Влияние свалки бытовых отходов на агроэкологические показатели почвы

Вве^ение. 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 е^егодно 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 слу^ат очагами возмущения для окру^ающих их естественных экосистем [1, 2, 8].

Свалки ТБО, построенные без комплекса мероприятий, сни^ающих их негативное влияние на окру^ающую среду, являются значительными источниками ее загрязнения. Отходы, размещенные там, претерпевают сло^ные физико-химические и биохимические изменения под воздействием атмосферных явлений, специфических условий, формирующихся в толще отходов, а так^е в результате взаимодействия ме^ду собой. Это приводит к образованию различных соединений, в том числе токсичных, которые, мигрируя в окру^ающую 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 – зале^и; 17,5 тыс. га – многолетние наса^дения; 53,5 тыс. га – сенокосы; 262,7 тыс. га – пастбища. Сельскохозяйственным производителям принадле^ит 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 уничто^ение плодородного слоя почвы и самовольная разработка карьеров на землях сельскохозяйственного назначения наносят существенный вред почве как объекту окру^ающей 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 учре^дений – 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, ну^даются в целенаправленной защите, работах по восстановлению их позитивных качеств [4].

Цель работы – установить влияние неорганизованных свалок твердых бытовых отходов на окру^ающую среду и агроэкологические показатели почвы.

Условия, материалы и мето^ы. Исследования проводились на участке техногенно-нарушенных земель сельскохозяйственного назначения общей площадью 1,3 га располо^енного 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 вытя^ки и определение ее рН по методу ЦИН^О, ГОСТ 26951-86 Определение нитратов ионометрическим методом, ГОСТ Р 54650-2011 Определение подви^ного фосфора и калия по методу Кирсанова, РД 52.18.289-90 МУ Методика выполнения измерений массовой доли подви^ных 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 обсу^^ение. Нами выполнены агроэкологические исследования участка перекрытия плодородного слоя почвы бытовыми отходами общей площадью 12997,0 м2 располо^енного в 1000 м на запад от г. Болхов, Болховского района Орловской области. В геоморфологическом отношении участок располо^ен 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 содер^анию 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; ко^а, 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 содер^ат 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 КХ^ 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% ни^е, 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, %	Р 2 О 5, мг/100г почвы	К 2 О, 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 содер^анию гумуса почвы считаются крайне бедными при содер^ании его 1% и менее бедными при 1-2%, недостаточно обеспеченными – 2-3%, средне обеспеченными – 3-4%, хорошо обеспеченными – более 5%. Содер^ание 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 содер^ание его в контрольном образце (2,1%). Это свидетельствует о том, что в условиях рассматриваемого участка происходит накопление органического вещества в почве.

Степень обеспеченности почв подви^ными 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. Содер^ание подви^ных 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 подви^ных соединений фосфора за период действия свалки.

Степень обеспеченности почв подви^ными 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. Содер^ание подви^ных 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 подви^ных соединений калия (рис. 1).

рН

Гумус

Рисунок 1 – Содер^ание основных элементов питания растений в образцах почвы, мг/кг почвы

По определению Всемирной организации здравоохранения свинец, ртуть и кадмий являются самыми опасными тя^ёлыми металлами (ТМ), представляя «страшную троицу» в окру^ающей среде. Наибольшую опасность представляют подви^ные формы тя^ёлых металлов, т.е. наиболее доступные для ^ивых организмов. Подви^ность металлов существенно зависит от почвенно-экологических факторов, основные из которых – содер^ание 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.): Cu – 300; Zn – 200; Cr – 70; Pb – 20; Ni – 3,5; Cd – 0,6; Hg – 0,5. Окру^ающая среда никогда не знала такого объёма ТМ на поверхности земли. Одними из наиболее опасных токсикантов среды являются свинец (Pb) и кадмий (Cd).

В соответствии с ГОСТ 17.4.2.01-81 токсические химические элементы разделены по классам гигиенической опасности:

I класс: мышьяк (As), бериллий (Be), ртуть (Hg), селен (Sn), цинк (Zn), кадмий (Cd), свинец (Pb), фтор (F) – вещества высокоопасные.

II класс: хром (Cr), кобальт (Co), бор (B), молибден (Mo), никель (Ni), медь (Cu), сурьма (Sb) – вещества умеренно опасные.

III класс: барий (Ba), ванадий (V), вольфрам (W), марганец (Mn), стронций (Sr) – вещества малоопасные.

^нализ данных лабораторных исследований почвенных образцов, отобранных на исследуемом участке нарушенных земель, показал, что среднее содер^ание 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 содер^ание гумуса (органического вещества), подви^ных форм фосфора, калия и сни^ение кислотности почвы по сравнению с контролем. Складирование бытовых отходов на участке привело к значительному увеличению содер^ания 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.

Кадмий

Медь

Проба

Контроль

ПДК

Рисунок 2 – Содер^ание солей тя^елых металлов в образцах почвы, мг/кг почвы

В целях устранения отрицательного воздействия на окру^ающую среду и почвенное плодородие бытовых отходов на исследуемом участке необходимо осуществление комплекса мероприятий по рекультивации нарушенных земель. Известные приёмы детоксикации мо^но разделить на три группы:

• в)    Использование «металлоустойчивых» сортов и видов растений.

• 3.    Физико-химические: влияют на подви^ность ТМ в почве и исключают их из биологического круговорота или переводят в легкорастворимые и подви^ные формы. К их числу относятся:

• а)    Промывка загрязнённой почвы, например, кальциевой селитрой или внесение растворимых солей ^елеза (хлорное ^елезо);

• б)    Изменение кислотности почвы (до оптимальной для ка^дой культуры) путём известкования и повышения содер^ания 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 сни^ает 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/м ² ), торф (20 кг/м ² ), которые полностью устраняют фитотоксичность и отклонения качества продукции.

Выво^ы. 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 нaвозa нa 1 га). Хороший результат даёт и применение соломы, 1 т которой эквивалентна 3,5-4 т навоза.