ДЕГРАДАЦИЯ, ВОССТАНОВЛЕНИЕ И ОХРАНА ПОЧВ
УДК 631.45:574.44
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПОЧВОГРУНТОВ, ПОДВЕРЖЕННЫХ
ВОЗДЕЙСТВИЮ ФОСФОГИПСА*
© 2013 г. А. С. Яковлев1, М. А. Каниськин1, В. А. Терехова1, 2
Факультет почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, 119991, Москва, Ленинские горы 2Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН, 119071, Москва, Ленинский пр., 33
e-mail: ka-nis-kin@rambler.ru Поступила в редакцию 17.03.2012 г.
В работе предпринята попытка нормировать содержание токсических компонентов, содержащихся в фосфогипсе, дифференцированно по видам земель разного хозяйственного использования. Экспериментальное обоснование получено в ходе экологической оценки стандартной почвенной смеси (модельного почвогрунта, ИСО 11268-1), загрязненной отходами фосфогипса. Выявлен как мелиорирующий, так и негативный эффект компонентов фосфогипса. В частности, установлено достоверное увеличение биомассы смеси газонных трав при содержании фосфогипса <3.3%, обнаружено превышение ПДК Sr и F при содержании фосфогипса >6.8%, что негативно отразилось на реакции живых организмов. Согласно базовым экологическим нормам, для земель особо охраняемых природных территорий допустимое содержание фосфогипса составляет <2.0%, для земель сельскохозяйственного назначения и населенных пунктов <6.8%, для земель лесного и водного фонда, промышленности и транспорта <9.6%.
Ключевые слова: почвенная смесь, биомасса, фтор, стронций.
Б01: 10.7868/80032180X13060130
ВВЕДЕНИЕ
Из-за высокой антропогенной нагрузки естественные почвы отдельных территорий России не всегда в состоянии выполнять свои экологические функции. В частности, это привело к необходимости повсеместного использования искусственных почвогрунтов для благоустройства, озеленения и рекультивации городских территорий.
Почвогрунт — обладающая плодородием почвенная масса, созданная искусственно, или плодородный слой, снятый с поверхности земельного участка (Закон г. Москвы № 31 от 04.07.2007 г.). Предполагается, что в почвогрунте идут те же процессы, что и в естественных почвах, поэтому они могут полностью заменить естественноисто-рические почвы крупных городов (постановление Правительства Москвы № 514-ПП от 17.06.2008 г.). Как правило, почвогрунты представляют собой многокомпонентную смесь из трех главных составляющих: минерального компонента (глины, покровного суглинока, флювиогляциальных песков, аллювиального суглинка и др.), органического компонента (навоза, торфа, листьев древес-
* Работа частично поддержана РФФИ и ФЦП "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" (ГК 14.740.11.0796) и Программы Президиума РАН "Живая природа".
ных культур, опилок и др.) и добавок питательных веществ (минеральных удобрений, гуминовых препаратов, известковых материалов и др.). Как свидетельствуют литературные данные, влияние на почвенную биоту вносимых в почвогрунт некоторых традиционно применяющихся добавок не всегда благоприятно [17].
Фосфогипс (ФГ) — побочный продукт производства экстракционной фосфорной кислоты, получаемой при разложении фосфатного сырья или апатитового концентрата смесью серной и фосфорной кислот дигидратным способом. Он находит разностороннее применение в сельском хозяйстве, строительстве, целлюлозно-бумажной промышленности. Наличие таких важных элементов питания растений, как кальций, фосфор, сера, делают фосфогипс привлекательным в качестве удобрения. Используют его и в качестве мелиоранта слабосолонцеватых, солончаковых почв и солонцов [3, 7, 25, 26]. По литературным данным рекомендуемые дозы внесения фосфо-гипса варьируют от 2 до 35 т/га в зависимости от типа почв, выращиваемых сельскохозяйственных культур, способа и типа (сплошное или выборочное) внесения, применяемых удобрений [12, 13].
Влияние фосфогипса, содержащего наряду с основным компонентом (гипсом) большое коли-
Таблица 1. Экологические требования, соответствующие допустимым значениям основных характеристик почв земель разного хозяйственного назначения — базовые экологические нормы (по [19])
Экологические характеристики почвогрунтов Категория земель
особо охраняемых природных территорий сельскохозяйственного назначения населенных пунктов лесного фонда промышленности и транспорта водного фонда
Химические Физические Биологические Фон » » ПДК/ОДК Способность почвенных экосис 30% биоорганического потенци Не допускается переход загрязняющих веществ в сопредельные природные среды ;тем к самовосстановлению (утрата не более 20— ала почв)
чество примесей в форме соединений стабильного стронция, фтора, кадмия и других элементов, на экологическое состояние почв исследовано недостаточно [6, 21—23].
При выявлении уровня допустимых значений качества почв и почвогрунтов рекомендуют принимать во внимание 1) потери биоорганического потенциала1 почв и почвогрунтов; 2) пороговые значения загрязнения и деградации почв и почво-грунтов, при которых невозможен массированный переход загрязняющих веществ и почвенной массы в сопредельные природные среды; 3) различную устойчивость почв и почвогрунтов к антропогенному воздействию и 4) разнообразие видов хозяйственного использования земель [19]. В настоящей работе исследовали диапазон избыточного содержания фосфогипса с точки зрения его возможного негативного влияния на базовые экологические нормы почвогрунтов земель разного хозяйственного назначения (табл. 1).
В современной практике для интегральной оценки качества окружающей среды и меры воздействия ксенобиотиков, наряду с химико-аналитическими, широко применяют биологические методы, основанные на реакциях живых организмов [2, 5, 10, 15, 20]. При этом целесообразно исследовать реакции живых организмов разных трофических уровней: продуцентов, консумен-тов, редуцентов [16, 24].
Для выделения индивидуальных границ экологической нормы почв разных категорий земель, подверженных воздействию фосфогипса, исследовали изменение содержания ряда потенциально опасных примесей в почвогрунте при внесении фосфогипса, влияние фосфогипса на способность почвогрунта обеспечивать рост и развитие высших растений, влияние фосфогипса на тест-функции организмов разных трофических уровней и биоиндикационные показатели комплекса почвенных микроорганизмов.
1 Биоорганический потенциал — сумма живого и гумусиро-ванного органического вещества.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
С целью изучения влияния различного содержания фосфогипса на состояние почвенных ценозов эксперименты проводили на модельной системе с хорошо воспроизводимыми условиями искусственного почвогрунта. Модельный почво-грунт был изготовлен в соответствии с международным стандартом ИСО 11268-1 промышленным способом на специализированном оборудовании ООО "Биогрунт". Состав модельного почвогрунта: каолин — 20%; переходный торф — 10%, строительный песок с размером частиц 0.2— 0.4 мм — 70%. Почвогрунт такого состава применяется для разработки предельно допустимых уровней воздействия пестицидов, а также для анализа или сравнения почв под влиянием различных видов механической обработки [18]. Некоторые свойства модельного почвогрунта: влажность 15.7 ± 0.9%; рН солевой 4.95 ± 0.06; рН водный 5.61 ± 0.06; содержание органического вещества 10.9 ± 1.4%; Р2О5 (подв) 133 ± 38 мг/кг; К2О (подв) 38 ± 8 мг/кг.
Модельный почвогрунт по основным свойствам значительно однороднее любой природной почвенной разности, что позволяет решить ряд важных проблем, возникающих обычно при проведении агрохимического опыта: минимизировать влияние неоднородности почвенного покрова, значительно повысить репрезентативность получаемых результатов, минимизировать зависимость результатов от истории участка.
Фосфогипс, используемый в экспериментах, представлял собой продукт переработки фосфатного апатитового сырья (хибинского апатита Кировского месторождения). Исследовали семь разностей модельного почвогрунта с содержанием фосфогипса — 0 (контроль), 1.1, 3.3, 7.5, 14.7, 25.0, 100.0% от массы почвы. Контролем служил поч-вогрунт без добавок фосфогипса.
Исследование проводилось в вегетационных и лабораторных опытах. Для оценки влияния фос-фогипса на окружающую среду применены методы химического анализа, биоиндикации и биоте-
Таблица 2. Характеристика тест-систем и условий оценки экотоксичности загрязненных образцов почвогрунта
Трофический уровень Тест-организм Тест-функция Время экспозиции, ч Методика анализа
Продуценты Высшие растения Sinapis alba Всхожесть/Длина корней 96 ISO 11269-1
Микроводоросли Chlorella vulgaris Оптическая плотность культуральной жидкости 22 ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.10-04
Микроводоросли Scenedesmus quadricauda Изменение численности клеток 72 ФР 1.39.2007.03223
Консументы Ракообразные Daphnia magna Смертность 96 ПНД Ф Т 14.1:2:4.12-06
Простейшие Paramecium caudatum » 24 ПНД Ф Т 14.1:2:3.13-06
Млекопитающие Boa taurus Подвижность половых клеток 2 ПНД Ф 14.1:2:4:15-09
Редуценты Бактерии Escherichia coli Изменение биолюминесценции 0.5 ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.11-04
Микромицеты Fusarium oxysporum Скорость радиального роста 120 [14]
стирования. Химические анализы включали определение рН водной вытяжки потенциомет-рическим методом, содержание фторид-ионов в водной вытяжке методом ионнообменной хроматографии, также подвижных форм Ca и Sr методом атомно-абсорбционной спектрометрии в ацетатно-аммонийной вытяжке. В вегетационных опытах исследовали влияние фосфогипса на сообщества микроорганизмов модельного почвогрунта и растения. Для этого в лотки размером 13 х 37.5 х 6 см, помещали по 2 кг грунта с различным содержанием фосфогипса. Биоиндикационные исследования проводили через месяц экспозиции субстратов в открытых теплицах.
В образцах исследовали интенсивность ба-зального почвенного дыхания по эмиссии СО2 на газовом хроматографе 3700 с детектором по теплопроводности [8]; структуру почвенных микро-мицетов и синэкологические показатели методом посева почвенной суспензии на среду Чапека [9] с оценкой общей численности колониеобразую-щих единиц, числа видов, доле устойчивых к неблагоприятным факторам темнопигментирован-ных видов грибов, доле быстрорастущих видов, потребляющих легкодоступный орг
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.