Загрязнение почвы пестицидами и удобрениями. Необходимость обеспечения населения продуктами питания, а промышленности – сырьевыми ресурсами требует повышать плодородие почвы и вести борьбу с вредителями урожая. Поэтому в современном сельскохозяйственном производстве применяются удобрения и пестициды, которые даже при агрономически правильном их использовании могут создавать опасные уровни загрязнения почвы.
Удобрение – вещество или агент, создающее при внесении в почву или водоем условия для ускоренного роста и развития растений и микроорганизмов, способствующее увеличению урожая. Различают органические, минеральные, химические и другие (например, бактериальные) виды удобрений. К органическим удобрениям относятся перегной, торф, навоз, птичий помет и другие органические остатки, используемые для повышения плодородия почвы. Химическое, или минеральное, удобрение – добытое из недр или полученное промышленным путем химическое соединение, содержащее в большом количестве один или несколько основных элементов питания растений (азот, фосфор, калий и др.), необходимые микроэлементы (медь, марганец и др.) или естественные продукты типа извести, гипса, золы и т.п., способные улучшить химические и структурные характеристики почвы. Этот вид удобрений приводит к большим концентрациям в почве химических веществ, включая опасные для здоровья человека нитриты и нитраты.
Пестициды – опасные для здоровья человека химические вещества, используемые для уничтожения вредных насекомых (инсектициды), растений-сорняков (гербициды), грибковых культур (фунгициды) и др. В мировом производстве пестицидов инсектициды занимают 45%, гербициды – 40%, фунгициды – 15% и прочие – 10%. Средняя норма применения пестицидов в сельском хозяйстве в нашей стране к концу 80-х годов составляла 2 кг на 1 га пашни, т.е. около 1,4 кг/чел. Многие пестициды сохраняются в почве длительное время и накапливаются по трофическим цепям, что со временем приводит к превышению безопасных для здоровья человека уровней.
В почвах, загрязненных тяжелыми металлами происходит изменение микробиоценозов. Отмечается увеличение численности аммонифицирующих микроорганизмов, осуществляющих процесс разложения органического вещества. Происходит гибель плесневых грибов, нитрифицирующих бактерий, бактерий, потребляющих минеральный азот.
При загрязнении почв тяжелыми металлами происходит уменьшение активности многих ферментов: инвертазы и фосфатазы, уреазы, каталазы, дегидрогеназы. Устойчивость ферментов к воздействию тяжелых металлов зависит от того, какой тяжелый металл выступает в качестве загрязнителя и от того, к какой группе относится тот или иной фермент.
Растения являются интегральным биотестом, так как достаточно чувствительно реагируют на все почвенные геохимические изменения, потребляя и накапливая то или иное количество металлов-загрязнителей. Наиболее общие симптомы негативного воздействия токсикантов на вегетирующие растения – поражение фотосинтетического аппарата и развитие хлороза. Однако специфичность действия тяжелых металлов на растения заключается в том, что при отсутствии внешних симптомов растения снижают продуктивность. Кроме того, негативное воздействие тяжелых металлов на растения усиливается при действии другого негативного фактора. Поэтому угнетение растений часто отмечается при концентрациях отдельных загрязнителей в почве ниже уровней ПДК, ПДУ.
Для оценки загрязнения почв тяжелыми металлами могут быть использованы генетические тесты на дрозофиле или различных микроорганизмах. Можно использовать растения. При таком анализе учитываются изменения, происходящие в тестируемых организмах по сравнению с контрольными организмами.
Нефть и нефтепродукты
Типы ответных реакций разных групп педобионтов(организмов почв) на загрязнение неоднозначны:
- происходит массовая гибель почвенной мезофауны: через три дня после аварии большинство видов почвенных животных полностью исчезает или составляет не более 1% от исходного. Наиболее токсичными для них оказываются легкие фракции нефти;
- комплекс почвенных микроорганизмов после кратковременного ингибирования отвечает на загрязнение нефтепродуктами повышением валовой численности и усилением активности. Прежде всего это относится к углеводородокисляющим бактериям, количество которых резко возрастает относительно незагрязненных почв. Развиваются «специализированные» группы, участвующие на разных этапах в утилизации УВ;
- максимум численности микроорганизмов соответствует горизонтам ферментации и снижается в них по профилю почв по мере уменьшения концентраций УВ. Основной «взрыв» микробиологической активности падает на второй этап естественной деградации нефти;
- в процессе разложения нефтепродуктов в почвах общее количество микроорганизмов приближается к фоновым значениям, но численность нефтеокисляющих бактерий еще долгое время превышает те же группы в незагрязненных почвах (южная тайга 10-20 лет);
- изменение экологической обстановки приводит к подавлению фотосинтезирующей активности растительных организмов. Прежде всего, это сказывается на развитии почвенных водорослей: от их частичного угнетения и замены одних групп другими до выпадения отдельных групп или полной гибели всей альгофлоры. Особенно значительно ингибирует развитие водорослей сырая нефть и минеральные воды;
- изменяются фотосинтезирующие функции высших растений, в частности злаков. Эксперименты показали, что в условиях южной тайги при высоких дозах загрязнения - более 20 л/м2 растения и через год не могут нормально развиваться на загрязненных почвах;
- исследования показали, что в загрязненных почвах снижается активность большинства почвенных ферментов. При любом уровне загрязнения ингибируются гидролазы, протеазы, нитратредуктазы, дегидрогеназы почв, несколько повышается уреазная и каталазная активности почв.
- дыхание почв также чутко реагирует на загрязнение нефтепродуктами. В первый период, когда микрофлора подавлена большим количеством УВ, интенсивность дыхания снижается, с увеличением численности микроорганизмов интенсивность дыхания возрастает.
Радиоактивное загрязнение почвы – это увеличение концентрации радиоактивных веществ в почвенном профиле вследствие антропогенной деятельности.
Негативными последствиями радиоактивного загрязнения являются:
прямое воздействие ионизирующего излучения на компоненты почвенно-растительного покрова, животных и человека;
ограничение возможности использования загрязненных почв в сельском хозяйстве, т. к. получаемая с таких земель продукция, как правило, имеет уровни концентрации, превышающие допустимые.
