Загрязнение почв
Загрязне́ние почв, вид антропогенной деградации почв, при котором содержание химических веществ в почвах превышает природный региональный фоновый уровень. В связи с дальним переносом и глобальным рассеиванием поллютантов, их негативным влиянием на живые организмы и до конца не изученными последствиями воздействия многих химических веществ считается одним из наиболее опасных видов деградации.
Почва является конечным приёмником большинства техногенных химических веществ, вовлекаемых в биосферу. Представляя важнейший геохимический барьер на пути миграции поллютантов, почва предохраняет сопредельные среды от техногенного воздействия. Однако возможности почвы в нейтрализации, аккумуляции и трансформации загрязняющих веществ ограничены.
В свою очередь загрязнённая почва может служить источником загрязнения для всех компонентов окружающей среды, включая воду, воздух, продукты питания и живые организмы. В итоге загрязнение почвы может привести к утрате экосистемных функций и услуг, снизить урожайность сельскохозяйственных культур и продовольственную безопасность. Знание потенциальных возможностей почвы в поглощении и трансформации загрязняющих веществ необходимо для своевременного выявления и оценки вероятного негативного воздействия на здоровье и благополучие человека и экосистем.
Взаимоотношения живых организмов и поллютантов в почвах изучает почвенная экотоксикология.
Источники загрязняющих веществ
В результате деятельности человека в окружающую среду попали тысячи потенциально токсичных синтетических химических соединений и природных элементов. Эти загрязняющие вещества могут находиться в окружающей среде в течение сотен и тысяч лет и распространяться по всей планете. Основными источниками загрязняющих веществ в почвах (в порядке значимости) являются:
Переработка отходов.
Добыча и переработка ископаемого топлива.
Выбросы от транспорта.
Промышленные поллютанты попадают в окружающую среду на протяжении всего жизненного цикла: от обработки до производства содержащих загрязняющие вещества материалов, их транспортировки, использования и утилизации. Согласно оценкам ФАО, в 21 в. глобальное ежегодное производство промышленных химикатов составляет примерно 2,3 млрд т и, по прогнозам, к 2030 г. увеличится на 85 %. Ожидается, что загрязнение почв и окружающей среды будет увеличиваться, если не произойдёт быстрый сдвиг в моделях производства и потребления.
Загрязняющие вещества
К загрязняющим веществам относятся вещества антропогенного происхождения, поступающие в окружающую среду в количествах, превышающих природный уровень их поступления.
Тяжёлые металлы
Среди разнообразных загрязняющих веществ широкой распространённостью, высокой токсичностью и способностью к накоплению в живых организмах выделяются тяжёлые металлы (ТМ) и их соединения. К ТМ относят группу химических элементов со свойствами металлов (в том числе и металлоиды) и значительным атомным весом либо плотностью.
Несмотря на неточность определения, подчёркиваемую Международным союзом теоретической и прикладной химии (англ. International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC), термин «тяжёлые металлы» пользуется большой популярностью и активно используется в науках об окружающей среде, биологических и сельскохозяйственных науках. Альтернативные названия термина, предлагаемые IUPAC, – «металлы», «металлоиды», «рассеянные металлы» или «потенциально токсичные элементы». Многие ТМ (железо, медь, цинк, ванадий, марганец, молибден) участвуют в биологических процессах и необходимы для функционирования живых организмов. С другой стороны, ТМ и их соединения могут накапливаться в тканях и оказывать вредное воздействие на живые организмы, в том числе человека, вызывая ряд заболеваний. К наиболее опасным ТМ относят ртуть, свинец, кадмий, цинк, а также мышьяк и селен, к умеренно опасным – медь, никель, молибден, кобальт, сурьму, хром, к мало опасным – барий, марганец, ванадий, вольфрам, стронций. Содержание ТМ в загрязнённых почвах может в десятки, сотни и тысячи раз превышать фоновое. В почвах ТМ могут участвовать в процессах сорбции, ионного обмена, связываться в комплексные соединения (преимущественно с органическим веществом), осаждаться в виде труднорастворимых соединений (карбонатов, фосфатов и сульфидов), перераспределяться по профилю и т. д. Часть ТМ прочно удерживается различными компонентами, не мигрирует в профиле и не представляет опасности для живых организмов. Негативные экологические последствия загрязнения почв связаны с подвижными и биологически доступными соединениями металлов и металлоидов.
Азот и сера
Избыточное поступление соединений азота и серы с атмосферными кислотными выпадениями сопровождается подкислением почв, проявляющемся в снижении рН, потере обменных оснований, мобилизации алюминия и ТМ, нарушении баланса минерального питания растений. В сельскохозяйственной практике к подкислению почв может приводить внесение физиологически кислых удобрений. Насыщение почв азотом угрожает биоразнообразию, а избыток азота в почвах с низкой активностью нитрификации способствует развитию процессов эвтрофикации.
Нефть и нефтепродукты
Основные загрязняющие вещества, образующиеся в процессе добычи и переработки нефти, включают углеводороды (48 %), оксид углерода (44 %), металлы (около 30 металлов, среди которых максимальные концентрации характерны для ванадия и никеля). Основные массивы загрязнённых нефтью земель сосредоточены в бореальном поясе России, где добывается около 70 % нефти. Сложный химический состав нефти, совокупное влияние нефти и ТМ, единовременное поступление при аварийных разливах большого количества нефти, а также сильноминерализованных пластовых вод обусловливают глубокое изменение всех основных свойств почв.
Полициклические ароматические углеводороды
К одним из наиболее распространённых и опасных загрязняющих веществ в почвах относятся полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) − органические соединения, для которых характерно наличие в химической структуре трёх и более конденсированных бензольных колец. ПАУ образуются при неполном сгорании органических веществ. В качестве наиболее распространённого представителя ПАУ называют бенз(а)пирен. Загрязнение почв бенз(а)пиреном распространено повсеместно, превышение предельно допустимой концентрации (ПДК) выявлено даже на территории национальных и природных парков.
Стойкие органические загрязнители
Стойкие органические загрязнители (СОЗ) – общее наименование наиболее опасных органических соединений, характеризующихся стойкостью в окружающей среде, переносом на большие расстояния, биоаккумуляцией и токсичностью. К СОЗ относятся дихлордифенил-трихлорэтан (ДДТ), ряд пестицидов и инсектицидов, полихлорированные полициклические соединения [дибензо-п-диоксины (ПХДД), дибензофураны (ПХДФ) и бифенилы (ПХБ)]. Последние представляют собой целые группы высокотоксичных соединений, имеющих исключительно техногенное происхождение и являющихся побочным продуктом совершенно разных производств из различных отраслей.
Поллютанты, вызывающие новую озабоченность
Распространение поллютантов, вызывающих новую озабоченность, усугубляет проблему загрязнения. К ним относятся фармацевтические и противомикробные препараты, которые приводят к появлению устойчивых бактерий, – пестициды, промышленные агенты, присадки к бензину, поверхностно-активные вещества, цианотоксины, стероиды и гормоны, пищевые добавки, средства личной гигиены, а также наноматериалы и микропластик.
Масштабы загрязнения
Загрязнение почв может проявляться на глобальном, региональном и локальном уровнях. Загрязняющие вещества встречаются на всех континентах и во всех природных зонах, в том числе в испытывающей интенсивное потепление Арктике. Общее количество загрязнённых участков в Европе колеблется по разным оценкам от 0,3 до 1,5 млн, охватывая до 52 млн га или 16 % площади суши. По сведениям Европейского агентства по окружающей среде, ежегодные издержки, вызванные загрязнением почв в Европе, оцениваются в среднем в 17,3 млрд евро с колебаниями от 2,4 до 208 млрд евро. В США серьёзно загрязнены более 1300 участков вблизи промышленных и горнодобывающих комплексов, военных заводов, объектов по обращению с отходами, зарегистрированы 450 тыс. заброшенных участков. По сообщению Агентства по охране окружающей среды США, примерно 188 млн человек, или 59 % американского населения живут в пределах трёх миль от таких объектов. По данным Министерства охраны окружающей среды Китая, загрязнены 16 % всех почв и 19 % сельскохозяйственных почв страны. Общее количество загрязнённых земель в Австралии достигает 80 тыс. участков. Среди более чем 10 млн загрязнённых участков в мире более 50 % загрязнено ТМ, что наносит ежегодный экономический ущерб, превышающий 10 млрд долл. Наиболее яркими примерами катастрофических последствий загрязнения являются техногенные пустыни, сформировавшиеся в окрестностях горно-металлургических комплексов в Садбери (Онтарио, Канада), Трейл (Британская Колумбия, Канада), Норильске, Мончегорске и Карабаше (Россия) и др.
Несмотря на десятилетия исследований, инвентаризации и мониторинга точечных источников загрязнения почв в ряде стран, значительная неопределённость относительно его масштабов всё ещё сохраняется. Ещё меньше информации о почвах, подверженных диффузному загрязнению.
Оценка загрязнения почв в России
В России установлены классы опасности химических веществ (ГОСТ 17.4.1.02-83), разработаны нормативы содержания поллютантов в почвах, основанные на санитарно-гигиенических принципах, проводится экологическое нормирование качества почвы. Основным нормируемым критерием санитарно-гигиенической оценки загрязнения почв является ПДК химических веществ в почвах (СанПиН 1.2.3685-21). Для ТМ разработаны также ОДК в почвах в зависимости от их кислотно-основных условий и гранулометрического состава. Оценка степени опасности загрязнения почв комплексом ТМ проводится по суммарным показателям загрязнения Zф (с учётом фонов) и/или Zк (с учётом кларков), являющимся индикаторами неблагоприятного воздействия на здоровье человека. Регулярно проводится почвенный мониторинг, являющийся частью государственного мониторинга состояния и загрязнения окружающей среды. В промышленных районах ведутся наблюдения за уровнем загрязнения почв токсикантами промышленного происхождения – ТМ, фтором, нефтью и нефтепродуктами, бенз(а)пиреном, сульфатами, нитратами и др. Согласно Государственному докладу «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2022 году», за период наблюдений 2013–2022 гг. почвы 4,1 % населённых пунктов отнесены к опасной категории загрязнения ТМ, 9,2 % населённых пунктов – к умеренно опасной категории загрязнения, 86,7 % населённых пунктов – к допустимой категории загрязнения по показателю загрязнения Zф. К опасной категории загрязнения часто относятся почвы населённых пунктов вблизи предприятий цветной и чёрной металлургии, в частности, почвы Норильска (медь, никель, кобальт), почвы двухкилометровой зоны от ОАО «Электроцинк» во Владикавказе (кадмий, свинец, медь, цинк, ртуть), почвы однокилометровой зоны от ОАО «СУМЗ» в Ревде (медь, свинец, кадмий, цинк) и др. Согласно результатам выборочных обследований почв сельскохозяйственного назначения, отдельных лесных массивов, зон отдыха, в 2022 г. на территориях 3 субъектов из 35 обследованных выявлены участки с почвами, загрязнёнными пестицидами выше установленных гигиенических нормативов.
Меры по предотвращению, контролю и устранению загрязнения почв
Неблагоприятные последствия для здоровья человека, сельского хозяйства и окружающей среды обусловливает необходимость мер для предотвращения загрязнения и эффективных методов восстановления почв. Превентивные меры включают ужесточение экологического законодательства и обеспечение его выполнения для ограничения поступления загрязняющих веществ в окружающую среду и почву. Для принятия управленческих решений необходимым этапом является выявление и оценка экологических рисков на потенциально загрязнённых территориях. В дальнейшем необходимы меры по восстановлению или минимизации рисков, особенно при использовании территории для производства продуктов питания или в качестве водных резервуаров для человека. Ремедиация почв, направленная на устранение или минимизацию воздействия загрязнения, часто относится к технически сложным и дорогостоящим мероприятиям. Очевидна необходимость разработки инновационных и эффективных методов восстановления почв с использованием передовых технологий (биоремедиация и т. д.). Важную роль играют кампании по охране здоровья почв и просвещение общества. Распространение знаний и продвижение устойчивых методов ведения сельского хозяйства могут снизить зависимость от химических удобрений и пестицидов, тем самым сводя к минимуму загрязнение почв.