Абстрактная
Почва – это рыхлая оболочка Земли, расположенная между литосферой и атмосферой, возникшая из материнского материала под влиянием почвообразовательных процессов. Как условно возобновляемый природный ресурс почва оказывает решающее влияние на устойчивое развитие мировой экономики, особенно на устойчивое сельское хозяйство и охрану окружающей среды. В последние десятилетия возрастает интерес к непроизводственным функциям почв, в первую очередь к природоохранным. Это особенно относится к защите природных ресурсов, качество которых напрямую зависит от почвы и управления почвой. Загрязнение почв является одной из наиболее опасных форм деградации почв с последствиями, которые отражаются практически на всей биосфере, в первую очередь на гетеротрофных организмах, а также на человечестве как потребителе пищи. Загрязнение коррелирует со степенью индустриализации и интенсивностью применения агрохимикатов. Обычно это вызвано промышленной деятельностью, сельскохозяйственными химикатами или неправильной утилизацией отходов. Негативные последствия загрязнения неоспоримы: снижение продуктивности сельского хозяйства, загрязнение источников воды и сырья для пищевых продуктов — это лишь некоторые из последствий деградации почвы, тогда как почти все болезни человека (за исключением СПИДа) могут быть частично связаны с переносом загрязняющих веществ. , в пищевой цепи или в воздухе, к конечным получателям - людям, растениям и животным. Реабилитация загрязненных почв является относительно новой научной областью, которая активно развивается в последние 30 лет и становится все более важной темой. Для достижения качественной рекультивации загрязненной почвы очень важно как можно точнее провести инвентаризацию, то есть определить текущее состояние загрязнения почвы.
Ключевые слова: #почвоведение; #загрязнителипочвы; #технологиивосстановления
1. Введение
В то время как практические знания и эмпирически полученные представления о почве берут свое начало в древнейшей истории, почвоведение как самостоятельная наука сложилось в середине девятнадцатого века. Почва упоминается в старейшей научной книге Папируса Эберса шестнадцатого века до нашей эры, а также греческие и римские писатели работали над вопросом плодородия почв и их классификацией. Древняя история и Средневековье были веками эмпиризма. Все знания о почве того времени остаются основанными на опыте, и эти знания собирались в основном для сельскохозяйственных целей. Успехи химии ускорили развитие знаний о почве. Во второй половине восемнадцатого века, когда химия была так развита, знание основных химических принципов и аналитических методов позволило определить состав живых и мертвых неорганических и органических веществ. Развилась биохимия и начались первые исследования почвы.
Сначала знание о почве было получено как часть геологической системы – как геохимия или Агро геология, химия или общее растение ведение, а затем как совокупность различных наук, которые могут быть применены в сельском и лесном хозяйстве. Первая научная работа о почве Bodenkunde – oder die Lehre vom Boden немецкого агрохимика Карла Шпренгеля (1787–1859) была опубликована в 1837 г. В центре внимания почвоведения долгое время находилось плодородие почвы, как выражение бесспорно Важнейшая продуктивная роль почвы в сельском и лесном хозяйстве. Лишь в последнее время больше внимания стали уделять другим ролям почвы. Исходя из всех вышеперечисленных причин, все народы относят почву к важнейшему национальному природному ресурсу, то есть к члену так называемой экологической триады: ВОЗДУХ – ПОЧВА – ВОДА.
2 Основы почвоведения
Говоря о почве, наиболее важно отметить, что более 95% продуктов питания и сырья для пищевых продуктов мы получаем из почвы. В то же время благоприятная плодородная почва для этих целей является весьма ограниченным
Существует несколько определений почвы. Самое простое определение: почва — это поверхностный слой земной коры, измененный совместным влиянием климата, воздуха, воды, растений и животных. С экологической точки зрения почва – это слой земной коры, обеспечивающий оптимальные условия для роста растений. Исходя из приведенных выше определений, можно сказать, что почва – это рыхлая оболочка Земли, расположенная между литосферой и атмосферой, возникшая из материнского материала под влиянием факторов почвообразования и процесса почвообразования (рис. 1). Почва – это природный продукт, созданный сложными процессами, сначала дроблением и разложением горных пород, т. е. первичных минералов исходного вещества, и путем синтеза – образования новых, вторичных минералов. Полученная масса может удерживать воду, что позволяет заселять ее, в первую очередь, бактериями, грибами, водорослями и лишайниками и, наконец, высшими растениями. Названия почвы на разных языках: počv (болгарский), tlo (боснийский и хорватский), púda (чешский), Έδαφος (греческий), jord (датский, норвежский и финский), Boden (немецкий), грунт (английский), grundo (эсперанто), suelo (испанский), sol (французский), talaj (венгерский), suolo (итальянский), počva (русский и македонский), bodem (голландский), gleba (польский и белорусский), solo (португальский), sol (румынский), poda (словацкий), prst (словенский), zemljište (сербский), toprak (турецкий) и grunt (украинский).
Самая большая разница между почвой и горной породой заключается в содержании органического вещества. Сельскохозяйственная почва содержит 0,5–5 % органического вещества, а торфяная почва – до 50 % органического вещества. Хотя его содержание в сельскохозяйственных почвах относительно невелико, органическое вещество приносит и поддерживает жизнь в почве. Без органического вещества почва больше не была бы почвой, а была бы живой породой, из которой была создана почва. В этом случае почва утратила бы свою первостепенную роль — обеспечение растений водой, воздухом и питательными веществами. Необходимо четко различать два часто заменяемых и вызывающих путаницу термина – почва и земля. Разница очевидна. Почва уже описывалась как природный продукт, созданный процессами почвообразования (почвообразования), а термин земля относится к площади суши. Земля — более широкое понятие — это наземная (земная) поверхность и биопродуктивная система, включающая в себя почву, растительность, другую биоту, а также экологические и гидрологические процессы, происходящие во всей системе. Мы уже упоминали названия почвы в основных европейских языках, а названия земли во французском – terre, английском – land (ландшафт), русском – zemlja, итальянском – terreno, голландском – landen, польском – kraina или парцелла. , а немецкое – Erde. И, наконец, несколько слов о понятии педологии. Хотя во многих языках это укоренившееся слово (педология), это понятие, которое посторонние люди часто заменяют понятием педологии как науки о физическом и умственном развитии детей. Поэтому в последние годы все чаще используется термин почвоведение.
Почвообразование
Факторы и процессы почвообразования
Выделяют четыре основных фактора почвообразования: литосфера (материнское вещество), атмосфера, гидросфера и биосфера. Литосфера играет пассивную роль, а остальные три сферы активно участвуют в процессах развития педосферы. Атмосфера действует, в частности, через осадки, тепло, ветер и газ; гидросфера действует через движение и силу водных масс; биосфера действует через самые разнообразные организмы, прежде всего через флору, фауну и деятельность человека. Формирование почвы — длительный процесс, длящийся тысячи лет, а в некоторых субстратах, например в известняке, — сотни тысяч и даже миллионы лет. Для образования одного сантиметрового слоя краснозема (terra rossa) как наиболее ценного типа почвы на известняках Средиземноморья требуется течение 8–10 000 лет, поэтому на 1 м глубины требуется 800 000–1 000 000 лет. Человек может разрушить его неправильным управлением за несколько десятков лет или навсегда преобразовать за несколько дней. Мы выделяем пять основных групп почвогенетических процессов: истощение литосферы; образование органического вещества; деградация (разложение) органического вещества; перемещение компонентов (транслокация) и новообразование (неогенез).
Выветривание исходных материалов изменяет физические и химические свойства литосферы.
Плотные массивы горных пород распадаются и затем образуются из тех же минеральных соединений и отчасти из новых минеральных соединений. Поверхностная масса значительно увеличивается, а их атомы и атомные группы более подвижны, чем в компактных породах литосферы. Процессы образования органического вещества обогащают минеральную эрозию живым органическим веществом, которое становится важным фактором динамики и развития почв. В результате процессов разложения (гниения, гниения) органического вещества образуется множество химически и физиологически активных соединений, вступающих в реакции с распавшимися минералами. Процессы переноса могут изменить положение массы или почвенных частиц на поверхности педосферы или в ее недрах. Смещение поверхности является важнейшим фактором в развитии внешней морфологии педосферы. По силам, участвующим в поверхностном смещении массы педосферы (дождь, паводки, река, море, ледники, ветер и др.), развиваются самые разнообразные морфологические формы. Процессы новообразования продуктов выветривания горных пород и продуктов разложения органического вещества создали новые неорганические и органические комплексы, из которых наиболее важными и наиболее активными являются коллоидные компоненты почвы – вторичные минералы или глинистые минералы и гумус. Эти компоненты существенно изменяют особенности эрозии.
Основные характеристики почвы
Формирование почвы было кратко описано в предыдущем разделе. В этом разделе представлены основные физические, химические и биологические свойства почвы и плодородие, обусловленное этими качествами. По своим физическим характеристикам почва представляет собой трехкомпонентную систему, имеющую твердую, жидкую и газообразную составляющие. Соотношение отдельных компонентов является динамической величиной (особенно соотношение жидких и газообразных компонентов), зависящей от механического состава почвы, климата, текущих погодных условий и времени года, а также от всех других внешних факторов. Твердая составляющая состоит из минеральной и органической частей. Минеральная часть происходит из исходного материала, а органическая представляет собой более или менее гумифицированное органическое вещество. Жидким компонентом почвы является вода, точнее водный раствор почвы.
Важнейшим физическим параметром почвы является гранулометрический состав почвы. Твердая составляющая почвы по своей природе является полидисперсной системой, состоящей из частиц различных размеров, от невидимых невооруженным глазом ионов, молекул и коллоидов, до частиц камня. Каждая частица, которая не может далее распадаться на части под действием слабых механических сил (или пептизации), называется механическим или гранулометрическим элементом. Механические компоненты в почве редко встречаются отдельно и связаны с более крупными частицами – структурными агрегатами. Под механическим составом или гранулометрическим составом понимается содержание отдельных фракций в почве в процентах по массе. Поскольку нижний и верхний пределы классификации механических фракций по размеру частиц являются условными величинами, в мире применяется различная классификация. Текстурные классы определяются, среди прочего, треугольником Аттерберга, который имеет данные о процентном содержании ила, песка и глины, графически нанесенные на каждую его сторону, а пересечение может показывать текстурную метку. Согласно По своим характеристикам все классы можно разделить на три основные группы, или типы почв: песчаные, суглинистые и глинистые почвы. Принято считать, что глинистые почвы относятся к тяжелым, а песчаные — к легким. Повышенная фрагментация (дисперсность) почвы в одних и тех же условиях увеличивает водоудерживающую способность, адсорбционную способность, количество связанных питательных веществ, набухание, липкость и пластичность, снижает водопроницаемость – внутренний естественный дренаж. Вскоре химические свойства почвы улучшаются, а физические ухудшаются.
Структура почвы
Механические элементы не находятся в почве свободно или рыхло, отделены друг от друга, а связаны в более крупные кластеры – структурные агрегаты. Термин «структура почвы» включает размер, форму и характер распределения структурных агрегатов в почве. Классификация структуры может осуществляться на основе разных критериев – формы и размера пор, микроструктуры и тому подобного. По форме они могут быть кубическими, у которых все три оси развиты одинаково, призматическими или столбчатыми, вертикальная ось развита сильнее, поэтому они удлиненные, и плоскими, горизонтальная ось длиннее вертикальной (рис. 2).
Структура является одним из важнейших факторов плодородия почвы. Это может значительно исправить несправедливые качества почвы, вызванные механическим составом. Почвы с благоприятной структурой содержат больше воздуха и подходят для обработки, чтобы в них могла оптимально развиваться корневая система. Структурная почва пористая, с благоприятным соотношением микропор и макропор, и это соотношение устойчиво даже в условиях повышенной влажности. Почвы с устойчивой структурой имеют хороший водный режим и водопроницаемы. Они хорошо принимают и удерживают воду и могут создавать запасы воды в почве, потому что не подвержены засухе. Избыток воды из таких почв дренируется через систему макропор. Поэтому такие почвы хорошо дренированы. Устойчивая структура – важный показатель воздушного режима почвы, она обеспечивает аэрацию и, благодаря этому, благоприятный тепловой режим. Почвы с благоприятной и устойчивой структурой менее подвержены ветровой и водной эрозии. Почвы с неблагоприятным строением имеют как раз обратные черты, плохой воздушно-водный режим и плохую дренированность, а иногда в них происходят восстановительные процессы за счет длительного удержания воды.
Плотность почвы — это число, показывающее, во сколько раз вес почвы больше веса равного объема воды. Существует разница между плотностью частиц почвы (SPD) и объемной (сухой) плотностью (BD). SPD указывает, во сколько раз масса грунта без пор, поэтому только масса твердого компонента грунта тяжелее массы равного объема воды. Эта величина не зависит от механического состава, структуры и уплотнения почвы, это величина постоянная, связанная с содержанием органического вещества. Почвы с более высоким содержанием органического вещества имеют более низкую СПД, чем почвы с низким содержанием органического вещества. В пахотных почвах значения СПД находятся в пределах от 2,2 г/см3 до 2,9 г/см3. Термин BD обозначает, во сколько раз масса объема естественной почвы с порами плотнее массы такого же объема воды. Его определяют в лаборатории так, чтобы массу известного объема природного грунта разделить на этот объем. Значение BD непостоянно; она изменяется при обработке (рыхлении) и уплотнении почвы и зависит от СПД и пористости почвы. Среднее значение БД в пахотных почвах составляет от 1,4 г/см3 до 1,6 г/см3 и в целом снижается с глубиной. Общая пористость грунта и различные оценки некоторых параметров грунта определяются на основе SPD. На основании данных об объемной плотности почвы, весе пахотного слоя и известном количестве того или иного параметра легко определяется общее количество указанного параметра на гектар. Поэтому объемная плотность грунта является основополагающим инструментом балансировки исследуемых параметров в грунте. Свободные пространства между структурными агрегатами называются порами или пустотами почвы, а их суммарное содержание в объемных процентах называется пористостью почвы (Р). Он определяется по формуле: P%=(SPD−BD):SPD×100
Поры могут быть разного размера, от крупных трещин и нор фауны, до капиллярных и микрокапиллярных пор. Благоприятные воздушно-водные условия в почве возникают только при оптимальном соотношении макропор и микропор. Принято считать соотношение 1:1 или 3:2 в пользу капиллярных пор. Пористость почвы зависит от многих факторов, в первую очередь от механического состава, структуры и содержания органического вещества.
Воздух почвы состоит из различных газов, поступающих из атмосферы в почву или образующихся в почве. Вообще важнейшее отличие воздуха по отношению к атмосферному состоит в том, что он большую часть года полностью насыщен водяным паром, богаче углекислым газом и беднее кислородом. Состав воздуха из почвы очень изменчив и на него влияет множество факторов. Хотя воздух из почвы поступает в основном из атмосферы, часть газов также образуется в почве в результате микробиолого-биохимических процессов. Сумма содержания углекислого газа (СО2) и кислорода (О2) в воздухе почвы и атмосферы примерно одинакова. Таким образом, если в почве больше кислорода, будет меньше углекислого газа, и наоборот. Поэтому соотношение СО2 и О2 в почве зависит от аэрации почвы. СО2 выделяется в почву при дыхании корней растений и микробном разложении органического вещества. Поэтому летом содержание CO2 выше, чем зимой. Содержание СО2 выше в гумусовой почве, так как она обладает высокой биологической активностью, чем в минеральной почве с низкой биологической активностью. Во влажных почвах она выше, чем в сухих, в тяжелых почвах, чем в легких, в бесструктурных, чем в хорошо проветриваемых, структурных почвах. Высокое содержание углекислого газа само по себе не оказывает отрицательного влияния на рост растений, а ущерб растениям наносится косвенно из-за нехватки кислорода.
В почвах с низкой аэрацией в условиях редукции в небольших количествах образуются следующие соединения – аммиак (NH3), метан (CH4), сероводород (H2S), водород (H2) и другие газы. Их появление является показателем неблагоприятных условий в почве, нарушенного водно-воздушного режима в почве, так как они могут возникать только в условиях недостатка кислорода. Благоприятный водно-воздушный режим почвы имеет оттенки коричневого, желтого и черного, а оттенки серого, синего, зеленого и желтого указывают на неблагоприятный водно-воздушный режим почвы
Основные химические свойства почвы, т.е. органическое вещество (гумус) в почве, поглотительная способность почвы и реакция почвы будут показаны далее. В более широком смысле термин гумус включает в себя все мертвое органическое вещество почвы, а в узком смысле это особое органическое вещество темного цвета, образующееся в результате процессов гумификации. Это очень сложные процессы деградации исходного органического вещества и синтез новых, более сложных соединений под влиянием почвенных микроорганизмов. Состав гумуса сложен и не может быть выражен одной химической формулой, хотя соответствующие процедуры могут выделять химические соединения, известные как компоненты гумуса. После этого остается некоторая часть, химическая природа которой до конца не известна и не понята. По содержанию отдельных фракций в почве выделяют две основные формы гумуса, хотя в природе существует множество переходных форм. Это мягкий или зрелый, а также кислый или сырой гумус. Мягкий или зрелый гумус, состоящий из гуминовых (серых) кислот, насыщенных основаниями, и солей гуминовых кислот, или гуматов, устойчив к разложению. Он накапливается в почве и придает ей наилучшие физические, химические и биологические характеристики. Она создается при наличии качественного органического вещества, богатого основаниями, например, остатков травяной степной растительности и лиственных деревьев, и почв, в которых из микроорганизмов преобладают бактерии. Кислый или сырой гумус встречается в условиях влажного климата на бедных основаниями выщелоченных породах, особенно под хвойной растительностью. В ней преобладают фульвокислоты, которые в основном свободны из-за отсутствия оснований и придают почве неблагоприятные свойства. Процесс гумификации в таких условиях является результатом микробной деятельности грибов. Сырой гумус не является благоприятной формой гумуса. Между этими двумя крайними формами находится ряд переходных форм, характеристики и воздействие которых на почву зависят от характеристик почвы, ее богатства основаниями, типа растительности, количества и вида микроорганизмов, климата, высоты и прочие условия. Еще одним важным признаком, который также является критерием оценки качества гумуса, является соотношение углерода и азота, или отношение C:N. Оптимальное соотношение C:N в почве 10:1. Величина отношения С:N в почве выше 15 свидетельствует об ограниченном содержании азота в почве у растений, а значение отношения С:N ниже 10 – об ограниченном разложении органического вещества в почве. пачкаться.
Хотя содержание гумуса по отношению к минеральной части значительно меньше, а глубина его образования относительно невелика (примерно до 20 см), благодаря своим характеристикам, особенно коллоидному характеру, гумус является наиболее активным компонентом почва, кроме глины. Что касается компоста, идеальное значение отношения C:N равно 30, что указывает на достаточное количество пищи, доступной для микроорганизмов.
- Гумус оказывает многократное положительное воздействие на почву:
- Это главный фактор создания и поддержания устойчивой комковатой структуры, высокой пористости, оптимального соотношения микропор и макропор, а значит, наиболее благоприятных водовоздушных параметров и хорошего дренажа – водопроницаемости грунта;
- Обладает большой водоемкостью и высокой адсорбционной способностью;
- Благодаря своему темному цвету благотворно влияет на согревающие и тепловые свойства почвы;
- Содержит питательные вещества, выделяющиеся в процессе минерализации, повышают питательный потенциал почвы;
- Благотворно влияет на микробную активность почвы.
Под термином сорбционная или сорбционная способность подразумевается способность почвы удерживать в себе различные вещества – ионы и молекулы в почвенном растворе, взвешенные в воде коллоиды, частицы более крупных размеров и микроорганизмы. С учетом сил, участвующих в процессе сорбции, сорбцию делят на несколько групп. Механическая сорбция происходит, когда почва с ее системой пор действует как естественный фильтр. Частицы, размеры которых превышают размеры пор, задерживаются в почве. По системе механической сорбции часть глинистых частиц, вымытых из верхних горизонтов, задерживается в почве. Физическая сорбция возникает в результате удержания молекул растворенных в воде соединений или газов на поверхности почвенных частиц под действием сил поверхностного притяжения. Эти силы возникают на границе между жесткой составляющей и грунтовым раствором. Химическая сорбция происходит таким образом, что соединения химически переходят из легкорастворимой формы в менее растворимую, либо происходит реакция с катионами, связанными с адсорбционным комплексом почвы. Биологическая сорбция происходит в результате влияния высших растений и микроорганизмов. Питательные и другие вещества растение получает в растворимой форме из почвенного раствора. Строя свои подземные и надземные органы, растение накапливает эти вещества, прежде всего биогенные элементы, в нерастворимой, органической форме. Биологическая сорбция предотвращает вымывание питательных и других веществ из почвы и тем самым увеличивает их накопление в гумусовом горизонте почвы. Физико-химическая сорбция, также называемая сорбцией катионов или адсорбцией, является важнейшим способом сорбции в почве. Адсорбция – это способность коллоидных частиц отрицательного заряда (ацидоидов) связывать катионы из почвенного раствора на его поверхности с помощью физических и химических сил. Растение получает катионы через корень, поэтому они не могут быть вымыты из почвы и могут быть заменены эквивалентными количествами катионов из почвенного раствора. Все органические и минеральные коллоиды, обладающие способностью к сорбции катионов, называются адсорбционной или катионообменной емкостью почвы (ККО). В состав адсорбционного комплекса входят глинистые минералы – вторичные алюмосиликаты, гумус, органические и минеральные коллоиды, аморфные коллоидные частицы (аллофан, гидроксиды железа, алюминия, кремния и др.) и более мелкие обломки первичных минералов коллоидных размеров.
Биология почвы
Живые организмы в почве или на ней не считаются составной частью почвы – педосферы. Они относятся к биосфере, хотя и оказывают существенное влияние на все свойства почвы, да и сами они затронуты ими и определенным образом структурированы именно этими признаками. Животные организмы, фауна или педофауна сильно влияют на важные характеристики почвы. Члены грунта разрыхляют почву, создавая в ней ряд коридоров и тем самым увеличивая проницаемость воды и воздуха.
Особенно важную роль в почве играют дождевые черви (Lumbricus terrestris). Их количество колеблется от нескольких тысяч до нескольких миллионов, а вес от нескольких сотен килограммов до одной или максимум двух тонн на гектар. Им хорошо подходят почвы, богатые гумусом, с нейтральной или слабокислой реакцией. Они склеивают массу почвы в пищеварительном тракте и образуют специфические агрегаты. Считается, что через пищеварительный тракт дождевых червей проходит 30 т почвы в год, а это означает, что вся масса почвы на глубину 30 см проходит через пищеварительный тракт дождевых червей за 60-100 лет. Дождевые черви очень благотворно влияют на почву, а их количество и внешний вид являются хорошими индикаторами благоприятных условий в почве. В сухих и песчаных почвах дождевые черви отсутствуют. В таких почвах доминируют различные черви, личинки и насекомые. О видовом богатстве и их распределении по глубине почвы можно судить по количеству и видам микроорганизмов, которые находятся в массе всего лишь одного грамма почвы на разной глубине.
До сих пор были представлены формирование и развитие почвы, а также ее физические, химические и биологические особенности. Почва — это природное творение и очень динамичная система, в которой жизнь управляется определенными законами, которые сегодня, в начале двадцать первого века, не вполне ясны и научно не определены. В почве нет ничего случайного. Многие явления в педосфере являются лишь частью общей системы круговорота вещества и энергии, в которой почва не является обособленной системой. Наоборот, все изменения в литосфере, биосфере, гидросфере и атмосфере влияют на динамику почвы и ее характеристики. Изучив физические, химические и биологические свойства, мы подчеркнули важность каждого из них для плодородия почвы. Плодородие почвы – это способность почвы удовлетворять потребности растений в питательных веществах, воде, воздухе и тепле, то есть обеспечивать подходящие условия для развития подземной и надземной частей растения. Согласно этому определению, плодородие – это общий показатель свойств почвы – синтез химических, физических, водных, воздушных и тепловых свойств. Характеристиками почвы, определяющими ее плодородие, являются: реакция почвы (рН), содержание и форма гумуса, сорбционная способность почвы к питательным веществам, содержание физиологически активных элементов питания, пористость, механический состав, в частности количество и вид глинистых минералов. Все эти показатели поддаются измерению, поддаются количественной оценке, и на этой основе мы можем оценить плодородие как совокупный признак, на который влияют все эти свойства почвы.
Роль почвы
Почвоведение развивалось как часть агрономии и лесоводства. Понятно, что в центре ее внимания были те характеристики почвы, которые делали ее более или менее пригодной для выращивания растений, т.е. в центре внимания была ее производственная роль. Проблемы экологического ущерба (особенно деградации и загрязнения почв), особенно природных ресурсов, в определенной степени отодвинули эту роль. Только в последние десятилетия возрастает интерес к непродуктивным ролям почвы, в первую очередь связанным с охраной окружающей среды, в частности с охраной природных ресурсов, качество которых напрямую зависит от почвы и управления почвой. Ниже представлены все роли почвы, хотя их трудно отделить друг от друга.
Роль почвы в образовании органического вещества
Самая важная, незаменимая и основная роль почвы – снабжение растений водой, воздухом и питательными веществами, что позволяет производить биомассу – производство органического вещества посредством фотосинтеза. В этой роли почва является незаменимым фактором для поддержания жизни на Земле, для производства растений в основных отраслях экономики – сельском и лесном хозяйстве. Производство органических веществ в сельском и лесном хозяйстве удовлетворяет пищевые и непищевые потребности человека. Именно в этой роли почва позволяет нам поставлять пищу (хлеб, мясо, молоко, яйца и грибы), напитки (вино, пиво и чай), напитки (фруктовые соки, соки различных овощей и других растений), клетчатку ( шерсть, текстильные растения – хлопок, лен и конопля), лекарственные растения и травы и энергия (дрова, биодизель, спирт в качестве топлива). Кроме того, почва дает сырье для лесной и пищевой промышленности (мука, масло, сахар, волокна, каучук).
Органорегулирующая роль почвы
Почва занимает важное место в биологическом круговороте вещества и энергии. Почва находится между литосферой и атмосферой и имеет непосредственный контакт с гидросферой, антропосферой и биосферой. Таким образом, почва выступает акцептором веществ, которые (намеренно или ненамеренно) выделяются из этих сфер в окружающую среду и являются экологически значимыми для всех членов биосферы, независимо от того, оказывают ли они положительное или отрицательное воздействие. Эти вещества могут накапливаться в почве, поэтому почва выступает их собирателем за счет механической, физической и физико-химической сорбции веществ. Почва может модифицировать собранные вещества, особенно органические, с помощью микробного комплекса. Таким образом, почва выполняет роль обменника (преобразователя) этих веществ.
Почва как фильтр воды
Почва является эффективным универсальным природным фильтром для воды, проникающей через почву в недра. Для функционирования наземных и водных экосистем, особенно для защиты подземных вод от различных загрязнений, это особенно важное свойство почвы. С помощью коллоидного комплекса почва связывает различные вещества, которые в процессе естественного круговорота вещества или пищевой цепи поступают в почву в виде сухого аэроосаждения в виде пыли или дождевой воды в виде влажного осаждения или, что еще более опасно. , как кислотный дождь. Это относится и к экологически опасным веществам, следовательно, к различным загрязнителям. О более широком значении фильтрационной и буферной способности почвы свидетельствует тот факт, что 65% всего населения Европы снабжается питьевой водой из подземных вод.
Климаторегулирующая роль почвы
Почва является центральным звеном в цепи биотрансформации органического углерода; влияет на содержание и общее количество СО2 и других газов, вызывающих так называемый парниковый эффект. В глобальном масштабе общее количество органического углерода почвы (педосферы) в три раза выше, чем в надземной биологической массе. Считается, что около 25% выбрасываемого углерода происходит из почвы – сельского хозяйства. В связи с теми ограничениями, которые предусмотрены на выбросы углекислого газа, землеустройство завтрашнего дня получит новые задачи по регулированию количества выбрасываемого в атмосферу углерода, а именно за счет сокращения его выбросов.
Почва как источник генетического богатства и защита биологического разнообразия
Почва является местом обитания и генетической резервацией многих микроорганизмов и макроорганизмов почвы. Плодородная почва должна обладать соответствующей биологической активностью и демонстрировать большое биоразнообразие. Биологическая деградация почв неразрывно связана с деградацией физических и химических свойств почвы. Масса органического углерода в почве оценивается в 1550 Гт (гигатонн); она в два раза выше, чем в атмосфере, и в три раза выше, чем во всех живых организмах (биосфере) на Земле.
Пространственная роль почвы
Характеристики почвы играют ключевую роль в использовании ландшафта как сегодня, так и в прошлом. Педосфера предоставляет пространство для расширения городских территорий, дорог, зон отдыха, свалок (для захоронения отходов) и др. Считается, например, что около 2% всей площади почвы в Европе находится под зданиями. Диапазон составляет от 0,5% в Ирландии, 12% в Венгрии, 13% в Италии до 14% в Нидерландах.
Почва как источник сырья
Почва является важным источником сырья, особенно для строительной промышленности. Эксплуатация этого сырья всегда связана с повреждением почвы карьерами или перекрытием этими материалами других плодородных почв. Например, от 0,05 до 0,1 % поверхности почвы в Европе разрушено карьерами для добычи полезных ископаемых. По данным Soil Atlas 2015, 24 миллиарда тонн плодородной почвы ежегодно теряется из-за неправильного использования, т.е. из-за уплотнения почвы. Запечатывание почвы является одним из наиболее важных видов деградации почвы на сегодняшний день.
Потенциальные загрязнители почвы
Загрязнение почв является одной из наиболее опасных форм деградации почв с последствиями, которые отражаются практически на всей биосфере, в первую очередь на гетеротрофных организмах, а также на человечестве как потребителе продуктов питания. Путь любого загрязняющего вещества из почвы на тарелку очень короткий, и безопасность пищевых продуктов является решающим и все более важным требованием, которое становится все труднее и сложнее реализовать. Чтобы определить загрязненную почву, можно сказать, что это почва, в которой деятельность человека или природные явления увеличили содержание вредных веществ, концентрации которых могут быть вредными для деятельности человека, то есть для производства растений или животных. Именно поэтому в последнее десятилетие ремедиация загрязненных почв становится все более важной темой. Для достижения удовлетворительного уровня рекультивации загрязненной почвы очень важно как можно точнее определить текущее состояние почвы. После завершения процесса рекультивации следует повторить отбор проб грунта, то есть определить конечное состояние. На основании установленных значений загрязнения почвы после завершения процесса рекультивации будут даны рекомендации по дальнейшему использованию земель.
Хотя существует несколько классификаций загрязнения почвы, в этом разделе потенциальные загрязнители почвы подразделяются на следующие группы: органические загрязнители (полициклические ароматические углеводороды и стойкие органические загрязнители); топлива (углеводороды); взрывчатые вещества; неорганические загрязнения (металлы и металлоиды), включая радиоактивные элементы.
Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) или полиароматические углеводороды или полиядерные ароматические углеводороды представляют собой большую группу циклических углеводородов, состоящих из 4, 5, 6 или 7 бензольных колец, слитых вместе. Наиболее распространены ПАУ с пятью или шестью кольцами. По своему химическому строению они относятся к стойким органическим загрязнителям. В природе ПАУ встречаются в малых, практически ничтожных концентрациях, а повышенное содержание относится лишь к разной антропогенной деятельности. К природным явлениям, которые могут вызвать повышенное содержание ПАУ в окружающей среде, относятся извержения вулканов, падения метеоритов и комет, летние лесные пожары или возникновение других видов крупных открытых пожаров. Повышенное содержание ПАУ, как правило, является следствием процессов пиролиза при сжигании, особенно угля и газа в бытовых и других тепловых хозяйствах, мусоропереработке, транспорте и в некоторых отраслях промышленности (коксовых, металлургических и алюминиевых заводах, электростанциях, гальванических заводах, нефтяных переработка нефтепродуктов, производство и использование асфальта и гудрона). Везде, где в рабочем процессе требуется много тепловой энергии, можно ожидать повышенного содержания ПАУ. Самые высокие концентрации ПАУ обнаруживаются в дымоходах частных домов или в больших трубах промышленных предприятий, использующих уголь в качестве сырья. Повышенное содержание ПАУ может быть зафиксировано в крупных городах в результате выхлопных газов автомобильного транспорта. Повышенное содержание ПАУ можно определить и в вяленом мясе, то есть в хорошо прожаренном (точнее, прожаренном) мясе, которое готовится на гриле. В некоторых европейских странах разработаны критерии качества почв по степени загрязнения ПАУ и необходимым мерам рекультивации. Критерии основаны на влиянии ПАУ на экосистему и здоровье человека. Критерии рекультивации определяются по способу эксплуатации почв в соответствии с установленными типами почв и их механическим составом. Значения ниже 200 мкг/кг общего содержания ПАУ считаются естественными значениями. Сумма шестнадцати ПАУ от 600 мкг/кг до 10 000 мкг/кг считается тревожной, а значения выше 10 000 мкг/кг общего количества ПАУ в почве требуют мер по рекультивации.
Некоторые из стойких органических загрязнителей – (СОЗ) представляют собой токсичные синтетические органические ароматические соединения, полученные в процессе хлорирования бифенила в присутствии катализатора. (При повышенном их содержании в почве из-за высокого сродства к связыванию, особенно с органическим компонентом почвы, удалить их из почвы очень трудно.
Следующие загрязняющие вещества представляют собой углеводороды. Повышенное содержание углеводородов в почве может быть вызвано природной или антропогенной деятельностью. В отличие от других химических веществ, особенно пестицидов, углеводороды не вносятся в почву с определенной целью. Нежелательно повышенное содержание углеводородов в почве чаще всего связано с конкретными авариями (разрывами трубопроводов, авариями при добыче нефти или авариями на НПЗ), утечками из подземных резервуаров для хранения нефти и ее производных, полигонов. Повышенное содержание углеводородов в почве может быть вызвано также процессами, связанными с добычей сырой нефти, природного газа, угля и торфа. Как уже отмечалось, повышенное содержание углеводородов в основном связано с деятельностью человека, но иногда может происходить и за счет естественных процессов, например, разложения битуминозных сланцев или других пород, в которых определялось повышенное содержание углеводородов.
С химической точки зрения термин «тяжелые металлы» включает металлы с плотностью более 5 г/см3 и атомным номером более 20. С биологической точки зрения Нибур и Ричардсон (1980) классифицировали тяжелые металлы как элементы, необходимые по крайней мере для некоторых организмов (Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Mo и V), элементы, необходимые для роста и развития живых организмов. растения (Mn, Fe, Cu, Zn, Mo и, возможно, Ni) и фитотоксичные элементы (Cd, Hg и Pb) [23]. Поэтому некоторые тяжелые металлы являются микроэлементами, но в то же время фитотоксичными. Проблема в том, что существует тонкая грань между ролью микроэлементов и фитотоксичностью. Существует 65 элементов таблицы Менделеева, обладающих свойствами металлов: высокой теплопроводностью, высокой плотностью и ковкостью. Из десяти наиболее распространенных в литосфере элементов семь относятся к тяжелым металлам.
Среди перечисленных деградаций почв загрязнение почв тяжелыми металлами приобретает все большее значение и привлекает наибольшее внимание общественности. Этот термин относится к содержанию тяжелых металлов в почве в количестве, вызывающем видимое или измеримое нарушение некоторых из уже упомянутых функций почвы. При этом учитываются все функции почвы и, в частности, важнейшие характеристики – плодородие, пригодность для нормального роста и развития природных и/или культурных растений. Растения, выращенные в чистой почве, пригодны для всех распространенных способов использования и совершенно безвредны для каждого потребителя. В противном случае, если почва загрязнена, планы были заражены через почву, потому что загрязнитель может быть обнаружен в почве в химической форме, которую растения могут поглощать в количестве, которое отрицательно отражается на их росте, развитии и качестве.
Технологии реабилитации загрязненных почв
Широко распространенная и очень серьезная проблема загрязнения почв органическими и неорганическими веществами при природной и антропогенной деятельности уже обсуждалась в предыдущем разделе этой главы. В отличие от органических загрязнителей, неорганические загрязнители не разлагаются и накапливаются в/на адсорбционном комплексе или органическом веществе почвы. Если их выброс происходит из адсорбционного комплекса, то они будут поглощаться растением или просачиваться в грунтовые воды. Если растение попадает в пищевую цепочку, существует риск того, что человек будет потреблять его прямо или косвенно, если растение потребляется животными, которые впоследствии будут потребляться людьми. Следующей вероятной ситуацией является дренирование загрязнения в более глубокие горизонты почвы, что приведет к загрязнению грунтовых вод, либо загрязнитель попадет в открытые водотоки по боковому (под)поверхностному стоку. Поэтому участки, загрязненные органическими и неорганическими загрязнителями, на которых не проводилась реабилитация, не должны использоваться ни в какой форме ведения сельского хозяйства. В то же время они являются потенциальным источником загрязнения гидросферы и атмосферы.
По сравнению с атмосферой и гидросферой педосфера обладает гораздо меньшими и заметно более медленными возможностями восстановления после токсического воздействия. Биогеохимические процессы в почве, влияющие на судьбу, поведение и биодоступность потенциальных загрязнителей, являются одними из самых полезных научных исследований последних десятилетий. Негативные последствия загрязнения неоспоримы: снижение продуктивности сельского хозяйства, загрязнение источников воды и сырья для пищевых продуктов — это лишь некоторые из последствий деградации почвы, тогда как почти все болезни человека (за исключением СПИДа) могут быть частично связаны с переносом загрязняющих веществ. по пищевой цепочке или воздуху к конечным получателям – людям, растениям и животным. Реабилитация загрязненной почвы может осуществляться тремя способами с использованием различных технологий рекультивации:
- снижение концентрации общего загрязнения до допустимых уровней в соответствии с перспективой землепользования;
- физическая/химическая/биологическая/механическая изоляция загрязнения для предотвращения дальнейшего взаимодействия (распространения) загрязненного грунта с окружающей средой;
- снижение биодоступности органических и неорганических примесей.
