science-review.ru
Основными источниками загрязнения бытовыми отходами являются все отходы, образующиеся в результате производственного процесса и деятельности человека. Исследователи выяснили, что загрязнение почв бытовыми отходами приводит к изменению их биологических, химических и физических свойств. Под влиянием загрязнения pH показатель почвы изменился до 6,3. Количество подвижных Р2O5, K2O значительно снизилось по сравнению с нормой [1, с. 5].
Согласно анализу, в последние годы в Узбекистане образуются 100 млн т промышленных отходов, 35 млн т бытовых отходов в год. На полигонах и хранилищах на площади 12 тыс. га хранятся 2 млн т промышленных, строительных и бытовых отходов [2, с. 49]. Кроме того, бытовые отходы содержат высокие концентрации солей, которые подавляют рост растений и отрицательно влияют на состав почвы [3, с. 14]. Техногенные бытовые отходы по-разному попадают в плодородные почвы, влияют на содержащиеся в них питательные вещества (азот, фосфор, калий), активность микроорганизмов и бактерий [4, с. 8].
В результате длительного хранения отходов на свалках токсичное вещество, содержащееся в отходах, всасывается в почву и приводит к ухудшению качества почвы, изменению в худшую сторону ее свойств [5, с. 39]. В зонах хранения отходов происходят различные процессы гниения и брожения. Конечно, эти процессы в основном зависят от температуры наружного воздуха. Чем выше температура, тем быстрее протекает биологический процесс [6, с. 99–103]. Проблемы, связанные с загрязнением почв, сегодня являются одной из проблем, волнующих весь мир, загрязнение не только влияет на плодородие почв, но и представляет большую угрозу для человека [7, с. 35]. Одним из факторов, оказывающих сильное негативное влияние на почву, являются бытовые отходы. Сырье и материалы в процессе производства или потребления, предметы домашнего обихода, мусор, образовавшийся в результате использования различных продуктов, являются отходами. Их следует хранить в специально оборудованных коллекторах до тех пор, пока они не будут отправлены на утилизацию, переработку или захоронение [8, с. 17].
В результате неправильного использования почвы во всем мире плодородие почвы снижается, а продуктивность резко падает [9, с. 27]. В настоящее время в развитых странах биогаз получают путем захоронения бытовых отходов. Добыча биогаза со свалок помогает очистить окружающую среду и воздух, а также сэкономить энергию в стране [10 с. 38]. Загрязнение почв объясняется морфологическим составом, характеристиками вторичных источников сырья и выбросами вредных веществ в окружающую среду от полигона бытовых отходов [11, с. 3].
Почвы, располагающиеся вокруг бытовых отходов, также могут быть загрязнены тяжелыми металлами. Если почвы загрязнены тяжелыми металлами (Co, Cd, Pb, Hg и As), количество гумуса в почвах может снизиться с 18 % до 25 %. Это приведет к резкому снижению плодородия почв [12, с. 184]. Следует отметить, что общее содержание биогенных элементов в почвах, загрязненных бытовыми отходами, варьирует: N2 – 1,9–2,3 %, P2O5 – 1,2–2,4 %, K2O – 0,8–1,4 %, а сухой остаток изменяется на 1,8–3,6 % [13, с. 3]. Наличие в почве более или менее общих и подвижных элементов питания зависит от почвообразующих пород, минералов и горных пород, микробиологической активности почвы, а также количества гумуса в составе [13, с. 3, 14, с. 54]. Поэтому при создании системы мероприятий по защите почв от бытовых отходов необходимо учитывать экологические требования, а также учитывать и разрабатывать меры по вторичному использованию бытовых отходов для различных целей.
Многие годы ученые Краснодарского края проводили эксперименты по определению количества гумуса в загрязненных почвах. Результаты эксперимента показали, что на восстановление утраченного количества гумуса ушло около 40 лет, а за 20 лет количество гумуса варьировало от 0,51 % до 0,57 % [15, с. 14]. Результаты исследования ученых Университета «Манас» показали, что количество гумуса в загрязненных почвах уменьшилось на 1–1,5 %, pH почвы колеблется от 7,50 до 7,35 [10, с. 38–42]. Кроме того, бытовые отходы также влияют на активность некоторых ферментов в почве (фосфатазы, уреазы, протеазы, дезаминазы и арсилсульфатазы). В результате изменения активности ферментов наблюдалось уменьшение количества С и N в почве [16, с. 221–226]. Было обнаружено, что вокруг бытовых отходов размножались паразитические организмы, такие как Trichocephalus, Capillaria и Thominx, принадлежащие к группе нематод Ascaris sp., Toxocara sp., T. leonina, N. vitulorum, Metastrongylus sp., Parascaris equorum, Nematoda. Все мы знаем, насколько опасны эти паразитические организмы для жизни человека [17, с. 68–72].
Цель исследования – изучить изменение агрохимических свойств почв вокруг полигона в результате загрязнения и дать научные рекомендации по улучшению агрохимических свойств.
Материалы и методы исследования
Район исследования представляет собой типичный орошаемый серый грунт вокруг полигона в Ахангаронском районе Ташкентской области. Образцы почвы были взяты на следующих координатах (рис. 1): 41 °05'32.5"N / 69 °28'48.8"E, 41 °05'31.9"N / 69 °28'48.0"E, 41 °05'26.7"N / 69 °28'45.8"E, 41 °05'20.7"N / 69 °28'45.4"E, 41 °05'19.0"N / 69 °28'31.8"E, 41 °05'32,5"N / 69 °28'48,8"E, 41 °05'32,5"N / 69 °28'48,8"E, 41 °08'15.0"N / 69 °26'35.0"E, 41 °10'13.6"N / 69 °24'49.0"E.
Рис. 1. Места отбора проб почвы на исследуемой территории
Отбор и хранение проб для изучения агрохимических свойств почв, загрязненных бытовыми отходами, осуществлялись на основании Межгосударственного стандарта (ГОСТ 26261-84). Пробы отобраны из слоев почвы 0–5 см, 5–20 см, с полигона в Ахангаронском районе Ташкентской области (КА-1), на расстоянии 0,2 км (КА-2), 0,4 км (КА-3), 0,6 км (КА-4), 1 км (КА-5), 2 км (КА-6) от полигона. Содержание P и K в почве определяли по методу ISO-15681 (2018), количество гумуса и углерода – по ГОСТ 26213-91 (2017), pH почвы определяли по ISO-10390.
Результаты исследования и их обсуждение
Согласно экологическим нормам, нельзя вести сельское хозяйство вокруг полигона, он должен располагаться вдали от населенных пунктов, а отходы не должны сжигаться. В исследуемой области орошаемое земледелие осуществляется на территориях, прилегающих к полигону, и на этих территориях выращиваются такие культуры, как картофель и пшеница. По результатам исследования определено количество подвижного фосфора и калия в почве (рис. 2).
Рис. 2. Изменение количества подвижного фосфора в типичных орошаемых серых почвах, загрязненных бытовыми отходами
Рис. 3. Изменение содержания подвижного калия в орошаемых типичных серых почвах, загрязненных бытовыми отходами
Загрязнение оказывает прямое и косвенное влияние на содержание питательных и органических веществ в почвах. В то время как прямой эффект заключается в изменении состава и количества органических веществ, а косвенный эффект связан с изменением почвенной биоты, активностью биохимических процессов, а также составом и плодородием растительного покрова. Фосфор содержится в почве в органической и минеральной форме. Растения в основном поглощают фосфор в органической форме.
Согласно результатам, количество подвижного фосфора в образце КА-1 составило 123 мг/кг, которое было взято на полигоне из искусственной массы, накопленной в результате сжигания отходов за годы. Это связано с тем, что отходы собираются на свалке и складываются в течение определенного периода времени. В результате деятельности микроорганизмов их состав претерпевает различные изменения. Определенное количество впитывается в почву. Из-за этого изменяется и количество фосфора в почве.
В следующих образцах КА-2, КА-3, КА-4 его содержание резко снизилось, от 21 до 23 мг/кг. Уменьшение количества фосфора вызвано сжиганием отходов, выбросом в почву вредных химических элементов. В следующих образцах КА-5 и КА-6 составило 34,5 и 46,0 мг/кг соответственно. Эти изменения в почве объясняются влиянием бытовых отходов, выбросом химических элементов и тяжелых металлов в окружающую среду в результате горения в радиусе 200–600 м от полигона.
Содержание подвижного калия также показало аналогичные результаты, согласно которым техногенное массовое содержание калия в отходах составило 308,3 мг/кг (рис. 3). Увеличение количества калия, а затем резкое его уменьшение, как и содержания фосфора, также является результатом попадания химических элементов в почву, претерпевших различные изменения и попадающих в почву в результате горения.
Наименьшее содержание калия установлено в пробе КА-2, которое составляет 208,2 мг/кг, за которым следует 264,2 и 246,2 мг/кг в пробах КА-3 и КА-4 соответственно. В пробах КА-5 и КА-6 содержание подвижного калия составляет 326,2 и 333,2 мг/кг соответственно. Как видно из графика, отмечается нарастающая тенденция к изменению содержания подвижного калия с удалением от полигона бытовых отходов.
Органическое вещество в почве состоит из живых организмов, микроорганизмов. Кроме того, органические вещества в почве образуются в результате разложения остатков растений и животных. Растения, их корни и прочее, останки животных также обогащают почву органическими веществами, углеродом, белком и азотом. На орошаемых землях плодородие почвы уравновешивается за счет внесения различных подкормок.
Известно, что гумус является одним из важнейших факторов, влияющих на плодородие почвы. Количество гумуса зависит от механического состава почвы, условий почвообразования, вида культуры и технологии возделывания. Гумус прочно связывает минеральные частицы почвы, делая ее структуру зернистой. Почвы с большим количеством гумуса быстро уплотняются, при механической обработке расходуется меньше энергии и энергии, снижается плотность почвы.
На количество гумуса и углерода в почве больше всего влияют отходы, разбросанные вокруг полигона. По результатам, содержание гумуса в пробе КА-1 составило 5,1 %, содержание углерода – 2,99 %, содержание гумуса на фоновой площади в среднем около 1,65 %, содержание гумуса резко увеличено по сравнению с фоновым, а также резко увеличено содержание углерода (рис. 4).
Рис. 4. Изменение количества подвижного гумуса в типичных орошаемых серых почвах, загрязненных бытовыми отходами
Резкое увеличение количества гумуса связано с техногенной массой, накопленной в результате сжигания бытовых отходов на протяжении многих лет, этот гумус не образовывался биологически в присутствии микроорганизмов на основе процесса гумификации. Этот углерод и гумус можно назвать «искусственным углеродом» и «искусственным гумусом». Последующие пробы КА-2, КА-3, КА-4, КА-5, КА-6 содержали 1,3–1,8 %. Дальнейшие исследования заключаются в изучении пользы накопленного в почве «гумуса» для растений, процесса их усвоения.
Заключение
В заключение можно сказать, что любые отходы жизнедеятельности влияют на плодородие почвы. Бытовые отходы также влияют на питательные вещества, содержание гумуса и другие свойства почвы. Таким образом, содержание подвижного фосфора, калия и гумуса в почвах, загрязненных бытовыми отходами, резко изменилось с увеличением количества углерода и гумуса в искусственной биомассе, накопленной с годами. Количество подвижного фосфора и калия увеличилось в результате переваривания некоторых бытовых отходов (пищевых отходов) и накопления биомассы, это является признаком загрязнения почвы. Согласно полученным результатам отмечается тенденция к увеличению количества подвижного калия и фосфора с удалением от полигона бытовых отходов. В связи с этим рекомендуется изучить и научно обосновать, являются ли свалки и скопившаяся вокруг них техногенная масса важными или незначительными для свойств почвы, плодородия и растений.