Биологический способ очистки почвы от тяжёлых металлов сельскохозяйственными культурами (на примере полигона ТБО "Саларьево")

Размещено на http://www.allbest.ru/

РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева

Биологический способ очистки почвы от тяжёлых металлов сельскохозяйственными культурами (на примере полигона ТБО «Саларьево»)

Мосина Л.В., Жандарова Ю.А.

Аннотация

Изучено фиторемедиационная способность сельскохозяйственных культур извлекать тяжёлые металлы из полигонов ТБО «Саларьево». Полученные результаты показали, что наилучшей фиторемедиационной способностью обладают кукуруза, подсолнечник, горчица, горох.

Ключевые слова: фиторемедиационная способность, сельскохозяйственные культуры, полигоны ТБО

В настоящее время особую актуальность приобрела проблема загрязнения окружающей среды полигонами отходов. В России в 2012 году было образовано 5 млрд. т отходов, что на 14% выше показателя предыдущего года [1]. Захоронение отходов производства и потребления является наиболее широким распространённым способом размещения отходов. К сожалению, захоронение отходов порождает массу экологических и санитарно-гигиенических проблем, однако в ближайшем будущем захоронение будет оставаться наиболее распространённым способом [2]. Но для окружающей среды этот способ далеко не самый безопасный.

Одним из основных способов обезвреживания ТБО при их захоронении является их складирование на специально оборудованных санитарных полигонах или полигонах с захоронением ТБО.

Полигоны ТБО представляют собой комплексы природоохранных сооружений, предназначенные для складирования, изоляции и обезвреживания ТБО и обеспечивающие защиту от загрязнения атмосферы, почвогрунтов, поверхностных и грунтовых вод, а также препятствующие распространению насекомых и болезнетворных микроорганизмов [3]. Концепция санитарного захоронения ТБО направлена на создание полигонов как экологически безопасных производственных объектов. Для этого предусматривается выполнение ряда основных требований: максимальное использование рабочего объема полигона, контроль состава и массы поступающих отходов, мониторинг и минимизация негативного влияния полигона на окружающую среду, непрерывность действия природоохранных систем полигона [4].

Исследования последних десятилетий показали, что многие полигоны не отвечают природоохранным и санитарным требованиям. Это обусловливает острую необходимость организации мониторинга состояния окружающей среды в районах объектов размещения отходов (ОРО) [5].

Учитывая опасность полигонов ТБО, применяются различные способы для минимизации их загрязняющего действия на окружающую среду, одним из которых является биологическая очистка почвы [6, 7], т.е. фиторемедиация, очищение полигонов с помощью растений. Фиторемедиация (от греческого «фитон» - растение и латинского «ремедиум» - восстанавливать) основана на том, что многие виды растений способны накапливать загрязнители, причём их содержание в тканях и органах растений может в десятки и даже сотни раз превышать содержание в окружающей среде [8]. По достижении определённой фенофазы, в которой интенсивное накопление загрязнений заканчивается, растения скашиваются, вынося с собой различные опасные вещества. Опыт использования растений-аккумуляторов загрязняющих поллютантами имеется. Однако следует отметить слабую изученность этих вопросов. Поэтому целью нашей работы явилось изучение фиторемедиационной способности сельскохозяйственных культур извлекать тяжёлые металлы.

Исследование данного вопроса проводилось на примере одного из полигонов ТБО «Саларьево» Московского региона.

Полигон твердых бытовых отходов «Саларьево» был избран как один из наиболее крупных полигонов ТБО в Московской области. Кроме того, данный полигон принимает самое большое число отходов, возникающих в Москве [9].

Полигон «Саларьево» был организован на территории одного из отработанных карьеров (глубиной около трех метров), куда в 1960-е гг. стали ввозить отходы и мусор из Москвы и где в разные годы складировались промышленные отходы предприятий Москвы и г. Видное, а также твердые бытовые отходы г. Видное и близлежащих населенных пунктов. Полигон занимает территорию 59 га, высота полигона составляет 80 м от уровня земли, здесь находится 15 млн. т отходов. Крутизна склона составляет 35-40 градусов. Он является крупнейшей свалкой в Европе [10].

фиторемедиационный сельскохозяйственный загрязняющий отход

Рис. 1. Полигон ТБО «Саларьево»

В настоящее время на полигоне захороняются промышленные, строительные и бытовые отходы, которые образуются в Москве и в Ленинском районе Московской области [10].

По местоположению объекта и условиям эксплуатации полигон относится к синтетической группе (карьерно-насыпной). Полигон «Саларьево» был организован на месте отработанного месторождения покровных суглинков.

Полигон расположен к югу от д. Саларьево (минимальное расстояние от участка захоронения отходов - 330 м). В близлежащей окрестности полигона (в радиусе 2 км) находятся еще посёлок Мосрентген (в 1,7 км на восток), д. Дудкино и коллективные сады фабрики «Красный Октябрь» (в 2 км на северо-восток), д. Румянцево (в 1,7 км на север) и д. Картмазово (1,6 км на запад). В 200 м к юго-востоку от полигона (между полигоном и пос. Мосрентген) находится Николо-Хованское кладбище [9].

Полигон находится на расстоянии 1,4 км к югу от автомагистрали МЗ (Киевское шоссе) и в 3 км к юго-западу от МКАД.

К полигону примыкают сельхозугодья АОЗТ ПЗ «Коммунарка» и АОЗТ АК «Московский», которые специализируются на производстве картофеля и овощей.

В 8,5 км к западу от полигона находится аэропорт «Внуково» [11].

Рис.2. Схема юго-западного АО г. Москва [9]

Наиболее близким к участку населенным пунктом является д. Саларьево, расположенная в 30 м. Остальные населенные пункты находятся вне 500-метровой санитарно-защитной зоны. Также в СЗЗ включаются сельхозугодья, соседствующие с западной и южной сторонами полигона.

В работе изучали фиторемедиационную способность разных сельскохозяйственных культур извлекать загрязняющие вещества на примере растений: горох посевной (Pisum sativum L.), подсолнечник однолетний (Helianthus annus), горчица белая (Sinapis alba), кукуруза обыкновенная (Zea mays L.). Исходя из того, что тяжёлые металлы являются наиболее приоритетными загрязнителями, изучали влияние Рb и Cd на биоаккумулирующую способность указанных сельскохозяйственных культур.

Образцы почвогрунта отбирали у основания склонов северной и южной экспозиций на площади ~ 50х100 м², а также по всей высоте полигона:

- вершина склона;

- средняя часть;

- основание склона.

Образцы почвогрунтов отбирали методом «конверта» ~ в 10-кратной повторности, из которых составляли смешанный образец. Глубина отбора почвогрунтов составляла 0-10 см. Отобранные образцы тщательно перемешивались, и составлялся средний образец, который анализировался.

Всего было отобрано около 200 образцов. Исследования проводили в полевых и лабораторных условиях.

Агроэкологические свойства почвогрунтов полигона. Это бедный органическим веществом почвогрунт. Содержание гумуса - 1,49% в слое 0-10 см, по степени кислотности - слабокислый pHKcl - 5,2± 0,49 мг/кг. Обеспеченность подвижными P₂O₅ 80,4±7,9 мг/кг в слое 0-10 см. Содержание K₂O - 32,0±3,4 мг/кг в слое 0-10 см, что характеризует обеспеченность верхнего 10 см слоя почвогрунта, соответственно, как средняя и очень низкая.

Физические свойства почвогрунта полигона характеризовались исключительно высокой плотностью: 1,68±0,2 г/см³ для слоя 0-10 см и 1,84±0,2 для слоя 0-50 см, что примерно на 64-84 % выше значения данного показателя для контрольных дерново-подзолистых почв: (1,0 ±0,09) г/см³.

Рис. 3. Время промачивания почвогрунтов полигона ТБО «Саларьево», мин.

Скорость фильтрации воды высокая в верхнем 10 г/см слое почвогрунта, что определяется его меньшей плотностью. И плотность, и фильтрационная способность характеризовались исключительно низкими показателями. Полученные данные характеризуют почвогрунт как крайне неблагоприятный для роста и развития сельскохозяйственных культур.

Исследуемые почвогрунты характеризовались высоким содержанием тяжёлых металлов: Pb - 55±5,5 мг/кг, Сd - 3,51±0,29 мг/кг для слоя 0-10 см. (рис. 4, табл. 1-3).

Изучение четырёх сельскохозяйственных культур (гороха посевного, подсолнечника однолетнего, горчицы белой и кукурузы обыкновенной) показало, что наилучшей аккумулирующей способностью обладают две культуры: кукуруза обыкновенная и горчица белая для слоя 0-10 см.

Pb - 23,6±3,0 (кукуруза), 11,4±1,2 (горчица);

Cd - 2,9±3,0 (кукуруза), 1,75±2,0 (горчица).

Рис. 4. Содержание тяжёлых металлов в почвогрунте полигона, мг/кг

Максимальная аккумулирующая способность выявлена у двух сельскохозяйственных культур: кукурузы обыкновенной, накапливающей наибольшее количество Pb - 0,42, и у подсолнечника однолетнего, соответственно, Cd - 0,91.

Таблица 1. Содержание тяжёлых металлов в сельскохозяйственных культурах, выращенных на почвогрунтах полигона слоем мощностью 0-10 см, мг/кг

Таблица 2. Содержание тяжёлых металлов в почвогрунтах полигона ТБО «Саларьево» в слое 0-10 см, мг/кг

Таблица 3. КБП сельскохозяйственных культур для почвогрунта полигона ТБО «Саларьево» по отношению к Pb и Cd в слое 0-10 см, мг/кг

Выводы

1. Почвогрунт полигона слоя 0-10 см представляет собой бедный органическим веществом почвогрунт (содержание гумуса 1,64±0,2%), по степени кислотности - слабокислый (pHkcl - 5,2±0,5).

2. По физическим свойствам почвогрунт мощностью 0-10 см характеризовался высокой плотностью. Величина объемной массы - 1,68±0,1г/см³.

3. Особую опасность представляет высокая концентрация Pb - 55±5,5 мг/кг и Cd - 3,51±0,3 мг/кг для слоя 0-10 см.

4. Нами были изучены с/х культуры, которые являются эффективными поглотителями Pb и Cd из почвы. Среди них:

- кукуруза обыкновенная - Helianthus annus;

- подсолнечник однолетний - Helianthus annus;

- горчица белая - Sinapis alba;

- горох посевной - Pisum sativum L.

5. По нашим исследованиям, КБП по отношению к Pb в 0-10 см слое выше у кукурузы обыкновенной: 0,42±0,04 мг/кг.

6. Исследования показали, что наилучшей фиторемедиационной способностью для слоя 0-10 см обладают растения в следующем ряду в порядке убывания:

кукуруза обыкновенная - Pb - 23,6±2,3и Cd - 2,9±0,2 горчица белая - Pb - 11,4±1,1 и Cd - 1,75±0,17 подсолнечник однолетний - Pb - 9,43±0,9 и Cd -3,2±0,3 горох посевной - Pb - 1,09±0,1 и Сd -.0,158±0,01.

Список использованных источников

1. Бедарев О.М., Францева А.Б. Повышение природно-ресурсного потенциала деградированных сельскохозяйственных угодий Калининградской области средствами комплексной мелиорации и подбором сельскохозяйственных культур. В сборнике научных трудов. Под ред. В.А. Наумова. - Калиниград: ФГБОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет». - 2014. - С. 17-22.

2. Воловик А.В., Шелков Е.М., Долгоносова И.А. Переработка бытовых и промышленных отходов в высокотемпературной шахтной печи // Экология и промышленность России. - 2001, №10. - С. 9-12.

3. Грибанова Л.П., Киселева А.В. Экологическое состояние полигонов и свалок ТБО Московской области, оценка их влияния на окружающую среду // Твёрдые бытовые отходы. - 2006, №4. - С. 10.

4. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Сохранение почв как незаменимого компонента биосферы // Изд. Наука. - 2000. - С. 179.

5. Грибанова Л.П., Гудкова В.Н. Организация и ведение экологического мониторинга на полигонах твёрдых бытовых и промышленных отходов Московского региона // Науч. и техн. аспекты охраны окружающей среды. Обзор. информ. // ВИНИТИ. - 1999, №3. - С. 60-64.

6. Бабкин В.В., Завалин А.А. Физиолого-биохимические особенности аспекта действия тяжёлых металлов на растения // Химия в сельском хозяйстве. - 1995, №5. - С. 17-21.

7. Флесс Н.А. Фиторемедиация почв, подвергшихся загрязнению в результате применения жидких органических удобрений: авторефер. дисс. … к.б.н. - М.: МГУ им.М.В.Ломоносова. - 2007. - 24 с.

8. Волошин Е.И. Загрязнение почв тяжёлыми металлами и продуктивность растений // Земледелие. - 1998, №3. С. 22.

9. Саларьево: самая большая в Европе свалка сегодня [Электронный ресурс]. - http://georgesultanov.livejournal.com/66780.html.

10. Полигоны [Электронный ресурс]. - http://www.e-reading.club/chapter.php/84466/73/Novikova_-_Tualety,_komposty,_utilizaciya_othodov.html.

11. Renй Reiser, Michael Simmler, Denise Portmann, Lynne Clucas, Rainer Schulin, Brett Robinson. Cadmium Concentrations in New Zealand Pastures // Relationships to Soil and Climate Variables. Journal of Environment Quality. - 2014.

Размещено на Allbest.ru