109

CAPITOLUL V. ECOSISTEMELE SOLULUI SI POLUAREA LOR Pe parcursul celor 400 milioane de ani, de cînd viaţa a ieşit pe uscat, suprafaţa planetei

noastre a suferit schimbări esenţiale: suprafaţa pustiurilor pietroase şi argilo-nisipoase s-a acoperit cu stratul subţire al mediului vital al plantelor şi animalelor. La formarea acestui înveliş vital un rol însemnat au jucat plantele fotosintetizatoare. Datorită lor, suprafaţa Pămîntului s-a îmbogăţit cu substanţe organice, cu microorganisme heterotrofe şi s-au format ecosistemele solului, dătătoare de hrană pentru animale. Ele servesc, de asemenea, drept sursă de hrană şi pentru om. De aceea scăderea fertilităţii solului se răsfrînge implicit şi asupra nivelului de trai al oamenilor.

După cum s-a mai menţionat, în procesul fotosintezei se formează circa 100 miliarde tone de celuloză pe an. Omul foloseşte în calitate de hrană numai aşa zisul produs economic - 800-900 milioane t. Această cantitate este aproape de două ori mai mică decît normele fiziologice; altfel spus, în lume există un mare deficit de hrană considerat chiar şi în greutate. Conform datelor ONU, circa o treime din populaţia Pămîntului suferă din cauza foamei.

Folosirea iraţională a ecosistemelor solului în procesul producerii culturilor agricole duce la secătuirea lor. Pentru a cunoaşte mai bine care dintre acţiunile antropogene sunt mai periculoase pentru ecosistemele solului, se vor examina proprietăţile solurilor şi tipurile de acţiuni.

5.1. Resursele solului Solul reprezintă un nod de comunicare între atmosferă, hidrosferă, litosferă şi organismele vii

şi joacă un rol de frunte în procesele schimbului de substanţe şi energie dintre componenţii biosferei. Solul este mediul de viaţă al multor organisme vii. "Respiraţia" solului schimbă esenţial compoziţia stratului atmosferic de la suprafaţa terestră. Umezeala din sol, formată în urma precipitaţiilor atmosferice, stabileşte pe parcurs compoziţia chimică a apelor subterane, a rîurilor, lacurilor şi într-o măsură oarecare, a apelor marine.

Deoarece solul nu are proprietatea de a se mişca, el poate fi perceput ca un component funcţional structurat al biosferei. Această proprietate asigură de fapt varietatea infinită a solului în spaţiu. Eterogenitatea şi multifazicitatea solului determină gama largă a timpilor caracteristici de formare a diferiţilor componenţi şi proprietăţi a solului - de la 10 pînă la 106 ani.

Suprafaţa totală a fondului de pămînt din lume este de 133,9 milioane km2 (14 miliarde km2 sunt ocupaţi de gheţari). Din această suprafaţă aşa numitul pămînt productiv ocupă 86 milioane km2, din care 45 milioane km2 sunt terenuri agricole iar cealaltă suprafaţă (cam 40 milioane km2) este ocupată de păduri şi tufişuri. Suprafaţa terenurilor prelucrate (păşuni, livezi, plantaţii) ocupă 15 milioane km2, adică 11,2 % din fondul total de pămînt şi doar 3 % din suprafaţa terestră totală.

Cu alte cuvinte, terenurile agricole, care acoperă 1/3 din fondul de pămînt, sunt alcătuite din suprafeţe prelucrate (1/3) şi păşuni şi lunci (2/3). În majoritatea ţărilor economic dezvoltate procentul suprafeţelor arabile s-a stabilizat. În ţările slab dezvoltate economic şi în ţările unde sunt rezerve de pămînturi arabile, suprafeţele acestor terenuri continuă să crească. În total, din 1940 pînă în 1975, suprafaţa pămînturilor prelucrate în lumea întreagă aproape s-a dublat (de la 8 pînă la 15 milioane km2). Pe viitor se aşteaptă mărirea suprafeţelor arabile pînă la 27-30 milioane km2.Este clar că numai mărirea suprafeţelor de pămînt arabil nu va rezolva problema alimentară deoarece această mărire este limitată. Prin urmare, se impune creşterea productivităţii solurilor agricole de pe suprafeţele deja pregătite.

110

În general pierderile de pămînt în lumea întreagă sunt enorme. Suprafaţa totală de pămînturi distruse şi degradate în istoria omenirii a ajuns la 20 milioane km2, ceea ce depăşeşte cu mult suprafaţa totală a pămîntului arabil utilizat în prezent. În urma construcţiilor, mineritului, pustiirii şi salinizării, agricultura mondială pierde anual 50-70 mii km2 de sol. În etapa actuală, în lume se folosesc circa 70 % din pămînturile bune pentru agricultură. Pe de o parte continuă însuşirea intensă de pămînturi noi, îndeosebi prin tăierea pădurilor, pe de altă parte are loc pustiirea solurilor pe suprafeţe enorme. Astăzi, pădurile planetei dispar cu o viteză de 20 ari/min. Suprafaţa pădurilor tropicale (principalii producători de O2) se micşorează anual cu 1 %. Este evident că solul va putea fi păstrat numai pe baza unor principii ecologice, prin aplicarea unor măsuri ca: rotaţia culturilor, prelucrarea calificată a pămîntului, plantarea unor fîşii de păduri împotriva vînturilor, întrebuinţarea îngrăşămintelor corespunzatoare în cantităţile necesare şi la timpul cuvenit etc. În ceea ce priveşte poluarea antropogenă a solului, ea este legată atît de deşeurile industriale cît şi de folosirea pe larg, de multe ori fără control ecologic, a chimicalelor, în special a pesticidelor.

5.2. Bazele fizico-chimice ale fertilităţii solului În sol au loc permanent şi concomitent pocese chimice, fizice, biologice. Un rol important îl

joacă procesele de oxidare fermentativă şi catalitică, de reducere şi de hidroliză. Ca urmare, solul se îmbogăţeşte cu substanţele organice şi anorganice necesare, are loc circulaţia chimică a substanţelor - esenţa dezvoltării solului şi fertilităţii lui.

Prin fertilitate se subînţelege proprietatea solului de a satisface necesităţile plantelor în elemente nutritive şi apă, de a asigura sistemul radicular al plantelor cu cantitatea necesară de aer şi căldură, determinînd astfel o activitate vitală normală a plantelor.

Un rol important la înfăptuirea proceselor din sol îl are structura acestuia. Orice sol poate fi privit ca un sistem eterogen, multifazic, care constă din faza solidă

("scheletul" mineral, componenţii chimici şi biologici), faza lichidă (soluţia solului) şi faza gazoasă (aerul din sol). Solul reprezintă un sistem biomineral dinamic aflat într-o interacţiune materială şi energetică cu mediul extern, parţial închis prin circuitul biologic al substanţelor.

Compoziţia minerală a solurilor este dată, în special, de cuarţ (SiO2) şi aluminosilicaţi - oxizi ai aluminiului şi siliciului (SiO2:Al2O3:H2O) - în diferite proporţii.

Faza solidă a solurilor şi rocile ce formează solul sunt alcătuite din particule de diferite dimensiuni - elemente mecanice. Conţinutul relativ al acestor elemente în sol determină compoziţia lui granulometrică. În funcţie de mărimea particulelor, solurile se împart în: nisipoase, argilo-nisipoase şi argiloase. De compoziţia mecanică a solului şi a rocilor ce îl formează depinde într-o mare măsură intensitatea multor procese din sol legate de transformările, transportul şi acumularea în sol a compuşilor organici şi minerali.

Componenta organică a solurilor este reprezentată de substanţele humice care servesc drept sursă de hrană pentru microorganismele solului şi ajută la structurarea lui.

Formarea humusului are loc în urma transformării resturilor organice care ajung în sol după moartea plantelor.

Componenta biologică a ecosistemelor solului este reprezentată de plantele verzi, microorganisme şi animale. Acţiunea comună a organismelor asupra solului, în procesul activităţii lor vitale, constituie etapele de formare a solurilor: sinteza şi distrugerea substanţelor organice, concentrarea microelementelor biologic importante, distrugerea şi formarea noilor minerale şi acumularea substanţelor.

111

Rolul principal în formarea solului revine vegetaţiei pădurilor. Biomasa ei pe suprafaţa uscatului reprezintă 1011-1012 t. Resturile de plante ajung pe suprafaţa pămîntului în special sub formă de căderi. Al doilea loc după biomasa plantelor verzi îl ocupă iarba (1010-1011 t). În cazul acesteia, biomasa rădăcinilor este mai mare decît biomasa tulpinii şi a frunzelor.

La formarea fertilităţii solului un important rol îl joacă microorganismele. În sol trăiesc, în număr mare, bacterii, ciuperci microscopice, alge. Numărul total de microorganisme ajunge la miliarde într-un gram de sol. Microflora solului reprezintă 0,1 % din volumul lui (7-10 t de substanţă vie la hectar) iar masa uscată atinge aproape 2 t la ha.

Deosebit de importante pentru circuitul substanţelor în sol sunt bacteriile. Bacteriile heterotrofe descompun resturile organice pînă la compuşi minerali simpli. Ele pot fi atît aerobe cît şi anaerobe. Unele realizează procesul de amonificare, altele reduc NO3

- pînă la N2, adică

înfăptuiesc procesul denitrificării. Bacteriile denitrificatoare (Pseudomonas) folosesc KNO3 în calitate de acceptor de electroni de la glucoză. Drept acceptor de electroni poate servi şi ionul sulfat iar bacteriile specializate îndeplinesc procesul de desulfofixare.

H2SO4 + 4{2H} → H2S + 4H2O (5.1)

Bacteriile autotrofe îndeplinesc în sol procese de oxidare a compuşilor minerali - produse

vitale ale bacteriilor heterotrofe. De exemplu, bacteriile aerobe realizează procesele nitrificatoare: 2NH3 + 3O2 → 2HNO2 + 2H2 O (Nitrosomonas) (5.2) 2HNO2 + O2 → 2HNO3 (Nitrobacter) (5.3)

Sulfobacteriile, care sunt foarte răspîndite în sol, transformă H2S, S şi tiosulfaţii în H2SO4 (procesul de fixare a sulfului):

2H2S + O2 → 2H2O + S (5.4)

S + 3O2 + 2H2O → 2H2SO4 (5.5)

Ferobacteriile, deosebit de numeroase în solurile mlăştinoase, determină oxidarea sărurilor cu conţinut de Fe(II):

4FeCO3 + O2 + 6H2O → 4Fe(OH)3 + 4CO2 (5.6)

Aceleaşi bacterii pot oxida şi sărurile de Mn(II). În sol există multe bacterii fixatoare de azot care trăiesc de sine stătător (azobacterul aerob şi

clostridiul anaerob) şi tuberculare. Pe resturile organice muribunde trăiesc bacterii saprofite heterotrofe şi ciuperci. Ciupercile

microscopice (de mucegai şi actinomicetele), care în condiţii aerobe pot descompune celuloza, lignina şi alţi compuşi organici stabili, participă la mineralizarea humusului. “Numărul” lor însumează pînă la cîteva mii de metri într-un gram de sol.

Împreună cu bacteriile şi ciupercile, în sol se mai dezvoltã şi o mulţime de alge, în special în stratul superficial şi pe plante. Depinzînd de tipul de sol, populaţia de alge poate varia de la zeci de mii de celule pînă la cîteva milioane într-un gram de sol.

Fertilitatea solului se apreciază după conţinutul de humus din el. Substanţele humusului sunt stabile chimic şi microbiologic. Ele reprezintă produse intermediare în procesul de formare a

112

cărbunelui. Componentele humusului provenite din surse diferite (cărbune, turbă, sol) au proprietăţi foarte asemănătoare. Aceste substanţe se deosebesc după solubilitatea lor în soluţii apoase şi alcoolice:

Proba

Extract

Prelucrare cu acid

Humine nedizolvate

precipitat(acizi humici) solutie(fulvoacizi)

Extractie cu baza

Extractie cu alcool

precipitat(acizi humici)

solutie(acizi himatomelanici)

Analiza elementală a componentelor humusului de provenienţă diferită arată că, pentru

fiecare fracţie, conţinutul de C, H, O este aproximativ acelaşi. Oxigenul intră în componenţa substanţelor humusului îndeosebi sub formă de grupe

funcţionale -OH, -COOH, -C=O, -OCH3 ş.a. Fracţia fulvoacizilor se caracterizează printr-un conţinut mai înalt de oxigen (45%). In acidul humic conţinutul de oxigen este mai mic (33%). În componentele pămîntului vegetal sunt prezente hidrocarburi aromatice şi alifatice. Raportul dintre C aromatic şi cel alifatic în acidul humic este cu mult mai mare decît în acidul fulvic. Conform datelor spectroscopiei UV şi RMN, în substanţele humusului hidrogenul este legat doar de carbonul alifatic. Acest fapt pledează pentru un înalt grad de substituţie a nucleelor aromatice în humusul din sol.

În afară de H, C, O, componentele pămîntului vegetal mai includ S (1%) şi azot (2-5 %). Azotul intră, în special, în componenţa grupelor aminice.

Substanţele humusului sunt compuse din molecule cu masă moleculară diferită. Cea mai mică masă moleculară medie o au fulvoacizii, cea mai mare - acizii humici. Deoarece în compoziţia substanţelor humusului intră un număr mare de grupe ligand funcţionale, trebuie remarcată capacitatea de formare a combinaţiilor complexe.

În afară de proprietatea de a forma combinaţii complexe, pentru substanţele humusului sunt caracteristice interacţiunele hidrofobe, din care cauză aceste substanţe macromoleculare sunt insolubile în apă şi formează baza substanţei organice din sol. Aşa zisele soluri grase conţin mai bine de 10% humus pe cînd solurile medii au un conţinut de humus de pînă la 5-7%.

Straturile mature de humus din sol se formează în timp de sute de ani iar cele minerale şi mai lent - mii şi milioane de ani.

Micşorarea conţinutului de humus din sol duce la dehumificare. Acest proces este cauzat de schimbarea bruscă a bilanţului solului în substanţă organică la desţelenirea pămîntului, prin folosirea îndelungată a solului fără întrebuinţarea îngrăşămintelor organice ori fără a semăna culturi multianuale. Micşorarea cantităţii de resturi organice sau schimbarea componenţei lor calitative face ca microorganismele din sol, adaptate la circuitul natural al substanţelor organice, să înceapă

113

să folosească humusul din sol. Acest lucru continuă pînă la formarea unui nou echilibru ecologic sau pînă la degradarea deplină a solului.

Micşorarea conţinutului de substanţe organice în sol contribuie la degradarea proprietăţilor lui fizice, în special a structurii şi permeabilităţii lui, ceea ce determină intensificarea proceselor de eroziune, foarte periculoase pentru pămînturile arabile. Eroziunea, la rîndul ei, grăbeşte procesul de dehumificare. În procesul dehumificării se micşorează brusc conţinutul celor mai preţioase agregate granulare din sol, cele cu dimensiunile de 1-5 mm.

În linii generale, acţiunea rezultată din folosirea solului în agricultură poate fi echilibrată - fără schimbarea esenţială a suprafeţei solului - prin rotaţia culturilor, folosirea raţională a îngrăşămintelor organice şi minerale, asigurarea unui nivel înalt al fertilităţii solului; ea poate fi şi extinsă - prin folosirea substanţelor organice fără regenerarea lor, consumarea resurselor nutritive naturale, pierderea fertilităţii solului cu distrugerea fizică şi schimbarea profilului lui.

5.3. Solul şi apa. Eroziunea solului Ecosistemele din sol nu pot exista fără apă. Practic, toată umezeala din sol se află în stratul

superior cu o grosime de pînă la 2 m. Umezeala acestui strat reprezintă, în medie, 10 % din greutatea lui, ceea ce corespunde unui strat de apă cu grosimea de 0,2 m.

Pentru sol este caracteristică neomogenitatea proprietăţilor hidromecanice (anizotropia), prezenţa porilor, canalelor, fisurilor, căilor de rădăcini ş.a.m.d. Studierea structurii solului cu ajutorul microscopului electronic arată existenţa a două tipuri de pori: relativ mari şi mici. Aceşti pori sunt amplasaţi în interiorul elementelor structurale ale solului. În porii mici este concentrată umiditatea solului care este pasivă în procesul de migrare a umezelii. Apa care ajunge în sol este transportată prin lanţul porilor mari.. Trecînd prin porii mari şi prin crăpături, şuvoaiele crează canale prin care apa cu substanţele dizolvate în ea circulă destul de repede. Astfel, o parte din apa care se găseşte în micropori este exclusă din şuvoiul activ al apelor din sol.

În profilul solului se pot deosebi patru straturi purtătoare de umezeală: stratul superficial, stratul superior, stratul inferior, apele subterane.

Stratul superficial al solului controlează infiltrarea apei în urma precipitaţiilor şi topirii zăpezilor, evaporarea umezelii pe timp secetos, scurgerile de apă de pe suprafaţa solului. Stratul superior purtător de apă coincide cu zona racinară a plantelor. Apa care ajunge la stratul inferior este umezeala din urma filtrării.

Anotimpurile au o mare însemnătate pentru circuitul apei în sol şi schimbul de umezeală cu mediile învecinate. În perioada iarnă - primăvară predomină scurgerea de suprafaţă. În perioada de toamnă (de la sfîrşitul vegetaţiei active pînă la îngheţarea solului) are loc cea mai intensă trecere a umezelii prin profilul solului. În perioada de vară, a vegetaţiei plantelor, pierderile de umezeală din sol sunt considerabile din cauza evaporării şi transpiraţiei.

Agricultura contemporană este factorul principal de acţiune asupra ecosistemelor solului. Fiind un mijloc de producere a produselor alimentare, solul s-a transformat într-un obiect de exploatare intensă.

Felurile de acţiuni antropogene ce se exercită asupra solului sunt cu mult mai vaste decît asupra celorlalţi componenţi ai biosferei. Totalitatea de acţiuni poate fi împărţită în două: influenţa asupra factorilor care determină fertilitatea solului (componenta organică şi minerală, bilanţul apei) şi influenţa asupra structurii solului.

114

Unul din cei mai importanţi factori antropogeni de acţiune asupra solului este încălcarea bilanţului de apă; aceasta rezultă, de obicei, din tăierea pădurilor, irigare şi alte acţiuni care micşorează stabilitatea solului.

Principalele cauze de degradare a pămînturilor arabile sunt: pierderile mari de apă prin filtrare, construcţia canalelor de irigare în pămînt fără hidroizolaţie, consumarea necontrolată a apei, irigarea cu apă mineralizată, irigarea fără drenaj.

Fără luarea măsurilor necesare de apărare, irigarea agricolă poate duce la urmări negative. Astfel, la irigarea cernoziomurilor are loc redistribuirea humusului prin profilul solului, se schimbă conţinutul calitativ al substanţelor din humus. Pierderile de humus sunt însoţite de înrăutăţirea proprietăţilor hidrofizice ale cernoziomurilor.

În multe regiuni ale lumii apa este factorul care limitează rodnicia plantelor. Ca urmare, pe suprafeţe întinse funcţionează sisteme de irigare. Prin încălcarea regulilor de construcţie sau de exploatare a sistemelor de irigare se poate produce salinizarea secundară, mlăştinirea pămînturilor, degradarea solurilor.

Salinizarea secundară reprezintă procesul de acumulare a sărurilor dăunătoare plantelor (Na2SO3, MgCO3, CaCO3, Na2SO4, NaCl ş.a.) în straturile superioare ale solului, în depresiunile fără scurgere. Acest proces, ce însoţeşte irigarea agricolă, transformă anual, în diferite ţări ale lumii, sute de mii de hectare de pămînturi irigate în pămînturi sterile.

Salinizarea are loc din cauză că apele subterane sunt mineralizate iar ridicarea lor prin irigare duce la acumularea sărurilor în profilul solului. Deosebit de periculoasă este salinizarea livezilor. Aceasta determină schimbarea bruscă a pH-ului soluţiei solului (creşterea pînă la 9-11), măreşte labilitatea substanţei organice şi agravează starea structurală a solurilor.

Pentru irigare trebuie folosite ape cu concentraţia sărurilor pînă la 1 g/l. Prezenţa Na2CO3 în apele de irigare este nedorită. Apa rîurilor folosită la irigare conţine 0,2-0,3 g/l săruri.

La irigare prin metoda scurgerii pe suprafaţă viteza de ridicare a nivelului apelor subterane ajunge la 1 m/an iar la irigarea sub formă de ploaie - la 0,3-0,7 m/an. Practic, acolo unde se foloseşte irigarea prin metoda scurgerii pe suprafaţă, după 8-10 ani apele subterane se vor ridica pînă la nivelul critic de 1,5- 2,5 m determinînd salinizarea sau mlăştinirea solurilor.

Pentru a evita urmările negative ale irigaţiei agricole este necesară utilizarea de tehnologii moderne: folosirea conductelor inchise, irigarea sub formă de ploaie cu intensitate mică, drenarea apelor subterane, condiţionarea apelor de irigare ş.a. Irigarea presupune un nivel înalt al agriculturii, respectarea strictă a normelor tehnologice, evidenţa umezirii solului.

Multe pierderi de produse agricole sunt legate de inundarea pămînturilor prin construcţia lacurilor de acumulare. De regulă, în acest caz sunt inundate cele mai preţioase pămînturi.

Unul din factorii care duc la distrugerea suprafeţei solului este eroziunea. Eroziunea reprezintă distrugerea şi năriurea solurilor şi a rocilor moi sub influenţa curenţilor de apă şi a vînturilor. Corespunzător, există eroziune de apă şi de vînt. Eroziunea înlătură de pe cîmpuri substanţele biogene cu P, K, N, Ca, Mg (împreună cu apa şi particulele de sol) într-o cantitate cu mult mai mare decît cea care se introduce cu îngrăşămintele. Pe lîngă toate acestea se mai distruge şi structura solului. Productivitatea solurilor atacate de eroziune se micşorează cu 35-70 %.

Eroziunea antropogenă se produce mult mai repede decît eroziunea naturală. Distrugerea stratului roditor al solului prin eroziune se petrece repede pe cînd restabilirea naturală a unui strat de sol cu grosimea de 25 cm durează sute şi mii de ani. În urma aratului obişnuit (de-a curmezişul pantei) se distruge anual fertilitatea solului care în condiţii naturale s-ar restabili în decursul a cîtorva zeci de ani.

115

Creşterea bruscă a eroziunii solului favorizează acumulările de solide în rîuri. Pe parcursul ultimilor 50 ani, scurgerile de particule în mări şi oceane s-au mărit de 10 ori.

Eroziunea depinde de caracterul rocilor ce formează solul, de tipul şi structura solului, de gradul de acoperire vegetală. În solul îmbogăţit cu substanţe organice şi în cel structurat, scurgerile de suprafaţă trec uşor în scurgeri interne şi eroziunea se manifestă mai puţin efectiv. Odată cu spălarea stratului superior, structurat şi îmbogăţit cu humus, se dezgolesc straturile ale căror caracteristici de higroscopicitate şi rezistenţă la acţiunea de spălare a apei sunt mai mici.

Una din metodele principale de luptă cu eroziunea este reţinerea pe cîmpuri a apelor de ploaie şi a celor provenite din topirea zăpezilor. Se recomadă şi metode naturale ca: semănarea plantelor multianuale, învelişul vegetal îndesit, rotaţia culturilor. Învelişul vegetal întăreşte solul cu sistemul său radicular, formează pori suplimentari şi contribuie la trecerea scurgerilor de suprafaţă ale solului în scurgeri interne. Vegetaţia îmbogăţeşte solul cu substanţe organice şi îl structurează, ceea ce contribuie la micşorarea eroziunii apei. În afară de aceasta, plantele apără solul de acţiunea mecanică a picăturilor de ploaie şi micşorează viteza scurgerilor de suprafaţă.

Eroziunea de vînt a solurilor (deflaţia) este caracteristică pentru zonele cu temperatură înaltă şi umiditate scăzuta. La eroziunea de vînt contribuie seceta combinată cu vînturile puternice. O adevărată calamitate devine furtuna de praf care spulberă pînă la 20 cm din stratul solului împreună cu semănăturile. Pe de altă parte, eroziunea de vînt zilnică distruge solul încet dar metodic.

În general, apărarea contra eroziunii se reduce la măsuri gospodăreşti organizatorice şi agrotehnnice. În ultimul timp se folosesc din ce în ce mai des polimerii formatori de structură şi agenţii de fixare a solului. Învelişurile polimerice trebuie să fie destul de poroase, permeabile pentru rădăcinile plantelor şi să nu conţină substanţe toxice.

5.4. Probleme de poluare a ecosistemelor solului

Un factor important al impactului antropogen asupra ecosistemelor solului îl reprezintă folosirea îngrăşămintelor minerale. De ele sunt legate, în mare măsură, succesele agriculturii conteporane. Aproape 2/3 din producţia agricolă este folosită de om pentru necesităţile sale iar în sol se întorc mai puţine elemente biogene decît au fost acumulate de către biomasa plantelor. Ar fi ideal ca pentru păstrarea ecosistemelor solului să se introducă în sol, după strîngerea producţiei agricole, o cantitate echivalentă de elemente biogene.

În realitate, nu toată cantitatea de îngrăşăminte introduse în sol ajunge pînă la plantele agricole; multă se pierde şi ajunge în bazinele acvatice.

Deosebit de gravă este problema folosirii îgrăşămintelor cu azot. Dacă formele legate ale azotului sunt scoase din circuitul de substanţe cu o viteză mai mare decît viteza de formare a humusului, ecosistemele solului sunt lipsite de rezervele de substanţe nutritive. Secătuirea solului duce la scăderea fertilităţii lui şi la micşorarea stabilităţii împotriva eroziunii. Insuficienţa azotului frînează sinteza proteinelor, enzimelor, clorofilei şi a hidraţilor de carbon. Azotul este deosebit de necesar pentru formarea celulelor noi.

După cum se vede din fig. 5.1 azotul este folosit neuniform de către plantele tinere în perioada de vegetaţie. Pînă la stadiul de formare a tufei necesităţile de biogeni sunt mai mici decît în procesul creşterii plantelor.

116

Figura 5.1. Dinamica consumului de elemente biogene în prima perioadă de vegetaţie. (linia plinã - K; linia întreruptã - N; linia punctatã - P) Surplusul de îngrăşăminte azotoase din sol are o acţiune negativă asupra plantelor. Astfel, la

o doză de 150 kg/ha s-a observat culcarea semănăturilor grîului de toamnă şi scăderea recoltei. La doze de pînă la 200 kg/ha se micşorează procentul seminţelor încolţite. Surplusul de azot din sol se acumulează, de obicei, sub formă de nitraţi. Deoarece solul nu absoarbe azotul sub această formă, el este uşor spălat de apele din sol şi circa 20-40% din acest azot ajunge în apele subterane şi în bazinele de apă din apropiere.

Utilizarea intensă a îngrăşămintelor azotoase duce la creşterea neproporţională a producţiei. Astfel, în SUA, mărirea de 5 ori a cantităţii de azot mineral folosit a dus la creşterea recoltei doar cu 20 % (Tab. 5.1).

. Tabelul 5.1 Compararea recoltei medii de culturi cerealiere din SUA cu cantitatea de îngrăşăminte folosite

Anul

Cantitatea de îngrăşăminte azotoase, mii t

Producţie, /ha

1948 10 36 1958 100 50 1965 500 60

Astăzi, în lume, se introduc anual 54 milioane t de îngrăşăminte azotoase iar în ţările fostei

URSS - 10 milioane t. Surplusul anual de azot legat din biosferă este de 9 milioane t. Încălcarea bilanţului natural al azotului este legată de trecerea de la păşunatul liber al vitelor

la creşterea lor în complexe animaliere.Ca urmare, se micşorează şi reîntoarcerea în sol a substanţelor organice şi a azotului împreună cu produsele activităţii vitale a animalelor. În acelaşi timp, epurarea apelor uzate de la complexele animaliere de formele biogene ale azotului şi reutilizarea lor ridică probleme serioase.

Astfel, un complex animalier tipic de 108 mii de porci sau de 35 mii vite cornute mari echivalează, după cantitatea de deşeuri fiziologice, cu un oraş cu o populaţie de 250-350 mii

planteidezvoltariiFaza

CoacereInflorireIntratire

200

160

120

80

40 -----

Cerintaminerale

deingrasaminte

kg/ha,

117

oameni. În fracţia lichidă a deşeurilor animaliere se află mulţi compuşi organici greu degradabili iar conţinutul mediu de azot ajunge la 4 g/l.

O sursă necontrolată de trecere a compuşilor azotului în ecosistemele solului este industria de producere a îngrăşămintelor cu azot. Pierderile industriale se ridică pînă la 50% din producţie. Anual ajung în sol, împreună cu precipitaţiile, aproximativ 10 kg N/ha ; concentraţia locală, în apropiere de întreprinderile industriale, poate fi însă cu mult mai mare.

Suprasaturarea solului cu compuşi ai azotului se realizează şi pe seama surselor biologice - semănarea de mai multe ori la rînd, pe acelaşi loc, a soiei şi a altor culturi boboase.

Mărirea conţinutului de nitraţi în sol şi, corespuzător, în plantele agricole şi în apa potabilă antrenează deodată cîteva urmări negative.

Pătrunzînd în organismul omului, nitraţii se reduc pînă la nitriţi. Ei transformă hemoglobina în methemoglobină, fapt care determină apariţia bolii numită methemoglobinemie. Otrăvirea a 20% din hemoglobină duce la anemie iar în proporţie de 80 % - la moarte.

În mediu acid, nitriţii reacţionează cu aminele secundare formînd nitrozamine; multe dintre acestea sunt cancerigene pentru organele digestive şi cele de excreţie. Acţiunea cancerigenă a nitrozaminelor a fost descoperită în 1956. Se consideră că nu mai puţin de 5% din îmbolnãvirile de cancer apar din cauza conţinutului ridicat al nitraţilor în hrană.

Pe lîngă toate acestea, îngrăşămintele azotoase stimulează formarea micotoxinelor în produsele agricole favorizînd, de asemenea, îmbolnăvirile de cancer.

Cantitatea de azot introdusă prin hrană nu trebuie să fie mai mare de 200 mg/zi iar cea de nitriţi să fie sub 10 mg/zi. Conţinutul de azot (NO-

3) din apa potabilã nu trebuie să depăşească 20 mg/l.

Odată cu acumularea nitraţilor scade calitatea producţiei agricole, se pierde rezistenţa fructelor şi legumelor la o păstrare mai îndelungată, se micşorează valoarea lor nutritivă şi calitatea lor ca materie primă pentru industrie. Un astfel de exemplu îl constituie micşorarea cantităţii de zahăr din sfecla de zahăr.

Acţiunea îngrăşămintelor cu azot asupra calităţii şi productivităţii plantelor este condiţionată de acumularea de către plante a nitraţilor din sol. Astfel, utilizarea îngrăşămintelor azotoase ce conţin săruri de amoniu are ca efect distrugerea humusului şi creşterea mineralizării. Se schimbă de asemenea şi proprietăţile microbiologice ale solului. Folosirea îngrăşămintelor azotoase şi transformarea lor ulterioară duce la mărirea conţinutului de N2O din atmosferă. Pierderile gazoase de azot, pe seama proceselor denitrificatoare, ajung, în medie, la 24% din suma totală de azot introdusă în sol.

Este evident faptul că utilizarea intensă a îngrăşămintelor cu azot, la fel cum s-a procedat pînă acum, va duce la “cercul vicios” prin care poluarea biosferei cu îngrăşăminte azotoase va deveni critică. Rezolvarea constă în folosirea îngrăşămintelor granulare cu acţiune ideal programată. Granulele sunt acoperite cu o peliculă subţire de polietilenă care este distrusă treptat de către microorganismele solului. Umiditatea din sol şi substanţele dizolvate se strecoară încet prin porii mici ai peliculei de polietilenă. Reglînd grosimea peliculei şi mărimea porilor este posibilă “programarea” timpului de acţiune a îngrăşămintelor granulare, menţinînd astfel concentraţia elementelor biogene din zona radiculară la nivelul corespunzător necesităţilor culturilor agricole în perioada de vegetaţie.

În afară de îngrăşăminte azotoase, este necesar să se introducă în sol şi fosfaţi. Deşi solul conţine rezerve considerabile de fosfor, doar 10-20% din acesta se află într-o formă accesibilă pentru plante. Raportul optim N : P : K în îngrăşăminte se află între limitele 1:1:1 - 1:2:2,5. La un

118

raport N : P <1:1 în produse se acumulează formele reduse ale azotului ceea ce duce la formarea nitrozaminelor. Este necesar să se completeze permanent fosforul din sol, sub formă de îngrăşăminte minerale şi mineralo-organice, deoarece nu există o sursă biologică de fosfor ca în cazul azotului.

Fosforul, ca şi azotul, este folosit de către plante cu o intensitate diferită în funcţie de specie şi soi, de termenul de vegetaţie şi de condiţiile ecologice. Fosfaţii sunt puţin mobili în mediul solului şi de aceea trebuie introduşi nemijlocit în sistemul radicular. Eficacitatea folosirii fosfatului din îngrăşămintele minerale este mai mică decît la azot.

Surplusul de fosfor, în raport cu organismele vii, nu este toxic. Dar la folosirea intensă a îngrăşămintelor cu fosfor are loc concentrarea fluorului şi arseniului în produsele agricole. Explicaţia constă în faptul că superfosfatul conţine pînă la 1,5% fluor care este inhibitor pentru un număr de enzime. De asemenea, împreună cu superfosfatul, se introduc 30-300 mg arsen la fiecare hectar de pămînt arabil.

Odată cu prelucrarea solului cu îngrăşăminte fosfatice are loc aşa zisa “fosforizare” a solului: fosforul fiind în stare fixată, inaccesibil pentru plante, doar o mică parte din el este implicată în circuitul biochimic. Circa 5% din fosforul introdus în sol este antrenat în bazinele acvatice. Î n afară de azot şi fosfor, pentru viaţa plantelor mai este necesar şi potasiul, mai cu seamă la începutul dezvoltării lor (fig. 21). În perioada de după înflorire, potasiul este antrenat din nou în sol. Deoarece sărurile de potasiu sunt foarte solubile în apă, cantitatea transferată în bazinele de apă învecinate este destul de mare. În sol există un echilibru între formele schimbabile şi cele neschimbabile ale potasiului. Îngrăşămintele cu potasiu (KNO3, K2SO4, KCl) se folosesc atunci cînd rezervele de potasiu schimbabil din sol sunt mici (<200 kg/ha).

Pentru dezvoltarea culturilor este necesar şi sulful în cantităţi de 10-30 kg/ha. Necesarul de sulf al plantelor depinde de perioada lor de dezvoltare; acesta este maxim în perioada de înflorire. De regulă, sulful se află în sol în cantitate suficientă. Sulful trece în sol sub formă de SO4

2- odată cu precipitaţiile sau prin absorbţia de către frunzele plantelor a SO2 atmosferic. La poluarea puternică a atmosferei cu SO2 se produce micşorarea activităţii fotosintetice a plantelor agricole.

Deopotrivă cu îngrăşămintele minerale se folosesc intens şi îngrăşămintele organice (bălegarul, turba ş.a.). În urma spălării substanţelor organice din sol în apă, are loc încălcarea barierei acvatice dintre om şi sol.

Aceasta se explică prin faptul că în solul bogat în substanţe organice trăiesc multe microorganisme patogene (provocatoare de boli). Ajungînd în bazinele acvatice, ele pier repede din cauza lipsei de hrană. Prin mărirea concentraţiei de substanţe organice din mediul acvatic se poate dezvolta un focar de organisme provocatoare de boli. Astfel, în anul 1965 a fost înregistrată o nouă boală, meningoencefalita, care apare la adolescenţi după scăldări îndelungate în iazuri sau în rîuri în zilele calde. Agentul provocator al acestei boli s-a dovedit a fi amiba, care trăieşte în sol. Hrănindu-se cu bacterii, citele amibei trec în forma activă, se înmulţesc repede în apă şi devin periculoase. Astfel, poluarea solului şi a apelor naturale şterge hotarul dintre aceste medii vitale ale organismelor.

Realitatea zilelor noastre este aceea că şi dacă se vor limita toate sursele industriale (locale) de poluare a bazinelor acvatice, de pe cîmpuri trec în apă, odată cu scurgerile necontrolate, 37% din substanţele organice uşor oxidabile şi 98% din bacterii. Se ajunge la o situaţie de impas: insuficienţa de produse alimentare impune intensificarea agriculturii, aceasta duce la mărirea poluării mediului acvatic şi în urma folosirii apei de băut necorespunzătoare apare pericolul îmbolnăvirii.

119

Practic, folosirea îngrăşămintelor organice şi minerale, ca şi a pesticidelor, reprezintă o poluare premeditată a ecosistemelor solului şi a produselor alimentare şi, în principiu, poate şi trebuie să fie controlată. În acelaşi timp, pe suprafeţe mari şi necontrolate ale solului se produce poluarea cu metale grele, în special compuşi ai mercurului, plumbului, cadmiului. Toate acestea sunt legate de faptul că în cenuşa de ardere a cărbunelui şi petrolului se găsesc aproape toate metalele, deseori în concentraţii de ordinul a 500 g/t. Extragerea din cenuşă a unor metale (uraniu, germaniu, staniu, plumb, cobalt, nichel, zinc) este nejustificată economic. Dacă se ia în consideraţie faptul că în momentul de faţă se ard anual 5 miliarde tone de produse inflamabile şi că în total au fost arse pînă acum 130 miliarde tone de cărbune şi 40 miliarde tone de petrol, înseamnă că împreună cu cenuşa au trecut pe suprafaţa solului milioane tone de metale, dintre care cea mai mare parte s-a acumulat în straturile superioare ale solului. Cantităţile sunt atît de mari încît arderea combustibilului fosil determină poluarea puternică a solului cu metale. Numai plumbul aruncat anual pe suprafaţa solului, odată cu gazele de ardere, se ridică la peste de 250 mii tone.

Comportarea metalelor grele în sol depinde de condiţiile oxido-reducătoare şi de pH-ul mediului. Capacitatea de migrare a Cu, Ni, Co, Zn în mediu reducător se micşorează cu 1-2 ordine de mãrime comparativ cu un mediu oxidant. În condiţii oxidante, în mediu acid, majoritatea metalelor sunt mult mai mobile.

Multe metale constituie microelementele necesare pentru decurgerea normală a proceselor vitale din plante. Concentraţiile locale mari ale acestora reprezintă un mare pericol, la fel şi proprietatea unor metale de a se acumula în plante şi de a pătrunde astfel în organismele oamenilor şi a animalelor.

5.5. Poluarea solului cu pesticide În ultimii ani se discută tot mai mult despre raţionalitatea folosirii pesticidelor în gospodăriile

săteşti şi în silvicultură. Pesticidele (peptis - contagiune, caedo - a nimici) reprezintă denumirea acceptată de toţi a

amijloacelor chimice de apărare a plantelor. Ele se folosesc în lupta cu buruienile, cu insectele dăunătoare, cu multe boli ale plantelor agricole şi pomilor.

După aprecierile specialiştilor, în ţările slab dezvoltate economic, pînă la 50% din producţie se pierde din cauza buruienilor şi a dăunătorilor în timp ce în ţările puternic industrializate pierderile sunt doar de 15-25%. Pierderile anuale în agricultura mondială se ridică la 30-40% din producţia posibilă ceea ce reprezintă 75 miliarde dolari.

Adepţii chimizării globale a agriculturii ridică problema măririi cantităţii de pesticide folosite cu scopul de a micşora pierderile producţiei agricole. În acelaşi timp, una din principalele probleme de stat cu privire la ocrotirea mediului ambiant şi a sănătăţii omului este prevenirea poluării mediului vital şi a produselor alimentare cu pesticide şi produsele toxice ale transformării lor.

Utilizarea pesticidelor a început nu cu mult înainte de de al doilea război mondial, cînd au fost descoperite proprietăţile insecticide ale DDT (diclordifeniltricloretan). Acest preparat a fost sintetizat în anul 1874 de către chimistul O.Zeidler dar producerea şi folosirea lui în masă a început pe la mijlocul deceniului nostru. Timp de 20 ani, din 1950 pînă în 1970, pe globul pămîntesc au fost folosite 4,5 milioane tone din acest pesticid, unul dintre cei mai stabili şi foarte eficace.

Cu toate că în multe ţări folosirea DDT-ului este interzisă prin lege şi conţinutul acestei substanţe a început să se micşoreze în biosferă (perioada de semitransformare a DDT în mediul ambiant este de 20 ani), substanţa se întîlneşte pretutindeni: în laptele mamei, în grăsimea focilor din Baical, la pinguinii din Antarctida.

120

În momentul actual, în lume se folosesc circa 700 de substanţe din care se obţin cîteva mii de preparate pesticide ce posedă o înaltă activitate biologică. De obicei pesticidele se clasifică în funcţie de scopul utilizării lor. Mai frecvent sunt folosite:

erbicidele -în lupta cu plantele buruienoase, insecticidele -în lupta cu insectele dăunătoare, algidele - pentru nimicirea algelor şi a vegetaţiei

buruienoase din bazinele acvatice, fungicidele - în lupta cu mucegaiurile plantelor şi cu

diferite ciuperci, defolianţi - pentru căderea frunzelor, bactericidele - în lupta cu bacteriile şi bolile bacteriene ale plantelor, acaricidele - în lupta contra acarienilor, zoocidele - în lupta cu rozătoarele ş.a. După indicele lor chimic, pesticidele pot fi clasificate astfel : pesticide clororganice - derivaţii halogenaţi ai hidrocarburilor

alifatice şi aromatice; pesticide fosfororganice - eteri complecşi ai acizilor fosforici; carbamaţi - derivaţii acizilor carbamic, tio- şi

ditiocarmamic; pesticide cu azot - derivaţi ai ureei, fenolului, guanidinei. Pesticidele pot fi clasificate şi după stabilitatea în mediul ambiant sau după capacitatea lor de

a se bioacumula dar aceste proprietăţi sunt urmări ale structurii lor chimice şi ale particularităţilor fizico-chimice. Astfel, cele mai stabile şi în acelaşi timp posesoarele proprietăţilor cumulative mai evidente sunt pesticidele clororganice. Pentru ele este caracteristică proprietatea de a se concentra în verigile lanţurilor alimentare. De exemplu, concentraţia DDT-ului în ultimile verigi ale lanţurilor trofice se măreşte de 8 ori comparativ cu cea din primele.

Pesticidele pot pătrunde în organismul omului prin păstrarea, transportarea şi folosirea apei şi a produselor alimentare ca şi în cazul poluării mediului aerian. Unele preparate, cum ar fi defoliantul 2, 4, 5-T, care a fost folosit în Vietnam, au proprietatea de a se acumula în organismul uman determinînd o leziune a ficatului asemănătoare cancerului sau acţionează asupra eredităţii la fel ca şi radiaţiile.

O particularitate a folosirii pesticidelor în gospodăriile săteşti o reprezintă circulaţia lor în biosferă, înalta activitate biologică, necesitatea folosirii concentraţiilor locale mari, contactul obligat al populaţiei cu preparatele pesticide.

Acumulîndu-se în soluri, plante şi animale, pesticidele pot provoca dereglări serioase şi ireversibile ale ciclurilor normale de circulaţie a substanţelor şi pot micşora productivitatea ecosistemelor din sol.

Din 5 milioane tone de pesticide folosite anual în lume, 34% utilizează America de Nord, 45% - Europa şi 21% - alte regiuni.

Pentru comparaţie, în SUA, în 1986, au fost folosite aproximativ 1,9 kg pesticide la un om sau 3,1 kg în zona de aplicare. În acelaşi an, s-au folosit în lume, în medie, cîte 0,4 kg pesticide per om.

Mărirea cantităţilor de pesticide folosite nu garantează sporirea rodniciei plantelor. Lipsa unei corelări evidente între recoltă şi folosirea pesticidelor poate fi legată de faptul că speciile distruse de pesticide nu reprezintă factorul limitativ al recoltei sau că pesticidele folosite distrug sistematic

121

numărul speciilor. Şi într-un caz şi în altul, afirmaţiile despre importanţa excepţională a folosirii pesticidelor, pentru a ridica productivitatea agriculturii, nu au nici un temei.

Formele distruse în orice agrocenoză nu depăşesc un procent din numărul total de specii. De aceea, la folosirea pesticidelor sunt atacate nu numai speciile ce trebuie distruse dar şi multe alte specii care n-ar trebui distruse ca şi paraziţii şi duşmanii naturali ai formelor distruse. Doar 3% din fungicidele şi pesticidele folosite îşi ating scopul. Partea de erbicide care acţionează cu folos oscilează între limitele a 5-40 % din cantitatea totală de pesticide folosite. Pesticidele acţionează întotdeauna negativ asupra microorganismelor solului a căror activitate vitală asigură rodnicia acestuia. În particular, pesticidele provoacă dereglarea procesului de nitrificare.

Prin folosrea erbicidelor, din cauza absenţei învelişului ierbos, se măreşte mult eroziunea solului. O urmare inevitabilă a folosirii pesticidelor este şi apariţia, în calitate de buruieni, a altor plante, mai rezistente la acţiunea erbicidelor, care înainte erau în cantităţi neînsemnate.

Speciile de insecte şi alţi dăunători care trebuie nimiciţi se adaptează repede la pesticidele folosite, impunînd folosirea unor preparate din ce în ce mai toxice.

Pesticidele acţionează asupra insectelor polenizatoare. Aproape 80% din plantele cu flori sunt polenizate de către insecte şi aproape 20% din toate insectele sunt polenizatoare.

Pesticidele influenţează asupra conţinutului de microelemente şi a altor substanţe din plante, asupra capacităţii plantelor agricole de a se păstra, acţionează asupra calităţilor gustative şi nutritive ale plantelor.

Regulamentul folosirii pesticidelor nu poate prevedea diversitatea situaţiilor legate de folosirea lor şi deseori respectarea lui este practic imposibilă.

Soluţia constă în policultură şi menajarea solului prin lăsarea resturilor organice pe cîmp, respectarea principiilor ecologice de corespundere a solurilor (alegerea precisă a culturilor şi speciilor cultivate), elaborarea unor căi ecologic argumentate de folosire a fondului de pămînt cu scopul de a păstra biocenoza solului şi humusul din sol. Mijloacele chimice de apărare trebuie să fie doar un instrument de amestec extraordinar în situaţii critice şi nu o practică de fiecare zi.

Dăunătorii nu apar din cauza insuficienţei de pesticide din mediu la fel cum durerea de cap nu apare din cauza lipsei de analgină în sînge. Academicianul Prianişnicov, referindu-se la acest subiect, spunea: “Neavînd cunoştinţe suficiente în domeniul biologic al creşterii plantelor şi a particularităţilor mediului lor ambiant pe fiecare cîmp concret, este imposibil să le compensezi prin surplusul de pesticide, îngrăşăminte sau amendamente”.

Mari speranţe sunt legate de folosirea diferiţilor feromoni şi atractani. De asemenea, se elaborează şi metode pur biologice de ocrotire a plantelor bazate pe folosirea entomologilor acestora (insecte care se hrănesc cu vătămători) ş.a.

Căile de ocrotire a ecosistemelor din sol şi a populaţiei de poluarea cu pesticide se reduc, în principiu, la rezolvarea unor probleme organizatorice. Aceasta presupune o îmbinare reuşită între utilizarea pesticidelor şi aplicarea metodelor biologice, o folosire mai economică şi mai orientată a pesticidelor pe seama administrării preparatelor granulare şi emulsionate, reducerea metodei aeriene de răspîndire, reducerea folosirii preparatelor stabile, respectarea tehnologiei de păstrare, transportare şi împrăştiere a pesticidelor.

Pentru a folosi pesticidele în agricultură trebuie să ne imaginăm soarta lor mai departe, în ecosistemele solului. Această “soartă“ este strîns legată de procesele microbiologice care au loc în interiorul solului şi de procesele de transport a masei apei şi aerului în sol.

Pînă la 80% din pesticide sunt adsorbite de humus, fapt datorită căruia timpul de remanenţă în sol creşte cu mult. În stare adsorbită, majoritatea erbicidelor nu sunt practic supuse descompunerii

122

biologice. Proprietăţile de adsorbţie ale solului depind de natura materialelor argiloase şi de conţinutul humusului din sol. Pentru a mări capacitatea de sorbţie a rocilor din sol în ceea ce priveşte pesticidele, trebuie intensificată humificarea stratului argilos al solului. Aceasta va împiedica migrarea pesticidelor şi a produselor lor de transformare în bazinele acvatice. În acest scop pot fi folosite turba, cărbunele brun, ligninele.

Dintre celelalte procese de migrare mai importante sunt procesele de evaporare a pesticidelor de pe suprafaţa solului şi trecerea lor în apele subterane. Ridicarea pesticidelor spre suprafaţa solului are loc pe seama convecţiei, condiţionată de evaporarea apei. Evaporarea pesticidelor este mai avansată pe solurile umede decît pe cele uscate. Trecerea pesticidelor în apele subterane are loc împreună cu şuvoiul de apă ce se infiltrează. După cîţiva ani de la utilizare, pesticidele pot fi descoperite în apa fîntînilor la o adîncime mai mare de 50 m.

5.6. Utilizarea şi prelucrarea deşeurilor solide Deşeurile solide apar atît în urma activităţii de producţie a omului cît şi în urma consumului. Deşeurile de producţie sunt resturile de materie primă şi materialele care se formează în urma

fabricării produselor şi care şi-au pierdut parţial sau complet calităţile de consum. Formarea deşeurilor fără schimbarea structurii materiei prime iniţiale este caracteristică pentru obţinerea zăcămintelor minerale prin metoda deschisă, pentru silvicultură, pentru industriile de prelucrare a lemnului, de extracţie minieră, a cărbunelui ş.a. În alte cazuri, formarea deşeurilor este însoţită de schimbări fizico-chimice ale materialelor iniţiale. Ca urmare, concomitent cu producţia de bază rezultă deşeurile de producţie şi produsele secundare. Aceasta este caracteristic pentru industria chimică, metalurgia neferoasă şi siderurgie.

În calitate de deşeuri de consum apar diferite articole şi materiale care din anumite cauze nu pot fi folosite mai departe. Aceste deşeuri se împart în industriale şi casnice. Cele industriale se referă la metalul uzat, utilajul tehnic şi articolele cu destinaţie tehnică ieşite din funcţiune, produse degradate din cauciuc, masă plastică, sticlă etc.

Deşeurile de producţie şi cele de consum care nu pot fi folosite în economia naţională sau care economic sunt nerentabile mai sunt numite şi rămăşiţe. Această denumire este convenţională deoarece nu există mare diferenţă între deşeuri şi rămăşiţe. Pînă în prezent problemele tehnologice de prelucrare a deşeurilor şi rămăşiţelor sunt nerezolvate. Sunt necesare cercetări suplimentare pentru a trasforma majoritatea deşeurilor în resurse materiale secundare (RMS).

5.6.1. Prelucrarea deşeurilor menajere solide Deşeurile casnice se referă la resturile alimentare, articolele uzate de trai (îmbrăcăminte,

încălţăminte ş.a.m.d.), ambalaj, hîrtie ş.a. Deşeurile comunale casnice nu reprezintă altceva decît gunoaiele orăşeneşti.

Spre deosebire de materia primă, componenţa deşeurilor comunale este mult mai variată. În medie, deşeurile menajere orăşeneşti se caracterizează prin următoarea componenţă:

hîrtie -50 % (din care: ziare - 12%, carton- 11%), deşeuri alimentare -14%, mase plastice -10 %, metale -9% (din care: feroase 7,5%, neferoase 1,5%), sticlă, ceramică -9%, lemn, verdeaţă -5%,

123

cenuşă, praf, murdărie -3%. Deşeurile se caracterizează prin următorul conţinut chimic al elementelor:

C - 26,5%, H - 3,3%, O - 21,9%, N - 0,5%, S - 0,1%. În mare, deşeurile casnice solide sunt alcătuite din trei componenţi principali: componentul organic (15- 50%), partea inertă (1,5-40%) şi apa (25-60%).

Deoarece gunoaiele orăşeneşti reprezintă un mare pericol pentru mediul ambiant, este necesară prelucrarea lor. Pentru prelucrarea deşeurilor solide se folosesc diferite metode: arderea în cuptoare la temperaturi înalte, trasformarea biologică a deşeurilor în îngrăşăminte organo-minerale (compostarea), piroliza.

Prin aceste metode poate fi prelucrat doar componentul organic al deşeurilor menajere care în prealabil trebuie despărţit de cel neorganic.

În urma arderii deşeurilor se formează o catitate mare de cenuşă zburătoare şi compuşi gazoşi dintre care mulţi sunt toxici. De aceea cuptoarele de ardere a gunoiului trebuie să dispună de sisteme de epurare a gazelor şi prafului şi de sisteme de dezodorare. În majoritatea cazurilor deşeurile menajere au o temperatură joasă de ardere, din care cauză este necesară folosirea de combustibil suplimentar (lichid sau gazos).

Uzinele de ardere a gunoiului, de regulă, sunt rentabile dacă odată cu arderea deşeurilor se produce energie electrică şi abur. Schema pricipală a instalaţiei de ardere a deşeurilor solide este prezentată în fig. 5.2.

Figura 5.2. Schema instalaţiei pentru incinerarea deşeurilor 1 - groapă de gunoi ; 2 - căuş de încărcare ; 3 - cuptor de incinerare ; 4 - răcitor de fum ; 5 -

epurare fum ; 6 - coş de fum ; 7 - compresor pentru fum ; 8 - separator electromagnetic ; 9 - acumulator de zgură ; 10 - acumulator de materiale cu conţinut de fier ; 11 - răcitor de zgură ; 12 - descărcare zgură ; 13 - compresor de aer.

Mai întîi deşeurile ajung în groapa - 1, de unde, cu ajutorul căuşului - 2, se încarcă în cuptorul

- 3. Aerul este furnizat de compresorul - 13. Cenuşa şi zgura se descarcă permanent din camera de

124

ardere în răcitorul - 11 pentru răcire. Cu ajutorul separatorului electromagnetic - 8, din zgură se alege fierul care apoi se adună în acumulatorul - 10. Resturile de zgură se strîng în camera de acumulare - 9 de unde sunt duse mai departe.

Fumul format în procesul arderii este răcit în răcitorul 4, pătrunde în instalaţia de epurare 5 şi cu ajutorul compresorului - 7 se eliminã prin coşul de fum - 6.

Partea principală a instalaţiei pentru arderea deşeurilor solide este cuptorul de ardere a cărui schemă principală este prezentată în figura 5.3.

1 - intrare deşeuri solide ; 2 - fum ; 3 - cameră de ardere ; 4 - aer secundar ; 5 - ieşire zgură ; 6 - arzător ; 7 - aer principal ; 8 - suport pentru deşeuri.

Figura 5.3. Schema principală a cuptorului de ardere La prelucrarea deşeurilor solide prin metoda biologică (fig.5.4) acestea sunt sfărîmate la început în

zdrobitorul - 1 pînă la un anumit grad de mãrunţire.

1 - dispozitiv de fărîmiţare ; 2 - deşeuri solide ; 3 - soluţie de melasă ; 4 - uscător ; 5 - transportor ; 6 - presă pentru brichetare ; 7 - aerotanc.

Figura 5.4 Schema instalaţiei pentru prelucrarea biologică a deşeurilor solide

125

Masa rezultată se amestecă cu apa în vasul 3 pentru transformarea în soluţie coloidală şi se trece apoi în fermentatoare. Pentru oxidarea aerobă a amestecului cu nămol activ se foloseşte aerotancul.

La fermentarea anaerobă se foloseşte metanotancul producîndu-se în acelaşi timp biogaz. Rămăşiţele solide, care nu se supun descompunerii biologice, sunt duse la uscătorul - 4 şi apoi se brichetează în presa -6.

În unele cazuri, mai cu seamă atunci cînd deşeurile solide conţin o mare parte de celuloză, ele pot fi supuse hidrogenării pentru obţinerea benzinei (randamentul este de pînă la 13%) sau hidrolizei fermentative, cu obţinerea alcoolilor metilic şi etilic.

La compostarea deşeurilor, masa organică este fermentată în aparate cilindrice sau în stive speciale, în aer liber, fiind întruna răscolite. Aranjarea în stivă este mai ieftină însă poate fi însoţită de eliminarea mirosurilor neplăcute.

În procesul pirolizei (fig.5.5), care are loc în reactoare închise, fără pătrunderea aerului, se obţine un reziduu solid iar compuşii gazoşi şi lichizi sunt arşi pentru a regenera căldura.

1 - încărcare deşeuri solide ; 2 - turn pentru suflarea aerului ; 3 - aer principal ; 4 - aer fierbinte ; 5 - aer secundar ; 6 - zgură ; 7 - camera de piroliză ; 8 - generator de abur ; 9 - epurare fum ; 10 - coş de fum.

Figura 5.5 Schema instalaţiei de piroliză a deşeurilor solide Greutăţile întîlnite la înfăptuirea practică a pirolizei sunt legate de schimbarea compoziţiei

materiei prime iniţiale ceea ce influenţează asupra desfăşurării procesului tehnologic şi duce la eliminarea în atmosferă a unor substanţe toxice.

Partea neorganică a deşeurilor este despărţită de cea organică în stadiul de separare apoi, după împărţirea pe fracţii, se îndreaptă spre prelucrare: se adaugă ca parte componentă în şarja cuptoarelor de topit oţel sau sticlă sau în cuptoarele de topit metale neferoase secundare; ceramica mărunţită se îndreaptă spre producerea materialelor de construcţie ş.a.m.d.

Apare astfel posibilitatea utilizării absolute a deşeurilor comunale, adică funcţionarea gospodăriei orăşeneşti fără deşeuri. În practică însă, o mare parte a deşeurilor se îndreaptă spre gunoaie. Cauza o constituie cheltuielile mari ce decurg din prelucrarea deşeurilor. Astfel, în SUA,

126

la îngroparea deşeurilor se cheltuie 2,57 dolari pe tonă în timp ce piroliza costă 5,42 dolari/ tonă, compostarea - 6,28 dolari/tonă, arderea cu obţinerea energiei electrice - 8,97 dolari/tonă.

Mărirea proporţiilor de prelucrare a deşeurilor este legată de elaborarea unor procese chimico-tehologice de înaltă eficienţã pentru pelucrarea lor biologică sau pentru piroliză. O mare însemnătate are ieftinirea şi creşterea randamentului separării deoarece prin atingerea omogenităţii fracţiilor separate poate fi ridicată eficienţa prelucrării ulterioare a deşeurilor.

5.6.2. Utilizarea deşeurilor tehnologice solide Deşeurile tehologice sunt caracteristice mai mult pentru industria de obţinere a minereurilor şi

industria chimică. De regulă, deşeurile solide se depozitează. O mare parte din deşeurile solide, partea principală care conţine componenţi preţioşi, justifică necesitatea recuperării în scopul reîntoarcerii în sfera de producţie. Totuşi, pînă cînd tonele de deşeuri ale industriei chimice, metalurgiei neferoase şi de prelucrare a lemnului nu vor corespunde categoriei producţie-marfă, întreprinderile nu vor lua în considerare compoziţia deşeurilor sau parametrii de care depinde tehnologia prelucrării lor ulterioare.

După cum s-a mai menţionat, toate felurile de deşeuri de producţie pot fi împărţite în resurse materiale secundare, care pot fi prelucrate mai departe şi deşeuri, a căror prelucrare nu este raţională. Practic, orice deşeuri pot fi privite ca produse ale procesului de producţie neterminat, a căror formare în procesul de obţinere şi prelucrare a materiei prime este condiţionată de nivelul insuficient de dezvoltare a tehnologiei. Pentru prelucrarea complexă a materiei prime sunt necesare cunoştinţe despre proprietăţile fizico-chimice ale deşeurilor şi despre modificarea lor în procesul păstrării. Multe feluri de deşeuri suferă cu timpul schimbări esenţiale. Posibilitatea folosirii lor în calitate de RMS se schimbă în timp şi necesită cunoştinţe suplimentare.

Din toată varietatea de deşeuri de producţie a industriei chimice, în nomenclatura RMS sunt introduse circa 120 feluri care au însemnătate industrială. Cîteva exemple de folosire a deşeurilor în calitate de RMS sunt date în continuare.

La fabricarea acidului sulfuric din pirită, după extragerea masei de sulf, rămîne un praf tare numit zgură de pirită. La fiecare tonă de H2SO4 se formează 0,6 t de zgură care conţine 58% Fe, 5% Cu, sulfat de calciu, mici cantităţi de aur şi argint precum şi alţi componenţi. Zgura de pirită poate fi folosită în industria de fabricare a cimentului şi sticlei ca şi la fabricarea materialelor de construcţie.

La transformarea materiei prime cu conţinut de fosfor în îngrăşăminte complexe, în etapa de descompunere cu acid sulfuric a fosfaţilor se formează, în calitate de deşeuri de producţie, fosfogipsul în compoziţia căruia intră SO3, CaO, P2O5, F ca şi compuşi ai Mg, Si şi ai metalelor rare. La 1 t de acid fosforic (100% P2O5) se formează 4-6 t de fosfogips (socotind substanţa uscată). Fosfogipsul poate fi folosit la ameliorarea solurilor sărăturoase, la producerea cimentului, pentru obţinerea acidului sulfuric ş.a.m.d. În acest fel se economiseşte materia primă tradiţională (gipsul natural, pirita, calcarul) şi se micşorează cheltuielile pentru construcţia şi exploatarea depozitelor de fosfogips.

Băile de flotaţie a minereurilor cu sulf conţin 70-80% carbonat de calciu şi sunt folosite cu succes în calitate de îngrăşăminte pentru solurile acide (după deshidratare pînă la un conţinut de apă de 12-14%).

La fabricarea sodei calcinate, pentru fiecare tonă de produs se formează 8 tone de distilat lichid care conţine NaCl (5%) şi CaCl2 (10%). Au fost elaborate cîteva variante de utilizare a distilatului pentru obţinerea CaCl2, NaCl, varului, făinei de var şi a altor produse preţioase.

127

Enumererea exemplelor ar putea fi continuată. După aprecieri preliminare, volumul total de RMS provenite numai din deşeurile industriei chimice ajunge la zeci de miloane tone pe an. La aceasta se adaugă o mare cantitate de deşeuri adunate în anii precedenţi.

Deşeurile solide care nu sunt RMS sunt dezintoxicate sau sunt îngropate. În acest scop se folosesc deseori următoarele metode: epurarea fizico-chimică, depozitarea în depozite de suprafaţă, îngroparea deşeurilor toxice în straturile superioare ale solului ş.a.

Una din metodele principale de păstrare a deşeurilor solide este depunerea lor în depozite de suprafaţă. Această metodă este însă legată de înstrăinarea unor suprafeţe mari de pămînt şi de poluarea apelor de suprafaţă sau a celor subterane.

Se întîlnesc diferite feluri de depozite de suprafaţă. Acestea sunt în special încăperile de acumulare a zgurii care se construiesc după principul mono- sau policascadelor cu formarea digului, malurilor şi cupei depozitului de zgură. Ele sunt prevăzute cu instalaţii împotriva infiltrării, făcute din materiale agriloase, smoală şi polimeri, dispuse în unul sau cîteva straturi.

Cînd depozitul se umple, apare problema conservării deşeurilor. Aceasta presupune respectarea condiţiilor care garantează păstrarea deşeurilor un timp îndelungat fără pericolul poluării mediului ambiant prin acţiunea precipitaţiilor atmosferice şi a vîntului asupra depozitului. Trebuie să se ia în consideraţie şi posibilitatea utilizării deşeurilor în viitor.

Făcînd bilanţul ecosistemelor din sol putem remarca faptul că acţiunea omului asupra suprafeţei solului este polifactorială. Aici este inclusă transformarea pur mecanică a suprafeţei solului şi amestecul omului în învelişul vegetal şi în circuitul natural al umidităţii, poluarea chimică a solurilor şi a apelor subterane ca şi lucrările de construcţie de proporţii mari. În acelaşi timp, bazele chimice şi chimico-biologice de folosire a solului sunt dezvoltate insuficient. Pe viitor trebuie efectuate o mulţime de cercetări pentru a elucida legile de bază ale asigurării fertilităţii solului şi mecanismele de interacţiune a plantelor între ele, cu lumea animală sau cu natura moartã înconjurătoare. Din acest punct de vedere nivelul cunoaşterii proceselor ecochimice ce se desfăşoară în apele naturale este cu mult mai înalt.