111_agroekolog

Масовому впровадженню мінімального обробітку ґрунту заважає певне зменшення урожайності і рентабельності. Крім збільшення засміченості посівів, розвитку деяких захворювань, підвищеного дефіциту мінерального азоту, диференціації орного шару за вмістом рухомих форм фосфору виникають складнощі з негативним впливом надлишкових післяжнивних решток. Вони заважають якісному закладенню насіння і отриманню дружних сходів. Це збільшує загибель озимих взимку та рано навесні. Крім того, в процесі розкладу післяжнивних решток утворюється багато сполук – етилен, аміак, органічні кислоти, феноли, альдегіди й ін. Деякі з них, особливо в кислотній формі, токсичні не лише для рослин, а й для ґрунтових мікроорганізмів. Тому така система землеробства доцільна передусім в умовах теплого і сухого клімату.

Враховуючи всі ці особливості в різних країнах і залежно від набору культур у сівозміні використовують різноманітні комбіновані системи обробітку ґрунту, що поєднують полицеву оранку (перш за все під просапні культури з одночасним внесенням органічних, фосфорних і калійних добрив у запас на декілька років) і безполицеві способи обробки: культивацію, чизелювання, дискування аж до прямої сівби під непросапні культури.

4.2.5. Процеси техногенного забруднення ґрунтів

Техногенне забруднення А. Є. Ферсман визначив як суму процесів, що викликають перерозподіл хімічних елементів на поверхні землі під впливом людської діяльності. Значну частину всіх розсіяних елементів (речовин), що надходять у біосферу, становить група важких металів, концентрація яких у ґрунтах іноді дуже висока. Найбільше забруднюють атмосферу і ґрунт підприємства чорної і кольорової металургії. Вони щорічно викидають приблизно 150 тис. т міді, 120 т цинку, близько 90 т свинцю, 12 т нікелю, 80 т кобальту, і близько 30 т ртуті [38]. Вздовж автотрас з пропускною здатністю 1650 автомобілів за годину вміст свинцю у ґрунті становить до 50 мг/кг при фоновому значенні 12-14 мг/кг. Високий вміст важких металів також у промислових стоках, що значно обмежує можливість їх утилізації у землеробстві.

Уцілому, з антропогенними джерелами в атмосферу, а потім

іу ґрунт надходить у 18 разів більше свинцю, у 8,8 рази більше кадмію і в 7,2 рази цинку, ніж від природних джерел.

161

За даними ННЦ ІГА ім. О.Н. Соколовського на теперішній час близько 20% території України у тій чи іншій мірі забруднено важкими металами [42]. Негативні наслідки впливу забруднювачів на екосистеми виявляються в трьох головних аспектах: деградації ґрунтів, забрудненні природних фітоценозів, міграції токсикантів у ґрунтові води.

Ґрунт служить потужним геохімічним бар’єром для потоку важких металів. Чорноземи здатні в орному шарі міцно утримувати значну кількість токсикантів. Однак, у великих концентраціях важкі метали негативно впливають на інтенсивність ґрунтових процесів, властивості і родючість ґрунтів.

Забруднення ґрунтів важкими металами, як правило, пов’язано з надходженням у ґрунт значної кількості оксидів сірки

іазоту, в результаті чого відбувається підкислення ґрунтового розчину. Помітному зрушенню рН у кислому напрямку сприяють і деякі метали, наприклад, свинець. Особливо це явище спостерігається на ґрунтах з невисокою ємкістю вбирання. Якщо в опідзолених ґрунтах Лісостепу цей вплив виражається двома і більше одиницями рН, то в чорноземах він значно менший.

Підкислення ґрунтового розчину суттєво посилює процеси вимивання за межі ґрунтового профілю кальцію, магнію, заліза, калію, мінерального азоту та інших елементів, а також органічних речовин. Внаслідок цього знижується ступінь насиченості ґрунтів основами, підвищується гідролітична кислотність, відбувається також збіднення ґрунту на глинисті частинки і деструкція (порушення) профілю.

При техногенному забрудненні погіршується мікробіологічна

іферментативна активність ґрунтів. Особливо чутливі до інгібуючої дії важких металів сапрофітні бактерії, у той же час зростає кількість грибів. Це зменшує інтенсивність мінералізації органічної речовини і гумусоутворення, призводить до вираженої деградації ґрунтової родючості, а отже, негативно впливає на рослини. Аналіз багаторічних даних щодо врожайності сільськогосподарських культур, які вирощували поблизу великих міст, показав, що за умов техногенного забруднення вона знижується залежно від культури від 4 до 44%. Значно погіршується і якість продукції: вона містить більший за допустимий рівень токсичних металів, менше вітамінів, білків, вуглеводів, жирів тощо.

162

Важливим аспектом проблеми техногенного забруднення є оцінка стану ґрунтів в умовах підвищення антропогенних навантажень, прогнозування та запобігання тим процесам, які призводять до деградації ґрунтового покриву. Існують різні підходи до оцінки техногенного впливу на ґрунти. Але всі вони зводяться до визначення норм допустимої дії – гранично допустимої концентрації (ГДК), гранично допустимого екологічного навантаження (ГДЕН), добової допустимої дози (ДДД) тощо. При цьому враховуються і різні принципи нормування: гігієнічний (враховує токсичність металів для рослин, тварин, людини); екологічний (враховує зміни в результаті взаємодії металів з ґрунтом і пов’язаними з ним компонентами); економічний (враховує реакцію рослин на деградацію родючості і зменшення врожаю).

Особливість гігієнічного принципу полягає в тому, що розроблені ГДК завжди орієнтовані на людину. Кількісно ці величини умовні, бо залежать від шляху (повітря, вода, продукти харчування) надходження в організм. Кінцева мета екологічного напрямку нормування – визначення ступеня несприятливого впливу речовин - забруднювачів на властивості ґрунтів, їх склад і рівень родючості.

Оскільки вивчення стану ґрунту не є самоціллю, встановлення ГДК ведуть по системі ґрунт – рослина. Під нормуванням вмісту токсикантів розуміють шкалу концентрацій речовин у ґрунті, які адекватно відображають збитки, що завдаються родючості ґрунтів, стану, росту, розвитку і плодоношенню рослин внаслідок нагромадження в них тих чи інших речовин у межах і вище ГДК.

У зв’язку з різноманітністю ґрунтів до ранжування забруднених територій і визначення ГДК підходять диференційовано. Враховується насамперед буферна здатність ґрунтів. Ґрунти з високими показниками вмісту органічної речовини і мулу, карбонатні, з нейтральною і лужною реакцією ґрунтового розчину, тобто ґрунти, у яких висока адсорбційна (поглинальна) здатність, мають і високу здатність до самоочищення. Піщані, кислі ґрунти з низькою ємкістю вбирання слабо утримують метали, і поріг їхньої токсичності набагато менший. Наприклад, токсична дія міді на легких ґрунтах проявляється вже при 10-11 мг/кг, а на низькозольних торфовищах урожай рослин не знижується і при 75 мг/кг ґрунту. Здатність ґрунтів до самоочищення має певні межі, котрі

163

слід враховувати при організації виробництва та господарськопобутової діяльності.

Сільськогосподарські культури також мають різну чутливість до металів-забруднювачів і суттєво різняться за величиною порога токсичності елементів. Найбільш стійкі у цьому відношенні зернові, а найуразливіші овочеві культури, в першу чергу ті, в яких споживається листя: салат, щавель, петрушка тощо. Важкі метали також мають різні пороги токсичності.

Потрапляючи у ґрунт, важкі метали можуть мігрувати в атмосферне повітря або ґрунтові води, тому для їхньої характеристики вводяться відповідні міграційні показники:

МА – міграційний повітряний показник шкідливості, що характеризує здатність забруднюючої речовини переходити з орного шару ґрунту в атмосферу;

МВ – міграційний водний показник шкідливості, що характеризує перехід забруднюючої речовини з орного шару ґрунту в ґрунтові води або поверхневі водні об’єкти;

ТЛ – транслокаційний міграційний показник шкідливості, що характеризує здатність забруднюючої речовини переходити з орного шару ґрунту через кореневу систему в зелену масу і плоди рослин.

Гранично допустимі концентрації важких металів у ґрунті за міграційними показниками наведені у додатку 8.

За величиною зон та рівнем забруднення виділяють фонове, локальне, регіональне і глобальне забруднення ґрунтів. Фоновим вважається такий вміст забруднюючих речовин, котрий відповідає або близький до його природного складу. Природний вміст елементів у земній корі ще називають кларком. Локальним вважається забруднення ґрунту поблизу одного або декількох джерел забруднення. Регіональним є таке забруднення ґрунту, котре виникає внаслідок переносу забруднюючих речовин на відстань не більше 40 км від техногенних та 10 км від сільськогосподарських джерел забруднення. Глобальним називають забруднення ґрунту внаслідок дальнього переносу забруднюючих речовин на відстань понад 1000 км від будь-яких джерел забруднення.

Ступінь забруднення ґрунтів досліджуваної території оцінюють за співставленням даних про вміст важких металів у ґрунті з природним геохімічним фоном для даного типу ґрунтів окремого

164

регіону (кларк), діючими екологічними нормативами (ГДК). За ступенем забруднення важкими металами ґрунти поділяють на слабозабруднені, середньозабруднені, сильнозабруднені і дуже сильнозабруднені.

До сильнозабруднених і дуже сильнозабруднених відносять ґрунти, вміст важких металів у яких у декілька разів перевищує ГДК. Вони мають низьку біологічну продуктивність, суттєві негативні зміни фізико-механічних, хімічних, біологічних властивостей та екологічних функцій. Вміст важких металів у рослинній продукції перевищує ГДК.

До середньозабруднених відносять ґрунти, що характеризуються незначним перевищенням ГДК вмісту важких металів без наявних змін властивостей та функцій.

До слабозабруднених відносять ґрунти, що характеризуються вмістом важких металів, який не перевищує ГДК, але є вищим природного регіонального фону в 2-3 рази.

Для оцінки еколого-геохімічного стану контрольованих територій використовують такі показники:

Показник кратності перевищення вмісту забруднюючої речовини в точці випробування (Сі) над його середнім вмістом на фоновій ділянці або ГДК:

,

де Сі – вміст забруднюючої речовини у ґрунті, мг/кг; Сф – середній фоновий вміст забруднюючої речовини, мг/кг;

СГДК – гранично допустима концентрація забруднюючої речовини, мг/кг.

Коефіцієнт зворотної реакції ґрунтів на динаміку за-

бруднення:

,

де А і Аф - параметри, які контролюються в забруднених і фонових пробах.

Сумарний показник забруднення Zс. При його визначенні порівнюють дані аналізів вмісту важких металів у ґрунті з фоновими концентраціями тих же елементів у ґрунтах то-

165

го ж типу ландшафтів – аналогів, розміщених поза зоною впливу. При цьому визначають поелементні показники концентрації Кс і сумарний показник забруднення за формулою:

Kc Ci , Cф

де Сі – концентрація елемента в і – тій пробі; Сф – відповідна фонова концентрація (фонові концентрації для

ґрунтів України наведено в табл. 1.17).

Zc Kc n 1 ,

де п – число елементів.

Сумарний показник забруднення Zс відноситься до най-

більш важливих та інформативних параметрів екологічної ситуації. На його основі запропонована схема оцінки ґрунтів сільськогосподарського призначення за ступенем забруднення території

(табл. 4.10).

Також за значенням сумарного показника забруднення розроблена шкала (Ю. Саєт, Б. Равич), що відображає небезпеку забруднення ґрунтів для здоров’я людини.

Згідно з цією шкалою, при мінімальному значенні Zс <16 небезпеки не виникає, ситуація відносно задовільна. При середніх значеннях Zс = 16-32, ситуація помірно небезпечна. Збільшується захворюваність дітей. Сумарна захворюваність досягає 15%.

При значеннях Zс від 32 – 64 до 128 екологічна ситуація характеризується як небезпечна (у першому випадку) і дуже небезпечна (за останнього значення).

При Zс = 32 – 64 зростає захворюваність дітей на хронічні захворювання, порушення серцево-судинної системи, сумарна захворюваність зростає до 40%. При максимальних рівнях забруднення настає екологічне лихо, захворюваність перевищує 70%, зростає смертність.

Шкала цих значень увійшла до багатьох нормативних документів з оцінки екологічної ситуації, в тому числі і до Критерію виявлення зон надзвичайних екологічних ситуацій і екологічного лиха.

166

Таблиця 4.10

Принципова схема оцінки ґрунтів сільськогосподарського використання за ступенем забруднення хімічними речовинами [18]

Категорія

Сумарний

Забрудненість

Можливе

Необхідні заходи

ґрунтів за

показник

порівняно з

використан-

ступенем

забруд-

ГДК

ня ґрунтів

забруднення

нення Zс

1

2

3

4

5

І. Допустима

16

Вміст

хімічних

Можна

ви-

Зниження

рівня

речовин у ґрун-

користову-

впливу

джерел

ті

перевищує

вати

під

забруднення

ґру-

фоновий,

але

будь-які ку-

нтів.

Здійснення

не вищий ГДК

льтури

заходів щодо зни-

ження доступності

токсикантів

для

рослин

ІІ. Помірно

16,1-32,0

Вміст

хімічних

Можна

ви-

Заходи аналогічні

небезпечна

речовин у ґрун-

користову-

категорії І. За на-

ті

перевищує

вати

для

явності речовин з

ГДК за ліміту-

вирощуван-

лімітуючим

міг-

ючим загально-

ня

будь-

раційним

водним

санітарним

і

яких

куль-

показником

про-

міграційним

тур

крім

водиться контроль

водним

показ-

овочевих

за

за

вмістом

цих

ником шкідли-

умови

конт-

речовин у поверх-

вості,

не

вище

ролю якості

невих і підземних

ГДК

за

транс-

продукції

водах

локаційним

рослинниц-

показником

тва

ІІІ. Високо

32,1-128,0

Вміст

хімічних

Можна

ви-

Заходи, аналогіч-

небезпечна

речовин у ґрун-

користову-

ні

категорії

І.

ті

перевищує

вати

під

Обов’язковий кон-

ГДК

за

транс-

технічні

троль

за

вмістом

локаційним

культури

токсикантів у рос-

показником

без

отри-

линах, що вико-

шкідливості

мання з них

ристовуються

як

продуктів

продукти

харчу-

харчування

вання

і

корми.

і кормів,

в

Обмеження вико-

яких

мож-

ристання

зеленої

ливий

вміст

маси на корм ху-

хімічних

добі, особливо ро-

речовин

слин -

концентра-

вищий ГДК

торів

167

Продовження табл.4.10

1	2		3	4			5
ІV. Надзви-	>128	Вміст хімічних		Варто	ви-	Заходи	зі	зни-
чайно небез-		речовин у ґрун-		ключити	з	ження	рівня за-
печна		ті	перевищує	сільськогос-		бруднення		і
		ГДК	за всіма	подарського		зв’язування ток-
		показниками		використан-		сикантів у		ґрунті
				ня, вирощу-		(рекультивація).
				вання деко-		Контроль за вміс-
				ративних		том токсикантів у
				культур	і	ґрунті,	атмосфері,
				лісонаса-		воді
				дження

Згідно з існуючими прогнозами, проблема забруднення ґрунтів важкими металами не втратить своєї актуальності ще десятки років. Тому залежно від ступеня техногенного забруднення слід вживати відповідних заходів зі збереження або відтворення екологічної стійкості земельних ресурсів. Рекомендовані вченими заходи з поліпшення екологічного стану ґрунтів доцільно підрозділити на профілактичні та оперативні.

Профілактичні заходи – це такі заходи, які запобігають розвитку техногенного забруднення земель. Вони можуть бути або технічні, тобто направлені на вдосконалення очисних споруд на промислових підприємствах, або технологічні, тобто спрямовані на суворе дотримання екологічних вимог до промислового чи сільськогосподарського виробництва. Ці заходи найбільш доцільні на територіях зі сприятливою, задовільною та передкризовою екологічною ситуацією.

Оперативні заходи. Впроваджуються у випадках термінового реагування на різке погіршення екологічного стану земель внаслідок порушення технологічної дисципліни на промислових підприємствах або у разі виникнення аварійних ситуацій. Взагалі, такі заходи повинні реалізовуватись на територіях із кризовою екологічною ситуацією. Оперативні заходи, в свою чергу, можуть бути розділені на ті, що застосовуються переважно на сільськогосподарських угіддях і ті, що повинні впроваджуватись на землях іншого призначення, хоча цей розподіл досить умовний.

На сільськогосподарських угіддях у разі різкого погіршення їх екологічного стану слід збільшити дози внесення гною, обов’язково застосовувати кальцієвмісні речовини, які здатні

168

зв’язувати токсичні метали у недоступні для рослин сполуки, вирощувати рослинницьку продукцію лише на технічні цілі та толерантні до забруднення культури.

На землях несільськогосподарського призначення у випадку техногенного забруднення необхідно використовувати кальцієвмісні сполуки, цеоліти, адсорбенти різного походження, фітомеліоранти тощо.

Отже, дієвим способом детоксикації ґрунтів при їх забрудненні важкими металами є їхнє окультурення (оптимізація мінерального живлення, високий агротехнічний рівень землеробства, раціональне розміщення сільськогосподарських культур тощо), а також впровадження стійких проти забруднення сортів культур.

Радіонуклідне забруднення ґрунтів. Наслідком використан-

ня атомної енергії стало розсіювання штучних радіонуклідів у біосфері і прискорення темпів пересування їх з наступним включенням у харчові ланцюги міграції і насамперед у ланцюг ґрунт – рослини – тварини - людина. У біосфері з’явився потужний екологічний фактор – іонізуюче випромінювання, дослідженнями впливу якого на сільськогосподарські рослини і тварини, а також агроценози займається сільськогосподарська радіоекологія.

Рівень радіоактивного забруднення ґрунту (штучне підвищення його радіоактивності) відзначається як природною радіоактивністю (такими радіонуклідами як 40К (калій), 226Ra (радій), 232Th (торій)), так і радіоактивними елементами антропогенного походження. Основні джерела радіоактивного забруднення ґрунту і навколишнього середовища такі:

уранова промисловість, що займається видобутком, переробкою, збагаченням урану з приготуванням ядерного палива;

ядерні реактори різних типів;

місця захоронення радіоактивних відходів;

використання радіоактивних ізотопів у народному господарстві;

випробування ядерної зброї.

Природне нагромадження радіонуклідів у ґрунті зумовлене, головним чином, їх вмістом у ґрунтотворній породі й характером ґрунтотворного процесу. Кількість їх коливається від 2 до 12 мк рад/год. Досить істотно ґрунтові запаси радіонуклідів поповнюються в 30-км зонах ТЕЦ та АЕС, а також через внесення фосфорних (стронцій-90) і калійних (калій-40) добрив.

169

До 1986 року радіаційний стан на території України визначався, головним чином, калієм-40, радієм, торієм і незначною мірою стронцієм-90 і цезієм-137. Перші три мають природне походження і зумовлюють основний радіаційний фон в межах 7-14 мк рад/год на більшій частині території. І лише в окремих регіонах, особливо там, де гранітні породи виходять на поверхню землі, радіаційний фон у 6-8 разів вищий. Що стосується двох останніх радіонуклідів, то їх присутність у ґрунті була зумовлена глобальним повітряним перенесенням продуктів випробування ядерної зброї. Їхній розподіл на території України був більш-менш рівномірним, а абсолютний вміст знаходився в межах 0,01-0,05 Кі/км2.

Внаслідок аварії на ЧАЕС у навколишнє середовище було викинуто близько 50 МКі таких небезпечних радіонуклідів як стронцій, цезій, плутоній та йод. У результаті цього, активність ґрунтів по стронцію та цезію збільшилась у середньому в 1,5-3 рази, а в окремих районах ще більше в порівнянні з природним рівнем. Суттєвого радіоактивного забруднення зазнала територія до 2,5 млн. га, в тому числі в Україні – 377,5 тис. га. При цьому забрудненими вважаються ґрунти зі щільністю забруднення понад 5 Кі/км2.

Найбільш інтенсивне радіоактивне забруднення спостерігається в Київській, Житомирській і Чернігівській областях. Відносно невеликі території з високим рівнем радіоактивного забруднення виявлені у Вінницькій, Хмельницькій і Чернівецькій (Заставнівський район). У процесі видобування та переробки уранових руд сталося забруднення у Кіровоградській області. У решті областей радіаційний фон знаходиться на рівні природного.

Маса радіоактивних домішок у ґрунті дуже мала, вони не призводять до кількісних змін основних його властивостей. Істотне значення мають розподіл радіонуклідів по профілю ґрунту, їх концентрування у ґрунтовому розчині, ступінь рухомості та доступності рослинам. Ґрунти важкого гранулометричного складу з високим вмістом гумусу здатні вбирати велику кількість радіонуклідів, протидіяти їх надходженню у рослини. У легких ґрунтах з низьким вмістом органічної речовини (дерново-підзолисті, сірі опідзолені) в умовах промивного водного режиму спостерігається значна міграція радіонуклідів по профілю, існує небезпека забруднення підґрунтових вод і рослинної продукції.

170