Оценка влияния токсического действия твёрдых коммунальных отходов на экологическое состояние почвы

Введение. Загрязнение твёрдыми коммунальными отходами негативно влияет на экологическое состояние окружающей среды, так как в ходе их хранения на территории полигонов и прилегающей территории аккумулируются тяжёлые металлы (ТМ), которые могут изменять биологические показатели состояния почв: микробиологические, биохимические и фитотоксические.

Цель исследования – оценить влияние токсического действия полигона твёрдых коммунальных отходов «Азовский» Ростовской области на экологическое состояние почвы.

Материалы и методы. Исследовано влияние погона ТКО «Азовский» Ростовской области на экологическое состояние чернозёма обыкновенного в теле полигона и по мере удаления от него (140; 260; 380 и 540 м). Определяли содержание в почве таких ТМ, как ванадий (V), хром (Cr),
кобальт (Co), никель (Ni), цинк (Zn), медь (Cu), мышьяк (As), свинец (Pb) и стронций (Sr) в почве и их взаимосвязь с биологическими показателями и интегральный показатель биологического состояния (ИПБС). Экологическое состояние почв оценивали по чувствительным и информативным биологическим показателям загрязненных почв: обилие бактерий рода Azotobacter, общая численность почвенных бактерий, активность каталазы, дегидрогеназы, длина корней редиса.

Результаты. Установлено загрязнение почв по ПДК/ОДК (Россия) мышьяком: превышение ПДК в 7 раз на полигоне и превышение ПДК от 4 до 6 раз на прилегающей территории. Загрязнение почв хромом превышало ПДК (Германия) в 1,4 раза. Наибольшая концентрация ТМ преобладала в теле полигона. С увеличением расстояния от полигона концентрация ТМ в почве снижалась. Загрязнение ТМ привело к ухудшению экологического состояния чернозёма обыкновенного: наблюдалось достоверное снижение общей численности бактерий (до 95% от контроля), обилие бактерий рода Azotobacter (до 95% от контроля), ферментативная активность каталазы (до 25% от контроля) и дегидрогеназ (до 30% от контроля) и повышение фитотоксичности почвы (до 60% от контроля). Можно сделать вывод, что эксплуатация полигона приводит к ухудшению экологической обстановки на территории полигона и за его пределами.

Ограничения исследования. Экотоксическое действие ТМ на менее буферных к загрязнению почвах будет выше, чем на исследованных в статье чернозёмах.

Заключение. Выявлено негативное влияние полигона твёрдых коммунальных отходов «Азовский» на микробиологические, биохимические и фитотоксические показатели почвы, связанное с загрязнением почвы ТМ. Наиболее чувствительные и информативные биологические показатели: длина корней редиса и общая численность бактерий.

Соблюдение этических стандартов. Исследование не требует представления заключения комитета по биомедицинской этике или иных документов.

Участие авторов:
Кучерова А.В. — сбор и обработка материала, статистическая обработка, написание текста;
Колесников С.И. — концепция исследования, редактирование, утверждение окончательного варианта статьи;
Храпай Е.С. — статистическая обработка и написание текста;
Минникова Т.В. — редактирование;
Кузина А.А. — ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование. Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках государственного задания в сфере научной деятельности (№ FENW-2023-0008), Программы стратегического академического лидерства Южного федерального университета («Приоритет 2030») (№ СП-12-23-01) и Министерства науки и высшего образования РФ в лаборатории «Здоровье почвы» Южного федерального университета (соглашение № 075-15-2022-1122).

Поступила: 06.02.2023 / Принята к печати: 28.12.2023 / Опубликована: 31.01.2024

1. Шилкина С.В. Мировые тенденции управления отходами и анализ ситуации в России. Отходы и ресурсы. 2020; 7(1): 5. https://doi.org/10.15862/05ECOR120 https://elibrary.ru/zzgxbe

2. Титова А.Г. Оценка влияния полигона твердых коммунальных отходов на окружающую среду с использованием междисциплинарного подхода. Проблемы региональной экологии. 2019; (2): 53–8. https://doi.org/10.24411/1728-323X-2019-12053 https://elibrary.ru/omsgap

3. Song L., Wang Y., Zhao H., Long D.T. Composition of bacterial and archaeal communities during landfill refuse decomposition processes. Microbiol. Res. 2015; 181: 105–11. https://doi.org/10.1016/j.micres.2015.04.009

4. Витковская С.Е. Твердые бытовые отходы: антропогенное звено биологического круговорота. СПб.; 2012. https://elibrary.ru/pwawmx

5. Ильина В.Н., Козловская О.В., Сазонова Н.Н., Тупицына О.В., Чертес К.Л. Особенности растительного покрова и фауны в зоне влияния полигона твёрдых бытовых отходов «Преображенка» (Самарская область). Самарский научный вестник. 2021; 10(4): 51–60. https://doi.org/10.17816/snv2021104108 https://elibrary.ru/pgrcyr

6. Романова Е.А., Намазова В.Н. Региональные особенности несанкционированных свалок твердых бытовых отходов Ульяновской области. Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2008; (7): 50–5.

7. Kaliaskarova Z.K., Aliyeva Zh.N., Ikanova A.S., Negim E.S. Soil pollution with heavy metals on the land of the Karasai landfill of municipal solid waste in Almaty city. News of the Academy of Science of the Republic of Kazakhstan. 2019; 6(438): 256–67. https://doi.org/10.32014/2019.2518-170X.177

8. Zhou X.D., Zhao C.L., Qu T.B., Wang Y., Guo T.J., Sun X.G. Characteristics and evaluation on heavy metal contamination in Changchun municipal waste landfill after closure. J. Environ. Biol. 2015; 36(Spec.): 857–63.

9. Gujre N., Mitra S., Soni A., Agnihotri R., Rangan L., Rene E.R., et al. Speciation, contamination, ecological and human health risks assessment of heavy metals in soils dumped with municipal solid wastes. Chemosphere. 2021; 262: 128013. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.128013

10. Еремин В.Н., Павлов П.Д., Решетников М.В., Шешнев А.С. Эколого-геохимическая оценка почвенного покрова в районе Балаковского полигона захоронения твердых бытовых отходов (Саратовская область). Инженерная геология. 2016; (2): 50–61. https://elibrary.ru/vzehfr

11. Гильмундинов В.М., Тагаева Т.О., Бокслер А.И. Анализ и прогнозирование процессов обращения с отходами в РФ. Проблемы прогнозирования. 2020; (1): 126–34. https://elibrary.ru/adrhmg

12. Потапов П.А. Методы локализации и обработки фильтрата полигонов захоронения твердых бытовых отходов. М.; 2004. https://elibrary.ru/qnlrxj

13. Безуглова О.С., Невидомская Д.Г., Прокофьева Т.В., Иноземцев С.А. Изменения морфологии черноземов Ростовской области в зоне влияния полигонов твердых бытовых отходов. Почвоведение. 2007; (2): 243–54. https://elibrary.ru/hzuljr

14. Елисеева Н.В., Федоренко К.А. Экология и возможная рекультивация свалок ТБО (на примере МО Белореченский район Краснодарского края). Известия Сочинского государственного университета. 2013; (2): 63–8. https://elibrary.ru/rjytgj

15. Wang X., Cao A., Zhao G., Zhou C., Xu R. Microbial community structure and diversity in a municipal solid waste landfill. Waste Manag. 2017; 66: 79–87. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2017.04.023

16. Зомарев А.М., Вайсман Я.И., Зайцева Т.А., Глушанкова И.С. Санитарно-гигиеническое состояние полигонов захоронения твердых бытовых отходов на этапах жизненного цикла. Гигиена и санитария. 2010; 89(1): 39–42. https://elibrary.ru/mbuwld

17. Datta A., Gujre N., Gupta D., Agnihotri R., Mitra S. Application of enzymes as a diagnostic tool for soils as affected by municipal solid wastes. J. Environ. Manage. 2021; 286: 112169. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.112169

18. Соломенникова Е.В., Янников И.М., Сергеева Т.А. Оценка экологического состояния территории зон влияния полигонов ТБО по интегральным характеристикам асимметрии листьев. В кн.: Материалы XIII Международной научно-практической конференции «Теория и практика современной науки». Том 1. М.; 2014: 95.

19. Ростунов А.А., Кончина Т.А. Влияние техногенных загрязнений на физиологические показатели листьев древесных растений на примере г. Арзамаса. Известия Иркутского государственного университета. Серия: Биология. Экология. 2016; 15: 68–79. https://elibrary.ru/wfbzsd

20. Lyssakova T.N., Nukzhanova A.M., Dmitriev P.S., Wendt J.A. Bioindication method of soil research in the landfill of municipal solid waste in the North Kazakhstan region in 2016 and 2018. Bulletin of the Karaganda university. Biology. Medicine. Geography Series. 2019; 94(2): 80–5. https://elibrary.ru/tetlnw

21. Егоров В.В., Иванова Е.Н., Фридланд В.М., Розов Н.И. Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос; 1977. https://elibrary.ru/ywwbdv

22. Казеев К.Ш., Колесников С.И., Акименко Ю.В., Даденко Е.В. Методы биодиагностики наземных экосистем. Ростов-на-Дону; 2016. https://elibrary.ru/xvousx

23. Казеев К.Ш., Козунь Ю.С., Колесников С.И. Использование интегрального показателя для оценки пространственной дифференциации биологических свойств почв юга России в градиенте аридности климата. Сибирский экологический журнал. 2015; 22(1): 112–20. https://elibrary.ru/thegkn

24. Касьяненко А.А. Современные методы оценки рисков в экологии. М.; 2008.

25. Капралова О.А. Изменение биологических свойств почв г. Ростова-на-Дону при загрязнении тяжелыми металлами: Автореф. дисс. … канд. биол. наук. Ростов-на-Дону; 2012.

26. Kolesnikov S., Minnikova T., Kazeev K., Akimenko Y., Evstegneeva N. Assessment of the ecotoxicity of pollution by potentially toxic elements by biological indicators of haplic chernozem of Southern Russia (Rostov region). Water Air Soil Pollut. 2022; 233(1): 18. https://doi.org/10.1007/s11270-021-05496-3

27. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. Пер. с англ. М.: Мир; 1989.

28. Иванов В.С., Черкасова О.А. Роль промышленных предприятий в формировании загрязнения почвенного покрова кобальтом, медью, свинцом. Вестник Витебского государственного медицинского университета. 2011, 10(3): 143–50. https://elibrary.ru/oivgfz

29. Елисеева Н.В., Зубкова Т.А., Чехович Э.Е. Содержание и групповой состав соединений кобальта в почвах рисовых полей Кубани и других почвах России. Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2013, 2(100): 032–6. https://elibrary.ru/pwpvfv

30. Елькина Г.Я. Кобальт в системе почва – растение на подзолистых почвах Европейского Северо-Востока России. Агрохимия. 2021, 7: 75–82. https://elibrary.ru/abdnxc

31. Рак М.В., Пукалова Е.Н. Кобальт в почвах и растениеводческой продукции Беларуси и эффективность применения кобальтового удобрения. Почвоведение и агрохимия. 2016, 2: 90–9. https://elibrary.ru/yqilbb

32. Samadder S.R., Prabhakar R., Khan D., Kishan D., Chauhan M.S. Analysis of the contaminants released from municipal solid waste landfill site: a case study. Sci. Total Environ. 2017; 580: 593–601. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.12.003

33. Ларионов Н.С., Боголицын К.Г., Кузнецова И.А. Комплексная оценка влияния свалки твердых бытовых отходов г. Архангельска на компоненты природной среды. Российский химический журнал. 2011; 55(1): 93–100. https://elibrary.ru/ntxwmf

34. Евстегнеева Н.А., Колесников С.И., Минникова Т.В., Тимошенко А.Н., Цепина Н.И., Казеев К.Ш. Сравнительная оценка токсичности химических элементов по численности бактерий в серопесках. Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Естественные науки. 2022; (3): 120–8. https://doi.org/10.18522/1026-2237-2022-3-120-128 https://elibrary.ru/ozslmk