Загрязнение почвы , загрязнение почвы или загрязнение земель как часть деградации земель вызвано присутствием ксенобиотических (искусственных) химикатов или других изменений в естественной почвенной среде. Обычно это вызвано промышленной деятельностью, сельскохозяйственными химикатами или неправильной утилизацией отходов . Наиболее распространенными химическими веществами являются нефтяные углеводороды , полиядерные ароматические углеводороды (такие как нафталин и бензо(а)пирен ), растворители , пестициды, свинец и другие тяжелые металлы . Загрязнение коррелирует со степенью индустриализации и интенсивностью химического вещества. Обеспокоенность по поводу загрязнения почвы связана, прежде всего, с риском для здоровья, прямым контактом с загрязненной почвой, парами загрязняющих веществ или вторичным загрязнением источников воды внутри и под почвой. [1] Картирование участков загрязненной почвы и последующая очистка являются трудоемкими и дорогостоящими задачами и требуют знаний в области геологии , гидрологии , химии , компьютерного моделирования и ГИС в области загрязнения окружающей среды , а также понимания истории промышленного загрязнения. химия. [2]
В Северной Америке и Западной Европе лучше всего известны масштабы загрязненных земель , причем многие страны в этих регионах имеют правовую основу для выявления и решения этой экологической проблемы. Развивающиеся страны, как правило, менее жестко регулируются, несмотря на то, что некоторые из них претерпели значительную индустриализацию .
Загрязнение почвы может быть вызвано следующими причинами (неполный список):
Наиболее распространенными химическими веществами являются нефтяные углеводороды , растворители , пестициды, свинец и другие тяжелые металлы .
Любая деятельность, которая приводит к другим формам деградации почвы ( эрозия , уплотнение и т. д.), может косвенно ухудшить последствия загрязнения, в результате чего восстановление почвы становится более утомительным.
Исторические отложения угольной золы, используемой для отопления жилых, коммерческих и промышленных помещений, а также для промышленных процессов, таких как плавка руды , были распространенным источником загрязнения в районах, которые были промышленно развиты примерно до 1960 года. Уголь естественным образом концентрирует свинец и цинк во время своего образования. , а также другие тяжелые металлы в меньшей степени. При сжигании угля большая часть этих металлов концентрируется в золе (принципиальным исключением является ртуть). Угольная зола и шлак могут содержать достаточное количество свинца, чтобы квалифицироваться как «характерно опасные отходы », определяемые в США как содержащие более 5 мг/л экстрагируемого свинца с использованием процедуры TCLP . Помимо свинца, угольная зола обычно содержит переменные, но значительные концентрации полиядерных ароматических углеводородов (ПАУ; например, бензо(а)антрацен, бензо(b)флуорантен, бензо(k)флуорантен, бензо(а)пирен, индено(cd) пирен, фенантрен, антрацен и др.). Эти ПАУ являются известными канцерогенами для человека , и их допустимая концентрация в почве обычно составляет около 1 мг/кг. Угольную золу и шлак можно распознать по наличию зерен грязно-белого цвета в почве, серой неоднородной почве или (угольный шлак) пузырьковых, везикулярных зерен размером с гальку.
Обработанный осадок сточных вод , известный в промышленности как твердые биологические вещества , стал спорным в качестве « удобрения ». Поскольку это побочный продукт очистки сточных вод, он обычно содержит больше загрязняющих веществ, таких как организмы, пестициды и тяжелые металлы, чем другая почва. [3]
В Европейском Союзе Директива по очистке городских сточных вод разрешает распыление осадка сточных вод на землю. Ожидается, что в 2005 году объем удвоится до 185 000 тонн сухого остатка. Он имеет хорошие сельскохозяйственные свойства благодаря высокому содержанию азота и фосфатов . В 1990/1991 году 13% влажного веса распылялось на 0,13% земли; однако ожидается, что к 2005 году этот показатель увеличится в 15 раз. [ нужна обновленная информация ] Защитники [ кто? ] говорят, что необходимо контролировать это, чтобы в водотоки не попадали болезнетворные микроорганизмы и чтобы не происходило накопления тяжелых металлов в верхнем слое почвы. [4]
Пестицид – это вещество , используемое для уничтожения вредителей. Пестицидом может быть химическое вещество, биологический агент (например, вирус или бактерия), антимикробное, дезинфицирующее средство или устройство, используемое против любого вредителя. К вредителям относятся насекомые, патогены растений, сорняки, моллюски, птицы, млекопитающие, рыбы, нематоды (круглые черви) и микробы, которые конкурируют с людьми за пищу, разрушают имущество, распространяются или являются переносчиками болезней или причиняют неудобства. Хотя использование пестицидов имеет свои преимущества, есть и недостатки, такие как потенциальная токсичность для человека и других организмов. [5] [6]
Гербициды используются для уничтожения сорняков, особенно на тротуарах и железных дорогах. Они похожи на ауксины и большинство из них биоразлагаемы почвенными бактериями. Однако одна группа производных тринитротолуола (2:4 Д и 2:4:5 Т) содержит примесь диоксина, который очень токсичен и приводит к летальному исходу даже в низких концентрациях. Другой гербицид — Паракват . Он высокотоксичен, но быстро разлагается в почве под действием бактерий и не убивает почвенную фауну. [7]
Инсектициды используются для избавления ферм от вредителей, повреждающих урожай. Насекомые повреждают не только стоящие, но и хранящиеся посевы, и считается, что в тропиках треть всего урожая теряется при хранении продуктов. Как и в случае с фунгицидами , первые инсектициды, использованные в девятнадцатом веке, были неорганическими, например, парижская зелень и другие соединения мышьяка . Никотин также используется с 1690 года. [8]
В настоящее время существуют две основные группы синтетических инсектицидов:
1. Хлорорганические соединения включают ДДТ , альдрин , дильдрин и BHC. Они дешевы в производстве, эффективны и устойчивы. ДДТ использовался в огромных масштабах с 1930-х годов, при этом пик в 72 000 тонн был использован в 1970 году. Затем использование сократилось, поскольку стало известно о вредном воздействии на окружающую среду . Он был обнаружен по всему миру у рыб и птиц и даже был обнаружен в снегу Антарктики . Он лишь незначительно растворим в воде, но хорошо растворим в кровотоке. Он влияет на нервную и эндокринную системы, приводит к нехватке кальция в яичной скорлупе птиц, из-за чего она становится легко бьющейся. Считается, что именно он ответственен за сокращение численности хищных птиц, таких как скопа и сапсан, в 1950-х годах – сейчас они восстанавливаются. [9] Известно, что помимо увеличения концентрации в пищевой цепи, он проникает через проницаемые мембраны, поэтому рыбы получают его через жабры. Поскольку он имеет низкую растворимость в воде, он имеет тенденцию оставаться на поверхности воды, поэтому больше всего страдают живущие там организмы. ДДТ, обнаруженный в рыбе, которая является частью пищевой цепи человека, вызвал обеспокоенность, но его уровень, обнаруженный в тканях печени, почек и мозга, составлял менее 1 ppm, а в жире - 10 ppm, что было ниже уровня, который может нанести вред. Однако ДДТ был запрещен в Великобритании и США, чтобы остановить дальнейшее его накопление в пищевой цепочке. Американские производители продолжали продавать ДДТ развивающимся странам, которые не могли позволить себе дорогостоящие химикаты-заменители и не имели таких строгих правил, регулирующих использование пестицидов. [10]
2. Органофосфаты , например паратион , метилпаратион и около 40 других инсектицидов, доступны на национальном уровне. Паратион очень токсичен, метилпаратион - в меньшей степени, а малатион обычно считается безопасным, поскольку он имеет низкую токсичность и быстро расщепляется в печени млекопитающих. Эта группа работает, предотвращая нормальную нервную передачу, поскольку холинэстераза не позволяет расщеплять вещество-передатчик ацетилхолин, что приводит к неконтролируемым движениям мышц. [11]
Утилизация боеприпасов и отсутствие осторожности при производстве боеприпасов, вызванное срочностью производства, могут загрязнять почву на продолжительные периоды времени. Опубликованных данных об этом типе загрязнения мало, главным образом из-за ограничений, наложенных правительствами многих стран на публикацию материалов, связанных с военными действиями. Однако иприт , хранившийся во время Второй мировой войны, загрязнил некоторые объекты на срок до 50 лет [12] , а испытания сибирской язвы как потенциального биологического оружия заразили весь остров Грюинард . [13]
Загрязненная или загрязненная почва напрямую влияет на здоровье человека посредством прямого контакта с почвой или вдыхания испаряющихся почвенных загрязнителей; потенциально большую угрозу представляет проникновение загрязнения почвы в водоносные горизонты грунтовых вод , используемых для потребления человеком, иногда в районах, очевидно, удаленных от любого очевидного источника надземного загрязнения. Токсичные металлы также могут проникать по пищевой цепи через растения, произрастающие в почвах, содержащих высокие концентрации тяжелых металлов. [14] Это, как правило, приводит к развитию заболеваний, связанных с загрязнением окружающей среды .
В большинстве случаев воздействие является случайным и может произойти в результате: [15]
Тем не менее, по оценкам некоторых исследований, 90% случаев заражения происходит через употребление зараженной пищи. [15]
Последствия для здоровья от воздействия загрязнения почвы сильно различаются в зависимости от типа загрязнителя, пути воздействия и уязвимости подвергшегося воздействию населения. Исследователи предполагают, что пестициды и тяжелые металлы в почве могут нанести вред здоровью сердечно-сосудистой системы, включая воспаления и изменения внутренних часов организма. [16]
Хроническое воздействие хрома , свинца и других металлов, нефти, растворителей и многих пестицидов и гербицидов может быть канцерогенным, вызывать врожденные заболевания или вызывать другие хронические заболевания. Промышленные или антропогенные концентрации веществ природного происхождения, таких как нитраты и аммиак , связанные с навозом сельскохозяйственных животных, также были идентифицированы как опасные для здоровья почвы и грунтовых вод. [17]
Известно, что хроническое воздействие бензола в достаточных концентрациях связано с более высокой заболеваемостью лейкемией. Известно, что ртуть и циклодиены вызывают более высокую частоту повреждения почек и некоторых необратимых заболеваний. ПХД и циклодиены связаны с токсичностью для печени. Органофосфаты и карбонаты могут вызывать цепочку реакций, приводящую к нервно-мышечной блокаде . Многие хлорированные растворители вызывают изменения в печени, почках и депрессию центральной нервной системы. Вышеуказанные и другие химические вещества вызывают целый спектр дополнительных последствий для здоровья, таких как головная боль, тошнота, усталость, раздражение глаз и кожная сыпь. В достаточных дозах большое количество загрязнителей почвы может вызвать смерть в результате воздействия при прямом контакте, вдыхании или заглатывании загрязнителей из грунтовых вод, загрязненных через почву. [18]
Правительство Шотландии поручило Институту профессиональной медицины провести анализ методов оценки риска для здоровья человека, связанного с загрязненной землей. Общая цель проекта – разработать руководство, которое будет полезно местным властям Шотландии при оценке того, представляют ли эти объекты значительную вероятность нанесения существенного вреда (SPOSH) здоровью человека. Предполагается, что результатом проекта станет краткий документ, содержащий рекомендации высокого уровня по оценке рисков для здоровья со ссылкой на существующие опубликованные руководства и методологии, которые были признаны особенно актуальными и полезными. В рамках проекта будет изучено, как были разработаны руководящие принципы политики для определения приемлемости рисков для здоровья человека, и предложен подход для оценки того, что представляет собой неприемлемый риск, в соответствии с критериями SPOSH, определенными в законодательстве и законодательных руководствах Шотландии. [ нужна цитата ]
Неудивительно, что загрязнители почвы могут иметь серьезные пагубные последствия для экосистем. [19] Существуют радикальные изменения в химическом составе почвы, которые могут возникнуть из-за присутствия многих опасных химических веществ даже при низкой концентрации загрязняющих веществ. Эти изменения могут проявляться в изменении метаболизма эндемичных микроорганизмов и членистоногих , обитающих в данной почвенной среде. Результатом может стать фактическое уничтожение некоторых звеньев первичной пищевой цепи, что, в свою очередь, может иметь серьезные последствия для видов хищников и потребителей. Даже если химическое воздействие на низшие формы жизни невелико, нижние уровни пирамиды пищевой цепи могут поглощать чужеродные химические вещества, концентрация которых обычно становится более концентрированной на каждой потребляющей ступени пищевой цепи. Многие из этих эффектов в настоящее время хорошо известны, например, концентрация стойких материалов ДДТ для птиц-потребителей, приводящая к ослаблению скорлупы яиц, увеличению смертности птенцов и потенциальному исчезновению видов. [20]
Воздействие происходит на сельскохозяйственные угодья, имеющие определенные виды загрязнения почвы. Загрязнители обычно изменяют метаболизм растений, часто вызывая снижение урожайности сельскохозяйственных культур. Это имеет вторичное влияние на сохранение почвы , поскольку вялые посевы не могут защитить почву Земли от эрозии . Некоторые из этих химических загрязнителей имеют длительный период полураспада , а в других случаях производные химические вещества образуются в результате распада первичных загрязнителей почвы. [21]
Тяжелые металлы и другие загрязнители почвы могут отрицательно влиять на активность, видовой состав и численность почвенных микроорганизмов, тем самым ставя под угрозу такие функции почвы, как биохимический круговорот углерода и азота. [22] Однако загрязнители почвы со временем могут стать менее биодоступными, а микроорганизмы и экосистемы могут адаптироваться к изменившимся условиям. Свойства почвы, такие как pH, содержание и текстура органических веществ, очень важны и изменяют подвижность, биодоступность и токсичность загрязняющих веществ в загрязненных почвах. [23] Одно и то же количество загрязняющих веществ может быть токсичным для одной почвы, но совершенно безвредным для другой. Это подчеркивает необходимость оценки и принятия мер по конкретным почвенным рискам.
Очистка или восстановление окружающей среды анализируются учеными-экологами , которые используют полевые измерения химических веществ в почве , а также применяют компьютерные модели ( ГИС в области загрязнения окружающей среды ) для анализа переноса [24] и судьбы химических веществ в почве. Для реабилитации нефтезагрязненных почв и отложений были разработаны различные технологии [25]. Существует несколько основных стратегий реабилитации:
Различные национальные стандарты концентраций конкретных загрязняющих веществ включают в себя «Предварительные цели восстановления для региона 9 Агентства по охране окружающей среды США» (PRG США), «Концентрации, основанные на риске» Агентства по охране окружающей среды США для региона 3 (RBC EPA США) и Рекомендации Национального совета по охране окружающей среды Австралии по уровням исследования в почве и Грунтовые воды.
Огромный и устойчивый рост Китайской Народной Республики с 1970-х годов привел к увеличению загрязнения почвы. Министерство экологии и окружающей среды считает, что это представляет угрозу окружающей среде, безопасности пищевых продуктов и устойчивому сельскому хозяйству. По данным научных выборок, 150 миллионов му (100 000 квадратных километров) обрабатываемых земель Китая были загрязнены, при этом загрязненная вода используется для орошения еще 32,5 миллиона му (21 670 квадратных километров) и еще 2 миллиона му (1300 квадратных километров) покрыты или уничтожены твердыми отходами. В общей сложности на эту территорию приходится одна десятая часть обрабатываемых земель Китая, и она находится в основном в экономически развитых районах. По оценкам, ежегодно 12 миллионов тонн зерна загрязняются тяжелыми металлами, что приводит к прямым потерям в 20 миллиардов юаней (2,57 миллиарда долларов США ). [28] Недавнее исследование показывает, что 19% сельскохозяйственных почв загрязнены тяжелыми металлами и металлоидами. И количество этих тяжелых металлов в почве резко возросло. [29]
Согласно полученным данным от государств-членов, в Европейском Союзе число предполагаемых потенциально загрязненных объектов составляет более 2,5 миллионов [30] , а выявленных загрязненных объектов — около 342 тысяч. Муниципальные и промышленные отходы больше всего загрязняют почву (38%), за ними следует промышленный/коммерческий сектор (34%). Минеральное масло и тяжелые металлы являются основными загрязнителями, на долю которых приходится около 60% загрязнения почвы. С точки зрения бюджета, управление загрязненными территориями оценивается примерно в 6 миллиардов евро (евро) в год. [30]
Общими рекомендациями, обычно используемыми в Соединенном Королевстве, являются «Рекомендующие значения для почвы», опубликованные Министерством окружающей среды, продовольствия и сельского хозяйства (DEFRA) и Агентством по охране окружающей среды . Это значения скрининга, которые демонстрируют минимально допустимый уровень вещества. Выше этого не может быть никаких гарантий относительно значительного риска нанесения вреда здоровью человека. Они были получены с использованием Модели оценки воздействия загрязненных земель (CLEA UK). Определенные входные параметры, такие как значения критериев здоровья, возраст и землепользование, передаются в CLEA UK для получения вероятностных выходных данных. [31]
Руководство Межведомственного комитета по восстановлению загрязненных земель (ICRCCL) [32] было официально отозвано DEFRA для использования в качестве предписывающего документа для определения потенциальной необходимости восстановления или дальнейшей оценки.
Модель CLEA, опубликованная DEFRA и Агентством по охране окружающей среды (EA) в марте 2002 года, устанавливает основу для соответствующей оценки рисков для здоровья человека от загрязненных земель, как того требует Часть IIA Закона об охране окружающей среды 1990 года . В рамках этой структуры в настоящее время получены общие нормативные значения для почвы (SGV) для десяти загрязнителей, которые будут использоваться в качестве «значений вмешательства». [33] Эти значения не следует рассматривать как корректирующие цели, а как значения, при превышении которых следует рассматривать дальнейшую детальную оценку; см. голландские стандарты .
Три комплекта CLEA SGV были произведены для трех различных видов землепользования, а именно:
Предполагается, что SGV заменят прежние значения ICRCL. SGV CLEA относятся к оценке хронических (долгосрочных) рисков для здоровья человека и не применяются к защите земляных работников во время строительства или других потенциальных рецепторов, таких как грунтовые воды, здания, растения или другие экосистемы. CLEA SGV не применимы напрямую к объектам, полностью покрытым твердым грунтом, поскольку нет прямого пути воздействия на загрязненную почву. [34]
На сегодняшний день опубликованы первые десять из пятидесяти пяти SGV загрязнителей для следующих веществ: мышьяк, кадмий , хром, свинец, неорганическая ртуть, никель, селен, этилбензол, фенол и толуол. Были подготовлены проекты SGV для бензола, нафталина и ксилола, но их публикация приостановлена. Токсикологические данные (Tox) были опубликованы для каждого из этих загрязнителей, а также для бензо[а]пирена, бензола, диоксинов, фуранов и диоксиноподобных ПХБ, нафталина, винилхлорида, 1,1,2,2-тетрахлорэтана и 1,1,2,2-тетрахлорэтана. 1,1,2-тетрахлорэтан, 1,1,1-трихлорэтан, тетрахлорэтен, четыреххлористый углерод, 1,2-дихлорэтан, трихлорэтен и ксилол. SGV для этилбензола, фенола и толуола зависит от содержания органического вещества (ПОВ) в почве (которое можно рассчитать по общему содержанию органического углерода (ТОС)). В качестве первоначального отбора приемлемыми считаются SGV для 1% SOM. [35]
По состоянию на февраль 2021 года в Канаде насчитывается более 2500 загрязненных объектов . [36] Одно печально известное загрязненное место расположено недалеко от места выплавки никеля и меди в Садбери, Онтарио . Исследование по изучению загрязнения тяжелыми металлами в окрестностях металлургического завода показало, что в почве были обнаружены повышенные уровни никеля и меди; значения достигают 5104 ppm Ni и 2892 ppm Cu в радиусе 1,1 км от места расположения плавильного завода. В почве были обнаружены и другие металлы; такие металлы включают железо, кобальт и серебро. Более того, при изучении различной растительности вокруг плавильного завода стало очевидно, что они тоже пострадали; Результаты показывают, что растения содержали никель, медь и алюминий в результате загрязнения почвы. [37]
В марте 2009 года проблема отравления урана в Пенджабе привлекла внимание прессы. Утверждается, что это было вызвано прудами с летучей золой тепловых электростанций, которые, как сообщается, приводят к серьезным врожденным дефектам у детей в округах Фаридкот и Бхатинда в Пенджабе . В новостях утверждалось, что уровень урана более чем в 60 раз превышает максимально безопасный предел. [38] [39] В 2012 году правительство Индии подтвердило [40] , что грунтовые воды в поясе малва в Пенджабе содержат металлический уран, содержание которого на 50% превышает пределы следов, установленные Всемирной организацией здравоохранения ООН (ВОЗ). Научные исследования, основанные на более чем 1000 пробах из различных точек отбора проб, не смогли проследить источник летучей золы и каких-либо источников тепловых электростанций или промышленности, как первоначально предполагалось. Исследование также показало, что концентрация урана в грунтовых водах района Мальва не в 60 раз превышает пределы ВОЗ, а лишь на 50% превышает ограничения ВОЗ в трех местах. Эта самая высокая концентрация, обнаруженная в пробах, была меньше, чем те, которые обнаруживаются в естественных условиях в грунтовых водах, которые в настоящее время используются в человеческих целях в других местах, например, в Финляндии . [41] В настоящее время проводятся исследования по выявлению природных или других источников урана.
{{cite book}}: |website=игнорируется ( помощь ){{cite book}}: CS1 maint: others (link){{cite web}}: |first=имеет общее имя ( справка )