Анализ состояния почв сельскохозяйственного назначения вокруг полигона твердых бытовых отходов

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХНАУ им. В.В. Докучаева

Анализ состояния почв сельскохозяйственного назначения вокруг полигона твердых бытовых отходов

УДК 687,12:45

И.Н. Бузина

Харьков, Украина

Введение

Актуальность проблемы. Важным вопросом современности является рациональное и экологобезопасное использование земель в условиях техногенной нагрузки на естественные агроландшафты, в частности уменьшение нарастающего загрязнения тяжелыми металлами. Решение данного вопроса в значительной мере зависит от изучения закономерностей распространения полютантов в ландшафтах. Характер деятельности человечества отражается в изменении структуры и свойств почвенного покрова, в динамике плодородия и агроэкологического состояния почв. Изучения особенностей этих изменений, их формализация и разработка мероприятий предотвращения негативных последствий ведения хозяйства и улучшения состояния агроландшафтов очень необходимы при выборе эффективных путей его рационального использования.

Мусорки и отходы производства являются основными загрязнителями окружающей среды и источниками распространения тяжелых металлов в системе «почва - растение», а дальше с употреблением сельскохозяйственной продукции к организму человека.

Еще одним источником распространения опасных веществ в экосистему являются автодороги. Земли, расположенные вдоль автодорог, в значительной мере загрязнены свинцом, а с продуктами сгорания дизельного топлива, смазочными материалами в окружающую среду поступает кадмий и цинк.

Наиболее загрязнены почвы на расстоянии 7-10 м от автодороги, а в зоне 30-80 м отмечается снижение урожайности и резкое ухудшение качества сельскохозяйственной продукции.

В последнее время в мировой практике охраны окружающей естественной среды активно развиваются экономически эффективные и экологически безопасные технологии очистки почв, которые базируются на естественной физиологичной способности растений снижать содержание ксенобиотиков в почве путем их аккумуляции и разрушения. На современном этапе исследованы свойства некоторых культурных и дикорастущих видов растений и длится поиск других видов растений, способных накапливать или раскладывать тяжелые металлы. Работами отечественных и зарубежных ученых уже показаны перспективы применения фиторемедиационных технологий для возобновления почв, загрязненных металлами, радионуклидами и ядовитыми органическими соединениями.

Поэтому и в дальнейшем существует необходимость поиска стойких к фитотоксическому действию почвы растений и исследования их фиторемедиационной возможности в определенных конкретных условиях среды.

Следовательно, для прекращения поступления полютантов в трофические цепи, сельскохозяйственную продукцию и пищевые продукты населения существует необходимость разработки мероприятий ремедиации с использованием толерантных к токсичному влиянию видов растений, что определяет актуальность проведенных исследований.

Материалы и методы исследований. Для исследований были выбраны земли учебно-опытного хозяйства ХНАУ им. В.В. Докучаева сельскохозяйственного назначения вокруг частного предприятия «Перерабатывающий завод», где были отобраны образцы почвы из верхнего плодородного слоя и определенно содержание подвижных форм тяжелых металлов по методу атомно-абсорбционной спектрометрии.

Образцы почв отбирались в четырех направлениях от мусорки: северо-восточному, юго-западному, северо-западному и юго-восточному, методом конверта (средняя проба содержит не меньше чем пять точечных проб, которые взяты из одного пробного участка). Глубина взятия проб 0-20 см и 20-40 см. В отобранных образцах определяли содержание подвижных форм следующих тяжелых металлов: железо, марганец, цынк, медь, никель, свинец, хром и кадмий.

Во время работы над данным исследованием были использованы основные научные методы:

аналитический;

экономико-математический.

Информационную базу исследования составляют публикации, монографии, научные исследования известных современных ученых на заданную тематику.

Результаты исследований и их обсуждение

Существенная часть загрязненных земель, находится в сельскохозяйственном использовании. Такие участки могут стать источниками загрязнения пищевых продуктов и последующего распространения токсичных веществ в окружающей среде. Растения играют решающую роль в загрязнении трофических цепей через первичное нагромождение к поступлению в организм животного или человека [5].

При высокой степени загрязнения почв проходит не только процесс изменения и перестройки соотношения микроорганизмов, которое очень сильно отличается от незагрязненного, но и изменение некоторых химических и физических свойств почвы.

До тех пор, пока тяжелые металлы крепко связаны с составными частями почвы и труднодоступные, их негативное влияние на почву и окружающую среду будет незначительным. Однако, если почвенные условия позволяют перейти тяжелым металлам в грунтовый раствор, появляется прямая угроза загрязнения почв, возникает возможность их проникновения в растения, а также в организмы людей и животных, которые потребляют эти растения.

Кроме того, тяжелые металлы могут быть загрязнителями растений и водоемов в результате использования илу стоковых вод. Угроза загрязнения почв и растений зависит: от вида растений, форм химических соединений в почве, наличия элементов, которые противодействуют влиянию тяжелых металлов и веществ, которые образуют с ними комплексные соединения, адсорбции и десорбции, количества доступных форм этих металлов в почве и грунтово-климатических условий. Следовательно, негативное влияние тяжелых металлов зависит, в сущности, от их подвижности, то есть, растворимости.

Решение проблемы биологической активности почвы предвидит выдачу оперативной информации о степени загрязнения почв, которую можно условно разделить на три категории - низкую, среднюю и высокую. Низкая степень загрязнения характеризуется тем, что содержание тяжелых металлов в почве отличается от незагрязненного и его можно определить химическим методом, но при этом уровне загрязнения почва, за счет буферных свойств, не изменяет свои физические и химические показатели.

При средней степени загрязнения содержание тяжелых металлов влияет только на почвенную биоту. В почве начинаются процессы перераспределения разных групп микроорганизмов и их адаптация к условиям загрязнения. экологобезопасный техногенный почва

Вместе с тем, как и при низком уровне загрязнения, процесс накопления тяжелых металлов не изменяет основные свойства почвы, которые влияют на плодородие.

При высокой степени загрязнения почв проходит не только процесс изменения и перестройки соотношения микроорганизмов, которое очень сильно отличается от не загрязненного, но и изменение некоторых химических и физических свойств почвы [4].

Полученные результаты дали возможность сделать выводы, что накопление элементов происходит в зонах снижения рельефа местности за счет стока поверхностных и почвенных вод, опаснейшим из них является свинец, кадмий, хром, никель, концентрации которых превышают ПДК до 5 раз, или находятся на грани превышения (Табл.1).

Таблица 1 Содержание тяжелых металлов в исследуемых почвах

Также, наивысшие концентрации содержания тяжелых металлов были обнаружены на северо-восточном склоне, что могло быть предопределено расположением автотрассы на расстоянии 400-500 м от места взятия проб, а также наибольшей крутизной склона в данном направлении.

Исследование относительно влияния положения участка на разных элементах рельефа и экспозициях на свойстве почв до настоящего времени имеют ограниченный характер. Как показывает анализ литературных источников, на современном этапе зависимость разных свойств почвы, и в том числе его химического состава, от географических факторов на уровне элементарных ландшафтов удается установить лишь на уровне тенденций, потому что сложный комплекс факторов, и их неоднозначное проявление в каждых конкретных условиях создает очень пеструю картину, в которой можно выделить лишь наиболее общие закономерности. Основными из них могут быть:

- неоднородность микроклиматических условий на разных участках, то есть режиму увлажнения, температурного, ветрового режимов и тому подобное, которые в свою очередь определяются экспозицией склона;

- разногласием в интенсивности и направлении эрозийных процессов;

- разной интенсивностью биогенной аккумуляции элементов [1].

Статистическая обработка полученных результатов имела целью обнаружить зависимость между содержанием тяжелых металлов и рядом показателей, которые могли влиять на их накопление: расстояние к мусорке, расстояние к автотрассе, глубина пробы, крутизна склона и средняя высота точки отбора над уровнем моря.

В результате проведенных исследований было проведено ранжирование факторов (характеристик проб почвы) для показателей содержания в почве железа, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, хрома и кадмия. На первом месте оказалась высота точки отбора проб почвы, на втором - расстояние к мусорке, на третьем - расстояние к дороге, на четвертом - крутизна склона, а на пятом - глубина отбора проб (Табл. 2).

Таким образом, можно сделать выводы, что распространение тяжелых металлов на исследуемой территории главным образом зависит от высоты рельефа территории. То есть, с понижением рельефа происходит смыв и вынос с грунтовыми водами мелкозема, в котором находятся металлосодержащие вещества на сельскохозяйственные поля и прилегающие территории, а именно: водные объекты, которые используются местными жителями для купания и рыбной ловли, естественные источники, где постоянно наблюдается забор питьевой воды.

На основании полученных данных эмпирически можно сделать следующие выводы о характере поведения тяжелых металлов в почвах исследуемого полигона: их можно разделить на две разных группы. К первой группе можно отнести медь, никель, хром, кадмий. Их содержание в почве слабо изменяется с глубиной и почти не зависит от ландшафтного положения точки. Аккумуляция в гумусовом горизонте выражена слабо.

Ко второй группе принадлежат железо, марганец, цинк и свинец. Эти элементы аккумулируются главным образом в гумусовом горизонте, который может быть связан с низким содержанием гумуса почв полигона [1].

Таблица 2 Ранжирование факторов (характеристик образцов почвы)

В результате такого состояния почв урожайность с/г культур может быть ниже обычной более чем на 10%, что свидетельствует о загрязнении почвы, то есть содержание химических элементов достигает токсичной концентрации. При этом микроэлементы и тяжелые металлы проявляют хотя и разное, но токсичное действие на растения. Однако отождествлять их не можно, потому что микроэлементы (цинк, медь, кобальт и другие) в небольших дозах нужны растениям, а потребность растений в тяжелых металлах (свинец, кадмий и другие) окончательно не установлена [5]. Оценка состояния территории приведена в таблице 3.

Таблица 3 Оценка загрязнения почв тяжелыми металлами

Эти элементы попадают в организм человека тремя путями:

1.через атмосферный воздух с токсичной пылью

2.через пищевые продукты

3.через питьевую воду

но могут повлечь отравление организма, тяжелые заболевания жизненно важных органов и даже составляют потенциальную генетическую опасность.

Почвенный покров не только аккумулирует компоненты загрязнений, но и выступает естественным буфером, который существенно снижает токсичное действие тяжелых металлов и регулирует поступление химических элементов в растения и, как следствие, в организм животных и человека. В отличие от атмосферы и гидросферы, где наблюдаются процессы периодической самоочистки от тяжелых металлов, почва практически не имеет такую способность к самоочистке. Метали, что накапливаются в почвах, выводятся из него крайне медленно лишь при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии и дефляции. В этой связи разработка агротехнических мероприятий, которые снижают поступление тяжелых металлов в сельскохозяйственные растения, добывает большое агроэкологическое значение.

Есть две альтернативы обращения с такими землями: консервирование или очистка. Захоронение, выкапывание и исключение, а также существующие физические и химические технологии требуют значительных финансовых расходов, уничтожают структуру или изменяют свойства почвы, уменьшают его плодородие. Микробиологические методы возобновления загрязненных территорий, как правило, предусматривают предыдущее исключение значительных объемов почвы.

Загрязненные территории нуждаются в жизнеспособном растительном покрове с целью ограничения миграции, предотвращения загрязнения прилегающих сельскохозяйственных угодий и прямого влияния на соседние поселения. В наше время дикорастущие и культурные виды растений способны не только противостоять патогенным организмам и паразитам, но и приспосабливаться к присутствию целого ряда ксенобиотиков в постоянно растущих концентрациях.

Фитотехнологии предлагают эффективные инструменты и экологически привлекательные решения относительно возобновления почв и вод, загрязненных металлами, радионуклидами, пестицидами и другими органическими соединениями, получения экологически безопасной продукции и развития восстанавливаемых источников энергии. Использование растений для возобновления загрязненных земельных участков становится важным для устойчивого развития землепользования и является более экологически совместимым и дешевым методом в сравнении с физико-химическими и техническими приемами, даже, когда период времени, необходимый для достижения конечного результата, может стать лимитирующим фактором. Современные фитотехнологии дают возможность получать относительно чистую сельхозпродукцию на загрязненных землях, ограничивать горизонтальную и латеральную миграцию лабильных форм токсикантов благодаря их концентрированию в растениях и осуществлять очистку загрязненных объектов окружающей среды. Концепция применения растений для очистки и возобновления почв используется свыше 300 лет и имеет такие преимущества как предотвращение вымывания загрязняющих веществ, уменьшения риска незащищенности почвы и деструктивного влияния на него, обеспечение контроля над эрозийными процессами, содействие сохранению биомногообразия, меньшие денежные затраты и объемы вторичных отходов и тому подобное. Использование растений, которые способны к гипераккумуляции полютантов, длится последние 15-20 лет и является перспективным звеном в процессе возобновления экологического равновесия на планете [7].

Эффективность разработки. Интенсивность поглощения разных химических элементов растениями очень разнообразная. Растения разных видов склонны к выборочному поглощению разных металлов. Как известно, элементы, которые наиболее эффективно поглощаются металлами это цинк, медь, никель и марганец. Поэтому именно содержание этих элементов необходимо контролировать и снижать их уровень в экосистеме.

Ситуация, которую показали полученные нами результаты не является критической, что было обеспеченно сбалансированным использованием и почвозащитными технологиями. Но опираясь на многолетний опыт и результаты исследования других территорий, необходимо приложить максимум усилий, чтобы не допустить ухудшения естественного состояния территории к неудовлетворительному уровню. Для этого необходимо разработать и обеспечить выполнение ряда мероприятий с помощью фитотехнологий, исследовать, какие культурные растения обеспечат улучшение состояния почв и не будут накапливать вредные вещества в своих потребляемых частях, а также создать экологические карты территории для наблюдения и моделирования перспектив состояния вокруг мусорок.

Использованные источники

1. Ачасова А.О. Ґрунтово-екологічні умови формування просторової неоднорідності вмісту важких металів у ґрунтах Лівобережного Лісостепу України: дис. ... канд. с.-г. наук: 03.00.18 / Алла Олександрівана Ачасова. - Х., 2003. - 262 с.

2. Булигін С.Ю. Оцінка і прогноз якості земель / С.Ю. Булигін, А.В. Барвінський, А.О. Ачасова. - Х.: ХНАУ, 2006. - 262 с.

3. Голець Н.Ю. Дослідження властивостей про фільтраційного екрана полігону твердих відходів: стаття / Голець Н.Ю., Мальований М.С., Малик Ю.О. - Вісник НАУ. 2009. №3;

4. Малиш Н. Важкі метали у грунтах: стаття / Н. Малиш. - Вісник НАУ. 2009. с. 67-71.

5. Мітрясова О.П. Хімічні основи екології: навч. посібник / О.П. Мітрясова. - К.; Ірпінь: Перун, 1999. - 192 с.

6. Огляд результативності природоохоронної діяльності: Україна // Серія оглядів результативності природоохоронної діяльності: публікації Організації Об'єднаних Націй. - Нью-Йорк; Женева, 2000. - №6. - 132 с.

7. Петришина В.А. Агроекологічне обґрунтування фіторемедіаційної спроможності дикорослих видів рослин: дис. … канд. с.-г. наук: 03.00.16 / Віталіна Анатоліївна Петришина. - К., 2009. - 143 с.

8. Рідей Н.М. Охорона земель та стале землекористування: наук.-метод. посіб. - Рідей Н.М., Тонха О.Л., Шофолов Д.Л. - Луганськ: ТОВ ПРОГТЕХСНАБ, 2009. - 250с.

Размещено на Allbest.ru