Экологическое состояние почвенного покрова в зоне влияния цементного производства

УДК 632

ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ ЦЕМЕНТНОГО ПРОИЗВОДСТВА

ECOLOGICAL CONDITION OF THE TOPSOIL IN THE ZONE UNDER CEMENT MANUFACTURE INFLUENCE

Н. А. Казакова N. A. Kazakova

ГОУ ВПО « Ульяновский государственный педагогический университет имени И. Н. Ульянова», г. Ульяновск

Аннотация. В статье рассматривается проблема загрязнения почвенного покрова отходами цементного производства. Установлен количественный и качественный состав тяжелых металлов и микроорганизмов.

Abstract. The article considers the problem of polution of topsoil by cement manufacture waste products. The quantitative and qualitative composite of heavy metals and microorganisms is determined.

Ключевые слова: почвенный покров, цементное производство, тяжелые металлы, микроорганизмы.

Keywords: topsoil, cement manufacture, heavy metals, microorganisms.

Актуальность исследуемой темы. В последние годы наблюдается устойчивая тенденция ухудшения экологической ситуации атмосферы, гидросферы и литосферы [4]. Но все же антропогенные воздействия на почву обширней, чем на другие экосистемы биосферы [2]. Наиболее заметно загрязнение земель тяжелыми металлами и другими токсичными веществами в зоне влияния промышленных предприятий.

Известно, что цементное производство является источником загрязнения всех трех составляющих биосферы: атмосферы, гидросферы и литосферы. Одним из негативных преобразований в экосистеме является загрязнение почвенного покрова отходами цементного производства.

Целью нашей работы явилось установить качественный и количественный состав тяжелых металлов, микроорганизмов и дать биоиндикационную оценку экологически трансформированным почвам в зоне техногенного влияния цементного производства.

Материал и методика исследований. В работе были использованы физикохимические, микробиологические и биоиндикационные методы исследования.

Исследование почвы проводили в несколько этапов: отбор пробы, определение физико-химических характеристик почвы, определение микробиологического состава, биоиндикация.

Образцы почвогрунтов отбирали с соблюдением правил асептики и помещали в стерильные пергаментные пакеты. Среднюю почвенную пробу получали смешиванием

пяти почвенных образцов, отобранных по «принципу конверта». Для выявления характера изменений свойств почв от воздействия выбросов были заложены пробные площадки вокруг цементного завода на различном удалении с учетом розы ветров и рельефа местности.

На территории цементного завода было заложено 5 пробных площадей (ПП) прямоугольной формы. Пробная площадь № 1 (ПП1) была заложена на расстоянии 100 м от ограждения завода, пробная площадь № 2 (ПП2) - на расстоянии 500 м от пробной площади №1, пробная площадь № 3 (ПП3) - на расстоянии 1000 м от ограждения заводской территории, пробная площадь № 4 (III14) - на расстоянии 2000 м от ограждения заводской территории. Контрольная площадь № 5 (ПП5) - контроль - была заложена в 5000 м от границы завода; по рельефу, характеру почв и геоботаническому составу растений она соответствовала опытным пробным площадям. Отбор почвы производили на всех площадях биоиндикационной сетки, охватывающей всю территорию.

Содержание основных элементов загрязнения определяли по общей методике на атомно-абсорбционном спектрофотометре «АА8-3».

Результаты исследований и их обсуждение. Визуальное обследование исследуемой территории свидетельствует о том, что наиболее крупные частицы цементной пыли оседают в непосредственной близости от источника загрязнения, а более мелкие удаляются на различные расстояния. По мере удаления от источника внешние признаки загрязнения заметно ослабевают, что подтверждается морфологией анализируемых почвенных образцов.

Полученные результаты представлены в табл. 1, данные учитывают розу ветров и заложенные пробные площади (в порядке удаления от них).

Таблица 1

Содержание подвижных форм тяжелых металлов в почвах тестируемых пунктов

№ образца рН Си, мг/кг 2п, мг/кг РЬ, мг/кг Сё, мг/кг N1, мг/кг

ПП! (100 м) 5,70 20,4 33,7 18,8 0,9 19,6

ПП2 (500 м) 5,63 19,4 31,7 17,0 0,8 18,6

ПП3 (1000 м) 5,85 18,6 29,8 15,2 0,6 17,1

ПП4 (2000 м) 5,72 12,5 25,5 10,0 0,5 13,2

ПП5-контроль (5000 м) 5,90 13,1 22,8 9,5 0,4 14,0

ОДК 66,0 110 65,5 1,0 40,0

фон 11,8 24,4 9,5 0,47 35,5

В исследуемых образцах почвы обнаружены тяжелые металлы Си, 2п, РЬ, Сё, N1. Проведенный анализ показал, что по мере приближения к промышленным объектам происходит усиление аккумуляции меди и цинка, обусловленной химическими особенностями (подвижностью) этих элементов.

Накопление цинка негативно сказывается на большинстве почвенных процессов, прежде всего, снижает биологическую активность, вызывает изменение физических и физико-химических свойств почвы. Кроме того, цинк подавляет жизнедеятельность микроорганизмов, вследствие чего нарушаются процессы образования органического вещества в почвах.

В результате происходит усиление токсичности тяжелых металлов при их совместном воздействии на живые организмы в почве. Совместное воздействие цинка и кадмия оказывает в несколько раз более сильное ингибирующее действие на микроорганизмы, чем при такой же концентрации каждого элемента в отдельности.

Оценить состояние окружающей среды и уровень техногенного воздействия можно с помощью биоиндикаторов. Биотестирование и биоиндикация, наряду с методами аналитической химии, позволяют построить наиболее полную картину трансформации почв под воздействием техногенного влияния.

Принцип биоиндикации строится на том, что каждый организм в отношении любого действующего фактора обладает уникальным физиологическим диапазоном реакции [1]. В то же время на каждую конкретную группу организмов будет влиять множество факторов, помимо исследуемого, которые не всегда можно учесть. Наиболее рациональным является использование комплексного биотестирования [7], учитывающего изменения в балансе почвенных микроорганизмов и водорослей.

Результаты количественного учета физиологических групп микроорганизмов в почвогрунтах показали невысокую общую численность микроорганизмов, которая составила порядка 103.. ,105 КОЕ/г (табл. 2).

Таблица 2

Количественный учет физиологических групп микроорганизмов

Место выделения Микроорганизмы Микро- скопические грибы

сапротрофные использующие минеральные формы азота олигонитрофильные

ПП (100 м) 11,0±1,4 4,0±0,1 8,0±1,2 0

ПП2 (500 м) 22,0±1,3 16,0±0,6 31,0±0,1 0

ПП3 (1000 м) 71,0±2,7 62,0±0,9 70,0±1,2 4,0±0,5

ПП4 (2000 м) 106±1,1 122±2,2 218±2,1 12,0±0,2

ПП5-контроль (5000 м) 120±2,2 146±2,5 224±2,3 14,0±0,5

Согласно значениям степени обогащенности почв микрофлорой, предложенной Д. Г. Звягинцевым [3], исследуемые почвогрунты крайне бедны микроорганизмами, а их функциональные группы в порядке убывания составили следующий ряд: олигонитрофи-лы > бактерии, использующие минеральные формы азота, > сапротрофы > микроскопические грибы. Данное количественное распределение характеризует почвы с малоактивными минерализационными процессами. Недостаток питательных веществ в почве, по мнению ряда авторов [5], [6], является основным экологическим фактором, лимитирующим развитие микроорганизмов-органолитиков - сапротрофных бактерий и микроскопических грибов.

По результатам исследований значительный «положительный эффект» в отношении сапротрофных бактерий, использующих минеральные формы азота, установлен на площадке ПП4 (2000 м). Таким образом, данная площадка почв отличается высокой ферментативной активностью, обуславливающей интенсивность гидролитических процессов и накопление минерального азота.

Отсутствие «положительного эффекта» наблюдали на экспериментальных площадках ПП1 (100 м) и ПП2 (500 м) в отношении групп олигонитрофильных микроорганизмов, численность которых ниже численности олигонитрофилов на площадках ПП3 (1000 м) и ПП4 (2000 м). Данное обстоятельство объясняется более высоким содержанием легкодоступных азотосодержащих веществ в почве.

Анализ количественного и качественного состава физиологических групп микроорганизмов на экспериментальных площадках выявил начальный процесс формирования микробно-растительных взаимодействий, характеризующийся невысокой численностью микроорганизмов; преобладанием физиологических групп микроорганизмов, использующих минимальные содержания питательных веществ в субстрате и минеральные формы азота.

Резюме. В результате техногенного воздействия цементного производства происходит трансформация почвенного покрова и ухудшение агрохимических показателей. Аккумулируясь в почве, тяжелые металлы оказывают ингибирующее действие на микроорганизмы.

Результаты проведенных исследований могут служить исходной базой для организации экологического мониторинга и природоохранных мероприятий в зоне действия цементного производства.

ЛИТЕРАТУРА

1. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем : пер. с нем. / под ред. Р. Шуберта. - М. : Мир, 1988. - 350 с.

2. Добровольский, В. В. Некоторые аспекты загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами / В. В. Добровольский // Биологическая роль микроэлементов. - М. : Наука, 1983. - С. 44-54.

3. Звягинцев, Д. Г. Биология почв / Д. Г. Звягинцев, И. П. Бабьева, Г. М. Зенова. - М. : МГУ, 2005. -

448 с.

4. Израэль, Ю. А. Экология и контроль состояния природной среды / Ю. А. Израэль. - М. : Гидроме-теоиздат, 1984. - 560 с.

5. Колешко, О. И. Микробиология : учеб. пособие для биол. спец. вузов / О. И. Колешко. - Минск : Высш. шк., 1977. - 271 с.

6. Мишустин, Е. Н. Курс сельскохозяйственной микробиологии / Е. Н. Мишустин. - М. ; Л. : Сельхо-зизд., 1934. - 208 с.

7. Теппер, Е. З. Практикум по микробиологии : учеб. пособие для вузов / Е. З. Теппер, В. К. Шиль-никова, Г. И. Переверзева. - 5 изд., перераб. и доп. - М. : Дрофа, 2004. - 255 с.