XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Влияние поллютантов, образующихся на несанкционированных свалках, на экологическое состояние почв

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Михеева-Джан К.М. 1

---

1МБОУ СОШ №4

Дворядкина В.Н. 1

---

1МБОУ СОШ №4

Работа в формате PDF

754.7 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Актуальность. В настоящее время проблема размещения полигонов для
утилизации твердых бытовых отходов стоит как никогда остро. Сегодня в окрестностях нашего села образованы несанкционированные свалки бытовых отходов. Весь этот мусор годами гниёт под открытым небом, загрязняя атмосферу, подземные воды, портит вид. Образующиеся ядовитые стоки, содержащиеся в фильтрате незаконных свалок, могут оказывать неблагоприятное, отравляющее влияние на грунтовые и поверхностные воды, используемых в качестве источников питьевой воды. Многие из них являются канцерогенами [4]. Попадая в почву, они вызывают её деградацию, по пищевым цепочкам через воду накапливаются в организмах растений, животных и человека. Вред для здоровья человека, так и для всей окружающей среды, связанный с незаконными свалками являются значительным.

Рассматриваемый в работе полигон ТБО расположен на восточной окраине села Петровского в 200 метрах от прибрежной зоны сельского пруда и представляет собой примитивную свалку.

Проблема в том, что поскольку ТБО аккумулировались долгое время, нам не известно о последствиях накопления токсичных веществ в почвах вблизи свалки, нет данных о миграции поллютантов в грунтовые воды, открытый водоем и почвы.

Гипотеза. Предполагается, что продукты разложения ТБО негативно влияют на биологическое здоровье почвы.

Цель работы: оценить влияние токсичных веществ, образующихся при разложении ТБО в пределах несанкционированной свалки, на состояние микробиоты почвы.

Задачи:

1. Провести анализ литературных источников и законодательной базы.

2. Провести общую оценку воздействия несанкционированных свалок
   ТКО на окружающую среду

3. Заложить пробные площадки в районе полигона ТБО.

4. Отобрать пробы почв и определить их гранулометрический состав и тип.

5. Методами Галстяна, Аристовской, Чугуновой, целлюлозоразрушающей активности микробиоты определить показатели биологической активности почвы.

Объект исследования: почвы в районе полигона. Предмет исследования: влияние токсичных соединений, образующихся при разложении отходов полигона ТБО, на почвыв районе пруда села Петровского.

Методы:

1. Сбор информации: изучение теоретического материала

2. Обобщение полученной информации.

3. Практические методы.

Для определения влияния почвенного загрязнение были заложены почвенные профили и отобраны пробы из различных горизонтов на различных участках свалки ТБО. Пробы отбирались в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02-84 [5]. Объединённая проба с площадки высушивалась до воздушно-сухого состояния. Для анализа брали навеску почвы 20г. и заливали 100 мл дистиллированной воды. Содержимое фильтровали через фильтр до получения прозрачного фильтрата (рис.1).

. рис.1 Подготовка почвы к анализу.

Методом биотестирования определялись всхожесть и энергия прорастания семян. Для этого семена кресс – салата проращивали в стерильных чашках Петри при температуре 21-23.С. Каждый день определялась всхожесть семян и по окончанию проращивания была рассчитана энергия прорастания семян, которая показывает условное число дней, необходимое для прорастания одного семени. Рассчитывается по формуле: (n суток x % пр.семян) +(n суток x % пр.семян)+ (n суток x % пр.семян) ; ∑%пр. семян, где n суток - количество суток, прошедшее с момента прорастания семян; %пр.семян - % проросших семян за конкретные сутки.
Определение токсичности почвы дублировалось методом посева семян кресс - салата в отобранные образцы почвы. Было взято четыре равных по массе образца почвы, в которые высадили по 15 семян кресс – салата (один из образцов - контрольная проба) (рис.1).

Рис.2. Биотестирование почвенных вытяжек с помощью семян кресс-салата (фото автора)

Через семь суток растения были извлечены из почвы. В течение всего времени велись наблюдения по следующим показателям:

1. Время появления всходов и их число на каждые сутки;

2. Общая всхожесть (к концу эксперимента);

3.Измерение длины надземной части (высота растений);
4.Измерение длины корней.

Показателем загрязнения почв поллютантами является биологическая активность, которая определялась скоростью разложения мочевины. Использовался метод Аристовской-Чугуновой. Для этого сухую почву выдерживали во влажном состоянии притемпературе 25-30 градусов по Цельсию для активизации почвенных бактерий в течение недели. 20-ти граммовые навески помещали в чашки Петри, добавляли 1% раствор мочевины и размешивали до состояния густой пасты. На крышки с внутренней стороны прикрепляли полоски индикаторной бумаги. Пробы экспонировали при температуре 28-30
градусов по Цельсию, при этом велись наблюдения за изменением окраски индикаторной бумаги через каждые 30 минут [10]. При разложении мочевины выделялся аммиак, в результате чего воздушная среда над почвой приобретала щелочную реакцию. По скорости окрашивания индикаторной бумаги определялась биологическая активность почвенных образцов (Рис.2)

Рис.3. Разложение мочевины в почвах с выделением уреазы.

Методом Галстяна определялось дыхание почвы [4]. Для этого на дно стеклянных ёмкостей было налито 20 мл 0,1н раствора NaOH. На одинаковой высоте помещались марлевые мешочки с навеской почвы в 10 г. Ёмкость герметично закрывалась и выдерживалась при температуре 28-30 градусов по Цельсию в течение 24 часов. В ходе эксперимента раствор гидроксида натрия поглощал весь CO2. Для определения количества выделенного углекислого газа раствор щелочи титровался 0,05н. раствора HCl в присутствии фенолфталеина до исчезновения розовой окраски.

Здоровье почвы определялось также методом В.П. Кислициной. Для этого
одинаковыми по площади кусочками хлопчатобумажной ткани обшивались предметныестёкла. Изучение интенсивности разложения целлюлозы проводилось в динамике через 15суток, 1 и 3 месяца путем инкубации в почве на глубине 10 см. Разница в весе показывала активность целлюлозоразрушающих почвенных бактерий.

Научная новизна исследования: проведено исследование локальной
несанкционированной свалки, как объекта антропогенного воздействия на
окружающую среду. В работе использован метод анализа морфологического
состава отходов по выяснению антропогенного вмешательства в почвенные
биоценозы.

Личный вклад Личный вклад автора заключается в участии и постановки задачи, в сборе и обработке информации; автор лично участвовал в полевых исследованиях несанкционированных свалок ТКО, проводил сбор и анализ фактического материала. При личном участии автора проведены лабораторные анализы, обработка и систематизация полученных результатов.

Литература

1. Биодиагностика техногенного загрязнения почв / Научно- информационный журнал «Биофайл». [Электронный ресурс]. – Режим доступа:

http://biofile.ru/bio/22189

2. Твердые бытовые (коммунальные) отходы и сопутствующие им экологические аспекты. Проблемагальваношламов в составе ТКО. Продукты сжигания мусора: диоксины, бенз(а)пирены / НПП «Электрохимия». [Электроный ресурс]. – Режим доступа: https://zctc.ru/index.php?section=tverdiye __bytiviye_othody_1

Глава 1. Оценка воздействия на окружающую среду несанкционированных свалок ТБО

С каждым годом, проблема загрязнения окружающей среды становится все более актуальной. Несанкционированные свалки – это глобальная проблема, требующая немедленного реагирования служб занимающихся экологической охраной окружающей среды, так и контроля со стороны государственных органов. Незаконные свалки, чаще всего устраивают в выработанных карьерах, оврагах, вблизи населенных пунктов, что является недопустимым с эколого-гигиенических позиций. Заброшенные фермы бывших колхозов становятся мишенью для незаконных свалках, потому, что они малолюдныхи слабо освещаемы .Согласно базы данных, применяемой Росприроднадзором, основная масса ТБО состоит из полимерных материалов, стекла, текстиля, бумаги, картона, металла, резины, пищевых отходов, древесины, растительных остатков, песка, грунта в различном процентном соотношении. Но этот состав в идеальных условиях. К нему подмешиваются отходы более высокого класса опасности - ртутные лампы, батарейки, масла и промасленные изделия, неорганические вещества (особенно вредны соединения тяжелых металлов и едкие вещества - кислоты, щелочи, а также соли, которые при гидролизе дают кислую или щелочную среду)[8]. Для некоторых ТБО время распада составляет годы, для других - десятки, сотни и даже тысячи лет. Таким образом, крайне остро стоит проблема утилизации, уничтожения, а при невозможности их уничтожения – их захоронения [8].

Большинство людей понимают и очень осведомлены о последствиях
несанкционированных свалок. Несмотря на это, некоторые люди просто невидят необходимости в законной утилизации отходов им проще выкинуть мусор в близлежащий овраг или лесополосу. На территориях несанкционированных свалок не ведется контроль за состоянием ТБО, вследствие чего токсичная среда обитания становится опасной для педобионтов. Установлено, что естественный процесс восстановления нарушенного биоценоза может протекать длительное время, за которое значительная часть организмов погибает, и территории становятся непригодными для существования почвенных организмов [7].

По нашим данным на территории и окрестностях села по состоянию на апрель 2023 находится 3 несанкционированных свалки бытовых отходов. При разложении, горении отходов образуются токсичные вещества, многие из которых являются канцерогенными[11]. Бенз(а)пирены - самые токсичные представители полициклических ароматических углеводородов, относящиеся к 1 классу опасности (чрезвычайно опасные вещества), обладают канцерогенным и мутагенным действием на организмы за счет взаимодействия его производных с белками и нуклеиновыми кислотами – находятся в списке веществ, образующихся при горении свалок [11]. При попадании бензапирена в почву изменяются все параметры, характеризующие её плодородие. Разложение ТБО осуществляется микроорганизмами (консументами). В процессе разложения крупные органические молекулы распадаются на более мелкие, неорганические соединения окисляются. Параллельно с этим могут выделяться и новые вещества, если для этого создаются условия. Происходит: накопление продукта разложения; образование и насыщение фильтрата; выделение свалочного газа; размножение патогенных микроорганизмов.

Продукт разложения — далее не разлагаемый твердый остаток ТБО, который в идеале со временем должен стать питательной средой для растений. Но часто эта масса токсична и непригодна для выращивания ничего живого[6]. Брожение протекает с выделением тепла, которое может «спровоцировать» другие вещества вступить в реакции. В итоге, разлагаясь, часть отходов образует свалочный газ, состоящий частично из метана, частично из диоксида углерода и примеси токсических органических соединений. Они отравляют воздух, а тяжелые металлы и другие токсические вещества с незаконных свалок попадают в почву и разносятся грунтовыми водами[6]. И не менее опасный источник — фильтрация сквозь толщу почвы в грунтовые воды и вокруг тела полигона. По мере продвижения фильтрата к границам объема отходов он насыщается растворимыми вредными веществами и попадает либо в почву либо в поверхностные или грунтовые воды. Превышение предельно допустимых концентраций вредных веществ в фильтрате может достигать огромных значений [6]

Выводы: проведённый анализ литературных источников и законодательной базы показал, что состояние почв, занятых под несанкционированными свалками, не отвечают требованиям санитарно-экологическим нормативам.
В связи с этим, в нашей работе особое внимание уделено влиянию токсичных веществ, на состояние микробиоты почв.

Глава 2. Качественный анализ компонентов отходов на несанкционированных свалках и их воздействие на окружающую среду

2.1 Описание объектов исследования

В качестве объектов исследования была выбрана несанкционированная свалка, расположенная в окрестностях с. Петровского в 200 метрах от береговой зоны сельского пруда, которая в течение многих лет используется населением для конечного размещения бытового мусора, и, по сути, являются наименее изученным фактором антропогенного воздействия на почвенный покров урбоэкосистемы. Несанкционированные свалки представляют собой открытый способразмещения отходов навалом, насыпью, в смеси. Согласно номенклатуре, принятой экологической службой, «точечные» навалы мусора относятся к несанкционированным свалкам. Последние могут значительно варьировать в размерах и занимать различные элементы ландшафта[12]. Данная свалка относятся к первой категории, т.е. - стихийные свалки, которые характеризуются отсутствием инженерно-экологических изысканий для территории, отведенной под размещение отходов, и минимальными экономическими затратами на этапах эксплуатации и закрытия объекта, при этом отходы размещены насыпью без уплотнения и изоляции, а само захоронение и зона его влияния в течение длительного времени не контролировались[12]. Рассматриваемая свалка находится в районе старой фермы на восточной окраине села между улицами Ленина, Мира и Степная в200 метров от сельского пруда в небольшом лесном массиве. Координаты расположения свалки 44.475194, 41.664549. Площадь по расчетам Яндекс карты 82.643 м²(рис.4).

Рис.4. Место размещения незаконной свалки ТБО с. Петровское. (Фрагменты карт Яндекс и Google )

 Мощность антропогенных поверхностных (мусорных) отложений на участке исследованной свалки составляет 0,1-1,5 м. Состав отложений представлен всеми основными компонентами ТБО: бумага, металлы, текстиль, полимеры, стекло, дерево, кости, кожа, резина, камни, отходы ремонта помещений и другие, включая крупногабаритные. Состав твердых коммунальных отходов, являются неопасными и относятся к 4 и 5 классу опасности согласно Федеральному классификационному каталогу отходов [9], но периоды разложения отходов составляют: стекло до 1000 лет; бумага от 2 до 5 лет; железо от 80 до 100 лет; полиэтиленовый пакет 400 - 500 лет; пластик около 500 лет[10].

2.2 Морфологические особенности почв на территории с. Петровского Отрадненского района

Отрадненский район относится к одному из 23 геоморфологических районов, в основу выделения которых был положен рельеф - районам предгорных аллювиальных равнин и речных террас (Заурупский (Приставропольский) район). Районы предгорных аллювиальных равнин и речных террас сформировались в полосе предгорного прогиба, заполненного рыхлыми наносами с гор[13]. Село Петровское расположено в юго–восточной части Отрадненского района на территории западной части степи Ставропольской возвышенности. Основные типы почв представлены оподзоленными черноземами. В данном подтипе черноземов имеют место остатки подзолистого процесса – разрушение почвенных минералов и накопление неблагоприятных для плодородия кислот. Почвы обладают меньшей структурностью, подвержены заплыванию, образуют более мощную корку, сроки спелости заметно короче. Они сформировались под разнотравно-злаковыми степями на лессовидных суглинках[13].

Рассматриваемаясвалка ТБО находится на местном водоразделе мелких
притоков р. Зеленчук, рельеф которого плавно понижается к р. Сухой ручей. На исследуемых пробных площадках влажность почв варьирует от свежей до мокрой . Структура неоднородна, однако более выражена в суглинистых образцах и может быть зернистой, ореховатой, плитчатой. Чаще всего структура лучше выражена по корням растений. Плотность варьирует от нормальной (площадка 1) до рыхлой (площадки 2 и 3). Морфологический анализ почв фоновых участков выявил признаки их антропогенного изменения. Верхний горизонт содержит антропогенные включения и несет следы уплотнения и растрескивания, но данные признаки ослабевают с глубиной. Отсутствуют «све- жие» следы механического перемешивания профиля(рис 5).

Рис.5. Морфологический анализ почвы

На микроуровне отмечаются признаки интенсивных биологических процессов почвообразования: зоогенная структура, почти черная окраска образцов, хорошо скоагулированные гумусовые агрегаты. Сохраняются морфологические и признаки зональных почв. В результате можно выделить основные признаки деградации почвенного покрова под влиянием несанкционированной свалки. Наличие растительных остатков в слабой степени разложения с хорошо сохранившимся клеточным строением и отсутствие зоогенной структуры в исследованных образцах свидетельствуют об угнетении биологических функций почвенной мезофауны. Низкая интенсивность гумификации растительных остатков указывает на неблагоприятные экологические условия для почвенных организмов. Почвы на участках несанкционированной свалки характеризуются преимущественно щелочной реакцией. В целом реакция почвенного раствора всех исследованных образцов варьирует от 6 до 8(кислотность определялась с помощью PH-метра).

Растительность изученной свалки, представлена спонтанно формирующимися неоднородными сообществами с доминированием крапивы двудомной и лебеды. На относительно ненарушенных участках по склонам балок сохраняется степная злаково-разнотравная растительность на почвах черноземного типа ; на незахламленных мусором участках сохраняется луговая растительность; на уплотненных местах отмечаются подорожник большой, горец птичий и др.

2.3. Влияние поллютантов, образующихся на полигонах ТБО, на биологическое здоровье почв.

В лабораторных условиях при оптимальной температуре (24-26 0С) и влажностипочвы (60%) нами определено, что разложение хлопчатобумажного полотна в образцах почвы, взятой ниже хранения ТБО, очень незначительна, что свидетельствует о низкой целлюлозолитической активности бактерий. Это говорит об уменьшении численности данной группы микроорганизмов под влиянием поллютантов. В тоже время масса хлопчатобумажного полотна в почве пробной площадки 1, выше полигона ТБО за 30дней уменьшилась на 8%, а через два месяца на 18%.

Показателем биологического здоровья почв является ферментативная активность почвенных микроорганизмов [3]. Один из индикаторов – активность уреазы, которая играет важную роль в превращении азотосодержащих соединений в почве. Определение уреазы в почвенных образцах показало, что биологическая активность выше в контроле: почвенная вытяжка через 1,5 час окрасилась в розовый цвет. Образец почвы пробной площадки 3 имел слабую окраску, которая проявилась через 3 часа. Через 2 часа окрасился образец с пробной площадки № 2. Это показывает на малое количество нитрифицирующих бактерий в поверхностном слое почвы в результате реакции на
поллютанты.
Методом Галстяна нами определено дыхание почв, которое является интегральным показателем работы всей биоты. Анализ результатов эксперимента показал зависимость количества потраченной кислоты от количества углекислого газа, выделенного микробиотой почвы при дыхании (Таблица 1). Расчеты показали, что результат зависит от местоположения пробной площадки: чем ниже по склону, тем больше кислоты, а значит именьше активность почвенного дыхания. Самые малые показатели имеются у пробной площадки №3. Она была заложена на берегу р. Сухой ручей. Предполагается, что это обусловлено просачиванием растворенных в воде поллютантов в ручей

	Пробные площадки
	Холостая проба	№1	№2	№3
Количество HCl, потраченной на титрование, мл	14,2±0,4	5,4±0,23	6,85±0,41	9,30± 0,82

Таким образом, ферментативная активность микробиоты в загрязненных поллютантами почвах незначительна, что указывает на токсичность продуктов разложения ТБО. Содержание продуктов разложения бытовых отходов в почвах блокирует прорастание семян, сдерживает развитие растений. Биотестрование вытяжек образцов почвы проводилось на семенах кресс-салата в трёхкратной повторности. Предварительно они проверялись на всхожесть, которая составила 100%. Семена проращивались на бумажных фильтрах, смоченных почвенной вытяжкой в стерильных чашках Петри. Исследования показали, что всхожесть контрольных семян выше всхожести семян в почвенной вытяжке пробной площадки 3 в 1,5 – 1,6 раза (Рис.8).

Таким образом, жизнеспособность семян оказалась выше при тестировании почвенной вытяжки с фоновыми показателями.

Средняя длина корня проросших семян кресс-салата в почве, взятой с пробной площадки 3, загрязненной продуктами разложения полигона ТБО оказалась ниже и составила в среднем 1,2±0,46 см по сравнению с контролем 1,993±0,9 см. При этом результаты исследований показали, что длина корней проросших семян кресс-салата в почве пробной площадки 2 выше, чем в почвенных пробах пробной площадки 3.

Аналогичный результат получен по длине ростков проросших семян кресс-салата в контрольных образцах почвы, взятых с места разложения отходов.

Выводы к главе 2:

1. Выявлено, что полигон ТБО представляет собой примитивную свалку, оборудованную без учета климатогеографических и почвенных особенностей, геологических и гидрологических условий местности.

2. Определено, что складирование на аллювиальных почвах с удалением от полигона вниз по склону к р. Сухой Ручей меняется гранулометрический состав, почвы становятся тяжёлыми, переувлажненными, отмечается наличие запаха.

3. Показано, что загрязнение почв поллютантами нарушает численность и активность микробных ценозов, что приводит к снижению интенсивности дыхания в сильно загрязненной почве в 1,7 раза, скорость образования уреазы в почвенных образцах падает в три раза по сравнению с контролем, активность целлюлозоразрушающих бактерии уменьшается по сравнению с контролем.

4. Выявлено, что под влиянием разложения отходов на полигоне ТБО происходит накопление поллютантов, показателем чего является низкая всхожесть и энергия прорастания семян кресс-салата, взятого в качестве тест-объекта.

Таким образом, выявлено, что под влиянием разложения отходов на полигоне ТБО происходит накопление поллютантов, которые оказывают отрицательное влияние на биологическое здоровье почвы и могут быть опасны для здоровья не только биоты, но и человека.

Заключение.

Наша цель достигнута. Гипотеза о негативном влиянии продуктов разложения ТБО на биологическое здоровье почвы подтвердилась.

Наличие несанкционированных свалок на территории села и их негативное влияние на окружающую среду является одной из наболевших проблем. Данная проблема актуальна для всего Отрадненского района. За время проведения наблюдений количество мусора на несанкционированных свалках постоянно росло, причина их возникновения – отсутствие мусорных контейнеров, экологическая неграмотность населения. Основной мерой борьбы с этой проблемой является: вывоз ТБО. Не переработанный мусор поступает на полигон, где происходит его захоронение и утилизация.  В создании проблемы мусорных свалок значительную роль играет недостаточный уровень общественного сознания в отношении проблемы отходов. В обществе просто необходима агитационная работа с населением по поводу утилизации отходов и решением проблемы несанкционированных свалок.

Литература и источники

1. Арустамов, Э. А. Экологические основы природопользования: учебник / Э. А. Арустамов, И. В. Левакова, Н. В. Баркалова. М. : 2008. - 308 с

2. Викторова, М. А. Несанкционированные свалки города: научная статья / М. А. Викторова. М. : 2005. № 6 -12 с.

3. Логинов О.Н., и др. Биотехнологические методы очистки окружающей среды оттехногенных загрязнений / О.Н.Логинов, Н.Н. Силищев, Т.Ф. Бойко, Н.Ф.Галимзянова - Уфа: - Изд-во научно-технической литературы «Реактив»., 2000.-100с.

4. 2. Матенькова Е.А. Состояние микробных ценозов дерново-подзолистой почвы,загрязнённой нефтью / Е.А.Матенькова – Новосибирск: 2012-19

5. ГОСТ 17.4.4.02-84.Охрана природы. Почва. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа. М.:1984.- 15с.

6.7 Биодиагностика техногенного загрязнения почв / Научно-информационный журнал«Биофайл». [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://biofile.ru/bio/22189.

7. Несанкционированные свалки - стихийный антропогенный фактор на урбанизированных территориях- https://cyberleninka.ru/article/n/nesanktsionirovannye-svalki-stihiynyy-antropogennyy-faktor-na-urbanizirovannyh-territoriyah

8. Твердые бытовые (коммунальные) отходы и сопутствующие им экологические аспекты. https://ecotoplivo-msk.ru/eko-bedy/zagryaznenie-pochvy-tbo.html

9. Список твердых коммунальных отходов (ТКО) https://3rgroup.ru/stat_i/spisok_tverdyh_kommunal_nyh_othos://

10. Сроки разложения мусора и отходов, вред природе (Таблица)

https://infotables.ru/produkty-pitaniya/1119-sroki-razlozheniya-musora

11. 9. Твердые бытовые (коммунальные) отходы и сопутствующие им экологические аспекты. Проблема гальваношламов в составе ТКО. Продукты сжигания мусора: диоксины, бенз(а)пирены / НПП «Электрохимия». [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://zctc.ru/index.php?section=tverdiye_bytiviye_othody

12. Типы классификации полигонов http://peresval.ru/story/content/3285-tipy-klassifikatsii-poligonov-tbo.html

13. Рельеф, почвообразующие породы и почвы Отрадненского района - https://studwood.net/1217750/geografiya/relef_pochvoobrazuyuschie_porody_pochvy