Воздействие кислых дождей

В последние десятилетия как серьезнейшее последствие промышленного загрязнения атмосферы, появилась проблема кислых осадков. Первые тревожные симптомы этой опасности были зарегистрированы вначале 60-х годов в Скандинавии, а впоследствии в других странах Западной, Восточной Европы и Северной Америки. Первоначально отрицательные последствия проявились в подкислении водоемов (озер), в которых наблюдалась гибель рыбы и вымирание водных видов животных и растений.

Как последующая реальная опасность, после нарушения водных экосистем, было установлено отрицательное воздействие на лесные биогеоценозы. Первые признаки этого были обнаружены в ФРГ в 1982 г, а на конец 1987 г на территории Европы в опасности было 30,7 млн. га лесных угодий. В некоторых европейских странах доля пораженных лесов оставляет до 50%. В наибольшей степени чувствительны хвойные породы, особенно в горных регионах.

Основными атмосферными загрязнителями являются двуокись серы (S0₂) и окиси азота (NО_x), образующиеся в результате сжигания топлива. Образование NO_x происходит также в результате высокотемпературных реакций связывания атмосферного азота. Предполагается, что формирование кислых осадков происходит за счет окислов серы до 60% а 30 % за счет окислов азота.

Основная часть выбросов происходит над промышленными областями, где, например, выбросы серы могут превышать естественные в 5-20 раз. Реагируя с водяным паром, двуокись серы образует капельки серной кислоты, которые и выпадают с осадками в виде кислых дождей. Если в норме рН дождя составляет около 5, 6, то сейчас в европейских странах кислотность дождей колеблется от 5 до 3 единиц рН. Максимальный уровень кислотности осадков зарегистрированный в ряде промышленных районов (США, ФРГ, Италия и др.) составлял около рН 2.

Установлено, что воздействие кислотного осаждения на воды, почву и растительный покров тесно взаимосвязано. Во всех этих экосистемах может наблюдаться как прямое влияние кислых осадков, так и косвенное в результате побочных воздействий загрязнителей через другие среды. Например, действие на почву и почвенные процессы сказывается и через изменение растительного покрова и через поверхностные и подземные воды.

Воздействие кислотных осадков на почву по современным данным может проявляться через влияние - на рН почвы и ее кислотность,- на присутствие подвижных анионов и выщелачивание катионов,- на микроэлементы, мобилизацию тяжелых металлов и их токсичность.

Эти изменения определяют возможное воздействие на почвенную биоту, проводимые ею процессы разложения и минерализации.

Установлено, что в почвах под воздействием кислых осадков, в основном, имеют место два процесса: замещение основных катионов на ионы водорода и алюминия и перемещение замещеных катионов в почвенном профиле. Так отмечено увеличение выщелачивания кальция, магния, калия. В почвах с рН ниже 5,0 повышается мобильность потенциально токсических металлов, например, Al, Мn, Cu, Cd и др.

Почвы различаются в зависимости от своих свойств по устойчивости к воздействию кислых осадков. Наиболее чувствительны к кислым осадкам маломощные кислые почвы на гранитных или порфиритовых породах, а также малобуферные песчаные почвы.

Установлено, что почвы могут испытывать и дополнительное косвенное воздействие как со стороны подкисленных поверхностных и подземных вод, (в которых увеличивается и содержание Тяжелых металлов), так и в связи с нарушением растительного покрова. Растительный покров выполняет роль фильтра химических веществ воздуха и осадков. При выпадении на поверхность растений кислые осадки увеличивают выщелачивание таких элементов как кальций и калий из листвы, которая поступает на почву с опадом. Сухие осадки также смываются с растительности, а поэтому при выпадении на почву осадки могут быть более концентрированы, чем первоначальные. Особенно эффект бывает выражен при редких дождях, еще более концентрирующих кислые осадки.

В наибольшей степени концентрация кислых осадков происходит в лесных биогеоценозах. Дождевая вода, стекающая по ветвям, стволам, листьям более кислая, чем вода того же дождя, выпадающая на открытых пространствах. Хвойный лес задерживает и осаждает из атмосферного воздуха больше загрязнителей, чем лиственный, например, буковый или дубовый. В Швеции было продемонстрировано в 2-3 раза большее поступление сульфата при загрязнении в хвойных лесах. Поэтому лесные почвы и их население страдают от кислых осадков больше, чем почвы с травянистым покровом.

Вопросы воздействия кислых осадков на биологические свойства почвы пока мало изучены. Во многих работах установлено, что подкисление почвы проявляется далеко не сразу, и вследствие буферных свойств почв регистрируемые изменения могут быть вначале незначительны.

Как общую тенденцию изменения микробного населения почв под воздействием кислых осадков отмечают снижение численности бактерий и актиномицетов. Грибы как более толерантные к повышенной кислотности организмы менее чувствительны действию кислых осадков, и в ряде случаев их численность несколько увеличивается. Установлено, что среди бактерии менее чувствительны к кислым осадкам спорообразующие формы, их содержание меньше варьирует в зависимости от загрязнения.

Среди почвенных грибов как наиболее устойчивые к кислым осадкам были выделены грибы Penicillium spinulosum и Oidiodendron ecinulatum.

Влияние кислых осадков на биохимическую активность сильно зависит от типа почв и длительности воздействия. Краткосрочное (три месяца) воздействие кислыми осадками с рН 3,0 даже несколько увеличивало азотфиксирующую активность и дыхание (видимо, за счет удобряющего эффекта от загрязнения) особенно в некоторых лесных почвах. Долговременное воздействие было более токсичным. Наиболее сильно отрицательные последствия проявлялись на песчаных почвах. Под влиянием кислых осадков изменение активности разных групп почвенных ферментов в этих исследованиях сильно варьировало.

В результате воздействия кислых осадков возможно понижение скорости и уровня разложения и минерализации почвенного органического вещества. Скорость минерализации органических соединений значительно снижалась в случае орошения более кислыми осадками и сильно зависела от дозы осадков. Например, полив кислыми осадкам с рН 3,5 в дозах рассчитанных в соответствии с реальными возможными для исследованного региона ингибировал минерализацию органического вещества на 20 -30%.

Отмечено и подавление процесса нитрификации в почвах обработанных кислыми растворами.

В наибольшей степени негативные изменения прослеживаются в верхних почвенных горизонтах.

Ряд исследователей предполагает, что поступление с промышленными выбросами серо- и азотсодержащих соединений можно рассматривать отчасти как удобряющее воздействие. Не отрицая этой возможности, следует отметить, что имеются свидетельства и о том, что количества таких поступлений часто все ж могут превышать естественные потребности и приводить к негативным эффектам в биоценозах. Так, длительное воздействие азота, попадающего в почву из атмосферы, возможно, следует сравнить с длительным воздействием применения удобрений, однако удобрений несбалансированных. Это может усилить в почвах недостаток в других элементах, особенно К, Р, Mg.

Таким образом, если сегодня попадание азота из атмосферы в почву рассматривается в качестве кратковременного блага, то в долгосрочном периоде это может оказаться серьезной помехой в биосфере.

С точки зрения почвенной микробиологии, хотя и имеются некоторые сведения об активирующем эффекте для развития некоторых почвенных микроорганизмов небольшого уровня загрязнения, эта проблема еще мало изучена.