Владимир Базылев - Основы общей и экологической токсикологии

В ходе закисления не все почвы одинаково выделяют токсичные ионы Al 3+, так как не все почвы содержат одинаковое количество минералов, содержащих алюминий. Это связано также с различным значением рН у различных почв. Болотные почвы имеют оптимальный рН 4,0 – 4,5; песчаные – 4,5 – 5,0; глинистые – около 7,0.

Независимо от выделения ионов Al 3+и других катионов, в том числе и тяжелых металлов, изменение рН почвы может сказываться на ее свойствах и иным образом. Например, снижение рН препятствует развитию микроорганизмов, которые способствуют усвоению минеральных веществ корнями растений. Ощутимым результатом гибели микроорганизмов в почве является нарушение ее нормального дыхания.

Рис. 2.2. Ионный обмен на коллоидных частицах почвы (катионы, адсорбированные на коллоидных частицах почвы, вытесняются избытком ионов Н +)

Все изменения состава почвы, связанные с увеличением ее кислотности, подавляют рост растений. Этот эффект характерен не только для лесных пород, он проявляется также и у культурных растений. Так, опыт показал, что кислотные осадки с рН 3,3 снижают образование стручков бобовых растений на 7 %.

Тяжелые металлы антропогенного происхождения попадают в почву из воздуха в виде твердых или жидких осадков. Лесные массивы с их развитой контактирующей поверхностью особенно интенсивно задерживают тяжелые металлы, при этом, в первую очередь, удерживают наиболее мелкие частицы.

Опасность загрязнения тяжелыми металлами из воздуха в равной степени значима для любых почв. Особо отметим следующее.

1. Для каждого химического элемента существует свой определенный средний уровень концентрации в различных компонентах географической оболочки – горных породах, водах, живом веществе, атмосферном воздухе, почвах. При превышении этого уровня в деятельности организмов появляются заметные нарушения.

2. На общем фоне выделяются территории, для которых характерно избыточное или недостаточное содержание тех или иных элементов в среде. Это геохимические аномалии, которые так или иначе воздействуют на растения, животных, человека.

Основными источниками загрязнения почв металлами являются: орошение водами с повышенным содержанием тяжелых металлов; внесение осадков бытовых сточных вод в почвы в качестве удобрения; вторичное загрязнение вследствие выноса металлов из отвалов рудников или металлургических предприятий водными или воздушными потоками; поступление больших количеств тяжелых металлов при постоянном внесении высоких доз органических, минеральных удобрений и пестицидов, содержащих тяжелые металлы (Бондарев Л. Г., 1976; Алексеев Ю. В., 1987).

Ионы тяжелых металлов способны специфически адсорбироваться почвами с образованием относительно прочных связей с некоторыми поверхностными функциональными группами. Так, при взаимодействии ионов тяжелых металлов с поверхностными ОН-группами алюмосиликатов или гидроксида алюминия возможно образование следующих соединений:

где М Z+– ион металла с зарядом z+.

Образование комплексных соединений металлов с органическим веществом почвы способствует выведению излишних масс металлов из миграционных циклов на длительное время. Прочность фиксации разных металлов в органическом веществе почв неодинакова. Наиболее прочно закрепляется ртуть, прочно связывается свинец, менее прочно – медь, еще менее прочно – цинк и кадмий.

Загрязнение почв металлами приводит к изменению видового состава комплекса микроорганизмов. Происходит значительное сокращение видового разнообразия комплекса почвенных микромицетов и появление устойчивых к тяжелым металлам микромицетов. Процесс трансформации поступивших в почву в процессе техногенеза тяжелых металлов включает следующие стадии: 1) преобразование оксидов тяжелых металлов в гидроксиды (карбонаты, гидрокарбонаты); 2) растворение гидроксидов (карбонатов, гидрокарбонатов) тяжелых металлов и адсорбция соответствующих катионов тяжелых металлов твердыми фазами почв; 3) образование фосфатов тяжелых металлов и их соединений с органическими веществами почвы.

Пестициды (лат. pestis – зараза; caedo — убиваю) – собирательный термин, охватывающий химические соединения различного строения и применяемые для борьбы с вредными организмами в сельском хозяйстве, здравоохранении, промышленности, нефтедобыче и во многих других случаях. В здравоохранении пестициды применяют для борьбы с членистоногими – переносчиками таких опасных заболеваний, как малярия, туляремия, чума, энцефалит, сонная и слоновая болезни, многих кишечных заболеваний. Кроме того, в здравоохранении и ветеринарии пестициды используют в качестве дезинфицирующих средств, в промышленности – для предохранения неметаллических материалов (полимеров, древесины, текстильных изделий), борьбы с обрастанием морских судов, особенно в южных морях, для борьбы с сероводородобразующими бактериями, для предохранения труб от коррозии.

В настоящее время пестициды являются основными средствами защиты растений, животных и различных материалов от повреждений разнообразными организмами. Так, например, в 1992 г. в России пришлось вести борьбу с саранчой на площади около 2 млн га, что потребовало применения большого количества пестицида децис, а также использования военных самолетов, так как саранча за один день способна уничтожить растительность на огромных территориях. В 1995 г. в Красноярском крае сибирским шелкопрядом было повреждено 600 тыс. га леса. Борьба с шелкопрядом велась с привлечением сил Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий (МЧС РФ). В 1996 г. в России из-за недостаточной борьбы с клопом-черепашкой 5 млн т пшеницы потеряло хлебопекарные качества, и ее можно было использовать лишь на корм скоту, что нанесло стране убыток в 2 трлн рублей.

В последние годы развернулась широкая дискуссия о целесообразности применения пестицидов в сельском и лесном хозяйствах. Применением пестицидов наносится огромный вред почвам и биоценозам из-за содержащихся в них соли меди и арсениды.

По оценкам специалистов, в экономически слабых странах до 50 % урожая погибает от сорняков и вредителей, а в промышленно развитых – 15 – 25 %. Ежегодные потери урожая в мировом сельском хозяйстве составляют 30 – 40 % от потенциально возможного урожая, убытки оцениваются в 75 млрд долларов в год.