close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

bd000102845

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Невццомская Дина Георгиевна
ОСОБЕННОСТИ ГЕНЕЗИСА ЧЕРНОЗЕМНЫХ ПОЧВ
Т Е Х Н О Г Е Н Н Ы Х ЛАНДШАФТОВ (ПОЛИГОНОВ ТБО)
Н И Ж Н Е Г О ДОНА
03.00.27 - почвоведение
03.00.16-экология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Ростов-на-Дону - 2005
Работа выполнена на кафедре почвоведения и агрохимии биолого-почвенного
факультета Ростовского госудч'ственного университета
Научный руководитель:
доктор биологических наук, профессор
Бсзуглова О.С.
Официальные оппоненты:
доктор биологических наук, профессор
Вальков В.Ф.
кандидат химических наук, профессор
Лозановская И.Н.
Ведущая организашм:
Ростовский государственный строительный
университет
Защита состоится «16» декабря 2005 года в 13"" часов на заседании Дисс^ггациоияого совета Д 212.208.16 по биологическим наукам при Ростовском государствен­
ном университете (344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Б. Садовая, 105, РГУ, биологопочвенный факультет, ггуд. 20S).
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ростовского государственно­
го университета (344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148).
Автореферат разослан «16» ноября 2005 г.
Ученый секретарь
Диссертационного совета,
доцент
Кравцова Н.Е.
ЛЗ^во
Общая характеристика работы
Актуальность исследования. Многомиллионные генерации твердых бытовых
отходов (ТБО), ежегодно образующиеся во всех населенных пунктах страны, неиз­
бежно требуют дальнейших действий по их удалению и утилизации. В России подав­
ляющее количество ТБО (до 97 % ) все еще продолжают вывозить на свалки. Согласно
материалам Киотского протокола об изменении климата подписанного в декабре 1997
г., метан мест захоронений ТБО внесен в реестр основных антропогенных источников
выбросов парниковых газов планеты. По проведенной в середине девяностых годов
оценке Межправительственной комиссии по изменению климата (IPCC) свалки Рос­
сии ежегодно выбрасывают в атмосферу 1.1 млн. т метана, что составляет примерно
2.5 % от антропогенного планетарного потока. Очень часто, выбирая участок под по­
лигон ТБО, руководствуются экономией средств, игнорируя роль геологических ус­
ловий и геоэкологически обоснованные концепции захоронения отходов. Это являет­
ся причиной резкого ухудшения экологического состояния природной среды при экс­
плуатации полигонов ТБО.
Образование и функционирование полигонов ТБО сопряжено со значительными
нарушениями, вызывающими перестройку в системе почеообразующие процессы <-»
свойства почвы. Почва, как известно, выполняет целый ряд важнейших экологиче­
ских функций, и трансформации в этой системе чреваты нарушениями в сопредель­
ных средах, однако исследования по этой проблеме практически отсутствуют. Таким
образом, необходимость изучения особенностей генезиса почв полигонов ТБО, обу­
словлена как теоретической и практической значимостью проблемы, так и отсутстви­
ем данных, позволяющих систематизировать и прогнозировать изменения, возни­
кающие в почве при техногенном воздействии данного вида.
Цель и задачи исследования. Целью исследований было выявление особенно­
стей генезиса черноземных почв техногенных ландшафтов полигонов ТБО Нижнего
Дона.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- дать сравнительную характеристику почв техногенно-преобразованных ланд­
шафтов полигонов ТБО и целинного зонального аналога;
- изучить изменения физико-химических свойств, преобразование морфологиче­
ских признаков на макро-, мезо-, микро- и субмикроморфологическом уровнях в
техногенных почвах территорий полигонов ТБО;
- исследовать характер распределения минеральной составляющей тонкодисперс­
ных фракций и компонентов органического вещества по профилям техногеннонарушенных почв территорий полигонов ТБО;
- соотнести некоторые показатели биологической активности техногенных почв в
связи с загрязнением ландшафтов полигонов ТБО;
- выявить приоритетные негативные процессы, воздействующие на экологическое
состояние почв территорий полигонов ТБО;
Положения, выносимые на защиту:
1. В обстановке технопедогенеза проявление типичных элементарных почвообра­
зовательных процессов, присущих черноземам обыкновенным карбонатным (се­
вероприазовским), становится рецессивным, и начинают доминировать процес­
сы, формирующие облик почв территорий полигонов ТБО.
2. Комплекс определенных физико-морфологических параметров (структурное со­
стояние, плотность, пористость почв, строение почвенного профиля, новообраРОС. НАЦИОНАЛЬНА
БИБЛИОТЕКА
' t f i n v i С1ЧЛ
СПе
'iSrJos
зования и включения), целесообразно использовать как базовые показатели технопедогенеза, лимитирующие выполнение почвами основных экологических
функций: аккумуляционной, средообразугощей, регуляторной и протекторной.
3. Избирательная реакция ферментов различных классов на эффект загрязнения
(активизация оксидоредуктаз - на примере каталазы и угнетение гидролаз - на
примере инвертазы) может использоваться в целях мониторинга.
4. Для почв техногенно-преобразованных ландшафтов характерны следующие ос­
новные процессы: переуплотнение; технотурбация; подтопление; загрязнение
антропогенными включениями в результате захламления и делювиального привноса с аккумулятивного антропогенного ландшафта в виде «тела» свалки; прояв­
ление редоксиморфизма под воздействием биогаза из «тела» свалки на материал
реплантанта.
5. Формирование специфических морфотипов почвенных профилей территорий
полигонов ТБО связано с доминирующим видом воздействия, оказываемого на
их почвенный покров.
Научная новизна исследования. Впервые для степной зоны, базируясь на ком­
плексном подходе, проанализирован генезис почв полигонов ТБО. Выявлены основ­
ные воздействия, оказываемые на почвенный покров территорий полигонов ТБО, и
комплексы элементарных почвообразующих процессов, формирующих почвенный
профиль данных техногенных почв. На основании подробного морфологического
анализа определен вклад отдельных процессов в преобразование почвенной массы.
Дана сравнительная характеристика физико-химических свойств, органической и ми­
неральной составляющих в ряду: зональная естественная почва —► действующий по­
лигон ТБО —► рекультивированный полигон ТБО. Обозначены основные механизмы
саморегенерации для техногенно-нарушенных почв законсервированных свалок. Про­
анализировано воздействие загрязнения на биологические свойства почв территорий
полигонов ТБО.
Практическая значимость исследования. Полученные результаты дают пред­
ставление о составе и свойствах почв, находящихся под воздействием таких специ­
фических техногенных объектов как полигоны ТБО. Они могут служить основой для
прогнозирования изменений в почвообразовании под воздействием данного антропо­
генного фактора и/или при смене обстановки под влиянием первичного почвообразо­
вательного процесса (в случае рекультивации). Полученные материалы могут быть
использованы при разработке вопросов классификации, диагностики, оценки эколо­
гического состояния почв, рекультивации, а также непосредственно использоваться
жилищно-коммунальными, природоохранными, производственными, научными и на­
учно-исследовательскими организациями. Результаты исследований используются в
учебном процессе при преподавании курсов «Почвоведение», «Почвенноэкологический мониторинг» и «Классификация почв» на кафедре почвоведения и аг­
рохимии РГУ.
Данная работа была поддержана двумя именными грантами ФЦП «Интеграция»
в 2001 и 2003 гг. (проекты №К2 80 и 3 3226/2259).
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на научнопрактических конференциях студентов и аспирантов РГУ «Неделя науки» (Ростов-наДону, 2001-2005); молодежных научных конференциях «Актуальные проблемы эко­
логии сельскохозяйственного производства» (п. Персиановский, 2001-2004); Между­
народной конференции по антропогенным почвам «Soil anthropization VI» (Братисла­
ва, Словакия, 2001); Всероссийской конференции «Устойчивость почв к естествен-
ным и антропогенным воздействиям» (Москва, 2002); Международных конференциях
студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов» (Москва, 2002,
2005); Всероссийской научной конференции Докучаевских молодежных чтений «Го­
род. Почва. Экология» (Санкт-Петербург, 2003); 7 Пущинской школе-конференции
молодых ученых «Биология - наука X X I века»; Международной научной конферен­
ции «Роль почвы в формировании естественных и антропогенных ландшафтов» (Ка­
зань, 2003); Всероссийской конференции «Фундаментальные физические исследова­
ния в почвоведении и мелиорации» (Москва, 2003); 2-й Международной конференции
по почвам городских, промышленных и техногенных территорий «Soils of Urban, In­
dustrial, Traffic and Mining Areas». SUITMA. (Нанси, Франция, 2003); IV съезде Докучаевского общества почвоведов (Новосибирск, 2004); Международной научной кон­
ференции «Экология и биология почв» (Ростов-на-Дону, 2005).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 22 работы, общим объ­
емом 1,37 П.Л., личный вклад - 75 %.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 8 глав, вы­
водов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 168 страницах машино­
писного текста, включает 16 таблиц, 21 рисунок и 16 приложений. Список литерату­
ры включает 180 наименований, в том числе 160 - отечественных и 20 - зарубежных
авторов.
СОДЕРЖАНИЕ Р А Б О Т Ы
Глава 1. Обзор литературы
Представлен обзор отечественной и зарубежной литературы, касающейся изуче­
ния полигонов ТБО. Рассмотрено их техногенное воздействие на экосистему города.
Обсуждаются вопросы организации и функционирования полигонов ТБО, морфоло­
гический, химический и фазовый состав ТБО, возможные способы обращения с ТБО,
воздействия, оказываемые полигонами ТБО на почвенный покров прилегающих тер­
риторий, механизм формирования своеобразных свалочных процессов на полигонах
ТБО, негативные процессы, возникающие в результате функционирования полигонов
ТБО, основные этапы рекультивации полигонов ТБО. Рассмотрены некоторые аспек­
ты классификации почв техногенных ландшафтов полигонов ТБО.
Глава 2. Объекты и методы исследования
2.1, Природная характеристика исследуемой территории
Географически район проведения исследований относится к территории Нижне­
го Дона. Исследуемые почвы относятся к Приазовско-Предкавказской почвенной
провинции черноземов обыкновенных теплых кратковременно промерзающих южно­
европейской фации (в классификациях 30-60-х гг. - черноземы североприазовские).
По современной классификации (2004) они относятся к подтипу черноземов миграционно-сегрегационных. Преобладающая их часть сформировалась на карбонатных
лессовидных глинах и суглинках, в связи, с чем почвы имеют тяжелосуглинистый и
глинистый гранулометрический состав.
2.2. Объекты исследования
Для изучения генезиса черноземных почв техногенных ландшафтов - полигонов
ТБО, были выбраны два полигона ТБО г. Ростова-на-Дону и два полигона ТБО бли­
жайших городов-спутников Ростова-на-Дону: г. Аксая и г. Батайска. Было заложено
12 разрезов и прикопок в 2000 и в 2003 гг., при этом выбор мест закладки профилей
обуславливался
их расположением относительно
основных ландшафтногеохимических зон, а также учитывалась удаленность от «тела» свалки. Расположе­
ние полигонов ТБО показано на рисунке 1. Диагностику техногеннопреобразованных почв проводили с использованием номенклатуры «Классификация
и диагностика почв России» (2004) и пособия «Антропогенные почвы» (Герасимова и
др., 2003). Полигон ТБО «Западный» является единственным функционирующим по­
лигоном г. Ростова-на-Дону. Площадь полигона около 30 га, максимальный объем
поступающих отходов 3000-5000 м'/сутки. Производственная мощность полигона
ТБО согласно проекту - 1355.5 тыс. тонн. На полигоне функционирует специализи­
рованная мониторинговая сеть скважин.
Свалка «Северная» (законсервиро­
вана в 1993 году) - пример неудач­
ного размещения на неподготов­
ленной площадке: в долине Безы­
мянного ручья - западного притока
реки Темерник, представляет собой
пример грубейших нарушений при­
родоохранного
законодательства
при эксплуатации и консервации
свалки. До 1993 года принималось
не более 3000-3500 м мусора в су­
тки, что за год составляло 1.3 млн.
м' ТБО. Объект функционировал в
течение 10 лет, следовательно,
•'^ здесь может быть захоронено 10-15
млн. м' бытовых и прочих отходов.
Действующий полигон ТБО «Аксайский» - эксплуатируется с 1996
года, расположен в границах СПК
«Аксайское» Аксайского района
Ростовской области. Для организа­
ции полигона бьш отведен земель­
ный участок площадью 10 га. Про­
ектный срок эксплуатации объекта
- 5 лет. На сегодняшний день поли­
гон исчерпал свои ресурсы, однако,
Рис. 1. Географическое положение объектов
исследования
до настоящего времени эксплуатируется. Производственная мощность согласно проекту, составляет 93.57 тыс. м''.
.3 Объ­
ем размещенных отходов с момента эксплуатации объекта и на момент исследования
составил 285.0 тыс. м', т.е. в 3 раза превышен норматив. Захоронение отходов на тер­
ритории полигона производится по траншейной схеме. Действующий полигон ТБО
«Батайский» расположен на южной окраине г. Батайска в выработанном глиняном
карьере кирпичного завода. Полигон эксплуатируется с 1999 года. Планируемый срок
эксплуатации полигона 15 лет. Производственная мощность полигона согласно про­
екту, составляет 63.9 тыс. м'/год. Общая площадь полигона вместе с хоздвором - 4.5
га. На полигоне находится установка по первичной сепарации стеклобоя. Полигон
принят в эксплуатацию с недоделками.
2.3. Характеристика эталонного участка - заповедника «Персиановская
степь»
Заповедный участок степи расположен в Октябрьском районе Ростовской областа на территории учебно-опытного хозяйства «Донское» Донского государственного
аграрного университета. Площадь - 66 га. Государственный памятник местного зна­
чения с режимом заповедника. Почвы - черноземы обыкновенные карбонатные на
лессовидных суглинках и глинах. А.П. Балаш (1960) относит Персиановскую запо­
ведную степь к ксерофитному (разнотравно-типчаково-ковыльному) варианту при­
азовских степей, который характеризуется присутствием в травостое ряда видов раз­
нотравья, свойственных злаковым степям.
2.4. Методы исследования
Выполнение ряда общих химических, физических и биологических анализов
почвенных образцов проводили общепринятыми классическими и гостированными
методами. Качественный состав гумуса определяли по схеме И.В. Тюрина в модифи­
кации В.В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой (Агрохимические .., 1975). Элементный
анализ выделенных препаратов гуминовых кислот (Орлов и др., 1969) был выполнен
на С,Н,К-анализаторе фирмы «Perkin Elmer» модель 2400. Мезоморфологическое изу­
чение образцов ненарушенного сложения проводили под бинокуляром МБС-10. В ходе
мезоморфологического описания были отобраны и изготовлены препараты для изучения
субмикроморфологии под сканирующим электронным микроскопом JEOL jsm - 35 CF.
Исследования на микроморфологическом уровне проводили в прозрачных шлифах нена­
рушенного сложения с помощью поляризационного микроскопа Polam-113 (Каздым и др.,
1998). Морфологические исследования выполнены автором в рамках стажировки на ка­
федре географии почв Московского госуниверситета под руководством профессора
М.Н. Строгановой и доцента Т.В. Прокофьевой С целью определения минералогиче­
ского состава слоистых силикатов, из генетических горизонтов почв были выделены
тонкодисперсные фракции (Горбунов, 1972). В качестве основного метода минерало­
гического исследования использовали рентген-дифрактометрию (Возбуцкая, 1968;
Орлов, 1985). Анализ минералогического состава почв был выполнен автором в ходе
стажировки на кафедре химии почв Московского госуниверситета под руководством
профессора Т.А. Соколовой.
Глава 3. Морфологические н физические свойства черноземных почв, измененных
воздействием техногенной деятельности на полигонах ТБО
3.1. Макроморфологический (полевой) и мезоморфологический этапы
исследования
Почвенный профиль целинного чернозема характеризуется многопорядковой
структурой, высокой агрегированностью почвенной массы, высокой порозностью,
зоогенной переработанностью почвенного материала, постепенным характером пере­
ходов между горизонтами. Профили техногенно-преобразованных почв характеризу­
ются нарушенностью: появляются новые напластования, в ряде случаев отмечено
скальпирование, технотурбационные явления, встречаются признаки, обусловленные
вторичным гидроморфизмом. Техногенное переуплотнение приводит к изменению
структуры почвенных горизонтов в сторону слоеватости и формированию крупнопла­
стинчатых отдельностей. При этом агрегатный материал неоднородный, состоящий
из двух типов фрагментов: струйчатые желтовато-бурые фрагменты с карбонатными
8
прожилками и прессованной белоглазкой в виде «осколков» сочетаются с темносерыми прогумусированными фрагментами, содержащими антропогенные включения
(гранитный щебень, обломки кирпича, кусочки полиэтилена и другой бытовой му­
сор). Граница между фрагментами резкая, являющаяся следствием перемещивания
материала почвенных горизонтов с грунтом, и последующего переуплотнения, сопро­
вождающегося уменьшением видимой порозности.
3.2. Микростроение и состав естествеииой и техногенно-преобразованных
почв
Глинисто-гумусовый состав плазмы верхних горизонтов целинного чернозема
сменяется в нижних горизонтах на глинисто-карбонатный. Скелет представлен пылеватыми частицами хорошо отмытых зерен силикатов: кварц, полевые шпаты (орток­
лазы), гидрослюды (мусковит), единично встречаются актинолит, эпидот, гранат. В
гумусово-аккумулятивном горизонте целинной почвы преобладает биогенная агрегированность и губчатое сложение почвенной массы; присутствуют внутриагрегатные и
межафегатные поры-трещины, в которых располагаются многочисленные органиче­
ские остатки разной степени трансформации. Органическое вещество находится в
скоагулированном состоянии (рис. 2а).
Характер техногенной слоеватой структуры хорошо выражен и на микроуровне.
Деградация микростроения, характерная для техногенно-преобразованных почв, про­
является в составе плазмы, определяя тем самым мозаичный характер микрофрагмен­
тов с преимущественно гумусовыми, железистыми и карбонатными участками. В со­
ставе гумусовых микрофрагментов присутствует высокодисперсное органическое
вещество в виде темных бурых глобул, прокрашенных железом (рис. 26). По сравне­
нию с целинным черноземом в техноземах чаще встречаются терригенные зерна пер­
вичных минералов (кварца, микроклина, мусковита, рутила, эпидота, хлоритизированной роговой обманки) песчаной размерности. В насыпных техногенных горизон­
тах выделяется как более темноцветный аутигенный кальцит, так и светлые зерна
терригенно привнесенного кальцита, рассыпанные по поверхности агрегатов. Твер­
дые включения в плазму техногенных почв представляют собой артефакты - микро­
кусочки гранитного щебня (рис. 2в), кирпича во внутрипедной массе и т.д.
Рис. 2. Микроморфологическое строение целинной (а) и техногенных почв (б, в)
Микрозернистый кальцит первичной белоглазки в техногенных горизонтах под­
вергается процессу перекристаллизации с образованием в составе белоглазки более
крупных кальцитовых кристаллов, обладающих правильными идиоморфными очер­
таниями (рис. За). Данное явление объясняется сменой внутрипочвенных условий,
обусловленной дополнительным увлажнением, что приводит к мобилизации и сегре­
гации рассеянного карбонатного материала и к более интенсивному развитию про­
цессов кристаллизации. Наличие в порах наряду с микрокристаллическим кальцитом
генераций люблинита свидетельствует о различии условий и неодновремепности их
образования (Халчева, 1966).
На большинстве изучаемых объектов нами диагностировались признаки локаль­
ного подтопления территорий. Главной причиной выступает тот факт, что размеще­
ние полигонов ТБО приурочено к долинам рек, балкам, где обычно проходят естест­
венные пути миграции водных потоков. При строительстве и функционировании по­
лигонов ТБО изменяется гидродинамический режим фунтов, как результат, образу­
ются локальные зоны подтопления, в почвенных горизонтах обособляется зона гид­
рогенной
аккумуляции
веществ.
Наблюдается
снижение
окислительновосстановительного потенциала, накопление органических и минеральных восстано­
вителей. Уменьшение валентности железа и марганца и их мифация способствует
хемогенному выделению оксидов этих металлов в виде пленок (рис. 36). Габитус
пленки имеет ажурный, сетчатый характер образования, по всей видимости, скрытокристаллической природы и определяет соотношение железа и марганца.
Рис. 3. Растровая электронная микроскопия техногенно-нарушенных почв
полигонов ТБО
В пелоземе гумусовом глеевом, подстилаемом бытовыми отходами (прикопка
008) складываются такие условия, при которых восстанавливающие свойства внут­
ренней среды «тела» свалки влияют на слои реплантанта, в результате чего форми­
руются железисто-марганцевые сефегационные новообразования в виде микрокон­
креций (рис. Зв).
3.3. Изменение структурного состояния почв полигонов Т Б О и примыкаю­
щих к ним территорий
Сравнительное изучение структурного состояния техногенно-нарушенных почв
полигонов ТБО и целинного черноземного аналога показало, что содержание афономически ценных афегатов уменьшается до значений 3.6-11.9 % в разрезах 001, 003
«Западного» (рис. 4) и «Аксайского» (прикопка 03/1) полигонов ТБО. Для сравнениянаименьшее содержание афономически ценных афегатов целинного разреза (разрез
000) составляет 62.6 % . В разрезах «Северной» свалки (005, 006, 007) доля афономи­
чески ценных афегатов увеличивается, а сами значения находятся в широких преде­
лах от 17.9 % до 90.6 % (рис. 4). Это связано с тем, что на законсервированной терри­
тории свалки идет активная саморегенерация почвенно-растительного покрова путем
самозарастания и возобновление дернового процесса - ведущего почвообразователь­
ного процесса зональных почв. При «мокром» просеивании разукрупняются афегаты
крупнее 5 мм и афегаты размером 1-5 мм, количество которых уменьшается. Вместе
10
с тем отрицательной тенденцией является увеличение фракции менее 0.25 мм (в сред­
нем до 30-40 % ) .
Чернозем обыкновенный карбонатный мощный срелнегумусный легкоглиннстый на карбонатной лессо­
видной глине. Целина (разрез 000)
Техно-чернозем гидрометаморфизированный н а с ы ­
щенный карбонатсодержащий (разрез 001)
IOOK
low
60%
«m
зон
Технозем черноземовидный дерново-намытый на­
сыщенный карбонатсодержащий глубокотурбированный оглеенный (разрез 003)
Чернозем обыкновенный карбонатный среднемощный
малогумусный тяжелосуглинистый на тяжелом лессо­
видном суглинке (разрез 003)
I0OH
low
60%
«%
зон
Техно-чернозем насыщенный карбонатсодержащий
турбированный (прикопка 006)
Технозем черноземовидный дерново-намытый н а с ы ­
щенный карбонатсодержащий глубокотурбированный
(разрез 007)
■ дом |грегап»>|Онн н<025м||
Олом|кн|4их|гр«г«п»025-10 нм
Рис. 4. Доля агрономически ценных агрегатов в целинной и техногеннопреобразованных почвах (по результатам «сухого» просеивания)
3.4. Изменения водно-физических показателей техногенно-нарушенных
почв полигонов ТБО
В техногенных почвах содержание максимальной гигроскопической влаги
(МГВ) составляет от 7.4 % до 14.2 % , что соответствует тяжелым суглинкам и глинам.
В целинной почве содержание МГВ уменьшается сверху вниз, с выраженным макси­
мумом в гумусово-аккумулятивном горизонте. В техно-почвах величины гифоскопической воды (ГВ) и М Г В варьируют по профилю, причем техногенные горизонты TG - характеризуются увеличением или уменьшением значений Г В и МГВ, что
большей частью обуславливается гранулометрическим составом насыпного материа­
ла, формирующего новообразованные горизонты.
Количество рыхлосвязанной влаги возрастает с уменьшением плотности агрега­
тов. Плотность твердой фазы целинной почвы находится в пределах 2.41-2.59 г/см'.
11
что согласуется с литературными данными (Каминский, 1965). Плотность твердой фа­
зы почв техноландшафтов несколько выше (2.42-2.81 г/см ) и само распределение
может носить случайный характер. В результате воздействия на почву строительной
техники повышается плотность, и значительно уменьшается содержание пор, что ве­
дет к снижению водо- и воздухопроницаемости. В целинной почве агрегатная порозность в гумусово-аккумулятивном горизонте составляет 50.2 %, что характеризует
порозность по классификации Качинского как наилучшую, плавно снижаясь вниз по
профилю до 34.4 %. Агрегатная пористость техногенно-преобразованных почв в диа­
пазоне плотности 1.4-2.1 г/см' уменьшается, достоверно изменяясь от 45.3 % до 19.5
% при Р=0.90.
3.5. Реологические свойства техногенно-преобразованных почв территорий
полигонов ТБО и их взаимосвязь с гранулометрическим составом
Подстилающими породами полигона ТБО «Западный» являются желто-бурые и
красно-бурые скифские глины четвертичных отложений, что отражается в величинах
пределов пластичности: 46.5-51.3 (верхний предел) и 26.3-28.6 (нижний предел). Это
несколько превышает значения по почвам «Северной» свалки, подстилающими поро­
дами которых являются тяжелые лессовидные суглинки четвертичных отложений:
38.1-44.4 (верхний предел) и 22.4-25.3 (нижний предел). По классификации Атгерберга исследуемые почвы относятся к I классу высокопластичных (глины) почвогрунтов (число пластичности варьирует от 18.1 до 29.8) или же ко II классу пластичных
(суглинки) почвогрунтов, причем значения по II классу достаточно высоки - от 11.2
до 16.6 - и приближаются к глинам. Это согласуется с данными гранулометрического
состава, по которым исследуемые почвы классифицируются как легкоглинистые и
тяжелосуглинистые разновидности.
Глава 4. Изменение минералогического состава тонкодисперсных фракций почв
под воздействием полигонов ТБО
4.1. Минералогический состав чернозема обыкновенного карбонатного не­
нарушенного сложения
Состав илистой и тонкопылеватой фракций чернозема нативного сложения ха­
рактеризуется профильной дифференциацией фазового состава слоистых силикатов в
верхней части профиля - увеличение содержания иллита от 33 % до 54 % для илистой
фракции и от 42 % до 60 % - для тонкопылеватой. При этом отмечается снижение
концентрации лабильных силикатов от 41 % до 23 % для илистой фракции и от 26 %
до 12 % - для тонкопылеватой, а также хлорита от 26 % до 22 % для илистой фракции
и от 39 % до 22 % - для тонкопылеватой (табл. 1). Подобные закономерности для
черноземов североприазовских отмечали в своих работах М.Г. Алещенко (1973), B.C.
Крыщенко (1974, 2003) и др.
4.2. Минералогический состав почв полигонов ТБО
Под влиянием техногенеза в почвах отмечается возрастание степени разупорядоченности структуры минералов, пики рефлексов рентген-дифрактограмм становятся
асимметричными и диффузными. Это является следствием частичного разрушения
строения планарных поверхностей кристаллической решетки, причем минералы с разупорядоченной структурой фиксируются на большей глубине: возрастает содержа­
ние гидрослюд, каолинита, высокодисперсного кварца в средней части профиля. Ряду
образцов почв и грунтов соответствует супердисперсное состояние, о чем
Таблица 1
Содержание основных групг глинистых минералов тонкодисперсных фракций исследованных почв
Содержан­
Отношение
Сумма, %
Горизонт
Граница
ие вал.
интенсивностей
горизонтов,
Лабильные минералы
Слюды
£ Каолини1+ собств.
КзОвиле,
см
отражений 1 ooi: 1 ооа
хлорит
%
1*
1
2 "
1
1
2
1
1
2
1
1
2
Разрез 000. Целина. Чернозем обыкновенный карбонатный мощный среднегумусный легкоглинистый на карбонатной лессовидной глине
1.68
0-19
Ad
22
28
51
60
27
12
4.0
4.1
Не опр.
19-59
А
23
22
54
51
23
27
4.3
4.2
59-70
АВ
27
30
47
48
26
22
4.2
3.8
1.71
70-92
В1
26
35
45
50
29
15
4.1
4.3
92-110
Вса
28
39
38
43
34
18
3.1
3.7
ВСса
110-185
26
34
34
42
40
24
3.2
3.0
185-190
1.73
Сса
26
32
33
42
41
26
2.8
34
Полигон Т Б О « З А П А Д Н Ы Й » . Разрез 001. Техно-чернозем гидрометаморфизированный насыщенный карбонатсодержащий
-
TGuca
ГА1са
АВса
Вса
Сса
TGd
TGuca
ГА1са
[ABlca
[ВЦ
TGlditcift
TG2iTu-c
TGSitu^:.
TG4iTu<:.
[A]ca
0-10
10-38
38-75
75-96
117-150
22
23
22
23
22
Свалка « С Е В Е Р Н А Я » .
42
58
49
20
9
2.5
31
56
55
21
14
3.3
27
58
52
20
21
2.8
42
68
51
9
7
2.7
46
58
46
20
8
3.5
Прикопка 006 Техно-чернозем насыщенный карбонатсодержащий турбированный
4.5
8.4
4.7
3.8
4.3
0-6
29
35
43
46
28
19
3.3
4.0
6-16
20
32
69
51
11
17
2.7
43
16-55
20
36
65
58
15
6
3.1
3.4
55-95
22
26
59
61
19
13
3.1
45
95-110
22
38
55
54
23
8
3.1
3.9
Разрез 007. Технозем черноземовнцный дерново-намыгый насыщенный карбонатсодержащий глубокотурбированный
0-8
Не опр.
-
1.86
-
Н е опр.
-
1.81
8-16
20
32
45
53
35
15
2.7
4.2
24
39
52
6
9
4.1
5.6
Н е опр.
16-30
25
41
70
3.3
4.4
1.91
26
42
37
2.9
3.4
38
69
58
8
4
3.2
Прикопка 008. Пелозем гумусовый глееватый подстилаемый бытовыми отходами
3.6
30-42
42-65
23
60
57
15
2
55
37
3
-
2.05
Не опр.
TGduj^f.
0-6
24
43
32
54
44
3
3.2
3.8
6-20
TGrej,
25
44
32
51
43
5
3.3
3.3
* - значения для ила; •♦ - значения для тонкой гооли. Количественная оценка вторичных минералов проведена по Э.А. Корнблюму с соав. (1972)
-
13
свидетельствуют высокие значения межплоскостного расстояния (d/n) первого базального рефлекса смешаннослойных образований.
В некоторых разрезах почв техногенно-нарушенных ландшафтов попадаются
минералы группы иллита с очень хорошей окристаллизованностью кристаллической
решетки, что, вероятно, связано со слабой проработкой процессами почвообразования
материала техногенных горизонтов.
Тонкопылеватая фракция отличается от илистой фракции большим содержанием
жестких структур в своем составе, представленной в основном слюдами и хлоритами,
диагностируются смешаннослойные иллит-монтмориллонитовые/(вермикулитовые)
образования. Содержание сопутствующих минералов - кварца и полевых шпатов в
этой фракции также увеличивается по сравнению с илистой.
В илистой и тонкопылеватой фракциях во всех образцах доминируют хлориты.
По отношению интенсивностей отражений первого и второго порядков иллитов
(I001/I002) на дифрактограммах илистых и тонкопылеватых фракций можно судить о
процессах иллитизации. За исключением отдельных незакономерных отклонений эти
отношения в изучаемых почвах отчетливо уменьшаются с глубиной (табл. 1), что
свидетельствует об увеличении в верхних горизонтах доли изоморфного Fe и Mg в
октаэдрических позициях иллитовых минералов (Соколова, 1985).
4.2.1. Действующий полигон ТБО
Фракция 1мкм. По сравнению с целиной, рентген-дифрактограммы почв техноландшафтов на действующем «Западном» полигоне ТБО имеют некоторые отличия,
свидетельствующие о проявлении супердисперсности в горизонтах данных почв, ко­
торое может быть связано с современной антропогенной или остаточной солонцеватостью почвенного материала, когда ионы Na присутствуют в тактоидах смектитового компонента.
В распределении групп глинистых минералов по горизонтам антропогенных
почв не наблюдается такой четкой дифференциации как в контрольном разрезе. Со­
держание слюд в техно-почве разреза 001 вниз по профилю увеличивается от 58 % до
68 %, содержание хлорита, увеличивающееся вниз по профилю на целине, в разрезе
001 не изменяется (22-23 % , табл. 1).
Фракция 1-5 мкм. Спектры тонкой пыли отличаются от предыдущей фракции
несколько лучшей выраженностью пиков рентген-дифрактограмм и большим их чис­
лом. Рентген-дифрактограммы воздушно-сухих препаратов разрезов 001 и 003 не­
сколько отличаются от целинной почвы тем, что в разрезе 001 и 003 лабильная фаза
представлена только вермикулитом. Количественное распределение глинистых мине­
ралов в тонкопылеватой и илистой фракциях похожи, только увеличиваются значения
жестких структур (табл. 1).
4.2.2. Законсервированная свалка
Фракция 1мкм. Для всех исследуемых почв данного объекта еще в большей сте­
пени, чем на полигоне ТБО «Западный», характерна разупорядоченность структуры
минералов. Состав илистой фракции почв «Северной» свалки отличается от мине­
ральной фазы целинного чернозема и почв полигона ТБО «Западный» тем, что на
рентген-дифрактограммах
явно диагностируются смешаннослойные иллитмонтмориллонитовые образования. Они диагностируются по d/n >1.5 нм на дифрак­
тограммах исходных воздушно-сухих препаратах. Также обнаруживается во всех раз­
резах явление супердисперсности. Это косвенно указывает на то, что осолонцевание
характерно для почвенно-грунтового материала данной территории, и, скорее всего.
14
связано с поступлением растворов с «тела» свалки, которые в своем составе имели
натрийсодержащие соли. Во всех разрезах наблюдается хорошая или средняя окристаллизованность кристаллической решетки минералов группы иллита.
По результатам количественного определения, в почвах отмечается достаточно
высокое варьирование иллита (32-70 % ) и лабильных минералов (6-46 % , табл. 1), без
строгой дифференциации, выраженной в целинном разрезе. Скорее всего, на накоп­
ление иллитов в профилях почв оказывает воздействие антропогенный механизм фи­
зической дезинтеграции привносного обломочного силикатного материала, а также
материала поступающего с «тела» свалки, и дальнейший его переход в тонкодисперс­
ные фракции слюдистых минералов.
Фракция 1-5 мкм. Дифференциация слоистых силикатов во фракции тонкой
пыли несколько отличается от образцов предыдущего объекта и целины. Во-первых,
лучшей окристаллизованностью кристаллической решетки иллитов. Во-вторых, во
всех разрезах, кроме прикопки 008, в верхних горизонтах идентифицируются смешаннослойные иллит-монтмориллонитовые образования, которые вниз по профилю
сменяются смешаннослойными иллит-вермикулитовыми образованиями, в отличие от
целины, где лабильная фаза представлена монтмориллонитом в чистом виде. Вероят­
но, также присутствие смешаннослойных иллит-хлоритовых образований в прикопке
006 и в разрезе 007.
Глава 5. Особенности в распределении химических показателей по профилям
техногенных почв полигонов ТБО
В почвах исследуемых объектов мы сталкиваемся с тем, что в техногенных гори­
зонтах состояние карбонатной системы определяется соотношением карбонатов аутигенного происхождения и карбонатов терригенно привнесенного материала. Под воз­
действием виутрипочвенных процессов происходит переосаждение и (пере)кристаллизация новых твердых фаз, что выражается достаточно широким варьиро­
ванием содержания карбонатов в антропогенных горизонтах: СаСОз - от 2.8 % до 9.3
% , MgCOj- от 0.1 % до 2.0 % .
Реакция среды изменяется от нейтральной до сильнощелочной, в некоторых слу­
чаях почвы щелочные с поверхности, в то время как для черноземных почв характер­
но постепенное снижение по профилю почвы реакции среды от нейтральной до сла­
бощелочной и щелочной (Гаврилюк, 1955). Наблюдается некоторое увеличение содер­
жания аморфного железа (0.16-0.38 % ) , приуроченное к насыпным, намытым и гидрометаморфизированным горизонтам. В то время как распределение железа в целинном черно­
земе характеризуется небольшой аккумуляцией в гумусовой части профиля (0.16 % ) , что
согласуется с общими закономерностями, установленными для черноземных почв (Карманова, 1978). Распределение аморфного железа и других показателей наглядно пред­
ставлено на рисунке 5.
В техногенных почвах всех полигонов ТБО нами отмечается тенденция к повы­
шению доли Mg^* в составе обменных катионов до 38.7 % от суммы поглощенных
оснований. Так называемая магнезиальная солонцеватость может возникать за счет
стекающих склоновых подпочвенных, виутрипочвенных и поверхностных вод обога­
щенных магнием в результате растворения карбонатов как терригенных карбонатсодержащих грунтов, образующих техногенные горизонты, так и карбонатов естествен­
ных горизонтов. Вновь формирующиеся в техногенно-преобразованных почвах внутрипочвенные условия могут способствовать включению литогенного Mg в состав
15
Чернозём обыкновенный карбонат- Техно-чернозем гидрометаморфнзиный мощный срелнегумусный легко- рованный насыщенный карбонатсоглиннстый на карбонатной лессовнлдержащий (разрез 001)
ной глине Целина (разрез 000)
бонатсодержащий турбнрованный
(прикопка 006)
ново-намытый насыщенный карбонатсодержаший глубокотурбированный (разрез 007)
0 1 2 3 4 5 6 7.,
Техно-чернозем насыщенный кар-
Технозбм чернозСмовидный дер-
0 12
3 4 5 6 7
Технозбм чернозбмовидный насы-
щенный карбонатсодержащий глубокотурбированный (прикопка 03/1)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 910
Гумус
- -С02Кч>б
Железо
аморфное
(общм)
Рис. 5. Распределение некоторых химических показателей по профилям целинной
и техногенно-нарушенных почв полигонов ТБО
минералов и непосредственно воздействовать на равновесие в системе
Mgф„кcнpoв.ниый <-»М£„вменный*-» Щмлоргсгяоримыя- Достаточно высокие значения по­
глощенного Na (5.1-25.7 % от суммы поглощенных оснований) в техногенных почвах
полигона «Западный» и «Северной» свалки дают основание предполагать наличие ак­
тивных процессов химического превращения соединений техногенных субстратов го­
ризонтов TG, содержащих большое количество включений бытового и строительного
мусора. Согласно классификации И.Н. Антипова-Каратаева исследуемые почвы диаг­
ностируются в широком диапазоне солонцеватости: от слабосолонцеватых видов до
солонцов. При этом выход натрия в раствор приводит к усилению щелочной реакции,
что дает преимущество в растворимости гидрокарбонатным формам магния перед
кальциевыми, а это в свою очередь способствует поглощению магния (Егоров, 1976).
Глава 6. Органическое вещество почв техногенных ландшафтов полигонов ТБО
6.1. Особенности в распределении общего гумуса и его качественный
состав в техногенно-нарушенных почвах полигонов ТБО
Данные по содержанию гумуса в техногенно-преобразованных почвах ландшаф­
тов полигонов ТБО довольно пестрые (рис. 5). Выявляются две явные причины, кото­
рые непосредственно влияют на разброс значений в содержании гумуса по профилям
16
техногенных почв: 1) богатство органическим веществом того субстрата, который
участвует в образовании техногенных горизонтов; 2) наличие погребенных горизон­
тов в профилях техногенных почв.
На территориях захоронения ТБО изначально формируются особые фитогенотипы, отличные от флористического состава целинной территории Преобладающей
жизненной формой в растительных сообществах свалки являются терофиты. Боль­
шинство однолетников - типичные представители рудеральной растительности: марь
белая (Chenopodium album L ), различные виды лебеды (род Atriplex L ), щирицы (род
Amaranthtis L), пастушья сумка (Capsella bursa-pastoris L ), дескурения Софии {Descurainia Sophia Z ) и т.д. Данная растительность очень быстро «обживает» техногенно-нарушенные территории, выступая ведущим фактором, способствующим восста­
новлению исходных почв.
Исследование качественного состава гумуса целинного чернозема согласуется с
данными О.С. Безугловой (2001) и Н.В. Горяиновой (1995), исходя, из которых в
верхних горизонтах североприазовских черноземов коэффициент гумификации со­
ставляет на целине - 1.9, аналогичные данные были получены при анализе целинного
чернозема (табл. 2). В составе гумуса целинных почв гуминовые кислоты (ГК) преоб­
ладают над фульвокислотами (ФК) в верхних горизонтах, а вниз по почвенному про­
филю соотношение меняется в сторону увеличения ФК. При этом отмечается, что от­
ношение Сгк:Сфк становится меньше единицы в горизонте В, который является так
называемым метаморфическим горизонтом, где проходит граница изменений в ос­
новных фазовых компонентах вторичных минералов и появляются карбонаты. Иллитизация, характерная для верхних горизонтов чернозема, сменяется в горизонте В
увеличением доли лабильных структур. Данное явление находит отражение и в рас­
пределении значений фракций ГК-2 и ГК-3 по профилю почвы; ГК предположитель­
но связанные с Са (ГК-2) доминируют в верхних горизонтах (12.5-23.8 % ) , тогда как в
нижних горизонтах начинают преобладать ГК, связанные с устойчивыми комплекса­
ми Fe и А1 и глинистыми минералами (ГК-3), доля которых увеличивается с 4.9 до
16.7 %. Содержание свободных и связанных с полуторными окислами ГК (ГК-1) и
свободных Ф К (ФК-1а, ФК-1) в исследуемой почве небольшое (габл. 2).
Качественный состав гумуса техногенных почв в общих чертах повторяет харак­
тер распределения валового содержания гумуса по профилю. Величины коэффициен­
тов гумификации обнаруживают сильный разброс от 0.3 до 2.2 (табл. 2) и соответст­
венно тип гумуса изменяется от фульватного до гуматного. При этом отмечается уве­
личение доли подвижных фракций ГК-1, ФК-1 а и ФК-1. Имеется тенденция к потере
фракций ГК-2 и ФК-2, связанных с обменным кальцием. В то же время происходит
увеличение доли фракций ГК-3 и ФК-3. Причины данных видоизменений носят ком­
плексный характер. Турбированный насыпной карбонатный почвенно-грунтовый ма­
териал, формирующий техногенные горизонты, обладает незначительным потенци­
альным плодородием, что сказывается на значениях коэффициента гумификации,
особенно в почвах «Западного», «Аксайского» и «Батайского» полигонов ТБО.
Как уже отмечалось выше, при подтоплении происходит активизация восстано­
вительных процессов, гумусовые вещества начинают испытывать трансформации в
сторону преимущественного образования гумусовых веществ фульватно-кислотной
природы, увеличивается предельная концентрация R2O3, при которой комплексные
соединения становятся лабильными, что в техногенно-преобразованных почвах
Таблица 2
Фракционно-групповой состав гумуса черноземных почв полигонов ТБО и ненарушенного аналога (в % от Собщ. почвы)
Горизонт
Сгк +
sent
Сфк
2Сфк
Гумин
Сгк
Си
Собш,
Сфк
Сфк
(=Н0)
1а
I
1
1
2
1
3
CM
1
1 2 1 3
*азрез 000. Целина. Чернозем обыкновенный карбонатный м о щ н ы й среднегумусный легкоглинистый на карбонатной лессовидной глине
Глубина,
%
Ad
0-19
А
19-59
АВ
59-70
В1
70-92
3.7
14
20 3
49
26 6
26
15
23.8
50
30 3
80
12
17
125
08
13
70
05
20
100
7.5
03
78
46
40 8
19
59 2
38 0
04
10 5
14 3
15
186
48 9
20 8
42 5
16
51 1
10 3
62
10 0
10
57 5
313
112
12 5
25 0
413
07
58 7
18
16 0
40.0
07
34 0
17
21.9
17 8
42 5
06
32.5
15
25.3
217
52 3
05
20 0
15
05
33.0
06
13
51.0
216
03
48.6
15 2
05
Вса
92-110
ВСса
110-185
04
Сса
185-190
03
TGuca
0-10
10
20
50
15 0
220
40
1.0
60
34 0
45 0
23
0.9
16 9
10.0
27 8
13
52
117
21.2
49.0
2.1
05
52
71
12 8
30
57
05
13 8
10
10
30
17 0
210
70
10
Свалка « С Е В Е Р Н А Я »
46.0
514
67 0
10-38
[Alca
38-75
АВса
75-96
Вса
-
10 0
НО
14 0
16
163
13
26 0
20
25 0
28
27 7
53
Полигон Т Б О « З А П А Д Н Ы Й »
217
150
16.7
22 0
Разрез 001 Техно-чернозем гидрометаморфнзированный насыщенный карбонатсодержащий
5.0
186
33 0
38 6
66 0
67 5
80 0
67.0
05
33.0
Разрез 005 Залежь. Чернозем обыкновенный карбонатный среднемощный малогумусаый тяжелосуглинистый на тяжелом лессовидном суглинке
Ad
Астаропах
В1
TGldiTc^f,
TG21tu^
[А]са
TGUTc
TG2it,w.
TCBiTfeJbttR
ТО*1Ы^
(AKg^F.
TGdy^^
TGUTu-c
TG2itc
TGSiTr.
0-15
15-32
50-70
32.7
16 4
18.9
12.6
29
41
59
35
49 1
20
2
52 4
35.8
16 6
0.8
198
15 2
12
2.7
42
85
22
60
0
16
7
17
3
35
3
12
0
24
7
1.5
60
6.7
14
3
Разрез 007. Технозем черноземовидный дерново-намытый насыщенный ка рбонатсодержап1ий глубокотурбированный
3.4
26
-
0-8
35
1 1
18
14.1
42-65
1.7
20
20
31.5
10 5
75
117
8-16
12 0
14 9
16 5
28 0
32 4
37
17
67
28
14.9
42.9
65
Об
10.6
47
22.4
54.8
440
50
0.5
12 5
5.0
23.0
67 0
\92
2.5
08
9.2
20 8
33.3
52.5
19
1.4
35-60
60-85
85-дно
0-15
15-40
40-60
60-75
1.2
25
36 0
20
1.0
ПО
220
600
62.5
25 0
10 0
20 0
37.5
75
74.0
39 0
20 0
35 0
23.0
10
20
6.0
90
Полигон Т Б О « Б А Т А Й С К И Й »
Разрез 03/4 Технозем черноземовидный насыщенный карбонатсодержащий глубокотурбированный
85 7
25.7
48 6
10 7
17.1
37.1
14
4
215
50
43
78.0
24.0
38 0
16 0
16 0
40.0
15
0.7
13.3
33
47
84.5
27.8
37 8
24 4
46.7
11.2
09
89
44
6.7
•1
1.0
04
06
3.3
ПО
10 0
10.0
13 0
12.5
14 0
13.4
24.0
-
26.7
-
83
6.7
11.7
25 0
51.7
7S.4
50 9
47 6
40.0
57 1
45.2
19
33 0
0.6
47.5
Полигон Т Б О « А К С А Й С К И Й »
Прикопка 03/1 Технозем черноземовидный гидрометаморфизированыый насыщенный карбонатсодержащий глубокотурбированный
55 0
24 1
0-10
14 2
21.7
33 3
12
75
5.0
4.2
0.7
10-35
Е
мг/мл
0.7
07
1.1
1.3
1.0
08
05
45.0
40.0
37.5
26 0
14.3
22.0
15.5
216
20
0.6
28 1
27.0
215
13 4
20
20 9
1 I
1.6
13
79
19.9
91
3.2
2.6
18
18
морфологически отражается в проявлении цементации почвенной массы свободными
гидроокислами.
Состав катионов поглощенного комплекса техногенных почв, в свою очередь
также влияет на подвижность соединений Г К Достаточно высокое содержание маг­
ния и натрия в составе поглощенных оснований техногенных почв способствует об­
разованию подвижных, обладающих гидрофильностью гуматов магния и натрия.
В профилях техногенно-яарушенных почв (прикопка 006, разрез 007, прикопка
03/1) нами были диагностированы погребенные горизонты, которые, прежде всего,
характеризуются увеличением коэффициента гумификации по сравнению с верхними
техногенными горизонтами. Распределение основных фракций гумусовых кислот в
этих горизонтах согласуются с таковыми в верхних горизонтах целинного чернозема:
увеличивается доля фракции ГК-2 и ФК-2 и уменьшается содержание фракций ГК-3 и
ФК-3 (табл. 2).
6.2. Особенности элементного состава гуминовых кислот почв
техногенных ландшафтов полигонов ТБО
Элементный состав препаратов ГК целинной и техногенно-нарушенных почв не­
одинаков. Практически везде наблюдается преобладание водорода над углеродом,
причем отношение Н:С заметно увеличивается (1.11-1.48) в горизонтах техногенных
напластований - TG, что свидетельствует о максимальном вкладе ненасыщенных
фрагментов в структуру их Г К по сравнению с горизонтами целинной почвы, залежи,
погребенными и ненарушенными горизонтами (0.94-1.08). Достаточно высокие зна­
чения соотношения 0:С, характерные для ГК некоторых техногенных горизонтов
указывают на повышенное содержание в этих препаратах кислородсодержащих
функциональных групп. Содержание кислорода в исследуемых препаратах Г К раз­
лично. Наиболее окисленными являются Г К техногенных горизонтов (25.21-31.52 % )
техно-чернозема насыщенного карбонатсодержащего турбированного (прикопка 006)
и отчасти технозема черноземовидного дерново-намьггого насыщенного карбонатсо­
держащего глубокотурбированного (разрез 007), что подтверждается расчетом по
Д.С. Орлову (1990), показателя степени окисленности (ю) ГК, который составляет от
+0.34 до +0.87, что говорит об активном процессе гумификации в насыпных и намы­
тых горизонтах, чему способствует поступление растительных остатков, а также ве­
ществ, «смываемых» с бортов «тела» свалки и аккумулирующихся в микро- и мезопонижениях. Эталонное значение степени окисленности ГК черноземов, вычисленное
Д.С. Орловым (1990) составляет +0.13, что точно соответствует значению степени
окисленности дернового горизонта контрольной целинной почвы Высокие значения
зольности препаратов ГК техногенных горизонтов от 6.15 % до 32.58 % (целина от
4.67-5.03 % ) свидетельствуют об их высокой комплексообразующей способности, что
обусловлено более развитой периферической частью молекул.
О характере химических процессов, влияющих на формирование ГК, можно су­
дить по диаграмме Ван Кревелена (рис. 6). Для ГК целинного чернозема, а также по­
гребенных и ненарушенных горизонтов техногенных почв выражены процессы де­
гидратации, деметилирования и декарбоксилирования.
Судя по препаратам ГК, выделенным из горизонтов техногенно-измененных
почв (техно-чернозем гидрометаморфизированный насыщенный карбонатсодержащий), трансформация идет в сторону окисления, гидрогенизации, карбоксилирования
и метилирования, что свидетельствует о возрастании роли алифатических цепочек в
построении молекул ГК.
19
•
- Целина Чернозйм обыкновенный карбо­
натный мощный среднегумусный легкоглини­
стый на карбонатной лессовидной глине;Д Техно-чернозем
гидрометаморфизнрованный
насыщенный кар6онатсодержащий(^ - Залежь
ЧернозЕм обыкновенный карбонатный среднемощный малогумусный тяжелосуглинистый на
тяжёлом лессовидном суглинке, D - Техночернозем насыщенный карбонатсодержащий
турбированный; ^ V Технозвм чернозвмовидный дерново-намытый насыщенный карбонат­
содержащий глубокотурбированный0 - Пелозем гумусовый глееватый подстилаемый бытовы­
ми отходами.
*
вания
направление деметилиро-
- направление дегидратации;
.4 • — • — ■ -•- направление декарбоксилирования
■
*
—
Рис. 6. Диаграмма атомных отношений Н:С - 0:С гуминовых кислот
В препарате пелозема гумусового глееватого подстилаемого бытовыми отходами
направление изменений, происходящих с органическим веществом, смещено в сторо­
ну процессов восстановления (о)= -0.20) и метилирования, что также указывает о на­
растании периферической части ГК (рис. 6).
6.3. Органическое вещество отдельных гранулометрических фракций це­
линного чернозема и черноземных почв техногенно-нарушенных ландшаф­
тов полигонов ТБО
Изучение содержания гумуса в гранулометрических фракциях, показало, что с
увеличением дисперсности частиц содержание гумуса не всегда увеличивается. Мак­
симальные значения гумуса, как правило, наблюдались для фракции мелкой пыли.
Значительная обогащенность гумусом фракции тонкой пыли характерна для почв
степного почвообразования, что отмечается многими исследованиями (Грати и др.,
1965; Гусев и др., 1986; Петков, 1965; Покотило, 1967 и т.д.). Нами были рассчитаны
вклады фракций в гумусность почвы. Согласно расчетам, вклад илистой фракции до­
минирует над вкладом пылеватых фракций, что связывается со значительным преоб­
ладанием илистой фракции над другими гранулометрическими фракциями в данных
почвах, содержание которой составляет 14.3-53.6 %. Именно поэтому максимальные
запасы гумуса сосредоточены в илистой фракции. В нижних горизонтах вклад ила
больше, так как в нем формируются более устойчивые органо-минеральные комплек­
сы. Закреплению органического вещества илистыми частицами способствует также
минералогический состав, характеризующийся преобладанием глинистых минералов
с расширяющейся решеткой монтмориллонит-гидрослюдистой группы.
Глава 7. Изменение биологической активности почв под влиянием техногенных
факторов
Активность фермента каталазы в техногенных почвах обнаруживает достаточно
тесную связь с содержанием гумуса (г=0.78) и варьирует по объектам исследования.
Содержание гумуса в техногенных горизонтах действующего «Западного» полигона
20
ТБО характеризуется очень низкой гумусированностью - 1.7±0.4 % и, соответствен­
но, низкой каталазной активностью - ].5±0.4 мл Oi/l мин на 1 г почвы (рис. 7).
Разрез 000. Целина
Разрез 001
0
12
Разрез 003
3 4 5 6
О
10
20
30
40
50
60
Разрез 005
Прикопка 006
О 0,5 1 1,5 2 2.5 3
Разрез 007
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
100 (JM
Гумус (%)
Каталаза (мл Oj/l мин на 1 г)
Инвертаза (мг глюкозы на 1 г за24 ч )
Рис. 7. Изменение содержания гумуса и активности ферментов по профилям целин­
ной и техногенно-нарушенных почв полигонов ТБО
Почвы законсервированной «Северной» свалки характеризуются сравнительно
высоким содержанием гумуса и высокой активностью каталазы (гумусированность в
верхних техногенных горизонтах составляет от 4.5±0.1 до 5.8±0.1 %, активность ката­
лазы от 3.7±0.2 до 5.8±0.0 мл Ог /1 мин на 1 г., соответственно при Р=0,90) вниз по
профилю показатели постепенно снижаются, что характерно для зональной почвы.
Наличие «тела» свалки, приводит к формированию аккумулятивного антропогенного
ландшафта, в результате происходит делювиальный привнос смытого с тела свалки
материала в мезо- и микропонижения непосредственно вблизи nojiHroHa, создавая та­
ким образом благоприятные условия для биогеохимической аккумуляции. Исходя из
высоких значений содержания гумуса 9.1±0 1 % и активности каталазы 6.8±0.0 мл Оа
/1 мин на 1 г. в верхних техногенных горизонтах почв микропонижений (рис. 7),
можно предположить, что причиной такого повышения, скорее всего, является посту­
пление смеси отходов органической и углеводородной природы, что может оказывать
существенное влияние на активизацию почвенной микрофлоры (Ловчий и др , 1990).
«Сенсором» почвенного загрязнения является активность гидролитического фер­
мента инвертазы. В почвах объектов исследования активность инвертазы или очень
низкая (почвы характеризуются как очень бедные ферментом), либо вообще инверта­
за представлена следовыми значениями. По предварительной диагностической оценке
загрязнения почв с помощью инвертазы, предложенной К.В. Григоряном с соавтора­
ми (1979), практически все почвы объектов исследования являются сильнозагрязненными.
21
Наблюдаемый на полигонах ТБО локальный гидроморфизм, техногенное подщелачивание почвогрунтов строительной пылью, а также высокое содержание органи­
ческого вещества и фосфора, поступающих в почву с органической частью бытовых
отходов, соответствуют потребностям одной из индикаторных на урботехногенез бак­
терии - азотобактера. Сочетание выше изложенных факторов стимулирует развитие
азотобактера, так как в степной зоне эта бактерия представлена незначительно
(48.0±1.9 % обрастания при Р=0,90). По итогам исследования физических и морфоло­
гических свойств техногенных почв полигонов ТБО, максимальным значениям со­
держания азотобактера (от 62.4±4.1 до 81.0±2.3 % обрастания при Р=0,90) соответст­
вуют достаточно высокие значения влажности, что является благоприятным природ­
ным фактором для развития азотобактера. В некоторых образцах техногеннонарушенных почв на фоне незначительного содержания азотобактера (38.4±4.4 % об­
растания при Р=0,90), нами диагностировалось развитие представителей других групп
щелочелюбивых микроорганизмов, таких как Rhizopus nigrus.
Опираясь на данные В.В. Приваленко (2000), на действующем полигоне ТБО ло­
кализованы контрастные литохимические аномалии элементов: Fe, Ni, Со, V. Зоны
повышенного содержания - Си, РЬ и Zn, располагались в районе заполненной пло­
щадки полигона ТБО, что подтверждает потенциальную опасность захороненных от­
ходов. На законсервированной свалке в верхнем почвенном слое обнаружено повы­
шенное содержание Мп по периферии территории; повышенная концентрация Sr на­
блюдалась на всей территории и варьировала от 500 до 1500 мг/кг. Высокие аномалии
концентраций Си, РЬ и Zn связаны с выходами фильтрата на поверхность свалки. Со­
относя данные по загрязнению почв с результатами по биологическим свойствам,
можно сделать вывод об избирательной реакции ферментов различных классов на
эффект загрязнения. Достаточная микробиологическая активность азотобактера в
техногенных почвах полигонов ТБО, несмотря на высокий уровень загрязнения, пре­
жде всего, складывается из комплекса условий, которые благоприятствуют развитию
данной бактерии. И, очевидно, это делает азотобактер малочувствительным до опре­
деленных пределов к антропотехногенным воздействиям.
Глава 8. Технопедогенез и основные морфотипы техногенно-нарушенных почв
ландшафтов полигонов ТБО
Трансформация почв ландшафтов полигонов ТБО обусловлена комплексом та­
ких процессов, как антропогенная турбация почвенного профиля; искусственное уп­
лотнение почвогрунта, локальное подтопление территории с сопутствующим прояв­
лением гидроморфизма, снос материала гетерогенной природы с «тела» рекультиви­
рованного полигона ТБО в подчиненные элементы техногенного ландшафта и его ак­
кумуляция; проявление редоксиморфизма в примитивных почвах, формирующихся
на материале реплантанта.
Это послужило основанием для выделения следующих морфотипов почвенных
профилей, формирование которых связано с особенностями антропогенного воздей­
ствия полигонов ТБО.
— Технозем черпоземовидный турбированный и техно-чернозем турбированный (разрез 002; прикопка 006; разрез 03/4). Неоднородный почвенно-грунтовый
материал со своеобразной плотной, спрессованной, горизонтально-слоеватой струк­
турой (техногенная структура). Результат переуплотнения тяжелой строительной тех­
никой, как исходных почвенных горизонтов, так и насыпных привнесенных, переот­
ложенных грунтов, образующих техногенные слои различной мощности, перекры-
22
вающие исходные почвы. Такой тип профиля является следствием искусственного
уплотнения (консолидации) почвенной массы, антропогенной подсыпки и турбации
почвенно-грунтового материала.
— Технозем черноземовидный гидрометаморфизнрованный и техночернозем гидрометаморфизированный (разрез 001; прикопка 03/1). При строитель­
стве и функционировании полигонов ТБО изменяется гидродинамический режим
грунтов, наблюдается повышение уровня подземных вод, как результат, образуются
локальные зоны подтопления, в подтопленных горизонтах обособляется зона гидро­
генной аккумуляции веществ.
Доминирующим процессом, формирующим данный тип профиля технозема яв­
ляется гидроморфизм, вызванный нарушением естественных путей грунтового водо­
тока, хотя не исключено влияние турбации и переуплотнения.
— Технозем черноземовидный дерново-намытый турбированный (разрез
003, разрез 007). На территории рекультивированного полигона ТКО происходит ак­
кумуляция смытого с «тела» свалки материала в мезо- и микропопижения непосред­
ственно вблизи свалки. Профиль почв формируют горизонты, образованные неодно­
родным, переотложенным с «тела» свалки материалом, перемешанным с большим
количеством мусора, консолидированного во внутрипедную массу Наличие «тела»
свалки, как следствия рекультивационных работ, приводит к формированию аккуму­
лятивного антропогенного ландшафта: смыву материала гетерогенного характера смеси материала реплантанта и отходов - с бортов «тела» свалки на смежные подчи­
ненные ландшафты. В результате в микропонижениях профиль черноземных почв со­
стоит из четко различающихся частей: верхние вновь образованные намытые гори­
зонты, содержащие большое количество антропогенных включений и нижние погре­
бенные горизонты.
Профиль данной почвы сформирован в результате влияния ряда процессов, из
которых ведущим является ассимиляция материала гетерогенной природы, снесенно­
го с «тела» рекультивированной свалки, почвенной массой поверхностных горизон­
тов естественных почв.
— Пелозем гумусовый глееватый подстилаемый бытовыми отходами (при­
копка 008). Это особый тип слаборазвитых почв, формирование которых происходит
после рекультивации заполненного отходами котлована, под влиянием комплекса со­
ставляющих: состава рекультивируемого материала (отходов) и среды самой свалки,
свойств реплантанта, а также таких составляющих климатического фактора, как тем­
пература и количество осадков В данном морфотипе приоритетными будут такие ус­
ловия, при которых восстанавливающие свойства внутренней среды «тела» свалки
влияют на слои реплантанта, в результате чего в профиле образуются «свидетели»
техногенного глееобразования. Техногенная структура нижних горизонтов пелозема
формируется в ходе трансформации грунтовых напластований в условиях переменно­
го окислительно-восстановительного режима Восстановительный процесс обуслов­
лен газами, выделяющимися при разложении в анаэробных условиях органических
отходов свалки.
ВЫВОДЫ
1. функционирование полигонов ТБО оказывает воздействие на почвы приле­
гающих территорий, сопровождающееся ухудшением комплекса их свойств: наруше­
нием строения почвенного профиля, появлением новообразований и включений, не­
свойственных нативным почвам, ухудшением структурного состояния, уменьшением
23
пористости, увеличением плотности, изменением рН в сторону подщелачивания, уве­
личением карбонатности профиля.
2. Установлено, что в верхних горизонтах техногенно-нарушенных почв на за­
консервированной свалке первичная рудеральная растительность способствует во­
зобновлению дернового процесса, что на микроуровне проявляется в преобладании
гумусовой плазмы. На макроуровне - обуславливает изменение окраски и улучшение
структуры. В обстановке технопедогенеза создаются контрастные внутрипочвенные
условия, которые видоизменяют характер исходных новообразований и включений и
способствуют синтезу аутигенных минеральных образований' различных форм каль­
цита, стяжений железа, железо-марганцевых конкреций, включению антропоморфов
во внутрипедную массу.
3 Под влиянием техногенеза в почвах отмечается возрастание степени разупорядоченности структуры минералов, ряду почв и грунтов соответствует супердисперс­
ное состояние. По мере перехода от илистой к тонкопылеватой фракции снижается
доля лабильных силикатов и возрастает концентрация жестких структур в виде иллита, каолинита, хлорита и кварца, появляются полевые шпаты, в техногеннонарушенных почвах идентифицируются смешаннослойные иллит-смектитовые обра­
зования В целинной почве и в техногенно-преобразованных почвах полигонов ТБО,
присутствуют хлориты различного химического состава. На основании количествен­
ной характеристики минералогического состава тонкодисперсных фракций техноландшафтов, по сравнению с целинным аналогом, наблюдается увеличение гидро­
слюдистой компоненты по профилям почв, что является результатом процесса техно­
генной иллитизации.
4. В почвах техногенных ландшафтов наблюдается изменение их гумусного со­
стояния: содержание гумуса может, как снижаться, так и увеличиваться в зависимо­
сти от обогатенности органическим веществом погребенных горизонтов, а также
природы того субстрата, который участвует в образовании техногенных горизонтов.
Условия гумификации обуславливают химическую «незрелость» гуминовых кислот
новообразованных техногенных горизонтов. Увеличение лабильных форм гумуса со­
провождается цементацией почвенной массы свободными R2O3; гидрофильности гу­
муса способствует образование подвижных гуматов Mg и Na. Техногенное переув­
лажнение определяет создание прочной связи между высокодисперсными формами
гумуса и глинистыми минералами, что увеличивает долю фракций ГК-3 и ФК-3.
5. Выявлена избирательная реакция ферментов различных классов на эффект за­
грязнения: происходит активизация оксидоредуктаз (на примере каталазы) и угнете­
ние гидролаз (на примере инвертазы). Достаточная микробиологическая активность
азотобактера в техногенных почвах полигонов ТБО, несмотря на высокий уровень за­
грязнения, обусловлена комплексом условий, которые благоприятствуют развитию
данной бактерии в ее природной экологической нише.
6. Технопедогенез на полигонах ТБО обусловлен рядом приоритетных воздейст­
вий: турбацией и другими механическими нарушениями почвенного профиля, техногенно спровоцированным подтоплением, осолонцеванием, загрязнением антропоген­
ными включениями в результате захламления и делювиального привноса, воздейст­
вием биогаза из «тела» свалки и т.д.
7. В обстановке технопедогенеза черноземы обыкновенные карбонатные подвер­
гаются воздействиям процессов, формирующих генезис почв территорий полигонов
ТБО: искусственное переуплотнение почво-грунтового материала, техногенное подщелачивание, миграция соединений железа и марганца, метаморфизация органиче-
24
ского вещества, проявление магнезиальной солонцеватости, редоксиморфизма проте­
кающего в <авле» свалки.
8. Выделены следующие морфотипы почвенных профилей, формирование кото­
рых связано с доминирующим видом воздействия: 1. Технозем черноземовидный
турбированный; 2. Технозем черноземовидный гидрометаморфизированный; 3. Тех­
нозем черноземовидный дерново-намытый турбированный; 4. Пелозем гумусовый
глееватый подстилаемый бытовыми отходами.
9. На территориях техноландшафтов полигонов ТБО способность почв выполнять
свои экологические функции резко снижается за счет деградационных трансформа­
ций состояния и свойств почв, требующих очень длительного времени восстановле­
ния. Изученные четыре объекта захоронения ТБО по уровню экологической безопас­
ности можно расположить в следующий ряд (в убывающем порядке): полигон ТБО
«Западный» > полигон ТБО «Батайский» > полигон ТБО «Аксайский» > свалка «Се­
верная».
ПРЕДЛОЖЕНИЯ
1. Наряду с проведением предусмотренных природоохранными документами гео­
химических, атмохимических и гидрохимических изысканий проводить на террито­
риях объектов захоронения ТБО мониторинговые исследования почвенного покрова с
целью выявления степени его деградации и уровня экологической безопасности.
2. Для обоснования экологических заключений о состоянии почвенного покрова
полигонов ТБО целесообразно использовать комплекс морфологических и физикохимических параметров (строение почвенного профиля, характер новообразований и
включений, коэффициенты структурности и водопрочности структуры, плотность и
порозность почвы, рН, карбонаты, гумус), которые наиболее информативны при этом
виде деградации и сравнительно легко контролируемы, что немаловажно в монито­
ринговых исследованиях.
Список основных работ, опубликованных по теме диссертации. По теме
диссертации опубликовано 22 работы, основные из них:
1. Невидомская Д.Г. Воздействие полигонов твёрдых бытовых отходов на мине­
ралогический состав почв прилегающих территорий // Тез. докл. Всероссийск. конф.
«Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям». М., 2002. - С.
139 (100 % ; 0.042 п.л.).
2. Невидомская Д.Г. Сравнительный анализ илистых и тонкопылеватых фракций
в условиях целинных и нарушенных ландшафтов г. Ростова-на-Дону // Тез. докл. IX
Междунар. конф. студ. и асп. по фундам. наукам «ЛОМОНОСОВ - 2002». М., 2002. С. 79 (100 % ; 0.042 п.л.).
3. Безуглова О.С, Невидомская ДГ. Влияние подтопления на свойства чернозё­
ма обыкновенного Ростовской области // Почвоведение. - 2003. - № 8. - С. 950-955
(50%; 0.125 П.Л.).
4. Невидомская Д.Г., Егорова К.В. Изменение некоторых физических свойств
почв территорий полигонов ТБО // Труды Междунар. конф. «Роль почвы в формиро­
вании естественных и антропогенных ландшафтов». Казань, 2003. - С. 189-191 (50 % ;
0.063 П.Л.).
5. Егорова К.В, Невидомская Д.Г. Изменение физических свойств почв полиго­
нов твердых бытовых отходов // Труды Всероссийск. конф. «Фундаментальные физи-
25
ческие исследования в почвоведении и мелиорации». Москва, 2003. - С. 49-52 (50 % ;
0.063 п.л).
6. Невидомская Д Г. Изменение некоторых биологических свойств в почвах тер­
риторий полигона ТБО // Сб. тез. «Биология - наука X X I века». 7-ая Путинская шко­
ла-конференция молодых ученых. Пущине, 2003. - С. 416 (100 % ; 0.042 п.л.).
7. Невидомская Д Г. Антропогенное преобразование почв в результате функцио­
нирования полигонов ТБО // Материалы IV съезда Докучаевского общества почвове­
дов «Почвы национальное достояние России»; Тез. докл. - Новосибирск, 2004. - С.
564 (100 % ; 0.042 п.л).
8. Маслюков Р.В , Морозов И.В., Невидомская Д.Г Характеристики физических
свойств почв территорий полигонов ТБО // Междунар. науч. конф. «Экология и био­
логия почв», Ростов-на-Дону, 2005. - С. 306-311 (30 % ; 0.069 п.л.).
9. Невидомская Д.Г. Особенности элементного состава гуминовых кислот почв
техногенных ландшафтов полигонов твердых бытовых отходов // Сб. трудов биологопочвенного факультета РГУ, Ростов-на-Дону, 2005. - С. 140-145 (100 % ; 0.208 п.л.).
10. Bezuglova О , Morozov I., Nevidomskaya D., Privalenko V. The Effect of the
Solid Municipal Wastes' Polygons on the Soil Cover of Adjoining Territories // Proceedings
International Workshop Bratislava "Soil anthropization V I " , Bratislava, 2001/-P. 130-134
(25 % ; 0.052 п.л.).
11. Bezuglova О , Nevidomskaya D, Morozov I., Privalenko V. The clay minerals
transformation in soils surrounding the landfills' territories // 2-nd International Conferens
of the Working Group "Soils of Urban, Industrial, Traffic and Mining Areas". SUITMA,
Nancy, 2003. -P. 46 (25 % ; 0.010 п.л.).
Список сокращений
ТБО - твердые бытовые отходы; М Г В - максимальная гигроскопическая влага;
Г В - гигроскопическая влага; TG - техногенные горизонты; I - интенсивность реф­
лексов; d/n - межплоскостное расстояние; П П К - почвенный поглощающий ком­
плекс; Г К - гуминовые кислоты; Ф К - фульвокислоты.
Печать цифровая. Бумага офсетная. Гарнитура «Тайме».
Формат 60x84/16. Объем 1,0 уч.-изд.-л.
Заказ № 719. Тираж 100 экз.
Отпечатано в КМЦ «КОПИЦЕНТР»
344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Суворова, 19, тел 250.11 25
о 5 - 2 2 7 U^
РЫБ Русский фонд
2006-4
23190
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
1 398 Кб
Теги
bd000102845
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа