Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Явище грунтовтоми не спостерігається в природних незайманих біогеоценозах. Воно є типовою ознакою антропогенної трансформації едафотопів.

Втомлений грунт – хворий грунт, який має ознаки глибоких патогенних змін. За даними міжнародної організації ФАО, щорічний недобір врожаю від грунтовтоми складає майже 25%, при цьому більш як 1 млн 250 тис. га ріллі – втомлена земля.

Токсикоз грунтів – ширше поняття, яке включає прояв пригнічення росту рослин на цілинних і окультуренних грунтах не тільки в монокультурі, а й у сівозмінах. Причиною токсикозу грунтів найчастіше виступає мікрофлора, яка виділяє фітотоксини. Серед відомих фітотоксинів найбільш негативно діють антибіотики (циклогек-самід, азазерин, окситетрациклін, стрептоміцин, поліміксінова кислота та пеніцилін), алкалоїди та деякі гетероциклічні сполуки. Загальновідома токсичність кумарину, який гальмує проростання насіння в нищівно малих концентраціях. Саме кумарин найчастіше використовують для порівняльного тестування інших фітотоксинів. Багаторічними дослідженнями М.С.Авдоніна було встановлено, що тривале застосування азотних добрив окремо і разом з калійними на кислих дерново-підзолистих грунтах призводить до різкого погіршення їх родючості і падіння вражайності без помітної зміни агрохімічних властивостей. Авдонін назвав це явище прихованою негативною дією мінеральних добрив на кислих грунтах. Проте мікробіологічні дослідження показали, що при майже незмінних агрохімічних властивостях відбувається різка трансформація мікробоценозу, особливо грибів-мікроміцетів, в бік домінування токсиноутворюючих форм. Було доведено, що застосування як разових надлишкових доз добрив, так і тривале внесення добрив у малих концентраціях провокує токсикоз. Слід зауважити, що це явище не проявляється, коли мікробоценоз знаходиться в стані гомеостазу.

Інтенсивне сільськогосподарське виробництво виснажує грунти, особливо в умовах, коли польові сівозміни насичені просапними культурами. З урожаєм з біологічного кругообігу назавжди виноситься значна частка біофільних елементів. Внесення добрив, на жаль, не може повністю компенсувати ці втрати. У середині минулого століття спотворені форми господарювання поховали травопільну систему землеробства, яка дозволяла підтримувати і покращувати родючість грунтів та вирішувала кормову проблему тваринництва. А саме трави здатні нівелювати негативний баланс поживних речовин. Системи землеробства майбутнього обов'язково повинні стати природоохоронними, тобто основаними на раціональному комбінуванні безполицевого обробітку та травосіяння з введенням полівидових угруповань. Механічний і хімічний обробіток едафотопів мусить бути мінімалізований.

12.4. Порушення водного і хімічного режиму едафотопів

12.4.1. Опустелювання грунтів

Важко переоцінити абсолютну потребу екологічних систем у доступній волозі для створення живої рослинної біомаси (в т.ч. і врожаю). Якщо прийняти потребу фітобіомаси в мінеральних речовинах за 1, то потреба у воді сягатиме 100000. Волога є найважливішим фактором грунтової родючості. Оптимальна вологість грунтів для більшості рослин знаходиться в межах 100-60% від польової (найменшої) вологоємності. Фактична вологість грунтів пустель і степів зазвичай є нижчою від оптимуму, нижчою від коефіцієнту в'янення і часто знаходиться на рівні повітряної сухості. У пустелях і посушливих степах потенційне і фізичне випаровування залишає грунт без продуктивної вологи взагалі. Відповідно до цього продуктивність пасовищ і полів цих ландшафтів низька і часто нульова.

До 40-45% поверхні земної суші не забезпечені регулярним атмосферним зволоженням і представлені пустелями і посушливими степами. Це результат постльодовикового процесу аридизації суші та зменшення атмосферних опадів до 200-50 мм/рік. Однак до 10-15% поверхні суші піддаються опустелюванню в результаті помилкових дій людини. Знищення лісів і чагарників на паливо, на будівництво, при підсічному (вогняному) землеробстві різко зменшує надходження і запаси вологи в грунтах. Занадто висока чисельність поголів'я тварин (овець, великої рогатої худоби, верблюдів, коней) призводить до порушення дернини, переущільнення, безструктурності і кіркування поверхні грунтів. Едафотопи деградують. Щорічно у світі піддається опустелюванню 5-7 млн. га продуктивних земель. Частота і суворість посушливих років зростає як на рівнинах Євразії і Африки, так і в пампасах і преріях Південної та Північної Америки. Великі масиви піщаних грунтів на рівнинах Азії, Африки, південного сходу Європи в минулому були вкриті трав'янисто-чагарниковою псамофітною рослинністю. Піски були закріплені цією рослинністю, але кочівники-тваринники й осідле населення зрошуваних оазисів в пустелях знищили цю рослинність, піски почали розвіюватися вітрами, утворюючи рухомі бархани та дюни. Значні масиви рухомих пісків виникли навколо населених пунктів, повз доріг та колодязів. Простори піщаних пустель сьогодні є гірким прикладом руйнування біосфери та її локальних екосистем. Необхідні значні капіталовкладення та глобальні заходи по закріпленню рухомих пісків. Зупинити опустелювання нових територій можна створенням лісозахисних смуг та лісонасадженням, фітомеліорацією, врегулюванням поголів'я худоби згідно біопродуктивності угідь, відмовою від оранки схилових грунтів, розумним чергуванням чистих і зайнятих парів, підтримкою структурності едафотопів, снігозатриманням, застосуванням безполицевого обробітку з періодичним глибоким розпушенням верхніх горизонтів грунту.

12.4.2. Селі та зсуви

Горбисті і гірські ландшафти на нашій планеті займають до 30-35% площі суші. У природних і малопорушених людиною умовах ці території зазвичай вкриті різноманітною лісовою, чагарниковою і трав'янистою рослинністю, що росте на схилових грунтах з малопотужним профілем. У порівнянні з рівнинами, передгір'я і гори були завжди більш забезпечені вологою, не страждали від посух і заболоченості, тому інтенсивно використовувались людиною.

Гірські ландшафти з їх грунтами та рослинами відігравали і відіграють вельми значну роль в режимі біосфери: біогенна фіксація вуглекислоти й азоту, емісія кисню, утворення величезних запасів біомаси та біофільних елементів, накопичення та повільне танення снігових мас, інфільтрація атмосферної вологи, запаси та постійне живлення стоку річкових і підземних вод на рівнинах. Але власне ці природні багатства гір і передгірь розкрадались, знищувались або непоправно руйнувались людиною, особливо в XIX і XX століттях. Ліси в горах вирубувались на паливо, на будівництво та потреби транспорту, індустрії, винищувались пожежами і дорогами. Все це корінним чином змінило гідрологічний режим гірських ландшафтів. Без рослинного деревного покриву танення снігових мас стало прискореним. Стік зливових вод набув катастрофічного характеру.

Грунти оголених схилів змиваються настільки інтенсивно, що за 3-5 років зникають всі генетичні горизонти, а на поверхню виходить гірська порода. Водний потік, що спочатку змив значну частину дрібнозему з поверхні схилових грунтів, набравши швидкості, змітає в гірських долинах на свому шляху все: мости, поля, сади, отари тварин, населені пункти. Ця стихія отримала назву "селі".

Головними причинами деградації зрошуваних грунтів служать бездренажне зрошення, великі втрати води на фільтрацію, будівництво зрошувальних каналів без гідроізоляції, перевищення зрошувальних норм, неконтрольована подача води, поливи мінералізованою водою.

У зрошувальних системах світу більше половини води витрачається не за призначенням. Засоленню піддаються насамперед ті грунти, де зрошувальні системи не мають дренажних пристроїв. Зрошувальні води при фільтрації викликають підвищення рівня грунтових вод. їхнє підняття і випаровування супроводжується нагромадженням солей у грунтовому профілі. Крім вертикального, варто брати до уваги і горизонтальний рух солей, викликаний розходженням положення ділянок за рельєфом чи комплексністю грунтового покриву.

Найтоксичнішим є содове засолення. Воно викликає різку зміну реакції грунтового розчину (рН 9-11), складу поглинених катіонів, приводить до пептизації колоїдів, підвищує мобільність органічної речовини, погіршує водно-фізичні властивості грунту, його структурний стан. У чорноземах при зрошенні вихідна водостійка зерниста чи дрібногрудкувата структура орного шару швидко руйнується. З'являється брилистість, злитість, схильність до утворення поверхневої кірки після поливів і дощів. Процес злитогенезу веде до зниження вмісту доступної рослинам вологи, до погіршення повітрообміну, ускладнює їх обробіток, дренування і промивання від солей.

Для зрошення придатні води з концентрацією солей до 1 г/л. Більшість річок, води яких використовували для зрошення в нашій країні, мали концентрацію солей 0,2-0,3 г/л. У даний час мінералізація води в деяких ріках збільшилася до 0,8-1,5 г/л, при цьому карбонатно-кальцієвий склад її став мінятися на сульфатно-магнієвий, сульфатно-натрієвий, хлоридно-натрієвий і карбонатно-натрієвий. Це зв'язано із зарегулюванням стоку рік, збільшенням стоку дренажних і промислових вод, зростанням ролі випаровування. У практиці ряду країн (Єгипет, Алжир, Туніс, Марокко, Пакистан, Індія та ін.) є досвід використання для поливу високомінералізованих вод (5-6 г/л), але тільки в умовах гарного дренажу і промивного водного режиму. Гранично припустимою мінералізацією для зрошення грунтів середнього і важкого гранскладу вважають 2-3 г/л, а для супіщаних і піщаних – 10-12 г/л (В. А. Ковда, 1981). Особливо небажана присутність у поливній воді гідрокарбонату натрію. Прийнято, що вода з його вмістом менш 1,2 мг-екв/л придатна для зрошення, 1,25-2,5 – умовно придатна, більш 2,5 – непридатна. Води підвищеної мінералізації й особливо лужні викликають вторинне осолонцювання грунтів.

З підвищенням концентрації солей у воді змінюється режим зрошення. На кожен 1 г солі в зрошувальній воді необхідно додавати на дренажний стік 5-10% водозабору, при цьому потреба в дренажі і вегетаційних промиваннях зростає. При содових зрошувальних водах з концентрацією 0,3-1,5 г/л частка виводу дренажних вод підвищується до 30-50% від водозабору. При цьому доцільним є застосування хімічної меліорації води чи грунтів.

Щоб уникнути втрат поливної води і вторинного засолення, рекомендують: 1) закриту мережу каналів, що виключає фільтрацію води; 2) дренажні споруди, що забезпечують утримання солоних грунтових вод на глибині не ближче 1,5-3 м; 3) капітальні промивання грунтів, якщо вони засолені, для вилучення солей з кореневмісного шару; 4) регулярні вегетаційні поливи з дренажними водовідводами (В.А Ковда, 1981).

Для охорони грунтів від содового засолення і злитості бажана хімічна меліорація (внесення гіпсу), застосування фізіологічно кислих і сірковмісних добрив, введення в сівозміну багаторічних трав. Режим зрошення повинен виключати перезволоження і пересушення грунтів. При зрошенні необхідна висока культура землеробства, суворе дотримання технологічних норм. Необхідна організація постійно-діючої контрольної служби на зрошувальних системах з метою моніторингу водно-сольового режиму зрошувальних грунтів, їх структурного і гумусного стану для запобігання їх деградації та підтримки високої родючості.

12.4.4. Вторинна кислотність грунтів

Для більшості сільськогосподарських рослин оптимальна реакція грунтів знаходиться в інтервалі рН 6,5-8,0. Грунти промивного водного режиму (буроземи, підзоли, жовтоземи, фералітні тропічні) володіють підвищеною кислотністю (рН 5-6, обмінний водень, токсичний рухомий алюміній). Ще вища кислотність болотних грунтів змінного окисно-відновного режиму (рН іноді 3-4). Природа грунтової кислотності була детально розглянута в розділі 7.4.

Родючість і загальна біопродуктивність кислих грунтів тим нижче, чим вище їх кислотність. Протягом останніх 3-4 десятиліть спостерігається різке підвищення кислотності атмосферних опадів, озерних вод, поверхневого стоку і грунтів. Це пов'язано з осіданням вугільної, сірчаної, азотної і навіть соляної кислот, що утворюються з газів, якими забруднюють атмосферу транспорт, індустріальні підприємства, теплоелектростанції тощо.

Кислотні дощі нищать ліси на всій планеті, збільшують кислотність грунтів на 1-2 одиниці рН. При цьому в грунтах і грунтових водах різко зростає концентрація токсичних для людей сполук алюмінію, ртуті, свинцю, кадмію. Вапнування понижує кислотність едафотопів, але лише тимчасово, оскільки кислотні дощі і надалі випадають. Необхідні абсолютно нові промислові технології. Прийшов час відмовитись від спалювання палива, яке супроводжується викидами оксидів сірки й азоту. Різко зростає кислотність осушених сульфідних боліт півночі, приморських низовин, мангрових і маршевих грунтів субтропічного і тропічного поясів. Окиснення сульфідів заліза і марганцю (без вапнування) супроводжується утворенням сірчаної кислоти і зниженням рН іноді до 2-3.

Помітну роль в збільшенні вторинної кислотності орних грунтів відіграє неконтрольоване застосування фізіологічно кислих добрив без одночасного вапнування. Негативні наслідки природної, а особливо вторинної кислотності грунтів недооцінювались. Погіршення стану рослинності, особливо масова загибель лісів наносить велику шкоду біосфері всієї планети. Сьогодні потрібні довготривалі цільові програми попередження і ліквідації кислотності грунтів, рік і озер всієї планети. Без цього зберегти ліси і збільшити урожайність на грунтах нечорноземних зон буде неможливо.

12.4.5. Охорона грунтів від переосушення

Досить розповсюдженою є ще одна форма деградації грунтів – переосушення. Воно спостерігається при реалізації необдуманих меліоративних проектів та недотриманні технологічних стандартів. Наприклад, побудова сітки занадто глибоких осушувальних каналів або відсутність шлюзів, що регулюють стік і рівень відводних вод неодмінно призведуть до пониження капілярної кайми. При виконанні осушувальних робіт хибно орієнтуватись лише на відведення надлишкові води. Необхідно встановити і забезпечити оптимальний рівень залягання грунтових вод на полях і пасовищах, при якому відбуватиметься підгрунтове зволоження рослин в сухі бездощові періоди (субіригація). На грунтах різного механічного складу оптимальна глибина підгрунтових вод різна (на пісках і супісках 70-80 см, на суглинках – 100-180 см).

Закладення дрен і водовідводних каналів без врахування мезорельєфу і гранулометричного складу грунтів (тобто лиш за геометрично правильними лініями та штучними кордонами полів) призводить до переосушення і зниження їх родючості (особливо едафотопів легкого гранскладу) або до локального "вимокання" грунтової маси (на важких грунтах). При проектуванні сітки осушувальних каналів необхідно створювати водомірні пости і шлюзи, які дозволятимуть керувати рівнем грунтових вод, їх відтоком та попереджати небезпеку переосушення грунтів.

Значна шкода господарствам чорноземної і нечорноземної зон завдана висиханням малих рік. Зазвичай ці водотоки мали складні меандри русел і розвинуті заплавні тераси, на яких утворювались багаті грунти. Періодичні повені підживлювали заплавні едафотопи і регулярно збагачували їх родючим алювієм. Так звана меліорація заплав шляхом вирівнювання русел малих річок позбавила ці ландшафти води та родючого мулу, понизила рівень води в річках і викликала переосушення (часто з содовим засоленням) заплавних лугових грунтів. В наш час, головним завданням має стати не осушувальна меліорація нових площ, а освоєння вже осушених угідь і занедбаних ділянок.

12.5. Забруднення та хімічне отруєння грунтів

12.5.1. Захист грунтів від забруднення агрохімікатами

На даному етапі розвитку аграрних технологій ведення інтенсивного сільського господарства неможливе без застосування добрив. Практика їх використання розширюється й постійно вдосконалюється. 300-400 млн. т мінеральних добрив використовується для забезпечення населення планети продуктами харчування. Поряд з мінеральними, розширюються масштаби використання органічних добрив та хімічних меліорантів. Однак хімізація землеробства мусить бути науково-обгрунтованою. Необдуманність у використанні "хімії" на полях може мати катастрофічні наслідки.

Надлишок азотних добрив небажаний. Надлишковий азот викликає переважний ріст вегетативних органів за рахунок генеративних, підвищує чутливість рослин до низьких температур. Надлишковий азот особливо небезпечний у нітратній формі, тому що він не сорбується грунтом, легко мігрує по профілю і потрапляє в грунтові води. Зі збільшенням кількості азотних добрив виявляється підвищення концентрації нітратів у природних водах. Підвищення концентрації нітратів у питній воді до 40-50 мг/л стало причиною захворювання дітей метагемоглобанемією у США, Ізраїлі, Франції, ФРН та інших країнах (Б. Коммонер, 1974).

Не тільки нітратні, але й аміачні сполуки азоту здатні забруднювати грунти. Відомо, що амонійний азот перешкоджає хлоруванню води, якщо його концентрація перевищує 1 мг/л. До того ж, окиснюючись до нітратів, амонійний азот зв'язує кисень, що приводить до кисневого голодування гідробіонтів і псування води. Джерелом надлишкової кількості аміачного азоту в грунті служать відходи тваринництва і міські стічні води. Сучасні підприємства індустріального тваринництва, птахофабрики і міста формують вогнища аномально високого вмісту азоту і фосфору у вигляді органічних і мінеральних сполук, що, потрапляючи в екосистеми, локально перенасичують їх, доводячи вміст N-NО₃ до 400 мг/кг грунту, a N-NH₄⁺ до 2200 мг/кг грунту (В.А.Ковда, 1976). Аномально високі концентрації сполук азоту спостерігаються навколо промислових підприємств, особливо тих, що виробляють азотні добрива. Перспективний шлях розв'язання азотної проблеми, на думку академіка Е.М.Мішустіна, полягає у посиленні уваги до біологічних джерел азоту в грунті, зокрема – в розширенні площ посівів бобових культур та використанні біодобрив.

Незважаючи на низьку розчинність фосфорних добрив і більшості інших сполук цього елементу, головний геохімічний напрямок їхнього глобального кругообігу спрямовано на озера, гирла рік, морів і шельфів океану. Близько 3-4 млн. т. фосфатів щорічно надходить з континентів у океан. Має місце локальне зафосфачування грунтів у зв'язку з низькою розчинністю його сполук. Але основна проблема фосфору – вичерпність його ресурсів, що веде до порушення необхідного співвідношення N:P:K у добривах.

Поряд з азотом і фосфором, найважливішим елементом живлення в грунтах є калій. Для компенсації виносу калію з урожаєм використовують калійні добрива різного складу. Найчастіше використовують хлорид калію. Однак його застосування веде до нагромадження в грунтах іону хлору, токсичного для більшості рослин. Наприклад, у картоплі він викликає водянистість бульб.

Пестициди – отрутохімікати для боротьби з бур'янами (гербіциди), із грибковими хворобами рослин (фунгіциди) і шкідниками (зооциди, інсектициди й ін.) широко застосовуються в сільському господарстві і зберігають більше 30% врожаю. Найбільше застосування знаходять такі пестициди: хлоровані вуглеводи (гексахлоран), дієни (альдрін, севін), складні ефіри фосфорних кислот (ФОС), карбамати (карбін, тіллам), заміщені сечовини (фенурон, монурон). При обробці посівів пестицидами основна їх частина накопичується на поверхні едафотопів і рослин. Вони адсорбуються органічною речовиною грунтів і мінеральними колоїдами. Сорбція токсикантів зворотна. Надлишки пестицидів можуть мігрувати з гравітаційним потоком і потрапляти в грунтові води. Накопичуючись у грунті, вони можуть передаватися по ланцюгах харчування і викликати захворювання тварин і людей. Нагромадження залишків пестицидів у грунті залежить і від природи токсиканта. Найбільш стійкі – хлорорганічні сполуки і група дієнів. Вони зберігаються у грунті протягом декількох років. До того ж, чим вище доза, тим довше зберігається токсикант. Фосфорорганічні сполуки і похідні карбамідної кислоти втрачають свою токсичність менш ніж за 3 місяці і при розкладі не утворюють токсичних метаболітів.

При внесенні пестицидів авіаметодами вони розпорошуються і можуть переноситися повітряними масами на великі відстані. Багато біоцидів та їх метаболітів виявляються там, де їх ніколи не застосовували (наприклад, в Антарктиді). Разом з поверхневими водами пестициди можуть потрапляти у водойми й отруювати воду. Систематичне застосування у великих кількостях стійких пестицидів, що володіють кумулятивними властивостями, приводить до того, що основним джерелом забруднення водойм стає стік талих, дощових і грунтових вод. Процеси природної детоксикації йдуть активніше в умовах інтенсифікації процесів мінералізації органічної речовини.

Одна з основних умов охорони грунтів від забруднення пестицидами – створення і застосування менш токсичних і менш стійких сполук і зменшення доз їхнього внесення у грунт. Повна детоксикація біоцидів відбувається лише при їхньому розкладі на нетоксичні компоненти. Розкладанню токсикантів сприяють реакції окиснення, відновлення і гідролізу. Найбільш активне розкладання пестицидів здійснюють мікроорганізми. При участі ферментів мікроорганізмів у грунті і грунтовому розчині йдуть ті ж процеси гідролізу, окиснення чи відновлення. Мікроорганізми використовують для своєї життєдіяльності вуглець, азот, фосфор чи калій, що входять до складу біоцидів. Ефективним і екологічно безпечним способом боротьби за врожай є заміна застосування хімічного біоцида на використання біологічного ворога тої чи іншої хвороби, шкідника чи бур'яна.

Охорона грунтів від надлишку добрив має ряд спільних рис з охороною грунтів від надлишку пестицидів. Розробка нових довгостроково діючих гранульованих форм добрив, застосування комплексних форм, використання правильної технології їх внесення, дотримання правил збереження і транспортування – все це охороняє грунт від надлишку агрохімікатів.

Мінімалізувати хімічне втручання можливо лише шляхом "біологізації" землеробства, яке передбачає екологічний підхід організації виробництва сільськогосподарської продукції. Людство має відмовитись від застосування легкорозчинних мінеральних добрив (особливо азотних) та хімічних засобів боротьби з бур'янами, шкідниками та хворобами рослин, замінивши його оптимальним стимулюванням біологічної активності едафотопу і екосистеми в цілому.

12.5.2. Захист грунтів від впливу продуктів техногенезу

Сучасна індустріальна діяльність супроводжується надходженням у біосферу побічних продуктів. У формі твердих відходів промисловості надходить щорічно 20-30 млрд. т різних речовин, з них 50% – органічних. З твердими відходами на поверхню грунтів надходять забруднювачі навколишнього середовища. Серед них найбільш небезпечними вважають ртуть, свинець, кадмій, миш'як, селен і фтор. Забруднення грунтів важкими металами має різну природу, але переважно це відбувається при спалюванні викопного палива: вугілля, нафти, горючих сланців. Людством вже добуто і використано понад 130 млрд. т вугілля і 40 млрд. т. нафти. Отже, із золою надійшли на поверхню грунтів мільйони тонн металів, значна частина яких акумульована у верхніх шарах. Антропогенна діяльність на порядок збільшила надходження свинцю і кадмію. Головне джерело забруднення грунтів свинцем – вихлопні гази автомобілів. Щорічно з ними надходить більш 250 тис. т. свинцю. Важкі метали надходять у грунт також з добривами і пестицидами. Більшість сполук важких металів акумулюються в підстилці і гумусовому горизонті. Розподіл важких металів по поверхні залежить від характеру й особливостей джерела забруднення, метеорологічних особливостей регіону, зокрема – від рози вітрів, геохімічних факторів і ландшафтної обстановки в цілому. Ареал максимального забруднення рідко перевищує 10-15 км у радіусі від джерела, але невеликі концентрації при попаданні у високі шари атмосфери і переносяться на значні відстані. Метали втягуються у біологічний кругообіг, передаються по ланцюгах харчування і викликають цілу низку захворювань у тварин і людини, при високих концентраціях згубно впливають на рослини, знижують біологічну активність грунтів.

Нерівномірність техногенного розподілу металів збільшується неоднорідністю геохімічної обстановки в природних ландшафтах. У зв'язку з цим, для прогнозування можливого забруднення продуктами техногенезу і запобігання небажаних наслідків необхідно брати до уваги закони міграції хімічних елементів у різних природних ландшафтах і геохімічних умовах. Продукти техногенезу, залежно від їх природи і тієї ландшафтної обстановки, куди вони потрапляють, можуть втрачати токсичність, трансформуватись природними процесами або зберігатися і накопичуватися, згубно діючи на живі організми.

В автономних ландшафтах розвиваються процеси самоочищення від техногенних забруднень, тому що продукти забруднення розсіюються поверхневими і внутрігрунтовими водами. В акумулятивних ландшафтах продукти техногенезу консервуються і накопичуються. Ртуть, свинець, кадмій добре сорбуються у верхніх сантиметрах перегнійно-акумулятивного горизонту різних типів грунтів суглинкового складу. Міграція їх по профілю і винос за межі грунтового профілю незначні. Але в грунтах легкого складу, кислих і збіднених гумусом, процеси міграції цих елементів посилюються.

Фтор також має токсичний вплив на мікрофлору, безхребетних тварин і рослинність. Адсорбція фтору відбувається в грунтах з добре розвинутим поглинальним комплексом. Розчинні сполуки фтору легко переміщуються по грунтовому профілю і можуть потрапляти в грунтові води. Джерелом цього полютанту в грунтах часто виступають фосфорні добрива. Цинк і мідь менш токсичні, але й більш мобільні, ніж свинець і кадмій. Підвищення вмісту органічної речовини й поважчення гранулометричного складу грунтів зменшує міграційну здатність цинку та його сполук.

Спільна дія важких металів на живі організми в грунті має сильніший інгібуючий вплив, ніж при тій же концентрації кожен елемент окремо. У різних типах грунтів рівень токсичності важких металів може відрізнятися на порядок і вище. Наприклад, встановлено, що кадмій на неокультурених підзолистих грунтах має гнітючий вплив при вмісті 5 мг/кг, а на окультурених – починаючи з 50 мг/кг.

З продуктами неповного згорання вугілля і нафти в грунт надходять поліциклічні ароматичні вуглеводи, серед яких особливо небезпечний бензпірен. Він сильний канцероген. Грунт – кінцевий резервуар акумуляції бензпірену. Найбільше його накопичується в гумусовому горизонті. З грунтовим пилом, грунтовими водами, з продуктами харчування бензпірен може потрапляти в організм тварин і людини. Грунтові мікроорганізми мають здатність розкладати бензпірен на нетоксичні компоненти, але процес надходження преавулює над його детоксикацією.

Антропогенне надходження сірки в грунт і на поверхню рослинності відбувається у формі SО₂ й інших газоподібних сполук та у виді кислотних дощів. Грунт сорбує двооксид сірки. Швидкість сорбції збільшується з наростанням вологості грунтів, підвищенням рН, збільшенням вмісту органічної речовини, ємності поглинання і питомої поверхні грунтів. Повітряно-сухі грунти сорбують 1-5, а вологі 9-67 мг SО₂/м кв грунту (К.Сміт, 1973). Грунти сорбують також і відновлені сполуки сірки: сірководень, метилмеркаптан, сірковуглець і ін. Двооксид сірки в атмосфері окиснюється в триоксид. Оксиди сірки й азоту техногенного походження, при розчиненні в рідкій фазі хмар і туману перетворюються в кислоти і випадають з опадами. На фонових територіях з опадами надходить 3-6 кг/га сірки, у промислових регіонах – 25-30 кг/га. Відповідно, вміст водорозчинної сірки в дерново-підзолистих грунтах фонових територій складає 5-7 мг/100 г, поблизу промислових виробництв він зростає і становить понад 20 мг/100 г грунту. Двооксид і триоксид сірки можуть переноситися повітряними масами на десятки і сотні кілометрів від джерела викиду. Щорічно в атмосферу надходить до 500 млн. т кислотних компонентів.

При надходженні лужних, лужноземельних і важких металів з викидами металургійних заводів, а також аміаку з викидами комбінатів по виробництву добрив відбувається підлуговування грунтів. Масштаби цих процесів значно менші, ніж процесів підкислення, і негативні наслідки не настільки значні. Але при цьому аномально може зростати вміст у грунтах тих чи інших компонентів, що призводить до порушення пропорцій в елементах живлення. Підвищена лужність грунтів несприятлива для багатьох сільськогосподарських рослин. До того ж, в умовах лужної реакції середовища і промивного режиму різко зростає мобільність органічної речовини, що збіднює грунти на гумус.

Проте в наш час чи ненайбільший деструктивний вплив на екосистеми здійснюють природні та антропогенні (штучні) радіонуклеїди. Починаючи з кінця XIX століття, природний радіаційний фон, складовою частиною якого є радіаційний фон грунтів, невпинно зростає, що свідчить про прогресуюче забруднення довкілля цим видом полютантів. Джерелом природних радіонуклеїдів є космічне та внутрішнє земне випромінювання. Штучні радіоактивні ізотопи в грунтах – результат видобутку урану, роботи ядерних реакторів різного типу, функціонування радіохімічної промисловості, випробування ядерної зброї, використання радіонуклеїдів у народному господарстві та недосконалість утилізаційних технологій. Аварія на Чорнобильській АЕС – гіркий приклад людської безвідповідальності. Лише на території України забруднено 74 райони в 12 областях, а це 6,7 млн. га продуктивних грунтів, в тому числі: до 1 Кі/км кв – 5,6 млн.га, від 1 до 5 Кі/км кв – 1,0 млн. га, від 5 до 15 Кі/км кв – 100 тис. га, понад 15 Кі/км кв – 27 тис. га. Понад 58 тис. га отруєно на тисячі років у зоні відчудження, де була проведена повна евакуація населення (П.П. Надточій, В.Г. Гермашенко, Ф.В. Вольвач, 1998).

Захист грунтів від техногенних полютантів базується, в першу чергу, на вдосконаленні технологій і принципів організації виробництва. Створення замкнутих технологічних систем, організація безвідходного виробництва веде до різкого, майже повного скорочення надходження в едафотоп продуктів техногенезу. Крім запобіжних заходів, важливе значення мають заходи по ліквідації існуючого забруднення.

При атмосферному забрудненні грунтів важкими металами й іншими токсичними компонентами, коли вони у великих кількостях концентруються у верхніх горизонтах грунту, можливе вилучення цього шару і поховання його. У даний час отриманий ряд хімічних речовин, що здатні інактивувати важкі метали чи понизити їх токсичну дію. Це іонообмінні смоли, що утворюють хелатні сполуки з важкими металами. Іонообмінні смоли вносять у грунт у дозах, обумовлених рівнем забруднення. Негативною властивістю речовин-інактиваторів є їхня обмежена ємність.

Найбільш доступний, але не завжди найефективніший спосіб закріплення важких металів та радіонуклеїдів у грунті – внесення вапна й органічних добрив, що адсорбують важкі метали і токсини. Внесення органічних добрив у високих дозах, використання зелених добрив, борошна з рисової соломи і т.п. знижує надходження кадмію і фтору в рослини, а також токсичність важких металів. Регулювання складу і доз мінеральних добрив може зменшити токсичну дію низки елементів. Внесення підвищених доз фосфору знижувало токсичну дію свинцю, міді, цинку і кадмію.

12.6. Патологія грунтів і здоров'я людини

Гострота проблеми патології грунтів полягає не тільки в зниженні родючості грунтів і в зменшенні харчової та сировинної баз. Небезпечнішим і значно страшнішим є інше: деградація і патологія грунтів викликає патологічні зміни в здоров'ї, розвитку та фізіології організму людини і навіть в його розумовій діяльності та психіці. Людина як гетеротрофний компонент екологічних систем, споживаючи рослинну і тваринну їжу, повітря і воду є активною ланкою в локальних і регіональних потоках енергії і біохімічних циклах вуглецю, кисню, водню, азоту, фосфору, сірки, кальцію та сотень інших макро- і мікроелементів. У наш час ця роль людини та індустріальної цивілізації надзвичайно зросла. Можна стверджувати, що в районах "здорових" екологічних систем і нормальних, продуктивних грунтів народжуються та формуються фізично і духовно здорові покоління людей.

Загальновідомо, що жителі низьких гір, передгір'я і лугових степів Кавказу, Тянь-Шаню, Гімалаїв (Хунзи), України відрізняються разючим здоров'ям і довголіттям. Населення регіонів кислих, бідних, сильно вилугуваних грунтів вологого клімату характеризуються низькорослістю; діти страждають від рахіту і ламкості кісток (дефіцит кальцію). У регіонах, віддалених від океану і морів, грунти, вода та їжа збіднені йодом і міддю, а це викликає у людини захворювання щитовидної залози – зоб.

Північно-східні райони Азії відомі так званою уровською хворобою (потворний розвиток кісток). Причини цієї хвороби пов'язували з дефіцитом кальцію і вмістом в грунтових і річкових водах високої концентрації оксидів кремнію (кремнезему). Західні дослідники знаходили зв'язок між канцером шлунково-кишкового тракту і грунтами річкових долин. Розповсюдження прокази прив'язане до посушливих регіонів Азії й Африки. Багато авторів пов'язують кретинізм з дефіцитом білку в їжі людини і низькою якістю урожаю зернових.

На ці природні біохімічні зв'язки людини і грунтового покриву накладається вплив антропогенних біогеохімічних аномалій (неоаномалій). Рослини, грунти, води, повітря, продукти харчування територій великих індустріальних міст, підприємств, шахт, рудників, сміттєзвалищ, дорожних магістралей, аеропортів і т.п. забруднені та отруєні сполуками важких металів, вуглецю, вуглеводів, оксидів азоту, сірки. Стоки великих тваринницьких підприємств, надлишок добрив і різних біоцидів створюють на великих просторах небезпеку постійного отруєння грунтів, біопродукції і людини. Легеневі і серцеві хвороби, знижена народжуваність і хворобливі немовлята, слабосильні мужчини, зменшення тривалості життя – такі тривожні наслідки патології грунтів.

Світова громадськість стривожена порушенням озонового екрану, що захищає життя і здоров'я людини від космічних випромінювань. У певній мірі цьому, вірогідно, сприяють власне земні (грунтові) фактори, що ведуть до зниження інтенсивності фотосинтезу і емісії кисню. Заболочені грунти генерують оксиди азоту, сірки, вуглецю, метан, ацетилен, окиснення яких може згубно впливати на відновлення озону (О₃) в стратосфері. Це може бути викликано також надлишковими дозами азотних добрив, денітрифікацією, що веде до утворення оксиду азоту та інтенсивним "диханням" едафотопів, яке посилює "парниковий" ефект.

Антропогенні забруднювачі грунтів і вод поступають в місцеві біогеохімічні потоки міграції і кругообіг речовин. З автоморфних і транзитних ландшафтів полютанти мігрують та інтенсивно накопичуються в акумулятивних низинах, в заплавах та на узбережжях озер, морів і океанів. У засушливому кліматі ці різноманітні токсини сполучаються з шкідливими легкорозчинними солями грунтів і грунтових вод. У таких умовах складається особливо тривожна і навіть драматична ситуація для населення.

Терміновим загальнодержавним завданням є глибоке екологічне і біохімічне дослідження, розробка програми необхідних оздоровчих заходів в інших регіонах екологічних катастроф. Настільки ж важливим є біохімічне районування всієї планети з метою виявлення районів з найбільш екологічно небезпечними грунтами для життя людини. Необхідна організація мережі стаціонарів грунтово-екологічних спостережень за станом едафотопів, вод, рослин, повітря і здоров'я людини.

12.7. Моніторинг грунтів

Робота з охорони грунтів припускає наявність інформації про стан грунтів, про їхні зміни під впливом антропогенних навантажень.

На відміну від атмосферного повітря і природних вод, спостереження за станом і забрудненням грунтів мінеральними й органічними токсикантами вкрай обмежене і належно не організоване. Екологічна роль грунту як вузла зв'язків біосфери, де найінтенсивніше відбуваються всі процеси обміну речовин між земною корою, гідросферою, атмосферою й організмами, що живуть на суші, визначає необхідність спеціальної організації грунтового моніторингу як невід'ємної частини загального моніторингу навколишнього середовища. Необхідність організації служби грунтового моніторингу відчувається все гостріше, оскільки величина антропогенного пресу на едафотопи постійно зростає, причому збільшуються і темпи його росту. Загальний об'єм глобальних антропогенних навантажень на грунтовий покрив можна сміливо порівнювати з дією природних факторів.

Загальний перелік завдань та задач, що постають перед грунтовим моніторингом, об'ємний. У перспективі можливі нові завдання, що виникатимуть з появою нових технологій і розширенням асортименту синтезованих хімічною промисловістю органічних і мінеральних речовин. Звичайно, частина із сьогоднішніх завдань буде знята з порядку денного в близькому майбутньому; наприклад, при переході промислових підприємств на безвідхідну технологію відпаде необхідність контролю за забрудненням грунтів хімічними речовинами. Але в даний час такий контроль ще необхідний.

Грунтовий моніторинг – це діагностика, прогноз і управління станом грунтів або контроль заради керування розширеним відтворенням їх родючості.

Найважливішими завданнями грунтового моніторингу є:

- оцінка середньорічних втрат грунту внаслідок водної, іригаційної і вітрової ерозій;

- виявлення регіонів з дефіцитним балансом головних елементів живлення рослин, виявлення й оцінка швидкості втрат гумусу, азоту, і фосфору; контроль за вмістом елементів живлення рослин;

- контроль за зміною кислотності і лужності грунтів, особливо в районах, де застосовуються високі дози мінеральних добрив, а також при іригації, використанні промислових відходів;

- контроль за зміною сольового режиму зрошуваних едафотопів та грунтів, що удобрюються;

- контроль за забрудненням грунтів важкими металами внаслідок глобального осідання;

- контроль за локальним забрудненням грунтів важкими металами в зоні впливу промислових підприємств і транспортних магістралей, а також пестицидами в регіонах їхнього постійного використання, детергентами і побутовими відходами на територіях з високою щільністю населення;

- довгостроковий і сезонний (за фазами розвитку рослин) контроль за вологістю, температурою, структурним станом, водно-фізичними властивостями грунтів;

- оцінка ймовірної зміни властивостей грунтів при проектуванні гідробудівництва, меліорації, впровадження нових аграрних технологій та систем землеробства;

- інспекторський контроль за розмірами і правильністю відчуження орнопридатних грунтів для промислових і комунальних цілей.

Контрольні питання

1. Визначте завдання охорони грунтів.

2. Проаналізуйте охорону грунтів від ерозії та дефляції.

3. Охарактеризуйте негативний вплив переущільнення на функціонування едафотопів.

4. Проаналізуйте порушення біоенергетичного режиму грунтів та екосистем.

5. Охарактеризуйте механізми опустелювання грунтів.

6. Визначте негативну дію селів та зсувів на грунтовий покрив планети.

7. Проаналізуйте захист едафотопів від процесів вторинного засолення, осолонцювання і злитизації.

8. Визначте чинники вторинної кислотності грунтів.

9. Обгрунтуйте охорону грунтів від переосушення.

10. Проаналізуйте захист едафотопів від забруднення агрохімікатами.

11. Проаналізуйте захист едафотопів від впливу продуктів техногенезу.

12. Визначте зв'язок патології грунтів та здоров'я людини.

13. Охарактеризуйте грунтовий моніторинг.