Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию - Фелленберг Г.
ISBN 5-03-002857-9
Скачать (прямая ссылка):
4. Загрязнение почвы
В то время как загрязнение воздуха и воды можно заметить или обнаружить, загрязнения почвы могут оставаться скрытыми в течение длительного времени. Как правило, люди не входят с почвой в такой тесный контакт, как с воздухом и водой; почва непрозрачна, в большинстве случаев обладает значительным буферным действием, что позволяет загрязнениям оставаться незамеченными в течение длительного времени. В дальнейшем в основном будут рассматриваться инородные загрязнения почвы, когда почва претерпевает и структурные изменения. Перед рассмотрением видов загрязнений почвы даются краткие сведения о ее строении.
4.1. Строение и состав почв
Почвой называют рыхлые наслоения сложного состава на твердой оболочке литосферы Земли. Почва содержит как минеральные, так и органические вещества. В результате физических и химических процессов выветривания твердых пород образуются осколки камней различной величины; далее минеральные остатки могут разрыхляться водой, льдом, ветром и участвовать в формировании почвы. Органическая часть прчвы составляется из остатков растений, животных и микроорганизмов. Органические мате-• риалы подвергаются микробиологическим Процессам, измельчаются и поедаются обитающими в земле живыми организмами. Из переработанных таким образом органических материалов создается гумус. Как неорганические, так и органические материалы образуют частицы различной величины, между которыми образуются пустоты, обеспечивающие пористость почвы. Частично эти по-
ры заполняются воздухом, частично водой. Воздух и вода почвы служат жизненной основой для корней растений и различных организмов, обитающих в почве. С течением времени гумусный слой перемешивается с расположенными ниже слоями почвы. Этому перемешиванию в первую очередь способствует деятельность дождевых червей, а также корней больших деревьев и растений. Значительно интенсивнее гумус и минеральные части почвы перемешиваются в результате деятельности людей при перепахивании земли полей и садов.
Почва обладает некоторыми свойствами, которых лишены воздушная и водная среды. Частицы почвы образуют «мелкоячеистый фильтр», который весьма эффективно задерживает твердые взвеси из вод, просачивающихся в почву. В то же время поры почвы служат копилкой питательных веществ. Всю систему «цементируют» частицы глины и гумуса, которые адсорбируют целый ряд веществ. Таким образом, почвы в течение ряда лет или десятилетий могут удерживать вредные вещества, не давая последним возможности перейти в грунтовые воды. По исчерпании адсорбционной емкости наступает проскок — внешне неожиданное загрязнение грунтовых вод даже без поступления вредных веществ. В заключение следует отметить, что почвы обладают значительной способностью к регенерации. Многие обитатели почвы служат источником ферментов, в присутствии которых вредные вещества расщепляются быстрее, чем в воде или на воздухе.
Фильтруемость и накопление примесей в почвах, а также способность почв к регенерации определяют их буферную способность по отношению к антропогенным воздействиям. При снижении способности почвы к обеззараживанию вредных веществ последние могут интенсивнее распространяться в окружающей среде, чем в случае «здоровой» почвы. Поэтому необходимо особенно считаться с возможностью истощения почвы.
4.2. Уплотнение почвы
С уплотнением почвы возникают условия для новой формы ее химического загрязнения. Обработка земли тяжелыми машинами, уличный транспорт и строительство приводят к уплотнению больших участков окультуренных земель, что приводит к забиванию пор земли. В'результате уменьшается влагоемкость и снабжение почвы кислородом. В уплотненной почве происходят процессы
4.2. Уплотнение почвы
137
восстановления, особенно если остатки кислорода вытесняются при увлажнении или под действием других газов почвы. С потерей кислорода происходят реакции восстановления в следующем порядке: NO3-, Mn(IV), Mn(III), Fe(III), SO2T, CO2 и, наконец, H + .
Восстановление ионов NO3- протекает так, как это было описано выше (уравнение 2.22). Поскольку продукты реакции (N2O и N2) улетучиваются из почвы, то растения ощущают большой недостаток азота. Исследования в Визенбодене показали, что эти потери составляют от 11 до 40% усвояемых растениями азотных удобрений. На залитых водой рисовых чеках эти потери еще больше.
Марганец обычно встречается в почве в виде пиролюзита (MnO2). При восстановлении он переходит в растворимый в воде ион Mn2 + , т.е. в усвояемую растениями, форму:
MnO2 + 4H+ + 2е~ Й Mn2+ +2H2O (4.1)
Хотя марганец и принадлежит к числу накапливающихся в почве элементов, ион MH2+ встречается в воде только в малых концентрациях, ниже промилле. В высоких концентрациях он токсичен. Органические комплексы марганца также неустойчивы и легко отдают Mn2+. Сходная ситуация и с соединениями железа. При обычных значениях pH почвы железо накапливается в виде Fe(OH)3. При малом содержании кислорода понижается окислительно-восстановительный потенциал почвы, что способствует восстановлению Fe(III) в Fe(II):
