ЛЕКЦІЯ 6 "Вплив техногенного забруднення на стан сільськогосподарських угідь та прогноз їх якості"

1. Заходи щодо поліпшення екологічного стану техногенно забруднених земель

В залежності від ступеня техногенного забруднення слід вживати відповідних заходів по підтриманню або відтворенню еколо­гічної стійкості земельних ресурсів. Доцільно підрозділити ці заходи на три типи: 1) профілактичні; 2) оперативні; 3) перспективні.

Профілактичні заходи запобігають розвитку про­цесів техногенного забруднення земель. Вони можуть бути або техніч­ного характеру, тобто спрямовані на вдосконалення очисних споруд на промислових підприємствах, модернізацію знарядь по внесенню мінеральних добрив і пестицидів, або технологічного плану, тобто спрямовані на суворе дотримання екологічних вимог до промислово­го чи сільськогосподарського виробництва. Ці заходи найбільш доцільні на територіях із сприятливою, за­довільною і передкризовою екологічною ситуацією.

Оперативні заходи необхідні у випадках термінового реагуван­ня на різке погіршення екологічного стану земель внаслідок порушення технологічної дисципліни на промислових підприємствах, у сільсько­господарському виробництві або в разі виникнення аварійних ситу­ацій. Взагалі такі заходи повинні вживатися на територіях із кризо­вою екологічною ситуацією з метою недопущення подальшого по­гіршення стану земель.

Оперативні заходи у свою чергу можуть бути розділені на ті, що застосовуються переважно на сільськогосподарських угіддях, і ті, що повинні вживатися 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 сполуки, здійснити переорієнтацію характеру використання рослинницької продукції, призначення її для харчових цілей на технічні тощо. На землях несільськогосподарського призначення з відповідним видом імпактного забруднення необхідно використовувати радіопротектори, кальцієвмісні сполуки, цеоліти, адсорбенти різних видів по­ходження, фітомеліоранти тощо.

Особливо слід сказати про ґрунти, які зазнали впливу різного роду аварій і містять у собі величезні кількості радіонуклідів, важких металів, нафтопродуктів і інших токсичних речовин. У тому разі, коли це стосується сільськогосподарських угідь, найпершим оперативним заходом є виведення цих земель з категорії «сільськогосподарського призначення» до зон відчуження. У подальшому ці землі підлягають або консервації без застосування заходів з деконтамінації або, коли це виправдано, із застосуванням заходів по детоксикації. На землях іншого призначення терміново вживають різноманітні заходи від детоксикації земель до евакуації населення і тварин з за­брудненої території.

Перспективні заходи - це заходи по створенню умов екологіч­ної рівноваги у природному середовищі, а відтак і екологічної ста­більності земель. Вони стосуються різних аспектів, але у загальному вигляді їх можна уявити собі так.

1. Зміцнення служби контролю за діяльністю атомних електро­станцій, підприємств важкої індустрії, хімічних заводів тощо. Ця служба повинна мати право зупиняти роботу тих підприємств, діяль­ність яких створює загрозу оточуючому природному середовищу.

2. Створення державного науково-технічного центру з розробки найсучасніших систем очисних споруд для підприємств, діяльність яких супроводжується викидами у повітря значних обсягів токсичних ре­човин.

3. Вирішення питань, пов'язаних з проблемою комунальних від­ходів, тобто впровадження сучасних технологій їх утилізації.

4. Розробка суворих екологічних вимог до застосування нових неадаптованих до умов України видів іноземних пестицидів.

5. Вдосконалення правового забезпечення охорони земельних ресурсів від техногенного забруднення.

Всі перелічені вище заходи, на нашу думку, можна покласти в основу концепції екологічної безпеки земельних ресурсів України сто­совно забруднення. У загальному вигляді вона включає такі розділи як оцінка, контроль, охорона, підтримка і відтворення екологічної стійкості земельних ресурсів. Рухаючись від оцінки екологічного ста­ну ґрунтів через організацію контролю до заходів по охороні, під­тримці і відтворенню екологічної стійкості земель, ми маємо мож­ливість створити ефективну систему управління екологічним станом земельних ресурсів України.

2. Критерії та показники оцінки стану земель щодо забруднення

За А.І. Фатєєвим вибір і обґрунтування критеріїв оцінки стану земельних ресурсів відносно забруднення є складовою частиною більш глобальної проблеми - проблеми нормування антропогенних навантажень на екосистеми. Дійсно, за об'єктивними еколого-токсикологічними критеріями можна не тільки визначати екологічну ситуацію на конкретній території, але й оцінювати характер антропогенного впливу на навколишнє середовище. Наприклад, екологічно чисті території можна розглядати як еталон розумного впливу людини на ґрунтовий покрив, у той час як забруднені сільськогосподарські угіддя - це наслідок незбалансованого антропогенного впливу на довкілля.

Аналіз існуючих літературних даних та результати експериментальних робіт дали підставу обрати такі критерії оцінки екологічного стану земельних ресурсів:

1)                вміст залишкової кількості пестицидів у ґрунтах, мг/кг;

2)                вміст залишкової кількості пестицидів у рослинній масі, мг/кг;

3)                вміст валових форм важких металів у ґрунтах, мг/кг;

4)                вміст валових форм важких металів у рослинній масі, мг/кг;

5)                вміст рухомих форм важких металів у ґрунтах, мг/кг;

6)                щільність забруднення ґрунтів цезієм-137 і стронцієм-90, Кі/км².

Як критерії оцінки радіаційного фону обрана щільність забруднення земель Cs-137 та Sr-90. Небезпечність пестицидного забруднення оцінюється величинами пестицидного навантаження та залишкових кількостей біоцидів в ґрунті й рослинах. Забруднення ґрунтів важкими металами контролюється за вмістом у ґрунті та рослинах валових форм важких металів. Крім цього, обов'язково треба визначати в ґрунті рухомі форми елементів-забруднювачів.

Слід мати на увазі, що оцінити екологічний стан ґрунтів, обумовлений техногенним впливом, досить складно. Особливо важко встановити початок техногенної деградації, тому що в цьому випадку у ґрунтах суттєвих зовнішніх змін не відбувається. Саме тому, що наслідки техногенного впливу у більшості випадків візуально не простежуються, пропонується, по-перше, використовувати для діагностики такого процесу переважно кількісні показ­ники, і, по-друге, проводити разом з ґрунтовими дослідженнями аналіз хімічного складу рослин, які вирощуються на таких територіях. У даному випадку ці рослини розглядаються як тест-культури.

Найбільші складності виникають при інтерпретації даних щодо забруднення ґрунтів важкими металами. Справа в тому, що погіршення властивостей ґрунтів, забруднених важкими металами, відбувається не відразу, а після досить тривалого часу. В першу чергу це відноситься до чорноземних ґрунтів, які мають порівняно з дерново-підзолистими ґрунтами піщаного та супіщаного гранулометричного складу, значно більше органічної речовини і високу вбирну здатність. Експериментальне визначення коефіцієнтів дифузії важких металів у чорноземах показало, що вони у 2-3 рази нижчі, ніж у дерново-підзолистих ґрунтах.

Існуюча система регламентації антропогенного навантаження на екосистеми базується на санітарно-гігієнічних нормативах окремих показників. Проте така система неефективна відносно захисту продукційних функцій ґрунту. Багатокомпонентність викидів виробництва робить також неефективним контроль за дотриманням регламентів по кожному окремому інгредієнту. До того ж, при такому підході не можливо врахувати ефекти акумуляції забруднювачів в екосистемах, і дуже складно диференціювати нормативи за природно-кліматичними зонами. Все це визначає необхідність розробки інших підходів до регламентації техногенних навантажень на екосистеми.

Незважаючи на значну різноманітність підходів і досить успішний досвід визначення екологічних нормативів забруднення, жодна з концепцій не дозволяє відповісти на основні питання, які виникають на практиці. Треба констатувати відсутність достатньо розробленої методологічної бази, яка дає можливість коректно одержати екологічні нормативи. Така база, що необхідна для оцінки екологічного стану земель, повинна включати відомості про:

1) нормативи рівнів радіаційного фону;

2) екологобезпечні та критичні рівні пестицидного навантаження та ГДК пестицидів;

3) кларки важких металів, ГДК і гранично допустимі рівні у ґрунті забруднювачів.

Саме за такою комплексною системою і слід давати оцінку стану земель відносно забруднення. Наприклад, щодо пестицидів цілком придатну оцінку екологічного стану земель можна отримати за допомогою даних, що характеризують рівень пестицидного навантаження. Однак для більшої об'єктивності необхідно мати інформацію про залишкові кількості пестицидів у ґрунтах і рослинах. Рівень забруднення ґрунтів і рослинної маси залишками пестицидів визначають шляхом порівняння фактичного вмісту пестицидів у ґрунті або у сільськогосподарській продукції з гранично допустимими концентраціями. Перевищення фактичного вмісту залишкової кількості пестицидів відносно ГДК є показником небезпечної екологічної ситуації.

Більш складним є визначення ситуації щодо забруднення ґрунтів важкими металами. Оскільки техногенне забруднення ґрунту майже завжди є поліелементним, дослідників цікавило питання щодо сукуп­ної негативної дії на ґрунт надлишкових іонів. Однак, існуючі пропо­зиції носять загальний характер. У роботах співробітників ІМГРЕ використовується так званий сумарний показник концентрації (Zс), який являє собою сукупне перевищення вмісту надлишкових хімічних елементів над їх фоновим рівнем. Виходячи із величини Zс, автори розробили орієнтовну шкалу оцінки рівня забруднення ґрунтового покриву, яка, на жаль, може знайти лише обмежене застосування.

Розроблено параметри вмісту в орному шарі важких металів, при яких умови для росту та розвитку сільськогосподарських культур можуть змінюватися від сприятливих (оптимальних) до незадовільних (недопустимих). У системі оцінки агроекологічних умов стосовно елементів-забруднювачів використано такі показники як кларки і ГДК важких металів.

Оскільки ГДК розроблено не для всіх елементів, запропонована система має подвійний характер. Якщо для конкретного елемента показник ГДК розроблено, то він передусім і використовується, якщо ні – використовується кларк його місту в ґрунті.

3. Основні види техногенного забруднення земель

Останнім часом процеси деградації ґрунтового покриву, обумовлені техногенним забрудненням, підсилились. Найбільшу небезпеку для навколишнього середовища являє собою забруднення ґрунтів радіонуклідами, важкими металами та пестицидами. Рівень забруднення ними ґрунтів може істотно різнитися. Наприклад, найбільш інтенсивне забруднення ґрунтів важкими металами відмічається поблизу джерела забруднення. З віддаленням від нього рівень забруднення ґрунтів зменшується. Рівень забруднення ґрунтів залишковими кількостями пестицидів та радіонуклідами у різних регіонах країни також має специфічні відміни. Численними дослідженнями встановлено, що в ґрунтах діють механізми, які призводять до трансформації техногенних потоків, зв'язування ксенобіотиків в малорухомі і недоступні для рослин форми. Проте, діють ці механізми в певних межах. Тому екологічна ситуація, що обумовлена техногенним впливом на ґрунти, може змінюватися від благополучної до катастрофічної.

Відомо, що протягом останніх років територія України постійно піддавалась різним видам забруднення. Це і атмосферні викиди радіо­нуклідів внаслідок випробовування ядерної зброї і відходи при пере­робці матеріалів на підприємствах ядерно-паливного циклу, теплових електростанцій, що працюють на вугіллі тощо. До 1986 р. радіаційна ситуація на території держави визначалася головним чином, такими радіонуклідами, як калій-40, радій, торій і лише незначною мірою стронцій-90 і цезій-137. Перші три радіонукліди природного походжен­ня зумовлювали основний радіаційний фон, що на більшій частині території коливався в межах 7-14 мкр/год. І лише в окремих регіонах, особливо там, де гранітні породи виходять на поверхню землі, він був у 6-8 разів виший. Що стосується цезію і стронцію, то їх присутність в ґрунті була зумовлена глобальними опадами в результаті випробування ядерної зброї, їх розподіл на території України був більш-менш рівномірним, а абсолютний вміст – 0,01-0,05 Кі/км².

Внаслідок аварії на ЧАЕС в навколишнє середовище було викинуто близько 50 МКі таких небезпечних радіонуклідів як стронцій, цезій, плутоній та йод. В результаті цього активність ґрунтів відносно перших двох радіонуклідів збільшилась у середньому в 1,5-3 рази, а в окремих районах в 5-10 і більше разів в порівнянні з доаварійним рівнем. Найбільш інтенсивне воно в Київській, Житомирській і Чернігівській областях.

Складний характер має забруднення ґрунтів хімічними засобами захисту рослин (ХЗЗР). Відомо, що незважаючи на цілий ряд еко­логічних проблем, що виникають, як наслідок широкого використання пестицидів, вони залишаються основними засобами боротьби з шкідниками, хворобами культурних рослин і бур'янами у всіх розви­нених країнах, і лише в тих країнах, де повністю вирішена проблема харчування, спостерігається зменшення обсягів використання пести­цидів і перехід на альтернативні методи захисту рослин. Зменшення інтенсивності застосування ХЗЗР в останні роки має місце і в Україні, але зумовлено воно іншими причинами - відсутністю вітчизняних підприємств по виробництву пестицидів і валюти для їх придбання за кордоном. Це призводить до того, що поставки в Україну пестицидів залежать не стільки від потреб господарств, скільки від можливості їх придбання в іноземних фірмах.

І все ж таки в асортименті пестицидів, що використовуються, спостерігається певна позитивна зміна. Статистика застосування ХЗЗР за останні 15 років свідчить, що після три­валого і стійкою збільшення обсягів поставок пестицидів ще в 1987 році з'явилась тенденція до зниження їх використання. Це, з одного боку, сприяло зменшенню забруднення земель і рослинницької про­дукції, а з другого - посилило загрозу різкого падіння врожаїв сіль­ськогосподарських культур.

З метою встановлення залежності між цими процесами було визначено два базові періоди. Перший з них (1986 р.) характеризувався найбільш високими обсягами поставок пестицидів, а другий (1991 р.) - період стабілізації обсягів застосування хімічних засобів захисту рос­лин. Увесь діапазон навантажень угідь пестицидами (1,5-19,5 кг/га) було розділено, як вже згадувалось, на 18 груп з інтервалом в 1 кг/га. Проведений розподіл областей за цим показником виявив, що в 1986 році основна їх частина (52%) розмістилась в 4 і 5 групах (4,5- 6,5 кг/га). Третя група (3,5-4,5 кг/га) складала 16%, 6 група (6,5-7,5 кг/га) - 12%, на 7, 8, 11, 17, 18 групи (відповідно 7,5-19,5 кг/га) припадало по 4%. Виходячи з того, що критичні рівні навантажень (КРН) для асортименту пестицидів, що включає гербіциди, ФОС, карбамати та препарати, до складу яких входить ртуть, становлять 3,95 кг/га, ви­явлено, що в 1986 році цей показник перевищувався у 84% областей. Якщо ж прийняти до уваги, що загальний асортимент пес­тицидів, крім перелічених чотирьох груп, включав ще й близько 7% хлорорганічних сполук, які суттєво знижують критичні рівні наванта­жень. Можна стверджувати, що перевищення КРН хімічними засоба­ми захисту рослин в 1986 році мало місце у всіх областях України. В 1991році у зв'язку зі зменшенням обсягів використання пести­цидів переважна частина областей (72%) перемістилась у більш без­печні групи (1 і 2). На третю групу припадало 20%, а на більш високі (8 і 9) - лише 8%.

Деструктивні процеси, які протягом тривалого часу мають місце в економіці України, призвели до зменшення обсягів виробництва про­дукції на 60-70%. На межі припинення виробництва знаходяться цілі галузі промисловості. В свою чергу це сприяло значному зменшенню викидів шкідливих речовин в навколишнє середовище.

Асортимент шкідливих речовин, що викидаються промисловими підприємствами, може бути представлений 6 групами (тверді частин­ки, оксиди, мінеральні кислоти, органічні речовини, важкі метали, радіонукліди). В кожну групу входить від п'яти до декількох десятків токсичних сполук. Оскільки у великих містах здебільше зосереджені різні галузі виробництва, то і асортимент токсикантів, які потрапля­ють в навколишнє середовище міської зони, досить різноманітний.

Концентрації ряду важких металів в пробах ґрунту, відібраних в ме­жах міст, часто в 5-10 разів перевищують ГДК. Вважається, що з віддаленням від міста інтенсивність забруднення території швидко зни­жується і вже на відстані 5-20 км вміст важких металів у ґрунті до­сягає фонових рівнів. Однак за даними спостережень з космосу «факели» від багатьох промислових підприємств тягнуться на 100-150 км. Якісні показники викидів значною мірою залежать від галу­зей промисловості, зосереджених в тому чи іншому місті. Як прави­ло, у викидах усіх міст зустрічаються тверді частинки, окисли сірки, азоту, вуглецю, металів. В містах з високорозвиненою хімічною про­мисловістю - ацетон, ксилол, толуол, а металообробною, металур­гійною, гірничовидобувною - важкі метали, оксиди сірки, вуглецю, азоту тощо.

Останніми роками рівень застосування мінеральних добрив в Україні істотно зменшився. Тому цей показник не є домінантним при оцінці екологічного стану земельних ресурсів. Але він може бути корисним як такий показник, що уточнює характеристику екологічного стану ґрунтів.

В період з 1985 по 1990 роки в середньому в Україні вносили 150 кг/га діючої речовини мінеральних та 8,7 т/га органічних добрив. Найбільш високою інтенсивністю використання мінеральних добрив характеризувалась зона Полісся. Тут в 45% адміністративних райо­нів в цей період щорічно вносили високі та дуже високі дози NРК - від 210 до 240 кг/га. Особливо відзначається Закарпатська область, де вони становили майже 300 кг/га, а в окремих районах і більше. В цих районах, враховуючи співвідношення N:P₂O₅:K₂O, яке в середньому складало 1:0,5:0,6 можна чекати негативних наслідків у зв'язку з забрудненням ґрунтових вод нітратами та накопиченням їх у сільськогосподарській продукції. Цей процес тут поглиблюється за рахунок широкого співвідношення між органічними та мінеральними добривами, яке складає 1:1,29.

Домінування мінеральних добрив над органічними обумовлює істотні зміни поглинального комплексу чорноземних ґрунтів. За даними стаціонарних дослідів, при такому співвідношенні збільшується рухомість гумусу, з колоїдного комплексу вилуговується кальцій, від­бувається підкислення ґрунтового розчину. На фоні без внесення меліорантів на чорноземних ґрунтах при навантаженні їх мінеральними добривами більше 150-180 кг/га діючої речовини середньорічно та співвідношенням до органічних, яке перевищує 1:1,29 можна очікувати негативного впливу, перш за все підкислення ґрунтового розчину. Цей процес і відбувається в деяких областях Лісостепової зони.

Залежно від типу ґрунтів, їх гранулометричного складу та будо­ви вбирного комплексу істотно відрізняються екологічно безпечні дози застосування добрив. За експертною оцінкою узагальнених даних по­льових та лізиметричних дослідів мінеральні добрива при внесенні їх у дозах, які перевищують екологічно безпечний норматив, можуть негативно впливати на навколишнє середовище.

Найбільш визначені такі негативні напрямки цього впливу:

1) підкислення ґрунтового розчину;

2) забруднення ґрунтових вод в результаті фільтрації добрив (особливо азотних);

3) накопичення надлишкових запасів нітратного азоту в продукції рослинництва;

4) забруднення водосховищ залишками добрив в результаті процесів ерозії.

За експертними оцінками, для дерново-підзолистих ґрунтів Полісся перевищення середньорічної дози азотних добрив більше 100- 120 кг/га діючої речовини може негативно впливати на забруднення ґрунтових вод та продукції рослинництва нітратами. На суглинкових ґрунтах чорноземного ряду при перевищенні мінеральних добрив (у діючій речовині) над органічними (співвідно­шення 1:1,2-1,5) відбуваються зміни складу катіонів поглинального комплексу, підкислюється ґрунтовий розчин.