Почва как важнейший экологический фактор

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Почва как важнейший экологический фактор

Введение

Почва - основа природы суши. Можно до бесконечности поражаться самому факту, что наша планета Земля единственная из известных планет, которая имеет удивительную плодородную пленку - почву. Как произошла почва? На этот вопрос впервые ответил великий русский ученый-энциклопедист М.В. Ломоносов в 1763 г. в своем знаменитом трактате «О слоях земли». Почва, писал он, не первозданная материя, а произошла она «от согнития животных и растительных тел… долготою времени». [5] В. Докучаев (1846-1903) в классических работах о почвах России впервые стал рассматривать почву как динамическую, а не инертную среду. Что же такое почва?

1. Почва. Общая экологическая характеристика

Почва - это рыхлый поверхностный слой земной коры, который образовался в процессе выветривания, деятельности живых организмов, разложения органических остатков и перемешивания полученных веществ. Русский почвовед В.В. Докучаев дал ей такую оценку:»… почва есть такое же самостоятельное, естественно-историческое тело, как и любое растение, любое животное». Он доказал, что почва не мертвый организм, а живой, населенный многочисленными организмами, она сложна по своему составу. Им было выявлено пять главных почвообразующих факторов, к которым относятся климат, материнская порода (геологическая основа), топография (рельеф), живые организмы и время.

В.И. Вернадский также считал почву «живым» организмом и называл ее биокосным телом. [2]

Очень сложные химические, физические, физико-химические и биологические процессы протекают в поверхностном слое горных пород на пути их превращения в почву. Н.А. Качинский в своей книге «Почва, ее свойства и жизнь» (1975) дает следующее определение почвы: «Под почвой надо понимать все поверхностные слои горных пород, переработанные и измененные совместным воздействием климата (свет, тепло, воздух, вода), растительных и животных организмов, а на окультуренных территориях и деятельностью человека, способные давать урожай. Та минеральная порода, на которой почва образовалась и которая как бы родила почву, называется материнской породой».

По Г. Добровольскому (1979), «почвой следует называть поверхностный слой земного шара, обладающий плодородием, характеризующийся органо-минеральным составом и особым, только ему присущим профильным типом строения. Почва возникла и развивается в результате совокупного воздействия на горные породы воды, воздуха, солнечной энергии, растительных и животных организмов. Свойства почвы отражают местные особенности природных условий». Таким образом, свойства почвы в своей совокупности создают определенный экологический режим ее, основными показателями которого служат гидротермические факторы и аэрация. [5]

Почва представляет собой сложный многослойный «пирог» из горизонтов с разными свойствами, причем состав и толщина «пирога» в разных зонах различны. Общеизвестны зональный (от подзолов и серых лесных до черноземов, каштановых и бурых почв) и гидрогенный (от влажно-луговых до болотно-торфянистых) ряды почв. В южных районах почвы могут быть, кроме того, засолены. У солончаковатых почв засолен поверхностный слой, у солонцов соли накапливаются в глубине почвы.

Любая почва представляет собой многофазную систему, в составе которой:

- минеральные частицы - от тончайшего ила до песка и гравия;

- органическое вещество - от тел только что умерших животных и отмерших корней растений до гумуса, в котором это органическое вещество подверглось сложной химической переработке;

- газовая (воздушная) фаза, характер которой во многом определяется физическими свойствами почвы - ее структурой и соответственно плотностью и порозностью. Газовая фаза почвы всегда обогащена углекислым газом и парами воды и может быть обеднена кислородом, что сближает условия жизни в почве с водной средой. Состав воздуха меняется с глубиной почвы: происходит уменьшение количества кислорода и увеличение количества углекислого газа. Вследствие разложения органических веществ в почве может повышаться концентрация аммиака, сероводорода, метана и других токсичных газов. При затоплении почвы и интенсивном разложении органических веществ могут формироваться анаэробные условия;

- водная фаза. Вода в почве также может содержаться в разных количествах (от избытка до крайнего дефицита) и в разных качествах, быть гравитационной - свободно перемещающейся по капиллярам и наиболее доступной для корней растений и животных организмов, гигроскопической - входящей в состав коллоидных частиц, и газовой - в форме пара.

Колебания температуры отмечаются только в приповерхностных слоях почвы, при этом они могут быть даже более выражены, чем в приземном слое воздуха. Однако в глубоких слоях почвы, особенно глубже 1,5 м, колебаний температуры уже практически нет.

Многофазность почв делает их среду наиболее насыщенной

жизнью. В почвах сконцентрирована основная биомасса животных, бактерий, грибов, в ней расположены корни растений, живущих в наземно-воздушной среде, но извлекающих из почвы воду с элементами питания и поставляющие в «темный мир» почвы органическое вещество, накопленное в процессе фотосинтеза на свету. Почва - это главный «цех по переработке» органического вещества, через нее протекает до 90% углерода, возвращаемого в атмосферу.

В целом почвенная среда жизни представляет собой переход от водной к наземно-воздушной, что позволило М.С. Гилярову сформулировать гипотезу о выходе организмов из водной среды на сушу через почвенную среду. [4] Этот путь был, видимо, основным для членистоногих, которые через стадию обитания в почве смогли завоевать наземно-воздушную среду жизни.

Основные типы почв. К основным типам почв на территории Беларуси относятся: дерново-подзолистые, дерново-подзолистые заболоченные, дерново-болотные, дерновые, торфяно-болотные и пойменные. По составу подстилающих пород они подразделяются на песчаные, супесчаные, суглинистые на моренах, лёссах, аллювиальных, озерных иных отложениях.

Общая площадь земель в Беларуси составляет 20,76 млн га. Из них 86% - продуктивные земли. [2]

2. Обитатели почвы

Биологическое разнообразие в почвенной среде жизни высокое. В среднем на 1 м 2 почвенного слоя приходится более 100 млрд клеток простейших, миллионы коловраток и тихоходок, десятки миллионов нематод, десятки и сотни тысяч клещей и коллембол, тысячи других членистоногих, десятки тысяч энхитреид, десятки и сотни дождевых червей, моллюсков и прочих беспозвоночных. Кроме того, 1 см 3 почвы содержит десятки и сотни миллионов бактерий, микроскопических грибов, актиномицетов и других микроорганизмов. В освещенных поверхностных слоях в каждом грамме обитают сотни тысяч фотосинтезирующих клеток зеленых, желто-зеленых, диатомовых водорослей и цианобактерий (Чернова, Былова, 2004). [2]

Животные почвы являются объектом исследования специальной науки - почвенной зоологии. В составе почвенной фауны выделяют следующие группы:

микрофауна. К этой группе относятся простейшие, коловратки, тихоходки, нематоды и прочая «мелюзга», размер которых составляет микроны. По существу это водные организмы, которые обитают в системе «микроводоемов». Большинство этих животных обитает и в настоящих водоемах, однако почвенные формы имеют меньшие размеры и обладают приспособлениями для переживания периодов пересыхания;

мезофауна. Животные этой группы имеют размер до 2 мм. Это

- членистоногие, в основном клещи, коллемболы, протуры, двухвостки. Специальных приспособлений к рытью у них нет, и потому они ползают по стенкам почвенных полостей. От высыхания почвы эти животные спасаются перемещением вглубь. Как и представители микрофауны, эти организмы хорошо переносят промерзание почвы;

макрофауна. К этой группе относят животных, размер которых колеблется пределах от 2 до 20 мм. Это - личинки насекомых, многоножки, дождевые черви и др. Они способны активно перемещаться, раздвигая частицы почвы или прокладывая новые ходы;

мегафауна. Это крупные землерои, в основном из числа млекопитающих (кроты, слепыши). К ним близки «временные» обитатели почвы, которые роют в ней норы - суслики, сурки, тушканчики, кролики, барсуки и др.

3. Основные источники загрязнения литосферы

почва литосфера земной экологический

Литосфера - верхняя твердая оболочка Земли (почва), включающая земную кору и верхнюю мантию Земли. Почва обладает рядом свойств, присущих живой и неживой природе; она образовалась под совместным воздействием гидросферы, атмосферы, живых и мертвых организмов. Основными факторами почвообразования являются время и климатические условия. Так, полоска толщиной 2 см в зависимости от климатических условий создается природой в течение 200-600 лет.

Важнейшие свойства почвы:

- плодородие - способность обеспечивать рост и развитие растений,

- способность к самоочищению от органических загрязнений.

Общая площадь литосферы на Земле составляет 150 млн км² или 29,2% от общей поверхности планеты, причем только 10% всей литосферы составляют пахотные земли, кормящие человечество, остальное занимают: льды, безводные пустыни, редколесье, саванны, сухие степи, болота, застроенные земли.

Главной бедой почвенного покрова является эрозия почвы, с которой связаны 0,9 всех потерь пахотных земель, включая снижение их плодородия. Водная эрозия почвы заключается в размыве почвы, смыве ее талыми и дождевыми водами. Ветровая эрозия возникает при уничтожении растительности на территориях с недостаточным естественным увлажнением. В обоих случаях имеется в виду гумусовый (плодородный) горизонт толщиной 15-20 см. Меры по борьбе с эрозией почв предусматривают комплекс агротехнических мероприятий по водозадержанию и водопоглощению.

В почве протекают различные физические, химические и биологические процессы, которые в результате загрязнения нарушаются. Загрязнение почвы связано с загрязнением атмосферы и гидросферы. В почву попадают твердые и жидкие промышленные, сельскохозяйственные и бытовые отходы. Основными загрязняющими веществами являются металлы и их соединения, удобрения и пестициды, радиоактивные отходы. По пищевым цепям эти загрязнения попадают в организм человека, оказывая токсическое, канцерогенное, мутагенное действие, подавляя иммунитет. Рассмотрим подробнее основные источники антропогенного загрязнения земли.

Отходы производства и потребления. Масса отходов непосредственно связана с объемами потребления сырья и производства продукции. Поэтому главными поставщиками отходов и загрязнителей земли являются развитые промышленные страны. Но это не означает, что все отходы образуются и накапливаются именно на их территориях. В США, странах ЕЭС и Японии существует отчетливая тенденция вытеснения наиболее «грязных» сырьедобывающих производств и многоотходных технологий в другие, преимущественно в развивающиеся страны. К тому же осуществляемый развитыми странами масштабный экспорт потребительских товаров способствует распространению бытового мусора.

Избавиться от отходов можно несколькими известными способами:

а) закопать (потребуются новые территории и значительные расходы на земляные работы, изоляцию и последующую рекультивацию);

б) затопить (сохраняется опасность загрязнения акваторий);

в) сжечь (загрязняется воздух);

г) утилизировать.

Последний вариант предпочтителен, но он реален лишь для относительно небольшой части отходов и содержит немало технических, экономических и организационных трудностей. В мировой практике пока не найдены простые и эффективные решения этого вопроса.

Тяжелые металлы. Живое вещество почти целиком состоит из самых легких химических элементов, в основном неметаллов. Содержание легких металлов - Са, Na, К и Mg - в сумме, как правило, не превышает 1%. Все прочие элементы могут находиться в составе организмов только в микро- и ультрамикроколичествах. Некоторые из них - железо, марганец, медь, цинк, кобальт - входят в состав сложных биомолекул или необходимых витаминов. Но их избыток, как и присутствие других металлов, даже в микроколичествах, вредно для организма. Все тяжелые металлы (ТМ) в той или иной степени ядовиты. К ним относят обычно элементы с удельным весом более 4,5 г/см³, хотя в число токсичных металлов входит и легкий бериллий.

По токсичности, присутствию в современной окружающей среде и вероятности попадания в живые организмы может быть выделена приоритетная группа ТМ: свинец, ртуть, кадмий, мышьяк, таллий, висмут, олово, ванадий, сурьма. Несколько меньшее значение имеют хром, медь, цинк, марганец, никель, кобальт, молибден и селен. За исключением указанной выше небольшой группы «биофильных» ТМ все эти металлы, по крайней мере, по отношению к высшим животным и человеку, токсичны. Они попадают в организм с пищей, водой, при вдыхании загрязненного воздуха и в зависимости от химической формы их соединений с той или иной скоростью выводятся из организма. Но незначительная их часть задерживается в органах и тканях, вступая в соединение с биогенными элементами и радикалами. Так как эти соединения не участвуют в нормальном обмене веществ и для большинства из них характерны длительные периоды полувыведения (от месяцев до десятков лет), происходит постепенное накопление ТМ, ведущее к различным поражениям и тяжелым хроническим заболеваниям.

По приблизительной оценке к концу XX в. в мире накоплено (в млн т): Си - 300, Zn - 200, Cr - 70, Pb - 20, Ni - 3,5, Cd - 0,6, Hg - 0,5. Природа никогда не знала такого груза ТМ на поверхности земли, в биосфере. Загрязнение среды тяжелыми металлами определяется не только указанными количествами. Они образуются и при производстве других металлов - железа и алюминия, а также при сжигании топлива и переработке химического сырья. [1]

Предельно допустимые суточные дозы (ПДД_с) различных ТМ, поступающих в организм человека с водой или пищей, колеблются в широких пределах от 0,1 мкг (Hg) до 5 мг (Zn). Сопоставление ПДД с массой ТМ, находящихся в окружающей среде, и простой расчет позволяют заключить, что эти вещества заключают в себе потенциал многократного отравления всего человечества.

Пестициды. Существенным фактором загрязнения среды является химизация сельского хозяйства. Даже минеральные удобрения при неправильном их применении способны наносить экологический ущерб при сомнительном экономическом эффекте. Высокие дозы азотных удобрений являются одной из причин накопления в растениях нитратов. Сами по себе они не очень токсичны. Но при употреблении растительных продуктов в пищу содержащиеся в них нитраты под действием микрофлоры кишечника восстанавливаются в нитриты, которые во много раз токсичнее. В 40-х годах нашего столетия для уничтожения вредных (с точки зрения человека) организмов начали широко применять синтетические органические соединения - пестициды. В зависимости от объекта назначения их подразделяют на инсектициды (средства борьбы с насекомыми), гербициды (средства борьбы с сорняками), фунгициды (средства борьбы с грибковыми заболеваниями) и др. Ни один из этих химикатов не обладает абсолютной избирательностью и представляет угрозу для других групп организмов, в том числе для людей. Поэтому все они - биоциды, т.е. вещества, угрожающие различным формам живого. Даже сравнительно мало токсичные пестициды плохо подвергаются ферментативному разложению. Большинство организмов не располагает соответствующими механизмами детоксикации. Все синтетические пестициды являются ксенобиотиками. Пестициды постепенно накапливаются в почве и воде, а затем по пищевым цепям переходят в растения, в животных и организм человека. В результате загрязнения почвы и заражения биосферы гибнут целые популяции полезных насекомых, рыб, птиц и других животных. По данным ВОЗ, отравление пестицидами каждый год поражает в мире до двух миллионов человек и уносит до 40 тыс. человеческих жизней. Спустя более полувека с начала применения пестицидов следует признать, что беспрецедентная химическая война с вредителями сельского хозяйства практически полностью проиграна. [1]

Загрязнение территорий особо опасными токсикантами. С производством и применением пестицидов связано появление в окружающей среде еще одной группы крайне ядовитых веществ - диоксинов. Они оказались образовавшимися в процессе производства примесями к некоторым гербицидам. Один из диоксинов - ТХДД занимает пятое место в ряду самых сильных из известных ядов. Предполагается, что максимальная недействующая доза этого вещества для человека не превышает 10^-6 мкг/кг. Диоксины очень стойки: период полувыведения у человека - больше года. Известны случаи заболеваний и гибели людей, связанные с диоксинами. Применение американской армией во Вьетнаме дефолианта, содержащего ТХДД, вызвало заболевания более 2 миллионов жителей. Диоксины могут образовываться при сжигании угля, углеводородов, пластмасс.

Ежегодно в мире производится около 500 млн т опасных отходов. Ими загрязняются значительные земельные площади и водоемы.

Опасные отходы называют «бомбой замедленного действия» в силу их кумулятивного воздействия на окружающую среду. При их складировании происходят многочисленные вторичные химические процессы, и в среду поступают не только известные химикам токсиканты, но и совершенно новые, непредсказуемые по своему воздействию на человека и экосистемы вещества. Установлено, например, что в шламах азотного производства при некоторых условиях образуется целый букет нитрозаминов - сильнейших мутагенов и канцерогенов. В промышленных зонах вблизи больших городов скопления отходов вместе с аэрогенными выпадениями образуют значительные техногенные геохимические аномалии многих металлов, которыми загрязняются не только почвы, грунты, но и растительность и подземные воды.

Загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами в местах их добычи, переработки и транспортировки превышает фоновое в десятки раз. Наиболее опасные формы нефтяного загрязнения связаны с многочисленными повреждениями нефтепроводов, когда на местах разливов нефти гибнут многие растения и животные. Из-за нефтяных загрязнений в почве накапливаются стойкие ПАУ, среди которых есть сильные канцерогены.

Виновником чрезвычайно опасных загрязнений также является военно-промышленный комплекс (ВПК). Производство и испытания оружия, многочисленные склады вооружений, в том числе химического оружия, и связанные с ними аварии, взрывы, утечки, случаи неправильного обращения позволили говорить о «необъявленной химической войне. Некоторые элементы ракетных топлив и боевые отравляющие вещества являются супертоксикантами. Понимание серьезной опасности, грозящей человечеству, нашло свое отражение в международных соглашениях по уничтожению химического оружия.

Техногенные добавки к радиационному фону. Научные открытия и развитие физико-химических технологий в XX в. привели к появлению искусственных источников радиации, представляющих большую потенциальную опасность для человечества и всей экосферы. Этот потенциал на много порядков больше естественного радиационного фона, к которому адаптирована вся живая природа.

Деятельность человека в несколько раз увеличила число присутствующих в среде радионуклидов и на несколько порядков - их массу на поверхности планеты. Главную радиационную опасность представляют запасы ядерного оружия, топлива и радиоактивные осадки, которые образовались в результате ядерных взрывов или аварий и утечек в ядерно-топливном цикле - от добычи и обогащения урановой руды до захоронения отходов. В мире накоплены десятки тысяч тонн расщепляющихся материалов, обладающих колоссальной суммарной активностью.

С 1945 по 1996 г. США, СССР, Англия, Франция и Китай произвели в надземном пространстве более 400 ядерных взрывов. В атмосферу поступила большая масса сотен различных радионуклидов, которые постепенно выпали на всей поверхности планеты. Их глобальное количество почти удвоили ядерные катастрофы, произошедшие на территории бывшего СССР. Долгоживущие радиоизотопы (углерод-14, цезий-137, стронций-90 и др.) и сегодня продолжают излучать, создавая приблизительно 2%-ную добавку к фону радиации. Последствия атомных бомбардировок, ядерных испытаний и аварий еще долго будут сказываться на здоровье облученных людей и их потомков. [1]

Заключение

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что поверхность земли испытывает самую значительную по массе и очень опасную антропогенную нагрузку, которая отрицательно сказывается на экологии всей планеты, и способствует вытеснению природных экосистем на значительной площади нашей планеты. Поэтому вопрос о сохранении почв во всем мире приобретает особую актуальность и значимость.

Источники

1. Акимова Т.А., Кузьмин А.П., Хаскин В.А. Экология. Природа-Человек-Техника. Москва, 2001. - с. 138-144.

2. Маврищев В.В. Основы экологии. Минск. Вышэйшая школа, 2007 - с. 54-55,354-360.

3. Миркин Б.М., Наумова Л.Г. Краткий курс общей экологии. Часть1. Экология видов и популяций. Учебник. Уфа, 2011. - с. 63-64.

4. Павлов А.Н. Экология. Рациональное природопользование и безопасность жизнедеятельности, Москва.высшая школа, 2005. - с. 199-207.

5. Степановских А.С. Экология, Москва, 2003. - с. 152-153.

Размещено на Allbest.ru