Загрязнение почвенного покрова

Почва представляет собой верхний слой земной коры, обла­дающий плодородием. Почва представляет собой естественно-историческое органоминеральное тело, образующееся в резуль­тате сложного взаимодействия горных пород, климата, расти­тельности и животного мира, рельефа местности и возраста физико-географического района.

Почвы являются очень важным природным ресурсом, основ­ное назначение которых заключается в производстве сельскохо­зяйственной продукции. В связи с интенсивной антропогенной деятельностью площади пахотных угодий имеют устойчивую тенденцию сокращения. Причины такого сокращения связаны с эрозией и засолением почв, опустыниванием территорий, затоп­лением значительных площадей в результате строительства водо­хранилищ, химического и радиоактивного загрязнения почв.

Наряду с растительностью почвенный покров является одним из основных компонентов природной среды, создающих благо­приятные для сохранения здоровья человека условия. По оцен­кам специалистов, почвы поглощают и утилизируют 70—80 % окиси углерода и 80—85 % диоксида серы. Почва служит природ­ным фильтром загрязнений, поступающих на ее поверхность в результате гравитационного осаждения твердых и аэрозольных частиц из атмосферного воздуха, их вымывания осадками, смыва загрязняющих веществ поверхностными стоками. В результате функционирования промышленных и коммунальных предпри­ятий, автотранспорта и других факторов к настоящему времени в городах практически не осталось чистых почв.

В масштабах земного шара застроенные земли занимают бо­лее 150 млн га, что соизмеримо с площадью нескольких крупных европейских государств, и степень урбанизации территорий бы­стро возрастает. Площадь полностью урбанизированной поверх­ности Земли, где дождевая вода не проникает в почву, оценивается в 50 млн га. Такая ситуация представляет серьезную эколо­гическую опасность вследствие нарушения круговорота воды и водного баланса и связанного с этим нарушения состояния эко­систем. В крупных городах России запечатывание почв асфаль­том и другими дорожными покрытиями достигло огромных мас­штабов. Так, в Москве степень запечатанности почвы в пределах Садового кольца составляет 90—95 %, в промышленных зонах — до 80 %, в жилых кварталах — около 60 %. Помимо нарушения водного баланса асфальтобетонные покрытия лишают экосисте­му эффективного природного фильтра, каковым является почва, и, кроме того, влияют на теплообмен почвы с атмосферой, уси­ливая тепловое загрязнение в масштабе всего города. Еще один негативный эффект, вызываемый асфальтобетонными покры­тиями территории города, заключается в том, что они, являясь водонепроницаемым ложем бассейнов рек и водоемов, усилива­ют загрязнение поверхностных вод загрязненными стоками.

Масштабы химического загрязнения поверхности суши зем­ного шара огромны. Из дымовых труб промышленных предпри­ятий на поверхность Земли за последние 100 лет осели миллиар­ды тонн зольных частиц, включающих миллионы тонн тяжелых металлов. С выхлопными газами автомобилей в атмосферный воздух выбрасывается, а затем оседает на поверхность почвы огромное количество свинца. Чрезвычайно опасными источника­ми загрязнения почвенного покрова являются свалки твердых отходов, отвалы тепловых электростанций, шахт и рудников, утечки из сетей жилищно-коммунального хозяйства и нефтепро­водов и пр. Отдельную проблему создает проблема отчуждения лесных угодий и сельскохозяйственных земель для строительства жилых массивов и промышленных предприятий.

К наиболее опасным загрязнителям почв относят тяжелые металлы, включая свинец. Поскольку соединения свинца ис­пользуются в качестве добавок к бензину, наиболее серьезным источником загрязнения почвы является автотранспорт. В ре­зультате его эксплуатации вдоль крупных автомагистралей сосре­доточено большое количество свинца, и содержание его в почве во многих случаях в десятки раз превышает ПДК.

Значительное влияние на химическое загрязнение почвы оказывает сельскохозяйственное производство, широко исполь­зующее удобрения и различные химические вещества для борь­бы с вредителями, сорняками и болезнями растений. Особую опасность представляют стойкие органические соединения, при­меняемые в качестве ядохимикатов, способные накапливаться в почве.

В результате техногенной деятельности в почву попадает большое количество радиоактивных веществ. Например, при сжигании угля мощная тепловая электростанция за год выбрасы­вает в атмосферу несколько тонн урана, который неизбежно вы­падает на земную поверхность. В снеговых пробах, отобранных вблизи электростанций, работающих на сжигании угля, концен­трация урана может достигать 10 мг/кг. Кроме урана, в выбросах тепловых электростанций также присутствуют радий-226, поло-ний-210, радиоактивные изотопы свинца-212 и -214 и другие ра­дионуклиды.

Главная опасность загрязнения почв заключается в том, что токсичные и высокотоксичные вещества вовлекаются в пищевые цепи и переходят из почвы в растения, затем в животных и в ко­нечном счете попадают с пищей в организм человека.

В городских условиях автотранспорт является основным ис­точником загрязнения почвы. Ниже рассмотрим вариант оценки уровня загрязнения почвы (УЗП) в результате движения авто­транспортного потока по методике, разработанной Гипродор-НИИ.

При сжигании бензина в двигателях внутреннего сгорания в процессе эксплуатации автотранспорта в атмосферу выбрасыва­ются аэрозольные и пылевидные частицы, а также сажа, содер­жащие высокотоксичные вещества, в частности свинец, кадмий, цинк. Наиболее опасным из перечисленных агентов является свинец, поскольку его содержание в этилированном бензине сравнительно велико. Приблизительно 20 % свинца уносится вместе с выхлопными газами в атмосферу, а 80 % выпадает в виде условно твердых частиц на поверхность почвы вдоль автодорог.

Оценка УЗП позволяет в случае превышения нормативного уровня содержания свинца в почве предусмотреть мероприятия по инженерной защите.

Мощность эмиссии свинца — количество выпавшего свинца за сутки на единицу длины автотрассы, мг/(м x сут), определяет­ся следующим образом:

Где т_р – безразмерный коэффициент, учитывающий среднюю скорость движения транспортного потока v (км/ч), определяе­мый с помощью графика, изображенного на рис. 7.1;

к_т — безразмерный коэффициент, учитывающий долю вы­брасываемого свинца в виде условно твердых частиц, принимае­мый равным 0,8;

N_i— средняя интенсивность движения автомобилей различ­ных классов в оба направления, авт/сут (или сут"¹);

G_i — средний эксплуатационный расход бензина для карбю­раторных автомобилей различных классов, л/км, определяемый по табл. 7.1;

P_i — содержание свинца в бензине (0,17 г/л для бензина А-76и 0,37 г/л для АИ-93).

Рис. 7.1. Зависимость коэффициента т_р от средней скорости движения транспортного потока v

Далее рассчитывается величина отложений свинца на поверхность почвы Р_п, мг/м²:

где к₁ — коэффициент с размерностью м"', зависящий от расстояния х от кромки дороги, определяемый с помощью табл. 7.2;

φ — безразмерный коэффициент, зависящий от розы ветров;

Т_р — расчетный срок эксплуатации автодороги, обычно принимаемый равным 7300 суток, т. е. 20 лет;

F — фоновое загрязнение пахотного слоя почвы свинцом.

Коэффициент φ определяется по розе ветров:

где f_k — вероятности румбов направлений ветра на той стороне от дороги, которая противоположна рассматриваемой стороне.

На следующем этапе определяется УЗП, мг/кг, на различных расстояниях от кромки дороги:

где h — глубина пахотного слоя почвы, м; р — плотность почвы, кг/м³.

Таблица 7.1. Средний эксплуатационный расход топлива G, для карбюраторных автомобилей

Проведя расчеты УЗП на различных расстояниях от кромки дороги и построив график зависимости Р_с(х), легко определить зону загрязнения почвы из сравнения УЗП с ПДК (ПДК свинца в пахотном слое составляет 32 мг/кг).

В случае превышения ПДК на заданном расстоянии от доро­ги необходимо предусмотреть инженерные мероприятия по за­щите почвы от свинца. Наиболее распространенным вариантом такой защиты является посадка зеленых насаждений, сооруже­ние защитных экранов, земляных откосов, насыпей и пр. Эф­фективность подобных мероприятий в количественном отноше­нии приблизительно такая же, что и при защите воздуха от вы­хлопных газов автомобилей (см. табл. 5.5).