Размещено на http://www.allbest.ru/

Національна академія аграрних наук України

Інститут агроекології і економіки природокористування

УДК 574.42+57.014

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Екологічні особливості впливу сміттєзвалищ на стан екосистем транскордонного регіону Берег

03.00.16 - екологія

Чонка Іванна Іванівна

Київ - 2011

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано в Державному вищому навчальному закладі “Ужгородський національний університет” Міністерства освіти і науки України екологічний географічний бактеріальний

Науковий керівник - доктор хімічних наук, професор ЧУНДАК Степан Юрійович, Державний вищий навчальний заклад “Ужгородський національний університет”, завідувач кафедри екології та охорони навколишнього середовища.

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор ІСАЄНКО Володимир Миколайович, Національний педагогічний університет ім. М. П. Драгоманова, директор Інституту перепідготовки та підвищення кваліфікації;

доктор біологічних наук, професор ГОРОВА Алла Іванівна, Національний гірничий університет, завідувач кафедри екології гірничого факультету.

Захист дисертації відбудеться “ 24 ” березня 2011 р. об 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.371.01 Інституту агроекології і економіки природокористування НААН України за адресою: 03143, м. Київ-143, вул. Метрологічна, 12.

З дисертацією можна ознайомитися у науковій бібліотеці Інституту агроекології і економіки природокористування НААН України за адресою: м. Київ, вул. Метрологічна, 12.

Автореферат розіслано “ 23 ” лютого 2011 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат сільськогосподарських наук В.В. Чайковська

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. На території України, Румунії, Словаччини та Угорщини знаходиться чимало природоохоронних об'єктів різного рівня і статусу, метою створення яких є збереження унікальних осередків природи Верхнього Потисся (О. Б. Вовк та ін., 2005). До таких об'єктів в Угорщині належать Сатмар-Берегський регіональний ландшафтний парк та Тісателек-Тісаберцелі заплавна природоохоронна територія, площа яких становить відповідно 22,9 тис. га та 1,6 тис. га, а в Україні - це регіональний ландшафтний парк “Притисянський”, загальною площею 10,3 тис. га, розміщений у Берегівському, Виноградівському, Мукачівському та Ужгородському районах Закарпатської області. Ці заповідні території були засновані для збереження природних ценозів, які є рефугіумами так званих автохтонних екосистем, зокрема: притисянських заплавних лісів, рівнинних дібров, заболочених лісів, торфових та заболочених лук, стариць річок, вулканічних гір, їх флори та фауни тощо.

Актуальним є об'єднання розділених кордонами територій для захисту унікального регіону від негативної дії цілого ряду факторів антропогенного впливу. Тому, у 1999 році було запропоновано проект реєстрації єдиного трилатерального національного парку, який мав за мету включення до списку охоронних територій Рамсарської конвенції „Про водно-болотні угіддя” заплавні екосистеми басейну Верхнього Потисся (А. А. Ковальчук, 2003; Я. І. Мовчан, 2004). Зокрема, у рамках цього проекту передбачалося здійснення контролю за станом ділянок, які підлягають впливу твердих побутових відходів (ТПВ), оскільки трансформація таких забруднених територій є незворотною, спричиняє розвиток вторинних сукцесій, які є нехарактерними для аборигенних біоценозів і можуть швидко витіснити їх. Однак досі цей проект залишається не реалізованим.

Відсутність уніфікованих методів моніторингу стану сміттєзвалищ, систематичного контролю за хімічними, біохімічними та санітарно-бактеріологічними показниками ґрунту та вод, заходів по відновленню територій, які є виснаженими після захоронення на них ТПВ, визначають необхідність комплексної оцінки впливу сміттєзвалищ на стан навколишнього середовища та розробки екологічно доцільних заходів, спрямованих на відновлення забруднених територій.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. В дисертації опрацьовано та узагальнено окремі результати держбюджетної науково-дослідної роботи, у виконанні якої автор брав безпосередню участь впродовж 2006-2008 років на базі кафедри екології та охорони навколишнього середовища хімічного факультету УжНУ, “Розробка нових комплексних екологічнобезпечних систем для очистки стічних вод від хімічних та бактеріологічних забруднень” (№ ДР 0103U001710) та науково-дослідних проектів, що здійснювалися в рамках Міжурядової Українсько-Угорської програми розвитку інтеграційного співробітництва країн Карпатського регіону в галузі охорони довкілля: 1) “Вивчення мобілізації, акумуляції, поширення і біоремедіації важких металів у забруднених екосистемах верхнього басейну ріки Тиса” (№ ДР 0103U007901, 2003-2004 рр.); 2) “Розробка системи моніторингових досліджень стану забруднення довкілля прикордонних територій регіону Берег” (HU 2003/004-347-05-02-02, 2005-2006 рр.).

Мета і завдання дослідження. Мета роботи - дослідити екологічні особливості впливу сміттєзвалищ на стан екосистем, розміщених в заплавах верхнього басейну ріки Тиса в межах транскордонного регіону Берег, та теоретично обґрунтувати шляхи і підходи до їх відновлення.

Для досягнення поставленої мети необхідно було виконати наступні завдання:

1. дослідити особливості фізико-географічних умов для сукцесій, які проходять у екосистемах сміттєзвалищ регіону Берег;

2. провести комплексну оцінку вмісту сполук важких металів (ВМ) (Сu2+, Pb2+, Zn2+, Cd2+), окремих біогенних сполук азоту, фосфору і заліза у ґрунті та водних об'єктах екосистем для характеристики геохімічного середовища сміттєзвалищ;

3. вивчити рослинні угруповання досліджуваних сміттєзвалищ, охарактеризувати їх структуру та дослідити біогенну міграцію досліджуваних ВМ у трофічному ланцюзі ґрунт (вода) - рослина;

4. виявити основні зміни у структурі бактеріальних ценозів ґрунту, води, повітря та філлосфери рослин внаслідок впливу токсичних сполук зі сміттєзвалищ;

5. оцінити активність ферментів (інвертаз, дегідрогеназ, фосфатаз, целюлаз) в едафотопах сміттєзвалищ за умов комплексного впливу продуктів розпаду твердих побутових відходів;

6. на основі власних результатів хімічного, бактеріологічного та біохімічного досліджень об'єктів сміттєзвалищ регіону Берег надати комплексну екологічну оцінку процесів, які проходять у екосистемах під впливом ТПВ;

7. надати рекомендації щодо заходів, які можуть бути використані для відновлення порушених екосистем сміттєзвалищ в умовах заплав р. Тиса.

Об'єкт дослідження - особливості впливу забруднювальних речовин зі сміттєзвалищ на стан екосистем транскордонного регіону Берег та їх біогенної міграції у трофічному ланцюзі ґрунт (вода) - рослини.

Предмет дослідження - комплексні зміни в екосистемах регіону Берег, які відбуваються під впливом продуктів розпаду ТПВ.

Методи дослідження. Системну оцінку стану екосистем сміттєзвалищ регіону Берег здійснювали на основі біологічних, біохімічних та хімічних досліджень (ґрунту, водойм, рослин), проведених впродовж 2005-2006 рр.

Для опису геоботанічної структури досліджуваних ділянок сміттєзвалищ та оцінки участі рослин у колообігу хімічних елементів визначали склад та будову фітоценозу методом укосу. Вміст валових та рухомих форм ВМ, а також валову концентрацію сполук заліза у зразках ґрунтів та води визначали за методом електротермічної атомно-абсобційної спетрометрії. Концентрацію рухомих форм Fe2+, Fe3+, неорганічного азоту та фосфору визначали фотометричним методом. Біохімічну активність ґрунтів оцінювали за дегідрогеназною, інвертазною та фосфатазою активностями, рівень яких встановлювали за допомогою спектрофотометричних методів. Про інтенсивність розкладу клітковини у ґрунтах сміттєзвалищ судили за целюлазною активністю, при вимірюванні якої використовували ваговий метод. Оцінку показника рН ґрунту здійснювали потенціометричним методом. Біогенну міграцію ВМ в рослинні об'єкти екосистем досліджували шляхом визначення рівня їх накопичення в окремих зразках рослин за допомогою атомно-абсорбційного методу та обрахунку коефіцієнта біологічного поглинання (Кб). Поверхневі води досліджували використовуючи стандартизовані методи для визначення ВМ (Cu2+, Cd2+, Zn2+, Pb2+), сірководню та сульфідів, а також рівня хімічного споживання кисню (ХСК). Аналіз мікробних ценозів ґрунту, води, повітря та поверхні рослин проводили загальноприйнятими методами ізоляції та ідентифікації бактерій. Статистичну обробку отриманих даних здійснювали з допомогою програм Statistica, Microsoft Excel 97, Microcal Origin 6.0.

Наукова новизна одержаних результатів. На основі комплексної екологічної оцінки вперше встановлено особливості впливу типових токсикантів полігонів ТПВ на компоненти екосистем, розміщених у заплавах верхнього басейну р. Тиса у регіоні Берег: ґрунтові ензими, мікробні угруповання та фітоценози.

Вперше для екосистем заплави р. Тиса запропоновано нові напрямки фіторекультиваційних заходів, які придатні для використання з метою відновлення порушених біогеоценозів сміттєзвалищ. Набули подальшого розвитку наукові підходи до збереження цілісності унікальних екосистем заплави р. Тиса, раціонального природокористування і способів відтворення довкілля.

Практичне значення одержаних результатів. Теоретично обґрунтовано, запропоновано і доведено доцільність використання процесів фіторемедіації забруднених притисянських заплав регіону Берег методами фітоекстракції забруднювальних речовин (за допомогою рослин родів Urtica L., Angelica L., Carduus L., Cirsium L., Populus L.) та фітостабілізації (шляхом насадження рослин родів Crataegus L., Malus L., Quercus L., Rosa L., Rhamnus L., Pyrus L.). Розроблено конкретні специфічні для регіону досліджень рекомендації, суть яких полягає в удосконаленні методів поводження з ТПВ.

Наукові положення та нові методичні підходи, наведені в роботі, використовують у навчальному процесі Ужгородського національного університету при підготовці спеціалістів-екологів (акт впровадження результатів дисертаційного дослідження від 12.01.2010 р.).

Одержані дані можуть бути використані для комплексного екологічного моніторингу заплавних екосистем р. Тиса та для створення бази даних при прогнозуванні змін природних угруповань за умов техногенного забруднення.

Особистий внесок здобувача. Аналіз наукової літератури, всі експерименти та основний обсяг аналітичних робіт виконані автором особисто. Постановка завдань та узагальнення результатів дослідження здійснені спільно із науковим керівником роботи д.х.н., професором Чундаком С. Ю. та д.б.н., доцентом Бойко Н. В. Разом із співавторами публікацій та монографії було обговорено одержані дані, здійснена підготовка ряду наукових робіт та доповідей.

Визначення вмісту ВМ у ґрунтах методом атомно-абсорбційної спектрометрії проведено в лабораторії державного підприємства “Закарпатстандартметрологія” з допомогою спеціалістів даної лабораторії. Геоботанічні описи досліджуваних локалітетів та окремі пункти статистичного аналізу даних (однофакторний, кластерний, регресійний) було здійснено спільно із науковцями біологічного факультету УжНУ к.б.н., доцентом Колесником О. Б. та к.б.н., доцентом Колесник А. В.

Апробація результатів дисертації. Основні результати досліджень та положення дисертації доповідалися та обговорювались на Міжнародній науково-практичній конференції “І-й Всеукраїнський з'їзд екологів” (Вінниця, 4-7 жовтня 2006 р.); З'їзді Угорського товариства мікробіологів (Кестелі, Угорщина, 18-20 жовтня 2006 р.); III Міжнародній конференції молодих вчених „Розмаїття живого. Екологія. Еволюція. Адаптація” (Одеса, 15-18 травня 2007 р.); ХІ Міжнародній науково-практичній конференції студентів, аспірантів та молодих вчених «Екологія. Людина. Суспільство» (Київ, 13-18 травня 2008 р.); ХІІ з'їзді Товариства мікробіологів України ім. С. М. Виноградського (Ужгород, 24-30 травня 2009 р.) та щорічних наукових конференціях професорсько-викладацького складу хімічного факультету УжНУ (2006-2009 рр.).

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 11 наукових праць, у тому числі монографія - 1, статей у фахових наукових виданнях - 4, тез доповідей у матеріалах наукових та науково-практичних конференцій - 5.

Структура та обсяг дисертації. Загальний обсяг роботи становить 149 с., основний текст - 118 с. Дисертаційна робота складається зі вступу, 5 розділів (огляд літератури; опис фізико-географічних умов досліджуваного регіону Берег; програму, об'єкти та методи досліджень; 2 розділи власних результатів досліджень), висновків, додатків та списку використаних джерел (208 найменувань, з яких 52 латиницею). У роботі наведено 25 рисунків та 16 таблиць.

Основний зміст роботи

Розділ 1. Огляд літератури

У розділі розглядаються проблеми щодо сучасної ситуації зі станом відходів в Україні та, зокрема, у Закарпатті, наведено уявлення про: техногенну трансформацію екосистем, існуючі шляхи і методи оцінки та індикації стану екосистем, включаючи мікробіологічні та біохімічні; про процеси акумуляції і міграції ВМ в окремих структурних ланках екосистем; про поведінку мікроорганізмів водних екоситем за умов забруднення ВМ; про можливості регуляції процесів відновлення техногенно-забруднених екосистем та роль мікроорганізмів у їх активації; представлено загальні вітчизняні та зарубіжні відомості про біоремедіацію, зокрема фіторемедіацію.

Розділ 2. Фізико-географічні умови сукцесій, які проходять в екосистемах регіону Берег

Розділ містить відомості про особливості структури екосистем та метереологічні умови регіону Берег як частини Верхнього Потисся.

Досліджувана місцевість розташована у межах Притисянської низовини на території Берегівського району Закарпатської області України (20 %) та адміністративної одиниці Соболч-Сатмар-Берег в Угорщині (80 %). Саме наявність розгалуженої річкової мережі басейну р. Тиса на цій території обумовлює метеорологічні, топографічні та географічні особливості даного регіону, який відрізняється історично сформованою індивідуальністю, автохтонною флорою та фауною, високою біологічною різноманітністю.

Ландшафти регіону дуже різноманітні. Саме тут знаходиться значна частина рівнин Сатмарі та Берег. Стан довкілля на цій території частково визначає середовище існування і умови праці близько 1 млн. людей. Велику загрозу для навколишнього середовища тут становлять численні сміттєзвалища, що знаходяться по обидва боки від українсько-угорського кордону і містять цілий ряд високотоксичних забруднювальних речовини, які негативно впливають на автохтонну флору й фауну, суттєво погіршують умови проживання та здоров'я місцевого населення. Систематичні паводки, які щороку відбуваються в межах басейну р. Тиса, сприяють розповсюдженню забруднювачів на значні площі родючих ґрунтів.

На рівнинній території регіону досліджень (Берег-Сатмарській рівнині) середньорічні температури повітря +9°С - +10°С. Кількість сонячних годин - близько 2000. Тут звичайними є сильні гірсько-долинні північні та північно-східні вітри, які через низькі перевали Вододільних (Лісистих) Карпат спускаються в долину Тиси. Це один із найбільш вітряних районів басейну Тиси.

За геоботанічним районуванням (R. Soу, 1945; С. М. Стойко, 1969, F. Moisei et al., 1999) досліджувана територія відноситься до Європейської широколистяної області, Середньо-Європейської провінції, Паннонської підпровінції. Остання представлена Еупаннонським геоботанічним округом, або округом дубових лісів з дуба звичайного, до якого входить територія Берег-Сатмарської рівнини (флористичний район Самікум).

З карти Ш. Фрішняка (1990) відомо, що до освоєння (близько 1100 років тому) досліджувана територія характеризувалася надзвичайно різноманітною рослинністю, яка формувалася в режимі регулярного зволоження. Для рівнинної частини Верхнього Потисся характерними були прибережні вербово-тополеві ліси, заплавні ясенево-в'язеві мішані ліси, очеретові болота, солончаки, солончакові діброви та торфові луки. Однак, ці ліси впродовж минулих сторіч були майже повністю винищені, автохтонні угрупування здебільшого змінилися вторинними, а часто і третинними. Залишилися тільки невеликі їх ділянки на терасах Бодрока (лісове урочище Лонга) та Берег-Сатмарській рівнині. В наш час на їх місці зростають штучні насадження - тополеві ліси, створені пасовища та сіножаті.

За складом зооценози даного регіону належать до фауністичного Еупаннонського району, Паннонського округу. Видовий склад фауни тут багатий на монтанні і постгляціальні релікти. Однак, тривалий антропогенний тиск на довкілля - екстенсивне сільське господарство, гідромеліоративні роботи тощо - призвели до того, що придатними для існування тварин залишилися тільки невеликі природні осередки (рефугіуми).

Розділ 3. Програма, об'єкти та методи досліджень

У розділі наведено програму досліджень згідно поставлених завдань, детальний опис сміттєзвалищ (полігонів) ТПВ, які були обрані для вивчення як типові в регіоні Берег, опис загальної методики та методів аналізу.

Для вивчення екологічних особливостей впливу сміттєзвалищ на стан екосистем було обрано 4 із них, розміщених на територіях України та Угорщини в межах регіону Берег.

З метою порівняння результатів досліджень порушених екосистем сміттєзвалищ із показниками екосистем, що не піддавалися впливу забруднювальних речовин та не підлягали сількогосподарській трансформації, було обрано 2 ділянки, розміщені на околиці транскордонного дубового лісу: 1) у південно-східній його частині поблизу с. Астей (Берегівський район, Закарпаття); 2) у північно-західній його частині поблизу с. Берегдороц (регіон Соболч-Сатмар-Берег, Угорщина). Основним аргументом вибору саме лісових екосистем в якості еталонних є доведений історичний факт, що уся територія регіону Берег в недалекому минулому була вкрита лісами, які сьогодні є практично знищеними.

Для зручності описаним вище сміттєзвалищам та відповідним зразкам ґрунту, води та рослин було присвоєно наступні умовні назви:

· Санкціонованому Берегівському сміттєзвалищу ВУЖКГ - Мужієвське сміттєзвалище;

· Санкціонованому сільському сміттєзвалищу с. Велика Бігань - сміттєзвалище В. Бігань;

· Санкціонованому сміттєзвалищу с. Геленєш - полігон ТПВ Геленєш;

· Несанкціонованому сміттєзвалищу поблизу с. Берегшурань - сміттєзвалище Берегшурань;

· Конрольній ділянці лісу поблизу с. Астей - ліс Астей;

· Конрольній ділянці дубово-грабового лісу поблизу с. Берегдороц - ліс Берегдороц.

На всіх цих ділянках методом укосу визначали склад та будову фітоценозу (Визначник рослин Українських Карпат, під ред. В. І. Чопик, 1977; Б. М. Миркин и др., 2000) для опису геоботанічної структури досліджуваних ділянок сміттєзвалищ.

Відбір ґрунту здійснювали на глибину орного шару (25 см), формуючи середню пробу за “правилом конверту”. Вміст валових та рухомих форм ВМ, а також сумарний вміст сполук заліза у зразках ґрунтів та води визначали за методом електротермічної атомно-абсобційної спектрометрії (Метод. указания…, ЦИНАО, 1992). Концентрацію рухомих форм сполук Fe2+ та Fe3+, неорганічного азоту та фосфору визначали фотоколориметричним методом (Л. А. Воробьева , 1998; Практикум…, под. ред. В. Г. Минеева, 2001).

Біохімічну активність ґрунтів оцінювали за дегідрогеназною (модифікований метод А. Ш. Галстяна (1974), інвертазною (метод Т. А. Щербакової (1966) та фосфатазою (Ф. Х. Хазиев, 1982) активностями, рівень яких встановлювали за допомогою спектрофотометричних методів. Для оцінки інтенсивності розкладу клітковини у ґрунтах сміттєзвалищ вимірювали целюлазну активність (Е. И. Андреюк и др., 1988). З метою визначення актуальної кислотності ґрунту проводили заміри рН (ДСТУ 26423-85). Для оцінки участі рослин у колообігу хімічних елементів визначали вміст ВМ в окремих зразках рослин за допомогою атомно-абсорбційного методу (Метод. указания…, ЦИНАО, 1992) та обраховували коефіцієнт їх біологічного поглинання (Кб) за Б. Б. Полиновим.

Оцінювали якість поверхневих вод дериваційних каналів сміттєзвалищ згідно стандартних методів визначення ВМ (Сu2+, Cd2+, Zn2+, Pb2+), сірководню та сульфідів (Руководство…, УНИИ водохоз.-эколог. проблем, 1995; Б. Й. Набиванець, 1996), а також рівня хімічного споживання кисню (ХСК) (КНД 211.1.4.023-95).

З метою оцінки впливу токсичних сполук сміттєзвалищ на біоценози екосистем проводили аналіз мікробних ценозів ґрунту, води, повітря сміттєзвалищ та поверхні рослин (філлосфери) (Методы…, под. ред Д. Г. Звягинцева, 1991; Д. Берги, 1980; И. В. Голубева и др., 1985).

Статистичну та графічну обробку одержаних результатів здійснювали за допомогою засобів програмного забезпечення Statistica, Microsoft Excel 97, Microcal Origin 6.0, що базуються на функціях статистичного аналізу Фішера-Стьюдента (В. П. Боровиков, 1998).

Всі дослідження проводили у трьохкратній повторності з використанням Державних стандартних зразків, методик та метрологічно повіреного або атестованого обладнання.

Розділ 4. Геохімічна та біологічна структура досліджуваних сміттєзвалищ

Розділ містить 3 підрозділи, у яких наведено результати вивчення структури рослинних угруповань досліджуваних екосистем сміттєзвалищ регіону Берег, вмісту ВМ (солей міді, свинцю, цинку, кадмію), окремих біогенних сполук азоту, фосфору і заліза у ґрунті та водних об'єктах. На основі визначених коефіцієнтів біологічного поглинання (Кб) в системі ґрунт-рослини оцінюється частка тих сполук ВМ у ґрунті, які здатні накопичуватися у надземній частині рослин.

Аналіз весняно-літньої фракції судинних рослин дозволив скласти геоботанічну характеристику 9-ти досліджуваних локалітетів:

1) дериваційний канал Мужієвського сміттєзвалища;

2) ділянка, що з південного сходу межує з Мужієвським сміттєзвалищем і відокремлена від нього дериваційним каналом;

3) ділянка, що межує із санкціонованим сміттєзвалищем с. Мужієво зі сходу (не відокремлена каналом);

4) ділянка санкціонованого сільського сміттєзвалища В. Бігань, на якій розміщено давні силосні ями, що заповнені відходами;

5) ліс поблизу селища Астей (контрольна ділянка);

6) несанкціоноване сміттєзвалище Берегшурань, розміщене в стариці ріки Тиса. Його особливість - наявність каналізаційних відходів;

7) ліс с. Берегдороц (контрольна ділянка);

8) ділянка, розміщена біля с. Берегдороц, представляє собою частину рекультивованого ґрунтового покриву сміттєзвалища;

9) санкціонований полігон ТПВ, розміщений на рівнинній території околиці с. Геленєш.

Встановлено, що досліджувана нами територія значною мірою є трансформованою у порівнянні з еталонними (контрольними) екосистемами. Для визначення подібності фітоценотичної структури ділянок №№1-9 за допомогою методу кластерного аналізу було побудовано дендрограму ценотичної спорідненості досліджуваних угрупувань, за якою виділено два кластери: лісовий та лучний. Таким чином, до лісових віднесені ділянки №№3, 5 і 7, які є лісонасадженнями дуба черешчатого, до лучних - ділянки №№2, 4, 6, 8 і 9, які за походженням є вторинними луками на місці зведених дубових лісів.

Хімічна оцінка стану ґрунтів сміттєзвалищ, які віднесені нами до алювіально-болотних суглинистих ґрунтів з деякими вкрапленнями глинистих, дозволила визначити причини трансформованості цих екосистем.

Згідно табл. 1, низький валовий вміст ВМ в ґрунтах сміттєзвалищ у порівнянні із контрольними ділянками свідчить про інтенсивну біогенну міграцію їх сполук у ґрунтові та поверхневі води з наступною акумуляцією в тканинах рослин. Цей висновок підтверджують дані табл. 2, в якій наведено результатами визначення рухомих та потенційно рухомих форм ВМ у досліджуваних ґрунтах, а також результати хімічного аналізу вод дериваційних каналів на території сміттєзвалищ. Останні показали, що вміст сполук ВМ, зокрема цинку та міді, у таких водоймах значно вищий у порівнянні з контролем.

Причинами таких процесів є закислення ґрунтів (див. значення рН в табл. 1), а також зміна їх окисно-відновного потенціалу в бік посилення відновлюваних процесів, що підтверджено високим вмістом нітритів у ґрунтах сміттєзвалищ (див. табл. 2) та даними про різні форми сполук Fe у кислотній витяжці ґрунтів (табл. 3). Частка сполук відновленої форми Fe (Fe+2) у порівнянні із окисленою (Fe+3) в загальній масі сполук заліза у ґрунтах на території сміттєзвалищ є значно вищою, ніж у контрольних зразках, а в пробі № 3 (епіцентр сміттєзвалища) - найвищою і складає 75 %. У ґрунтових пробах сміттєзвалищ, у порівнянні із контрольними ділянками, встановлено меншу кількість сполук фосфору (див. табл. 2). Таке зменшення розчинних форм фосфатів корелює з підвищенням кислотності ґрунтів.

Виявлено суттєві відмінності між станом ґрунтів України і Угорщини, на яких розміщені сміттєзвалища. Ця різниця обумовлена різними методами господарювання. У ґрунті сміттєзвалища Берегшурань (локалітет №7) встановлено надзвичайно високий вміст нітрат-іонів (45,8 г/кг), очевидно, за рахунок зливу фекальних відходів на його території.

Для того, щоб зробити висновки про особливості біогенної міграції в екосистемах сміттєзвалищ найбільш токсичних продуктів розпаду ТПВ, нами було проаналізовано вміст ВМ у тканинах рослин, як первинної ланки у трофічних ланцюгах живлення вищих організмів, та обчислено відповідні коефіцієнти біологічного поглинання (Кб). Беручи до уваги значення коефіцієнтів біологічного поглинання, можна зробити висновок не лише про роль окремих видів рослин і рослинності в цілому у колообігу елементів в екосистемі, а й про здатність екосистеми до самоочищення.

Таблиця 1 Валовий вміст ВМ у ґрунтах та показники їх актуальної кислотності (n=6; р?0,05)

Умовна назва проби ґрунту	(Cu) мг/кг	(Zn) мг/кг	(Pb) мг/кг	(Cd) мг/кг	(Fe) мг/кг	рН
№ 1. Ліс Астей (контроль)	23,80,2	43,80,4	12,10,4	1,80,2	893,52,8	6,7
№ 2. Ліс біля сміттєзвалища В. Бігань	18,40,3	36,30,3	11,80,3	1,50,2	783,71,7	5,7
№ 3. Епіцентр сміттєзвалища В. Бігань	15,60,3	34,10,3	11,60,3	1,40,2	812,41,9	5,3
№ 4. Мужієвське сміттєзвалище	14,80,2	33,20,2	13,70,4	1,80,2	713,21,1	6,3
№ 5. Ліс Берегдороц (контроль)	19,50,3	39,30,4	15,60,5	2,60,3	916,83,5	7,1
№ 6. Полігон ТПВ Геленєш	17,90,3	34,80,3	14,20,3	1,60,2	787,11,5	5,6
№ 7. Сміттєзвалище Берегшурань	17,20,3	37,50,4	11,10,2	2,20,3	890,52,6	5,1

Таблиця 2 Результати хімічного аналізу водної витяжки ґрунтів (n=6; р?0,05)

Показник	№ проби*
	1	2	3	4	5	6	7
NO2-, мг/кг	1,80,1	3,70,1	5,10,2	1,00,01	2,10,1	2,40,1	1,60,1
HPO42 -, H2PO4- у перерахунку на Р2О5, мг/кг	280,63,8	128,42,1	50,71,1	217,93,6	268,73,2	110,41,4	203,12,6
NH4+, мг/кг	4,00,1	8,90,2	2,60,1	4,00,1	7,60,2	1,60,1	7,60,2
NO3-, мг/кг	664,310,4	3985,715,7	3542,912,3	2037,19,6	7705,717,3	310,02,5	45776,856,9
Cu2+, мг/кг	0,120,00	0,030,00	0,020,00	0,090,00	0,060,00	0,020,00	0,060,00
Pb2+, мг/кг	0,010,00	нв	нв	нв	0,010,00	нв	нв
Cd2+, мг/кг	нв	нв	нв	нв	нв	нв	нв
Zn2+, мг/кг	0,040,00	0,050,00	0,020,00	0,070,00	0,100,01	0,820,01	1,500,01
Fe2+, мг/кг	нв	нв	нв	нв	нв	нв	нв
Fe3+, мг/кг	нв	нв	нв	нв	нв	нв	нв

Примітки: * - номери проб відповідають номерам в табл. 1; нв - сполуку не виявлено.

Таблиця 3 Результати хімічного аналізу кислотної (0,1 н HCl) витяжки ґрунтів (n=6; р?0,05)

Показник	№ проби*
	1	2	3	4	5	6	7
М.ч. іонів міді, мг/кг	4,930,01	4,430,01	1,310,01	1,430,00	6,060,01	5,430,01	2,180,01
М.ч. іонів свинцю, мг/кг	3,150,01	1,610,00	0,910,00	0,380,00	4,690,01	0,620,00	0,910,00
М.ч. іонів кадмію, мг/кг	0,080,01	0,070,01	0,030,01	0,030,01	0,130,01	0,040,01	0,230,01
М.ч. іонів цинку, мг/кг	2,250,05	5,000,07	1,250,03	1,000,02	2,000,04	1,250,03	2,000,05
М.ч. іонів заліза (ІІ), мг/кг	97,851,06	101,451,13	94,201,21	97,831,01	128,261,23	65,220,96	105,071,08
М.ч. іонів заліза (ІІІ), мг/кг	260,351,10	330,981,25	31,890,63	47,100,71	114,911,02	28,980,51	35,490,61

Примітки: * - номери проб відповідають номерам в табл. 1.

Встановлено, що серед досліджених видів флори не виявлено жодного гіперакумулятора ВМ. Коефіцієнти їх біологічного поглинання для більшості рослин знаходяться в межах середніх значень для рослинності (Кб=0,1-1,0). Однак для Zn та Cu інтенсивність біологічного поглинання їх рослинами сміттєзвалищ перевищує середні значення для флори контрольних ділянок у середньому на 1 порядок, а Кб для них знаходяться в межах 1,0-3,0. Особливо у цьому випадку виділяються види трав'яних рослин родів Urtica L., Carduus L., Rumex L., Trifolium L., Euphorbia L., Angelica L., Galium L., Arctium L. та дерев роду Populus L. Отже, у екосистемах сміттєзвалищ, особливо важлива роль в самоочищенні від сполук цинку та міді належить представникам вище перерахованих родів рослин (як через значну інтенсивність поглинання елемента, так і через високу біомасу цих видів в угрупованнях). Тому, вони можуть бути хорошими біоремедіаторами забруднених територій.

За допомогою однофакторного дисперсійного аналізу нами встановлено залежність вмісту ВМ у рослинному покриві досліджуваних ділянок від відстані до навалів відходів (рис. 1.). Концентрація ВМ була вищою у рослинах на прилеглих до сміттєзвалищ територіях, ніж у тих, що відібрані із віддалених ділянок.



Рис. 1. Результат однофакторного дисперсійного аналізу даних, який демонструє залежність вмісту ВМ у надземних частинах судинних рослин від місця збору (номери ділянок відповідають локалітетам, для яких наведено геоботанічну характеристику).

Отже, сміттєзвалища спричиняють розвиток таких процесів в екосистемах, які призводять до їх біологічної та хімічної деградації. Дані мікробіологічних досліджень дозволили підтвердити цей факт та з'ясувати роль мікроорганізмів у процесах ремедіації екосистем сміттєзвалищ.

Розділ 5. Еколого-біологічні напрямки рекультивації екосистем сміттєзвалищ

Розділ містить 2 підрозділи, у яких розглядаються питання щодо можливості використання мікроорганізмів для біодеструкції, або індикації забруднювачів на полігонах ТПВ та наводяться рекомендації щодо відновлення трансформованих екосистем сміттєзвалищ шляхом фіторемедіації, основні принципи якої розроблені з урахуванням специфічних умов регіону Берег.

Поряд із визначенням фізико-хімічних характеристик основних компонентів біогеоценозу сміттєзвалищ, здійснювали санітарно-гігієнічну оцінку, яка включала мікробіологічний аналіз зразків поверхневого шару ґрунту, повітря, проточних водойм та поверхні окремих представників евритопних рудеральних видів рослин: кропиви (Urtica sp.), лопуха (Arctium lappa L.), підмаренника (Gallium sp.), будяка (Carduus sp.), а також аналіз ензиматичної активності ґрунтів. Мікробіологічний аналіз разом із результатами визначення ферментної активності грунтів дозволив виявити цілий ряд негативних тенденцій прогресуючої трансформації екосистем сміттєзвалищ. Найбільшими порушеннями із усіх обстежених характеризуються екосистеми сміттєзвалища Берегшурань та полігону ТПВ Геленєш, які розміщені на території Угорщини. Перша відрізняється високою персистенцією патогенних та умовно-патогенних мікроорганізмів родів Aeromonas, Proteus, Klebsiella, Enterobacter та Escherichia в усіх досліджуваних пробах, друга - найнижчими значеннями ферментної активності грунту за всіма досліджуваними групами ензимів у порівнянні з іншми екосистемами. Низький рівень активності ферментів можна пояснити надмірним ущільненням відходів при складуванні на полігоні, що ускладнює діяльність аеробних систем грунту, отже уповільнює процеси його самоочищення.

Слід відзначити, що серед числа типових епіфітних мікроорганізмів рудеральних рослин сміттєзвалищ відмічено домінування представників виду Erwinia herbicola. Однак, у найбільш засмічених побутовими відходами біотопах склад епіфітних угруповань мікроорганізмів рослин порушується за рахунок появи у значних кількостях представників видів Escherichia coli та Pseudomonas aeruginosa, що свідчить про високу імовірність інфікування населення, яке проживає на прилеглих до сміттєзвалища територіях.

Кластерний аналіз даних, одержаних внаслідок вивчення мікрофлори вод дериваційних каналів та ґрунтів сміттєзвалищ, дозволив із статистичною достовірністю встановити ступінь схожості досліджуваних екосистем. За чисельністю та складом мікробіоценозу ґрунту не значною мірою відрізняються між собою екосистеми контрольних ділянок, сміттєзвалищ с. Мужієво, с. В. Бігань та полігону ТПВ с. Геленєш (рис. 2).



Рис. 2. Кластерний аналіз даних дослідження мікрофлори ґрунту екосистем сміттєзвалищ регіону Берег: А) дистанційний зв'язок; Б) послідовність об'єднання даних.

Ґрунт сміттєзвалища Берегшурань, в межах якого розміщений несанкціонований смітник, куди й сьогодні зливають рідкі фекальні відходи, відрізняся високою насиченістю бактеріями родини Enterobacteriaceae (3,2105 КУО / г ґрунту). Саме наявність у значних кількостях у складі мікрофлори ґрунту представників цієї родини бактерій виділяє дану екосистему в окремий кластер.

У результаті досліджень активності ґрунтових ферментів (целюлаз, фосфатаз, інвертаз та дегідрогеназ), як чутливих до змін у навколишньому середовищі сполук біогенного походження, встановлено, що ТПВ пригнічують діяльність целюлаз, фосфатаз та інвертаз. Рівень їх активності у ґрунтах сміттєзвалищ залежить від загального числа аеробних хемоорганотрофних бактерій ґрунту, структури фітоценозу, хімічного складу відходів, наявності у ґрунті азот- та фосфор-вмісних речовин, розчинних сполук важких металів.

В цілому, застосування мікробіологічних та біохімічних методів моніторингу для оцінки стану техногенно-забруднених екосистем дає задовільні результати і є придатним для первинної біоіндікації стану територій сміттєзвалищ.

Таким чином, комплексний характер негативного впливу сміттєзвалищ на навколишнє природне середовище вимагає реалізації відповідних системних заходів для його попередження. Зокрема, при організації сміттєзвалищ необхідно: 1) вводити в експлуатацію сміттєпереробні заводи з наступною утилізацією побутових відходів, що передбачає, насамперед, обов'язковий роздільний збір побутового сміття; 2) використовувати під сміттєзвалища лише місця із водонепроникними глинистими ґрунтами та без водойм у зоні біогенної міграції полютантів. Не бажаним є попереднє ущільнення побутового сміття. Необхідним є його пересипання ґрунтом для попередження розвитку анаеробних процесів, встановлення газовідводів (для видалення звалищного газу), здійснення штучного підлуження (вапнування) ґрунтів, що сповільнило б процеси біогенної міграції ВМ; 3) забезпечувати повну ізоляцію полігонів ТПВ, що зменшило б можливість залучення ВМ, які накопичуються в рослинах та водних об'єктах сміттєзвалищ, у трофічні ланцюги живлення; 4) враховувати топографічні фактори при організації полігонів побутових відходів, зокрема, не допускати їх утворення на схилах.

З метою зменшення та нівелювання наслідків захоронення ТПВ на території сміттєзвалищ нами рекомендовано застосовувати фіторекультиваційні заходи, які ґрунтуються на методах:
1) фітоекстракції з використанням рослин родів Urtica L., Angelica L., Carduus L., Cirsium L., дерев виду Populus nigra L.; 2) фітостабілізації за рахунок насадження деревних рослин родів Crataegus L., Malus L., Quercus L. та видів Rosa canina L., Populus tremula L., Rhamnus frangula L., Pyrus communis L.

Висновки

У дисертації наведено теоретичне узагальнення та практичне вирішення проблеми впливу полігонів твердих побутових відходів на стан екосистем (на прикладі транскордонного регіону Берег). Проаналізовано вплив найбільш токсичних продуктів розпаду ТПВ на структуру фіто- та мікробного ценозів екосистем сміттєзвалищ, науково обґрунтовано перспективність і доцільність використання методу фіторемедіації для відновлення ґрунтів сміттєзвалищ.

1. Встановлено, що причиною розвитку вторинних сукцесій в екосистемах сміттєзвалищ регіону Берег є продукти розкладу твердих побутових відходів, які призводять до порушення складу та чисельності природних угруповань рослин і мікроорганізмів, зниження активності ґрунтових ензимів. Трансформація ґрунтів сміттєзвалищ полягає у дисбалансі катіонно-аніонного обміну, їх закисленні, накопиченні нітритів, прискореному вимиванні сполук важких металів та фосфору.

2. Доведено, що тверді побутові відходи змінюють стан поверхневих вод на території сміттєзвалищ. Причиною є інтенсивна міграція токсичних сполук з полігонів у водні об'єкти. Так, вміст важких металів у водах дериваційних каналів перевищував значення ГДКВР для Сu2+ - до 20 разів, Сd2+ - до 3,6 разів, Zn2+ - до 1,5 разів в той час, як у ґрунтах сміттєзвалищ був нижчим у порівнянні із контрольними ділянками у 1,6; 1,8, та 1,3 рази відповідно. Внаслідок високого вмісту сірководню у водах важкі метали у вигляді сульфідів накопичуються у донних відкладах водойм.

3. Встановлено, що зміни хімічного складу ґрунтів в екосистемах сміттєзвалищ регіону Берег обумовлюють зміни у структурі рослинних угруповань, зокрема в них з'являються і стають домінуючими рудеральні види рослин - Urctica L., Gallium L., Arctium L., Carduus L. Доведено, що вони здатні до інтенсивного накопичення сполук ВМ (Кб>1), отже залучають їх у малий колообіг хімічних елементів.

4. Забруднення ґрунтів та поверхневих вод сміттєзвалищ призводить до змін у якісному та кількісному складі їх мікробних угруповань. Виявлено, що серед представників мікробіоценозу найбільш забруднених екосистем сміттєзвалищ переважають мікроорганізми родини Enterobacteriaceae. Серед числа типових епіфітних мікроорганізмів рудеральних рослин окрім представників виду Erwinia herbicola з високою частотою зустрічаються представники умовно-патогенних видів Escherichia coli та Pseudomonas aeruginosa.

5. Кореляційний аналіз результатів досліджень ґрунтів сміттєзвалищ засвідчив, що дегідрогеназна активність залежить від сумарної кількості хемоорганотрофних мікроорганізмів у ґрунті та вмісту у ньому нітратів (r=0,7), а інтенсивність розщеплення клітковини та сполук, що містять фосфатну групу, суттєво пов'язана прямим кореляційним зв'язком із вмістом фосфатів та розчинних сполук міді (r=0,74-0,83). Активність інвертаз ґрунтів сміттєзвалищ певною мірою залежить від вмісту іонів амонію (r=0,6).

6. Встановлено, що концентрування відходів на поверхні ґрунту призводить до інгібування його ензиматичної активності, а отже пригнічуються аеробні біологічні системи ґрунту. Тому рекомендовано при експлуатації сміттєзвалищ пересипати та змішувати тверді побутові відходи із ґрунтом із метою інтенсифікації аеробного самоочищення екосистем сміттєзвалищ.

7. На основі комплексного вивчення особливостей впливу сміттєзвалищ на стан екосистем регіону Берег запропоновано місцевий план дій для їх збереження та відновлення, який полягає у використанні з метою фіторемедіації: 1) методу фітоекстракції (за допомогою рослин родів Urtica L., Angelica L., Carduus L., Cirsium L. та дерев виду Populus nigra L.); 2) методу фітостабілізації із насадженням рослин родів Crataegus L., Malus L., Quercus L., видів Rosa canina L., Populus tremula L., Rhamnus frangula L., Pyrus communis L.

Список основних наукових праць, опублікованих за темою дисертації

1. Забруднювачі та їх впливи на екологічно вразливі екосистеми Верхнього Потисся / [Н. Бойко, Ш. Балажі, Ю.-Л. Голас, Г. Коваль, Н. Ковальчук, В. Козловський, А. Колесник, О. Колесник, О. Легань, Н. Романюк, С. Сухарєв, М.-Д. Тод., І. Чонка, С. Чундак, Л. Шимон]; під ред. Н. Бойко, Ш. Балажі. - Ужгород-Ніредьгаза, Bessenyei Gyцrgy, 2008. - 380 с. (Дисертант самостійно здійснив відбір зразків та виконав усі аналітичні роботи, які стосувалися хімічних, біохімічних та бактеріологічних досліджень ґрунту, води, повітря та рослин, інтерпретував результати, підготував до друку рукопис відповідних розділів монографії).

2. Чонка І. І. Ферментна активність ґрунтів за умов накопичення на їх поверхні побутового сміття / І. І. Чонка, С. М. Сухарєв, С. Ю. Чундак, Н. В. Бойко // Науковий вісник УжНУ. Серія: Хімія. - 2007. - Вип. 18. - С. 220-225. (Дисертант самостійно виконав всі експерименти, проаналізував результати, сформулював основні висновки, підготував до друку рукопис статті).

3. Чонка І. І. Ферментна активність забруднених важкими металами ґрунтів Закарпатської області / І. І. Чонка, С. Ю. Чундак, В. П. Стефурак, Н. В. Бойко // Наукові записки ТНПУ ім. В. Гнатюка. Серія: Біологія. - 2008. - № 4 (38). - С. 108-116. (Автором дисертації здійснено аналіз результатів власних досліджень, що стосувалися вивчення стану ґрунтів заплавних екосистем Верхнього Потисся).

4. Чонка І. І. Особливості вирішення проблеми відходів в умовах Закарпатської області / І. І. Чонка , С. Ю. Чундак, О. В. Рубець // Вісник Харківського нац. ун-ту ім. В. Н. Каразіна. Серія: Екологія. - 2010. - Вип. 5., №893. - С. 77-82. (Дисертант самостійно провів аналіз сучасних методів вирішення проблеми відходів, здійснив ряд математичних розрахунків щодо можливості використання газозбірних установок в умовах полігонів ТПВ Закарпаття).

5. Halбsz J. L. Microorganism and enzyme activities in the soil of landfill sites of Bereg county / J. L. Halбsz , I. I. Chonka , M. D. Tуth [et al.] // Archives of Agronomy and Soil Science. - 2008. - V. 54., N.5. - P. 465-479. (Дисертантом проведено відбір проб ґрунтів, вод та повітря сміттєзвалищ, визначено основні біохімічні та мікробіологічні параметри їх якості, проаналізовано результати).

6. Boyko N. A talaj szennyezхdйse a Felsх-Tisza-vidйken: a mikroorganizmusok szerepe a szennyezхdйsek bioindikбciуjбban йs a homeosztбzis szabбlyozбsбban / N. Boyko, I. Chonka, H. Koval [et al.] // Talajvйdelem: Save Our Soils: Talajtani Vбndorgyыlйs, 28-29 mбjus 2008.: Kьlцnszбm - Nyiregyhбza, 2008. - P. 209-216. (Дисертантом проведено ряд мікробіологічних досліджень, визначено бактерії-біоіндикатори забруднення, проведено комплексний аналіз результатів).

7. Balazsy S. Microbiological monitoring of landfills in the Bereg region / S. Balazsy, J. Halasz, I. Chonka [et al.] // Acta Microbiologica et Immunologica Hungarica: ABSTRACTS of the Annual Meeting of the Hungarian Society for Microbiology. October 18-20, 2006, Keszthely (Hungary) - 2006. - V. 53. - P. 242-243.

8. Сухарев С. М. Розробка та апробація методик моніторингу вмісту важких металів в об'єктах навколишнього природного середовища / С. М. Сухарев, О. Ю. Сухарева, С. Ю. Чундак, Т. С. Ривак, Н. В. Бойко, І. І. Чонка // І Всеукраїнський з'їзд екологів: Міжнародна науково-практична конференція, 4-7 жовт. 2006 р.: тези доп. - Вінниця, 2006. - С. 64.

9. Chonka I.I. Microbiological and biochemical evaluation of disposal tip ecosystems / I. I. Chonka, S. M. Sukharev, S. Y. Chundak, N. V. Boiko // Biodiversity. Ecology. Adaptation. Evolution: III International Young scientists conference, dedicated to 100 anniversary from birth of famous Ukrainian lichenologist Maria Makarevych, 15-18 May 2007. - Odesa, 2007. - Р. 273.

10. Чонка І. І. Оцінка інтенсивності процесів трансформації органічної частини ґрунтів зі звалищ твердих побутових відходів на основі показників ферментної активності / І. І. Чонка // Екологія. Людина. Суспільство: ХІ Міжнародна науково-практична конф. студентів, аспірантів та молодих вчених, 13-18 трав. 2008 р.: збірка тез. - К., 2008. - C. 235.

11. Чонка І. І. Епіфітна мікрофлора рудеральних рослин, що зростають на полігонах твердих побутових відходів / І. І. Чонка // ХІІ з'їзд Товариства мікробіологів України ім. С. М. Виноградського, 24-30 трав. 2009 р.: тези доп. - Ужгород, 2009. - С. 140.

Анотація

Чонка І. І. Екологічні особливості впливу сміттєзвалищ на стан екосистем транскордонного регіону Берег. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.16 - екологія. - Інститут агроекології і економіки природокористування НААН. - Київ, 2011.

Дисертація присвячена вивченню проблеми впливу полігонів твердих побутових відходів на стан екосистем (на прикладі транскордонного регіону Берег). Проаналізовано вплив найбільш токсичних продуктів розпаду ТПВ на структуру фіто- та мікробного ценозів екосистем сміттєзвалищ, науково обґрунтовано перспективність і доцільність використання методу фіторемедіації для відновлення ґрунтів сміттєзвалищ.

Системні дослідження проведені впродовж 2005-2006 років. Вони включали: 1) визначення вмісту хімічних токсикантів у ґрунті та водоймах сміттєзвалищ; 2) складу фітоценологічних комплексів; 3) мікробоценозу ґрунтів, водойм та повітря; 4) біохімічної активності ґрунтів і
5) чисельності епіфітних мікроорганізмів рослин.

На основі комплексної екологічної оцінки вперше встановлено ообливості впливу типових токсикантів полігонів ТПВ на компоненти екосистем, розміщених у заплавах верхнього басейну р. Тиса у регіоні Берег: ґрунтові ензими, мікробні угруповання та фітоценози.

Вперше для екосистем заплави р. Тиса запропоновано нові напрямки фіторекультиваційних заходів, які придатні для використання з метою відновлення порушених екосистем сміттєзвалищ. Набули подальшого розвитку наукові підходи до збереження цілісності унікальних екосистем заплави р. Тиса, раціонального природокористування і способів відтворення довкілля.

Ключові слова: тверді побутові відходи, сміттєзвалища, полігони, важкі метали, ферментна активність ґрунтів, фіторемедіація.

Аннотация

Чонка И. И. Экологические особенности влияния мусоросвалок на состояние экосистем трансграничного региона Бэрэг. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.16 - экология. - Институт агроэкологии и экономики природопользования НААН Украины. - Киев, 2011.

Диссертация посвящена изучению проблемы влияния твердых бытовых отходов на состояние экосистем (на примере трансграничного региона Бэрэг). Системные исследования проведены в течение 2005-2006 годов. Они включали определение: 1) содержания химических токсикантов в почве и водоемах мусоросвалок; 2) состава фитоценологических комплексов;
3) микробиоценоза почв, водоемов и воздуха; 4) биохимической активности почв и 5) численности эпифитных микроорганизмов растений.

Впервые установлено влияние типичных токсикантов полигонов твердых бытовых отходов на компоненты экосистем: почвенные энзимы, микробные ассоциации и фитоценозы. Техногенная трансформация экосистем мусоросвалок возникает в результате дисбаланса катионно-анионного обмена почв, их закисления, ускоренного вымывания соединений тяжелых металлов и фосфора, накопления нитратов. Все это приводит к интенсификации в эдафотопах мусоросвалок восстановительных процессов и их преобладания над окислительными, что является опасным как для состояния окружающей среды в целом, так и для здоровья человека в частности. Доказано наличие значительного деструктивного влияния токсических веществ, которые образуются в процессе расщепления твердых бытовых отходов, на качество поверхностных вод мусоросвалок. Содержание соединений меди, свинца, цинка и кадмия в почвах свалок ниже, чем в почвах контрольных участков, что вызвано миграцией этих соединений в водные объекты, где их накопление приводит к образованию трудно растворимых сульфидов.

Особенности геохимического состава почв свалок региона исследований предопределяют необратимость изменений, которые возникают в структуре растительных ассоциаций. Здесь появляются рудеральные виды растений, которые становятся доминирующими. Они способны к быстрому накоплению соединений тяжелых металлов, тем самым завлекая их в малый круговорот химических элементов.

Загрязнение почв и поверхностных вод мусоросвалок приводит к необратимым изменениям в качественном и количественном составе микрофлоры окружающей среды. Среди представителей микробиоценоза наиболее загрязненных экосистем мусоросвалок преобладают условно-патогенные микроорганизмы семейства Enterobacteriaceae, не характерные для контрольных участков. Среди числа эпифитних микроорганизмов рудеральных растений свалок, кроме типичных бактерий Erwinia herbicola, с высокой частотой определяются представители условно патогенной микрофлоры Escherichia coli и Pseudomonas aeruginosa. Установлено, что твердые бытовые отходы обусловливают существенное снижение активности целлюлаз, фосфатаз и инвертаз в почвах свалок.

На основе проведенных исследований, впервые для притисянских заводей предложено новые эколого-биологические направления фитомелиоративного процесса, пригодных для использования с целью восстановления загрязненных экосистем мусоросвалок. Они должны включать: 1) метод фитоэкстракции (с помощью растений родов Urtica L., Angelica L., Carduus L., Cirsium L. и деревьев вида Populus nigra L.); 2) метод фитостабилизации с насаждением растений родов Crataegus L., Malus L., Quercus L., видов Rosa canina L., Populus tremula L., Rhamnus frangula L., Pyrus communis L. Научно обоснованы подходы к сохранению уникальной целостности пойменных притисянских экосистем, в частности к рациональному использованию природо-возобновляющих технологий.

Ключевые слова: твердые бытовые отходы, мусоросвалки, полигоны, тяжелые металлы, ферментная активность, фиторемедиация.

Annotation

Chonka I. I. Ecological features of influence of damping sites on the condition of trans-border Bereg region ecosystems. - Manuscript.

Thesis for a PhD degree (biology), speciality 03.00.16 - Ecology. - The Institute of Agroecology and Economy of natureexploit of NAAN. - Kyiv, 2011.

Dissertation is devoted the study of problem of influence of hard domestic wastes on the condition of ecosystems (on the example of trans-border Bereg region). Influence of the most toxic products of disintegration of hard domestic wastes is analyzed on a structure phyto- and microbial cenosiss of damping sites ecosystems. Perspective and expedience of the use of method of phytoremediation for proceeding in soils of damping sites was grounded.

The chemical and biological particularities of the most effective and suitable for the soil treatment method of phytoremediation have been characterized and the practical implementation has been proved.

In the first time is set up the influence of typical dump polluters on the components of ecosystems: soil enzymes, microbial community and phytocenose.

In the first time for the Upper Tysza sites ecological directions of phytomeliorations process are offered, proper for the use with the purpose of proceeding in polluted ecosystems dumps. Scientifically grounded methods of approach to proceeding in unique integrity of polluted ecosystems, in particular to the rational use of natural rehabilitate technologies.

Keywords: solid municipal waste, dump, range, heavy metals, enzymatic activity of soil, phytoremediation.

Размещено на Allbest.ru

...