Дослідження впливу техногенно порушених земель від звалищами тпв на показники ґрунту агроценозів

Mathematicalprocessing of experimental data was performed using correlation and regression analysis. The calculation of statistical indicators and the correlation between the studied parameters was performed according to generally accepted methods using the computer program MS Excel. The reliability of the calculated parameters was determined using Student's t-test at a significance level of 0.05. забруднений ґрунт фітотоксичний ефект

Thus, the results of our study allowed us to establish the toxicity of adjacent agrocenoses that fall under the influence of solid waste landfills. This highlights further research on integrated land treatment methods that are man-made from waste disposal sites in order to restore these areas and return them to economic use in the context of environmental and food security of the region and the creation of sustainable agro-ecosystems.

Key words: municipal solid wastes, sphere of waste management, petroleum products, contaminated soil, phytotoxic effect, toxicity.

Постановка проблеми

Поверхневі накопичувані твердих відходів, стічні води полігонів і звалищ відходів створюють екологічну та продовольчу небезпеку та погіршують якість прилеглих агроценозів. Під полігони і звалища відходів відчужуються цінні у сільськогосподарському значенні земельні ресурси, які забруднюють прилеглі сільськогосподарські угіддя та створюють екологічні ризики здоров'ю населення.

Незважаючи на значну кількість попередніх наукових досліджень впливу звалищ ТПВ на довкілля, питання їхнього безпечного функціонування для умов України є надзвичайно актуальним.

Аналіз останніх досліджень і публікацій

У резолюції Генеральної Асамблеї ООН .№ 70/1 від 25 червня 2015 року «Перетворення нашого світу: порядок денний в галузі сталого розвитку на період до 2030 року» [1], одним із головних питань сталого розвитку, які вимагають особливої уваги, визначено погіршення якісних властивостей і зниження рівня родючості ґрунтів внаслідок їх техногенного забруднення та як наслідок - погіршення якості сільськогосподарської продукції. Вплив техногенних чинників на земельні ресурси призводять до порушення сталого функціонування агроекосистем, механізмів відновлення якісних характеристик ґрунтів, створює екологічну та продовольчу небезпеку даних територій.

Навколо місць видалення відходів існує небезпека забруднення навколишнього середовища за рахунок міграції забруднюючих речовин, зокрема важких металів, від фільтратів, що видаляються з тіла звалищ ТПВ, а також при контакті атмосферних опадів з субстратами звалища. Роботами Astel A. [2], Edjabou E. [3], Демидов А. [4], Dalemo S. [5] та ін. показано, що під негативний вплив звалищ ТПВ потрапляють, як суміжні екосистеми, так і екосистеми, що знаходяться на великих відстанях від них завдяки міграції шкідливих речовин із природними водами та повітряними масами. Реальні умови не гарантують захист прилеглих сільськогосподарських угідь від техногенного забруднення, зокрема важкими металами і нафтопродуктами.

Треба відзначити, що якщо ґрунтові умови дозволяють перейти важким металам в ґрунтовий розчин, з'являється пряма небезпека забруднення ґрунтів, виникає ймовірність проникнення їх в рослини, а також в організм людини і тварин, які споживають ці рослини. Небезпека забруднення ґрунтів і рослин залежить: від виду рослин;

форм хімічних сполук в ґрунті; присутності елементів протидіючих впливу важких металів і речовин, що утворюють з ними комплексні з'єднання; від процесів адсорбції і десорбції; кількості доступних форм цих металів в ґрунті і ґрунтово-кліматичних умов. Отже, негативний вплив важких металів залежить, по суті, від їх рухливості, тобто розчинності [6-7].

Важкі метали в основному характеризуються змінною валентністю, низькою розчинністю їх гідрооксидів, високою здатністю утворювати комплексні сполуки і, природно, катіонною здатністю [8]. До факторів, що сприяють утримання важких металів ґрунтом відносяться: обмінна адсорбція поверхні глин і гумусу, формування комплексних сполук з гумусом, адсорбція поверхнева і оклюзування гідратованими оксидами алюмінію, заліза, марганцю тощо, а також формування нерозчинних сполук, особливо при відновленні [9].

Незважаючи на значну кількість попередніх наукових досліджень впливу звалищ ТПВ на довкілля, питання їхнього безпечного функціонування для умов України є надзвичайно актуальним. Тому, постає необхідність у дослідженні впливу техногенно порушених земель під звалищами ТПВ на показники ґрунту агроценозів, з метою їх подальшого відновлення та повернення у сільськогосподарський обіг.

Постановка завдання

Для комплексної оцінки фітотоксичності ґрунту використано метод проростків [10-11]. Під час експерименту з оцінки дії важких металів на ґрунт в якості тест-рослини використовували пшеницю озиму. Фітотоксичність ґрунту визначена за величиною фітотоксичного ефекту за кількістю рослин, що виросли з моменту посіву насіння на 7 і 14 добу, розмірами та масою рослин (наземної і кореневої частини).

Визначення фітотоксичного впливу ґрунтового середовища на ріст і кореневу систему рослин здійснювали на підставі розрахунку за формулою [12-13]:

ФЕ = [(Мо - Мк) /Мо] х 100%,

де Мо - маса або ростові показники рослин із контрольним зразком;

Мк - маса або ростові показники рослин, що досліджується. Всі досліди проведені в чотирикратної повторності.

Важкі метали в ґрунт вносили у вигляді ацетатів цинку і свинцю: (CH₃COO)₂Zn і (CH₃COO)₂Pb в концентраціях 1,5 ГДК, тобто при перерахунку на свинець (II) -9,0 мг / кг, при перерахунку на цинк (II) -34,5 мг / кг [14]. Дані концентрації важких металів відповідають середньому рівню забруднення територій навколо звалищ ТПВ на відстані 50 м.

Дослідження вмісту важких металів (на прикладі свинцю) у рослинах пшениці проводили за методикою ГОСТ 30178-96 [15], які вирощувалися у лабораторних умовах (лабораторія агроекологічного моніторингу ПДАУ), у трьохкратній повторюваності при різних забрудненнях ґрунту.

Дослід проводився за наступною схемою: контрольні зразки (К); зразки, зразки, що містять цинк (Zn); зразки, що містять свинець (Pb); зразки, що містять свинець і цинк (Pb + Zn); зразки, містять свинець, цинк і нафтопродукти (НП+Ме).

Математичну обробку експериментальних даних проводили за допомогою кореляційного та регресійного аналізу. Обчислення статистичних показників і кореляційного зв'язку між досліджуваними параметрами проводили за загальноприйнятими методами з використанням коп'ютерної програми MS Excel. Достовірність розрахованих параметрів визначали за допомогою і-критерію Стьюдента на рівні значимості 0,05.

Виклад основного матеріалу дослідження

процесі проведення експерименту щодо визначення фітотоксичності забрудненого ґрунту оцінювали проростання насіння рослин пшениці озимої (Triticum aestivum), вимірювали висоту і масу наземної частини, а так само довжину і масу коренів рослин. У результаті проведення експерименту було встановлено, що кількість насіння, пророслих на 7 добу вище в порівнянні з контролем в зразках ґрунту, забрудненому свинцем та спільно свинцем і цинком (рисунок 1).

При цьому свинець в досліджуваній концентрації стимулює розвиток рослин, на що вказує негативний фітоефект, який перевищує 20% (фітотоксичний ефект (ФЕ) = -22%) [16]. Нафтопродукти навпаки пригнічують рослини на цій стадії розвитку, ФЕ становить 40% для ґрунту, забрудненого нафтопродуктами і важкими металами. Тобто, найбільше впливає на ріст рослин спільна присутність важких металів і нафтопродуктів.

На висоту наземної частини рослин (рис. 2) найбільший негативний вплив здійснюють нафтопродукти, що виражається максимальним значенням ФЕ=25,6%.

Рис. 1. Вплив нафтопродуктів і важких металів на проростання насіння рослин: а - проростання насіння; б - фітотоксичної ефект

Рис. 2. Вплив нафтопродуктів і важких металів па висоту наземної частини рослин: а - довжина рослин; б - фітотоксичної ефект

Фітотоксичний ефект ґрунту при спільній присутності нафтопродуктів і важких металів досить високий 19%. Цинк і свинець не здійснюють значного впливу на висоту рослин, так як статистично значущої відхилення значень від контрольних не мають.

На довжину коренів рослин всі забруднювачі впливають по різному (рис. 3). Найменше на кореневу систему впливає цинк, ФЕ = 11,8%. Значною фіто- токсичністю володіє ґрунт, забруднений важкими металами і нафтопродуктами (ФЕ = 24,3%).

Рис. 3. Вплив нафтопродуктів і важких металів на довжину коренів рослин: а -довжина коренів, б -фітотоксичної ефект

На масу рослин негативний вплив здійснюють нафтопродукти і цинк (рис. 4). Відповідні значення ФЕ становлять 24% і 20,5%, що вказує на фітотоксичність грунтів з даними видами забруднень. Маса рослин в зразках ґрунту, забруднених свинцем (Pb) і сумішшю металів (Zn+Pb) значних відмінностей від контрольних значень не має.

Рис. 4. Вплив нафтопродуктів і важких металів на масу наземної частини рослин: а - маса; б - фітотоксичної ефект

По масі кореневої системи значний фітотоксичної ефект (22%, 21% і 20%) мають ґрунти, забруднені нафтопродуктами (НП), цинком (Zn) і сумішшю забруднювачів (Ме+НП), рис. 5.

Рис. 5. Вплив нафтопродуктів і важких металів на масу коренів рослин: а - маса коренів; б - фітотоксичної ефект

Свинець в досліджуваній концентрації дає негативний ФЕ = 24%, що говорить про те, що він стимулює ріст коренів рослин. Стимулюючий ефект свинцю при низьких значеннях його концентрації в грунті може бути пов'язаний з активацією метаболізму, клітинного ділення і збільшенням розмірів клітин у відповідь на дію слабкого за величиною стресу [17].

На масу сухої речовини наземної частини рослин найбільший вплив здійснює цинк (Zn) і спільно важкі метали і нафтопродукти (Ме+НП), рис. 6, при цьому значення ФЕ не перевищують 20% і становлять 18 і 19,5% відповідно. Вплив інших забруднювачів є незначним. Значення маси сухої речовини рослин статистично не відрізняються від значень для контрольних зразків.

Рис. 6. Вплив нафтопродуктів і важких металів на масу сухої речовини наземної частини рослин: а - маса рослин; б - фітотоксичної ефект

Досліджувані забруднювачі не здійснювали значного впливу на масу сухої речовини коренів рослин (рис. 7). Фітотоксичний ефект забрудненого ґрунту не перевищив 20% і склав 3,6 ... 17,1%.

Рис. 7. Вплив нафтопродуктів і важких металів на масу сухої речовини коренів рослин: а - суха маса коренів; б - фітотоксичної ефект

Максимальний ФЕ -17,1% спостерігався для зразків, що містять цинк, а найменший 3,6% -для зразків, що містять свинець. Маса сухої речовини коренів рослин статистично не відрізняється від контрольних показників.

Найбільшу частку сухої речовини виявлено в рослинах, які виросли на зразках ґрунту, що містять нафтопродукти, найменша в рослинах, які виросли на ґрунті, що містить свинець (рис. 8). Таким чином, нафтопродукти не дають можливості рослинам поглинати достатню кількість вологи з ґрунту. Це відбувається внаслідок утворення плівок нафтопродуктів на поверхні ґрунту і рослин [18-19].

Проведено дослідження вмісту важких металів (на прикладі свинцю) у рослинах пшениці озимої за методикою ГОСТ 30178-96 [15], які вирощувалися у лабораторних умовах (лабораторія агроекологічного моніторингу ПДАУ), у трьохкрат- ній повторюваності при різних забрудненнях ґрунту (табл. 1).

Таблиця 1

Дослідження впливу важких металів при їх різних концентраціях у ґрунті на кількісні та якісні показники пшениці озимої

Вміст нафтопродуктів у пагонах та коренях рослин не змінювався від контролю при впливі забруднення до 10 ГДК, вплив відбувається на кількісні показники (довжина, маса пагонів та коренів рослин, рис. 2-5).

В цілому, при вмісті нафтопродуктів і важких металів в ґрунті в концентраціях, характерних для забруднених територій навколо звалищ ТПВ, найбільш негативний вплив на рослини надають нафтопродукти. Свинець в основному стимулює ріст і розвиток рослин (до 2 ГДК). Цинк впливає на біомасу рослин, зменшуючи кількість в них вологи. Спільна присутність в грунті важких металів і нафтопродуктів в основному призводить до пригнічення рослин, особливо на ранніх етапах розвитку.

Особливої небезпеки створює асиміляція пагонами і коренями рослин важких металів. Так вміст свинцю у рослинах збільшується на 20% при його вмісті у ґрунті 1,5-2 ГДК. При вмісті свинцю у ґрунті 5 ГДК його концентрація у рослинах збільшується на 40%, а при вмісті свинцю у ґрунті 10 ГДК його концентрація у рослинах збільшується на 150%.

Висновки і пропозиції

За результатами досліджень становлено, що при вмісті нафтопродуктів і важких металів в ґрунті в концентраціях, характерних для забруднених сільськогосподарських земель навколо звалищ ТПВ, найбільш негативний вплив на рослини здійснюють нафтопродукти. Свинець в основному стимулює ріст і розвиток рослин (до 2 ГДК). Цинк впливає на біомасу рослин, зменшуючи кількість в них вологи. Спільна присутність в ґрунті важких металів і нафтопродуктів в основному призводить до пригнічення рослин, особливо на ранніх етапах розвитку.

Особливу небезпеку створює асиміляція пагонами і коренями рослин важких металів. Так вміст свинцю у рослинах збільшується на 20% при його вмісті у ґрунті 1,5-2 ГДК. При вмісті свинцю у ґрунті 5 ГДК його концентрація у рослинах збільшується на 40%, а при вмісті свинцю -10 ГДК його вміст у рослинах збільшується на

Таким чином, результати дослідження в подальшому дозволять встановити токсичність прилеглих агроценозів, що підпадають під вплив звалищ ТПВ. Це актуалізує подальші дослідження щодо комплексних методів очистки земель, які зазнають техногенного впливу від місць видалення відходів з метою відновлення даних територій та повернення їх у господарських обіг у контексті забезпечення екологічної, продовольчої безпеки регіону та створення сталих агроекосистем.

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ:

1. Резолюція 70/1, прийнята Генеральною Асамблеєю Організації Об'єднаних Націй «Перетворення нашого світу: Порядок денний у сфері сталого розвитку на період до 2030 року». URL: https://ips.ligazakon.net/document/MU15167 (дата звернення: 25.03.2022).

2. Astel A. M., Chepanova L., Simeonov V. Soil contamination interpretation by the Use of Monitoring Data Analysis. Water and Air Pollution. 2011. Vol. 216. P. 375-390.

3. Edjabou E., Jensen B., Gцtze R., Pivnenko K., Petersen C., Scheutz C., Astrup F. Municipal solid waste composition: Sampling methodology, statistical analyses, and case study evaluation. Waste Management. 2015. Vol. 36. Р. 12-23.

4. Демидов А.А. Концептуальні основи сталого розвитку порушених природних екосистем. Дніпропетровськ: Свідлер А.Л., 2012. 124 с.

5. Dalemo S., Joensson B. Effects of including nitrogen emissions from soil in environmental analysis of waste management strategies. Resources, Conservation & Recycling. 2008. №24. Р 363-381.

6. Amos R.T., Blowes D.W., Bailey B.L., Sego D.C., Smith L., Ritchie A I.M. Waste- rock hydrogeology and geochemistry. Applied Geochemistry. 2015. № 57. Р 140-156.

7. Єремєєв І.С., Марчук С.В. Дослідження впливу полігонів ТПВ на землі сільськогосподарського призначення. Агросвіт. 2015. № 15. С. 3-8.

8. Кошкалда І.В. Ефективність використання сільськогосподарських земель у контексті сучасного господарювання. АгроІнКом. 2011. № 10. С. 38-43.

9. Фішо Ф. Посібник з моніторингу полігонів твердих побутових відходів. Донецьк: Тасіс, 2004. 293 с.

10. ДСТУ ISO 11269-1:2004. Якість ґрунту. Визначення дії забрудників на флору ґрунту. Частина 1. Метод визначання інгібіторної дії на ріст коренів (ISO 112691995, IDT). [Чинний від 2005-07-01]. Вид. офіц. Харків : Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського Української Академії аграрних наук, 2005. 184 с.

11. ДСТУ ISO 11269-2: 2002. Якість ґрунту. Визначання дії забрудників на флору ґрунту. Частина 2. Вплив хімічних речовин на проростання та ріст вищих рослин (ISO 11269-1995, IDT). [Чинний від 2004-05-01]. Вид. офіц. Київ. Держстандарт України. 2004. 22 с.

12. Грицаєнко Г.М. Методи біологічних та агрохімічних досліджень рослин і ґрунтів. Київ, 2003. 320 с.

13. Методы биотестирования качества водной среды и почвы / под ред. О.Ф. Филенко. Москва: Изд-во Моск. ун-та, 1989. 124 с.

14. Martin T. A., Ruby M. V Review of in situ remediation technologies for lead, zinc, and cadmium in soil. Wiley Periodicals. 2004. № 10. С. 115-120.

15. ДСТУ 30178-96 Сировина і продукти харчові. Атомно-абсорбційний метод визначення токсичних елементів : затв. наказом Міністерства аграрної політики та продовольства України від 19.10.2015 р. № 397 «Про затвердження Переліку референс-методик відбору зразків та їх досліджень (випробувань), що повинні застосовуватись в арбітражних дослідженнях об'єктів санітарних заходів». Київ, 2015 р. 54 с.

16. Pantini S., Lombardi F., Verginelli I. A new screening model for leachate production assessment at land-fill sites. International journal of Envi-ronmental Science and Technology. 2013. №11. Р. 98-108

17. Писаренко П.В., Диченко О.Ю., Цьова Ю.А., Середа М.С. Напрями біоре- медіації техногенно забруднених ґрунтів. Таврійський науковий вісник. Вип. 120, 2021. С. 282-292.

18. Писаренко П.В., Самойлік М.С., Тараненко А.О., Цьова Ю.А., Середа М.С. Біоремедіація ґрунтів, забруднених нафтопродуктами. Agriculture and forestry: Scientific journals of Vinnitsa National Agrarian University. Issue 3 (22), 2021. С. 145-160.

19. Amos R.T., Blowes D.W., Bailey B.L., Sego D.C., Smith L., Ritchie A I.M. Waste- rock hydrogeology and geochemistry. Applied Geochemistry. 2015. №57. Р 140-156.

Размещено на Allbest.ru