На остальной территории области (15,1%) распространены лугово-черноземные, черноземно-луговые, лугово-болотные, болотные, а также дерновые почвы, солончаки и солонцы. Под водой и болотами области находится свыше ста семидесяти тысяч гектаров, под городами и дорогами более ста восьмидесяти тысяч гектаров, нарушено – свыше тридцати трех тысяч гектаров. На эродированные почвы, располагающиеся на склонах различной крутизны и протяженности, различных форм и экспозиций приходится 36,6%, в том числе на слабо эродированные – 9,3%.
В земельном фонде сельскохозяйственные угодья составляют 87,8%, в том числе под пашней 75,3% (или более 2000 тыс. га).
Естественные (незатронутые хозяйственной деятельностью человека) территории в настоящее время составляют не более 3% всей площади области. Из них 2,6% (или 152,4 тыс. га) приходятся на леса, которые располагаются, главным образом, на севере области – в балках (байрачные), в поймах рек (пойменные) и на песчаных террасах (аренные). Около 1% из них приходится на лесные полезащитные полосы.
Наиболее загрязненными являются почвы Криворожья, спектр загрязнения которых включает элементы: кальций – в 6, никель – в 5, железо, цинк, фтор – в 3, магний, кадмий, свинец – в 2 раза выше фона. Сильно загрязненными являются почвы Орджоникидзе – Никополь – Марганецкого тест-полигона, причем основной «вклад» вносят марганец – в среднем в 14 раз и фтор – в 5 раз выше фонового значения. Концентрация никеля, цинка и свинца в среднем в 2 раза превышает фон. Для Днепропетровской – Днепродзержинской агломерации характерен избыток цинка – в 4,3, свинца, кальция, натрия и фтора – в 2, никеля и меди – в 1,5, хрома и марганца – в 1,4 раза в среднем больше фона. В спектре загрязнения почв Западного Донбасса преобладают никель – в 4 раза, фтор, натрий – 2 раза выше фоновых концентраций. Почвы сельских районов имеют примерно одинаковый уровень и спектр загрязнения, основными компонентами которого являются цинк и фтор – в 2-3 раза, натрий – в 2 раза превышают фоновые значения.
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВЫ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ
Загрязнение почв тяжелыми металлами имеет разные источники:
1. отходы металлообрабатывающей промышленности;
2. промышленные выбросы;
3. продукты сгорания топлива;
4. автомобильные выхлопы отработанных газов;
5. средства химизации сельского хозяйства.
Металлургические предприятия ежегодно выбрасывают на поверхность земли более 150 тыс. тонн меди, 120 тыс. тонн цинка, около 90 тыс. тонн свинца, 12 тыс. тонн никеля, 1,5 тыс. тонн молибдена, около 800 тонн кобальта и около 30 тонн ртути. На 1 грамм черновой меди отходы медеплавильной промышленности содержат 2,09 тонн пыли, в составе которой содержится до 15% меди, 60% окиси железа и по 4% мышьяка, ртути, цинка и свинца. Отходы машиностроительных и химических производств содержат до 1 тыс. мг/кг свинца, до 3 тыс. мг/кг меди, до 10 тыс. мг/кг хрома и железа, до 100 г/кг фосфора и до 10 г/кг марганца и никеля. В Силезии вокруг цинковых заводов громоздятся отвалы с содержанием цинка от 2 до 12% и свинца от 0,5 до 3%, а в США эксплуатируют руды с содержанием цинка 1,8%.
С выхлопными газами на поверхность почв попадает более 250 тыс. тонн свинца в год; это главный загрязнитель почв свинцом.
Тяжелые металлы попадают в почву вместе с удобрениями, в состав которых они входят как примесь, а также и с биоцидами.
Л. Г. Бондарев (1976) подсчитал возможные поступления тяжелых металлов на поверхность почвенного покрова в результате производственной деятельности человека при полном исчерпании рудных запасов, в сжигании имеющихся запасов угля и торфа и сравнение их с возможными запасами металлами, аккумулированных в гумосфере к настоящему времени. Полученная картина позволяет составить представление о тех изменениях, которые человек в состоянии вызвать в течение 500-1000 лет, на которые хватит разведанных полезных ископаемых.
Возможное поступление металлов в биосферу при исчерпании достоверных запасов руд, угля, торфа, млн. тонн
| Элемент | Суммарный техногенный выброс металлов | Содержится в гумосфере | Отношение техногенного выброса к содержанию в гумосфере |
| Свинец | 207,5 | 24,0 | 8,6 |
| Мышьяк | 739,0 | 12,0 | 61,6 |
| Кадмий | 7,4 | 1,2 | 6,2 |
| Уран | 590,4 | 2,4 | 246,0 |
| Ртуть | 0,55 | 0,024 | 27,1 |
| Олово | 295,7 | 19,0 | 15,6 |
| Серебро | 3,0 | 0,24 | 12,5 |
Отношение этих величин позволяет прогнозировать масштаб влияния деятельности человека на окружающую среду, прежде всего на почвенный покров.
Техногенное поступление металлов в почву, закрепление их в гумусовых горизонтах в почвенном профиле в целом не может быть равномерным. Неравномерность его и контрастность прежде всего связана с плотностью населения. Если считать эту связь пропорциональной, то 37,3% всех металлов будет рассеяно всего лишь в 2% обитаемой суши.
Распределение тяжелых металлов по поверхности почвы определяется многими факторами. Оно зависит от особенностей источников загрязнения, метеорологических особенностей региона, геохимических факторов и ландшафтной обстановке в целом.
Источник загрязнения в целом определяет качество и количество выбрасываемого продукта. При этом степень его рассеивания зависит от высоты выброса. Зона максимального загрязнения распространяется на расстояние, равное 10-40-кратной высоте трубы при высоком и горячем выбросе, 5-20-кратной высоте трубы при низком промышленном выбросе. Длительность нахождения частиц выброса в атмосфере зависит от их массы и физико-химических свойств. Чем тяжелее частицы, тем быстрее они оседают.
Неравномерность техногенного распространения металлов усугубляется неоднородностью геохимической обстановке а природных ландшафтах. В связи с этим, для прогнозирования возможного загрязнения продуктами техногенеза и предотвращения нежелательных последствий деятельности человека необходимо понимание законов геохимии, законов миграции химических элементов в различных природных ландшафтах или геохимической обстановке.
Химические элементы и их соединения попадая в почву претерпевают ряд превращений, рассеиваются или накапливаются в зависимости от характера геохимических барьеров, свойственных данной территории. Понятие о геохимических барьерах было сформулировано А. И. Перельманом (1961) как участках зоны гипергенеза, на которых изменение условий миграции приводит к накоплению химических элементов. В основу классификации барьеров положены виды миграции элементов. На этом основании А. И. Перельман выделяет четыре типа и несколько классов геохимических барьеров:
1. барьеры – для всех элементов, которые биогеохимические перераспределяются и сортируются живыми организмами (кислород, углерод, водород, кальций, калий, азот, кремний, марганец и т.д.);
2. физико-химические барьеры:
1) окислительные – железные или железно-марганцевые (железо, марганец), марганцевые (марганец), серный (сера);
2) восстановительные – сульфидный (железо, цинк, никель, медь, кобальт, свинец, мышьяк и др.), глеевый (ванадий, медь, серебро, селен);
3) сульфатный (барий, кальций, стронций);
4) щелочной (железо, кальций, магний, медь, стронций, никель и др.);
5) кислый (оксид кремния);
6) испарительный (кальций, натрий, магний, сера, фтор и т.д.);
7) адсорбционный (кальций, калий, магний, фосфор, сера, свинец и др.);
8) термодинамический (кальций, сера).
3. механические барьеры (железо, титан, хром, никель и др.);
4. техногенные барьеры.
Геохимические барьеры существуют не изолированно, а в сочетании друг с другом, образуя сложные комплексы. Они регулируют элементный состав потоков веществ, от них в большей мере зависит функционирование экосистем.
Продукты техногенеза в зависимости от их природы и той ландшафтной обстановки, в которую они попадают, могут либо перерабатываться природными процессами, и не вызывать существенных изменений в природе, либо сохраняться и накапливаться, губительно влияя на все живое.
И тот и другой процесс определяются рядом факторов, анализ которых позволяет судить об уровне биохимической устойчивости ландшафта и прогнозировать характер их изменений в природе под влиянием техногенеза. В автономных ландшафтах развиваются процессы самоочищения от техногенного загрязнения, так как продукты техногенеза рассеиваются поверхностными и внутрипочвенными водами. В аккумулятивных ландшафтах накапливаются и консервируются продукты техногенеза.
Содержание тяжелых металлов в компонентах биосферы
| Элемент | Промышленные стоки, кг/л | Почва, мг/кг | Растения, мг/кг | Вода питьевая, мг/л | Воздух, мг/м3 | ПДК в крови человека, мг/л |
| Ртуть | 0,01 | 0,1 | 0,0001-100* | 0,005 | 0,01 | 0,02 |
| Свинец | 0,7 | 0,1-2 10-7600 | 10 10-1000* | 0,05 | 0,01 0,3* | 0,6 |
| Кадмий | 0,06 | 0,06 |
* У автострад в зависимости от интенсивности движения и расстояния до автострады
Всевозрастающее внимание к охране окружающей среды вызвал особый интерес к вопросам воздействия на почву тяжелых металлов.
С исторической точки зрения интерес к этой проблеме появился с исследованием плодородия почв, поскольку такие элементы, как железо, марганец, медь, цинк, молибден и, возможно, кобальт, очень важны для жизни растений и, следовательно, для животных и человека.