CC BY
253
УДК / UDC 631.45:628.472.2:504.054
ВЛИЯНИЕ СВАЛКИ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ НА АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ
ПОКАЗАТЕЛИ ПОЧВЫ
THE IMPACT OF LANDFILL WASTE ON AGRI-ENVIRONMENTAL INDICATORS
OF SOIL
Басов Ю.В., кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Basov Yu.V., Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина», Орел, Россия
Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Education "Orel State Agrarian University named after N.V. Parakhin", Orel, Russia E-mail: [email protected]
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
нарушенные земли, свалка твёрдых бытовых отходов, агроэкологические показатели, гумус, подвижный фосфор, подвижный калий, контроль, токсические химические элементы, тяжёлые металлы (ТМ), детоксикация, рекультивация.
KEY WORDS
disturbed lands, dumping of solid waste, agri-environmental indicators, humus, mobile phosphorus, mobile potassium, control, toxic chemicals, heavy metals (HM), detoxification, reclamation.
Введение. В Российской Федерации территории с полностью разрушенными экосистемами занимают 2,5 млн. км2. Быстро растущее количество отходов и нехватка средств их переработки характерны для многих городов. В большинстве регионов полигоны твёрдых бытовых отходов (ТБО) давно переполнены, на них ежегодно вывозится от 200 до 1 млн. тонн бытового мусора. Разрушенные территории разбросаны пятнами, которые кое-где сливаются, образуя обширные участки разрушения. Такие пятна и территории служат очагами возмущения для окружающих их естественных экосистем [1, 2, 8].
Свалки ТБО, построенные без комплекса мероприятий, снижающих их негативное влияние на окружающую среду, являются значительными источниками ее загрязнения. Отходы, размещенные там, претерпевают сложные физико-химические и биохимические изменения под воздействием атмосферных явлений, специфических условий, формирующихся в толще отходов, а также в результате взаимодействия между собой. Это приводит к образованию различных соединений, в том числе токсичных, которые, мигрируя в окружающую среду, отрицательно воздействуют на ее компоненты [13, 14].
Общая площадь земель сельскохозяйственного назначения Орловской области составляет 2,032 млн. га из них 1,508 млн. га - пашни; 54,8 тыс. га -залежи; 17,5 тыс. га - многолетние насаждения; 53,5 тыс. га - сенокосы; 262,7 тыс. га - пастбища. Сельскохозяйственным производителям принадлежит на различных правах 1,508 млн. га. Общая площадь неиспользуемых земель сельскохозяйственного назначения в 2014 году на территории области составляла 87,5 тыс. га. [10].
Площадь нарушенных земель в Орловской области, по данным отдела государственного земельного надзора Россельхозназора по Орловской и
Курской областях - 252,4 тыс. га. Несанкционированное размещение отходов производства и потребления, незаконная добыча полезных ископаемых, снятие и уничтожение плодородного слоя почвы и самовольная разработка карьеров на землях сельскохозяйственного назначения наносят существенный вред почве как объекту окружающей среды и имеют опасные последствия для экологической обстановки [5, 11].
Проведенный анализ санитарного состояния почвы показал, что в целом на территории Орловской области увеличилось количество проб почвы, не отвечающих гигиеническим нормативам по санитарно-химическим показателям, с 3,7% в 2013 г. до 10,2% в 2015 г. (превышения отмечены по бенз(а)пирену - 64 пробы). При этом, на территории селитебной зоны отмечается увеличение доли проб, не отвечающих гигиеническим нормативам, на 4,8%, а на территории детских дошкольных учреждений - на 3,8% [6, 9]. Фактически повсеместно увеличивается площадь земель, нарушенных в результате добычи полезных ископаемых, строительства, последствий аварий на трубопроводном транспорте и других причин антропогенного характера. Несмотря на принимаемые меры, сейчас порядка 150 млн. га (76%) сельскохозяйственных угодий России, в т.ч. порядка 75 млн. га пашни, нуждаются в целенаправленной защите, работах по восстановлению их позитивных качеств [4].
Цель работы - установить влияние неорганизованных свалок твердых бытовых отходов на окружающую среду и агроэкологические показатели почвы.
Условия, материалы и методы. Исследования проводились на участке техногенно-нарушенных земель сельскохозяйственного назначения общей площадью 1,3 га расположенного на территории Болховского района Орловской области, западнее 1,0 км от г. Болхов. Категория земель - земли сельскохозяйственного назначения. Исследования почвы проводились на предварительно отобранных образцах в соответствии с действующими нормативными актами в области анализа почвы и методов отбора проб (ГОСТ 26483-85). Приготовление солевой вытяжки и определение ее рН по методу ЦИНАО, ГОСТ 26951-86 Определение нитратов ионометрическим методом, ГОСТ Р 54650-2011 Определение подвижного фосфора и калия по методу Кирсанова, РД 52.18.289-90 МУ Методика выполнения измерений массовой доли подвижных форм металлов в пробах почвы атомно-адсорбционным методом, ГОСТ 26210-91 Определение обменного калия по методу Масловой, ГОСТ 26213-91 Методы определения органического вещества [15]. Почвенный покров исследуемого участка представлен серыми лесными почвами суглинистого механического состава.
Результаты и обсуждение. Нами выполнены агроэкологические исследования участка перекрытия плодородного слоя почвы бытовыми отходами общей площадью 12997,0 м2 расположенного в 1000 м на запад от г. Болхов, Болховского района Орловской области. В геоморфологическом отношении участок расположен на водораздельном склоне безымянной балки. Период действия свалки бытовых отходов составляет более 10 лет. Объём накопленных ТБО составил около 10000 м3. Усреднённый морфологический состав ТБО по содержанию и массовой доли, %: картон, бумага - 33-40; пищевые отходы - 27-33; дерево, листья - 1,5-5; металл чёрный - 2,5-3,6; металл цветной - 0,4-0,6; кости - 0,5-0,9; кожа, резина - 0,8-1,3: текстиль -4,6-6,5; стекло - 2,7-4,3; камни, керамика - 0,7-1,0; полимерные материалы -4,6-6,0; отсев менее 15 мм - 8,8-11,2. Кроме того, ТБО содержат более 100 наименований токсичных соединений, и среди них - красители, пестициды, ртуть и её соединения, свинец и его соли, кадмий, мышьяковистые соединения, формальдегид и др. Особое место среди ТБО занимают пластмассы и
синтетические материалы, так как они практически не подвергаются процессам биологического разрушения и могут длительное время находиться на объектах.
Для определения агрохимических показателей выполнен КХА анализ 9 образцов почв и грунтов участка. Результаты исследований показывают, что кислотность почв в отобранных образцах на участке перекрытия плодородного слоя бытовыми отходами является слабо щелочной и варьирует от 6,6 до 7,4 при среднем значении 6,9, что на 5,8% ниже, чем у контрольного образца (рН 6,5). Это свидетельствует о том, что складированные отходы оказывают подщелачивающее действие на плодородный слой почвы (табл.1).
Таблица 1 - Данные исследований почвенных образцов
№ пробы Показатели основных элементов питания растений, мг/кг
рН, ед гумус, % Р2О5, мг/100г почвы К2О, мг/100г почвы
1 6,64 2,71 168,14 225,43
2 6,77 4,20 212,32 295,82
3 7,37 3,59 420,61 320,17
4 6,91 2,83 301,56 399,51
5 7,35 4,11 440,22 412,63
6 6,94 3,84 302,51 255,76
7 6,72 3,41 270,83 198,30
8 6,61 3,12 189,42 289,81
Среднее 6,91 3,47 288,20 299,67
Плодородный слой почвы (контроль)
9 6,53 2,10 210,50 183,03
Среднее к контролю, % 105,8 165,2 184,5 163,7
По содержанию гумуса почвы считаются крайне бедными при содержании его 1% и менее бедными при 1-2%, недостаточно обеспеченными - 2-3%, средне обеспеченными - 3-4%, хорошо обеспеченными - более 5%. Содержание гумуса в отобранных образцах на участке перекрытия плодородного слоя почвы бытовыми отходами варьирует от 2,7% до 4,2% при среднем значении 3,5%, что на 65,2% больше чем содержание его в контрольном образце (2,1%). Это свидетельствует о том, что в условиях рассматриваемого участка происходит накопление органического вещества в почве.
Степень обеспеченности почв подвижными формами фосфора оценивается по следующим показателям: до 30,0 мг/кг почвы - очень низкая; 31,0-80,0 - низкая; 81,0-150,0 - средняя; 151,0-200,0 - повышенная; 201,0-300,0 - высокая; более 300,0 - очень высокая. Содержание подвижных форм фосфора в отобранных образцах на участке перекрытия плодородного слоя почвы бытовыми отходами колеблется от 168,1 мг/кг почвы (повышенная) до 440,2 мг/кг почвы (очень высокая) при среднем значении 288,2 мг/кг почвы (высокое) что на 84,5% больше, чем у контрольного образца 210,5 мг/кг почвы. Это говорит о значительном накоплении подвижных соединений фосфора за период действия свалки.
Степень обеспеченности почв подвижными формами калия оценивается по следующим показателям, мг/кг почвы: до 40,0 - очень низкая; 41,0-80,0 -низкая; 81,0-140,0 - средняя; 141,0-200,0 - повышенная; 201,0-300,0 - высокая; более 300 - очень высокая. Содержание подвижных форм калия в отобранных образцах на участке перекрытия плодородного слоя почвы бытовыми отходами колеблется от 198,3 мг/кг почвы (повышенное) до 412,6 мг/кг почвы (очень высокое) при среднем значении 299,7 мг/кг почвы (высокое), что на 63,7% больше чем у контрольного образца (183,0 мг/кг). Это говорит о том, что за период действия свалки бытовых отходов в условиях рассматриваемого участка произошло резкое накопление подвижных соединений калия (рис. 1).
Рисунок 1 - Содержание основных элементов питания растений в образцах почвы, мг/кг почвы
По определению Всемирной организации здравоохранения свинец, ртуть и кадмий являются самыми опасными тяжёлыми металлами (ТМ), представляя «страшную троицу» в окружающей среде. Наибольшую опасность представляют подвижные формы тяжёлых металлов, т.е. наиболее доступные для живых организмов. Подвижность металлов существенно зависит от почвенно-экологических факторов, основные из которых - содержание органического вещества, кислотность почвы, окислительно-восстановительные условия, плотность почвы и др. [3, 7, 12].
По приблизительной оценке, в настоящее время в мире накоплено (в млн.т.): ^ - 300; Zn - 200; ^ - 70; Pb - 20; N - 3,5; Cd - 0,6; Hg - 0,5. Окружающая среда никогда не знала такого объёма ТМ на поверхности земли. Одними из наиболее опасных токсикантов среды являются свинец (РЬ) и кадмий (Cd).
В соответствии с ГОСТ 17.4.2.01-81 токсические химические элементы разделены по классам гигиенической опасности:
I класс: мышьяк бериллий (Be), ртуть (Hg), селен ^п), цинк ^п), кадмий (Cd), свинец фтор - вещества высокоопасные.
II класс: хром кобальт бор молибден (Mo), никель (N0, медь
сурьма ^^ - вещества умеренно опасные.
III класс: барий (Ba), ванадий (V), вольфрам марганец ^п), стронций ^г) - вещества малоопасные.
Анализ данных лабораторных исследований почвенных образцов, отобранных на исследуемом участке нарушенных земель, показал, что среднее содержание токсичных химических элементов в почвенных образцах на участке перекрытия плодородного слоя бытовыми отходами значительно выше по сравнению с контролем: по кадмию - в 5,7 раза, по меди - 21,4 раза, по свинцу - 8,7 раза, по цинку - 18,3 раза (рис. 2).
Отмечается повышенное содержание гумуса (органического вещества), подвижных форм фосфора, калия и снижение кислотности почвы по сравнению с контролем. Складирование бытовых отходов на участке привело к значительному увеличению содержания токсичных химических элементов: кадмия, меди, свинца и цинка. Превышение ПДК составило, в среднем, по кадмию - 43,4 раза, по меди - 2,4 раза, по свинцу - 3,6 раза, по цинку - 7,2 раза.
Рисунок 2 - Содержание солей тяжелых металлов в образцах почвы, мг/кг почвы
В целях устранения отрицательного воздействия на окружающую среду и почвенное плодородие бытовых отходов на исследуемом участке необходимо осуществление комплекса мероприятий по рекультивации нарушенных земель. Известные приёмы детоксикации можно разделить на три группы:
1. Радикальные: полное удаление загрязнённого слоя почвы и замена его на «чистый» или прошедший специальную обработку. Приём используется при локальном загрязнении в ограниченном объёме.
2. Биологические:
а) Использование адаптационных возможностей растений, таких, которые не накапливают ТМ в съедобных частях, или таких, которые относительно устойчивы к ним. По данным средневзвешенных значений содержания тяжелых металлов в растениях составлены ранжированные ряды культур по степени накопления в них свинца: ячмень > подсолнечник> гречиха> горох > горчица > разнотравье> люцерна> овес> соя> пшеница> кукуруза.
б) Использование растений - концентратов ТМ для регулярного удаления их надземной и подземной массы, а также специальных микроорганизмов, которые поглощают ТМ и тем самым делают их недоступными для растений.
Одним из способов очистки почв от ТМ является фиторемедиация. Фиторемедиация основана на способности растений-гипераккумуляторов накапливать в своих листьях и корнях ТМ. К растениям-гипераккумуляторам свинца относятся: лебеда туркменская - 00,8; марь белая - 57,7; лох узколистный - 28,1; сарсазан шишковатый - 86,4; спорыш обыкновенный - 36,2.
в) Использование «металлоустойчивых» сортов и видов растений.
3. Физико-химические: влияют на подвижность ТМ в почве и исключают их из биологического круговорота или переводят в легкорастворимые и подвижные формы. К их числу относятся:
а) Промывка загрязнённой почвы, например, кальциевой селитрой или внесение растворимых солей железа (хлорное железо);
б) Изменение кислотности почвы (до оптимальной для каждой культуры) путём известкования и повышения содержания гумуса для уменьшения токсичности ТМ вследствие связывания их в недоступные для растений металлоорганические комплексы;
в) Применение минеральных удобрений (в рациональных дозах). Внесение азотных удобрений, совместно с органическими удобрениями снижает токсичность свинца, меди и мышьяка; калийных удобрений (в повышенных дозах) - радиоцезия.
г) Детоксикация почвы, загрязнённой ТМ, с помощью природных и искусственных сорбентов. К ним относятся цеолитовые туфы (5% от массы почвы), известь (1 кг/м2), торф (20 кг/м2), которые полностью устраняют фитотоксичность и отклонения качества продукции.
Выводы. Создание повышенного органического фона способствует активизации биологических процессов в почве, что улучшает обеспеченность растений питательными веществами и биологически активными соединениями. Эффективно применение сидератов (18-20 т, что равнозначно внесению 15-17 т навоза на 1 га). Хороший результат даёт и применение соломы, 1 т которой эквивалентна 3,5-4 т навоза.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Анализ состояния обработки осадков бытовых сточных вод малых населенных пунктов // URL: http://www.lib.ua-ru.net/diss/cont/176858.html.
2. Армишева Г.Т. Технология рециркуляции площадок захоронения ТБО // Экология и промышленность России. 2007. № 8. С. 14-16.
3. Basov Y.V., Kozyavina K.N. The influence of the waste water sediments on soils' agrochemical indicators // Vestnik OrelGAU. 2014. № 1(46). pp.42-46.
4. Басов Ю.В., Гуляева К.Н. Влияние осадков сточных вод на агроэкологические показатели почв // Вестник ОрелГАУ. 2015. № 3(54). С. 67-72.
5. Басов Ю.В., Гуляева К.Н. Модельные системы как способ изучения фитотоксичности ионов кадмия // Международный Научный Институт «Educatio». 2014. № 7. С. 143-146.
6. Будина Т.Ю. Рекультивация земель при различных видах работ // URL: http://www.profiz.ru/eco/3_2013/rekultivacija/.
7. Горбачев В.Н., Бабинцева P.M., Карпенко В.Д., Карпенко Д.В Современные проблемы экологии (патология почв). Ульяновск: Типография Облучинского, 2008. 141 с.
8. Природообустройство / А.И. Голованов, Ф.М. Зимин, Д.В. Козлов [и др.]. М.: «Колос», 2008. 551 с.
9. Группа компаний "ЭМ-Кооперация"// URL: http://emcooperation.ru/ kompostirovanie_ilovyh_osadkov.
10. Доклад об экологической ситуации в Орловской области в 2015 году / Правительство Орловской области. Управление по охране и использованию объектов животного мира, водных биоресурсов и экологической безопасности Орловской области (Орелоблэконадзор); Некрасов В.В., Куликов Ю.М. [и др.]. Орел, 2016. 172 с.
11. Доклад о состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Орловской области в 2015 году / Управление Роспотребнадзора по Орловской области, 2016. 179 с.
12. Crackdown on illegal dumping. Handbook for Local Government / Department of Environment and Climate Change NSW. DECC. 2008/45. p. 133.
13. Постановление Правительства Российской Федерации от 23.02.1994 г. № 140 «О рекультивации земель, снятии, сохранения и рациональном использовании плодородного слоя почвы».
14. ГОСТ 17.4.2.02-83 Охрана природы. Почвы. Номенклатура показателей пригодности нарушенного плодородного слоя почв для земледелия.
15. ГОСТ 17.4.3.04-85 «Охрана природы. Почвы. Общие требования к контролю и охране от загрязнения.
