Загрязнение и самоочищение почвы

Почва загрязняется остатками умерших растений и животных, а также продуктами их жизнедеятельности. В населенных местах к этому добавляются большие количества нечистот и отбросов. Скопление отбросов на поверхности земли могло бы сделать невозможной жизнь людей, если бы одновременно с загрязнением в почве не происходили процессы самоочищения.

Самоочищение почвы является сложным и относительно длительным биологическим процессом, в течение которого органические вещества превращаются в воду, углекислый газ, минеральные соли и гумус, а патогенные начала отмирают.

Процесс самоочищения почвы протекает следующим образом.

При загрязнении почвы жидкая часть отбросов фильтруется, а взвешенные в ней органические частицы, микроорганизмы и яйца гельминтов задерживаются в порах. Зерна почвы, обладая большой сорбционной способностью, поглощают из просачивающейся жидкости растворенные органические коллоидные вещества и дурно пахнущие газы.

В верхних слоях почвы, где задерживаются органические вещества, обитает большое количество различных видов микробов, актиномицетов, грибов, водорослей, простейших, червей, личинок насекомых, которые активно участвуют в процессах самоочищения почвы.

Минерализация органических веществ в почве может протекать как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Происходящие в анаэробных условиях процессы гниения и брожения органических веществ сопровождаются выделением дурно пахнущих газов, загрязняющих атмосферный воздух. Поэтому при обезвреживании нечистот нужно создавать такие условия, в которых преобладали бы аэробные процессы минерализации, т. е. нужно обеспечить достаточный доступ кислорода к загрязненной почве и не перегружать ее большим количеством отбросов.

В присутствии кислорода воздуха аэробные микроорганизмы разлагают углеводы до углекислого газа и воды. В анаэробных условиях, кроме этих продуктов, образуются метан и другие дурно пахнущие газы.

Клетчатка растений, попадающая в почву в особенно большом количестве, подвергается здесь метановому брожению с образованием газов и воды. Из клетчатки образуются также гуминовые соединения.

После расщепления жиров на глицерин и жирные кислоты последние в аэробных условиях распадаются до углекислого газа и воды, а в анаэробных условиях их распад сопровождается образованием дурно пахнущих летучих жирных кислот.

Разложение белковых соединений совершается в два этапа. На первом этапе, носящем название аммонификации, белки разрушаются до аминокислот, которые в свою очередь распадаются до аммиака и его солей. Кроме аммиака, из аминокислот образуются кислоты жирного и ароматического ряда.

Эти превращения протекают под воздействием анаэробов, факультативных анаэробов, аэробов, актиномицетов и грибов. Аммонификация мочевины осуществляется уробактериями и другими микробами.

При условиях, благоприятствующих размножению анаэробов, образуются промежуточные продукты распада белка, обладающие сильным зловонием (индол, меркаптаны, летучие жирные кислоты, сероводород и др.).

При наличии в почве кислорода параллельно с первым этапом протекает второй этап минерализации — нитрификация, в процессе которой аммиак окисляется до азотистой кислоты, а последняя — до азотной. Аэробные микроорганизмы окисляют и другие промежуточные продукты распада белков. В итоге в почве образуются нитраты, сульфаты, фосфаты и карбонаты, т. е. соединения, усваиваемые растениями. Следовательно, благодаря процессам самоочищения почвы органические вещества превращаются в те формы неорганических соединений, в виде которых они служат необходимым питательным материалом для растений, и, таким образом, снова поступают в кругооборот веществ, происходящий в природе. Процессы нитрификации требуют хорошей аэрации почвы, благоприятных температурных условий и влажности не меньше 25—30%. Оптимальные температурные условия для нитрификации 25—37° С. Процессы нитрификации прекращаются при температуре ниже 3° и выше 56° С.

Одновременно с процессами разложения в почве благодаря ассимиляции нитратов бактериями протекают процессы синтеза различных органических, в том числе и белковых, веществ, входящих в плазму микроорганизмов.

По мере самоочищения почвы от органических загрязнений (по ранее рассмотренным причинам) отмирает и патогенная микрофлора, главным образом неспороносные микробы и яйца гельминтов.

После всех превращений в почве образуется гумус (перегной), в состав которого входят гемицеллюлозы, жиры, органические кислоты, минеральные вещества и протеиновые комплексы, образовавшиеся в результате микробного синтеза. В гумусе много .сапрофитных микроорганизмов. Гумус является хорошим удобрением; он медленно разлагается, постепенно отдавая растениям необходимые им питательные вещества.

В санитарном отношении важно, что гумус, несмотря на наличие органических веществ, не загнивает, не выделяет зловонных газов, не привлекает мух. Он не содержит патогенных микробов, кроме спороносных. На этой стадии обезвреживание отбросов в почве считают законченным. К факторам, способствующим отмиранию микроорганизмов и яиц геогельминтов, относятся такие, как бактериофаги и антибиотики, присутствующие в почве, солнечный свет, высыхание почвы. Так, при действии солнечного света, высыхания почвы яйца аскарид на ее поверхности погибают в течение 7 ч — 5 дн.; однако на глубине 2,5—10 см они сохраняют свою жизнеспособность в течение года.

Вспахивание или перекапывание почвы, способствуя аэрации, ускоряет ее самоочищение. Наоборот, перегрузка почвы органическими отбросами ведет к развитию анаэробной микрофлоры и замедляет самоочищение, что сопровождается образованием зловонных продуктов распада.

Все сказанное свидетельствует об огромном санитарном значении протекающих в почве процессов самоочищения. В настоящее время почвенные методы обезвреживания отбросов и фекально-хозяйственных сточных вод широко используются в практике. При этом не только используются естественно протекающие процессы самоочищения почвы. Люди научились управлять ими и даже воспроизводить их на искусственных сооружениях, например на биофильтрах и других устройствах, предназначенных для очистки сточных вод и обезвреживания твердых отбросов.