Состав и свойства почвы
Почва является одним из главных элементов биосферы, с которым человек неразрывно связан в течение всей жизни. Человек подвергается воздействию различных почвенных факторов, добывая из почвы воду, проводя различные земельные и сельскохозяйственные работы, которые в зависимости от условий могут различно влиять на состояние его здоровья.
Рассмотрим факторы, влияющие на формирование почвы. Согласно учению В. В. Докучаева одним из основных факторов являются почвообразующие породы – субстрат, на базе которого образуются почвы. Почва состоит из различных минеральных компонентов, в той или иной степени участвующих в почвообразовании. При этом минеральное вещество составляет до 90 % от всего веса почвы. Кроме того, от состава, который имеют почвообразующие породы, зависят не только физические свойства почвы, но и: водный и тепловой ее режимы, минеральный и химический состав почв. Очень большое значение имеют органические соединения почвы, формирующиеся в результате жизнедеятельности растений, животных и микроорганизмов.
Растения являются практически единственными создателями первичных органических веществ. Они поглощают из атмосферы углекислый газ, из почвы – воду и минеральные вещества, при этом используют энергию солнечного света. Из всего этого сложнейшего комплекса взаимодействий формируется все многообразие органических соединений. Максимальное число органических веществ образуется в лесной зоне, ведь при гниении растений органические вещества поступают в почву. И уже на поверхности почвы органическое вещество, подвергаясь переработке с участием бактерий, грибков, различных животных, а также физических и химических агентов разлагается с образованием почвенного гумуса. Формируются так называемые зольные вещества, которые пополняют минеральную часть почвы. А из неразложившегося растительного материала образуется подстилка почвы. Все вместе это оказывает влияние на обмен веществ в почве, на то, как происходит проницаемость осадков, а также на тепловой режим верхнего слоя почвы, состав почвенной фауны и флоры.
Важнейшей функцией животных организмов в почве является преобразование органических веществ. В основном животный мир почвы представлен беспозвоночными и простейшими. Но определенное значение имеют также некоторые виды позвоночных животных, которые постоянно живут в почве. В целом почвенных животных можно разделить на две группы: биофаги, питающиеся живыми организмами или тканями животных организмов, и сапрофаги, использующие в пищу органическое вещество. Различные мелкие грызуны являются наиболее многочисленной армией, участвующей в почвообразовании.
Попадая в почву, растительные и животные остатки подвергаются сложным изменениям. Некоторая их часть преобразуется в углекислоту, воду и простые соли, и называется это процессом минерализации. Другие формируют новые сложные органические вещества почвы, так называемый ресинтез. Органическое вещество почвы, образовавшееся в ней при разной степени разложения растительных и животных остатков, получило название гумуса, или перегноя.
Другими важным факторами в формировании почв являются климатические условия и рельеф. Если климат влияет на распространение основных типов почв, то рельеф участвует в перераспределении по земной поверхности тепла и воды. В зависимости от изменения высоты местности меняются водный и тепловой режимы почвы. Кроме этого, к числу факторов почвообразования относится время – необходимое условие для любого процесса в природе.
Рассмотрим физические свойства почвы, ее состав и структуру.
В результате длительного почвообразовательного процесса изменяются как внешний вид, так и свойства материнской породы. О происхождении почвы, ее химическом составе и пригодности к сельскохозяйственной обработке можно судить по внешним признакам. Внешние признаки почвы обычно изучают по почвенному профилю. Почвенный профиль – это разрез от поверхности почвы до ее измененной почвообразовательным процессом породы (обычно на глубине 1–1,5 м). На вертикальной стенке разреза видны размеры почвенного профиля, окраска и сложение отдельных генетических слоев почвы, различные включения и новообразования.
В почве последовательно чередуются следующие слои:
1) перегнойный слой, или перегнойно-аккумулятивный, содержит наибольшее количество органических веществ и имеет более темную окраску. Именно в перегнойном слое происходит накопление перегноя и зольных элементов. У черноземных почв перегнойный горизонт имеет почти черную окраску, у серых лесных почв – от светло-серой до темно-серой, у каштановых – серо-коричневую;
2) подзолистый слой формируется при разрушении силикатов, алюмосиликатов, органических веществ, выноса их в нижележащие горизонты. Чем более выражен этот слой, тем более белесый оттенок приобретает почва;
3) неразложившаяся лесная подстилка, или плотная дернина, покрывает поверхность почвы. На распаханных полях все эти слои вовлекаются в обработку, смешиваются, и вместо них появляется пахотный слой;
4) слой вымывания, или иллювиальный, – переходный к материнской породе. Он содержит меньшее количество перегноя, в нем накапливаются полуторные окислы и минеральные соли, вымываемые из верхних слоев. В этом слое идет также образование минеральных соединений путем изменения самой материнской породы. Этот слой обычно имеет красно-бурую окраску и различную структуру: ореховидную (в подзолистых и серых лесных почвах), комковатую (в черноземах), столбчатую (в солонцах) и т. д.;
5) глеевый слой образуется на заболоченных почвах на разной глубине, иногда с поверхности. Формирование этого слоя происходит под влиянием высокой влажности и при нехватке кислорода. В таких условиях образуются закисные соединения железа и алюминия голубоватого цвета, создающие основу для глеевого слоя;
6) материнская порода, которая участвовала в образовании почвы. В этом слое часто встречаются включения в виде галек, валунов, известковых отложений и т. д.;
7) еще один слой, который принципиально отличается от материнского тем, что имеет подстилку, не затрагиваемую процессом почвообразования.
Изучение почвенного профиля проходит по следующему порядку:
1) оценивается цвет почвы. Цвет зависит от химического состава почвы: темный (черный) цвет придает почве гумус, красноватый – окись железа, белесый – высокое содержание кремнезема, белых почвенных слоев и отдельных включений (известь), сизоватый – высокое содержание закиси железа;
2) изучается при морфологическом исследовании почвы ее структура: рассыпчатая, рыхлая, плотная, слитная. Рассыпчатость свойственна песчаным почвам; рыхлость – суглинистым и глинистым почвам, богатым органическим веществом; высокая плотность – большинству иллювиальных горизонтов; слитность – солонцовым почвам.
Принято различать следующие морфологические разновидности структур: в черноземах – зернистую структуру, в солонцах – столбчатую, в иллювиальных горизонтах серых лесных почв – ореховидную; в горизонтах вымывания – плитовидную (плитчатую, пластинчатую и листовую) и др.;
3) оценивается наличие новообразований и включений в почве.
Новообразования – различные, заметные на глаз образования в почве химического и биологического происхождения, появившиеся в течение почвообразовательного процесса.
Новообразования могут иметь химическое происхождение, и возникать главным образом в иллювиальном горизонте благодаря соединениям, вымываемым из верхнего слоя. Включения – различные растительные и животные остатки – ракушки, обломки горных пород, валуны, галька, уголь и др.
Механический состав почвы
Свойства почвы и характер формирования того или иного вида почвы в большой степени зависят от механического состава почвы и материнской породы. Под механическим составом почвы подразумеваются содержание и соотношение в ней частиц различного размера. Почва состоит из твердых частиц и свободных промежутков между ними (пор), заполненных воздухом.
К почвенным частицам диаметром более 3 мм относятся камни и гравий, от 1 до 3 мм – крупный песок и менее 1 мм – мелкий песок, глинистые частицы и пыль. В зависимости от характера и преобладания того или иного вида этих частиц различают несколько пород почвы:
1) каменистую;
2) песчаную, если в ней более 80 % песка;
3) супесчаную – до 30 % глины;
4) суглинистую – до 50 % глины;
5) глинистую – более 50 % глины;
6) известковую – более 50 % извести;
7) меловую – более 50 % мела;
8) солончаковую, богатую хлоридом натрия;
9) черноземную – свыше 20 % гумуса (перегноя); 10)торфяную.
Механический состав почвы очень сильно влияет на ее водные свойства и питательный режим. Например, песчаные частицы хорошо пропускают воду, но плохо удерживают ее, а пылеватые частицы (физическая глина) хорошо удерживают влагу, но плохо пропускают через себя избыток воды. Поэтому песчаные почвы обладают хорошей водопроницаемостью и плохой водоудерживающей способностью (влагоемкостью), а глинистые почвы – наоборот.
Живой компонент почвы
Он представлен сообществом разных почвенных микроорганизмов – бактерий, грибов, инфузорий, амеб, водорослей, микроскопических червей и др. Почвенным микроорганизмам принадлежит основная роль в формировании плодородия почвы. Большую часть микроорганизмов составляют бактерии. Остановимся на рассмотрении почвенных микроорганизмов подробнее. Почвенные микроорганизмы разлагают внесенную в почву органику, способствуют образованию гумуса, делают доступными для растений питательные вещества, другие связывают атмосферный азот, синтезируют органические соединения, следующие переводят эти соединения в формы, доступные растениям. Почвенные микроорганизмы переводят фосфор в растворимое состояние, даже разлагают минералы, в первую очередь практически неисчерпаемые глинистые минералы, доставляя растениям все необходимые вещества. Некоторые растения не способны нормально развиваться без определенной микрофлоры. В результате жизнедеятельности полезных почвенных микроорганизмов почва становится структурной, рассыпчатой. Срок жизни бактерий и иных почвенных микроорганизмов может быть очень коротким – от дней до нескольких часов. Это зависит от наличия благоприятных условий в виде влажности, температуры окружающей среды, необходимых питательных веществ. Большинство полезных почвенных микроорганизмов наиболее активно существует при слабокислой и нейтральной реакции почвы при pH 6,5–7,0, температуре окружающей среды 15–30 °C.
Гумус
Органическое вещество представлено в основном гумусом. Гумус содержит мельчайшие коллоидные частицы органики, имеющие еще большую поверхность и еще лучше удерживающие ионы элементов в доступной для питания растений форме. Он является хранилищем основных элементов питания. Мелкие глинистые и гумусные частицы образуют соединения глино-гумусного комплекса, удерживающего питательные вещества. Поэтому так важно добавлять в компостную кучу немного суглинка. Что такое гумус? Это темное аморфное коллоидное вещество сложного химического состава, образовавшееся в результате разложения мертвых остатков растений и животных. Разложение может идти до полной минерализации органического вещества. Обычно в почве встречаются органические остатки на разных стадиях разрушения, в том числе неразложившиеся или слаборазложившиеся корни растений, опавшие листья, мхи, иногда ветки и древесина. Образование гумуса – сложный процесс биологических и биохимических превращений остатков растительных и животных организмов, являющийся результатом деятельности бактерий и грибов. В составе гумуса выделяют гуминовые кислоты и фульвокислоты. Основное отличие фульвокислот от гуминовых – резко выраженная кислая их реакция (pH 2,6–2,8). При такой реакции фульвокислоты растворяют большинство минералов, выносят питательные вещества в нижележащие слои, чем снижают почвенное плодородие.
Значение гумуса в почве огромно. Он увеличивает поглотительную способность почвы, улучшает ее химические и биологические свойства, способствует образованию прочной структуры, при минерализации обеспечивает растения в доступной форме азотом и зольными элементами. Чем больше гумуса в почве, тем лучше ее тепловые (темная окраска почвы способствует поглощению тепловой энергии солнца) и водные свойства; богатые перегноем почвы обладают большей влагоемкостью. Гумус в почве служит также источником энергии для развития полезной почвенной микрофлоры.
От количества гумуса в определенной степени зависит и плодородие почвы. Содержание его в почвах колеблется в широких пределах: от 1,8 до 3 % в дерново-подзолистых почвах до 10 % и выше в черноземах. Промежуточное положение занимают серые лесные и каштановые почвы (3–3,5 %). Мало гумуса и в сероземах (0,5–2,0 %). Непрерывное возделывание большинства сельскохозяйственных культур ведет к минерализации, к потере части гумуса. Внесение в почву органических удобрений (навоза, торфа, сидератов), возделывание сельскохозяйственных растений с мощной корневой системой в пахотном слое, поддержание в почве благоприятного воздушно-водного режима и реакции среды, способствующей микробиологической деятельности, позволяют увеличивать содержание гумуса в почве.
Поверхностный слой почвы представляет собой сложный комплекс минеральных соединений (90–99 %) и органических веществ (1–10 %). Минеральная часть состоит в основном из песка, глины, извести и ила с входящими в них солями кремния, алюминия, кальция, магния и другими; органическая часть – из гумуса (перегноя), в ней содержится большое количество микроорганизмов.
Важными составляющими любого вида почв являются минералы. Почвенные минералы составляют 80–90 % веса почвы. Они, как правило, содержат разнообразные элементы, но в форме, недоступной растениям. Мельчайшие частицы или хлопья минералов образуют глинистые почвы, более крупные – суглинки, еще более крупные – супески и пески. Самые мелкие частицы, образующие глинистые минералы, имеют форму хлопьев, что приводит к формированию их огромной суммарной поверхности. За счет этого они способны удерживать на своей поверхности ионы элементов в доступной для питания растений форме. Некоторые почвенные микроорганизмы при достаточном количестве влаги и тепла способны растворять минеральные частицы, делая доступными для растений химические элементы, связанные в них.
Содержание основных соединений в почве
Содержание азота (N) колеблется от 0,07 % до 0,5 %. Почвенный азот находится в основном в недоступной для растений органической форме. На долю минерального азота приходится только 1–2 % его общего количества. Под влиянием микробиологических процессов органические формы азота переводятся в доступные для растений минеральные формы.
Содержание фосфора во многих почвах составляет 0,03–0,25 %. Около половины его находится в минеральной форме, а половина – в форме органических соединений. В слабоокультуренных торфяных почвах на фосфор в органической форме приходится до 70 %. Значительная часть минеральных форм фосфора в кислых подзолистых почвах и красноземах находится в труднодоступных для растений фосфатах железа и алюминия. В нейтральных почвах, например в черноземах, минеральный фосфор представлен более доступными для растений фосфатами кальция и магния.
На долю калия в почве приходится 0,6–3 % массы почвы. Больше калия содержится в глинистых и суглинистых почвах, а в почвах легкого механического состава (песчаных и супесчаных) его значительно меньше. В отличие от азота и фосфора калий не образует в растениях прочных органических комплексов. Поэтому количество его в органическом веществе почвы незначительно.
В почвах около 0,2–2 % кальция (и более) от их массы. Он представлен силикатами, карбонатами, гипсом, фосфатами и другими соединениями. Часть кальция находится в поглощенном состоянии. Наиболее богаты обменным кальцием черноземы (около 40 мг-экв). Наименьшее количество его встречается в подзолистых почвах (5–8 мг-экв), что связано с их кислотностью. Известкованием не только смещается реакция почвы, но и улучшается питание растений кальцием.
Содержание магния составляет 0,4–4 % и более от массы почвы и зависит от состава материнской породы. В почвах, образовавшихся на суглинках и глинах, больше магния, чем в почвах, возникших на песках. Около 90–95 % магния в почве входит в состав различных минералов, главным образом силикатов и алюмосиликатов, которые трудно растворяются в воде, поэтому содержащийся в них магний не может быть непосредственно использован растениями. Около 5–10 % магния находится в поглощенном (обменном) состоянии. Магний, как и калий, играет важнейшую роль в питании растений, его количество в почвенном растворе увеличивается по мере потребления его растениями. Незначительная часть магния в почве встречается в форме органических веществ, после разложения которых он становится доступным для растений.
Наиболее богаты магнием черноземы, каштановые почвы и сероземы. Меньше магния в песчаных, супесчаных и некоторых торфяных почвах.
Содержание серы колеблется от 0,1 до 0,5 % массы почвы. Сера в почве представлена органическими соединениями (80–90 %), где она находится в восстановленной форме, и минеральными соединениями с кальцием, железом, калием, натрием (10–20 %), являющимися источником питания растений. Процесс окисления серы, входящей в состав гумуса и органических остатков, происходит под влиянием аэробных бактерий (сульфофикация). В большинстве почв количество серы достаточно для растений, однако в малогумусных подзолистых песчаных почвах ее немного, поэтому сульфатные формы удобрений здесь более эффективны, чем хлоридные. Серу в почву вносят также с органическими удобрениями, с простым суперфосфатом.
Содержание железа в почвах колеблется от 1 до 11 %. В легких по механическому составу почвах его меньше, чем в тяжелых. Железо в почве находится в форме ферроалюмосиликатов, окиси и закиси железа и их гидратов. Недостаток железа для растений чаще всего проявляется на карбонатных или сильно известкованных почвах, где оно находится в труднодоступном состоянии.
Микроэлементы – биогенные химические элементы, играющие роль катализаторов в развитии растений, особенно в процессе фотосинтеза и усвоения азота. Отсутствие того или иного микроэлемента сопровождается специфическими признаками его недостаточности. В состав крови человека входит 24 элемента, женского молока – около 30 (в частности, медь, цинк, кобальт, кремний, мышьяк). При этом число биогенных элементов в различных средах человеческого организма нельзя считать окончательно установленным. Микроэлементы играют важную роль в работе желез внутренней секреции – щитовидной, поджелудочной, половых и др. Есть основания полагать, что микроэлементы оказывают существенное влияние на функцию эндокринных желез. Микроэлементы входят в состав многих химических комплексов организма, таких, как соединение металлов с белками, различные ферменты, дыхательные пигменты, гормоны и некоторые витамины. Они участвуют в промежуточных процессах обмена веществ.
Микроэлементы поступают в организм человека с растительной и животной пищей, отчасти с водой. Уровень обеспеченности растительных и животных организмов микроэлементами зависит от содержания их в первую очередь в почве. Недостаток или избыток микроэлементов в почве приводит к недостатку или избытку их не только у травоядных, но и плотоядных животных, а также в организме человека. Это влечет за собой ослабление или усиление синтеза биологически активных веществ, в состав которых входят микроэлементы, нарушение процесса промежуточного обмена веществ, возникновение заболеваний. Заболевания, связанные с недостатком или избытком микроэлементов, получили название эндемических. Районы, в которых обнаруживаются отклонения в развитии растений и животных, а также регистрируются эндемические заболевания, связанные с местными геохимическими особенностями, называют биогеохимическими провинциями. Низкий уровень йода в почве ведет к низкому содержанию его в растениях и подземных водах, а следовательно, и в рационе населения. Недостаток йода может вызвать заболевания эндокринной системы, кретинизм. Недостаток кальция при избытке стронция в питьевой воде и продуктах питания является, как полагают, причиной некоторых эпидемических заболеваний. Низкое содержание кобальта в почве – причина возникновения дисфункции обменных процессов у рогатого скота и овец. Недостаток содержания в почве и питьевой воде фтора приводит к кариесу. При содержании фтора в питьевой воде выше 1,5 мг/л у человека и животных зубы поражаются «пятнистой эмалью» – флюорозом.
Легкие песчаные почвы отличаются тем, что легко промываются, питательные растворимые вещества вместе с водой уходят на большую глубину и не усваиваются растениями. Поэтому на таких почвах обычно не хватает калия, магния, микроэлементов. Если в тяжелых глинистых почвах мало органики, они очень плохо пропускают воду. В них может накапливаться избыток углекислоты, и хотя углекислота растворяет некоторые минералы, избыток ее вредит растениям. Если имеются плохо проницаемые слои почвы на глубине, то даже небольшие понижения на поверхности почвы могут вызвать застой воды в почве. То же самое происходит при наличии близкого уровня грунтовых вод. Застойные воды вытесняют воздух из почвы, в результате возникает закисание почвы, что выражается в появлении синих пятен с повышенным содержанием вредных для растений веществ. Полезные почвенные микроорганизмы угнетаются, развивается вредная анаэробная микрофлора. Внесение извести в тяжелую глинистую кислую почву тоже улучшает ее проницаемость и структуру.
Во всех почвах содержатся коллоидные частицы (< 0,0001 мм). Они обладают многими специфическими свойствами. Поэтому от их количества зависит плодородие почвы. Содержанием коллоидных частиц прежде всего определяется поглотительная способность почвы – способность поглощать из окружающей среды и удерживать растворимые и взмученные в воде твердые вещества, пары воды и газа. Коллоидные и близкие к ним частицы почвы, обладающие способностью поглощения, называют почвенными поглощающим комплексом.
Различают несколько видов поглощения:
1) механическое;
2) физическое (молекулярное);
3) химическое;
4) физико-химическое;
5) биологическое.
Рассмотрим каждое в отдельности.
Механическое поглощение – способность почвы задерживать при фильтрации частицы, находящиеся во взвешенном состоянии, превышающие по диаметру почвенные поры. Механически задерживаются также частицы почвы, попадающие в трещины, образующиеся на поверхности почвы. Чем больше в почве тонких фракций механического состава, тем выше механическое поглощение.
Физическое поглощение (молекулярная адсорбция) основано на способности коллоидов почвы притягивать к поверхности и удерживать на ней молекулы вещества – воды, растворов, газов (например, аммиака), не изменяя их свойств.
Химическое поглощение. Вещества, входящие в почвенный раствор и твердую фазу почвы, вступают в химическое взаимодействие с находящимися в почве солями с образованием слаборастворимых или нерастворимых в воде соединений.
Физико-химическое поглощение, или обменная адсорбция (обменная поглотительная способность). Она основана на способности почвенных коллоидов поглощать из почвенного раствора и удерживать на поверхности катионы в обмен на другие катионы. Чем выше атомная масса, тем выше и энергия поглощения. Исключением является водород (H).
Последовательность поглощения ионов зависит от их молекулярной массы: чем она выше, тем выше энергия поглощения. Поэтому последовательность поглощения следующая: натрий, катион аммония, калий, магний, водород, кальций, алюминий, железо. Емкость катионного поглощения выражается в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы. Чем больше в почве глинистых частиц и гумуса, тем больше емкость поглощения. Очень большое значение для плодородия почв имеет и состав поглощенных оснований. В нем могут быть кальций, магний, водород, калий, натрии, аммоний, железо и алюминий. Поглощенный водород разрушает почвенные комплексы, подкисляет почву. Подкисляющее действие может оказывать на почву алюминий, который в почвенном растворе переходит в соединение AlCl3, при взаимодействии которого с водой образуется соляная кислота. В зависимости от наличия в поглощенном состоянии с одной стороны, водорода и алюминия, а с другой – двухвалентных катионов различают почвы, насыщенные основаниями и не насыщенные ими. К первым относятся почвы, в поглощающем комплексе которых находятся только катионы кальция, магния, калия и отсутствует водород; ко вторым – почвы, в поглощающий комплекс которых наряду с другими катионами входят водород, алюминий. Насыщены основаниями черноземы, каштановые почвы, сероземы, а не насыщены дерново-подзолистые почвы, красноземы, болотные почвы. Почвами с высокой насыщенностью натрием являются солонцы. Они бесструктурные, расплываются от дождя, а при высыхании сплываются в плотную массу. С суммой поглощенных оснований связано вычисление степени насыщенности почвы основаниями. Она показывает, какую часть от емкости поглощения почвы занимают поглощенные основания, выражается в процентах от общей емкости поглощения, включающей содержание ионов водорода (H). Считается, что если насыщенность основаниями меньше 75 %, то такую почву надо известковать.
Биологическое поглощение осуществляется за счет жизнедеятельности растений и микроорганизмов. Важной особенностью биологического поглощения является способность микроорганизмов и растений избирательно брать из почвы вещества, которые необходимы для их жизни.
Реакция почвы – еще одно важное свойство. Почвы, не насыщенные основаниями, характеризуются кислой реакцией. Например, черноземы и дерново-подзолистые почвы насыщены Ca, Mg и имеют нейтральную или слабокислую реакцию, благоприятную для большинства сельскохозяйственных культур. Различают две формы кислотности: актуальную и потенциальную. Актуальная кислотность обусловлена ионом водорода, находящимся в почвенном растворе. Обычно она наблюдается при наличии в почве растворимых органических кислот, углекислого газа или таких соединений алюминия и железа, которые, взаимодействуя с водой, образуют кислоту. Реакция почвенного раствора (водной вытяжки из почвы) выражается величиной pH, характеризующей в нем концентрацию водородных ионов. Сама величина pH представляет собой отрицательный логарифм концентрации водородных ионов. Чем ниже pH, тем выше кислотность почвы; pH сильнокислых почв – 4,0–4,5, нейтральных – 7,0; сильнощелочных – 8,0–9,0.
Потенциальную кислотность обнаруживают при обработке почвы растворами различных солей, вызывающими вытеснение ионов водорода и алюминия из поглощенного состояния. Принято различать две формы потенциальной кислотности: обменную и гидролитическую. Обменная кислотность появляется при обработке почвы 1 н. раствором нейтральной соли, например KCl, в результате из почвы вытесняются ионы водорода. Наиболее опасна для растений обменная кислотность. В практике определением pH почвенного раствора широко обосновывают применение известкования и установление дозы извести. Снизить почвенную кислотность можно не только известкованием, но и другими способами, например одним из приемов окультуривания почвы – насыщением водой.
Для установления реакции почвы лабораторным путем исследуют кислотность в солевых вытяжках из почвы. Обменную кислотность выражают, как и актуальную, знаком pH, но обязательно указывают «pH солевой вытяжки» (или pH в KCl). Гидролитическая кислотность обнаруживается при обработке почвы гидролитически щелочной солью (солью сильного основания и слабой кислоты). Чаще всего для ее определения пользуются 1 н. раствором уксуснокислого натрия (CH3COONa). Величина этой формы кислотности характеризует способность почвы связывать основания из растворов гидролитически щелочных солей. Гидролитическая кислотность, как правило, больше обменной и включает в себя обменную и актуальную кислотность, а обменная в свою очередь включает в себя актуальную кислотность. Гидролитическая кислотность зависит от типа почвы, абсолютная величина ее бывает от 2 до 8–10 и даже до 15 мг-экв. на 100 г почвы.
Щелочность почвы
Щелочная реакция почвенного раствора появляется при взаимодействии поглощенного натрия с почвенным раствором, в котором находится углекислота, или Ca(HCO3)2 – Различают также актуальную и потенциальную щелочность. Первая обусловлена наличием в почвенном растворе гидролитически щелочной соли.
Почвы, в которых обменного натрия больше 10 %, нуждаются в гипсовании и других приемах улучшения.
Во многом реакция почвы зависит от такого свойства, как буферностъ почвы – способность почвы противостоять резкому изменению ее реакции.
Буферность зависит от емкости поглощения, состава почвенных коллоидов и наличия в почвенном растворе буферных смесей, например бикарбонатов кальция. Буферность – очень ценное свойство почвы. Песчаные малогумусные почвы имеют очень небольшую буферность, в них легко смещается реакция, например при внесении кислых или щелочных форм минеральных удобрений. Богатые перегноем суглинистые почвы с высокой степенью насыщенности основаниями обладают высокой буферностью: хорошо противостоят влиянию внешних факторов, изменяющих реакцию почвы.
Поглотительная способность почвы, насыщенность основаниями, кислотность, щелочность играют очень большую роль для агрономической оценки почв и устанавливаются при почвенных обследованиях. Соответствующие показатели (pH, S, Hобм, Hгидр, Т, У) приводятся в характеристиках почв и служат обоснованием для тех или иных приемов их улучшения.
Частицы почвы могут склеиваться между собой, образовывать структурные комочки – агрегаты, не размываемые водой. Почва с большим количеством агрегатов называется структурной. Бесструктурными почвами называются такие, в которых отдельные механические элементы (песок, пыль) не связаны между собой. Свойство почвы образовывать структурные агрегаты называются структурностью.
В агрономическом отношении наиболее ценна мелкокомковатая и зернистая структура пахотного горизонта с размерами комочков от 1 до 5 мм. Очень важное качество почвенной структуры – ее водопрочность, т. е. неразмываемость агрегатов водой.
В структурной почве создается и поддерживается лучший воздушно-водный режим, а следовательно, и микробиологическая деятельность, и питательный режим. Структурную почву легче обрабатывать.
К физическим свойствам почвы относятся плотность, плотность твердой фазы почвы, скважность, а также водные, воздушные и тепловые свойства.
Плотность почвы – масса единицы объема сухой почвы в ее естественном состоянии. Плотность пахотного слоя грубозернистой песчаной почвы – 1,8; подзолистой суглинистой – 1,2; типичного чернозема – 1,0. Величина плотности определяется плотностью твердой фазы почвы и зависит от ее зональных особенностей.
Плотность твердой фазы почвы – отношение массы твердой фазы (почвенных частиц) к массе того же объема воды при 4 °C. Наибольшую плотность твердой фазы имеет минеральная почва, например песчаная, с высоким содержанием кварца (2,65), у перегноя и торфа – 1,6, поэтому почвы с большим количеством гумуса отличаются меньшей плотностью твердой фазы.
Пористость, или скважность. Почва состоит из твердой фазы (почвенных комочков) и промежутков между ними, или пор. Общий объем пор в процентах по отношению ко всему объему почвы называется пористостью, или скважностью, почвы. Поры могут быть заняты водой или воздухом.
Наиболее благоприятен в агрономическом отношении такой объем, при котором поры почвы заняты водой примерно наполовину. Скважность бывает капиллярной (объем промежутков капиллярного сечения), некапиллярной (промежутки более широкие, чем капилляры) и общей. Последняя в пахотном слое составляет около 50 %.
Физико-механические свойства почвы (связность, пластичность, липкость, набухание и усадка) имеют значение при механической обработке, так как от них зависит удельное сопротивление почвы орудиям обработки. Для агрономической характеристики состояния почвы применяется термин «спелость почвы». Под спелостью почвы понимают ее пригодность для механической обработки. Она зависит от состояния влажности, связности, пластичности, липкости. Спелая почва легко обрабатывается орудиями, не прилипает к ним, не мажется, не образует глыб, а крошится при обработке на мелкие комки. Неблагоприятное сочетание перечисленных физических свойств почвы может привести к образованию почвенной корки, ухудшающей условия жизни растений.
Вода может находиться в почве в разных состояниях и в зависимости от этого имеет неодинаковое значение для питания растений. Различаются следующие формы воды в почве:
1) гравитационная вода, занимающая в почве крупные поры (некапиллярные), передвигающаяся сверху вниз под собственной тяжестью. Это самая доступная для растений вода. Однако если она заполняет все поры, то наступает переувлажнение почвы. На песчаных почвах гравитационная вода легко уходит вглубь, в зону, недоступную для корней;
2) капиллярная вода, занимающая капилляры почвы. По ним она продвигается от более влажного слоя к более сухому. По мере испарения воды с поверхности почвы такой восходящий ток ее может иссушить почвы. Капиллярная вода вполне доступна растениям;
3) гигроскопическая вода, находящаяся в почве в виде молекул в поглощенном состоянии и удерживающаяся поверхностью почвенных частиц. Она почти недоступна растениям, передвигается между частицами почвы в форме пара.
Названные формы воды не являются постоянными. Вода может из одной категории переходить в другую. При переувлажнении почвы все промежутки между ее частицами заняты водой. При подсыхании почвы расходуется в первую очередь свободная (некапиллярная) вода, а затем капиллярная. Количество воды, которую почва прочно удерживает, а растения не могут использовать, составляет мертвый запас воды. Глинистые почвы имеют очень высокую водоудерживающую способность. Мертвый запас влаги в таких почвах составляет 10–15 % массы почвы. В песчаных почвах этот показатель менее 1 %. Это значит, что при одинаковой влажности (допустим, 20 %) глинистая и песчаная почвы имеют разное количество доступной растениям воды: глинистая – 5–10 %, песчаная – 19 %. Процент продуктивной влаги в почве равен приблизительно влажности почвы, выраженной в процентах, за вычетом двойной максимальной гигроскопичности. Однако более точно количество продуктивной влаги исчислять в весовых единицах. Запас продуктивной влаги (W) вычисляют с учетом мощности и плотности каждого слоя почвы по формуле: W = 0,1 x П x h (B– ВЗ), где 0,1 – коэффициент перевода в миллиметры водяного слоя; П – плотность почвы (в г на 1 куб. см); h – мощность слоя почвы, для которого рассчитывается запас влаги (в см); В – влажность почвы и ВЗ – влажность завядания (в процентах от абсолютно сухой почвы).
Водоемкостъ – способность почвы удерживать воду. Она зависит главным образом от общего объема пор, который в мелкозернистых почвах больше, чем в крупнозернистых, а также от размера самих пор: мелкие поры больше задерживают воду, препятствуя ее оттеканию и испарению. Поэтому мелкозернистые почвы бывают более сырыми, что характерно для глинистой и торфяной почвы, неудовлетворительной в гигиеническом отношении. Сырая местность оказывает неблагоприятное влияние на климат, фундамент и стены зданий и т. д. Однако нельзя переоценивать значение структуры почвы. Известно, например, что песчаные почвы бесструктурны, но при достаточном увлажнении и удобрении могут давать очень высокие урожаи. Способность поверхностных слоев почвы удерживать воду, не допуская проникновения ее в более глубокие слои, имеет важнейшее практическое и гигиеническое значение. Ведь иначе возникает реальная угроза заболоченности местности, создания малярийных очагов и ухудшения климатических условий из-за чрезмерной влажности. Поверхностные слои почвы наиболее доступны загрязнению извне и при попадании органических веществ животного происхождения могут представлять собой высокую опасность, так как в них могут быть занесены патогенные микроорганизмы.
Влагоемкость – другое важное свойство почвы, которое во многом определяет урожайность и состав флоры и фауны данного региона. Для получения высокого урожая необходимо, чтобы в всегда содержалось нужное растениям количество воды. В почву вода попадает прежде всего с осадками, а также из атмосферы в виде водяных паров. Наибольшее количество воды, которое может удержать (вместить) почва при заполнении всех пор, называется общей, или полной, влагоемкостью. Она зависит от механического состава почвы, содержания в ней перегноя и от общей пористости. Особенно велика она в торфяных почвах. При полном насыщении торфа масса ее в несколько раз превышает массу воздушно-сухого торфа. Наиболее благоприятный для растений водный режим создается в минеральных почвах при насыщении их водой на 60–80 % полной влагоемкости. Выделяют и полевую влагоемкость. Величина полевой влагоемкости (в процентах массы сухой почвы) песчаных почв – 3–5, супесчаных – 10–12, суглинистых и глинистых – 13–22. В гумусовом горизонте чернозема она может быть 40–45 %. Более высокую влажность почвы считают избыточной.
Способность почвы пропускать через себя воду носит название водопроницаемости. При плохой водопроницаемости вода осадков стекает по поверхности почвы. В то же время при очень высокой водопроницаемости, какой, например, обладают песчаные почвы, осадки очень быстро проникают через почву и не используются растениями. Наиболее благоприятны условия для водопроницаемости в структурных почвах. Это свойство имеет большое гигиеническое значение, оказывая влияние на процессы самоочищения почвы. В крупнозернистых почвах воздухопроницаемость значительно больше, чем в мелкозернистых, а потому в них создаются лучшие условия для притока кислорода из атмосферы и окисления за счет этого органических веществ, что способствует освобождению почвы от поступивших в нее отбросов животного происхождения. В почвенном воздухе в связи с разложением органических веществ меньше кислорода, чем в атмосфере, и больше углекислоты. В нем могут находиться аммиак, сероводород, летучие углеводороды и жирные кислоты, указывая на загрязненные почвы гниющими органическими веществами.
В целом водный режим почвы зависит прежде всего от количества выпадающих атмосферных осадков и от величины расхода влаги на испарение. Соотношение этих величин и определяет тип водного режима почвы. Он может быть промывным (отношение осадков к испарению больше единицы), переходным (отношение около единицы) и непромывным (осадков меньше, чем величина испарения). Промывной тип преобладает в лесолуговой зоне, непромывной – в степной зоне, а переходный – в лесостепи. При близком расположении грунтовых вод возникает еще выпотной тип водного режима, а при высоком уровне грунтовых вод – застойный тип.
В почве содержится воздух, состав которого отличается от атмосферного большим количеством углекислого газа, меньшим количеством кислорода. При недостатке воздуха в почве замедляется прорастание семян, ненормально развивается корневая система, подавляется микробиологическая деятельность. Содержание воздуха в почве зависит от скважности почвы и относительного количества пор, занятых водой. Важно, чтобы непрерывно шел интенсивный обмен воздуха между почвой и атмосферой, чтобы воздух, более богатый кислородом, поступал в почву, а тот, что беден кислородом, удалялся из нее.
Различные почвы имеют неодинаковые тепловые свойства. Почвы темноцветные быстрее прогреваются солнцем, чем светлоокрашенные. Почвы с меньшим содержанием воды скорее прогреваются весной, переувлажненные почвы медленно прогреваются и охлаждаются.
Тепловые свойства почвы оказывают влияние на температуру приземного слоя атмосферы, тепловой режим помещений первого этажа и подвалов, а также на жизнедеятельность почвенных микроорганизмов и процессы разложения органических веществ в почве. Степень нагревания почвы солнцем зависит от географического положения и рельефа местности, характера почвы и времени года. Сильнее и быстрее нагреваются склоны, обращенные на юг и юго-восток, темный цвет почвы благоприятствует поглощению тепла, сухие почвы прогреваются скорее, чем сырые. Особенно нагревается каменистая почва, затем песок и сравнительно меньше – глинистая, торфяная и чернозем. Сырая почва более холодная вследствие большой теплопроводности и значительного теплоизлучения. Растительный покров уменьшает нагревание и излучение тепла почвой, наоборот, искусственные покрытия (асфальт и др.) усиливают излучение вследствие высокого альбедо (отражения) и в летнее время, повышая температуру приземного слоя воздуха, ухудшают микроклимат и самочувствие людей.
Суточные колебания температуры воздуха отражаются в почве до глубины не более 1 м, годовые же передаются на большие глубины. В сильные морозы почва может промерзать на глубину до 1–2 м, что важно учитывать при заложении фундаментов зданий, водопроводных и канализационных труб. В суровом климате на известной глубине почва никогда не оттаивает, образуя слой вечной мерзлоты.
Гигиеническое значение почвы
В процессе своего развития человек всегда был неразрывно связан с окружающим миром. Но с ростом урбанизации опасное вмешательство человека в природу резко усилилось. Воздействие человека стало более многообразным, а сейчас это грозит глобальной опасностью для человечества. Повышается невосполнимый расход различных видов сырья, природных богатств. Вырубаются леса. На огромных участках земли, некогда покрытых зелеными коврами, строятся заводы, города.
Можно выделить несколько наиболее важных факторов загрязнения биосферы, в том числе почвы.
Радиоактивные элементы попадают в почву и накапливаются в ней в результате выпадения осадков от атомных взрывов или при удалении жидких и твердых отходов промышленных предприятий, АЭС или научно-исследовательских учреждений, связанных с изучением и использованием атомной энергии. Радиоактивные вещества имеют свойство накапливаться в почве, а затем и в организме человека, попадая туда с пищей. Радиоактивные нуклиды – это ядра нестабильных химических элементов, испускающие заряженные частицы и коротковолновые электромагнитные излучения. Эти частицы опасны тем, что при попадании в организм человека они разрушают клетки, вследствие чего возникают различные болезни, в том числе и лучевая болезнь. Нужно отметить, что в биосфере повсюду есть естественные источники радиоактивности, и человек, как и все живые организмы, всегда подвергался естественному облучению. Облучение бывает внешним и внутренним. Внешнее облучение происходит за счет излучения космического происхождения и радиоактивных нуклидов, находящихся в окружающей среде. Внутреннее облучение создается именно теми радиоактивными элементами, которые попадают в организм человека с воздухом, водой и пищей.
Для количественной характеристики воздействия излучения на человека используют биологический эквивалент рентгена (бэр) или зиверт (Зв): 1 Зв – 100 бэр. Так как радиоактивное излучение может вызвать серьезные изменения в организме, каждый человек должен знать допустимые его дозы. Безопасной считается доза, равная 0,1 бэр в год, а на протяжении всей жизни человека – 7 бэр. Но всем известно, что существуют местности, где ежегодная доза облучения превышает предельно допустимые нормативы. Обычно эти зоны находятся рядом с АЭС, различными научно-исследовательскими или промышленными объектами, где используются радиоактивные элементы. Интересен тот факт, что люди, живущие в высокогорных районах, могут получить высокую дозу радиоактивного облучения за счет космических лучей.
Существует несколько аспектов радиационной экологии, которые нужно рассматривать:
1) воздействие излучения на индивидуума, на популяцию, а также на целое сообщество и экосистему;
2) механизм превращения радиоактивных веществ, попавших в окружающую среду.
Во второй половине XX в. бурно стала развиваться атомная промышленность. Начали вводить в эксплуатацию атомные электростанции, ледоколы, подводные лодки с ядерными установками. При правильной эксплуатации объектов атомной энергии и промышленности загрязнение окружающей среды радиоактивными нуклидами составляет ничтожно малую долю от естественного фона. Совершенно катастрофическая ситуация может сложиться при авариях на атомных объектах. Так, при взрыве на Чернобыльской атомной станции в окружающую среду было выброшено 5 % ядерного топлива, но этого малого количества было достаточно для того, чтобы возникли те страшные последствия, о которых так широко заявила пресса. Эта катастрофа привела не только к облучению и гибели многих людей, работавших или проживавших в 30-километровой зоне АЭС, но и к гораздо более чудовищным отдаленным последствиям этого события. Выпадение радиоактивных осадков было отмечено за сотни и тысячи километров от места аварии.
Перед человечеством остро стоит проблема складирования и хранения радиоактивных отходов военной промышленности и атомных электростанций. С каждым годом они представляют все большую опасность для окружающей среды.
Кроме радиоактивного загрязнения, вредное влияние на здоровье населения может оказать загрязнение почвы химическими средствами при нарушении санитарных и технических правил работы с ними. Загрязнение почв тяжелыми металлами может происходить вследствие различных причин. Среди них поступление отходов металлообрабатывающей промышленности, продуктов сгорания топлива, автомобильных выхлопных газов, химических веществ, применяемых в сельском хозяйстве, и др. Известно, что металлургические предприятия ежегодно выбрасывают на поверхность земли более 150 000 т меди, 120 000 т цинка, около 90 000 т свинца, 12 000 т никеля, 1500 т молибдена, около 800 т кобальта и около 30 т ртути. В то же время с выхлопными газами на поверхность почв попадает более 260 000 т свинца в год. Выхлопные газы – главный загрязнитель почв свинцом. Соли тяжелых металлов попадают в почву вместе с удобрениями, в состав которых они входят как примесь.
Распределение тяжелых металлов по поверхности почвы определяется многими факторами. Оно зависит от климатических особенностей региона, от вида источников загрязнения, геохимических факторов, рельефа и ландшафта местности. Источник загрязнения определяет качество и количество выбрасываемого продукта. При этом степень рассеивания последнего зависит от высоты выброса. Длительность нахождения частиц выброса в атмосфере зависит от их массы и физико-химических свойств. Чем тяжелее частицы, тем быстрее они оседают. Неравномерность техногенного распространения металлов усугубляется неоднородностью геохимической обстановки в природных ландшафтах. В связи с этим для прогнозирования последствий возможного загрязнения продуктами промышленного производства и предотвращения нежелательных последствий деятельности человека необходимо знать законы геохимии, круговорота химических элементов в различных природных ландшафтах.
Рассмотрим, как превращаются химические элементы при попадании их в почву. Попав в почву, химические элементы и их соединения претерпевают ряд превращений. Они могут рассеяться или накопиться в зависимости от геохимических особенностей данной территории. Продукты техногенеза могут перерабатываться естественным путем, при этом не вызывать существенных изменений в природе. Другой вариант их превращения – это накопление и, соответственно, губительное воздействие на все живое. Оба процесса зависят от ряда факторов, анализ которых позволяет судить об уровне устойчивости ландшафта к химическому загрязнению. Также на основании этого можно прогнозировать характер дальнейших изменений в природе этого региона под влиянием техногенных воздействий. В самостоятельно существующих ландшафтах происходят процессы самоочищения, так как продукты техногенного воздействия рассеиваются поверхностными и внутрипочвенными водами. Но существует и другой вид ландшафтов, так называемый кумулятивный, где продукты техногенеза накапливаются и консервируются.
Огромное внимание к охране окружающей среды в последнее время стало неслучайным. Особый интерес сейчас вызывает характер воздействия тяжелых металлов на почву. Они известны и под названием микроэлементов, потому что необходимы растениям в малых количествах. Сюда относят железо, входящее в состав большинства видов почв. Некоторые тяжелые металлы, например ртуть, свинец и кадмий, опасны для здоровья человека даже при низких концентрациях. Как уже отмечалось, выхлопные газы транспортных средств, попадание сточных вод в водоемы и сброс отходов промышленности, внесение фосфорных и органических удобрений, применение пестицидов приводят к увеличению содержания тяжелых металлов в почве. Опасность загрязнения почв и растений зависит от таких факторов, как:
1) вид растительной флоры;
2) состав химических соединений в почве;
3) наличие микроэлементов в почве, которые могут составить противодействие солям тяжелых металлов, и других веществ, образующих с ними комплексоны;
4) сбалансированность процессов адсорбции и десорбции;
5) наличие доступных форм тяжелых металлов в почве;
6) климатические условия и характер почвы.
Негативное влияние солей тяжелых металлов на почву во многом зависит от их растворимости. Тяжелые металлы характеризуются переменной валентностью, низкой растворимостью их гидроокисей, высокой способностью образовывать комплексоны.
Удержанию солей тяжелых металлов в почве способствуют следующие факторы:
1) способность тяжелых металлов образовывать комплексоны с гумусом;
2) адсорбция тяжелых металлов на поверхности почвы;
3) формирование нерастворимых соединений, особенно при восстановлении.
Наблюдение за изменением тяжелых металлов в почве невозможно без знания факторов, определяющих их обмен и подвижность. Процессы круговорота и удержания, обусловливающие поведение тяжелых металлов в почве, мало чем отличаются от процессов, определяющих поведение других катионов. Хотя концентрация тяжелых металлов может быть невысокой, но их способность образовывать комплексоны с органическими соединениями и вступать в специфические реакции адсорбции с веществами, более легкими, чем щелочные и щелочно-земельные металлы, может способствовать их более высокой активности. Тяжелые металлы могут быть внесены или адсорбированы микроорганизмами. Дождевые черви и другие организмы могут содействовать передвижению тяжелых металлов механическим или биологическим путями, перемешивая почву или включая металлы в свои ткани. Из всех видов перемещения тяжелых металлов самая важная – миграция в жидкой фазе, потому что большинство металлов попадает в почву в растворимом виде или в виде водной суспензии, и практически все взаимодействия между тяжелыми металлами и жидкими составными частями почвы происходят на границе жидкой и твердой фаз. Тяжелые металлы из почвы через пищевую цепь поступают в растения, а затем потребляются животными и человеком. В круговороте тяжелых металлов участвуют различные биологические барьеры, вследствие чего происходит выборочное накопление, защищающее живые организмы от избытка этих элементов. Все же деятельность биологических барьеров не бесконечна, и чаще всего тяжелые металлы концентрируются в почве. Почвы с высокой способностью к адсорбции и, соответственно, высоким содержанием глин и органического вещества могут удерживать эти элементы, особенно в верхних горизонтах. Это характерно для карбонатных почв и почв с нейтральной реакцией. В этих почвах количество токсических соединений, которые могут быть вымыты в грунтовые воды и поглощены растениями, значительно меньше, чем в кислых песчаных почвах. Но при этом существует большой риск увеличения концентрации элементов, что вызывает нарушение равновесия физических, химических и биологических процессов в почве. Тяжелые металлы, удерживаемые органической и коллоидной частями почвы, угнетают биологическую деятельность и плодородие почв. Песчаные почвы, которые характеризуются низкой поглотительной способностью, как и кислые почвы, очень слабо удерживают тяжелые металлы, за исключением молибдена и селена, поэтому они легко адсорбируются растениями, причем некоторые из них даже в очень малых концентрациях обладают токсичным воздействием.
Рассмотрим некоторые соли тяжелых металлов.
Среди наиболее токсичных элементов прежде всего следует назвать ртуть, которая представляет наибольшую опасность в форме метилртути. Ртуть может попасть в атмосферу при сжигании каменного угля или при испарении вод из загрязненных водоемов. С воздушными массами она может переноситься и откладываться на почвах в отдельных районах. Исследования показали, что ртуть хорошо собирается в верхних слоях почвы, на глубине нескольких сантиметров по поверхности гумуса. Передвижение ее по профилю и вымывание за пределы почвенного профиля незначительны. Но, если почва имеет легкий механический состав, кислая или обедненная гумусом, процессы передвижения ртути усиливаются. В таких почвах более отчетливо проявляется процесс испарения органических соединений ртути, которые обладают свойствами летучести.
Свинец также обладает способностью передаваться по цепям питания, накапливаясь в тканях растений, животных и человека. Доза свинца, равная 100 мг/кг сухого веса корма, считается летальной для животных. Свинцовая пыль оседает на поверхности почв, адсорбируется органическими веществами, передвигается с почвенными растворами, но выносится за пределы почвенного профиля в небольших количествах. Содержание в почве свинца обычно колеблется от 0,1 до 20 мг/кг. Свинец отрицательно влияет на биологическую деятельность в почве, угнетает активность ферментов путем уменьшения интенсивности выделения двуокиси углерода и численности микроорганизмов.
Содержание цинка в почве колеблется от 10 до 800 мг/кг. Накопление цинка отрицательно влияет на большинство почвенных процессов: вызывает изменение физических и физико-химических свойств почвы, снижает биологическую деятельность. Цинк подавляет жизнедеятельность микроорганизмов, вследствие чего нарушаются процессы образования органического вещества в почвах. Избыток цинка в почвенном покрове затрудняет ферментацию разложения целлюлозы, процессы дыхания.
Еще один микроэлемент из группы тяжелых металлов – кадмий. Как ванадий и цинк, он аккумулируется в гумусовой толще почв. Характер его распределения в почвенном профиле и ландшафте, видимо, имеет много общего с другими металлами, в частности с характером распределения свинца. Однако кадмий закрепляется в почвенном профиле менее прочно, чем свинец. Максимально накапливают кадмий нейтральные и щелочные почвы с высоким содержанием гумуса и высокой емкостью поглощения. Содержание его в подзолистых почвах может составлять от сотых долей миллиграмма до 1 мг/кг, в черноземах – до 15–30 мг/кг, а в красноземах – до 60 мг/кг. Многие почвенные беспозвоночные концентрируют кадмий в своих организмах. Кадмий усваивается дождевыми червями, мокрицами и улитками в 10–15 раз активнее, чем свинец и цинк. Кадмий токсичен для сельскохозяйственных растений, и даже если высокие концентрации кадмия не оказывают заметного влияния на урожай сельскохозяйственных культур, токсичность его сказывается на изменении качества продукции, вследствие того что растения накапливают его.
Токсичность мышьяка в почвах всем известна. Фоновое содержание мышьяка в почвах ничтожно и составляет сотые доли миллиграмма на килограмм почвы. Мышьяк попадает в почву преимущественно с продуктами сгорания угля, отходами металлургической промышленности, с предприятий по производству удобрений. Наиболее прочно мышьяк удерживается в почвах, содержащих активные формы железа, алюминия, кальция. Загрязнение почв мышьяком вызывает, например, гибель дождевых червей.
Фтор и его соединения попадают в почву с выбросами металлургических предприятий, в частности алюминиевых заводов, а также как примесь при внесении суперфосфата и некоторых других инсектицидов. Кроме того, соединения фтора находят широкое применение в атомной, нефтяной, химической и других видах промышленности. Загрязняя почву и изменяя соотношение питательных веществ в ней, фтор вызывает снижение урожая из-за прямого токсического действия. Наибольшая концентрация фтора обнаруживается в почвах с хорошо развитым почвенным поглощающим комплексом. Растворимые фтористые соединения перемещаются по почвенному профилю и с током почвенных растворов попадают в грунтовые воды. Загрязнение почвы фтористыми соединениями разрушает почвенную структуру и снижает водопроницаемость почв.
Другими органическими соединениями, загрязняющими почву, являются пестициды. Растворимость в воде, химический состав пестицидов их кислотность или щелочность, молекулярное строение, полярность молекул – все эти особенности вместе или каждая в отдельности оказывают влияние на процессы адсорбции и десорбции почвенными коллоидами. Пестициды – мелкодисперсные вещества – в почве подвергаются многочисленным воздействиям биотического характера, некоторые из которых определяют их поведение, преобразование и минерализацию. Тип и скорость преобразований зависят от химической структуры действующего вещества и его устойчивости, механического состава и строения почв, химических свойств почв, состава флоры и фауны почв, интенсивности влияния внешних воздействий и системы ведения сельского хозяйства.
Адсорбция пестицидов в почве зависит от многочисленных факторов. Она играет важную роль в перемещении пестицидов и служит для временного поддержания в парообразном или растворенном состоянии или в виде суспензии на поверхности почвенных частиц. Особо важную роль в адсорбции пестицидов играет органическое вещество почвы, входящее в коллоидальный комплекс почвы. Процесс адсорбции сводится к ионно-катионному обмену отрицательно заряженных илистых частиц и кислотных групп веществ гумуса или только к анионному, если в почве присутствуют гидроксиды металлов. Адсорбция играет первостепенную роль в накоплении пестицидов в почве, которые адсорбируются ионным обменом или в форме нейтральных молекул в зависимости от их природы. Передвижение пестицидов в почве происходит с почвенным раствором или одновременно с перемещением коллоидных частиц, на которых они адсорбированы. Это зависит как от процессов диффузии, так и от массового тока (разжижения), которые представляют собой обычный способ вымывания. При поверхностном стоке, вызываемом осадками или орошением, пестициды передвигаются в растворе или суспензии, скапливаясь в углублениях почвы. Данная форма передвижения пестицидов зависит от рельефа местности, степени эрозированности почв, интенсивности осадков, степени покрытия почв растительностью, а также длительности нахождения пестицида в почве. Количество пестицидов, передвигающихся с поверхностным стоком, составляет более 5 % от внесенного в почву. Вымывание пестицидов по профилю почв заключается в их передвижении вместе с циркулирующей в почве водой, что обусловлено в основном физико-химическими свойствами почв, направлением движения воды, а также процессами адсорбции и десорбции пестицидов коллоидными частицами почвы. На пестициды, попавшие в почву, оказывают влияние различные факторы как в период их эффективности, так и в дальнейшем, когда препарат уже становится остаточным. Пестициды в почве подвержены разложению, обусловленному биологическими и небиологическими факторами.
К небиологическим факторам относятся ряд физических и химических факторов. В частности, физические и химические свойства почв влияют на преобразования находящихся в ней пестицидов. Так, глины, гидроокислы и ионы металлов, а также органическое вещество почвы усиливают процессы разложения пестицидов. Растворение пестицидов идет при участии грунтовой воды. Следствием взаимодействия пестицидов со свободными радикалами гумусовых веществ является изменение структурных составляющих пестицидов. Многие авторы подчеркивают большое значение биологических факторов, таких, как почвенные микроорганизмы, грибы и высшие растения в разложении пестицидов. Продолжительность разложения пестицидов микроорганизмами может колебаться от нескольких дней до нескольких месяцев, а иногда и десятков лет в зависимости от специфики действующего вещества, видов микроорганизмов, свойств почв.
Одна из актуальных глобальных проблем настоящего времени и ближайшего будущего – это проблема роста кислотности атмосферных осадков и почвенного покрова. Кислотные дожди вызывают чрезмерное подкисление поверхностных вод и верхних горизонтов почв, а также грунтовых вод. Рост промышленной и других видов хозяйственной деятельности человека сопровождается выпадением азота, окислов серы и углерода в составе осадков. Главным источником роста этих веществ в атмосфере являются продукты сжигания сланцев, нефти, углей, газа. Основными природными источниками серы служат вулканы, с выбросами которых в атмосферу поступают диоксид серы, сероводород и элементная сера общим количеством 4 000 000–16 000 000 т. Кроме того, сероводород является продуктом жизнедеятельности бактерий-хемосинтетиков, обитающих на суше и в океане. Неорганическая сера входит в состав многих минералов (угля, нефти, железных, медных и других руд), встречающихся в земной коре. Попав в атмосферу, соединения серы претерпевают целый ряд превращений. Вначале сероводород окисляется до диоксида серы, который в свою очередь претерпевает ряд последовательных превращений до серного ангидрида. В основе этой цепочки лежат механизмы его взаимодействия с компонентами атмосферы, причем эти процессы существенно ускоряются в присутствии оксидов азота или углеводородов, а также оксидов железа, алюминия, хрома и других металлов. Под влиянием атмосферной влаги диоксид окисляется до триоксида. Поэтому в дождливую или туманную погоду длительность нахождения диоксида серы а атмосфере не превышает 50–60 мин. В результате взаимодействия триоксида серы с частицами атмосферной влаги образуются растворы серной кислоты. Взаимодействуя с аммиаком или ионами металлов, присутствующими в атмосферной влаге, серная кислота частично переходит в соответствующие сульфаты аммония, натрия, кальция. Образование сульфатов происходит и в процессе окисления на поверхности твердых частиц, взвешенных в воздухе. Образовавшиеся сульфаты сохраняются в атмосфере не более 5 дней, причем большая часть соединений серы оседает на землю с атмосферными осадками. Таким путем сера из атмосферы вновь попадает в гидросферу и в почву.
Интересен тот факт, что дождевая вода всегда имеет более кислую реакцию, чем поверхностные воды, ее pH составляет 5,6. В естественных условиях данная особенность способствует созданию необходимого уровня подкисления почвы и почвенных растворов, что позволяет преобразовывать питательные минеральные вещества в доступную для растений растворимую форму.
Другими факторами, которые воздействуют на почву, являются эрозия и аридизация, которые оказывают негативное влияние как на структуру, так и на состав почвы.
Термин «эрозия» происходит от латинского erosio, что означает «разъедать», «выгладывать» или «выгрызать». В зависимости от причин, обусловливающих развитие эрозии, выделяют водную и водяную эрозии. В свою очередь водная эрозия бывает поверхностной и линейной.
Как правило, темпы эрозии превышают скорость естественного формирования и восстановления почвы. Наиболее негативным фактором является и то, что сельское хозяйство в России ведется в довольно неблагоприятных климатических и почвенно-гидрологических условиях. Доказано, что более 54 % сельскохозяйственных угодий и 68 % пашни в настоящее время эрозировано или угрожаемо по развитию эрозии. На таких землях урожайность снижается от 30 % до 90 %. Каждую весну с началом таяния снега бурные потоки талой воды устремляются по склонам в более низкие участки и уносят с собой часть почвы. Так появляются промоины, что в дальнейшем способствует образованию оврагов. Если своевременно не укрепить стенки оврага, он будет расти и в глубину, и в ширину. Конечно, овраги имеют положительное значения в процессах жизнедеятельности фауны и флоры данного региона. Овраги являются укрытием для различных животных. На склонах оврагов растут травы и деревья. Но для сельского хозяйства овраги представляют существенную трудность. Вовремя не остановленный овраг растет, захватывая все больше и больше плодородной земли.
Пылевые бури вызывают ветровую эрозию. Ветер поднимает тучи пыли, почвы, песка и переносит их над широкими степными просторами, а затем вся эта масса оседает толстым слоем на землю и поля. Иногда наносы бывают до 2–3 м высотой. Ветровая эрозия не связана с условиями рельефа. Если водная эрозия наблюдается при определенном уклоне, то ветровая может иметь место даже на совершенно ровных территориях. При водной эрозии продукты разрушения перемещаются только сверху вниз, а при ветровой – не только по плоскости, но и вверх. Важным отличием этих двух типов эрозии является то, что при ветровой эрозии происходит выдувание лишь механических элементов почвы, а при водной не только смываются частицы почвы, но одновременно происходят растворение в текущей воде питательных веществ, удаление их. При интенсивной эрозии промоины, рытвины, овраги превращают сельскохозяйственные угодья в неудобные земли, затрудняют обработку полей. Смываемый слой почвы выносится в реки и водоемы, вызывает их заиливание. Разрушительная эрозия возникает и развивается при отсутствии защищенности почвы культурными сельскохозяйственными растениями от воздействия (ударов) дождевых капель, ливневых струй и талых вод. Поэтому чем дружнее всходы и чем быстрее развиваются и смыкаются культурные растения, тем лучше защищена почва от разрушающего воздействия воды и ветра. В результате эрозии в почвах уменьшается содержание азота и усвояемых растениями форм фосфора и калия, ряда микроэлементов (йода, меди, цинка, кобальта, марганца, никеля, молибдена), от которых зависит не только урожай, но и качество сельскохозяйственной продукции. Эрозия способствует проявлению почвенной засухи. Это объясняется не только тем, что значительная часть осадков стекает со склонов, но и тем, что на эрозированных почвах с плохими физическими свойствами увеличивается потеря влаги на испарение с поверхности, на транспирацию растениями. Засуху в районах проявления эрозии нередко называют эрозийной засухой. В связи со смывом минеральных элементов питания растений, усилением почвенной засухи, ухудшением физических свойств почв, снижением их биологической активности на склонах с эрозированными почвами резко снижается урожай возделываемых культур. Большой вред почвам наносит многократная механическая обработка: вспышка, культивация, боронование и т. д. Все это усиливает ветровую и водную эрозию. Теперь на смену традиционным методам обработки почв постепенно приходят почвозащитные с заметно меньшим объемом механического воздействия. Почва в результате такой щадящей обработки приобретает почти идеальные качества: она не уплотняется, становится в достаточной степени рыхлой, с многочисленными небольшими ходами, способствующими проветриванию и быстрому отводу воды после сильных ливней, что предотвращает образование застойной влаги. На склонах со слабо– и среднесмытыми почвами, где появляется опасность проявления эрозии, предпочтение в севооборотах отдают травам и однолетним культурам сплошного сева. На более крутых склонах, в основном со средне– и сильносмытыми почвами, в севооборотах увеличивают посевы многолетних трав и промежуточных культур, которые хорошо защищают почву от эрозии. Наиболее простыми мероприятиями по регулированию поверхностного стока талых вод являются вспашка, культивация и рядовой посев сельскохозяйственных культур поперек склона, по возможности параллельно основному направлению горизонталей. Один из наиболее эффективных почвозащитных приемов на склоновых землях – замена отвальной вспашки обработкой почвы без оборота пласта с сохранением на поверхности обрабатываемого поля мульчирующего слоя из стерни, растительных и пожнивных остатков. Водорегулирующие лесополосы закладываются на эрозированных склонах, используемых под сельскохозяйственные культуры, и предназначены для перевода поверхностного стока во внутрипочвенный, распыления концентрированных струй водного потока и уменьшения их скорости, осаждения мелкозема. Число лесополос и расстояние между ними зависят главным образом от крутизны и длины склона: с увеличением крутизны расстояние между лесополосами уменьшается. Располагаются водорегулирующие лесополосы вдоль горизонталей. Водоохранные лесные насаждения вокруг прудов и других водоемов создаются для защиты берегов от разрушения, а также от заиления продуктами эрозии. На склонах, сложенных гравийно-хрящеватыми и песчаными породами, выращивают густые одноярусные сосновые насаждения с кустарниковым подлеском из азотособирателей.
Приовражные и лесные прибавочные полосы создаются на расстоянии 2–5 м от бровок и над их вершинами для перехвата стоковых вод и скрепления почвенного грунта корневыми системами с целью замедления или полного прекращения роста оврагов. Надвершинные насаждения создаются в основном над головными вершинами действующих оврагов, ширина их соответствует ширине водоподводящих ложбин; протяженность зависит от площади водосброса. Сплошное облесение проводится на откосах оврагов, а также на берегах балок, которые малопригодны для луговых и пастбищных угодий. Потухшие овраги, покрытые травянистой растительностью, также подвергаются облесению либо непосредственно, либо с определенным террасированием.
Лесные насаждения на дне оврага позволяют избежать дальнейшего его углубления. На ранней стадии развития дно оврага узкое и облесение произвести трудно, поэтому первоначально устраняют запруды, а затем дно закрепляют влаголюбивыми быстрорастущими породами деревьев.
С помощью гидротехнических сооружений производятся задержание, отвод и безопасный сброс той части атмосферных осадков, которую не удается задержать на прилегающих к оврагам полях агротехническими и лесомелиоративными приемами. Воду на приовражной полосе можно задержать, устраивая систему водозадерживающих валов, способных перехватывать у самого оврага ту часть поверхностных вод, которая не была задержана на водосборе. Чтобы сбрасываемые в овраг воды не размывали его дно, в русле оврага устанавливают систему поперечных стенок, разбивающих продольный профиль дна на ряд террас. Стенки, располагаемые вертикально уступами, должны иметь безопасный в отношении разрыва уклон. Поперечные стенки на дне оврага могут быть каменными, бетонными, деревянными, плетневыми. Деревянные и плетневые запруды применяются только в небольших оврагах, так как срок их действия не превышает двух-трех лет. Закрепленные овраги, превращенные в задерненную балку, используют в сельском хозяйстве. Богатое илистыми отложениями дно отводят под искусственные луга, а откосы – под древесные насаждения или под ягодники.
Это сложный и разнообразный комплекс процессов уменьшения увлажненности обширных территорий и вызванного этим сокращения биологической продуктивности экологической системы «почва – растения». Земли, окаймлявшие пустыни, не выдерживают нагрузки и сами превращаются в пустыни, что приводит к ежегодной потере тысяч гектаров пригодных для сельского хозяйства земель. Процесс усугубляют и примитивное земледелие, нерациональное использование пастбищ и других сельскохозяйственных угодий, хищническая эксплуатация огромных территорий, которые возделываются без всякого севооборота или ухода за почвой.
Уменьшение или уничтожение биологического потенциала земли может привести к возникновению условий, аналогичных условиям пустыни. Особенно остро эта проблема стоит в калмыцком заповеднике «Черные земли». К опустыниванию приводят увеличение площади подвижных песков, снижение продуктивности пастбищ, истощение местных источников водоснабжения. Наиболее существенными причинами большинство ученых считают вырубку лесов и неразумное использование пастбищ. Учащение засух и, следовательно, уменьшение плодородия почв, гибель растительности, разрушение почв на значительных территориях связаны между собой, зависят от общей тенденции аридизации суши и усугубляются отрицательными последствиями неразумной хозяйственной деятельности человека.
Геологический и химический состав и структура почвы, степень ее сухости и влажности оказывают большое влияние на тепловой режим приземного слоя атмосферы и ее состояние, качество подземной воды, характер растительности, химический состав растительных продуктов и, следовательно, непосредственно на продукты животного происхождения.
Особенности почвы необходимо учитывать при выборе земельного участка для строительства населенных пунктов и отдельных зданий, при прокладке водопроводной и канализационной сети. Современный прогресс науки и техники в области мелиорации позволяет устранять недостатки, свойственные той или иной почве (обводнение или осушение местности). Введение в почву минеральных удобрений повышает ее плодородие.
Выделяют следующие виды почвенного плодородия.
1. Естественное плодородие – способность почвы в многолетнем цикле обеспечивать растения одновременно всеми необходимыми почвенными условиями жизни за счет состава, свойств и режимов, формирующихся в процессе ее развития и эволюции под влиянием природных факторов почвообразования. К ним относят морфологические, физические и физико-химические свойства, минералогический, химический и механический состав, гумусированность, качественный состав. В функциональную часть почвы входят водно-воздушный, питательный и токсикозный режимы. Их количественные и качественные характеристики определяют величину естественного плодородия. У подавляющего большинства природных почв оно невелико.
2. Искусственное плодородие – способность почвы в многолетнем цикле обеспечивать растения одновременно всеми необходимыми почвенными условиями жизни за счет состава, свойств и режимов, формирующихся в процессе ее эволюции под влиянием антропогенной деятельности. Величина этого плодородия измеряется путем сопоставления количественных и качественных характеристик структурной и функциональной частей антропогенной почвы с ее естественным аналогом. Оно может не только повышаться или оставаться на одном уровне, но и понижаться из-за нарушения технологий антропогенных воздействий, вызывающих негативные изменения окружающей среды в процессе техногенеза (загрязнения, добычи полезных ископаемых и дорожного строительства, понижения уровня подземных вод и т. п.).
3. Потенциальное плодородие – способность почвы в многолетнем цикле обеспечивать растения одновременно всеми необходимыми почвенными условиями жизни за счет состава, свойств и режимов, формирующихся в процессе ее развития и эволюции под совместным влиянием природных и антропогенных факторов почвообразования.
Оно присуще почвам сельскохозяйственных угодий и представляет собой смешанное естественно-искусственное плодородие. Его величина определяется всеми количественными и качественными характеристиками структурной и функциональной частей почвы независимо от их происхождения.
4. Эффективное плодородие – часть потенциального плодородия, проявляющаяся в виде урожайности конкретной сельхозкультуры за определенный период времени. Поскольку в формировании урожайности сельхозкультур, кроме почвы, принимают участие и другие факторы, то оценка величины этого вида плодородия сильно зависит от организационно-экономических условий, технологии возделывания, вида и сорта растений, т. е. она конкретна относительно этих факторов.
5. Экономическое плодородие – это эффективное плодородие, выраженное в стоимостных категориях.
Процессы самоочищения почвы. Эпидемиология почвы
Почва играет огромную роль в круговороте веществ на Земле. Она не только аккумулирует разнообразные органические и неорганические вещества, но и является хранилищем останков живых организмов и накопителем отходов человеческой цивилизации. Помимо этого, почва является мощным, уступающим лишь Мировому океану трансформатором химических веществ, к тому же трансформатором, способным к самовосстановлению и самоочищению. Даже будучи загрязненной продуктами промышленных отходов (нефтью, например), она остается способной к процессам самоочищения. Это достигается разными механизмами, в основе которых процессы микробиологического происхождения, в первую очередь процессы брожения, фиксации атмосферного азота и превращения различных органических и неорганических соединений.
В почве (как и в водной среде) постоянно протекает процесс разложения, время которого органические вещества распадаются на простые (преимущественно неорганические, минеральные) вещества; это процесс минерализации. Другой, противоположный ему процесс – это синтез сложных органических соединений из минеральных веществ, в первую очередь образование гуминовых кислот, гумуса.
Самоочищением почвы называется ее способность минерализовать органические вещества, преобразуя их в нетоксичные и безвредные соединения. В процессе минерализации органических веществ из продуктов распада белков образуется аммиак, аммонийные соли, которые преобразуются в нитриты и нитраты. Последние являются конечными продуктами процесса самоочищения, поскольку они усваиваются почвой и впоследствии – растительностью.
Одновременно с минерализацией происходит процесс синтеза гуминовых кислот, которые также безвредны в санитарном отношении.
Наиболее важны для осуществления жизни растений, животных и человека на Земле процессы круговорота углерода, азота, фосфора, серы и железа, протекающие при участии почвенных микроорганизмов. Рассмотрим подробнее эти процессы.
Брожение
Брожение известно человечеству с древнейших времен. В микробиологии этим термином обозначается процесс микробиологического ферментативного расщепления преимущественно углеводов и превращения их в более простые соединения, происходящий в анаэробных условиях. Эти превращения органических соединений сопровождаются обычно разрушением углеродного каркаса молекулы субстрата и выходом энергии, которую используют сбраживающие микроорганизмы. Такое накопление энергии требует на начальной стадии участия внутренних резервов клетки, так как процесс идет без участия молекулярного кислорода.
АТФ – универсальный энергоноситель для живых существ. Именно в его молекулах происходит аккумуляция энергии, получаемой при сбраживании.
В результате процесса брожения обычно образуется несколько веществ в зависимости от того, какой основной продукт накапливается в среде. Это могут быть спирты (этиловый, бутиловый или пропиловый). В этом случае брожение называется спиртовым. Если образуется молочная кислота, то брожение молочнокислое, если – масляная, то маслянокислое, если уксусная – уксуснокислое и др.
Нужно отметить, что процессы брожения являются наиболее примитивным способом получения энергии. Это связано с тем, что из первоначального материала в результате его анаэробного превращения извлекается лишь незначительная доля химической энергии, которая в нем содержится. Вещества, образующиеся в результате брожения, по-прежнему заключают в себе значительное количество энергии, содержавшееся в исходном материале. Рассмотрим некоторые отдельные виды брожения.
Наиболее простым и примитивным процессом брожения является молочнокислое брожение. Эта цепь биохимических реакций, составляющая схему молочнокислого брожения, называется гликолизом (путем Эмбдена – Мейергофа – Парнаса).
Молочнокислые бактерии, осуществляющие брожение, встречаются на поверхности растений и в местах разложения растительных остатков, т. е. там, где в почве имеется большое количество углеводов, переработка которых дает бактериям необходимую для роста энергию.
Спиртовое брожение является еще одним из наиболее часто встречающихся видов брожения. В этом процессе участвуют дрожжи. Луи Пастер доказал, что процесс спиртового брожения связан именно с этими микроорганизмами. Осуществлять в анаэробных условиях спиртовое брожение по пути, описанному выше, могут и некоторые эубактерии. Существует эффект Пастера, когда процесс спиртового брожения происходит в анаэробных условиях. А в 1897 г. братьями Г. и Э. Бухнер (Н. Buchner, Е. Buchner) было сообщено о возможности осуществления спиртового брожения вне клетки. Это послужило толчком к дальнейшему изучению этого процесса. Позже К. Нойберг обнаружил, что в зависимости от условий процесс спиртового брожения может идти с образованием продуктов, не образующихся при естественном течении реакций. Так, если в сбраживающую смесь углеводов добавить бисульфит, основным продуктом брожения будет глицерин. Процесс спиртового брожения до финальной стадии идет по описанной выше схеме молочнокислого брожения. И в том и в другом случае сбраживание одной молекулы глюкозы приводит к образованию двух молекул АТФ. Различие в том, что при спиртовом брожении на выходе в результате двух других ферментативных реакций образуются две молекулы этилового спирта и две молекулы углекислоты.
Маслянокислое брожение протекает на базе гликолитически образованного пирувата. Преимущественно этот вид брожения осуществляется при участии клостридии. Это крупная группа анаэробных бактерий. Наиболее распространены Clostridium bоtulinum – продуцент ботулинического экзотоксина, одного из самых сильных биологических ядов и Clostridium tetan – столбнячная палочка, образующая при заражении человека столбнячный токсин.
Вообще с жизнедеятельностью клостридии связаны разнообразные процессы, протекающие в природе. Это не только гниение (разложение) азотсодержащих соединений (белков, нуклеиновых кислот) в анаэробных условиях, но и анаэробное разложение растительных материалов (например, клетчатки), хитина и пектиновых веществ.
Клетчатка растений или целлюлоза – это гигантский аккумулятор углерода в природе. По своему химическому строению целлюлоза – это полисахарид, который является главным компонентом клеточных стенок всех высших растений и водорослей. Целлюлоза (наряду с крахмалом) – самое распространенное на Земле органическое соединение, синтез ее по своим масштабам превосходит синтез всех остальных природных соединений. Вместе с тем целлюлоза в силу своего химического строения – материал, инертный ко многим воздействиям. Волокна целлюлозы окружены оболочкой, в состав которой входят воск и пектин, и организованы таким образом, что гидрофильные группы целлюлозных цепочек защищены от внешних воздействий. Все это придает целлюлозным волокнам высокую механическую прочность, делает их не растворимыми в воде и устойчивыми к различным химическим воздействиям. Так что не будь после гибели растений стадии бактериального разложения клетчатки, в результате которого высвобождающийся углерод возвращается в атмосферу в виде углекислоты, круговорот углерода в природе мог бы прерваться, едва начавшись. Поэтому микроорганизмы, расщепляющие целлюлозу, играют огромную санитарную роль, разлагая клетчатку отмерших растений, благодаря чему повышается плодородие почвы.
Брожение является расщеплением преимущественно углеводов. Но, помимо углеводов, сбраживанию могут быть подвергнуты аминокислоты, пурины и пиримидины, спирты, органические кислоты. Сбраживаться могут и химические вещества, если они содержат не полностью окисленные (или восстановленные) атомы углерода.
При процессе брожения происходит окисление анаэробного типа. В итоге окислительно-восстановительные преобразования молекулами субстрата ведут к тому, что часть продуктов брожения получается более восстановленной, другая – более окисленной по сравнению с исходным веществом. Окислительные процессы заключаются в отрыве электронов от сбраживаемых веществ при помощи специфических ферментов (дегидрогеназ) и акцептированию их другими молекулами, образующимися из сбраживаемого субстрата. Эти процессы невозможны без участия почвенных микроорганизмов (грибов и бактерий).
Вторым после углерода важнейшим для жизни элементом, входящим в состав белков, является азот. Рассмотрим процессы усвоения азота из атмосферного воздуха при помощи азотфиксирующих бактерий.
Круговорот азота
Процессы биологической фиксации азота в природе играют исключительную роль, которая по значению вполне сравнима с ролью процесса фотосинтеза в существовании биосферы, ведь в 30-сантиметровом слое почв на каждом гектаре имеется в среднем 5–15 т азота.
Круговорот азота на земном шаре осуществляется за счет деятельности особой группы организмов-азотфиксаторов. К настоящему времени доказано, что к ним относятся многие виды бактерий, обитающих в почве и способных фиксировать азот. Выделяют две группы бактерий: свободноживущие и клубеньковые, способные существовать лишь в симбиозе с другими видами – бобовыми растениями.
Свободноживущие азотфиксирующие бактерии живут и фиксируют азот в почве независимо от растений. Первым из открытых свободно живущих микроорганизмов-азотфиксаторов является анаэробная спороносная бактерия Clostridium pasterianum. Ее открыл в 1893 г. отечественный ученый С. Н. Виноградский. Аэробный же микроорганизм-азотфиксатор был открыт в 1901 г. М. Бейеринком и получил название азотбактер (Azotobacter). И Clostridium pasterianum, и Azotobacter – сапрофиты. Получая энергию при окислении углеводов, они используют ее для восстановления молекулярного азота. При этом Azotobacter гораздо эффективнее Clostridium накапливает связанный азот – около 15 мг на каждый грамм сброженной глюкозы против 2–3 мг. Таким образом, Azotobacter на площади в 1 га в течение года фиксирует от 20 до 50 кг газообразного азота, повышая плодородие почвы. Особенно интенсивно этот процесс идет при хорошей аэрации почвы.
Следующие после фиксации атмосферного азота этапы – это аммонификация, нитрификация и денитрификация.
Аммонификацией называется процесс минерализации азотсодержащих органических веществ, протекающий под воздействием аммонифицирующих микробов, выделяющих протеолитические ферменты. Благодаря аммонификации представителей продуктов жизнедеятельности (испражнений, мочевины) растительного и животного мира почва обогащается азотом и другими соединениями.
Аммонифицирующие микроорганизмы выполняют большую санитарную задачу, очищая почву от разлагающегося органического субстрата. Ведь подсчитано, что земная фауна за сутки выделяет 150 000 т мочевины, что в пересчете на год составляет более 50 млн т, или 20 млн т азота.
Представителями широко распространенных в природе аммонифицирующих микробов являются:
1) микроорганизмы, разлагающие мочевину (Bacillus probatus и Sporosarcina ureae);
2) спорообразующие аэробы (Bacillus mesentericus (картофельная бактерия), Bacillus megatherium (капустная бактерия), Bacillussubtilis (сенная палочка), Bacillus mycoides (грибовидная бацилла));
3) спорообразующие анаэробные аммонификаторы (Clostridium putrificum (газообразующая клостридия), Clostridium sporogenes);
4) неспорообразующие аэробные аммонификаторы (Esherichia coli (кишечная палочка), Proteus vulgaris, Pseudomonas fluorescens).
Также аммонификацию вызывают актиномицеты, грибы, триходермы, живущие в почве.
Нитрификация является следующим этапом превращения азота микроорганизмами и представляет собой окисление аммиака, образующегося при разложении органических азотсодержащих соединений. Способность бактерий переводить азот аммонийной формы в нитратную способствует обеднению почвы азотом, так как нитраты легко вымываются из почвы. Наряду с этим процесс нитрификации сопровождается подкислением почвы, что улучшает растворимость и доступность некоторых жизненно важных микроэлементов, особенно фосфора и железа.
Заключительным этапом является денитрификация, также протекающая при непосредственном участии микроорганизмов. Денитрификация широко распространена в природе. Этот процесс служит источником атмосферного азота, являясь необходимым звеном в круговороте азота в природе. Но денитрификация имеет и отрицательное значение, поскольку приводит к обеднению почв азотом. Потери даже искусственно внесенных азотных удобрений могут составить в результате денитрификации до 80 %. Одним из способов борьбы с денитрификацией является рыхление почвы, которое создает в ней аэробные условия. Механизм денитрификации заключается в восстановлении нитратов с образованием в качестве конечного продукта молекулярного азота, который возвращается из почвы обратно в атмосферу. В этом участвуют денитрифицирующие бактерии, среди которых наибольшее распространение получили: Tiolacillus denitrificans (неспорообразующая палочка, факультативный анаэроб), Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas aeruginosa (синегнойная палочка) и Pseudomonas stutzeri.
Превращение микроорганизмами фосфора, железа и серы
Кроме рассмотренных выше процессов превращения азота в природе, почвенные микроорганизмы участвуют в метаболизме фосфора, железа и серы. Рассмотрим как происходят эти процессы. Итак, фосфор, входящий в состав органических веществ почвы, подвергается процессам минерализации и превращению фосфорнокислых солей из слаборастворимых в хорошо растворимые. В этом процессе участвуют гнилостные бактерии, например Bacillus megatherium. В дальнейшем почвенные кислотообразующие бактерии превращают соли фосфорной кислоты в растворимые и, следовательно, доступные для растений вещества.
Железо. Многие эубактерии способны осаждать окислы железа и марганца на поверхности клеток. Накопление окисленного железа (обычно вместе с железом накапливается и марганец) на поверхности бактериальных клеток происходит в результате:
1) поглощения (аккумуляции) клетками этих металлов из раствора, которое имеет физико-химическую природу и в значительной мере обусловлено химическим составом и свойствами поверхностных структур клетки, включая связывание металлов внеклеточными структурами (как-то капсулы, чехлы, слизистые выделения), клеточной стенкой и цитоплазматической мембраной; в значительной степени свойства поверхностных клеточных структур определяются суммарным отрицательным зарядом молекул, входящих в их состав;
2) окисления, сопровождающегося массовым отложением нерастворимых окислов на поверхности бактерий.
Все железобактерии могут быть разделены на две группы: нитчатые и одноклеточные.
К первым относятся грамотрицательные нитчатые бактерии, окруженные чехлом. Они представляют собой длинные нити, покрытые общим слизистым покровом, в котором откладывается гидрат окиси железа.
Вторые – это одноклеточные организмы из разных таксонов. Это могут быть как эубактерии с грамположительным и грамотрицательным строением клеточной стенки, так и без нее, которые могут размножаться и делением, и почкованием. Это бактерии разных форм и размеров, которые могут меняться в зависимости от стадии и условий роста, располагающиеся обособленно или образующие скопления. Они окружены капсулами, в которых откладываются окислы железа и марганца.
Концентрация бактериями железа может происходить как без извлечения энергии, так и с ним. Это можно выразить уравнением: 2Fe2+ + 1/2O2 + 2H+ => 2Fe3+ + H2O.
При отмирании бактерии образуют болотную и озерную железную руду, которая залегает островами размером в сотни квадратных метров.
Сера. Многие представители разных групп эубактерии способны окислять восстановленные соединения серы (например, сероводород, тиосульфат), а также молекулярную серу (например, фототрофы, осуществляют бескислородный фотосинтез).
В процессе превращения серы принимают участие некоторые типичные гетеротрофы из родов Cillus, Pseudomonas, Arthrobacter и других и группы бесцветных серобактерий и тионовых бактерий. Все это является одним из звеньев круговорота серы в природе. В случае фототрофов процесс протекает в анаэробных условиях, в случае гетеротрофов – в аэробных. Хемотрофы, окисляющие серу, обитают (помимо морских и пресных вод, содержащих кислород) в аэробных слоях почв разного типа. Представителей этой группы микроорганизмов с разными физиологическими свойствами можно обнаружить как в серных источниках и шахтных водах, так и в водоемах со щелочной средой и высокой концентрацией поваренной соли. Процесс восстановления сульфатов также имеет бактериальную природу. В нем участвуют сульфатвосстанавливающие бактерии, которым принадлежит ведущая роль в образовании сероводорода в природе, а также в отложении сульфидных минералов в почве. Все представители группы этих бактерий являются облигатными грамотрицательными анаэробами. Среди них есть одноклеточные и нитчатые формы, неподвижные и передвигающиеся при помощи жгутиков либо скольжением. Сульфатвосстанавливающие эубактерии широко распространены в глубоких слоях почвы, где поддерживаются анаэробные условия. Им принадлежит ведущая роль в образовании сероводорода в природе и в отложении сульфидных минералов. Накопление в почве сероводорода часто приводит к отрицательным последствиям в виде повреждения растений. Также с активностью сульфатвосстанавливающих эубактерий связана коррозия и порча в анаэробных условиях различного металлического оборудования, разрушение различных построек. Окисление восстановленных соединений серы до сульфатов, которое осуществляют эти бактерии, ведет к подкислению почвы. С одной стороны, это может иметь положительные последствия. Скажем, подкисление приводит к переходу ряда соединений, например фосфатов, в растворимую форму и, таким образом, делает их доступными для растений. Окисление нерастворимых сульфидных минералов в месторождениях ряда металлов также сопровождаются их переходом в растворимую форму и облегчает добычу растениями этих минералов.
Как мы теперь знаем, почва состоит из минеральных и органических соединений, которые представляют собой продукты жизнедеятельности микроорганизмов, осуществляющих процесс ее формирования, самоочищения, круговорота азота, углерода, серы и железа в природе. Распространение микроорганизмов имеет характерную очаговость – главная особенность их экологии в почве, позволяющая сохранить виды почвенных микроорганизмов и специфичность группировок по горизонтам почвы. Наибольшее количество микробов находится на глубине 1–2 см, далее число их постепенно уменьшается, и на глубине 4–5 м почва бывает обычно стерильной. В населенных пунктах, не имеющих канализации и благоустроенных приемников нечистот и отбросов, а также при неправильном удалении их бактериальная загрязненность почвы во дворах может быть значительной и представлять опасность, особенно в отношении дизентерии и гельминтозов. В верхних слоях почвы обитают актиномицеты и аэробы, в нижних – грибы и анаэробы. Общее количество микроорганизмов уменьшается по мере углубления в почву. Наиболее густо всегда заселена околокорневая зона растений, качественный состав которой зависит от вида растений, но во всех случаях преобладает грибная флора. Количество микроорганизмов околокорневой зоны в тысячи раз превышает микробное число не занятой растениями почвы.
Микрофлора почвы включает все известные группы микроорганизмов: споровые (образуют спору – плотную оболочку, обеспечивающую им устойчивость к различным неблагоприятным воздействиям внешней среды: высокой температуре, высыханию, давлению, отсутствию питательных веществ) и споронеобразующие бактерии (актиномицеты, грибы, спирохеты, архебактерии, простейшие, синезеленые водоросли, микоплазмы и вирусы). Спорообразующие микроорганизмы принято называть клостридиями. Известно, что клостридии обладают способностью сохраняться в почве в виде спор в течение многих десятков лет и размножаться в ней.
Многие микроорганизмы, которые обитают в почве, являются сапрофагами. На животные организмы они не оказывают отрицательного действия. Вместе с ними в почве постоянно или временно обитают патогенные, болезнетворные микроорганизмы, которые могут вызвать различные инфекционные заболевания.
На качественный и количественный состав микрофлоры почвы влияют тип почвы, ее плодородие, влажность, аэрация, а также физико-химические свойства, указанные выше. Кроме того, на микробиоценоз почвы существенно влияет деятельность человека: обработка почвы, внесение удобрений, мелиорация, загрязнение отходами производств. Особо опасным в санитарном отношении является загрязнение почвы необезвреженными отходами животноводства (навозом, мочой, отходами боенского производства, трупами животных). Ведь почва, загрязненная органическими веществами животного происхождения, представляет собой благоприятную среду для сохранения и развития микроорганизмов, среди которых могут быть возбудители инфекционных болезней. Самоочищающая способность почвы трудоемки, а методы обеззараживания почвы громоздки и малоэффективны. Одни патогенные микроорганизмы в зависимости от экологических особенностей размножаются в почве, и почва для них является естественным местом обитания. Другие, в том числе и споронеобразующие, длительно сохраняются в почве в неактивной форме, где при благоприятном температурно-влажностном режиме размножаются. К прочим относятся возбудители хламидиозов – риккетсии, вирусы и особо прихотливые бактерии. Они быстро отмирают в почве.
Обеззараживающая способность разных почв неодинакова, и подчас почва может служить благоприятным субстратом для патогенных микроорганизмов. Почва как субстрат, состоящий из твердой фазы и воды, служит естественным местом обитания для возбудителей многих заразных болезней: клостридиозов, сибирской язвы, псевдотуберкулеза, листериоза, лептоспироза, эризипелоида, туберкулеза, мелиоидоза, синегнойной инфекции, дерматомикозов, микотоксикозов, холеры, иерсиниоза, сальмонеллеза. Выживаемость в загрязненной почве возбудителей дизентерии, брюшного тифа, паратифа, холеры, а также гноеродных инфекций исчисляется обычно неделями, а иногда и месяцами в зависимости от наличия питательного материала, физических свойств почвы и общего микробного пейзажа (видовой конкуренции). Они попадают в почву только при определенных условиях (с выделениями больных, с нечистотами и др.). Нельзя сказать, что почва является благоприятной средой для их обитания. В их гибели большую роль наряду с недостатком питательных веществ, не всегда оптимальными влажностью и температурой почвы играет антагонизм между различного рода почвенными микроорганизмами. Средний срок выживаемости бактерий тифопаратифозной группы составляет 2–3 недели, дизентерии – 1,5–5 недель, холерного вибриона – 1–2 недели, палочки туляремии – 1–2 недели, бруцеллеза – 0,5–3 недели, микобактерий туберкулеза – около 13 недель. За это время они могут распространяться во внешней среде различными путями и вызывать прямо или косвенно инфекционные заболевания. Не находя подходящих условий, патогенные для человека и животных неспороносные бактерии погибают обычно относительно быстро. Однако некоторые из них, особенно в загрязненной почве, сохраняются продолжительное время: возбудители брюшного тифа, паратифов и холеры могут оставаться жизнеспособными до 3 месяцев; бруцеллеза – до 5 месяцев, туляремии – до 2 месяцев. Энтеровирусы – возбудители полиомиелита и некоторых кишечных заболеваний вирусного происхождения – сохраняются в почве до 170 дней. Актиномицеты, вызывающие поверхностные и глубокие микозы, а также микобактерии – возбудители туберкулеза, проказы и дифтерии – при попадании в почву также несут ощутимую угрозу: палочки туберкулеза остаются жизнеспособными до 15 месяцев, дифтерийные палочки – до 2–3 недель. Обычно заражение человека кишечными инфекциями происходит через загрязненные овощи. Однако не меньшую опасность представляет вторичное загрязнение подземных и поверхностных вод. Атмосферные осадки, проходя через загрязненную почву, переносят микрофлору (в том числе и возбудителей заразных болезней) из поверхностных слоев в нижележащие грунтовые воды, откуда возбудители болезней могут попасть в водоемы.
Однако непосредственное заражение через почву не является частым путем распространения инфекций. Практически речь может идти главным образом о заражении столбняком, газовой гангреной и злокачественным отеком через почву, попавшую в раны при травматических повреждениях кожи и огнестрельных ранениях. Возбудители этих заболеваний относятся к числу спороносных анаэробов и постоянно обитают в почве. Споры столбняка чаще всего встречаются в садовой и огородной земле, удобренной навозом, а также в других местах, загрязненных экскрементами животных. При ранениях вместе с частицами почвы и пылью споры столбнячной палочки проникают в поврежденные ткани, развиваются и могут вызвать тяжелейшее заболевание, выделяя сильнодействующий токсин. Профилактически необходимо даже при небольших повреждениях тканей, загрязненных землей, вводить подкожно 1 мл адсорбированного столбнячного анатоксина, а через 30 мин другим шприцем и в другой участок тела вводить 3000 ME противостолбнячной сыворотки. Вместе с загрязненной почвой в поврежденные ткани человека могут проникнуть споры гангренозной палочки. Газовая гангрена протекает в виде быстро распространяющегося отека тканей и их омертвения. Вызывать ее могут несколько видов клостридий. Чаще в почве встречаются Clostridium perfringens типа А. Эти микробы, встречающиеся в каждом образце почвы, попадая в рану, продуцируют токсин, который и вызывает омертвение.
Через почву, проникающую в организм человека, возможно заражение сибирской язвой и ботулизмом. В почве, загрязненной выделениями больных животных или их трупами, могут находиться споры сибирской язвы, сохраняющиеся годами. Возбудитель сибирской язвы – сибиреязвенная палочка, которая, попадая с мочой и испражнениями больных животных в почву, образует вокруг себя спору и в таком состоянии может сохраняться годами, особенно в каштановых и черноземных почвах. Животные, поедая корм, загрязненный этой палочкой, заражаются сибирской язвой. Человек заражается сибирской язвой, как правило, при контакте с больными или павшими животными, через продукты и сырье, полученные от больных животных (мясо, шерсть, шкуру), а также при непосредственном соприкосновении с почвой. Спороносная палочка, возбудитель ботулизма – тяжелого пищевого отравления, обнаружена в среднем в 9 % проб, взятых из почвы в районах Кавказа, Азовского и Каспийского морей, в Приморском крае, на Дальнем Востоке и в Санкт-Петербурге. Попадая на овощи, ягоды, фрукты, рыбу, грибы и другие продукты, при благоприятных анаэробных условиях она из споры превращается в вегетативную форму, продуцирующую токсин (яд). По силе своего действия на организм человека и животного этот токсин превосходит все другие бактериальные токсины и химические яды.
Ботулизм зарегистрирован во многих странах мира – в США, Канаде, Франции, Японии, России. Известные случаи заражения ботулизмом на территории нашей страны связаны с продуктами домашнего приготовления: рыбой соленой и вяленой, консервированными грибами, овощами и фруктами.
Возбудители острых кишечных инфекций попадают из почвы главным образом в грунтовую воду или поверхностные водоемы и распространяются далее водным путем. Заражение может произойти через овощи, выращиваемые на земледельческих полях орошения и огородах, удобряемых необезвреженными нечистотами, а также через мух. Большое значение в распространении гельминтозов имеет почва, являясь основной средой для развития и созревания яиц геогельминтов, которые могут сохраняться в земле длительное время. Они поступают в нее с испражнениями больных людей и развиваются здесь до стадии личинок. В организм человека яйца и личинки геогельминтов (аскарид, власоглавов, остриц) попадают при употреблении немытых овощей и ягод и при еде руками, загрязненными инфицированной землей. Это особенно касается лиц, имеющих контакт с почвой по роду своей работы: землекопов, шахтеров, огородников, а также детей, которые, играя на земле и в песке, легко могут занести личинки геогельминтов в рот.
Значительное загрязнение почвы яйцами и личинками геогельминтов отмечено в неканализованных городах при отсутствии благоустроенных приемников нечистот и отбросов и надлежащей системы их очистки. Наиболее зараженными бывают затененные участки дворов, так как яйца гельминтов погибают от высыхания и инсоляции.
В шахтах поверхность почвы нередко бывает заражена инвазионными личинками анкилостом, которые находят здесь благоприятные условия для своего развития вследствие повышенной температуры, влажности воздуха и затемнения. Заражение анкилостомами может происходить также при хождении босиком по загрязненной ими почве. Для профилактики гельминтозов необходимо иметь благоустроенные туалеты, не допускать загрязнения дворов фекалиями и использовать последние для удобрения огородов и садов только после предварительного обезвреживания (компостирования и др.).
В почве обитают также грызуны, заражающие поверхностные воды возбудителями лептоспирных заболеваний, находятся личинки паразитических насекомых: мух, москитов, слепней и других переносчиков инфекционных болезней. Борьба с ними имеет важное гигиеническое значение.
Почва служит местом развития (а при определенных условиях и инфицирования) мух. Обычно самка мухи откладывает яички в местах гнилостных отбросов и нечистот. Цикл развития до окрыленной мухи происходит в земле и сухих отбросах; в них же многие мухи сохраняются в зимний период – и взрослые, и в стадии личинок. Убедительно доказано, что мухи – активные распространители кишечных и других инфекций. Многие возбудители инфекционных заболеваний сохраняются в жизнеспособном состоянии на поверхности тела мухи до 2 суток, а в кишечнике еще дольше.
Санитарное состояние почвы оценивают по колититру, количеству анаэробов, споровых и термофилов, по наличию яиц гельминтов и специфических возбудителей инфекций. Для чистой почвы титр кишечной палочки составляет не более 1 мг, для умеренно загрязненной – до 1–2 мг, для сильно загрязненной – до 5 мг. Обезвреживание почвы, обсемененной патогенными микроорганизмами, проводят механической обработкой и посевом растений. Применение химических веществ приводит к утрате почвой плодородия.
Санитарная охрана почвы
Исследования, проводимые в этом направлении, подтвердили в очередной раз влияние источников загрязнения окружающей среды на экологическую обстановку вблизи их расположения. Воздействия предприятий-загрязнителей может быть одним из шагов информационного поиска, направленного на получение сведений о качестве воды и воздуха, и наоборот.
Мониторинг – это непрерывное, длительное наблюдение за состоянием среды и управление ею путем своевременного информирования людей о возможном наступлении неблагоприятных, критических или недопустимых ситуаций. Мониторинг разделяют на базовый, фоновый, глобальный, региональный, импактный. В связи с тем что окружающая среда имеет четко выраженные зональные особенности, то для нее больше приемлемы два последних вида мониторинга.
В понятие «региональный мониторинг» входит наблюдение за процессами и явлениями в пределах какого-то региона, где эти процессы и явления могут отличаться и по природному характеру, и по антропогенным воздействиям от базового фона, характерного для всей окружающей среды. Импактным мониторингом называют слежение за региональными и локальными антропогенными воздействиями в особо опасных зонах и местах.
Оценка состояния экологических подсистем проводится путем сравнения их параметров с нормативными показателями, которых может быть множество. Поэтому важной проблемой успешной организации мониторинговых наблюдений является разработка объективных интегральных показателей оптимального состояния подсистем. За основу регионального оптимума принимают типичные естественные экосистемы региона в условиях заповедного режима или ограниченного антропогенного воздействия.
Почвенный мониторинг должен иметь комплексный характер, наибольшая эффективность может быть достигнута при одновременном контроле трех групп показателей (ранней диагностики, кратко– и долгосрочных изменений свойств почв), которые отражают наиболее существенные черты почв данного типа и данного региона. Системы показателей, используемых в комплексном почвенном мониторинге, включают наборы показателей, с помощью которых в зависимости от поставленных задач достаточно полно оценивается состояние почвы.
Основные цели мониторинга:
1) своевременное обнаружение неблагоприятных изменений свойств почв и почвенного покрова при различных видах его использования, а также при развитии естественного почвообразовательного процесса;
2) контроль за состоянием почв по сезонам года под сельскохозяйственными культурами.
Задачи почвенного мониторинга:
1) контроль за размерами и интенсивностью ежегодных потерь почвы вследствие дождевой, ирригационной и ветровой потерь;
2) выявление регионов с дефицитным балансом главнейших элементов питания растений, обнаружение и оценка скорости потерь гумуса, азота, фосфора и других элементов питания;
3) контроль за изменением кислотности и щелочности почв, особенно в регионах с внесением высоких доз минеральных удобрений, известкования, а также при ирригации и в районах с высокой кислотностью атмосферных осадков;
4) контроль за использованием в сельскохозяйственной практике в качестве удобрений различных промышленных и бытовых отходов;
5) контроль за сбалансированностью элементов питания в почвах, особенно в зонах влияния комбинатов по производству удобрений;
6) контроль за изменением солевого режима на орошаемых и интенсивно удобряемых почвах;
7) контроль за физическим состоянием почв при орошении, осушении, использовании тяжелых машин и механизмов;
8) контроль за загрязнением почв тяжелыми металлами и радионуклидами при глобальных выпадениях;
9) контроль за локальным загрязнением почв тяжелыми металлами и радионуклидами в зонах влияния предприятий, атомных электростанций и транспортных магистралей;
10) контроль за уровнями накопления в почвах пестицидов и их метаболитов, а также за загрязнением почв бытовыми отходами;
11) контроль за локальным загрязнением почв нефтепродуктами в районах нефтепромысла, нефтебаз, перерабатывающих заводов при особом внимании к токсичным и канцерогенным веществам;
12) долгосрочный и сезонный (по фазам развития растений) контроль над влажностью, температурой почв и содержанием доступных растениям форм элементов питания;
13) экспертная оценка вероятных изменений свойств почв в связи с проектированием гидростроительства, мелиорации, внедрением новых систем земледелия, удобрений и т. п.
В зависимости от целей и задач мониторинга объектами его могут стать или специально выбранные территории, наиболее подверженные опасности глубоких изменений свойств почв под антропогенным воздействием, или вся площадь, занятая в сельскохозяйственном производстве. В качестве обязательных объектов мониторинга должны быть выделены фоновые территории, в число которых, кроме биосферных заповедников, должны быть включены и используемые в хозяйствах земли с минимальным техногенным воздействием. Периодичность наблюдений определяется темпами развития контролируемых процессов (от 1 года до десятков лет) или физиологическими особенностями возделываемых культур (не менее 2–3 раз за вегетационный период).
Показатели ранней диагностики негативных изменений свойств почв позволяют обнаружить и остановить неблагоприятные процессы на начальных стадиях их развития. Это прежде всего показатели биологической активности почв – численность и видовой состав микроорганизмов и беспозвоночных животных, их биомасса, ферментативная активность почв, интенсивность выделения углекислого газа почвой, активность азотфиксации и денитрификации, нитрификационная способность почвы. Их использование при мониторинге промышленного загрязнения позволяет обнаружить тенденции и скорость происходящих в почве изменений, судить о степени опасности поллютантов.
Показатели средней устойчивости характеризуют краткосрочные изменения свойств почв и обеспечивают текущий контроль ее состояния. С этой целью целесообразно использовать катионо-обменные свойства почв, содержание доступных для растений форм элементов питания, кислоторастворимых форм соединений кальция, магния, железа и алюминия, подвижных форм соединений тяжелых металлов и радионуклидов, скорость деструкционных процессов, мощность и запасы подстилки, фракционный состав гумуса. Измерения должны проводиться через 2–5 лет.
Показатели долгосрочной диагностики нарушений почвообразования при загрязнении. К ним относятся валовой состав почв, включая валовое содержание тяжелых металлов и радионуклидов, состав почвенных минералов, содержание и запасы гумуса, морфологические и физические свойства почв (плотность, структурное состояние, водопроницаемость, гранулометрический состав), т. е. фундаментальные свойства почв. Оценка их необходима как точка отсчета, как исходная характеристика почв на предварительном этапе мониторинга. Эти свойства формируются в результате длительных однонаправленных процессов и поэтому требуют измерений через 10 и более лет.
Росгидромет обеспечивает участие России в глобальной системе мониторинга окружающей среды. Различные пункты выполняют гидрохимические, гидрологические и гидробиологические измерения, наблюдения за качеством воздуха, за состоянием почв, растительности и т. п. На организацию измерений в Росгидромете существенно влияет характер антропогенного загрязнения окружающей среды. Так, многие посты на реках установлены ниже сбросов крупных предприятий.
В настоящее время системой Росгидромета регулярно проводятся измерения. Систематически собранные по единым методикам данные измерений на определенной территории в течение многих лет собираются органами Росгидромета. По этим данным судят о долговременной динамике тех или иных показателей, поэтому они являются в своем роде уникальными. Загрязнение, создаваемое выбросами или сбросами относительно небольшого предприятия, или, например, состояние малой реки имеют немного шансов быть отраженными в данных Росгидромета. Тем не менее в связи с частной проблемой может оказаться полезным выяснение общей ситуации, фона, на котором наблюдаются частные явления. Для этой цели также могут быть использованы данные Росгидромета. Территориальную структуру Росгидромета образуют управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (УГМС), каждое из которых охватывает несколько субъектов Федерации. Им подчинены центры мониторинга окружающей среды областного (краевого, республиканского) уровня. Этим центрам могут быть подчинены лаборатории, обслуживающий персонал постов, однако предоставлением информации сами лаборатории и посты не занимаются.
Информацию в системе Росгидромета трудно получить, потому что в настоящее время она стала продутом коммерческих сделок. Существуют установленные прейскуранты, причем система ценообразования на конкретные результаты измерений является довольно жесткой. Но в то же время в территориальных центрах можно ознакомиться с публикациями Росгидромета. Эти публикации, взятые в совокупности, образуют систему источников, отражающую состояние окружающей среды.
В систему органов санитарно-эпидемиологической службы РФ входят Госкомсанэпиднадзор России, его центры в республиках, краях, областях, городах и районах, научно-исследовательские учреждения, лаборатории и другие учреждения. Эта служба выполняет свои задачи посредством санитарного нормирования, осуществления разрешительных, надзорных и контрольных функций.
Под термином «санитарное нормирование окружающей среды» понимают установление предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ, радиоактивных излучений, шума, вибрации, вредного воздействия магнитных полей и других физических, химических, биологических воздействий.
Разрешительные функции в области охраны окружающей среды и здоровья человека выполняются санэпидслужбой в трех формах, таких, как:
1) выдача заключений на размещение предприятий и сооружений, их технико-экономическое и экологическое обоснование на ввод объектов в эксплуатацию;
2) разрешение на применение химических и иных токсических веществ в отдельных отраслях народного хозяйства;
3) ведение регистра потенциально опасных химических и биологических веществ.
Надзорная функция включает в себя организацию систематической проверки соблюдения санитарного законодательства предприятиями, учреждениями, организациями и жителями города. Контрольная функция санэпидслужбы заключается в осуществлении социально-гигиенического мониторинга, представляющего собой государственную систему наблюдения, оценки и прогнозирования состояния здоровья населения в связи с состоянием среды обитания человека. На основе полученных сведений формируется база данных о здоровье населения, тенденциях его развития под воздействием окружающей среды. Решения, которые принимает санэпидслужба в пределах своей компетенции, являются обязательными для всеобщего исполнения.
Предприятия и организации посещают должностные лица санэпидслужбы, уполномоченные в пределах своей компетенции, которые имеют право требовать представления соответствующих данных о соблюдении санитарных норм и предельно допустимых концентраций вредных веществ, давать обязательные к исполнению указания. В определенных случаях, предусмотренных законодательством, санэпидслужба может приостановить, ограничить, прекратить деятельность объекта, наложить административный штраф, передать материалы дела органам следствия, предъявить в суде или арбитражном суде иска о возмещении ущерба. Санэпидслужба сотрудничает с представительными и исполнительными органами власти, а также специально уполномоченными органами в области охраны окружающей природной среды – городскими комитетами по охране окружающей среды Минприроды, архитектурно-строительными отделами Госстроя РФ, постами и пунктами наблюдения Роскомгидромета, ГИБДД.
В соответствии с Конституцией РФ области природопользование, охрана окружающей среды и экологическая безопасность составляют сферу совместной компетенции Федерации и субъектов Федерации, т. е. субъекты Федерации могут с учетом собственного правового регулирования вносить те или иные дополнения в компетенцию органов экологического управления и их структуру и открывать планово-координационный центр, нормативный отдел, отдел контрольно-инспекционной и экологической экспертизы, городской экологический фонд, отдел пропаганды (информации).
Среди функций комитета охраны окружающей среды города называют следующие:
1) учетная функция – учет природных ресурсов города и их изменения, учет выбрасываемых отходов и мест по их размещению;
2) планово-координационная функция – планирование городских природоохранительных мероприятий на основе координации экологической деятельности отраслевых природоохранительных служб;
3) нормировочная функция – разработка нормативов выбросов, сбросов вредных веществ для предприятий, норм захоронения твердых отходов, определение платежей за пользование ресурсами и загрязнение окружающей среды;
4) инспекционная функция – организация проверки и контроля над выполнением экологических нормативов и эколого-правовых норм;
5) финансовая функция – формирование внебюджетного экологического фонда и контроль его расходования;
6) информационная функция – экологическое просвещение, воспитание, экологическая информация населения;
7) разрешительная функция – выдача разрешений, лицензий на размещение вредных веществ, на специальное и обособленное водопользование, вывоз за рубеж некоторых видов животного мира, выброс вредных веществ, проведение государственной экологической экспертизы;
8) контрольная функция – довольно широкая функция, зависящая от местных условий и заключающаяся в:
а) ведении контроля над рациональным использованием земель, обоснованностью отводов для хозяйственного строительства сельскохозяйственных земель;
б) учете деградированных и загрязненных земель, принятие мер по их восстановлению (совместно с Роскомземом);
в) учете и регистрация потенциально опасных химических и биологических веществ (совместно с органами Госкомсанэпиднадзора).
Выдача лицензии на специальное и обособленное водопользование осуществляется Комитетом по охране недр совместно с Комитетом РФ по водному хозяйству. А совместно с Комитетом по геологии выдается разрешение на разработку подземных вод и водопотребление.
В соответствии с Законом «Об охране окружающей природной среды» комитеты охраны окружающей среды и органы санэпиднадзора обладают правом привлекать виновных организаций и лиц за совершение экологических правонарушений к административной ответственности в виде штрафа. Право наложения административного штрафа предоставлено должностным лицам Комитета без обращения в суд или комиссию. Комитет находится в постоянном взаимодействии со службами земельных ресурсов, водного хозяйства, охраны лесов и нелесной городской растительности, гидрометеоконтроля, внутренних дел, атомного надзора и ядерной безопасности.
Охрана земель осуществляется на основе комплексного подхода к угодьям как к сложным природным образованиям (экосистемам) с учетом их зональных и региональных особенностей.
Система рационального использования земель должна носить природоохранный, ресурсосберегающий характер и предусматривать сохранение почв, ограничение воздействия на растительный и животный мир, геологические породы и другие компоненты окружающей среды.
Землевладельцы в целях обеспечения охраны земель, землепользователи и арендаторы осуществляют рациональную организацию территории; восстановление и повышение плодородия почв, а также других свойств земли; защиту земель от водной и ветровой эрозии, селей, подтопления, заболачивания, вторичного засоления, иссушения, уплотнения, загрязнения отходами производства, химическими и радиоактивными веществами, от других процессов разрушения; защиту от зарастания сельскохозяйственных угодий кустарниками и мелколесьем, сорняками и других процессов ухудшения культурно-технического состояния земель; консервацию деградированных сельскохозяйственных угодий, если иными способами невозможно восстановить плодородие почв; рекультивацию нарушенных земель, повышение их плодородия и других полезных свойств земель; снятие, использование и сохранение плодородного слоя почвы при проведении работ, связанных с нарушением земель.
В рамках республиканских и территориальных программ государственные органы принимают необходимые меры по охране земель. Законодательством устанавливается порядок консервации деградированных сельскохозяйственных угодий. Законодательством об охране природы устанавливаются экологические требования к размещению, проектированию, строительству и эксплуатации объектов, строений и сооружений.
Мероприятия по охране земель при размещении, проектировании, строительстве и вводе в эксплуатацию новых и реконструируемых объектов, строений и сооружений, а также внедрении новых технологий, отрицательно влияющих на состояние земель, предусматриваются и осуществляются мероприятия по охране земель.
В целом все российские населенные пункты делятся на города и поселки городского типа, а также на сельские населенные пункты.
Населенный пункт признается городом при условии, что численность населения, постоянно проживающего в населенном пункте, составляет не менее 12 тыс. человек, и не менее 85 % проживающих составляют рабочие и служащие.
Основываясь на принципе численности, города делят на 6 типов:
1) сверхкрупные города (свыше 3 млн человек);
2) крупнейшие города (от 1 млн до 3 млн человек);
3) крупные города (от 250 тыс. до 1 млн человек);
4) большие города (от 100 тыс. до 250 тыс. человек);
5) средние города (от 50 тыс. до 100 тыс. человек);
6) малые города и поселки (до 50 тыс. человек).
Городскими являются те земли, которые находятся в черте города.
В земельную территорию города входят следующие категории:
1) производственные зоны;
2) рекреационные зоны;
3) жилые зоны;
4) зоны сельскохозяйственного использования;
5) иные зоны режимных территорий;
6) общественно-деловые зоны;
7) зоны военных объектов;
8) зоны инженерной и транспортной инфраструктур;
9) зоны специального назначения.
Жилые зоны – это зоны, отведенные под застройку и застроенные жилыми помещениями, а также территории садоводческих и дачных кооперативов, которые находятся в городской черте. В них допускается также размещение отдельно стоящих, встроенных или пристроенных объектов социального, культурного и бытового обслуживания населения, автостоянок, промышленных, коммунальных складских объектов, для которых не требуется установления санитарно-защитных зон и деятельность которых не оказывает вредного воздействия на окружающую среду.
Для размещения промышленных, складских и коммунальных объектов, объектов транспортной инфраструктуры предназначаются производственные зоны.
Территории, предназначенные для размещения и функционирования сооружений и коммуникаций железнодорожного, автомобильного, речного, морского, воздушного и трубопроводного транспорта, связи, инженерного оборудования, относят к зонам инженерной и транспортной инфраструктур.
Для организации мест отдыха существуют так называемые рекреационные зоны. Они представлены садами, парками, лесопарками, городскими лесами, пляжами. На этих территориях запрещается строительство и расширение действующих промышленных, коммунальных и складских объектов, которые не связаны с эксплуатацией объектов оздоровительного и рекреационного назначения.
В пределах городской черты размещаются также зоны сельскохозяйственного использования, которые заняты садами, огородами, пашнями, виноградниками, пастбищами, сельскохозяйственными зданиями, строениями, сооружениями.
Городские зоны специального назначения предназначены для размещения кладбищ, крематориев, свалок бытовых отходов, использование которых несовместимо с использованием других видов территориальных зон.
Земли, которые обслуживают нужды местного населения, представляют собой муниципальную собственность, находящуюся в полном ведении и управлении муниципальных органов. К муниципальной собственности города относятся земельные участки, занятые объектами местного значения, предприятиями местной промышленности, сооружениями города. Кроме того, на праве собственности городу принадлежат участки недр для разработки общераспространенных полезных ископаемых, лесные участки городских лесов (муниципальные леса), замкнутые водоемы, рыбные запасы и дикие животные, птицы, обитающие в муниципальных лесах и водоемах.
Запрещается ввод в эксплуатацию объектов и применение технологий, которые не обеспечивают меры защиты земель от деградации. Землеустроительные и природные органы согласовывают размещение объектов, влияющих на состояние земель.
Земельные участки, на которых невозможно получить продукцию вследствие химического или радиоактивного загрязнения, исключаются из сельскохозяйственного оборота и переводятся в земли запаса для их консервации. Производство и реализация сельскохозяйственной продукции на таких землях запрещаются. Сохранение на таких землях жилых помещений, помещений производственного, социального и культурного предназначения, а также проведение на этих землях работ определяется законодательством.
Цель санитарной охраны почвы состоит в сохранении такого ее качества, при котором почва не являлась бы фактором передачи заразных для человека и животных заболеваний и не привела бы к острому или хроническому отравлению экзогенными химическими веществами с возможными отдаленными последствиями.
Санитарная очистка представляет собой комплекс плановых, организационных, санитарных, санитарно-технических, хозяйственных мероприятий по сбору, удалению, обезвреживанию и утилизации твердых отходов, появляющихся в населенных местах, в целях сохранения здоровья населения и общего благоустройства. Официальные мероприятия санитарной очистки носят название генеральной схемы очистки населенных мест. К мероприятиям по санитарной очистке населенных мест относятся:
1) сбор твердых отходов;
2) временное хранение твердых отходов;
3) транспортировка твердых отходов;
4) обезвреживание твердых отходов;
5) утилизация твердых отходов.
Эта группа мероприятий обусловливает выполнение гигиенических требований, которые предъявляются к правильному устройству и эксплуатации объектов, предназначенных для сбора, временного хранения, транспортировки, обезвреживания и утилизации твердых и жидких отходов бытового и промышленного характера.
Все промышленные и бытовые отходы подразделяют на две группы:
1) жидкие отходы – нечистоты из выгребов уборных, помои (от приготовления пищи, мытья тела, посуды и пр.), сточные воды: хозяйственно-фекальные (бытовые), промышленные, городские, атмосферные (ливневые и талые), а также грязная вода от мойки и поливки мостовых и тротуаров;
2) твердые отходы – мусор (домовые отходы), уличный смет, отходы предприятий общественного питания (отходы кухни, остатки пищи), отходы торговых и промышленных предприятий, отходы лечебных и санитарно-эпидемиологических учреждений (остатки лекарств, кусочки тканей после операции, последы, трупы лабораторных животных), отбросы и отходы животного происхождения (трупы животных), шлаки из котельных, строительный мусор, городской грунт.
Отходы, которые накапливаются в населенном пункте, удаляют тремя способами, такими, как:
1) сплавной;
2) вывозной;
3) смешанный.
Сплавная система применяется в тех населенных пунктах, где все отходы (как жидкие, так и твердые) сплавляются по специальной системе труб, т. е. в полностью канализованных населенных пунктах. Это удаление отходов называется канализацией. Канализация представляет собой комбинацию инженерных сооружений, которые приспособлены для приема сточных вод, отведения их по разветвленной сети подземных труб за пределы населенного пункта к сооружениям для очистки, а также для очистки их на этих сооружениях.
Существуют следующие виды канализаций:
1) хозяйственно-бытовая, обслуживающая жилые застройки и здания общественного назначения населенного пункта;
2) промышленная, приспособленная для отвода использованных (технических) сточных вод предприятий;
3) ливневая, которая отводит дождевые и талые воды.
Хозяйственно-бытовая и ливневая канализации могут быть объединены в систему общесплавной канализации. Важным моментов в санитарном отношении является то, что при взаимном расположении канализационной и водопроводной сетей не было бы угрозы загрязнения последней при авариях. При очистке и обезвреживании сточных вод необходимо так улучшить их свойства и состав, чтобы они не содержали возбудителей инфекций, не вызывали изменений ни в составе воды, ни в общем режиме функционирования водоема. Вещества, входящие в состав фекально-хозяйственных сточных вод, находятся в различном физическом состоянии (твердом, дисперсном, коллоидном, жидкой фазе). Процесс очистки предполагает два этапа, таких, как:
1) механическая очистка – выделение из сточной воды взвешенных веществ;
2) биологическая очистка – минерализация органических веществ, находящихся в коллоидном и растворенном состоянии.
Для того чтобы очистить отходы механически, как правило, используются обычные приемы задержания взвеси в отстойниках разной конструкции. При отстаивании сточных вод происходит задержка основной массы взвешенных веществ. Далее сточные воды поступают в сооружения биологической очистки.
Сущность биологической очистки сточных вод заключается в том, что различные биологические микроорганизмы способны разлагать загрязняющие вещества. Основными целями биологической очистки являются обезвреживание, минерализация коллоидных и растворенных органических веществ сточной воды, так как их невозможно извлечь механическим путем. Биологическая очистка в основном протекает по типу аэробного окислительного процесса, в котором участвуют органические вещества сточной воды, микробы и кислород воздуха. Сооружения и приемы биологической очистки могут быть разделены на две группы:
1) почвенные (поля фильтрации, поля орошения, биологические фильтры);
2) вводные (биологические пруды, аэротенки).
Поля фильтрации и поля орошения представляют собой земельные участки, на которых сточная вода подводится, равномерно распределяется, фильтруется через слой почвы и в процессе фильтрации подвергается биологической очистке. Поверхность всех частиц загрузки покрывается сплошной биологической пленкой за счет адсорбции микробов из сточной воды и последующего их размножения. Биологическая пленка играет роль основного активного агента в очистке воды. Биологические пруды – водоемы для биологической очистки сточных вод в естественных условиях. Сточная вода поступает в них после отстаивания и разбавления в 3–5 раз речной водой. Вода медленно протекает через пруд в течение 2–3 суток, однако энергичные окислительные процессы идут только летом, так как при температуре 6 °C они замирают. Аэротенк для очистки сточных вод представляет собой прямоугольный резервуар для биологической очистки сточных вод с аэрацией воздухом. Распад органических веществ в нем происходит в самой толще воды за счет искусственного интенсивного насыщения воды воздухом и образования активного ила в виде хлопьев, заменяющих биологическую пленку на фильтрах.
Из всех приемов биологической очистки наибольшие преимущества имеют поля орошения: надежность и высокий результат обезвреживания, простота эксплуатации и возможность использовать сточную воду для удобрения и орошения в интересах народного хозяйства. При выборе наиболее интенсивных приемов очистки следует учесть, что аэротенки требуют сравнительно сложного оборудования и квалифицированного технического обслуживания, поэтому уместнее их применять на крупных очистных станциях. На средних и малых станциях незаменимы биологические пруды.
Эффективность очистки определяется по степени уменьшения содержания веществ в сточных водах на основании лабораторных анализов и сравнения результатов их с показателями. При отсутствии канализации в военном городке для сбора жидких отходов оборудуются дворовые уборные и помойные ямы, которые должны иметь водонепроницаемые и защищенные от доступа мух выгребы. Дворовые уборные должны быть удалены от жилых домов не менее чем на 20 м, а от колодцев – не менее чем на 50 м. Выгребы должны очищаться специальным транспортом не реже чем раз в полгода. Жидкие отходы из выгребов вывозятся на поля ассенизации или поля запахивания.
Поля ассенизации используются для обезвреживания нечистот и посевов сельскохозяйственных культур на основе севооборотов. На полях запахивания нечистоты обезвреживаются без использования в сельском хозяйстве.
Вывозная система применяется в неканализованных населенных пунктах. В этом случае удаление жидких и твердых отходов осуществляется специальным транспортом. Такой способ удаления (вывоз) твердых отходов получил название очистки, а жидких отходов (нечистот) – ассенизации. Сбор твердых бытовых отходов может осуществляться при помощи мусоропроводов, квартирных, дворовых и уличных мусоросборников, контейнеров.
Для вывоза мусора и других твердых отходов применяют специальные автомашины – мусоровозы. Новым прогрессивным методом удаления отходов является его транспортировка по трубопроводам. Обезвреживание твердых отходов как один из элементов в системе очистки населенных мест является самым важным, так как именно на этом этапе отходы должны стать безвредным субстратом в эпидемиологическом и санитарном отношении.
При формировании и развитии городов сложились два основных метода обезвреживания твердых отходов: утилизационный (переработка отходов в органические удобрения, биотопливо, выделение вторичного сырья для промышленности, использование неутилизируемых горючих частей в качестве энергетического топлива) и ликвидационный (захоронение в землю, сброс в море, сжигание без использования тепла).
По технологической сущности методы обезвреживания могут быть разделены на:
1) биотермические (свалки, поля запахивания, полигоны складирования, компостные поля и заводы биотермического компостирования);
2) термические (сжигание без использования, сжигание отходов как энергетического топлива, пиролиз с получением горючего газа и нефтеподобных масел);
3) химические (гидролиз);
4) механические (сепарация отходов с последующей утилизацией, прессование отходов в строительные блоки).
Наиболее широкое применение получили удовлетворяющие гигиенические требования биотермические методы обезвреживания твердых отходов: обезвреживание в биотермических камерах, компостах, траншеях, закладка в парники, усовершенствованные свалки, ускоренные (индустриальные) способы биотермического обезвреживания мусора.
Однако основная часть этих отходов складируется временно на промышленных предприятиях, а затем удаляется и подлежит захоронению на специальных полигонах, предназначенных для неутилизируемых промышленных отходов. Полигоны для твердых промышленных отходов мало чем отличаются от бытовых, за исключением состава отходов. Отходы, как правило, имеют более однородный состав, часто высокотоксичны, требуют дополнительные физико-химические методы разложения. Основная часть отходов размещается в хранилищах, не соответствующих нормативным требованиям. Экологическая проблема утилизации, переработки, обезвреживания и размещения промышленных отходов (особенно токсичных) является, бесспорно, актуальной, но существующая система устранения отходов несовершенна и влечет за собой новые, не менее сложные проблемы. Таким образом, кроме прямого воздействия на почвы промышленных выбросов и сбросов, интенсивно идет процесс вторичного загрязнения земель в результате вымывания токсичных соединений из отвалов, шлакохранилищ и свалок.
Некоторые отходы содержат материалы, которые особенно опасны для людей. Эти отходы называются особо токсичными (или специальными) отходами. Часть из наиболее опасных отходов разрушается в специальных печах. Вещества, которые сжигаются, включают сложные соединения углерода, водорода и одного или более галоидных соединений (хлора, фтора, йода и брома). Эти химикаты поступают из пестицидов, пластмасс и медицинских препаратов, а также из различных растворителей для обезжиривания и сухой химчистки. Процесс сжигания очень дорог и используется только для наиболее опасных отходов. Свалка по-прежнему самый дешевый способ захоронения отходов и используется для многих опасных отходов, таких, как асбест, кислотные и щелочные отстой отходов тяжелых металлов, химикаты из пластмассовой промышленности и отходы масел. Немногие свалки специализируются на утилизации опасных отходов, и они тщательно контролируются для уменьшения опасности загрязнения. Например, отходы многих тяжелых металлов выбрасываются в виде осадка нерастворенных солей. Если на ту же землю вылить кислоты, то они могут сформировать растворимые соли тяжелых металлов, которые могут отравить местные источники. Прежде всего на карте должно быть отмечено точное положение всех отходов, и выброс на свалке должен тщательно контролироваться. Предприятия сливают промышленные стоки в водоемы или (после предварительной физико-химической очистки) в канализационную сеть, а там они подвергаются той же обработке, что и коммунальные стоки. Для высокотоксичных промышленных стоков применяются скважины. Требования к подобным скважинам и к грунту очень строгие. Однако отсутствие подобных полигонов по захоронению высокотоксичных отходов (I и II класса опасности) усугубляет экологическую обстановку области.
Главными причинами неудовлетворительной работы очистных сооружений механического и физико-химического типа являются следующие:
1) чрезмерная концентрация загрязняющих веществ, поступающих на очистку, в сточных водах;
2) несоблюдение технологии очистки подаваемых сточных вод;
3) превышение норм поступающих сточных вод;
4) несоответствие нормам эксплуатации очистных сооружений.
Зачастую промышленные предприятия, не имеющие собственных очистных сооружений, что чаще всего бывает в центральных частях населенных пунктов, спускают отработанные воды в канализацию. Естественно, это должно оплачиваться в соответствии с объемом и степенью загрязнения отходами, поэтому так часто нарушаются нормы сброса отходов из-за попытки снизить расходы.
Обработка сточных вод предполагает:
1) нейтрализацию кислот и щелочей;
2) переработку тяжелых металлов и накопление их в твердом отстое;
3) сепарацию нефти и жиров от воды;
4) отстаивание загрязненных твердых веществ в воде.
Полная обработка отработанной воды и перечисленные процессы могут произвести шламовые отходы, которые обычно выбрасывают на свалки.
Накопление жидких бытовых отходов (фекалий, мочи, помоев) происходит в туалетах (клозетах). Виды туалетов: туалеты индивидуального пользования (квартирные), общественного пользования (в учреждениях и на предприятиях), общественные (на улицах, площадях, стадионах и т. д.) и дворовые уборные. Выделяют также туалеты канализованные и неканализованные.
Наилучшим типом уборной, который применяется при отсутствии канализации, является люфтклозет (теплая уборная). Они устраиваются в помещении, являются простыми для пользования; при соблюдении норм эксплуатации не загрязняют окружающую среду.
Устраивать люфтклозеты можно только в одно– и двухэтажных зданиях. Вследствие того что происходит испарение нечистот и уменьшение их объема, очистка выгреба производится 1–2 раза в год и реже. Если канализация отсутствует, могут быть использованы ящичные уборные и дворовые уборные с выгребом. Водяной клозет является наилучшим в гигиеническом отношении видом туалетов при наличии канализации. Самоочищение почвы может быть использовано для обезвреживания нечистот. Правильно отправленные в почву нечистоты, богатые органическими веществами, достаточно быстро минерализуются, обрабатываются при участии бактерий. При этом улучшается структура почвы, она увлажняется, обогащается минералами и микроэлементами (азотом, фосфором, калием), что повышает ее плодородие.
В настоящее время существуют несколько способов почвенного обезвреживания нечистот:
1) ассенизаторские поля, где производится не только обезвреживание нечистот, но и посев сельскохозяйственных культур;
2) поля запахивания, куда нечистоты закапываются. В дальнейшем эта зона не подвергается сельскохозяйственной обработке.
Наиболее перспективными с позиции санитарной гигиены способами обезвреживания твердых промышленных отходов следует считать высокоэффективные, замкнутые, мало– или безотходные процессы данного вида производства. Другим столь же перспективным методом обезвреживания промышленных отходов является их широкое использование в народном хозяйстве с учетом определенных гигиенических требований. Если соблюдать нормы санитарной обработки, то данная методика позволяет получать субстрат, безвредный для здоровья людей и гигиены окружающей среды. Вообще все отходы промышленного производства делят на утилизируемые и неутилизируемые. Первые используются в народном хозяйстве в качестве топлива, стройматериалов, удобрений, сырья для регенерации и получения вторичного сырья. Второй вид отходов потенциально опасен для окружающей среды и здоровья населения. Эти виды отходов являются очень токсичными. Кроме этого, в промышленных отходах может содержаться сразу несколько видов веществ с различным классом токсичности. Нужно отметить, что определение класса токсичности промышленных отходов только по величине LD-50 недостаточно. Ведь большую опасность для окружающей среды и их токсикологическое влияние на организм представляют растворимость и способность к испарению этих химических веществ. Все эти факторы учитываются при классификации промышленных отходов.
Также важнейшей проблемой современной экологии является переработка ядерных отходов.
Обычно рассматривают три категории радиоактивных отходов:
1) высокоактивные отходы – жидкости или твердые вещества, которые необходимо хранить, так как они слишком опасны, для того чтобы их можно было выбросить в биосферу. При расщеплении каждой тонны ядерного горючего образуется около 400 л таких высокоактивных отходов.
Среди других способов избавления от отходов рассматриваются следующие:
а) превращение жидкостей в инертные твердые вещества (керамику) для захоронения в глубоких геологических горизонтах;
б) хранение жидких и твердых отходов в глубоких соляных шахтах. Проблема осложняется тем, что высокоактивные отходы выделяют большое количество тепла, которое может расплавить стены соляных шахт или вызвать небольшие землетрясения, если оно выделяется в разломах определенных типов;
2) низкоактивные отходы – жидкости, твердые вещества и газы, обладающие очень низкой активностью, но занимающие слишком много места, чтобы хранить их целиком. Поэтому их приходится рассеивать в окружающей среде, но таким образом и в таких количествах, чтобы эта радиоактивность не вызывала ощутимого повышения фона и не концентрировалась в пищевых цепях;
3) отходы с промежуточной активностью. Их активность достаточно высока, чтобы вызвать местное загрязнение, но достаточно низка, чтобы можно было отделить высокоактивные или долгоживущие компоненты, а с основной массой обращаться как с низкоактивными отходами.
Цикл уранового горючего на электростанциях состоит из таких фаз, как:
1) добыча и измельчение;
2) очистка (химические реакции);
3) обогащение (повышение относительного содержания урана-235);
4) изготовление ядерных топливных элементов;
5) загрузка ядерного топлива в реактор;
6) регенерация расщепленного горючего;
7) захоронение или другой способ хранения отходов.
Хотя большая часть радиоактивных отходов образуется в реакторе, наиболее трудны те проблемы переработки отходов, с которыми приходится сталкиваться при регенерации, когда продукты деления удаляются из отработанных топливных элементов. Регенерационные установки и места захоронения расположены в разных местах вне собственно атомной электростанции. Это означает постоянную опасность аварий, возможных при перевозке отработанных элементов или высокоактивных отходов. Отходы с низкой и промежуточной активностью возникают также в непосредственной близости от реактора (особенно при утечках или поломках), а также при добыче и изготовлении топлива. Таким образом, на всем протяжении цикла существует постоянная угроза радиоактивного загрязнения среды. Чтобы свести эту угрозу к минимуму, около атомной станции должны быть отведены обширные участки земли.
До тех пор пока делящиеся материалы (уран, торий, плутоний и др.) будут использоваться в качестве источников энергии, факторами, лимитирующими использование теоретически неисчерпаемых источников атомной энергии, будут оставаться большие количества отходов от продуктов деления (те же самые радиоактивные изотопы, которые присутствуют в осадках), а также следовые количества расщепляемых материалов. При этом значительно снизятся потребности в горючем, но это не решит проблемы уничтожения отходов. Предполагается, что когда-нибудь станет возможным использование энергии синтеза. С продуктами деления тогда было бы покончено, но увеличилось бы количество веществ с наведенной активностью, в частности трития, который мог бы загрязнить гидрологический цикл в глобальном масштабе. Если бы радиоактивные отходы не лимитировали использования атомной энергии, то лимитирующим фактором стали бы тепловые отходы или, что более вероятно, сочетание тех и других отходов создавало бы предельные ограничения со стороны загрязнения.
Переход от минерального горючего к атомному до некоторой степени уменьшает загрязнение воздуха, но при этом возрастает загрязнение воды, особенно тепловое. Так, при производстве 1 кВт ч электроэнергии на тепловой станции тепловые отходы в атмосферу и в воду, используемую для охлаждения, составляют соответственно 400 и 135 ккал, а на современной атомной электростанции – 130 и 1900 ккал.
Программа изучения радиоактивности почв включает в себя следующие измерения:
1) мощность экспозиционной дозы γ-излучения с поверхности почв КПУ в динамике по годам – радиометром СРП-68-01;
2) плотность потока β– и γ-излучения с поверхности почв КПУ в динамике по годам – прибором КРБ-1;
3) активность по β-излучению смешанных почвенных образцов – радиометром «Бета»;
4) мощность эквивалентной дозы γ-излучения смешанных почвенных образцов – радиометром-дозиметром МКС-01Р1;
5) плотность потока β-излучения смешанных почвенных образцов – радиометром-дозиметром МКС-01Р1.
В настоящее время неутилизируемые промышленные отходы в стране делятся на пять классов опасности с учетом их токсичности, влияния на окружающую среду и технологии обезвреживания промышленных отходов на полигонах.
К I классу относятся неутилизируемые нефтемаслоотходы, которые содержат до 80 % воды и до 10 % грунта и механических включений. Обезвреживаются эти отходы сжиганием. Их количество стабильно и составляет примерно 5000 т в год.
Ко II классу относятся жидкие отходы, содержащие органические загрязнения, с ХПК около 25 000 мг/л. Эти отходы частично выпариваются в процессе сжигания органических загрязнений.
К III классу относятся жидкие отходы с минеральными загрязнениями (кислотами, щелочами, солями, гидроокисями тяжелых металлов). Нейтрализуются в котлованах за счет взаимного смешения и добавления реагентов.
К IV классу относятся условно-твердые отходы, в том числе пастообразные, которые смешиваются с опилками. С других предприятий сгущенные таким образом отходы помещают в котлован и изолируют сверху слоем грунта. На эту почву высевают травы, высаживают деревья и декоративные кустарники.
К V классу относятся особо токсичные ядовитые сильнодействующие соединения. Их прием и захоронение производят в металлических контейнерах. Предприятие-поставщик, кроме паспорта, характеризующего состав отходов, представляет акт о герметичности контейнера. Количество подобных отходов составляет примерно 0,5–1 % от всей перерабатываемой на полигоне массы. Повсеместно основными методами обезвреживания неутилизируемых промышленных отходов являются термическая обработка и захоронение на промышленных полигонах.
Однако основная часть неутилизируемых промышленных отходов складируется временно на промышленных предприятиях, а затем удаляется и подлежит захоронению на специальных полигонах, предназначенных для неутилизируемых промышленных отходов.
К санитарно-техническим мероприятиям можно также отнести процесс промывки. Этот процесс преследует две цели. Механическое воздействие и вода (иногда с добавками) физически удаляют загрязнения из почвенных частиц. Перемешивание почвенных частиц позволяет отделить сильно загрязненные мелкие частицы от более крупных почвенных частиц, тем самым снижая объем материала, требующего дальнейшей обработки, и затраты на процесс обеззараживания. Таким образом, этот процесс основан на использовании воды с последующим уменьшением объема, при котором опасные загрязняющие вещества извлекаются и концентрируются с помощью физических и химических методов в небольшой части осадка, соразмерной с первоначальным объемом загрязнений. Основная концепция процесса состоит в переносе загрязняющих веществ из почвы в промывочную воду с последующим их извлечением. Очищенная почва может быть возвращена на участок или может найти другое полезное применение. Оставшийся небольшой объем загрязненного осадочного концентрата может быть обработан другими разрушающими или связывающими процессами, такими как сжигание, низкотемпературная термальная десорбция, химическая экстракция, дехлорирование, биологическое разложение, затвердевание (стабилизация) и остекленение.
Среди физических методов обработки почвы различаются:
1) дробление;
2) грохочение;
3) мокрая сортировка;
4) притирочное размельчение;
5) сепарация в плотной среде;
6) флотация;
7) гравитационное осаждение;
8) механическое обезвоживание.
К химическим средствам обработки почвы относятся поверхностно-активные вещества, вещества, вызывающие образование хелатных соединений, детергенты, флоккулянты, коагулянты и вещества, регулирующие реакцию среды.
Процесс промывки представляет собой наиболее эффективный метод обработки почв, донных отложений рек, озер. Для эффективной и экономически выгодной промывки необходимо, чтобы загрязненная почва или донные отложения содержали менее 40 % ила, а размеры частиц глины не превышали 63 мкм, на твердые органические вещества не должно приходиться более 20 % от общего объема.
Методом промывки эффективно удаляются следующие загрязнения:
1) креозот;
2) цианиды;
3) радиоактивные загрязнения;
4) тяжелые металлы;
5) насыщенные нефтепродуктами донные отложения;
6) пестициды.
Первый этап – подготовка почвы к очистке.
Необходимо приготовить суспензию с размером частиц не более 6 мм, что достигается с помощью набора сит или первичного виброэкрана. При неэффективности данной методики возможно размельчение крупных частиц. Для контроля размеров частиц суспензии и отделения материала, не требующего очистки, используется мокрое вибрационное экранирование, при котором в поток добавляется промывочная вода, создающая среду, в которую переносятся все загрязняющие вещества, затем удаляющиеся.
Второй этап – смешивание, притирочное размельчение, поверхностное извлечение.
На данном этапе отсортированную суспензию направляют в машину, где происходит размельчение методом притирки. При этом загрязнения отслаиваются от поверхности гранулированных почвенных частиц и переносятся в воду для промывки.
В данном случае используется комбинированное воздействие механических и жидкостных касательных напряжений, вызываемых взаимным трением гранулированных частиц, действием химических веществ, которые ускоряют растворимость веществ, загрязняющих поверхность гранулированных частиц.
Третий этап – отделение ила, глины и загрязняющих веществ, находящихся в промывочной воде, от размельченного гранулированного материала.
Этот процесс осуществляется при помощи гидроциклонов или наклонных разделителей винтового типа. В результате образуются два продукта: первый представляет собой обезвоженный поток твердых частиц, в состав которого входят твердые органические вещества (уголь, дерево, лигнин) и размельченный песок; второй – поток из промывочной воды с взвешенными в ней частицами твердого органического и минерального происхождения.
В состав промывочной воды также могут входить ионы тяжелых металлов, удаление которых в дальнейшем происходит путем ионообмена, осаждения или другими способами.
Четвертый этап – отделение загрязненного твердого органического вещества от размельченного гранулированного материала. Загрязненные твердые органические вещества (уголь, древесина, сгнившие остатки растительности) должны быть отделены от гранулированных компонентов почвы по причине того, что они имеют способность абсорбировать загрязняющие вещества. Это достигается применением уплотняющего сепаратора, который отделяет частицы органических веществ, имеющих меньшую силу тяжести, от частиц с наиболее тяжелой массой.
Осадочный органический продукт подвергается обезвоживанию и сжигается, если в этом есть необходимость. Очищенное твердое вещество подвергается повторному промыванию или сразу обезвоживается с помощью гидроциклона, вибросита или обезвоживателя. В таком виде его вполне возможно вернуть на то место, где была взята почва, использовать для производства асфальта или бетона.
Пятый этап – удаление растворенных загрязняющих веществ из промывочной воды.
Загрязненные минеральные ил или глина, которые находятся в промывочной воде, во взвешенном состоянии подвергаются коагуляции, флокуляции и осаждению. Полученный осадок обезвоживается. Для этого используют фильтрующий пресс. Для осаждения солей тяжелых металлов, которые могут присутствовать в промывочной воде, реакцию среды доводят до щелочной (при этом образуются гидроксиды металлов), удаляют путем флокуляции, осаждения и флотации растворенным воздухом с последующей фильтрацией загрязненного отстоя.
Шестой этап – менеджмент осадка.
После промывки почвы полученному осадку можно найти различное применение. Стабилизация осадков, загрязненных тяжелыми металлами и их гидроксидами, происходит в результате их отвердения. Твердые органические вещества, как правило, подвергаются сжиганию.
В настоящее время существует множество новых технологий, которые позволяют очищать почву от всех видов загрязнений, в том числе и от специфических. В целях экономии рекультивация почвы проводится на месте. Если финансовые возможности позволяют транспортировать большой объем грунта, то верхний слой почвы снимается и перевозится на специально подготовленный для этого полигон, на котором происходит обработка земли. Биологическая рекультивация проходит в два этапа: первый заключается в перемешивании твердых веществ в воде до формирования жидкой пульпы; второй этап осуществляется в твердой фазе, при этом почва, помещенная в специальную камеру, разрыхляется посредством добавления воды и питательных веществ.
Биологическая рекультивация на участке
При рекультивации непосредственно на участке можно избежать громадных затрат, связанных с вывозом почвы, большим расходом горючего и людских ресурсов. Однако продолжительность этого процесса будет несколько больше. Кислород, а иногда питательные вещества закачиваются под давлением через скважины в почву или распределяются по поверхности для инфильтрации в загрязненный материал. Процесс разложения загрязняющих веществ микроорганизмами происходит прямо на участке, а при помощи биовентиляции конечные продукты удаляются.
Восстановление маслосодержащих отходов
Очень часто во время или после хранения горюче-смазочных материалов в почву попадают и остаются там маслосодержащие вещества. Такой участок даже после ликвидации производства или хранилища долгое время будет абсолютно безжизненным, лишенным как растений, так и животных. Чтобы вернуть его к жизни, необходимо удалить маслосодержащие отходы. Обычно эту задачу решают простым снятием грунта и вывозом его на свалку, т. е. отодвигают решение проблемы очистки почвы на какой-то (часто продолжительный) срок, пока не возникнет проблема восстановления земли, занятой свалкой. Новый процесс восстановления решает проблему сразу. Маслосодержащие отходы при помощи пара или горячей воды смываются и перемещаются в более проницаемые для жидкостей участки, а затем выкачиваются из почвы. При желании загрязненные масла можно очистить и использовать в качестве топлива.
Цианидное окисление
При цианидном окислении участки, пораженные органическими цианидами, обрабатываются соответствующими химическими веществами. При этом происходят химические реакции и органические цианиды окисляются до менее опасных соединений. Далее, если необходимо, участок обрабатывается другими методами.
Дехлорирование
При дехлорировании происходит удаление или перемещение опасных соединений, содержащих атомы хлора.
Промывка на участке
При использовании процесса промывки в почву или грунтовые воды в отходы вводится большой объем воды (иногда с химическими соединениями для обработки). Опасные загрязнения вымываются с участка. Однако выводимая вода должна быть эффективно изолирована в пределах водоносного пласта и обязательно восстановлена.
Остекловывание на участке
Большую опасность для жизни растений, животных и людей представляют оставшиеся в почве тяжелые металлы. Процесс остекловывания решает проблему удаления тяжелых металлов и даже их утилизации весьма оригинальным способом. При остекловывании на участке загрязненная почва нагревается до температуры около 1600 °C. При этом тяжелые металлы инкапсулируются в стекловидные структуры соединений силиката и становятся практически безвредными, так как, во-первых, они находятся в соединениях, а во-вторых, заключаются в стекловидную оболочку. Органические вещества при этом сжигаются.
Восстановление металлов высокотемпературной плазмой Это термический процесс, который извлекает загрязнения из твердых веществ и почвы в виде металлических и органических газов. Органические газы можно сжигать как топливо, а металлические могут быть восстановлены и рециклированы. Этот и предыдущий процессы, разумеется, очень дороги, и вопрос об их применении каждый раз должен решаться в конкретных обстоятельствах, связанных либо с ценой на восстанавливаемый участок, либо со стоимостью извлекаемых и рециклируемых металлов.
Фитообработка
Значительно более дешев и легок в применении процесс культивации специальных растений, способных забирать корнями или листвой специфические загрязнения и снижать их концентрацию в почве. Сами растения необходимо периодически скашивать и убирать с участка.
Почвенная паровая экстракция
Летучие органические составляющие удаляются из почвы на участке почвенной паровой экстракции с помощью паровых экстракционных скважин. Иногда процесс осуществляется в комбинации со скважинами для инжекции в почву воздуха, с целью отгонки и смыва загрязнений воздушным потоком, после чего производится дальнейшая обработка.
Экстракция растворителями
Иногда для рекультивации почвы, загрязненной однородными по составу веществами, бывает достаточно правильно подобрать растворитель. При этом органические загрязнения растворяются избирательно и затем удаляются из отходов. Растворители меняют в зависимости от обрабатываемых отходов.
Термическая десорбция
Отходы нагревают в контролируемой обстановке до рабочей температуры (обычно менее 550 °C). При таком нагреве органические соединения улетучиваются из почвы. Летучие загрязнения необходимо собирать и подвергать дальнейшей обработке.
В случаях невозможности в ближайшее время восстановить плодородие почв деградированных сельскохозяйственных угодий, земель, загрязненных химическими и радиоактивными веществами свыше допустимой концентрации, а также карантинными вредителями и болезнями растений, допускается консервация земель. При проведении строительных и добывающих работ плодородный слой почвы снимается и используется для улучшения малопродуктивных земель. Не допускается продажа плодородного слоя почвы. Улучшение состояния использования земель осуществляется на основе федеральных, региональных и местных программ использования и охраны земель, повышения плодородия почв, ведения мониторинга земель, государственного земельного кадастра.
Как известно, значительный вред плодородию земель причиняет загрязнение химическими и иными веществами, которые при превышении нормативов их применения вместо пользы наносят вред природе. Закон требует прежде всего от владельцев земельных участков не допускать нежелательных концентраций в почве вредных веществ (пестицидов, удобрений). Утверждены списки веществ, которые применять запрещено. Если они применяются, это серьезные правонарушения, даже преступления, за которые следует строгая юридическая ответственность. Что касается разрешенных к применению веществ, то здесь необходимо соблюдать правила и нормы, порядок транспортировки, хранения и использования, сроки, дозировку.
При соблюдении всех условий указанные вещества не приносят вреда земле, а если и приносят, то в допустимых пределах, т. е. минимально. Так, например, для сельского хозяйства действует перечень химических и биологических средств борьбы с вредителями, болезнями растений, сорняками, регуляторов роста растений, разрешенных для применения в сельском хозяйстве, который ежегодно обновляется.
Перечни устанавливаются соответствующими заинтересованными органами, в данном случае Минсельхозпродом по согласованию с Минздравом и органами охраны окружающей среды. К другим вредным веществам относятся бактериальные и паразитарно-бактериальные вещества. Их применение (в необходимых случаях) одобрено Минздравом и Минсельхозпродом. Участие Минздрава во всех случаях определения этих вредных веществ обязательно, потому что эти вещества затрагивают не только качество почвы, но и здоровье населения. Поэтому их применение регулируется в интересах здоровья людей. В числе вредных веществ далее называются радиоактивные вещества. Это особые и особо опасные случаи загрязнения. Радиоактивные вещества накапливаются в организме животных, людей, в почве, земле, воде, растительности, атмосфере.
Кроме вышеперечисленных мероприятий, важным для человека остается повышение плодородия почвы. Под управлением плодородием почв понимают целенаправленное изменение его составляющих для достижения желаемого (планируемого) функционального состояния. Научной основой управления плодородием является разработка теоретических принципов и методов их материальной реализации, а информационной базой – количественное выражение связей в системе «почва – технология – продуктивность». Задача управления – определение почвенных параметров, требующих изменений до заданных значений, и необходимых для этого технологических приемов и их сочетаний.
Все мероприятия, направленные на повышение плодородия почв, делятся на две категории, поскольку связаны с:
1) непосредственным повышением плодородия почв (прямое воздействие);
2) оптимизацией использования плодородия благодаря организационно-технологической модернизации (косвенный или мобилизующий эффект).
Оптимальные параметры – это такие количественные показатели структурной и функциональной частей почвы, при которых могут быть максимально реализованы потенциальные возможности выращиваемых культур в виде получения наивысшей урожайности при хорошем качестве продукции.
Эти мероприятия представляют собой сознательное нарушение состояния почвы для его последующей стабилизации на новом, более высоком функциональном уровне. При этом вследствие компенсаторных механизмов реакция почвы имеет очень сложный характер, а ее отдельные составляющие изменяются с разной скоростью.
Изменения затрагивают не только непосредственно регулируемый параметр, но и многие другие, причем масштабность и темпы таких изменений зависят от интенсивности управляющего воздействия и от инерционности конкретной почвы. Применение мелиоративных и агрономических приемов должно быть направлено на улучшение структурной и функциональной частей почвы. Только использование их в гармоничном сочетании может гарантировать экологическую и экономическую стабильность систем управления почвенным плодородием.
Вопросы почвенного плодородия имеют большое социально-экономическое значение, так как почва – это главное и незаменимое средство сельскохозяйственного производства. Плодородие зависит не только от естественных свойств почвы, но и от технических средств и труда, вложенных в земледелие для получения высоких урожаев.
Земля, если с ней правильно обращаться, постоянно улучшается. Последовательные вложения капитала в улучшение почв дают прибыль без потери предыдущих затрат. В этом отношении почва как средство производства принципиально отличается от других средств производства.
Под технологическими мероприятиями в области санитарной охраны почвы следует подразумевать комплекс мероприятий, направленных на выбор наименее опасной технологической схемы сбора и удаления бытовых отходов, а также широкое внедрение технологических схем с безотходным или малоотходным производством (т. е. таких производственных процессов, при которых сводятся к минимуму образование и накопление отходов и содержание в них токсических веществ).
По характеру сбора бытовых отходов различаются следующие технологические системы:
1) унитарная (сбор всех видов отходов осуществляется в одну общую тару, а удаление их для обезвреживания производится совместно);
2) раздельная (предусматривает сбор отходов в отдельную тару для пищевых отходов, вторичного сырья и прочего мусора и раздельный вывоз их специализированными видами транспорта на месте переработки).
По характеру удаления твердых бытовых отходов из районов сбора на места обезвреживания различают две технологические системы: вывозную и бестранспортную. Бестранспортная система предусматривает пневматическое удаление отходов либо удаление твердых отходов по канализационной системе после предварительного дробления их в струе воды специальными дробилками в квартире или во дворе.
При вывозной системе сбор и удаление бытовых отходов осуществляются двумя методами: планово-подворным и планово-поквартирным.
При первом методе отходы из квартирных мусоросборников выгружаются жителями в промежуточные емкости, расположенные на территории домовладения или учреждения для временного хранения до момента вывоза этих отходов на места обезвреживания. При наличии мусоропровода мусор из квартирных сборников помещается в сборники разового пользования, либо в несменяемые мусоросборные тележки, либо в сменные или несменяемые контейнеры.
Планово-поквартирный метод очистки предусматривает перегрузку жителями отбросов из квартирных сборников непосредственно в приемный бункер мусоровоза.
При планово-подворном методе в зависимости от количества обслуживаемого населения, плотности и этажности застройки, наличия в зданиях мусоропровода, способа погрузки и вывоза отходов применяется шесть технологических схем сбора и удаления твердых бытовых отходов:
1) из квартирных сборников отходы переносят в сборники малой вместимости (35–40 л), а затем в собирающийся мусоровоз с уплотняющим отходы устройством;
2) из квартирных сборников отходы по мусоропроводам или вручную переносятся в сборники разового пользования, а затем происходит механизированная погрузка в мусоровоз с уплотняющим устройством;
3) из квартирных сборников отходы перегружаются в несменяемые мусоросборные тележки, затем происходит механизированное опорожнение их в мусоровоз, уплотнение в нем отходов и их транспортировка;
4) из квартирных сборников или по мусоропроводам отходы перегружаются в сменные контейнеры. Заполненные контейнеры устанавливаются на машину, а порожние оставляют;
5) из квартирных сборников отходы перегружаются в несменяемые контейнеры, затем производятся механизированное опорожнение контейнеров в мусоровозы, уплотнение и транспортировка отходов;
6) из квартирных сборников отходы перегружаются в съемные кузова-контейнеры, погружаются на платформы контейнерных машин и транспортируются далее.
Планово-подворный метод рекомендуется применять в жилых районах многоэтажной застройки, а также для очистки от отходов учреждений и предприятий сети обслуживания. Этот метод имеет ряд гигиенических преимуществ, так как позволяет отказаться от временного хранения бытовых отходов, тем самым улучшает санитарное состояние почвы жилых территорий и обеспечивает возможность увеличения площади зеленых насаждений.
Планово-поквартирный метод может быть применен при высокой плотности застройки и отсутствии свободных территорий под площадки и помещения для мусоросборников, при незначительной (2 этажа) высоте жилых зданий и достаточном количестве технически исправного транспорта.
Основным вопросом, который решается с помощью планировочных мероприятий по санитарной охране почвы, является правильность отвода участка для строительства сооружений по обезвреживанию и утилизации отходов и соблюдение санитарно-защитных зон вокруг них.
Планировочные мероприятия – научно обоснованные мероприятия с соблюдением размеров санитарно-защитных зон между очистными сооружениями и жилыми зданиями, местами водозабора, выбора схем движения спецавтотранспорта, выбора земельных участков под очистные сооружения.
Одним из решающих факторов обеспечения охраны окружающей среды является экологическая экспертиза, проводимая в стране более 10 лет. Экологическая экспертиза представляет собой самостоятельный вид экологического контроля, она имеет чисто предупредительное значение, ибо, как правило, совершается до начала экологически вредной деятельности, а также она выступает гарантом выполнения эколого-правовых предписаний. Цель экологической экспертизы – обеспечение предупреждения вредных последствий хозяйственной деятельности для охраны окружающей среды, здоровья человека, экологической безопасности общества, задача – оценка степени экологического воздействия конкретного хозяйственного объекта на окружающую среду и здоровье человека.
Субъектами государственной экологической экспертизы должны выступать, как правило, три стороны: заказчик, подрядчик, потребитель. Заказчиками являются властная государственная структура, наделенная соответствующим правом назначать подобную экспертизу: Минприроды и его территориальные органы, а в необходимых случаях – правительственные органы Федерации либо субъектов Федерации.
Подрядчиком является исполнитель задания по экологической экспертизе. Им может стать научно-исследовательский институт или подобное ему учреждение, которому будет поручено провести экспертизу, или самостоятельная комиссия, подобранная компетентным органом и утвержденная им. Потребителем в данной системе общественных отношений следует назвать предприятие, организацию, учреждение, объект которых стал предметом экспертного анализа.
Под объектом экологической экспертизы понимаются документы, предшествующие производственно-хозяйственной, рекреационной и иной деятельности, негативно воздействующей на природную среду и здоровье человека, сама вышеназванная деятельность и ее продукты. Обязательной государственной экспертизе также подлежат экологические обоснования лицензий и сертификатов, проекты нормативной технической и инструктивно-методической документации в части охраны окружающей среды и использования природных ресурсов.
Особым объектом экологической экспертизы является человек, его жизнь и здоровье во взаимосвязи с окружающей средой. Такая экспертиза называется эколого-санитарной. Ее задача – установить причинную связь между состоянием здоровья человека, его изменениями и вредным воздействием окружающей среды под влиянием антропогенной деятельности. Проведение эколого-санитарной экспертизы имеет принципиальное значение для решения вопроса о возмещении вреда здоровью граждан от неблагоприятного воздействия окружающей среды.
Близко к ней стоит эколого-нормативная экспертиза. Ее задача – исследовать соответствие требованиям экологической безопасности нормативов качества окружающей природной среды, предельно допустимых концентраций, выбросов, сбросов вредных веществ, предельно допустимого уровня радиационного воздействия, воздействия шума, вибрации, магнитных полей. В процессе такой экспертизы проверяется эффективность показателей качества окружающей природной среды с точки зрения здоровья человека, охраны его генетического фонда.
Самостоятельное значение приобретает эколого-правовая экспертиза. Ее объектами являются законы, указы, правительственные постановления и распоряжения, нормативные акты министерств и ведомств, нормативные акты субъектов Федерации, принимаемые ими в рамках отведенной компетенции. Необходимость проведения эколого-правовой экспертизы вытекает из обязанности экологизации действующего законодательства, возложенной Законом РФ об охране окружающей природной среды на законодательные и нормотворческие органы.
Назначение экспертизы зависит от ее вида. Минприроды организует экологическую экспертизу, обосновывающую объявление территорий зонами экологического бедствия и чрезвычайных экологических ситуаций. По остальным проектам строительства, реконструкции, расширения, ликвидации объектов хозяйственной деятельности и иной деятельности экспертные комиссии создаются в территориальных органах охраны окружающей природной среды.
В зависимости от объема и характера экспертной деятельности проведение экспертизы поручается экспертной комиссии, состав которой утверждается приказом по Минприроды или научно-исследовательскому учреждению (в том числе высшему учебному заведению по профилю). Экспертиза может быть поручена и отдельному специалисту, если это вытекает из объема и качества выполняемой работы.
В составе представляемых на экспертизу материалов должны быть:
1) оценка воздействия на окружающую среду намечаемой деятельности (ОВОС);
2) положительные заключения и согласования органов федерального надзора и контроля и органов местного самоуправления;
3) материалы обсуждений объекта с гражданами и общественными объединениями.
Основная задача экспертной комиссии состоит в сборе, обобщении и оценке информации. По ряду объектов экспертизы представление подобного рода экологической информации вменяется в обязанность потребителя. Предварительное заключение экспертной комиссии, подготовленное и подписанное комиссией, доводится до сведения населения, общественных объединений, заинтересованных в проекте. Заключение экспертной комиссии по экологической экспертизе утверждается руководителем компетентного государственного органа специальной компетенции – министром, заместителем министра по охране окружающей среды и природных ресурсов, председателем комитета, его заместителем края, области, города, района. С утверждением заключения экспертной комиссии выводы экологической экспертизы приобретают юридическую силу. Они становятся обязательными для всех участников экологических отношений.
Заключение общественной экологической экспертизы направляется в Госкомэкологии и его органам, заказчику, органам, принимающим решение о реализации объектов экологической экспертизы, органам местного самоуправления, может передаваться другим заинтересованным лицам. Заключение может публиковаться в средствах массовой информации.
Основным критерием гигиенической оценки загрязнения почв химическими веществами является предельно допустимая концентрация (ПДК), или ориентировочно допустимая концентрация (ОДК) химических веществ в почве. Оценка степени опасности загрязнения почвы химическими веществами проводится по каждому веществу с учетом следующих общих закономерностей.
1. Опасность загрязнения тем выше, чем больше фактическое содержание компонентов загрязнения почвы превышает ПДК, что может быть выражено коэффициентом Ко = С / ПДК, т. е. опасность загрязнения тем выше, чем больше Ко превышает единицу.
2. Опасность загрязнения тем выше, чем выше класс опасности контролируемого вещества, его персистентность, растворимость в воде и подвижность в почве и глубина загрязненного слоя.
3. Опасность загрязнения тем больше, чем меньше буферная способность почвы, которая зависит от механического состава, содержания органического вещества, кислотности почвы. Чем ниже содержание гумуса, pH почвы и легче механический состав, тем опаснее ее загрязнение химическими веществами.
При загрязнении почвы одним веществом неорганической природы оценка степени загрязнения проводится с учетом класса опасности компонента загрязнения, его ПДК и максимального значения допустимого уровня содержания элемента (Кmax).
Оценка уровня химического загрязнения почвы как индикатора неблагоприятного воздействия на здоровье населения проводится по показателям, разработанным при сопряженных геохимических и геогигиенических исследованиях окружающей среды городов с действующими источниками загрязнения. К таким показателям относятся: коэффициент концентрации химического вещества (Кс), определяющийся отношением фактического содержания определяемого вещества в почве (Сi) (в мг/кг почвы) к региональному фоновому (Сфi): Кс = Сi / Сфi и суммарный показатель загрязнения (Zс), равный сумме коэффициентов концентраций химических элементов-загрязнителей и выраженный формулой:
Zc = (Kсi + …+Kcn) – (n – 1),
где п – число определяемых суммируемых веществ;
Kсi – коэффициент концентрации i-ro компонента загрязнения.
Оценка степени опасности загрязнения почв комплексом металлов по показателю Zс, отражающему дифференциацию загрязнения воздушного бассейна городов как металлами, так и другими наиболее распространенными ингредиентами (пылью, окисью углерода, окислами азота, сернистым ангидридом), проводится по оценочной шкале.
Оценка неблагоприятных последствий загрязнения почв при их непосредственном воздействии на организм человека важна для случаев геофагии у детей, играющих на загрязненных почвах. Такую оценку проводят по наиболее распространенному в населенных пунктах загрязняющему веществу – свинцу, повышенное содержание которого в почвах города, как правило, сопровождается увеличением содержания и других элементов. При систематическом нахождении свинца в почве игровых площадок в пределах 300 мг/кг можно ожидать изменение психоневрологического статуса у детей. Безопасным считается загрязнение свинцом на уровне ПДК в почве.
Сюда относится санитарное число Хлебникова – это отношение азота гумуса к общему азоту. Общий азот – это азот гумуса плюс азот загрязнений. Почва считается чистой, если санитарное число приближается к 1.
Для санитарно-гигиенической оценки почвы также важно знать содержание таких показателей загрязнения, как нитриты, соли аммиака, нитраты, хлориды, сульфаты. Их концентрация (или доза) должна сравниваться с контрольной для данной местности почвой. Производится оценка почвенного воздуха на предмет содержания в нем водорода и метана наряду с углекислым газом и кислородом.
Химическими показателями процессов разложения азотсодержащего органического вещества в почве являются аммиачный и нитратный азот. Аммонийный азот, нитратный азот и хлориды характеризуют уровень загрязнения почвы органическим веществом. Оценку почв по этим показателям целесообразно осуществлять в динамике или путем сравнения с незагрязненной почвой (контроль).
В загрязненной почве на фоне уменьшения истинных представителей почвенных микробиоценозов (антагонистов патогенной кишечной микрофлоры) и снижения ее биологической активности отмечается увеличение положительных находок патогенных энтеробактерий и геогельминтов, которые более устойчивы к химическому загрязнению почвы, чем представители естественных почвенных микробиоценозов. Это является одной из причин необходимости учета эпидемиологической безопасности почвы в населенных пунктах. С увеличением химической нагрузки может возрастать эпидемическая опасность почвы.
Оценка санитарного состояния почвы проводится по результатам анализов почв на объектах повышенного риска (в детских садах, на игровых площадках, в зонах санитарной охраны и т. п.) и в санитарно-защитных зонах по санитарно-бактериологическим показателям.
1. Косвенные показатели характеризуют интенсивность биологической нагрузки на почву. Это санитарно-показательные организмы группы кишечной палочки (БГКП колинндекс) и фекальные стрептококки (индекс энтерококков)). В крупных городах с высокой плотностью населения биологическая нагрузка на почву очень велика и, как следствие, высоки индексы санитарно-показательных организмов, что наряду с санитарно-химическими показателями (динамикой аммиака и нитратов, санитарным числом) свидетельствует об этой высокой нагрузке.
2. Прямые санитарно-бактериологические показатели эпидемической опасности почвы связаны с обнаружением возбудителей кишечных инфекций (возбудителей кишечных инфекций, патогенных энтеробактерий, энтеровирусов).
Из всех объектов окружающей среды почва наиболее часто и интенсивно загрязняется возбудителями кишечных паразитарных заболеваний (как-то гельминтозы, лямблиоз, амебиаз и др.). Почва для яиц геогельминтов (аскарид, власоглавов, токсокаров, анкилостомид, стронгилоидов и др.) является неотъемлемой средой прохождения их биологического цикла развития и местом временного пребывания для яиц биогельминтов (это описторхи, дифиллоботрииды, тенииды и др.), а также цист кишечных патогенных простейших (криптоспоридий, изоспор, лямблий, балантидий, дизентерийной амебы и др.).
Наиболее часто загрязнение почв города возбудителями паразитарных болезней обнаруживается на территории дворов, детских дошкольных и школьных учреждений, улиц около мусоросборников, вокруг туалетов, в местах выгула домашних животных (кошек и собак), скверах, бульварах, парках и лесопарках. Из загрязненной почвы возбудители паразитарных болезней могут попадать на руки, одежду, овощи, фрукты, ягоды, столовую зелень, воду поверхностных водоисточников, что создает условия для повышенного риска заражения людей и животных.
Прямую угрозу здоровью населения представляет загрязнение почвы жизнеспособными оплодотворенными и инвазионными яйцами аскарид, власоглавов, токсокар, анкилостомид, личинками стронгилоидов, а также онкосферами тениид, цистами лямблий, изоспор, балантидий, амеб, ооцистами криптоспоридий; опосредованную – жизнеспособными яйцами описторхисов, дифиллоботриид.
При оценке эпидемической опасности и степени загрязнения почвы возбудителями паразитарных болезней определяют:
1) вид возбудителей;
2) их жизнеспособность и инвазионность;
3) экстенсивный показатель загрязнения: «А» – отношение числа положительных проб, «Б» – пробы почвы, в которых обнаружены возбудители паразитарных болезней, к общему числу исследованных проб («С») в процентах: А = Б / С x 100;
4) интенсивный показатель загрязнения – общее содержание возбудителей паразитарных болезней в 1 кг (или 100 г) почвы.
Подсчитывают число личинок и куколок мух. Синантропные мухи (комнатные, домовые, мясные и др.) имеют важное эпидемиологическое значение как механические переносчики возбудителей ряда инфекционных и инвазионных болезней человека (цист кишечных патогенных простейших, яиц гельминтов и др.) на территории населенных мест в общественных и частных домовладениях, пищевых и торговых предприятиях, пунктах частного и общественного питания, в зоопарке, местах содержания служебных и спортивных животных (лошадей, собак), на мясных и молочных комбинатах и т. п.
Наиболее вероятными местами появления личинок, мух являются скопления разлагающихся органических веществ (мусоросборники разных типов, уборные, свалки, иловые площадки и др.) и почвы вокруг них на расстоянии до 1 м. Критерием оценки санитарно-энтомологического состояния почвы является отсутствие или наличие преимагинальных (личинки и куколки) форм синантропной мухи на площадке размером 20 x 20 см. Наличие личинок и куколок в почве населенных мест является показателем неудовлетворительного санитарного состояния почвы и указывает на плохую очистку территории, неправильный в санитарно-гигиеническом отношении сбор и хранение бытовых отходов, их несвоевременное удаление.
Основными интегральными показателями биологической активности почвы являются:
1) общая микробная численность (ОМЧ);
2) численность основных групп почвенных микроорганизмов (почвенных, сапрофитных бактерий, актиномицетов, почвенных микромицетов);
3) показатели интенсивности трансформации соединений углерода и азота в почве (дыхание почвы, санитарное число, динамика азота аммиака и нитратов в почве, азотфиксация, аммонификация, нитрификация и денитрификация);
4) динамика кислотности и окислительно-восстановительного потенциала в почве, активность ферментативных систем и другие показатели.
В чистой почве преобладают желто-зеленые водоросли, в загрязненной – сине-зеленые и красные водоросли.
Необходимо знать уровень радиации и содержание радиоактивных элементов.
Предельно допустимые концентрации при нормировании химических веществ в почве – это тот предел количества вещества, при миграции которого из почвы в растения, подземные воды, атмосферный воздух не будут превышены ПДК, установленные для этих сред. Так, почву можно считать незагрязненной по показателям биологической активности при изменениях в микробиологических показателях не более 50 % и биохимических – не более 25 % по сравнению с такими же для контрольных, принятых в качестве чистых незагрязненных почв.
В основе рациональной санитарной охраны окружающей среды, в частности почвы, лежат следующие принципы.
1. Выделение и использование средств из федерального бюджета, бюджетов субъектов Российской Федерации, местных бюджетов, а также средств, поступающих в порядке штрафов и из иных источников, на восстановление плодородия почв, проведение агротехнических, лесомелиоративных и иных почвозащитных мероприятий, на благоустройство территории поселений, развитие федеральной и межпоселковой инженерно-транспортной инфраструктуры в соответствии с федеральными, региональными и местными программами.
2. Освобождение от платы за земельные участки, находящиеся в стадии сельскохозяйственного освоения, на период, предусмотренный проектом производства работ, а также занятые противоэрозионными, пастбищезащитными и полезащитными лесонасаждениями.
3. Компенсация убытков, причиненных снижением доходов в результате временной консервации земель, нарушения использования земель вследствие стихийных бедствий, передачи земель под государственные и лесные муниципальные защитные насаждения и иные природоохранные объекты.
Допускается полная или частичная компенсация собственникам, владельцам, пользователям и арендаторам земельных участков произведенных ими затрат на использование и охрану земель, повышение плодородия почв. Она производится за счет средств федерального бюджета, бюджетов субъектов Российской Федерации, местных бюджетов в соответствии с федеральными, региональными и местными программами.
При небрежном использовании сельскохозяйственные земли страдают сильнее, чем другие категории земель. Например, химическое загрязнение земель промышленности во многих случаях не препятствует сложившемуся способу их использования. Химическое же загрязнение сельскохозяйственных или лесных земель способно надолго вывести их из строя. Тем не менее правовые требования охраны и рационального использования касаются не только сельскохозяйственных и лесных, но также иных земель.
4. Необходимость экономического стимулирования предусматривается не для всяких хозяйственных мер землепользователя, направленных на охрану, защиту и воспроизводство плодородия почв, а только таких, которые имеют непреходящее значение.
5. Под необходимостью восстановления земель, нарушенных не по вине пользователей земли, подразумевается прежде всего рекультивация земель, ранее временно предоставленных горным предприятиям, изыскательским партиям и другим пользователям. Но средства для рекультивации выделяются (в том числе из госбюджета) не пользователям земли, а организациям, повредившим эти земли, на которые возлагается обязанность провести рекультивацию земель и передать их пользователю. Главным здесь надо считать обязательство государства предоставить (вернуть) рекультивированную землю прежнему пользователю земли, который будет иметь экономический стимул для ее дальнейшего использования.
Этим обеспечивается стабильность использования земли. Более того, если пользователь земли знает, что земля будет ему возвращена, он будет уделять внимание проекту рекультивации и качеству работ; можно ждать, что он проявит необходимый интерес к своему будущему землепользованию, начиная со стадии отвода части его земли во временное пользование.
6. Освобождение от платы за земельные участки, находящиеся в стадии сельскохозяйственного освоения, на период, предусмотренный проектом производства работ.
Это правило исходит из того, что в период освоения новых или мелиорирования уже используемых земель эти угодья являются бесхозными.
7. Частичная компенсация средств пользователя земли из госбюджета за снижение дохода, которое произошло в результате временной консервации земель, нарушенных не по вине пользователя угодий. Здесь приводится ситуация, сходная с временным изъятием сельскохозяйственных земель для горнодобывающих предприятий или изыскательских работ. Возможны и другие случаи консервации земли в случае ее химического отравления соседними промышленными производствами, прекращения ведущихся на ней мелиоративных работ, непредвиденного подтопления или засоления и т. п. Однако в двух последних случаях уместна помощь пострадавшему хозяйству не за счет госбюджета, а за счет госстраха.
8. Материальное поощрение пользователей земли, выполнивших работы по улучшению качества земель, повышению плодородия почв и продуктивности земель лесного фонда.
Но если проанализировать действия государственных органов, то можно увидеть три основные формы поощрения, такие, как:
1) льгота при плате за землю;
2) возмещение за счет госбюджета части или полной стоимости капитальных работ, выполненных пользователем угодий;
3) принятие на счет госбюджета всех или части расходов пользователя земли, необходимых для поддержания результатов проделанных работ.
В финансовом отношении наиболее приемлема для госбюджета первая форма. Она должна заключаться в том, что, несмотря на повысившийся чистый доход, получаемый пользователем угодий, ставка земельной платы не должна повышаться по крайней мере в течение того срока, за который окупятся сделанные вложения. После истечения этого срока повышение ставки платежей должно быть умеренным с тем, чтобы пользователь земли смог регулярно получать прибыль на ту сумму средств, которую он затратил.
Вторая и третья формы желательны в тех случаях, когда сравнительно небольшая поддержка со стороны госбюджета будет стимулировать пользователей земли вкладывать собственные средства в мероприятия по капитальному улучшению и защите своих угодий.
Эти формы могут служить альтернативой односторонним мелиоративным и защитным работам, полностью выполняемым за счет государства. В этих случаях государство может претендовать на часть тех земельных доходов, которые возросли в результате проведения мелиоративных работ.
Во всех случаях проведение в жизнь рассматриваемой нормы требует резкого повышения авторитета государственной землеустроительной службы. Эта служба должна не только удостоверять сам факт и полезность результатов проводимых пользователями земли работ, их стоимость, влияние на окружающие земли и тому подобные обстоятельства. Землеустроительная служба должна заранее знакомиться с проектами мелиорации и защиты земель, согласовывать места, сроки и порядок выполнения работ, контролировать их проведение, брать на себя ответственность за их результаты.
Установление повышенных цен на экологически чистую продукцию
Государство могло бы гарантировать пользователям земли более высокие цены за экологически чистую продукцию, закупаемую только бюджетными организациями (больницами, школами, детскими домами и т п.), чью деятельность государство вправе и обязано контролировать. Но в отношении основной массы потребителей такая гарантия весьма проблематична.
Более реальное воздействие на пользователей земли государство могло бы осуществить иным путем, а именно выдавая (от имени землеустроительной службы) сертификаты, удостоверяющие экологически выдержанную технологию производства на землях определенных хозяйств. На основе таких сертификатов хозяйства могли бы искать покупателей своей продукции, ценящих ее качество, и требовать за эту продукцию более высокую цену.
Внедрение такого порядка требует возложения на землеустроительную службу дополнительной обязанности – обеспечения контроля над химизацией земледелия. По-видимому, такой контроль был бы уместен, так как позволил бы сосредоточить все земельно-контрольные функции в руках одной государственной организации.