Загрязнение почв пестицидами и удобрениями
Загрязнение почв, связанное с сельскохозяйственным производством, в условиях Беларуси проявляется в избыточном накоплении химических веществ в результате известкования кислых почв, внесения минеральных удобрений и пестицидов, а также чрезмерного полива сельскохозяйственных угодий стоками животноводческих комплексов. В целом по Беларуси избыточное накопление биогенных элементов произошло на 6 % пахотных земель.
Такие, химические элементы, как железо, марганец, цинк, медь, молибден и другие, также содержащиеся в почве в определенном количестве, известные в сельском хозяйстве под названием «микроэлементы», необходимы растениям в малых количествах. Однако если концентрация этих элементов превышает допустимую норму, то они загрязняют продукцию сельскохозяйственного производства и в итоге становятся токсичными для человека и животных.
Накопление остатков пестицидов в почве зависит и от природы токсиканта. Наиболее стойкие — хлорорганические соединения и группа диенов. Они сохраняются в почве в течение нескольких лет. К тому же чем выше доза, тем длительнее сохраняется токсикант.
Избытки пестицидов могут мигрировать с нисходящим гравитационным потоком и попадать в грунтовые воды. Накапливаясь в почве, они могут передаваться по цепям питания и вызывать заболевания животных и людей. Вместе с поверхностными водами пестициды могут попадать в водоемы и отравлять воду.
Одно из основных условий охраны почв от загрязнения пестицидами — создание и применение менее токсичных и менее стойких соединений и уменьшение доз их внесения в почву.
Полная детоксикация биоцидов происходит лишь при их распаде на нетоксичные компоненты. Наиболее активно разложение пестицидов проводят микроорганизмы.
Охрана почв от избытка удобрений имеет ряд общих мер организационного порядка с охраной почв от избытка пестицидов. Разработка новых длительно действующих гранулированных форм удобрений, применение комплексных форм, использование правильной технологии внесения удобрений, соблюдение правил хранения и транспортировки — все это предохраняет почвы от избытка агрохимикатов.
Свести к минимуму или исключить использование особо опасных пестицидов, шире внедрять в производство биологически методы защиты растений от вредителей
Радиоактивное загрязнение сельскохозяйственных земель
Наиболее серьезной социально-экономической и экологической проблемой Беларуси является радиоактивное загрязнение земель. В результате аварии на ЧАЭС в зону радиоактивного загрязнения попало значительная часть территории страны площадью 4,8 млн га (23% от общей площади Беларуси). Площадь загрязненных радиоактивным цезием сельскохозяйственных земель с плотностью выше 37 кБк/м2 (>1 Ku/км2) составила 1,8 млн га. Из этой площади в связи с превышением предельных дозовых нагрузок на население и трудностью получения сельскохозяйственной продукции с допустимым уровнем загрязнения радионуклидами были выведены 265,4 тыс. га земель с плотностью загрязнения цезием-137 свыше 1480 кБк/м2 (40 Кu/км2), стронцием-90 – свыше 111 кБк/м2 (3 Кu/км2), плутонием – свыше 3,7 кБк/м2 (0,1 Кu/км2). Затем, в процессе реабилитации загрязненных территорий 16,7 тыс.га с невысокой плотностью загрязнения радионуклидами 137Cs и 90Sr была возвращена в хозяйственное использование.
За послеаварийный период радиационная обстановка на сельскохозяйственных землях значительно улучшилась. Произошел распад короткоживущих радионуклидов. Концентрация долгоживущих 137Cs и 90Sr в почве уменьшилась примерно на 40% только по причине естественного распада. Наблюдается постепенное уменьшение площади используемых загрязненных земель с контролируемой минимальной плотностью загрязнения цезием-137 более 37 кБк/м2 и стронцием-90 более 5,5 кБк/м2 вследствие естественного распада радионуклидов и перехода части земель в категорию незагрязненных.
В категорию незагрязненных перешли 439 тыс.га земель, ранее загрязненных 137Cs, а площадь загрязненных 90Sr земель уменьшилась на 298 тыс.га. Сельскохозяйственное производство по состоянию на 1.01.2011 ведется на 998,7 тыс.га земель, загрязненных 137Cs с плотностью 37–1480 кБк/м2.
Основные массивы сельскохозяйственных угодий, загрязненных 137Cs, сосредоточены в Гомельской (46,7% общей площади) и Могилевской (23,6%) областях. В Брестской, Гродненской и Минской областях доля загрязненных земель невелика и составляет соответственно 5,3%, 2,4 и 3,5%.
Загрязнение территории 90Sr имеет более локальный характер. Загрязнение почвы стронцием-90 с плотностью более 5,6 кБк/м2 обнаружено на 10% территории страны. Максимальные уровни содержания 90Sr выявлены в границах 30-километровой зоны ЧАЭС, которые достигали величины 1798 кБк/м2 в Хойникском районе Гомельской области.
Из общей площади земель, загрязненных 90Sr (345,4 тыс. га), 329,6 тыс. га сельскохозяйственных земель сосредоточены в Гомельской области. Здесь доля загрязненных пахотных и луговых почв составляет 26,8% от общей площади используемых сельскохозяйственных земель. В Могилевской области доля загрязненных 90Sr пахотных и луговых почв незначительна – соответственно 1,0 и 1,6%.
В целом, спустя 25 лет после аварии на Чернобыльской АЭС, основные количества радионуклидов 137Cs и 90Sr расположены в корнеобитаемом слое и интенсивно включаются в биологический круговорот. Средняя скорость миграции вглубь составляет 0,3–0,5 см/год, поэтому угрозы водоносным горизонтам практически нет.
Горизонтальная миграция происходит с ветром, при пожарах, с поверхностным стоком, паводковыми и дождевыми потоками, в результате хозяйственной деятельности людей. Все эти факторы приводят к небольшому локальному очищению одних участков почвы и загрязнению других.
На поступление радионуклидов в растения существенно влияют формы их соединений в почве. Различают четыре формы нахождения: водорастворимая, обменная (растворимая в лабораторных условиях ацетатом аммония), подвижная (растворимая слабым раствором соляной кислоты), неподвижная (связанная или фиксированная). Если радионуклиды находятся в одной из первых трех указанных форм, то возможен их переход в растения.
Относительное количество радионуклидов в почвах в доступных для растений формах изменяется с течением времени и во многом определяется типом почвы и различно для цезия и стронция. Установлено, что в первые годы после аварии происходило снижение доли доступных форм цезия-137 в различных почвах, а спустя 10 лет наступила некоторая стабилизация.
В дерново-подзолистых суглинистых почвах за послеаварийный период доля доступных для растений форм 137Cs значительно уменьшилась и не превышает 5%, в дерново-подзолистых супесчаных и песчаных – 10–20%. Примерно таково или выше содержание доступных форм цезия-137 в торфяно-болотных почвах. Доля доступных растениям форм 90Sr, наоборот, возрастала и теперь достигает 70% в дерново-подзолистых почвах и 50% в торфяных.
Указанные особенности характерны и для коэффициентов перехода радионуклидов из почвы в растения, которые используют для прогноза загрязнения сельскохозяйственной продукции. Например, снижение подвижности 137Cs вследствие перехода в необменно-поглощенное состояние привело к снижению его доступности для растений в 12–15 раз.
Существенное влияние на накопление радионуклидов всеми сельскохозяйственными культурами оказывают:
показатели почвенного плодородия. Установлено, что переход радионуклидов в растения снижается в 2–4 раза по мере повышения содержания в почве подвижных форм калия и фосфора от низкого до оптимального уровня;
биологические особенности возделываемых сельскохозяйственных культур. При одинаковой плотности загрязнения накопление 137Cs в зерне озимой ржи в 10 раз ниже, чем в семенах ярового рапса и в 24 раза ниже в сравнении с зерном люпина. Многократные различия по накоплению стронция-90 наблюдаются между зерновыми злаковыми и зернобобовыми культурами.
сортовые различия культур. Например, сорта ярового рапса по накоплению цезия-137 различаются в 2–3 раза, стронция-90 – до 4 раз.
Комплекс сельскохозяйственных защитных мер, основным критерием которых является уменьшение поступления радионуклидов из почвы в пищевую цепочку и получение продукции с содержанием радионуклидов в пределах допустимых уровней: известкование кислых почв, внесение повышенных доз минеральных и органических удобрений, подбор культур и сортов являются наиболее эффективными в комплексе защитных мер.
За поставарийный период в Беларуси переход 137Cs из почвы в сельскохозяйственную продукцию снизился в 15–20 раз. По экспертной оценке, около половины этого снижения обусловлено проведением контрмер, другая половина приходится на природные факторы распада и фиксации почвой радионуклидов цезия.
Больше внимания требует проблема 90Sr, обострившаяся в последние годы, так как подвижность 90Sr в почве и доступность его растениям имеет тенденцию к повышению. Поэтому одних агрохимических защитных мер недостаточно для требуемого уменьшения поступления 90Sr в сельскохозяйственную продукцию. Решение проблемы производства нормативно чистых по 90Sr продуктов питания возможно только путем плановой трансформации земель, дифференцированного размещения посевов сельскохозяйственных культур и целевого использования конечной продукции на основе прогноза загрязнения урожая с учетом свойств почв и радиационного контроля.
Загрязнение почвы изотопами плутония с уровнем более 0,37 кБк/м2 обнаружено на 2% площади Беларуси. Эти территории находятся преимущественно в Гомельской области и Чериковском районе Могилевской области. Содержание плутония в почве более 3,7 кБк/м2 характерно только для 30-километровой зоны.
После аварии на территории площадью 2,162 тыс. км2 белорусского сектора 30-км зоны ЧАЭС и прилегающих к ней землях создан Полесский государственный радиационно-экологический заповедник (ПГРЗ). Основная часть сельскохозяйственных земель, выведенных из пользования и вошедших в зону отчуждения, входит в состав ПГРЗ. Эти территории даже в отдаленной перспективе не могут быть возвращены в сельскохозяйственный оборот вследствие высокой плотности загрязнения многими долгоживущими радионуклидами – цезием-137, стронцием-90, плутонием-238, 239, 240, 241, америцием-241.
Часть земель, прилегающих к выселенным населенным пунктам с меньшей плотностью загрязнения радионуклидами, вошла в зону отселения. Зона отселения состоит из территориально разобщенных участков в Гомельской, Могилевской и Брестской областях, где прекращена хозяйственная деятельность. В настоящее время нет детального почвенно-агрохимического и радиологического обследования земель зоны отселения.