CC BY
108
____________________________ © А.М. Дербенцева, А.И. Степанова,
Л.Т. Крупская, 2005
УДК 550.4:574.4
А.М. Дербенцева, А.И. Степанова, Л. Т. Крупская
ХИМИЧЕСКАЯ ДЕГРАДАЦИЯ ПОЧВ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ТЕХНОГЕННЫХ ГЕОХИМИЧЕСКИХ ПОТОКОВ
ш Ш о определению В.В. Докучаева, почва - это «...вполне
-Ш.Ж. самостоятельное, естественноисторическое тело, которое является продуктом совокупной деятельности: а) грунта; б) климата; в) растений и животных; г) возраста страны; д) рельефа местности» («Картография русских почв», 1879).
C развитием научно-технической революции к этой деятельности добавилось техногенное влияние. Формы его проявления самые разнообразные. Техногенез приводит к различным изменениям в почвах - изменяется направление процессов почвообразования, а также свойства почв. Экстремальные воздействия способствуют полному уничтожению почв и почвенного покрова, что наносит непоправимый ущерб, прежде всего сельскохозяйственному производству. По статистике за последние 25 лет площадь сельскохозяйственных угодий сократилась на 33 млн. гектаров, несмотря на ежегодное вовлечение в сельскохозяйственный оборот новых земель. Основной причиной уменьшения их площади является деградация почв.
По мнению Ф.Р. Зайдельмана (2000), «... деградацион-ные изменения возникают только тогда, когда используемый антропогенный способ трансформации почв неадекватен их генезису, свойствам и режимам» (с. 1272). Главное изменение выражается в снижении почвенного плодородия - основного свойства почв. Каждая почва в отдельности и вся педосфера, как компонент биосферы, в целом устойчивы в своем развитии. Как функционирующая система в условиях биосферы, она устойчива против внешних воздействий и способна саморегулироваться и само-восстанавливаться. Эти свойства почв могут быть нарушены под: а) воздействием критических масс, в виде сильного эрозионного смыва или, наоборот, путем погребения почв аллюви-
альными и другими наносами или пеплопадами при извержении вулканов; б) воздействием большого количества выбросов вредных веществ, как сопутствующих продуктов различных производств, в том числе горного.
В условиях биосферы, педосфера устойчива в своём развитии. Но во времени и пространстве она постоянно изменяет свое состояние, то есть эволюционирует. Эти изменения идут в направлении усложнения, что обусловливает большое разнообразие почвенного покрова. В целом вся педосфера, являясь компонентом биосферы, выполняет ряд глобальных функций, которые можно назвать почвенно-экологическими:
1. Почва (и педосфера в целом) отвечает за существование жизни на планете Земля;
2. Почва (и педосфера в целом) осуществляет газообмен между сушей планеты и ее атмосферой;
3. Почва регулирует биохимические процессы на суше планеты;
4. Почва (и педосфера в целом) регулирует геохимические процессы и геохимический сток в океан;
5. Почва и живое вещество формируют и осуществляют малый биологический круговорот на планете Земля;
6. Почва (по Вернадскому, 1965) является «благороднейшей ржавчиной» на планете Земля.
Почвенно-экологические функции включают несколько видов: биосферные, межландшафтные, внутриландшафтные и внутрипочвенные (Гаджиев, Курачев, Андроханов, 2001). Общепризнано, что при антропогенном вмешательстве первыми нарушаются внутрипочвенные функции. Они отвечают за водные, воздушные, тепловые свойства почв, за все почвенные режимы (питания, водно-воздушный, тепловой и др.) то есть, прежде всего, за плодородие почв. В то же время важна роль почв как нейтрализатора загрязнений, биологического и физико-химического адсорбента. Степень геохимической и биохимической устойчивости почв зависит от скорости, характера превращения веществ и интенсивности выноса продуктов метаболизма. Перечисленные процессы определяются опять-таки водными и тепловыми режимами, наличием мерзлоты, реакцией
среды, окислительно-восста-новительными условиями, адсорбционной способностью и биогенностью почв. В связи с этим:
- изменяется кислотность-щелочность почв, то есть реакция среды почвенного раствора;
- изменяется окислительно-восстановительный режим в сторону ухудшения окислительного;
- уменьшается количество элементов питания растений в почвах;
- повышается концентрация токсичных для человека и растений веществ (пестициды, химические элементы-загрязнители, радионуклиды и др.).
Поэтому при нормировании химических веществ в почве учитывается как опасность, которую представляет почва при непосредственном контакте с ними, так и последствия экологического дисбаланса, наступившего при контакте с педосферой других геосфер - гидросферы, атмосферы, частично литосферы и живого вещества.
Закон экологии Б. Коммонера гласит: «1) все связано со всем; 2) все должно куда-то деваться; 3) природа «знает» лучше; 4) ничто не дается даром». Поэтому необходимо помнить, что деградированные почвы являются опасными объектами, так как они не выполняют экологические защитные функции и могут инициировать процессы общей деградации земной поверхности и изменения климатических условий. Деградация почв нарушает сложившееся экологическое равновесие и ухудшает социальные условия жизни людей. То есть нарушение почвенноэкологических функций приводит к экологическому дисбалансу.
Химическая деградация почв подчиняется сложным закономерностям и зависит от химического состава, концентрации и активности загрязняющих веществ; специфики природных условий, режима хозяйственного использования территории. Началом процесса деградации является поступление загрязняющих веществ в сосредоточенный сброс или прибрежный сброс, рассредоточенный сброс по площади. Движение загрязняющих веществ в составе геохимического потока проходит стадии: разбавления, смешения, переноса, осаждения, выноса, рассеяния и т.д.
Воздействие горнорудных предприятий на почвенный покров
Характер деятельности горнорудного предприятия Формы воздействия Возникающие формы рельефа Последствия
Строительство предприятий горнорудной промышленности Уничтожение и отчуждение почвенного покрова Котлованы, террасы, плотины, дамбы Эрозия, геохимические потоки, иссушение, заболачивание
Добыча полезных ископаемых открытым способом Уничтожение почвенного покрова Карьеры, разрезы и дражные поля Развитие эрозионных процессов, геохимические потоки
Добыча полезных ископаемых закрытым способом Отчуждение почв под терриконы, осадочные явления Терриконы, лога, ложбины, овраги Эрозия, геохимические потоки
Складирование горной породы Отчуждение почв под отвалы горной породы Гряды, гребни Вторичные геохимические потоки, эрозия
Переработка горной породы Отчуждение почв под хвостохранилища, зо-лонакопители Гряды, гребни Вторичные геохимические потоки, эрозия
Так, для нарушенных горными работами территорий характерно образование новых форм рельефа (нагромождение отвалов, терриконов различной высоты, карьерных выемок). Они способствуют полному разрушению почвенного покрова, отчуждению из сельскохозяйственного оборота почв под отходы горнорудной промышленности, нарушению биологического цикла, химическому загрязнению почв, прилегающих к техногенным но-оландшафтам, возникновению вторичных ореолов от различных химических элементов-загрязнителей (таблица).
По данным Л.М. Кручинина (2004), одной из причин химической деградации почв является массовое закрытие шахт, приводящее к подтоплению территории, активизации процесса выхода на поверхность шахтных вод. Работы, выполненные в ОАО «ДальвостНИИ проект уголь», показали, что на всех территориях ликвидированных шахт выходящие на поверхность (из шахтных выработок) воды имеют гидрокарбонатно-натриевый со-
став. По качеству эти воды не соответствуют требованиям ГОСТ Р 2874-96 «Вода питьевая». В них содержание натрия до 4 ПДК, железа - 3,9 ПДК, бора - 6,7 ПДК. Такое загрязнение шахтных вод связано с тем, что в период (от 5 до 15 лет) ликвидации любой шахты происходит затопление выработанного подземного пространства. При определенных условиях переувлажнение массива горных пород сопровождается ухудшением их прочностных свойств и разуплотнением пород, их сдвижением. Отработанное пространство, например, Партизанского месторождения представляет обширный очаг загрязнения, контуры которого совпадают с контурами отработки. На почвенный покров выходят шахтные воды с повышенной минерализацией (4,5 ПДК), окисленностью (12 ПДК), с содержанием ионов 804 (до 26 ПДК), Ка - до 5 ПДК, железа - до 280 ПДК, N02 - до 10 ПДК, КН4 - до 10 ПДК, с наличием нефтепродуктов до 3 ПДК, фенолов - до 10 ПДК.
Стекая по поверхности отвалов и фильтруясь через них, геохимические потоки обогащаются продуктами растворения,
Наши лизиметрические исследования показали, что по своему составу техногенные геохимические потоки представляют химически агрессивные растворы. Реакция среды лизиметрических вод бывает от сильно кислой (рН 4-5) до щелочной (рН 8). Концентрация растворенных веществ в техногенных геохимических потоках наибольшая вблизи отвалов и уменьшается лишь на значительном удалении от них. Наибольшее количество химических элементов выпадает в истоке потока. Здесь в почвах накапливается повышенное содержание их. Самые высокие концентрации отмечаются на расстоянии от 0,3 до 6 км. Вниз по склонам отвалов образуются концентрические зоны рассеяния химических элементов-загрязнителей, включая токсиканты.
Установлено, что именно в интервале 0,3-3 км от отвала резко увеличивается содержание в почвах и грунтах железа, марганца, меди, свинца и других химических элементов-загрязнителей. Особенно резко увеличивается содержание этих веществ непосредственно под отвалами горных пород. Так, например, содержание железа в техногенных наносах достигает
15-25 %, а в погребенных под ними почвах оно возрастает в 1,5-2,5 раза от исходного содержания.
В условиях юга Дальнего Востока наблюдения за загрязнением почв токсикантами промышленного происхождения проводятся Лабораторией мониторинга загрязнения почв При-морскгидромета под методическим руководством института экспериментальной метеорологии (ИЭМ) НПО Тайфун (г. Обнинск). Несомненно, возникает необходимость в организации горно-экологического мониторинга на горных предприятиях в Дальневосточном регионе.
— Коротко об авторах ------------------------------------------
Дербенцева А.М. - доктор биологических наук, профессор ДВГУ Степанова А.И., Дальневосточный государственный университет, г. Владивосток.
Крупская Л.Т. - доктор биологических наук, заведующий лабораторией, Институт горного дела ДВО РАН.
4s
v-----------
______ © А.А. Зорин, А. А. Кириллова,
Л.Т. Крупская, Б.Г. Саксин,
А.М. Дербенцева, 2GG5
