Биоремедиация загрязненных почв

DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2017.66.104 Качмазов Д.Г.

ORCID:0000-0003-3747-0092, кандидат сельскохозяйственных наук, Юго-Осетинский Государственный университет им. А.А. Тибилова, г. Цхинвал, Государство Алания

БИОРЕМЕДИАЦИЯ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ

Аннотация

В статье проведен анализ биоремедиаци загрязненных почв. Выявлено, что загрязнения почвы техногенного характера происходят по причине миграции поллютантов, которые оседают на почве вместе с атмосферными выбросами, созданием полигонов для уничтожения ТБО (твердых бытовых отходов) и выбросом сточных вод в водоемы. В связи с экологической обстановкой в Республика Южная Осетия предлагается провести анализ на количество тяжелых металлов в составе почвы.

Целью исследования является анализ биоремедиации загрязненных почв в РЮО.

По данным исследований, ТМ (тяжелых металлов) содержатся в атмосфере (в газообразных выбросах) в виде техногенной пыли, которые вместе с осадками попадают в почву. За счет высокой поглотительной способности почвы ионы металлов способны накапливаться в почве. В данной ситуации заключается актуальность выбранной проблематике.

Методы исследования - анализ научных публикаций и собственное исследование по заданной проблеме.

В результате накопления поллютантов в почве происходит вторичное загрязнение атмосферы, повторно страдают растения и источники воды. В связи с такой обстановкой возникает необходимость в экологизации почв, одним из эффективных методов считается метод фиторемедиации.

Получены результаты, что способность растений к поглощению тяжелых металлов зависит от количества и типа тяжелых металлов в почве, от концентрации катионов и ионов в растворе, от типа высаженных культур и температурного режима выращивания.

Ключевые слова: тяжелые металлы, поглощение, миграция, почва, кислотность, биоремедиация.

Kachmazov D.G.

OCRID: 0000-0003-3747-0092, PhD in Agriculture,

South Ossetian State University named after A.A. Tibilov, Tskhinvali, State of Alania BIOREMEDIATION OF POLLUTED SOILS

Abstract

This paper presents the analysis of the bioremediation ofpolluted soils. It was revealed that technogenic pollution of soil is due to the migration ofpollutants that are accumulated on soil together with atmospheric emissions, the creation of landfills for the destruction of residential solid waste and the discharge of waste water into reservoirs. Due to the environmental situation in the Republic of South Ossetia, it is proposed to analyze the amount of heavy metals in the soil.

The aim of the study is to analyze the bioremediation of contaminated soils in the RSO.

According to the research, HM (heavy metals) are contained in the atmosphere (in gaseous emissions) in the form of man-made dust, which together with the sediments get into soil. Due to the high absorption capacity of soil, metal ions are accumulated in soil. And that is why this problem is relevant.

Research methods involve the analysis of scientific publications and own research on a given problem.

As a result of accumulation of pollutants in soil, the subsequent pollution of the atmosphere takes place, plants and water sources suffer again. Taking into account this situation, there is a need for soil greening, and phytoremediation is considered to be one of the most effective methods.

The obtained results are as follows: the ability ofplants to absorb heavy metals depends on the amount and type of heavy metals in soil, on the concentration of cations and ions in solution, on the type ofplanted crops and the temperature regime of cultivation.

Keywords: heavy metals, absorption, migration, soil, acidity, bioremediation.

Известно, что поглощение ТМ (тяжелых металлов) корневой системой растений происходит за счет физико-химической адсорбции, которая носит неспецифичный характер. [1]

В зависимости от кислотно-щелочных условий, в почвах могут накапливаться свинец, цинк (в кислой среде ) и кобальт (в щелочной среде).

С другой стороны, ТМ могут проникать в почву через листья растений и накапливаться в прикорневой системе. Характер и объемы накопленных ТМ зависят от возраста растений и других факторов. В частности, в растениях с нахождением листьев близко к земле ТМ накапливаются в них в большом количестве. [2]

В связи со способностью растений аккумулировать ТМ в корневой системе и перерабатывать их рассматривается вариант высадки растений-индикаторов, по которым можно было бы судить о загрязнении почвы и растений-исключателей, которые способны в наименьшей мере накапливать ТМ в части растений, возвышающихся над грунтом. По результатам исследований установлено, что ТМ в наименьшей мере скапливаются в биомассе на поздних жизненных циклах растений. Установлено, что подвижные и водорастворимые ТМ лучше усваиваются растениями [2].

Процесс фиторемедиации может быть отрегулирован как за счет регулирования кислотно-щелочных условий почвы, так и регулирования баланса ТМ в почве.

Рациональный подход к выбору растительных культур позволяет увеличить содержание органического вещества и повлиять на подвижность ТМ в почве. В частности, в Центральном Черноземье уже имеется положительный опыт, где для сохранения плодородия почв на протяжении 2 лет вносятся бобовые травы, используются бинарные посевы в сочетании с многолетними травами [1].

Способность растительных культур аккумулировать и перерабатывать ТМ изучалась различными учеными.

По причине отсутствия данных статистики и аналитики на тему экологической обстановки и содержания ТМ в почвах РЮО (Республике Южная Осетия) использован метод самостоятельных экспериментальных исследований. Сбор почвы для исследования проведено в зоне хвостохранилища на базе горнодобывающего предприятия (г. Квайса), которое специализируется на добыче свинца. Также для анализа были взяты пробы почвы в с. Цнелис, где ранее до 90-х годов находились шахты и велась добыча талька. Для сравнительного анализа проведен отбор проб рядом с автомагистралью между Владикавказом и Цхинвалом.

В Цнелис-Знаурском районе РЮО по результатам исследований почвы имеют следующий состав: фосфор - 200 мг/кг, сера - 6,4 мг/кг, калий - 38 мг/кг, гумус - 0,3%. Анализ ТМ показал наличие в почве свинца (в количестве до 12 мг/кг), кадмия (в количестве 0,2 мг/кг), все показатели ниже ПДК. По другим ТМ превышение ПДК также не выявлено [2].

В Центральной части хвостохранилища превышены показатели содержания свинца в почве в 5,3 раза (на глубине 10 см) и в 3,6 раза (на глубине 20 см). На тех участках, только выше превышены показатели содержания кадмия (в 7,3 раза на глубине 10 см и в 6,7 раза на глубине 20 см). Превышение ПДК на пробах, взятых с большей глубины, не зафиксировано. В пределах допустимых значений определено наличие цинка, меди и никеля на всех участках [3].

Такие же исследования были проведены вдоль магистрали Цхинвал-Владикавказ (район с. Курта).

Взятие проб подтвердило превышение концентрации свинца в 2 раза, кадмия в 1,7 раз. В почвах был найден цинк, медь, кобальт и кадмий.

Токсиколого-экологическое исследование сельскохозяйственных угодий позволило определить наличие меди, кадмия, свинца и цинка. Концентрации этих металлов не превышают ПДК, приведенные в работе [4]. Так, концентрация меди составляет 5,8-13,7 мг/кг (ПДК - 130 мг/кг), цинка 19,1-26,8 (ПДК - 220 мг/кг), свинца 4,9-10,8 мг/кг (ПДК - 32 мг/кг), кадмия 0,08-0,21 мг/кг (ПДК - 2,0 мг/кг). [4]

В отобранных пробах были обнаружены радионуклиды: цезий-137 и стронций-90. Загрязнения цезием равняется 0,002 при ПДК 1,0 Ки/кв. км, стронцием - 0,0035 при допустимом значении 0,1 Ки/кв. км [5].

К современным методам детоксикации почвы относятся физические способы и химические. С применением физических способов осуществляется снятие верхнего слоя почвы и захоронение, химические способы подразумевают инактивацию токсического воздействия ТМ. Для этой цели используются смолы, метод известкования и внесения удобрений. Используются и биологические способы, которые подразумевают высадку культур, способных выносить из почвы токсические вещества.

Физические способы детоксикации наиболее трудоемки, для их применения необходимо специальное оборудование, к тому же они не являются такими эффективными для работы на глубине свыше 10 см, где по результатам исследований были выявлены концентрации ТМ. Применение химических методов требует учета влияния соединений на физико-химический состав почв [6].

Чаще всего для детоксикации используется фиторемедиация. Эта технология позволяет избавиться от ряда органических и неорганических соединений вместе с культивированием растений. Для повышения эффективности мероприятий фиторемедиация может использоваться в сочетании с другими способами детоксикации почв. В частности, возможно дополнить этот метод физическим или химическим способом детоксикации.

Фиторемедиация использовалась для оценки сорбционных свойств с высадкой амброзии полыннолистной в почву и оценкой ее влияние на содержание ТМ в почве [7].

Этот тип сорняка широко распространен в Южной Осетии, растение неприхотливо и его можно встретить даже на загрязненных территориях. Период вегетации растения составляет 170 дней, растение цвете 60 дней. Максимальная концентрация ТМ в растении наблюдается как раз в период цветения. Сравнение сорбционных показателей разных видов растений позволяет подобрать культуры для выращивания в определенных климатических условиях.

Так, сравнительный анализ свойств амброзии был проведен у автотрассы, у хвостохранилища и на территории сельскохозяйственных угодий. Результаты исследования позволили сравнить данные с другими культурами -клевером, эспарцетом и люцерной, которые тоже обладают сорбционными свойствами.

Оценка сорбционных свойств проводилась в разные периоды - в процессе стеблевания, бутонизации и цветения.

Исследование было проведено на территории хвостохранилища с применением вышеописанных культур. Была дана сравнительная оценка сорбционных свойств растений. В лабораторных исследованиях на основе высушенной и измельченной зеленой массы оценивалось содержание ТМ (кадмия, цинка и свинца). Исследования проводились в соответствии с ГОСТ 26929-94 [8].

Аналогичное исследование было проведено вдоль автотрассы Цхинвал-Владикавказ, использовались те же зеленые растения и метод лабораторных исследований [9].

Приведенные данные указывают на то, что в зоне наибольшего загрязнения (хвостохранилище) в период цветения наибольшая концентрация опасных веществ скопилась в амброзии. Сорбционные свойства исследуемых культур были отмечены на всех территориях, где ранее были отмечены превышения ПДК. По результатам исследований было отмечено, что именно амброзия способна накапливать в большей степени и дезактивировать опасные вещества [10].

Таким образом, фиторемедиация выступает одним их выгодных способов для детоксикации почв. Это метод позволяет судить о наличии загрязнений в почве и улучшать состав почвы с высадкой аккумулирующих культур.

Список литературы / References

1.Яппаров А.Х., Дегтярева И.А., Хидиятуллина А.Я. Комплексный подход к рекультивации нефтезагрязненных почв // Современные проблемы науки и образования. - 2012. - № 1. С. 34

2.Лобачева А.А. Техногенная трансформация почвенно-растительного покрова в зоне влияния нефтеперерабатывающего предприятия: Автореф.- Самара: Сам. ГУ. 2013. - 20 с.

3.Schwendinger R.B. Reclamation of soil contaminated with oil // J. Inst. Petrol. 2014. V.54. №35. P. 183-197.

4.Siddiqui S. Phitotoxicity and degradation of diesel hydrocarbons in the soil // Contaminated Soils, Sediments and Water. Abstr. 17-th InternationalConfer. Amherst. USA, 2013. С. 12

5. Thomas Reaction cells and collision cells for ICP-MS: a tutorial review S. Tanner, V. Baranov, D. Bandura Spectrochimica Acta. B. 57. 2012. P. 1361-1452.

6. Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах. - М.: Изд-во АН СССР, 2013.

- 237 с.

7. Мелкозеров, В.М. Охрана окружающей среды и рациональное природопользование при разработке, эксплуатации нефтяных месторождений, транспортировке нефти и нефтепродуктов. LAMBERT Academic Publishing, Germany, 2011, 259 c.

8. Овчинникова М.Ф. Изменение каталазной активности дерново-подзолистой почвы под влиянием симазина / М.Ф. Овчинникова // Химипч/сзз: в сельском хозяйстве. 2012. - № 9. - С. 56-59.

9. Орлов Д.С. Методы контроля почв, загрязненных нефтепродуктами / Д.С. Орлов, Я.М. Аммосова // Почвенно-экологический мониториюсг. -Москва, 2014. С. 68-74.

10. Панас Р.Н. Агроэкологические основы рекультивации земель / Р.Н. Панас. Львов, 2013. - 158 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Yapparov A.Kh., Degtyareva I.A., Khidiyatullina A.Ya. Kompleksniy podkhod k rekultivatsii neftezagriaznennykh pochv [Complex Approach to Reclamation of Oil-Contaminated Soils] // Modern problems of science and education. - 2012. -No. 1. P. 34 [in Russian]

2. Lobacheva A.A. Tekhnogennaya transformatsiya pochvenno-rastitelnogo pokrova v zone vliyaniya neftepererabatyvayushchego predpriyatiya [Technogenic Transformation of Soil-vegetation Cover in Zone of Influence of Oil-refining Enterprise]: Abstract of PhD thesis: Samara: Sam. SU. 2013. - 20 p. [in Russian]

3.Schwendinger R.B. Reclamation of soil contaminated with oil // J. Inst. Petrol. 2014. V.54. № 35. P. 183-197. 4.Siddiqui S. Phitotoxicity and degradation of diesel hydrocarbons in the soil // Contaminated Soils, Sediments and Water. Abstr. 17-th InternationalConfer. Amherst. USA, 2013. C. 12

5. Thomas Reaction cells and collision cells for ICP-MS: a tutorial review S. Tanner, V. Baranov, D. Bandura Spectrochimica Acta. B. 57. 2012. P. 1361-1452.

6. Vinogradov A.P. Geokhimiya redkikh i rasseyanikh khimicheskikh elementov v pochvakh [Geochemistry of Rare and Dispersed Chemical Elements in Soils]. - Moscow: Publishing House of the USSR Academy of Sciences, 2013. - 237 p. [in Russian]

7. Melkoserov, V.M. Environmental protection and rational nature management in the development, exploitation of oil fields, transportation of oil and oil products. LAMBERT Academic Publishing, Germany, 2011, 259 c. [in Russian]

8. Ovchinnikova M.F. Izmeneniye kataliznoy aktivnosti dernovo-podzolistoy pochvy pod vliyaniem simazina [Change in Catalase Activity of Sod-podzol Soils under Influence of Simazine] / M.F. Ovchinnikova // Khimich/agc: in agriculture. 2012.

- No. 9. - P. 56-59. [in Russian]

9. Orlov D.S. Metody kontrolia pochv, zagriaznennykh nefteproduktami [Methods for Soil Control Contaminated with Petroleum Products] / D.S. Orlov, Ya.M. Ammosov // Soil-ecological monitoring. - M, 2014. P. 68-74. [in Russian]

10. Panas R.N. Agroekologicheskiye osnovy rekultivatsii zemel [Agroecological Foundations of Land Reclamation] / R.N.Panas. Lvov, 2013. - 158 p. [in Russian]