CC BY
10СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ
УДК 332.368
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ К САНИТАРНО-БИОЛОГИЧЕСКОМУ ЗАГРЯЗНЕНИЮ ОТХОДАМИ ЖИВОДНОВОДСТВА
Болмат Т.Н., соискатель, Зулев Г.С., магистрант 1 курса направления подготовки 35.04.04 «Агрономия». Научный руководитель: д.с.-х.н., профессор Степанова Л.П. ФГБОУ ВО Орловский ГАУ
АННОТАЦИЯ
Нарушение технологий использования и хранения органических отходов животноводства приводит к ухудшению санитарного состояния почв и агроценозов. В результате усиления биологического загрязнения резко снижается её самоочищающаяся способность, что приводит к негативным изменениям биологического разнообразия, биологической активности почвы, повышению концентрации токсичных соединений, снижению качества растениеводческой продукции, ухудшению эпизоотического благополучия территорий. В связи с этим проведение оценки санитарного состояния почвы является обязательным и необходимым для установления и прогнозирования степени её безопасности для проживания, здоровья людей и разработки природоохранных мероприятий.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
Санитарно-бактериологические показатели, организмы группы кишечной палочки (БГКП-колииндекс), фекальные стрептококки (индекс энтерококков), патогены, дерново-подзолистая почва, экологическая устойчивость, нитраты, тяжелые металлы.
ABSTRACT
Disruption of technologies for use and storage of organic livestock waste result in deterioration of the sanitary condition of soils and agrocenoses. As a result of increased biological pollution, its self-cleaning ability is sharply reduced, which leads to negative changes in biological diversity, biological activity of the soil, increase in the concentration of toxic compounds, decrease in quality of crop production, and deterioration in the epizootic well-being of the territories. In this regard, the assessment of the sanitary condition of the soil is mandatory and necessary to establish and predict the degree of its safety for living, human health, and the development of environmental measures.
KEYWORDS
Sanitary and bacteriological indicators, organisms of the E.coli group (coliform bacteria -coliindex), fecal streptococci (enterococci index), pathogens, sod-podzolic soil, environmental resistance, nitrates, heavy metals.
Введение. Сельскохозяйственное использование почв приводит к существенным нарушениям экологического равновесия, которое сопровождается увеличением неравновесности состояния системы и увеличением риска её деградации.
Биологическому загрязнению способствует изменение естественных условий местообитаний организмов в результате физических и химических воздействий. Биологическое загрязнение почв чужеродными микроорганизмами происходит в
результате попадания в почву бытовых и сельскохозяйственных отходов крупных агрохолдингов, традиционного использования органических отходов в виде удобрений, а также за счет аэрозолей микробиологических производств.
В большинстве случаев в сельском хозяйстве загрязнителями являются жидкий или полужидкий навоз, неочищенные навозные стоки, осадок из отстойников, подстилочный навоз, жидкость, выделяющаяся из навозного бурта при компостировании [1, 2].
Вышеперечисленные загрязнители способны вызывать кишечные инфекции и пищевые отравления у человека, эпидемические заболевания у животных, токсикозы растений, а также вызывающие почвоутомление, связанное с накоплением в почве физиологически активных токсинов. Многие микроорганизмы, обитающие в почвах, являются патогенными: они опасны и даже губительны для человека и животных, при этом они могут сохраняться в почвенной среде длительное время [3, 4].
Эти обстоятельства могут способствовать распространению различных инфекционных заболеваний, продуцированию токсичных веществ, патогенных микроорганизмов - микотоксинов, почвоутомлению. Сложившиеся неблагоприятные экологические условия, несут реальную опасность заражения почв микротоксинами, и серьёзную угрозу для человечества.
В связи с этим, контроль за состоянием окружающей среды и выделение территорий различной экологической напряжённости представляет важную народнохозяйственную задачу [1, 5].
Именно это определило актуальность и необходимость исследования влияния нарушений, допущенных при складировании, хранении и применении отходов животноводства на экологическую устойчивость и санитарное состояние почв по степени их биологического загрязнения с использованием санитарно-бактериологических показателей.
Цель исследования: установить степень изменения санитарного состояния и оценить устойчивость дерново-подзолистых почв земель сельскохозяйственного назначения при загрязнении отходами животноводства и деятельности человека.
При этом решению подлежат следующие задачи:
1. Оценить степень накопления санитарно-показательных организмов группы кишечной палочки (БГКП-колииндекс) и фекальных стрептококков (индекс энтерококков) в пахотном слое почвы на глубине 0-5 см и 5-20 см при нарушении требований к размещению и хранению отходов животноводства на землях сельскохозяйственного назначения.
2. Установить степень биологического загрязнения и выявить границы ареалов воздействий на дерново-подзолистые почвы земель сельскохозяйственного назначения в границах ареалов воздействий отходов животноводческого комплекса КРС и бытовых отходов на формирование высокой концентрации токсичных соединений.
3. Выявить уровень загрязнения патогенными бактериями группы кишечной палочки и фекальных стрептококков в слое 0-5 см и 5-20 см и характер ответных реакций почв: количественные и оценочно-экологические, дать оценку воздействий на санитарное состояние и экологическую устойчивость почвы.
4. Установить степень экологической устойчивости и буферных свойств почв к биологическому загрязнению и интенсивности биологической нагрузки на почву по количеству санитарно-показательных организмов в зависимости от характера, интенсивности и продолжительности воздействия.
Объекты и методы исследования: исследования проводились на дерново-подзолистых почвах территории земель сельскохозяйственного назначения.
Проведение бактериологического анализа по оценке санитарного состояния почв выполняли по «Методы микробиологического контроля почвы». Методические рекомендации (утв. 24.12.2004 г. № ФЦ/4022).
Методы отбора и подготовки проб почвы для химического, бактериологического, гельминтологического анализа осуществляли по ГОСТ 17.4.4.02-84.
Для бактериологического анализа с одной пробной площадки составляли 10 объединенных почвенных проб. Каждую объединенную пробу составляли из трех точечных проб массой от 200 г до 250 г каждая, отобранных послойно с глубины почвы 0-5 см и 5-20 см.
Определение нитратов ионометрическим методом ГОСТ 26951 -86-Почвы.
Методика выполнения измерений массовых концентраций цинка, кадмия, свинца, меди, марганца, мышьяка, ртути методом инверсионной вольтамперометрии на анализаторах типа ТА. ФР 1.31.2005.021119-МУ31-11/05. Количественный химический анализ проб почв, тепличных грунтов, сапропелей, донных отложений и твердых отходов.
Результаты и обсуждение: оценка экологической безопасности складирования и применения органических компостов определяется токсикантами органического и минерального характера, твёрдыми, жидкими и газообразными продуктами разложения, обусловливающих возможную токсикацию почвы, растений, водной и воздушной среды. Обратимость изменений свойств почв определяет возможность длительного процесса восстановления ландшафта и зависит от буферных свойств почвы, характера и интенсивности воздействия.
Всё вышеизложенное определяет необходимость установления генетической устойчивости исследуемых почв и выявлению их способности противостоять или слабо изменяться и сравнительно быстро возвращаться в исходное состояние при превышении допустимых норм антропогенного воздействия на почву, несовместимого с природными процессами, и нарушении экологических систем.
Проведёнными исследованиями установлено, что нарушение технологии хранения и применения компоста КРС и бытовых отходов на земельном участке сельскохозяйственного назначения с дерново-подзолистыми почвами обусловило ухудшение санитарного состояния изучаемых почв по санитарно-бактериологическим показателям через наличие санитарно-показательных организмов группы кишечной палочки (БГКП-колииндекс) и фекальных стрептококков (индекс энтерококков) и химико-токсикологическим показателям.
Складирование отходов животноводческого комплекса на поверхности почв исследуемых земельных участков в ненормированных количествах и с нарушением требований к обустройству земельной территории обусловило формирование территорий сельскохозяйственных земель повышенного риска и резкое ухудшение санитарного состояния дерново-подзолистых почв по степени биологического загрязнения на основе санитарно-бактериологических косвенных показателей (БГКП-колииндекс и индекс энтерококков).
Во всех исследуемых пробах почв, взятых с площади нарушенных земельных территорий размещением отходов животноводства как на глубине 0-5 см, так и на глубине 5-20 см установлено наличие патогенных бактерий в количествах, превышающих допустимые величины индексов санитарно-показательных микроорганизмов более десяти клеток в 1 грамме почвы, характеризующие исследуемые почвы как «загрязненные».
Особый интерес вызывают результаты микробиологических испытаний проб дерново-подзолистых почв, нарушенных невыполнением требований к размещению и складированию компоста КРС.
Доказано, что на санитарное состояние почв земель сельскохозяйственного назначения оказывают влияние генетические особенности почв и их устойчивость к антропогенным воздействиям. Так, установлено резкое ухудшение санитарного состояния дерново-подзолистой почвы по степени биологического загрязнения на основе санитарно-бактериологических косвенных показателей, а именно по наличию санитарно-показательных организмов группы кишечной палочки (индекс БГКП и индекс фекальных стрептококков - индекс энтерококков). Во всех исследуемых пробах почвы,
отобранных как с глубины 0-5 см, так и с глубины 5-20 см исследуемой земельной территории дерново-подзолистых почв установлено наличие патогенных бактерий в количествах, превышающих величины индексов санитарно-показательных микроорганизмов (более десяти клеток в 1 грамме почвы) и оценивающих исследуемые почвы как «загрязненные». При этом степень загрязнения почвы санитарно-показательными организмами группы кишечной палочки - индекс БГКП изменяется с глубиной отбора почвенной пробы (рис. 1).
60
Умеренно-опасная Опасная Чрезвычайно опасная
Степень загрязнения
■ 0-5 см ■ 5-20 см
Рисунок 1 - Влияние компоста КРС на интенсивность загрязнения дерново-подзолистых почв (%) организмами группы кишечной палочки (БГКП-колииндекс)
Так, для почвенных проб, взятых с глубины 0-5 см 29,6% анализируемой территории земель, характеризуются «чрезвычайно опасной» степенью загрязнения с величиной индекса БГКП 1000-10000 клеток в 1 грамме почвы, при этом 54,5% исследованной площади почв подтверждали «опасный» уровень загрязнения санитарно-показательными организмами. Только 15,9% площади дерново-подзолистых почв нарушенных земель характеризовали «умеренно-опасную» степень загрязнения с величиной индекса БГКП менее 100 клеток в 1 грамме почвы.
С изменением глубины взятия почвенной пробы до 5-20 см изменяется интенсивность бактериологического загрязнения санитарно-показательными организмами группы кишечной палочки исследуемой территории дерново-подзолистых почв. Самая высокая величина индекса БГКП более 1 000 клеток в 1 грамме почвы показана для 63,6% дерново-подзолистых почв исследуемой территории, которая характеризует «чрезвычайно опасный» уровень загрязнения по значению индекса санитарно-показательных организмов. При этом следует отметить, что большая часть из анализируемых почвенных проб с этим уровнем загрязнения имела индекс БГКП, превышающий 10 000 клеток в 1 грамме, и только 36,4% имели «умеренно-опасный» уровень загрязнения почвы организмами группы кишечной палочки.
Интерес вызывают данные, характеризующие интенсивность загрязнения дерново-подзолистой почвы фекальными стрептококками как на глубине 0-5 см, так и на глубине 5-20 см.
Так, в слое почвы 0-5 см 63,6% исследуемой земельной территории по наличию санитарно-показательных организмов группы фекальных стрептококков оценивалась
«чрезвычайно опасным» уровнем загрязнения при величине индекса энтерококков более 1000 клеток в 1 грамме почвы. Однако, даже на этом уровне загрязнения 15,9% исследуемых почв имели самую высокую степень загрязнения по индексу энтерококков, превышающего 10 000 клеток в 1 грамме почвы. При этом только 36,4% площади дерново-подзолистых почв имели величину индекса санитарно-показательных организмов фекальных стрептококков более 100 клеток на 1 грамм почвы, что характеризовало «опасный» уровень бактериологического загрязнения (рис. 2).
60
50
Умеренно-опасная Опасная Чрезвычайно опасная
Степень загрязнения
■ 0-5 см ■ 5-20 см
Рисунок 2 - Влияние компоста КРС на интенсивность загрязнения дерново-подзолистых почв (%) фекальными стрептококками (индекс энтерококков)
В слое дерново-подзолистой почвы 5-20 см, то есть с увеличением глубины взятия почвенной пробы, количество патогенных микроорганизмов и степень загрязнения почвы изменяются. Так, для 43,2% площади земельной территории установлена «умеренно-опасная» степень микробиологического загрязнения фекальными стрептококками, то есть до 100 клеток на 1 грамм почвы, а 56,8% площади почвы на глубине 5-20 см, характеризовали «чрезвычайно опасный» уровень загрязнения: более 1000 клеток на 1 грамм почвы, при этом 20,4% из указанной степени загрязнения имели уровень загрязнения более 10 000 клеток в 1 грамме почвы.
Исследованиями установлена степень химико-токсикологического загрязнения дерново-подзолистых почв, нарушенных несанкционированным размещением отходов производства и потребления (табл.).
Таблица - Влияние бытовых отходов на изменение степени накопления нитратов и тяжелых металлов в пахотном слое дерново-подзолистой почвы_
Глубина NOз Cd As Pb Zn
взятия мг/кг мг/кг мг/кг мг/кг мг/кг
пробы,см
0-5 1162,41 3,05 13,87 10,95 40,47
5-20 653,67 2,25 12,59 9,96 38,10
ПДК 130 2 10 6 23
Исследованиями доказано изменение в содержании нитратного азота как в слое почвы 0-5см, так и в слое почвы 5-20 см под воздействием несанкционированного размещения отходов производства и потребления. Средневзвешенное количество нитратного азота в поверхностном слое 0-5см, составило 1162,41мг/кг, что в 8,9 раза превышает предельно допустимый уровень нитратного азота в почве (130мг/кг). В слое почвы 5-20 см количество нитратного азота снижалось в 7 раз до 653,67мг/кг, в сравнении с количеством нитратов в поверхностном слое дерново-подзолистой почвы и превышало допустимый уровень содержания в 5 раз.
Такое распределение нитратов в пахотном слое является доказательством высокой миграционной способности нитратов в профиле почвы и в условиях их накопления и концентрировании в конкретном по площади местоположении является опасным фактором неблагоприятного воздействия нитратов на грунтовые и подземные воды, а также их поверхностное перераспределение в пахотном слое почвы.
При этом следует иметь в виду изменение окислительно-восстановительного состояния почвы и ее деградационные изменения с выраженной миграцией в грунтовые воды нитратов, нитритов и аммония.
Исследованиями доказана интенсивность накопления в почвах тяжелых металлов кадмия, мышьяка, свинца и цинка.
Как показали исследования в почвенных пробах, взятых с глубины 0-5 см, доказано накопление подвижного кадмия, подвижного мышьяка, подвижно свинца и подвижного цинка в количествах, превышающих ПДК.
Так количество кадмия превышало предельно допустимый уровень в 1,52 раза, а количество подвижного мышьяка в поверхностном слое превышало допустимый уровень в 1,4 раза. Содержание подвижного цинка в слое почвы 0-5 см составило 10,95 мг/кг, что в 1,8 раза превышало ПДК. Уровень превышения ПДК для цинка достигал 1,8 раза, что обусловил его содержание количестве 40,47мг/кг.
Для слоя почвы 5-20 см для всех исследуемых подвижных форм металлов доказано превышение предельно допустимого уровня в количестве кадмия в 1,1 раза (2,25 мг/кг), для мышьяка в 1,3 раза (12,59 мг/кг), для свинца в 1,7 раза (9,96 мг/кг), а количество подвижного цинка превышало допустимый уровень содержания в почве в 1,7 раза (38,1 мг/кг).
Такой высокий уровень накопления металлов обусловливает повышение их концентрации относительного фоновой контрольной почвы по величине суммарного показателя химического загрязнения, который в слое почвы 0-5 см составил 3,52 ед. А в слое почвы 5-20 см, этот показатель составил 2,8 ед.
Наличие полиэлементных аномалий в почвенной среде в зависимости от различных видов загрязнителей в почве может создавать явление синергизма или антогонизма между элементами и обусловить ингибирование или стимулирование поглощения элементов растениями.
Выводы:
1. Доказано ухудшение санитарного состояния дерново-подзолистых почв земель сельскохозяйственного назначения по санитарно-бактериологическим показателям в связи с нарушением технологии подготовки, хранения и использования компоста КРС.
2. Установлено превышение допустимого уровня наличия санитарно-показательных организмов группы кишечной палочки как на глубине 0-5 см, так и в слое почвы 5-20 см по величине индекса БГКП в пределах 10-100 клеток и более 100 клеток в 1 грамме почвы, характеризующей «умеренно опасную», «опасную» степень загрязнения, с «чрезвычайно опасной» степенью загрязнения дерново-подзолистой почвы.
3. Выявлена «умеренно опасная» и «опасная» степень загрязнения фекальными стрептококками (индекс энтерококков) для дерново-подзолистых почв исследуемых сельскохозяйственных земель на глубине 0-5 и 5-20 см, что
предопределяет опасность попадания и распространения патогенных бактерий в более глубоких слоях почвенного профиля.
4. Установленная величина индекса санитарно-показательных организмов (БГКП и энтерококков) в количестве более десяти клеток на 1 грамм почвы является доказательством возможного загрязнения почвы сальмонеллами и свидетельством инфицирования почвы энтеровирусами.
5. Доказана необходимость разработки мероприятий по рекультивации земель сельскохозяйственного назначения с «опасным» и «чрезвычайно опасным» уровнем биологического загрязнения с учётом экологической устойчивости почв и их способности к самоочищению.
6. Выявлен высокий уровень загрязнения дерново-подзолистой почвы по химико-токсикологическому показателю (нитраты) и токсическим элементам (кадмий, мышьяк, свинец, цинк) в связи с воздействием несанкционированного размещения отходов.
Библиография:
1. Ващенко И.М. Основы почвоведения, земледелия и агрохимии. М.: Прометей, 2017. 935 с.
2. Антропогенные почвы / М.И. Герасимова, М.Н. Строганова, Н.В. Можарова, Т.В. Прокофьева. М.: Юрайт, 2019. 237 с.
3. Горовцов А.В., Полякова А.В., Внуков В.В. Показатели структуры микробоценоза почв г. Ростова-на-Дону как инструмент мониторинга состояния антропогенно-преобразованных почв // Научный журнал Кубанского ГАУ. 2013. № 89 (05). 13 с.
4. Добровольский Г.В. Экология почв. Учение об экологических функциях почв. М.: МГУ, 2006. 364 с.
5. Другов Ю.С., Родин А.А. Анализ загрязненной почвы и опасных отходов. М.: БИНОМ, Лаборатория знаний, 2013. 471 с.
6. Комарова Н.Г. Основы экологии и геоэкологии. М.: Академия, 2012. 272 с.
УДК 602.6:548.3:[631.8+631.95]
РЕТИКУЛЯРНАЯ ХИМИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ ЕЁ ПРИМЕНЕНИЯ В АГРОХИМИИ
(ОБЗОРНАЯ СТАТЬЯ)
Давыдив М.Я., магистрант 1 курса направления подготовки: 35.04.03 «Агрохимия и агропочвоведение». Научный руководитель: к.с.-х.н., доцент Игнатова Г.А. ФГБОУ ВО Орловский ГАУ
АННОТАЦИЯ
В данной статье представлено описание потенциала использования нового направления химии - ретикулярной химии - в сельском хозяйстве в целом и в агрохимии в частности. Для выживания и повышения качества жизни человеческое общество стремилось к более продуктивному, точному и устойчивому сельскому хозяйству. Агрохимия, которая решает проблемы сельского хозяйства химическим путем, является основным механизмом, движущим эволюцию современного сельского хозяйства. На сегодняшний день в агрохимии используются химические технологии в виде пестицидов, удобрений, ветеринарных препаратов и различных функциональных материалов для удовлетворения основных требований общества, при этом социально-экологические последствия увеличиваются из-за неэффективного расходования. Таким образом, для поддержки устойчивой агрохимии требуются более полезные, точные и подходящие для проектирования химические материалы. Ретикулярная
