйственной продукции, снижает урожайность ряда культур из-за гибели насекомых-опылителей.
Однако на сегодняшний день отказ от пестицидов невозможен ибо они помогают сохранить в России до 20% урожая. Для уменьшения их вредного воздействия актуальным является соблюдение научно обоснованных рекомендаций по использованию препаратов, сроков применения и показаний к применению, правил хранения, а также учет норм расходов и внедрение пестицидов нового типа, менее загрязняющих окружающую среду.
В последние годы в России наблюдается существенное сокращение использования пестицидов в сельском хозяйстве. Ежегодное применение пестицидов в 1980 – 1991 гг. находилось на одном уровне и составляло около 150 тыс. т, в 1993 г; – 43,7 тыс. т, а в 1996 г. – 27,1 тыс. т.
В 1999 г. подразделениями Росгидромета выборочно обследованы земли на загрязнение пестицидами на территории 34 субъектов Российской Федерации: весной – 17,5 тыс га и осенью – 19,5 тыс. га. В 2,9 тыс. объединенных проб почвы определялись пестициды 21 наименования. Это представляется явно недостаточным с учетом того, что в бывшем СССР применялось около 500 видов пестицидов (А.Л. Яншин, 1991). Обследование установило загрязнение почв следующими видами пестицидов: суммарным ДДТ, метафосом, трефланом и 2,4-Д. Весной площадь почв, загрязненных остаточными количествами пестицидов, составила 1,61 тыс. га (9,2% обследованной территории), осенью – 2,676 тыс. га (13,7 %). Загрязненные почвы обнаружены в 12 субъектах Российской Федерации из 34 обследованных. Наибольшие площади загрязненных почв отмечены в Курской области и на Северном Кавказе. В Курской области установлено загрязнение почв под садами, зерновыми культурами, ягодниками и кукурузой суммарным ДДТ, превышающим ПДК в 2,4 – 8,5 раза. Почвы Ростовской области загрязнены метафосом на уровне 1,0 – 4,0 ПДК под зерновыми, кукурузой, корнеплодами, зернобобовыми, садовыми и другими культурами. В Краснодарском крае отмечено загрязнение почв метофосом (2,2 ПДК) под корнеплодами. Впервые в Брянской области обнаружено значительное загрязнение почв под садами суммарным ДДТ, составляющим 4,5 – 6,2 ПДК. На территории Омской области, как и в предыдущие годы, почвы под овощами загрязнены трефланом на 7,6% обследованной площади. В Белгородской, Иркутской, Курганской, Самарской, Новосибирской, Ульяновской областях и Мордовии площади загрязненных почв не превышают 3% обследованной территории.
Не обнаружено загрязнения почв пестицидами в Алтайском и Приморском краях, Астраханской, Владимирской, Воронежской Ивановской, Костромской, Нижегородской, Оренбургской, Пензенской, Рязанской, Тамбовской, Томской, Тульской и Ярославской областях, Марий Эл, Татарстане, Удмуртии, Чувашии.
Минеральные удобрения. Из азотных, суперфосфатных и других типов удобрений в почву в больших количествах мигрируют нитраты, сульфаты, хлориды и другие соединения. Б. Коммонер (1970) установил, что при самых благоприятных условиях из всего количества азотных удобрений, применяемых в США, поглощается растениями 80%, а в среднем по стране лишь 50%. Это приводит к нарушению биогеохимического круговорота азота, фосфора и некоторых других элементов. Экологические последствия этого нарушения в наибольшей степени проявляются в водной среде, в частности при формировании эвтрофии, которая возникает при смыве с почв избыточного количества азота, фосфора и других элементов. Неумеренное потребление минеральных удобрений вызывает в ряде районов и нежелательное подкисление почв.
Несбалансированное применение во многих регионах России азотных удобрений обусловило накопление нитратов в почвах и сельскохозяйственных растениях, в которых они преобразуются в весьма токсичные соединения – нитрозамины. В последнее время выявлен еще один неблагоприятный аспект неумеренного потребления минеральных удобрений и в первую очередь нитратов. Оказалось, что большое количество нитратов снижает содержание кислорода в почве, а это способствует повышенному выделению в атмосферу двух «парниковых» газов — закиси азота и метана. Использование сельскохозяйственной продукции, выращенной на переудобренной нитратами почве, наносит огромный вред здоровью человека, понижая в крови содержание гемоглобина и нарушая ее транспортную функцию.
Диоксин, оказывающий канцерогенное действие, разрушающий эндокринную и иммунную системы человека, поступает в почву преимущественно с предприятий химического, агрохимического, электротехнического профиля, а также целлюлозно-бумажной промышленности. Особенно загрязнены диоксином почвы городов Чапаевск, Дзержинск, Новомосковск, Серпухов. Новочебоксарск, Уфа, Щелково. В санитарной зоне предприятия «Агрохим» (город Щелково), в пределах которой располагаются жилые массивы и дачные участки, содержание диоксина в почве в 300 раз превышает ПДК.
На серпуховском заводе «Конленсатор», Новочебоксарском ПО «Химпром», на предприятиях Чапаевска, Дзержинска, Уфы, использующих диоксиновые технологии, отмечены случаи диоксиовьгх профзаболеваний, в том числе острое диоксиновое поражение.
К интенсивному загрязнению почв приводят отходы и отбросы производства. В нашей стране ежегодно образуется свыше миллиарда тонн промышленных отходов, из них более 50 млн т особо токсичных. Огромные площади земель заняты свалками, золоотвалами, хвостохранилищами и др., которые интенсивно загрязняют почвы, а их способность к самоочищению, как известно, ограничена.
Нефтяное загрязнение почв наблюдается в районах добычи, транспортировки, хранения и переработки нефти. Оно происходит в основном из-за утечек нефти, связанных с несоблюдением технологий ее добычи, изношенностью оборудования, нарушениями при проектировании, несанкционированными врезками в действующие нефтепроводы. По всей России утечки нефти и других нефтепродуктов составляют десятки, а возможно, и сотни тысяч тонн. В 1999 г. произошло 10 аварий на нефтеперерабатывающих предприятиях, из которых 6 привело к загрязнению почв. В результате, например, в отдельных районах Тюменской и Томской областей концентрации нефтяных углеводородов в почвах превышают фоновые значения в 150 – 250 раз. На Тюменском Севере площади оленьих пастбищ уменьшились на 12,5%, т. е. на 6 млн га, замазученными оказались 30 тыс. га. В Западной Сибири выявлено свыше 20 тыс. га, загрязненных нефтью с толщиной слоя не менее пяти сантиметров (Государственный доклад..., 1995). Промачивание почвы нефтью может достигать 100 – 200 см, что приводит к необратимым изменениям свойств почв, потере плодородия и изъятию значительных территорий из сельскохозяйственного пользования.
Инфильтрация нефти и нефтепродуктов привела к образованию крупных подземных их залежей в Ангарске, Моздоке, Туапсе, Орле, Новокуйбышевске, Уфе, Комсомольске-на-Амуре.
Значительную угрозу для здоровья людей представляет загрязнение почв различными патогенами, которые могут проникать в организм человека следующим образом (Розанов, 1984):
во-первых, через цепь: человек – почва – человек. Патогенные организмы выделяются зараженным человеком и через почву передаются другому, либо через выращенные на зараженной почве овощи и фрукты. Таким способом человек может заболеть холерой, бациллярной дизентерией, брюшным тифом, паратифом и др. Аналогичным путем в организм человека могут попадать и черви-паразиты;
во-вторых, через цепь: животные – почва – человек. Существуют ряд заболевании, животных, которые передаются человеку (лептосориаз, сибирская язва, туляремия, лихорадка Ку и др.) путем прямого контакта с почвой, загрязненной выделениями инфицированных животных;
в-третьих, через цепь: почва – человек, когда патогенные организмы попадают из нее в организм человека при прямом контакте (столбняк, ботулизм, микозы и др.).
Вторичное засоление и заболачивание почв. В процессе хозяйственной деятельности человек может усиливать природное засоление почв. Такое явление носит название вторичного засоления и развивается оно при неумеренном поливе орошаемых земель в засушливых районах.
Во всем мире процессам вторичного засоления и осолонцевания подверженно около 30% орошаемых земель. Площадь засоленных почв в России составляет 36 млн га (18% общей площади орошаемых земель). Засоление почв ослабляет их вклад в поддержание биологического круговорота веществ. Исчезают многие виды растительных организмов, появляются новые растения галофиты (солянка и др.). Уменьшается генофонд наземных популяций в связи с ухудшением условий жизни организмов, усиливаются миграционные процессы.
Заболачивание почв наблюдается в сильно переувлажненных районах, например, в Нечерноземной зоне России, на Западно-Сибирской низменности, в зонах вечной мерзлоты. Заболачивание почв сопровождается деградационными процессами в биоценозах, появлением признаков оглеения и накоплением на поверхности неразложившихся остатков. Заболачивание ухудшает агрономические свойства почв и снижает производительность лесов.
Опустынивание. Одним из глобальных проявлений деградации почв, да и всей окружающей природной среды в целом, является опустынивание. По Б. Г. Розанову (1984), опустынивание — это процесс необратимого изменения почвы и растительности и снижения биологической продуктивности, который в экстремальных случаях может привести к полному разрушению биосферного потенциала и превращению территории в пустыню.
Всего в мире подвержено опустыниванию более 1 млрд га практически на всех континентах. Причины и основные факторы опустынивания различны. Как правило, к опустыниванию приводит сочетание нескольких факторов, совместное действие которых резко ухудшает экологическую ситуацию.
На территории, подверженной опустыниванию, ухудшаются физические свойства почв, гибнет растительность, засоляются грунтовые воды, резко падает биологическая продуктивность, а следовательно, подрывается и способность экосистем восстанавливаться. «И если эрозию можно назвать недугом ландшафта, то опустынивание — это его смерть» (Доклад ФАО ООН). Процесс этот получил столь широкое распространение, что явился предметом международной программы «Опустынивание». В докладе ЮНЕП (организация ООН по окружающей среде) подчеркивается, что опустынивание — это результат длительного исторического процесса, в ходе которого неблагоприятные явления природы и деятельность человека, усиливая друг друга, приводят к изменению характеристик природной среды.
Опустынивание является одновременно социально-экономическим и природным процессом, оно угрожает примерно 3,2 млрд га земель, на которых проживают более 700 млн человек. Особенно опасное положение сложилось в Африке в зоне Сахеля (Сенегал, Нигерия, Буркина Фасо, Мали и др.) — переходной биоклиматической зоне (шириной до 400 км) между пустыней Сахара на севере и саванной на юге.
Причина катастрофического положения в Сахеле обусловлена сочетанием двух факторов: 1) усилением воздействия человека на природные экосистемы с целью обеспечения продовольствием быстро растущего населения и 2) изменившимися метеорологическими условиями (длительными засухами). Интенсивный выпас скота приводит к чрезмерной нагрузке на пастбища и уничтожению и без того разреженной растительности с низкой естественной продуктивностью. Опустыниванию способствует также массовое выжигание прошлогодней сухой травы, особенно после периода дождей, интенсивная распашка, движение уровня грунтовых вод и др. Выбитая растительность и сильно разрыхленные почвы создают условия для интенсивного выдувания (дефляции) поверхностного слоя земли. Изменение природных комплексов и их деградация особенно заметны в период засух.
Многие экологи считают, что в списке злодеяний против окружающей среды на второе место после гибели лесов можно поставить «опустынивание». На территории СНГ опустыниванию подвержено Приаралье, Прибалхашье, Черные земли в Калмыкии и Астраханской области и некоторые другие районы. Все они относятся к зонам экологического бедствия и их состояние продолжает ухудшаться.
В результате непродуманной хозяйственной деятельности на этих территориях произошли глубокие необратимые деградационные изменения природной среды и в первую очередь ее эдафической части. Это повлекло за собой резкое снижение биоразнообразия фито- и зооценозов и разрушение природных экосистем. Специалисты отмечают, что там, где по условиям рельефа, качества почвы, мощности травостоя можно было выпасать только одну овцу, выпасалось в десятки раз больше. В результате травянистые пастбища превратились в эродированные земли. Так, например, только за последние пять лет площадь подвижных песков в Калмыкии увеличилась более чем на 50 тыс. га.
Отчуждение земель. Почвенный покров агроэкосистем необратимо нарушается при отчуждении земель для нужд несельскохозяйственного пользования: строительства промышленных объектов, городов, поселков, для прокладки линейно-протяженных систем (дорог, трубопроводов, линий связи), при открытой разработке месторождений полезных ископаемых и т. д. По данным ООН, в мире только при строительстве городов и дорог ежегодно безвозвратно теряется более 300 тыс. га пахотных земель. Конечно, эти потери в связи с развитием цивилизации неизбежны, однако они должны быть сокращены до минимума.
