Отходы сельскохозяйственной промышленности

Живая фаза почв (почвенная биота) является наиболее активной и чувствительной частью педосферы, отзывчивым индикатором ее здоровья (состояния). Почвенные живые организмы (микрофлора) составляют до 95% биомассы и числа видов от общего количества наземных экосистем. Они выполняют важную многофункциональную роль: чем они активнее, тем интенсивнее протекает круговорот веществ в экосистеме, тем выше ее биологическая продуктивность и экологическая устойчивость.

Ясно, что нарушение микробных сообществ может стать причиной разрушения всей агроэкосиетемы. Это требует своевременного обнаружения изменений состояния почвенной микробиоты, которые приведут к негативным последствиям (изменениям физических или химических параметров почвы), так как роль каждой группы микроорганизмов в жизни почвы конкретна и многогранна. Микробиологические показатели в огромной степени могут обеспечить диагностику техногенного повреждения педосферы на ранней стадии.

Микробная экосистема поддерживает гомеостаз почвы. Из-за своих малых размеров микроорганизмы имеют значительную поверхность контакта со средой обитания, а из-за высокой скорости размножения и роста есть возможность за короткий срок проследить, за действием любого экологического фактора в течение десятков (сотен) поколений. Ответные реакции микроорганизмов касаются различных сторон их жизнедеятельности (роста, морфологического состояния, накопления ими химических элементов, активности звеньев метаболических процессов, состояние регуляторных процессов) в организмах.

Реакции микроорганизмов на изменение факторов окружающей среды проявляются на уровнях:

1. экосистемном, что выражается в изменении количественного и качественного состава сообщества (меняется состав доминантов и содоминантов, так как при изменении условий обитания одни виды исчезают, а другие появляются);
2. популяционном, что определяется изменением кинетики их роста и развития из-за их реакции на антропогенное воздействие.

Необходимо иметь в виду, что почвенные микроорганизмы являются наиболее устойчивыми к радиоактивному облучению компонентами экосистем.

В результате изучения различных техногенных воздействий на активно функционирующие в почве микробные сообщества выявлено, что независимо от природы воздействия изменения микробиоты почвы выражаются в последовательной смене четырех адаптивных зон, каждая из которых соответствует определенному уровню техногенной нагрузки:

1. зона гомеостаза микробной системы почвы характеризуется низким уровнем (концентрацией), в которой состав и количественное соотношение: видов в сообществе активно функционирующих в почве микроорганизмов неизменны;
2. зона стресса соответствует среднему уровню нагрузки (концентрации), при которой состав сообщества остается практически неизменным, а количественное соотношение видов подвергается значительным изменениям (происходит перераспределение популяций в сообществе по степени доминирования);
3. зона резистентности определяется диапазоном концентраций действующего агента, происходит резкое: снижение видового разнообразия и смена состава активно функционирующих в почве микроорганизмов (развиваются устойчивые к этим высоким нагрузкам популяции микроорганизмов);
4. зона репрессии микробной системы почвы характеризуется очень высоким уровнем техногенной нагрузки, происходит полное подавление роста и развития микроорганизмов в почве, т.е. запасы устойчивости микробной системы почвы полностью исчерпаны, и она не способна функционировать в данных условиях окружающей среды.

Для индикации среднего уровня техногенной нагрузки при изучении реакции амилолитического микробного сообщества, в почву вводится загрязнитель в дозе, равной удвоенной концентрации, определяющей зону гомеостаза. Если после этого в почве не происходит смены доминантов, то она уже произошла ранее в реальных условиях, т.е. имеет место зона стресса.

Наибольшее значение из представителей мезофауны в почве имеют обычные дождевые черви, многоножки, насекомые. В лиственных лесах численность дождевых червей достигает 800 шт./м2, а их биомасса — 290 г. В средней полосе России урожайность культурных растений (рожь, ячмень, картофель) прямо зависит от численности дождевых червей в почве (в среднем их около 100 видов, а биомасса составляет 40—120 г/м2). Земляные черви требуют почв, хорошо обеспеченных органическими веществами и кальцием, который черви превращают в карбонат кальция.

Покровы беспозвоночных (в том числе яйца многих из них) проницаемы для почвенных растворов в разной степени (в зависимости от вида, конкретных ионов, концентрации солей в почвенных растворах). Обеспечение достаточного количества почвенных организмов способствует углублению гумусового горизонта, при этом нижняя граница горизонта определяется распространением основной массы почвенных беспозвоночных. Все вышесказанное подтверждает, что почва должна быть основным объектом охраны природы, защищаемым от загрязнений.

Минеральные удобрения представляют собой химические соединения (мочевина, цианамид кальция, мочевиноформальдегидные удобрения) и элементы (бор, марганец, медь, цинк, молибден, азот, фосфор, калий), в огромном количестве попадающие в почву. Так, в расчете на 1 млрд атомов сухого вещества типичного растения содержится атомов: азота — 10 млн, калия — 3,8 млн, кальция — 1,8 млн, магния — 1,7 млн, серы — 0,6 млн, железа — 130 тыс., бора — 3 тыс., марганца — 1 тыс., цинка — 0,3 млн, меди — 0,1 млн, кобальта — 1000 атомов.

Система применения минеральных удобрений должна основываться на расчетных, методах определения норм и доз при учете схем многолетнего полевого стационарного севооборота (табл.9.1). В 1988 г. с минеральными удобрениями (без микроудобрений) в почвы сельскохозяйственных угодий бывшего СССР внесено 2348 т меди, 2948 т цинка, 119 т свинца, 46 т кадмия, 896 т никеля и 1005 т хрома, так как эти металлы входят в их состав (табл. 9.2-9.4).

Удобрения	Тяжелые материалы; г/т д.в.
	медь	цинк	кадмий	свиней	никель	хром
Азотные	51	63	1,23	21	6,83	0,38
Фосфорные	127	164	3	34	92	121
Калийные	9,4	20	1,05	28	9,1	0,89
Всего	59	77	1,62	26	30	33

Исследования показали, что при содержании в почве кобальта более 30 мг/кг и кадмия — 150 мг/кг урожайность ячменя, овса и яровой пшеницы снижается по сравнению с контролем почти в два раза, а негативное влияние цинка проявляется при его концентрации в почве 1500 мг/кг.

Удобрения	Fe	Мn	Си	Ni	Сr	Рb	Zn	Cd
Апатит	710	49,5	11,3	3,5	1,8	90	7,5	0
Нитрофоска	360	67,5	11,3	6	3,3	15	9	0,03
Суперфосфат	643	114	32	6	3,3	15	18	0,25
Нитроаммофос	272	181	8,5	0,8	8,8	9,8	0,4	20

Элемент	Удобрения				Орошение сточными водами
	азотные	фосфорные	известковые	органичес­кие
Мышьяк	120	1200	24	25	26
Бор	—	115	10	0,6	1 000
Барий	—	200	150	270	4 000
Бром	716	5	—	41	165
Кадмий	8,5	170	0,1	0,8	1 500
Цезий	—	20	12	—	20
Кобальт	12	12	0,3	24	260
Хром	19	245	15	55	40 600
Медь	15	300	125	60	3 300
Фтор	—	38 000	300	7	740
Ртуть	2,9	1,2	0,05	0,2	55
Марганец	—	2 000	1 200	550	3900
Молибден	7	60	15	3	40
Свинец	27	225	1 250	15	3 000
Селен	—	25	0,1	2,4	2,9
Никель	34	38	20	30	5 300
Олово	16	19	4	3,8	700
Стронций	—	500	610	80	360
Уран	—	300	—	—	—
Ванадий	—	1 600	20	—	400
Цинк	42	L 450	450	250	49 000
Цирконий	—	50	20	5,5	90

Для объективной оценки загрязнения почв целесообразно знать фоновое содержание вредных элементов в ней и коэффициенты перехода радионуклидов в сельскохозяйственные культуры (табл. 9.5—9.9).

Элемент	Концентрация	Элемент	Концентрация
Олово	2,5-14	Свинец	16-39
Селен	0,01-0,85	Медь	0,3-28
Цинк	19-80	Кадмий	0,25-0,6
Ртуть	0,01-0,5	Марганец	161-860
Хром	16-440	Молибден	0,3-3,5
Кобальт	2-25	Никель	5-58

Элемент	Границы,	Элемент	Границы,
	мг/кг почвы		мг/кг почвы
Олово	5-50	Свинец	50-100
Селен	0,1-1	Медь	15-100
Цинк	2-70	Кадмий	1-5
Мышьяк	15-60	Марганец	400-3000
Хром	80-100	Молибден	1,5-4
Ртуть	0,15-5	Серебро	0,5
Бериллий	0,5-2	Стронций	600-1000
Кобальт	7-30	Никель	10-50

Элемент	ПДК (ОДК)	Элемент	ПДК (ОДК)
Мышьяк	2	Ртуть	2Д
Свинец	32	Свинец +ртуть	20
Хром	0,05	Марганец	1500
Ванадий	150	Сурьма	4,5
Медь	3	Никель	4
Цинк	23	Кобальт	5
Хром	6	Фтор	2,8

Вещества	ПДК	Вещества	ПДК
Ацетальдегид	10	Бензол	0,3
Бензапирен	0,02	Толуол	0,3
Сурьма	4,5	Нитраты	130
Медь	3	Мышьяк	2
ДДТ	0,1	Хром	0,05
Никель	4	Ртуть	2,1
Свинец	20	Цинк	23

Характеристика почвы	Чистая	Загрязненная	Сильно загрязненная
Коли индекс	1—9	10—9999	> 10 000
Энтеробактерии	Не обнаружи­ваются	Обнаруживается любое количество
Титр перфрингенс	> 0,01	0,01—0,0001	от 0,00009
Количество гельминтов на 1 кг почвы, шт.	Не обнаружи­ваются	Обнаруживается любое количество
Число личинок и куколок мух на 0,25 м2 почвы, шт.	Не обнаружи­ваются	Менее 25	Более 25

Использование все возрастающего количества пестицидов приводит к снижению видового разнообразия агробиоценозов, нарушению экологического равновесия в агроэкосистемах, усилению конкуренции вредных видов флоры и фауны за пищевой субстрат, к резкому снижению численности их естественных врагов.

В основу углеводородов, жиров и безазотистых органических соединений входят три основных элемента — углероду кислород и водород, а в состав белков и азотистых органических соединений — и азот. На долю этих четырех элементов (С, О, Н, N) в среднем приходится до 95% сухого вещества растений.