Характеристика и источники антропогенного загрязнения почвы. Пестициды, минеральные удобрения, биологическое действие, биотрансформация комбинаций пестицидов. Эпидемиологическое значение почвы.

Характеристика и источники антропогенного загрязнения почвы

Почва постоянно испытывает различные по времени, интенсивности, масштабам, последствиям воздействия, обусловленные многообразной производственной деятельностью человека. Ежегодно в атмосферу выбрасывается тонны различных загрязняющих веществ, которые в дальнейшем попадают в почву и воду.

 

Тяжелые металлы

 

В почву металлы могут попадать различными путями: из атмосферы в виде грубодисперсных аэрозолей, входящих в состав выбросов промышленных предприятий (или выхлопных газов автомобилей), а также с дождем и снегом. Тяжелые металлы прочно сорбируются и взаимодействуют с почвенным гумусом, образуя труднорастворимые соединения. Таким образом идет их накопление в почве. Наряду с этим в почве под воздействием различных факторов происходит постоянная миграция попадающих в нее веществ и перенос их на большие расстояния.

Предприятия цветной металлургии могут быть источниками загрязнения почв Cd, Pb, Ni, Zn, Hg, Си, Fc, Mo и Sn. Выбросы предприятий черной металлургии загрязняют почву Ni, Mn, Сг, Cd, Со, Си, Mo, Pb, Sn и Zn. В атмосферных выпадениях вокруг алюминиевых заводов, кроме фтора, обнаруживается значительное содержание алюминия и щелочных металлов, особенно натрия, а также тяжелых металлов - свинца, марганца, меди и цинка.

Максимальное содержание металлов в почвах наблюдается на расстояниях 1-5 км от источников загрязнения (ближняя зона). Они могут превышать фоновые уровни на 1-2 порядка. По мере удаления от источника загрязнения содержание металлов уменьшается и на расстоянии 15-20 км приближается к фоновому уровню. Глубина проникновения металлов в загрязненных почвах обычно не превышает 20 см, при сильном загрязнении они проникают на глубину до 160 см. Опасность такого залегания состоит в том, что при кислой реакции среды имеется угроза поступления токсичных металлов в виде воднорастворимых форм в грунтовые воды. Для почв, расположенных вне зоны влияния источника загрязнения, характерно, как правило, равномерное распределение тяжелых металлов.

Наибольшей миграционной способностью обладают ртуть и цинк, которые обычно равномерно распределяются в слое почвы на глубине 0-20 см. Свинец чаше накапливается в поверхностном слое (0-2,5 см), кадмий занимает промежуточное положение между ними. Встречается накопление РЬ, Cd и ртути и в гумусовых отложениях. Отмечено, что гумусовые горизонты почв загрязненных территорий значительно обогащены тяжелыми металлами.

Металлы, как правило, извлекают из почв кислотами и после перевода их в раствор анализируют электрохимическими или спектральными методами.

Среди загрязняющих веществ по масштабам загрязнения и воздействию на биологические объекты особое место занимают тяжелые металлы. В принципе многие из них необходимы живым организмам, однако в результате интенсивного атмосферного рассеивания в биосфере и значительной концентрации в почве они становятся токсичными для биоты. [2]

 

Пестициды, ПХБ, ПАУ и диоксины

 

Это опасные супертоксиканты внесены в список приоритетных загрязнителей воды, воздуха и почвы в России, США и большинстве стран Европы.

Целый ряд веществ антропогенного происхождения обладает такой подвижностью, что проникает почти повсюду. К таким веществам относятся фталаты, хлор-, азот - и фосфорсодержащие пестициды, полихлорированные бифенилы (ПХБ), поли циклические ароматические углеводороды, пентахлорфенол, а также представитель тяжелых металлов - кадмий.

Сразу же после появления и внедрения органических средств борьбы с сельскохозяйственными вредителями (пестицидов) последние стали попадать в почву.

Летучие галогенсодержащие органические соединения и ароматические углеводороды

 

Из этих токсичных соединений наибольшую опасность представляют хлорированные углеводороды.

Хлорированные алканы и алкены особенно часто используются в качестве растворителей либо как материал для ряда синтезов. Из-за сравнительно низких температур кипения (CCI4 76,7°С; CHCI3 61,7°С; CH2CI2 40°С; Cl2C = CHCl 87°С) и значительно более высокой, чем у полициклических ароматических углеводородов, растворимости в воде (около 1 г/л при 25°С) алкилхлориды широко распространились в окружающей среде. Особо летучие соединения могут проникать даже через бетонные стенки канализационных систем, попадая таким образом в грунтовые воды.

Из группы сильнодействующих на печень хлорированных углеводородов следует выделить тетрахлорметан, тетрахлорид углерода. Это соединение используют главным образом для синтеза фторхлоруглеводородов. Кроме того, его применяют в качестве растворителя жиров. Предполагают, что от 5 до 10% всего производимого тетрахлорметана попадает в окружающую среду. Природные источники образования ССl4 неизвестны.

При аэробных условиях тетрахлорметан исключительно долгоживущ. На воздухе период полураспада составляет 60-100 лет. Сходная ситуация наблюдается и в поверхностных слоях водохранилищ, богатых кислородом. Иную картину можно видеть в анаэробных условиях, когда, например, тетрахлорметан попадает в донные отложения водохранилищ. В иле с ним протекают метаболические изменения (неполный распад) в течение 14-16 дней.

Тетрахлорметан не должен попадать в очистные сооружения, так как он препятствует развитию микроорганизмов и, следовательно, сдерживает их деятельность. Косвенная опасность для человека заключается в том, что из попавшего в отходы тетрахлорметана в анаэробных условиях образуется хлороформ (СНСl3), который, как известно, обладает наркотическим действием. Прямая же угроза здоровью человека состоит в возможных изменениях печени.

К числу хлорированных углеводородов, обладающих некоторым отравляющим действием на печень, относится, среди других, и трихлорэтилен. Этот растворитель используют главным образом для обезжиривания поверхности металлов; кроме того, в качестве растворителя для ряда веществ (в том числе природного происхождения), а также в небольших количествах для синтеза. Около 90-100% всего производимого трихлорэтилена попадает в окружающую среду, главная часть - в воздух, остальная - в твердые отходы и сточные воды [3].

 

Фенолы

 

Фенол (карболовая кислота) и его производные (алкил-, нитро - и хлорфенолы) относятся к одним из главных приоритетных органических загрязнений воды и почвы, которые подлежат обязательному контролю (как правило, в режиме мониторинга) во многих странах, в том числе и в России.

Фенол применяется в производстве фенолформальдегидных смол, которые являются первыми промышленными синтетическими смолами (их производство под названием "бакелит" было начато еще в 1909 г.). Производство фенолоформальдегидных смол, изделий и материалов на их основе (связующие для фенопластов, термоизоляционные материалы, древесные пластики, например, хорошо известные в быту ДСП, фанера, литейные формы и абразивы, а также основа многих лаков и клеев) представляет собой один из основных источников поступления фенолов в природную среду - в воду и почву. Крезолы широко применяются для пропитки железнодорожных шпал и в целях дезинфекции.

Особенно токсичны производные фенола, например пентахлорфенол. Его применяют для пропитки древесины и других неметаллических материалов. Он получил широкое распространение для обработки преимущественно закрытых помещений. Этот препарат обладает сильными фунгицидными, бактерицидными и инсектицидными свойствами; особенно широко он используется при обработке древесины, ограниченное применение он находит и в других областях. Пентахлорфенол плохо растворяется в воде и с трудом проникает в древесину. Поэтому для обработки древесины чаще используют пентахлорфенолят натрия, который гораздо лучше растворяется в воде (22,4 г в 100 г воды при 20° С). В древесине при обработке соляной кислотой или ССЬ можно вновь получить малорастворимую форму. Обработанные строительные материалы постоянно будут выделять следы пентахлорфенола в окружающее пространство, в том числе и во внутренние помещения. Пентахлорфенол образуется в окружающей среде также при метаболических превращениях гексахлорбензола, распространенного фунгицида, который используется как для защиты посевов, так и при обработке древесины.

Микотоксинами. Данные загрязнения не являются антропогенными,

потому что они выделяются некоторыми грибами, однако, по своей

вредности для организма они стоят в одном ряду с перечисленными

загрязнениями почвы.

Радиоактивными веществами. Радиоактивные соединения стоят

несколько обособленно по своей опасности, прежде всего потому,

что по своим химическим свойствам они практически не отличаются

от аналогичных не радиоактивных элементов и легко проникают во

все живые организмы, встраиваясь в пищевые цепочки. Из

радиоактивных изотопов можно отметить в качестве примера один

наиболее опасный - 90Sr (стронций-90). Данный радиоактивный

изотоп имеет высокий выход при ядерном делении (2 - 8%), большой

период полураспада (28,4 года), химическое сродство с кальцием,

а, значит, способность откладываться в костных тканях животных и

человека, относительно высокую подвижность в почве. Совокупность

вышеназванных качеств делают его весьма опасным радионуклидом.

137Cs (цезий-137), 144Ce (церий-144) и 36Cl (хлор-36) также

являются опасными радиоактивными изотопами. Хотя существуют

природные источники загрязнений радиоактивными соединениями, но

основная масса наиболее активных изотопов с небольшим периодом

полураспада попадает в окружающую среду антропогенным путём: в

процессе производства и испытаний ядерного оружия, из атомных

электростанций, особенно в виде отходов и при авариях, при

производстве и использовании приборов, содержащих радиоактивные

изотопы и. т. д.