CC BY
0РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РЕКУЛЬТИВАЦИИ ЗЕМЕЛЬ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ВСЛЕДСТВИЕ СБРОСА НЕОЧИЩЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД НА РЕЛЬЕФ
МЕСТНОСТИ
В.И. Титова1, Е.В. Дабахова1, Л.А. Гафурова2
1ФГБОУВО «Нижегородский государственный агротехнологическийуниверситет»,
603107, г. Нижний Новгород, пр. Гагарина, д. 97;
2 Национальный университет Узбекистана им.Мирзо Улугбека https://doi.org/10.5281/zenodo.11494140 Введение. Осенью 2022 года на площади 1100 м2 был установлен факт загрязнения земель одного из лесничеств Нижегородской области неочищенными сточными водами, поступающими на протяжении 2-х лет со стороны недействующих очистных сооружений птицефабрики. При этом известно, что сточные воды могут являться источником микробиологического загрязнения земель [1]. Они часто содержат патогенные микроорганизмы, вызывающие инфекционные заболевания бактериального и вирусного происхождения; жизнеспособные яица геогельминтов (аскарид, власоглавов, анкилостомид) и биогельминтов (онкосферы тениид, яиц фасциол); жизнеспособные цисты кишечных патогенных простейших (цист лямблий, балантидий, ооцист криптоспоридий) и т.д. В связи с этим восстановление плодородия нарушенных (загрязненных) земель должно предусматривать создание условий для обеззараживания почв [2] и восстановления нормального микробиологического сообщества [3].
Условия и методы исследований. Почва светло-серая лесная легкосуглинистая, имеет кислую реакцию и низкую степень насыщенности основаниями, невысокое содержание гумуса и доступных форм элементов питания растений.
Для оценки воздействия сброса неочищенных стоков на свойства почвы были отобраны пробы почв на загрязненной территории (точки № 1, 4, 5) и на фоновой (не подвергшейся загрязнению) территории (точки № 2 и 3). Отбор проб на загрязненных участках велся послойно (0-10 и 10-20 см), на фоновых - из слоя 0-20 см (табл. 1). 1. Характеристика точек пробоотбора
№ Характеристика
1 Квартал лесничества - центральная точка, по слоям 0-10 и 10-20 см
2 Фон слева от точки № 1 на расстоянии 350 м
3 Фон справа от точки № 1 на расстоянии 350 м
4 30 м от точки № 1, по слоям 0-10 и 10-20 см
5 250 м от точки № 1, по слоям 0-10 и 10-20 см
Результаты исследований. Анализы выполнены в аккредитованной аналитической лаборатории и свидетельствуют (табл. 2), что содержание тяжелых металлов и нефтепродуктов на обследуемой территории находится в пределах нормы. Это важно подчеркнуть еще и потому, что в России порядка 11% почвенного покрова территории имебют высокий уровень загрязнения тяжелыми металлами [4]. Исключением является марганец (МпО), концентрация которого в фоновой точке № 2 превышает установленный норматив. Данный факт обусловлен природными особенностями территории, в частности
повышенной степенью гидроморфизма почв, имеющей своим следствием оторфованность верхнего горизонта и обогащение профиля полуторными окислами, в том числе марганцем. Это подтверждает и высокое содержание органического вещества в пробе.
Существенного превышения содержания тяжелых металлов в загрязненной почве над фоновыми значениями (точка № 2, 3) не выявлено. Содержание сульфатов в загрязненных почвах варьирует от 7,4 ПДК в точке № 5 (слой 10-20 см) до 17 ПДК в точке № 1 (слой 10-20 см). Концентрация данного соединения в фоновых точках на порядок ниже. Согласно «Методическим рекомендациям по выявлению деградированных и загрязненных земель» (1994 г.) уровень загрязнения сульфатами в точках № 1, 4 и 5 классифицируется как очень высокий (>380 мг/кг в пересчете на серу).
2. Результаты анализа проб почвы по выделенным точкам
ПДК, Точка №1, Точка Точка Точка № 4, Точка № 5,
Ингредиент ОДК, см №2, №3, см см
млн-1 0-10 10-20 0-20 см 0-20 см 0-10 10-20 0-10 10-20
Хром 90 <80 <80 <80 <80 <80 <80 <80 132
Марганец 1500 131 146 1687 782 230 251 151 107
Никель 40 18,0 22,0 17,5 20,6 19,7 16,9 22,2 12,1
Медь 66 51,4 43,5 61,3 53,6 52,3 46,0 43,7 47,9
Цинк 110 56,1 62,9 36,5 75,8 48,6 33,8 138 29,0
Свинец 65 <25 <25 <25 <25 <25 <25 <25 <25
рН, ед. рН - 4,5 4,2 5,3 7,3 4,8 4,5 5,2 3,9
Нефтепродукты 40 <50 <50 <50 <50 <50 <50 <50 <50
Нитрат-ион 130 4,1 4,1 34,1 13,5 7,8 6,2 155 72,0
Сульфат-ион 160 2319 2725 261 87 2261 1362 1507 1188
Хлорид-ион - 17,8 35,5 35,5 17,8 53,3 17,8 17,8 17,8
Органическое - 2,21 6,2 8,4 4,4 4,0 8,3 5,3 3,3
вещество, %
Очень высокое содержание сульфатов не только в верхнем (1-10 см), но более глубоко залегающем (10-20 см) слое свидетельствует о длительности негативного воздействия, связанного со сбросом неочищенных сточных вод на рельеф территории. Помимо этого в точке № 5 (слой 0-10 см) выявлено повышенное содержание нитратов (1,2 ПДК).
В целом химический анализ показал, что почва анализируемого участка на всей площади имеет очень высокий уровень загрязнения сульфатами и в некоторых точках -превышение ПДК по нитратам, что требует проведения рекультивационных мероприятий, включая как биологический, так и технический этапы.
Технический этап рекультивации включает снятие сильнозагрязненного и внесение чистого плодородного слоя почвы. На этом этапе предлагается проведение следующих видов работ: подготовительные работы; срезка загрязненного слоя на глубину 0-20 см, погрузка и транспортировка его для дальнейшей обработки; разработка и транспортировка чистого плодородного слоя или потенциально плодородного грунта; нанесение чистого
плодородного слоя или потенциально плодородного грунта на рекультивируемую площадь; планировка земель (выравнивание поверхности и исправление микрорельефа).
В ходе подготовительных работ необходимо произвести раскорчевку пней, расчистку территории от сухих и поваленных деревьев, веток и других объектов, мешающих проведению работ. Срезку загрязненного слоя необходимо осуществлять таким образом, чтобы избежать повреждения древесной растительности и ее корневой системы. В зоне наибольшего распространения корней следует ограничиться теми видами работ, которые не нанесут ущерба деревьям (неглубокое рыхление верхнего слоя, применение микробиологических препаратов и т.д.).
Технология нанесения плодородного слоя почвы должна быть построена из расчета минимального прохода транспортных и планировочных машин с целью исключения уплотняющего воздействия их на почву. Плодородный слой почвы наносится на малопродуктивные угодья в состоянии оптимальной его влажности - влажности крошения. Он не должен быть опасным в эпидемиологическом отношении и не должен быть загрязнен и засорен отходами производства, твердыми предметами, камнями, щебнем, галькой, строительным мусором. Плодородный слой почвы, наносимый на рекультивируемую территорию, должен иметь не меньшее содержание гумуса и элементов питания, отличаться не меньшей степенью насыщенности основаниями по сравнению с почвами этих земель, а также иметь суглинистый или глинистый гранулометрический состав. Допускается использовать плодородный слой почвы с содержанием гумуса равным или несколько более низким, чем в исходной почве, но не менее 1%. В качестве чистого плодородного слоя, наносимого на рекультивируемую территорию, может использоваться ранее снятый с нее загрязненный слой почвы после соответствующей обработки, обеспечивающей ее очистку и дезинфекцию.
После нанесения плодородного слоя почвы следует провести выравнивание микрорельефа и планировку поверхности.
Поскольку с коммунальными стоками в почву, очевидно, поступала специфическая микрофлора, в том числе патогенная, основной целью биологического этапа рекультивации земель, загрязненных неочищенными сточными водами, является обеззараживание почвы.
Оно может быть проведено химическим методом (обработка почвы сухой хлорной известью, бромистым метилом, формальдегидом и др. препаратами), однако данные методы рекомендуется применять только при установленным факте наличия в почве возбудителей сибирской язвы, эмкара, туберкулеза и других опасных заболеваний. Кроме этого, применение дезинфицирующих химических препаратов сопряжено с дополнительным негативным воздействием на окружающую среду. В связи с этим, на рекультивируемой территории целесообразно применять более щадящие и безопасные биологические методы, которые заключаются в восстановлении нормального микробиологического сообщества почвы. Увеличение видового разнообразия и активности почвенной биоты будет способствовать подавлению развития патогенной микрофлоры и обеспечивать самоочищение почвы от микробиологического загрязнения.
Еще одним фактором негативного воздействия на окружающую среду, возникшем вследствие сброса неочищенных сточных вод на рельеф местности, является очень высокий уровень загрязнения почвы сульфатами. На фоне активизации микробиоты
сульфаты, встраиваясь в клетки микроорганизмов, потеряют свою подвижность и миграционную способность. По мере отмирания микроорганизмов часть серы, извлеченной ими в процессе жизнедеятельности из раствора, будет консервироваться в почвенном органическом веществе, переходя из потенциально опасной формы в запасной фонд питательных элементов, высвобождение из которого в сбалансированной системе идет медленными темпами, безопасными для окружающей среды.
Таким образом, активно функционируя и выделяя различного рода ферменты, нормальная микрофлора почвы будет способствовать процессу ее самоочищения от микробиологических (патогенная микрофлора) и химических (сульфаты) загрязнителей [5].
Восстановление нормальной микрофлоры почвы может быть достигнуто следующими способами: создание условий для активизации микрофлоры, в настоящий момент уже существующей в почве; привнесение в почву микроорганизмов в составе специальных микробиологических препаратов.
Создание условий для активизации почвенной микрофлоры включает в себя ряд стандартных агротехнических приемов: оптимизация воздушного и водного режимов; внесение удобрений; оптимизация почвенной кислотности. Оптимизация водного и воздушного режимов достигается механическими обработками почвы, позволяющими поддерживать ее в рыхлом состоянии. На рекультивируемой территории следует произвести весеннюю вспашку на глубину 20 см (за исключением участков, где производилась срезка и нанесение плодородного слоя, а также участков, где есть опасность повреждения корневой системы древесной растительности), с последующей предпосевной культивацией на глубину 5-6 см (на всей площади).
Внесение органических удобрений на нарушенных землях является важнейшим приемом их рекультивации, позволяющим улучшить физические и водно-физические свойства почвы (структуру, сложение, водопроницаемость, водоудерживающую способность и др.). Применение органических удобрений способствует повышению биологической активности почв, усилению выделения из почвы углекислого газа, улучшает условия воздушного питания, увеличивает продуктивность фотосинтеза. Усиление биологической активности почвы способствует распаду органических поллютантов за счет их биодеградации и подавлению патогенной микрофлоры.
Оптимизация почвенной кислотности достигается известкованием. Под влиянием извести улучшается водопроницаемость и аэрация, микроагрегированность, повышается водопрочность и механическая прочность структуры. Известкование способствует повышению емкости катионного обмена и, соответственно, поглотительной способности. При этом снижается подвижность ряда токсичных элементов, значительно увеличивается микробиологическая активность почв. Особенно эффективно известкование в сочетании с органическими удобрениями. Учитывая, что почва, загрязненная вследствие сброса на нее неочищенных сточных вод, в отличие от фоновой (нейтральной) характеризуется кислой и сильнокислой реакцией среды, известкование следует считать одним из наиболее важных приемов рекультивации. Известкование также следует проводить на участках, где не осуществлялась срезка загрязненного слоя почвы и замена его на чистый плодородный слой.
Вторая группа приемов, позволяющая осуществить биологическую дезинфекцию почвы -применение специальных микробиологических препаратов. Из известных препаратов,
выпускаемых в России и пригодных для достижения целей, поставленных в ходе рекультивации, являются Оксизин и Байкал ЭМ-1.
Оксизин - это комплексная органическая композиция, полученная путем ферментации патоки сахарной свеклы. Имеет в составе специальные добавки для улучшения роста бактерий в субстрате, в который он вносится. Препарат разлагает органические соединения и нарушает процесс притяжения загрязнений к поверхностям путём нейтрализации внутренних электростатических сил.
При правильном использовании Оксизин безопасен для здоровья людей, животных, рыб и растительности. Препарат используется для переработки органических остатков, навоза и помета в целях быстрого получения органических удобрений; обработки отхожих мест с целью уничтожения запаха, ускоренной переработки фекалий и увеличения глубины их переработки; обработки компостных ям с целью ускорения и глубины переработки компоста; очистки грунта, водоемов и сточных вод от загрязнений органического характера, включая нефтепродукты; для улучшения санитарно-гигиенического состояния хранилищ твёрдых бытовых отходов (исчезает запах, ускоряется процесс переработки, увеличивается глубина переработки) и т.д. Ферментный препарат Оксизин (концентрат) выпускается в потребительской упаковке 20 л. Для обработки загрязненной почвы применима пропорция: 10 мл концентрата, разбавленного водой 1:500 - 1:1000 на 1 тонну субстрата с обработкой опрыскиванием. Таким образом, гектарная доза разбавленного водой препарата составляет 150-300 л.
Байкал ЭМ-1 содержит молочнокислые, фотосинтетические, азотсодержащие бактерии, дрожжевые грибки, ферменты, аминокислоты и т.д. Препарат предназначен для восстановления плодородия почвы. Препарат применяется при той же кратности разведения и в тех же дозах, что и Оксизин.
Всю рекультивируемую площадь после проведения указанных выше мероприятий (механических обработок, внесения удобрений и извести, опрыскивания микробиологическим препаратом) следует засеять многолетними травами, которые, также как и микроорганизмы, будут способствовать самоочищению почвы от химического загрязнения, а также предотвращать поверхность почвы от разрушения вследствие развития эрозионных процессов. При проведении биологического этапа рекультивации следует высевать многолетние бобово-злаковые травосмеси, рекомендуемые зональной системой земледелия.
Заключение. Таким образом, на анализируемом участке необходимо проведению технического и биологического этапов рекультивации нарушенных земель. Технический этап проводится только на сильнозагрязненных участках и заключается в удалении загрязненного слоя почвы и замене его на чистый плодородный слой. Биологический этап проводится на всей загрязненной территории и включает в себя систему обработки почвы, известкование, внесение органических удобрений, посев многолетних трав и опрыскивание поверхности почвы и вегетирующих растений микробиологическим препаратом. Проведение предложенных мероприятий позволит обеспечить очистку почв от химических и потенциальных микробиологических загрязнителей. Список использованной литературы
1. Kuppusaty S., Kakarl D., Venkateswarlu K., Megharaj M., Yoon Y.-E., Lee Y.B. Veterinary antibiotics (VAs) contamination as a global agro-ecological issue: A critical view / Agricult. Ecosyst. Environ. 2018. V. 257. P. 47-59.
2. Vadakattu G.V.S.R., Germidab J. Soil aggregation: Influence on microbial biomass and implications for biological processes / Soil Biology and Biochemistry. 2015. V.80 P. A3-A9.
3. Polyak Y.M., Bakina L.G., Chugunova M.V., Mayachkina N.V., Gerasimov A.O., Bure V.M. Effect of remediation strategies on biological activity of oil-contaminated soil - A field study / Int. Biodeter. Biodegrad. 2018. V.126. P. 57-68.
4. Barsova N., Yakimenko O., Tolpeshta I., Motuzova G. Current state and dynamics of heavy metal soil pollution in Russian Federation - a review / Environmental pollution. 2019. V. 249. - P. 200-207.
5. Поляк Ю.М., Сухаревич В.И. Почвенные ферменты и загрязнение почв: биодеградация, биоремедиация, биоиндикация / Агрохимия. 2020. №3. С. 83-93.
