CC BY
75
УДК 504.5:630*651.72/8
ФЕДЯЕВ Александр Леонидович, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Института экологических проблем Севера Уральского отделения РАН. Автор 28 научных публикаций
СУРСО Михаил Вальдемарович, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института экологических проблем Севера Уральского отделения РАН. Автор 40 научных публикаций
БИОЛОГИЧЕСКАЯ РЕАБИЛИТАЦИЯ СВАЛКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ И БЫТОВЫХ ОТХОДОВ В ПРИГОРОДЕ АРХАНГЕЛЬСКА
Приводятся результаты исследований санитарно-гигиенического обустройства свалки промышленных и бытовых отходов методами биологической рекультивации. Изучались водно-физические свойства почво-грунтов, их плодородие, содержание в почвах токсических веществ, особенности роста и развития аборигенных и интродуци-рованных видов растений. Анализируется эффективность разработанных мероприятий по биологической рекультивации свалок.
Свалка промышленных и бытовых отходов, агрохимический анализ, водно-физические свойства, уровень грунтовых вод, влажность почвы, пестициды, поллютанты, радиационная обстановка, адаптационная устойчивость
В пригороде Архангельска старые свалки промышленного и бытового мусора представляют собой заросшие малоценной растительностью участки земли с сомнительной перспективой их дальнейшего хозяйственного использования, создают неприглядный ландшафт и являются объектами повышенной экологической опасности. В настоящей работе рассматривается опыт биологической рекультивации свалки в пригороде Архангельска, приводятся результаты исследований по изучению адаптационной устойчивости местных и интродуциро-ванных видов растений к условиям свалки.
В юго-восточной части пригорода г. Архангельска на свалке промышленных и бытовых отходов площадью 4,2 га с 1992 по 1994 годы выполнены почвенно-гидрологические исследования, разработан и принят к внедрению «Проект создания дендрологического сада». Прове-
дена коренная мелиорация. С 1995 года создаются дендрологические экспозиции посадкой местных и интродуцированных видов деревьев и кустарников. По общепризнанным методикам [1, 2, 4] проведен агрохимический анализ почво-грунтов, изучено содержание наиболее токсичных поллютантов, проверена радиационная обстановка территории, изучены микроклиматические условия и водно-физические свойства почвы.
Основная часть отведенной под дендрологический сад территории представляет собой старую заброшенную свалку промышленных и бытовых отходов, сформировавшуюся в 5060-е годы прошлого столетия. Основной составляющей свалки являются отходы лесопиления - древесные остатки: опилок, кора, медленно разлагающиеся резинотехнические изделия, металлоконструкции, строительный мусор и пр.
До проведения мероприятий по созданию сада характер естественно сформировавшегося растительного покрова свалки определялся сложившимся гидротермическим режимом территории. По периметру отведенной территории преобладали малоценные биогруппы из сосны обыкновенной, ели, березы, ольхи, осины и ели с подлеском из ивы, рябины, черемухи, малины. В центральной части преобладала бурная травянистая растительность, характерная для урбанофлоры, представленная крапивой (Urtica dioica), осотом (Sonchus arvensis), мать-и-мачехой (Tussilago farfara), различными злаками (Elytrigia repens, Dactylis glomerata и др.). В мочажинах развивались осоковые (Carex sp., Scirpus sp.) и ситниковые (Juncaceae). В целом растительность отведенной территории имела характерный видовой состав, создавая в сочетании с рельефом и сильной захламленностью малоэстетичный антропогенный ландшафт.
По агрохимическому анализу почво-грунты отведенного участка относятся к категории средне-плодородных. Содержание элементов питания по площади неравномерное, наблюдается некоторая мозаичность распределения основных доступных элементов питания. По усредненным данным в пересчете на воздушно-сухую массу почвы содержание фосфора составляет 244 мг/100 г, калия - 58 мг/10о г, кальция - 2,2 мг/100 г, общего азота - от 0,47 до 1,87 мг/100 г, органики - от 14,4 до 47,0%. Зольность в среднем составляет 51%, показатель pH водной вытяжки - 6,3.
Содержание в почве радиоактивных элементов находится в пределах средних фоновых значений для почв Архангельской области: Cs137 - 19,0 Бк/кг, Sr90 - 7,0 Бк/кг, U238 - 5,0 Бк/кг, Pb210 - 59 Бк/кг. На основной части территории суммарная бета-активность варьирует от 110 до 260 Бк/кг, мощность экспозиционной дозы по внешнему гамма-излучению (МЭД) - от 4 до 9 мкР/ч; на одном из участков суммарная бета-активность составила 520 Бк/кг, МЭД - 20 мкР/ч. Это показывает наличие слабого радиоактивного загрязнении части территории свалки.
Проверка почвы на содержание особо опасных пестицидов показала наличие в смешанной
пробе ДДТ - 0,48 мг/кг, что примерно в пять раз выше предельно допустимой концентрации. Гексахлоргексан (I, В) обнаружен в количестве 0,06 мг/кг при ПДК 0,1 мг/кг. Бутиловый эфир (2,4-Д) отсутствует.
Среднее содержание ртути составило 0,77 мг/кг воздушно-сухой почвы, это на порядок выше фонового содержания ртути в почвах Архангельской области, а на отдельных участках превышает предельно допустимую концентрацию (2,1 мг/кг) и достигает 2,5 мг/кг воздушно-сухой почвы.
Значительная часть отведенной территории имела избыточное увлажнение. Поэтому мелиорация рассматривалась как необходимое первоочередное условие создания оптимального гидрологического режима. В соответствии с нормами осушения для древесных растений, с учетом сложения почво-грунтов и характера увлажнения территории оптимальным можно считать УГВ в течение вегетационного периода 40-100 см [4, 10]. Гидротехнические мелиоративные сооружения (три осушительных, магистральный и регулирующий каналы, илоот-стойник, два искусственных водоема) были созданы в 1994-1995 гг. В качестве водоприемника используется естественная лощина стока.
Водно-физические свойства почвы зависят от сложения почво-грунтов (главным образом, механического состава), уровня грунтовых вод и температуры окружающей среды. На прогреваемость верхних слоев почвы в свою очередь значительное влияние оказывает освещенность ее поверхности. На открытых участках с незначительным развитием растительного покрова освещенность почвы в дневные часы в июле варьирует от 3 000 до 42 000 люкс. На участках, поросших мелколесьем, с развитым травяным покровом она составляет от 1 300 до 25 000 люкс. Под густым пологом деревьев и кустарников, при хорошо развитом напочвенном растительном покрове, освещенность поверхности почвы колеблется от 1 000 до 7 500 люкс. Тепловой режим отдельных участков территории определяется теплопоглощающей способностью, теплопроводностью и теплоемкостью поч-во-грунтов, которые зависят от выраженности
микрорельефа, влажности и механического состава верхних слоев почвы. Кроме того, на температурный режим почво-грунтов свалки оказывает влияние процесс разложения органических соединений, создающий определенный «парниковый эффект».
В ходе исследований температурного режима корнеобитаемого слоя почвы на различных участках свалки удалось выявить некоторые закономерности. Верхний слой почво-грунтов свалки промерзает в зимний период незначительно. Оттаивание почвы происходит в мае. Уже в середине мая температура почвы имеет положительные значения и в третьей декаде мая прогревается до величины эффективных температур (7-8°С). В этот же период отмечена фенологическая фаза набухания и распускания почек ряда видов древесных растений, начало вегетации растений напочвенного покрова. К началу июня сумма положительных среднесуточных температур корнеобитаемого слоя почвы на различных участках достигает 198-260°С. Наиболее активный рост растительности наблюдается в июне - первой половине июля при среднесуточной температуре корнеобитаемого слоя 10-12°С. К началу июля почва практически на всех участках прогревается до этой температуры, сумма положительных среднесуточных температур корнеобитаемого слоя почвы достигает 520-580°С. В июле среднесуточная температура почвы колеблется от +16,5 до +19,7°С, сумма положительных температур достигает в это время 1 050-1 180°С. Окончание периода роста побегов у большинства видов древесных растений наступает к 20-25 июля, к этому же времени заметно снижается и интенсивность накопления биомассы растений напочвенного покрова, которые вступают в фазу плодоношения.
После осуществления гидротехнической мелиорации в периоды вегетации влажность почвы варьировала от 31 до 78%. Несколько ниже она была на микроповышениях и выше -в понижениях рельефа. Обеспеченность растений влагой достаточная. Тем не менее в отдельные засушливые годы в течение 10-15 дней (обычно в середине июля) наступает пе-
риод, когда в верхних слоях почвы наблюдается дефицит доступной влаги, который, отчасти, компенсируется ливневыми дождями. Растения, расположенные на микроповышениях, в это время могут испытывать недостаток доступной влаги и снижать величину прироста.
Плохо оструктуренный слой почво-грунтов свалки после уборки из верхних слоев крупных медленно разлагающихся отходов представляет разнородную, большей частью органогенную массу, включающую в себя мелкие осколочные минеральные включения, перегнивающие древесные остатки и другие органические соединения, создающие слабо выраженную комковатость корнеобитаемого слоя. Плотность твердой фазы почвы имеет значительную вариабельность. В верхних слоях почво-грунтов свалки она колеблется от 1,28 до 2,76 г/см3. С удалением от поверхности почвы до глубины 60 см наблюдается тенденция к увеличению плотности твердой фазы почвы, хотя и на глубине до 15 см могут встречаться новообразования с плотностью твердой фазы от 2,0 до 2,5 г/см3. Благодаря большому количеству органики объемная масса почвы колеблется от 0,26 до 0,66 г/см3, придавая почво-грунтам некоторую вспушенность. Значительная плотность твердой фазы и невысокая объемная масса почвы создают очень рыхлый почвенный слой, общая пористость которого колеблется от 64,7 до 90,6%. Существенное значение для растений имеет пористость аэрации. В июне средняя пористость аэрации корнеобитаемого слоя составляет 26-29%, в июле - 36-40%, августе -30-35%, причем на отдельных участках она достигает 64%. Таким образом, благодаря осушению в корнеобитаемом слое растений в целом удалось сформировать вполне благоприятный гидрологический режим на всей территории свалки.
Близкое залегание грунтовых вод и наличие естественного стока создает опасность выноса токсичных веществ в близлежащие естественные водоемы. Многие неорганические и органические соединения ртути, сбрасываемые со сточными водами в водоемы, превращаются в токсичные соединения метилртути СНЗ^+
и диметилртути (CH3)2Hg. Чаще всего эта трансформация носит характер ферментативного процесса, протекающего при участии микроорганизмов [5, 6]. Водные организмы - один из путей включения ртути и ее соединений, в том числе высокотоксичной метилртути, в пищевую цепь. Перенос ДДТ и его производных в открытые водоемы из почвы происходит вместе с частичками почвы с ливневыми стоками или с ветром, в водоемах эти соединения могут накапливаться в растительных и животных организмах [3]. Поэтому, для того чтобы предотвратить поступление токсичных соединений в естественные водоемы, при устройстве осушительной сети было предусмотрено создание илоотстойника. Вывод избыточного количества воды осуществляется через систему искусственных сооружений с учетом естественных складок рельефа.
С 1994 года на территории свалки создаются дендрологические экспозиции местных и интродуцированных видов деревьев и кустарников. Проверяется адаптационная устойчивость сосны скрученной (Pinus œntorta var. latifolia S.Wats), сосны кедровой сибирской (P. sibirica Du Tour.), пихты бальзамической (Abies balsamea (L.) Mill.), ели сибирской (P. obovata Ldb.), аянской (P. ajaensis), голубой (колючей) (P. pungens Engel. f. glauca Beissn.), лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.), лиственницы Гмелина (L. gmelinii), березы пушистой (Betula pubescens Ehrh.), рябинника рябинолистного (Sorbus sorbifolia), рябины обыкновенной (S. aucuparia L.), черемухи обыкновенной (Padus avium Mill.), ирги (Amelanchier sp.), крыжовника (Grossularia reclinata), акации желтой (Acacia sp.), спиреи японской (Spiraea japonica), сирени виргинской (Syringa virginiana), черной и красной смородины (Ribes nigrum L., R. rubrum L.), жимолости (Lonicera tatarica), шиповника майского и иглистого (Rosa mjialis, R. acicularis Lindl.). Выращиваются виды лекарственных травянистых растений: родиолы розовой (Rodiola roseum), пиона уклоняющегося (Paeonia anomala).
Успешно прошли период адаптации на территории свалки сосна скрученная, пихта баль-
замическая, ель колючая и аянская, береза пушистая, рябина обыкновенная, черемуха обыкновенная, шиповники майский и иглистый, ирга, крыжовник, акация желтая, рябина неве-женская. Родиола розовая и пион уклоняющийся, высаженные на специально приготовленный субстрат из смеси песка и органики, в течение трех лет сформировали хорошо развитые корневые системы. В качестве необходимого ухода для развития растений требуется своевременная уборка травянистой растительности (скашивание).
Значительное количество ртути и ДДТ в почво-грунтах свалки потребовало проведения исследований по накоплению этих токсикантов растениями. Достоверной связи между содержанием токсинов в почве и в тканях растений, произрастающих на свалке, обнаружить не удалось. Ни в ягодах, ни в корнеплодах, ни в других органах и тканях растений соединений ртути обнаружено не было, несмотря на то, что в почве ее содержание составило 2,5 мг/кг сухого вещества. Относительно транслокации ртути из почвы в растения существуют различные мнения. Одни исследователи отмечают наличие прямой корреляции между содержанием ртути в почвах и степенью аккумуляции ее растениями [8]. Другие указывают, что накопление ртути в растениях если и происходит, то определяется биологическими особенностями культур и зависит от формы соединений ртути, их растворимости в водной среде [6]. Большинство исследователей указывают на иммобильность ртути в тканях растений. Более всего она накапливается в корнях, в генеративных органах незначительно. Микроколичества ртути, фиксируемые в тканях растений, играют важную физиологическую роль в метаболизме. Токсичность же макроколичеств ее не вызывает никаких сомнений.
Даже при пятикратном превышении ПДК содержания в почвах свалки ДДТ и ГХЦГ нам не удалось обнаружить их переход в ткани растений [9]. Этим подтверждаются выводы ряда авторов [3] о том, что пестициды переходят в ткани культурных растений в очень незначительных количествах, даже несмотря на
их большое содержание в почве. Следовательно, в почво-грунтах бывшей свалки сформировался и поддерживается определенный баланс химических соединений, препятствующий поступлению токсикантов в ткани растений.
Следует отметить высокую заселенность верхних слоев почво-грунтов формирующегося сада дождевыми червями, которые способны аккумулировать пестициды в большом количестве.
Опыт проведения биологической рекультивации на старой свалке промышленных и быто-
вых отходов показывает возможность санитарно-гигиенического обустройства подобных территорий. Основным компонентом почво-грунтов старых свалок является органика, большое количество которой требует обеспечения некоторых специфических агротехнических приемов при выращивании растений. Необходимы дальнейшие исследования роста и развития растений на территории свалки, мониторинг содержания токсичных веществ в тканях растений, в почве, в близлежащих водоемах и воздухе.
Список литературы
1. Аникеева В.А., Елизаров Ф.П., Кубрак Н.И., Чертовской В.Г. Методическое пособие по изучению микроклимата лесных биогеоценозов. Архангельск, 1983.
2. ВадюнинаА.Ф., КорчагинаЗ.А. Методы исследования физических свойств почв и грунтов. М., 1973.
3. ВингорекВ. Циркуляция пестицидов в агроценозе // Агрохимия. 1983. №9 1. С. 93-101.
4. Вомперский С.Э. Биологические основы эффективности лесоосушения. М., 1968.
5. Звонарев Б.А., Зырин Н.Г. Закономерности распределения ртути в почвах вблизи источника загрязнения // Почвоведение. 1981. №9 4. С. 32-39.
6. Зырин Н.Г., Обуховская Т.Д. Ртуть в почвах и растениях // Агрохимия. 1980. №9 1. С. 126-139.
7. Минеев В.Г., Тришина Т.А., Алексеев А.А. Распределение ртути и ее соединений в биосфере // Агрохимия. 1983. №> 1. С. 122-132.
8. Найштейн С.Я., ТарковМ.И., МеренюкГ.В., Тимченко Л.А. Актуальные вопросы гигиены почв. Кишинев,
1975.
9. Проведение исследований и разработка рекомендаций по осуществлению рекультивации территории Исако-горской свалки // Научный отчет. Архангельск, 1993.
10. Пятецкий Г.Е. Нормы и степень осушения заболоченных лесных земель и болот // Мелиорация сельскохозяйственных и лесных угодий Европейского Севера СССР. Петрозаводск, 1977. С. 38-40.
Fedyaev Alexandr, Surso Mikhail
BIOLOGICAL REHABILITATION OF THE DUMP OF INDUSTRIAL AND HOUSEHOLD WASTE IN THE SUBURB OF ARKHANGELSK
The article adduces the results of studying sanitary and hygienic arrangements of the industrial and household waste dump by methods of biological rehabilitation. Hydrophysical properties of soils, their fertility, toxic substances content in soils, growth and development features of native and introduced plant species are studied. Effectiveness of the developed biological rehabilitation actions for dumps is analyzed.
Рецензент - Петрик В.В., доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заведующий кафедрой лесных культур и ландшафтного строительства Архангельского государственного технического университета
