Почва

Для определения эффективности способов защиты окружающей среды необходимо познать законы ее развития и функционирования, глубоко изучить взаимосвязь составляющих биосферу компонентов, где почва в экологическом союзе имеет большое значение.

Без сохранения почвенной оболочки планеты окажется невозможным и сохранение исторически сложившегося соотношения потоков веществ и энергии в верхней части литосферы, в гидросфере, атмосфере и биосфере в целом.

Биохимические процессы, происходящие в земной коре, процессы образования и обмена химических элементов в организме взаимосвязаны как отдельные этапы круговорота веществ в природе, как процессы взаимного обмена, обусловливающие жизнь.

Благополучие окружающей среды во многом зависит от санитарного состояния почвы. Почва – непревзойденный природный очиститель и санитар. Мы питаемся плодами растительного мира, пьем прозрачную воду, дышим свежим воздухом в основном благодаря чистой, активно работающей почве.

Биохимические процессы, происходящие в почве, находятся в прямой связи с ее гигиеническим состоянием.

Чистая, здоровая почва – залог чистоты окружающей среды.

Земля обеспечивает человечество необходимыми продуктами питания. Из-за недостаточного количества сельскохозяйственных продуктов около половины населения земного шара питается ниже медицинских норм, а треть – хронически голодает.

Освоение континентов представителями растительного мира началось сотни миллионов лет назад и сопровождалось широкой биологизацией суши. Почва поставляет минеральные вещества, необходимые для роста растений, потребляемых человеком и травоядными животными. От ее состояния зависит плодородие, а следовательно, и удовлетворение потребностей населения в продуктах питания.

В связи с широким хозяйственным освоением почвенного покрова в нем наметились существенные изменения. Прежде всего произошло значительное ослабление противоэрозионных функций почв. Распашка земель и уничтожение растительности на обширных пространствах планеты привели к резкому увеличению сноса с поверхности земли огромного количества мелкозема в моря и океаны, овраги и балки. Во многих случаях сносу подвержены не только верхние плодородные слои почвы, но и более глубокие горизонты, вплоть до материнской породы. Антропогенная эрозия достигла больших размеров и превышает 10 млрд тонн веществ в год.

Особую ценность для земледельцев представляют черноземы. В нашей стране они занимают 6–8% площади, с них получают около 80% сельскохозяйственной продукции. Ценность чернозема определяется содержанием в нем гумуса – органических веществ. Чем больше их в почве, тем больше она ценится. Гумус – это аккумулированная энергия многих видов организмов растительного и животного мира, т.е. органической массы. Тонна гумуса содержит 5*10⁶
ккал потенциальной энергии. В связи с широким освоением земельных ресурсов, усилением эрозионных процессов мировые запасы гумуса ежегодно сокращаются на 1 млрд тонн из 2500 млрд тонн существующих. Смыв сантиметрового слоя почвы с 1 га пахоты приводит к чрезмерной потере энергии – 30–50 • 10⁶
ккал. Поэтому вопросы противоэрозионных мероприятий, повышения плодородия почвы стали первоочередными, государственными. На территории Украины площадь овражно-балочных систем с прилегающими к ним сильноэродированными склонами составляет около 5 млн га. Биологическая продуктивность таких угодий в степных районах низкая (0,4–6,3 ц/га сена). Их преимущественно используют под выпас. Они в значительной степени должны стать мелиоративным фондом для создания защитных насаждении, чтобы предотвратить пагубные действия ливневых осадков, приводящих к смыву и выносу почв, оврагообразованию, заиливанию водоемов.

Задача земледельцев, и не только их, а всех нас, – беречь плодородие почвы. Она достигается разумным, научно обоснованным пользованием почвой. Из нее нужно брать столько, сколько ей необходимо возвратить питательных веществ (калий, азот, фосфор, микроэлементы). Почва, как все живое, требует хозяйственного, рачительного отношения к ней. Это достигается путем правильной обработки, своевременного и качественного ухода, борьбы с сорняками и вредителями.

В почву могут попадать болезнетворные микробы и организмы, которые сохраняются длительное время (подобно консервированию). Как раз отсюда микробы попадают на овощи, фрукты, в водоемы и др.

Важной проблемой для больших городов остается очищение и утилизация мусора, промышленных отходов. Нужно решать санитарные и экологические вопросы – обезвреживание бытовых и коммунальных отходов. Вести борьбу против загрязнения окружающей среды необходимо современными методами очистки городских, промышленных и сельскохозяйственных стоков, рациональным внесением удобрений и химических средств защиты растений, чтобы не допускать нагрузок, с которыми самоочистные возможности природных ресурсов уже не могут справиться. Эффективная охрана окружающей среды, забота о состоянии почвы в нашей стране – задача первоочередная.

Заражение человека через загрязненную почву может произойти при самых различных обстоятельствах: обработке почвы, уборке урожая, строительных работах и т.д. К числу наиболее опасных болезней человека и животных относится сибирская язва. Сибиреязвенная палочка, попадая с мочой и испражнениями больных животных в почву, образует вокруг себя споры и в таком состоянии может сохраняться годами. Животные, поедая корм, зараженный этой палочкой, заболевают сибирской язвой, человек же заражается, как правило, при контакте с больными или павшими животными, через продукты и сырье, полученные от больных животных (мясо, шерсть, кожу), а также при непосредственном соприкосновении с зараженной почвой.

Особую опасность для человека представляет столбнячная палочка, проникающая в организм через поврежденную кожу (даже отверстие от укола иголки) или слизистую оболочку при контакте с загрязненной почвой.

Почва может быть источником заражения человека газовой гангреной – при проникновении спор гангренозной палочки в поврежденные ткани вместе с загрязненной почвой, обрывками одежды, обуви и другими предметами.

В почвах также встречается спороносная палочка возбудителя ботулизма (тяжелого пищевого отравления). Такой микроб из почвы может перейти в овощи, ягоды, фрукты, рыбу, грибы и другие продукты. В анаэробных (без кислорода) условиях споры превращаются в вегетативную форму, продуцирующую яд (токсин). По силе действия на организм человека и животного этот токсин превосходит все другие бактериальные токсины и химические яды.

Из числа временных микроорганизмов, обитающих в почве, большую группу составляют возбудители кишечных инфекций (брюшного тифа, паратифов, дизентерии, холеры), бруцеллеза, туляремии, чумы, коклюша и др. У человека обычно возникают желудочно-кишечные заболевания при употреблении грязных овощей.

Почва играет значительную роль в распространении гельминтозов – группы паразитарных болезней, вызываемых внедрением в организм человека червей.

Многочисленными исследованиями наших и зарубежных ученых установлено, что многие из содержащихся в почве химических элементов оказывают существенное влияние на рост и развитие растений, на состояние и функции организма человека.

В последнее время все тревожнее звучит тема накопления нитратов в растениях. Известно, что эти вещества накапливаются в растениях как естественным путем, так и из-за неправильного применения азотных удобрений.

Почему же ученые забили тревогу в связи с применением азотных удобрений в больших количествах? Почему медики не советуют употреблять в пищу незрелые арбузы, зеленоватый картофель и другие неспелые плоды, тем более давать их детям?

Нитраты имеют свойство превращаться в нитрозамины, имеющие, по свидетельству медиков, канцерогенное действие. Соли азотной кислоты – нитраты не поглощаются почвой, а вымываются дождями и накапливаются в растениях, водоемах. При высокой концентрации нитратов снижается качество воды и растительной продукции, что может вызвать отравление людей и животных. Нитраты не влияют отрицательно на рост растений, поэтому накапливаются в них в больших количествах.

Попадая в желудок человека, нитраты восстанавливаются в более ядовитые и биологически активные соединения – нитриты, гидроксилинин и др. Нитриты в десять раз токсичнее нитратов. Они переводят двухвалентное железо гемоглобина в трехвалентное. Метгемоглобин эритроцитов, образуемый при этом, не в состоянии переносить кислород по сосудам. Наступает своего рода удушье всех тканей организма. Так появляется у человека тяжелая болезнь крови – метгемоглобинемия. Нитраты отрицательно влияют и на печень. У детей могут развиваться аллергия и малокровие.

Вредное действие нитратов наступает, если суточное потребление их с пищей превышает 300–350 мг. Реакция преобразования нитратов в нитриты происходит также и при хранении овощей. Определяя качество продуктов питания, необходимо обращать внимание на то, чтобы не было солей азотной кислоты. Особенно это относится к овощам и фруктам для детского питания. Решение проблемы загрязнения сдерживается еще и тем, что до сих пор не разработаны предельно допустимые нормы. В разных странах они разные. По данным ВОЗ (Всемирной организации здравоохранения), в диетических продуктах содержание нитритов не должно превышать 300 мг/кг свежей продукции.

В почву круглосуточно попадают отходы промышленных предприятий, продукты сгорания угля, нефти, горючего самолетов и автомобилей, кроме того, накапливаются остатки удобрений и пестицидов. Все это ведет к накоплению вредных для здоровья человека веществ – токсинов, канцерогенов, аллергенов, тератогенов (веществ, приводящих к врожденному уродству), мутагенов (веществ, вызывающих наследственные заболевания). Они уже циркулируют в биосфере, пока это неизбежные спутники цивилизации. И очень важно определить предельно допустимые концентрации (ПДК) несвойственных почве веществ, строго соблюдать правила их применения. Вопреки закону В.И. Вернадского о физико-химическом единстве живого вещества некоторые исследователи считают, что можно изобрести химический препарат абсолютно направленного действия – смертельный для вредителя и безвредный для человека и животных. Применив пестицид, считают, что вредителя следует уничтожать полностью. Ведь известно, что в силу закона обязательного заполнения экологической ниши одного вредителя заменяют другим.

Цель применения химического препарата должна заключаться лишь в снижении численности хозяйственно нежелательного вида до той степени, когда он становится полезным – заполняет свою экологическую нишу и не пускает на поле другие виды вредителей.

Биохимические процессы, происходящие в земной коре, и процессы образования и обмена химических элементов в организме взаимосвязаны как отдельные этапы круговорота веществ в природе, как процессы взаимного обмена, обусловливающие жизнь. Из 106 элементов периодической системы Д.И. Менделеева в составе живых организмов обнаружено 86 постоянно присутствующих химических элементов, которые в небольших концентрациях активно участвуют в важнейших физиологических функциях организма, но их недостаток или избыток может вызывать серьезные изменения.

Почва способна накапливать радиоактивные вещества, поступающие в нее с радиоактивными отходами ядерных реакторов, медицинских, научно-исследовательских учреждений, использующих радиоизотопы, а также с атмосферными радиоактивными осадками после ядерных испытаний или аварий реакторов атомных электростанций.

Почва имеет огромное значение в жизни гидросферы Земли, которая в отличие от литосферы более динамична во времени и пространстве.

Плавные и бурные течения рек, морской прибой и шторм, дожди, снегопады – все это явления, в основе которых лежит движение водных масс.

Способность к перемещению и большая теплоемкость, позволяющая водным массам аккумулировать в себе тепло в летний период и медленно расходовать его в зимний, благотворно действует не только на водоемы местного значения, но и на всю гидросферу Земли. Благодаря этому большая часть Мирового океана не замерзает круглый год, является мощным буфером, предохраняющим климат планеты от резких колебаний температуры и увлажненности.

Удивительно и другое свойство воды – высокая подвижность, способность растворять многие соединения, переходить из жидкого в твердое или газообразное состояние в относительно небольших интервалах температуры. Это дает возможность воде стимулировать различные природные процессы.

Оценивая гидрологическую роль почвы, В.И. Вернадский еще в 1939 г. отмечал огромное значение почвенных растворов, содержащихся, кроме пустыни, по всей суше и являющихся основным субстратом жизни. Осадки, просачиваясь в грунтовую толщу почвы, во многом определяют и химизм почвенных грунтовых вод, поскольку атмосферная влага, взаимодействуя с почвой, заметно изменяет свой первоначальный состав. В зависимости от конкретных свойств почвы химические изменения осадков различны. При прохождении через почву изменяется и газовый состав атмосферных осадков – снижается количество кислорода и заметно повышается содержание углекислоты.

Другой гидрологической функцией почвы является участие ее в формировании речного стока и водного баланса. От почвы зависит состояние поверхностного и грунтового стоков в реки.

В лесу по сравнению с полем поверхностный сток ничтожно мал, что связано с благоприятным физическим свойством лесных почв, которые фильтруют влагу в 2–3 раза больше, чем на полях. Кроме того, сток воды задерживает густая растительность.

Характерной особенностью почвы являєтеся быстрое обновление и восстановление запасов воды. Если полное возобновление запасов Мирового океана осуществляется примерно за 3 тыс. лет, а подземных вод – за 5 тыс. лет, то для почвенной влаги этот срок равен году.

Один из эффективных способов оптимизации водного баланса – насаждение лесов. Однако некогда густо покрытая лесом планета продолжает терять лесные массивы. Если несколько сот лет назад леса занимали 7200 млн га, то в середине XX в. их общая площадь не превышала 4 млрд га. Поэтому ближайшая задача для многих стран – увеличение лесных посадок.

Благодаря огромной активной поверхности почва в состоянии перехватывать значительную часть вредных соединений и элементов на пути их движения в водоемы. Наибольших масштабов этот перехват достигает в почвах аккумулятивных ландшафтов, к которым относятся поймы. Но и на водоразделах имеются отдельные участки, успешно выполняющие роль геохимических барьеров. Почвы имеют склонность к накоплению тяжелых металлов.

Некоторые виды почв весьма чувствительны к загрязнению промышленными отходами. Нередко почвы, спасая водоемы от отравления вредными промышленными отходами или отходами животноводческих комплексов, сами становятся непригодной средой обитания полезной микрофлоры и для сельскохозяйственного использования. Зная это, необходимо принимать меры к снижению техногенного загрязнения почвенного покрова в целом, а также выявлять почвы с повышенной способностью к аккумуляции вредных соединений, чтобы при выращивании сельскохозяйственных культур избежать опасности загрязнения почв, а также продукции.

Нам также известно о тесной взаимосвязи почвы и состава атмосферы. Связано это, прежде всего, с постоянной деятельностью почвенных микроорганизмов, благодаря чему почва выступает как мощный регулятор газового состава атмосферы. Пористость почвы достигает 60% и более, что способствует проникновению газообразных веществ атмосферы, активизирует биохимические процессы при обмене почвенного и атмосферного воздуха. Такой процесс называют дыханием почвы. Оно является обязательным условием нормальной жизни большинства почв.

Масштабы дыхания достигают 1–4 тыс. л/га/ч. В верхнем слое не переувлажненной почвы воздух может полностью обновиться за 1 ч.

Воздух почвы содержит значительно меньше кислорода и в 10–100 раз больше углекислого газа, чем атмосферный. Почва играет важную роль в круговороте углерода, имеющего исключительное значение для жизни на Земле.

Устранение избытка углерода в атмосфере оказывается важным условием улучшения ее состава, поскольку, как отмечал В.И. Вернадский, в основном этим путем создается возможность для создания в биосфере соответствующих масс свободного кислорода.

Чрезмерное снижение содержания углерода в атмосфере – явление нежелательное, поскольку оно может вызвать ослабление фотосинтеза и похолодание климата из-за снятия парникового эффекта от углекислого газа.

Различные почвы обладают неодинаковой отражательной способностью солнечной радиации. Это заметно отличается от отражательной способности почвообразующих пород. Так, пахотные черноземы отражают всего 5–7% солнечной радиации, а бурые суглинки-18–19%, пахотные подзолы и солончаки – соответственно до 30 и 35%.

Распашка и освоение почв приводит к тому, что поверхность Земли по своим отражательным способностям становится все более пестрой, что усиливает изменчивость теплообеспеченности в поверхностных слоях воздушной оболочки.

Почвы участвуют в формировании и регулировании влагооборота атмосферы. При относительной влажности ниже 40%осадков мало, но они быстро увеличиваются при повышении влажности воздуха до 50–55%
и больше.

Человеческая деятельность, повсюду преобразующая лик земли, заметно изменила влияние почвы на влагооборот в атмосфере. Значительная распашка земли, застройка, сведение лесов, что повлекло усиление поверхностного стока, заметно ослабили водорегулирующую способность почв. Это привело к снижению общей увлажненности многих районов земного шара. Чаще стали наблюдаться экстремальные явления – засухи и наводнения, понижение или повышение температуры в холодный период.

Ученые считают, что если солнечная радиация снизится только на 4%, то по всей Земле может распространиться снежный и ледяной покров. При увеличении солнечной постоянной радиации на 2% произойдет таяние льдов, что чревато серьезными последствиями.

По расчетам ученых, повышение температуры Земли вызовет таяние льдов Антарктиды, Гренландии, Арктики. В результате этого глубина мирового океана может увеличиться более чем на 60 м, а площадь поверхности суши сократиться на 10%. В этом случае под воду уйдут низменности Западной и Средней Европы, густо заселенные прибрежные районы Китая и Индии. Запасы пресной воды уменьшатся на треть.

Почва является источником твердого вещества и микроорганизмов, поступающих в атмосферу. Основным механизмом попадания пылеватого материала в воздушную оболочку оказывает дефляция – выдувание почвы под воздействием сильных порывов ветра. Во время пыльных бурь в атмосферу поднимается большое количество частиц почвы. Страдают от бурь почвы, не защищенные сплошным растительным покровом. Одна из наиболее сильных бурь смела с Великих равнин США около 300 млн. тонн почвенного мелкозема. В результате этого пострадало около 4 млн. га земли.

Техногенные факторы, вызванные цивилизацией человеческого общества, нарушили круговорот веществ и их соотношения, сложившиеся в природе. Отчуждают земли под разного рода строительства, вырубают леса, загрязняют сушу и океан, используют много биомассы, чистой воды, кислорода, исчезают многие виды растений и места обитаний животных, в биосферу поступает большое количество различных по составу отходов, загрязненных веществ, чуждых природе.

Человеку предстоит организовать, не откладывая, целесообразные взаимоотношения между биосферой, экосистемами, свободно существовавшими в природе. Необходимо разумно использовать отходы (твердые, газы и др.) для нужд строительства, удобрения почв и т.д., чем сбалансировать в какой-то степени наносимые природе разрушения.

Эта неотложная проблема современности должна быть научно обоснованной, практически выполнимой, т.е. приблизить человечество к овладению механизмом управления.

Литература

1. Ивлёв А.М. Эволюция почв. – Владивосток, 2005.

2. Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв. – М, 1974.

3. Кононова М.М. Органическое вещество почвы. – М, 1963.

4. Александрова Л.Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации. – Л.: 1980.

5. Трофимов С.С., Таранов С.А. Особенности почвообразования в техногенных экосистемах // Почвоведение. 1987. №11. С. 95–99.