SOIL CONTAMINATION AND BIOLOGICAL METHODS OF ITS TREATMENT

Современное общество всё чаще сталкивается с возрастающим загрязнением окружающей среды и негативными последствиями, которые им вызываются. Наряду с другими составляющими окружающей среды с серьезным антропогенным воздействием сталкивается почва. В результате загрязнения происходит деградация почвы, снижается урожайность, оказывается прямое токсичное воздействие на растения и микроорганизмы или косвенное загрязнение окружающей среды в результате вымывания из почвы загрязнителей водой.

Для очистки почвы от загрязнений разрабатываются и модернизируются различные методы и технологии, основанные на физическом, химическом и биологическом воздействии на почву и содержащиеся в ней загрязнители [1], [2]. При этом важным требованием является не только эффективность, но и экологическая безопасность очистки, чтобы избежать вторичного загрязнения.

Физические методы очистки заключаются в использовании электрического тока для электрохимической и электрокинетической очистки в форме электролиза, электрокоагуляции, электрохимического окисления, электрофореза, электроосмоса и др. Однако данные методы отличаются высокой стоимостью. Химические методы очистки связаны с промывкой почвы растворами реагентов с последующей рекультивацией. Недостатками данных методов является длительность и большое количество образующихся сточных вод.

Целью данной работы является рассмотрение проблемы загрязнения почвы и возможностей применения биологических методов для ее очистки.

Под почвой понимают верхний плодородный слой литосферной оболочки нашей планеты, характеризующийся плодородием и образовавшийся в результате эрозии горных пород, жизнедеятельности микроорганизмов, растений и животных, процессов разложения животных и растительных остатков в процессе гумификации. Почва состоит из отдельных горизонтов, формирующих почвенный профиль (см. рисунок), в котором принято выделять три основных слоя: нижний слой или подстилающую породу, на которой происходят процессы почвообразования, средний слой или подпочву, из которой формируется почва, и верхний плодородный слой, содержащий гумус (перегной).

Рисунок 1 - Почвенный профиль

DOI:10.23670/IRJ.2022.125.73.1

Почва состоит из минеральной части, включающей глинистые вещества, песок, минеральные соли и др., и органической части, состоящей из остатков органического происхождения и гумуса [2], [3]. В составе почвы также выделяют жидкую часть, являющуюся водным раствором минеральных и органических веществ.

Антропогенное воздействие оказывается на почву напрямую в результате сельскохозяйственной деятельности, добычи природных ресурсов, строительства и эксплуатации зданий и сооружений, при работе транспорта или косвенно в результате выбросов промышленных предприятий. К основным загрязнителям почвы относятся химические вещества, являющиеся основными или косвенными продуктами промышленной деятельности, бытовые, животноводческие и коммунальные отходы, агрохимикаты и нефтепродукты в виде твердых отходов или в составе сточных вод. Немаловажную роль в загрязнении почвы играет и круговорот воды, в т.ч. загрязнителей, в природе, оседание загрязнителей из атмосферы и размножение патогенной микрофлоры в результате загрязнений. С развитием различных технологий и отраслей промышленности, а также с ростом населения загрязнение почвы повышается, появляются новые соединения, которые раньше не попадали в почву, но на сегодняшний день оказываются в числе ее загрязнителей и наносят почве ущерб. В связи с этим со временем растут масштабы загрязнения почвенного покрова.

Загрязнение почвенных слоев на территории России, как и в других странах, связано с содержанием в ней различных веществ, радионуклидов и патогенных микроорганизмов в повышенных количествах [4]. Загрязнение приводит к деградации почвы, ее подкислению, снижению урожайности, повышению ее токсичности и потере полезных веществ.

Загрязнение почвы негативно сказывается не только на растениях и животных, но и на здоровье людей, как взрослых, так и детей, у которых иммунитет окончательно не сформирован, и они более подвержены воздействию загрязнителей. Существенно ухудшается качество сельскохозяйственной продукции, она становится опасной и теряет полезные свойства. При этом загрязняются не только растения, потребляющие вредные вещества из почвы, но вредные вещества накапливаются в животных и людях через трофические цепи, поскольку потребление растений и животных, содержащих вредные вещества, способствует их накоплению в организме.

Наряду с техногенными причинами загрязнения следует учитывать и природные факторы, к которым относятся процессы эрозии, засухи, различные катаклизмы в виде землетрясений и пожаров, а также многие другие естественные процессы.

Почва, как и другие составляющие окружающей среды, имеет способность к самовосстановлению, однако это длительный процесс и для больших объемов загрязнений малоэффективен. Тем не менее одним из методов очистки почвы, который можно отнести к естественным биологическим является самоочищение почвы при условии прекращения новых загрязнений за счет утилизации отходов и отказа от свалок. Повысить эффективность самоочищения можно путем удаления верхнего, наиболее загрязненного, слоя почвы.

Почве нужно восстановиться самостоятельно, это процесс небыстрый, зато это один из способов как уберечь почву от загрязнения. Не нужно засорять землю свалками, нужно найти другой способ утилизировать отходы, без вреда для живой природы. Также есть можно удалить верхний слой грунта, это ещё один из способов очистки почвы.

Совместно со снятием верхнего слоя почвы или без снятия можно применять различные физические, химические и биологические методы очистки в различных комбинациях. В данной работе рассматриваются отдельно биологические методы очистки, которые нередко используются после физических и химических методов для окончательного восстановления показателей почвенного покрова.

Биологические методы очистки можно объединить под названием биоремедиация, которая подразумевает очистку почвы в процессе жизнедеятельности растений, микроорганизмов, грибов и в ряде случаев других живых организмов, например, дождевых червей [5], [6].

Одним из распространенных направлений биоремедиации является фиторемедиация, которая, как следует из названия, подразумевает использование потенциала растений по разложению, иммобилизации или извлечению загрязнителей из почвы [7]. Для очистки почвы наиболее часто используется фитоэкстракция, которая представляет выращивание растений-гипераккумуляторов с целью накопления загрязнителей в организме растений. Этот метод с использованием растений из семейства Крестоцветных (Crucíferae) или Капустных (Brassicaceae), в частности яруточки сизоватой (Noccaea caerulescens), а также таких растений, как амарант (Amaranthus candatu) и львиный зев (Antirrhinum majus), достаточно эффективен для извлечения тяжелых металлов, в частности меди, цинка, никеля, кадмия, кобальта, свинца, марганца, хрома и их соединений [7], [8]. Для повышения эффективности необходимо обеспечить несколько циклов роста растений на очищаемой территории. После фитоэкстракции растения собирают и сжигают, а пепел утилизируют.

Вторым распространенным направлением является биоремедиация с использованием микроорганизмов, для обеспечения которой в почву вносят высокие концентрации специально отобранных микроорганизмов, например, seudomonas aeruginosa-12-Р или Pseudomonas citronelollis-48-Y, или их консорциумов, например, ассоциации штаммов Rhodococcus 1418 и Rhodococcus 1715 [3], [9]. Иногда проводят стимуляцию уже существующей в почве микрофлоры за счет биостимуляции [10], [11] или используют растения для фитостимуляции микроорганизмов в корнях и прикорневой зоне. При фитостимуляции растения создают среду обитания для микроорганизмов за счет доступа кислорода и разрыхления грунта. Эта группа методов достаточно эффективна при очистке почвы от нефтепродуктов и нефти [9].

Исходя из проделанной работы можно сделать выводы, что загрязнение почвы является важной и актуальной проблемой, для решения которой существует три группы методов, дополняющих друг друга. Биологические методы будут малоэффективны против больших концентраций загрязнений и отличаются длительностью, однако на заключительных стадиях очистки или при малых концентрациях загрязнителей они наиболее эффективны за счет экологической безопасности и длительного эффекта очищения и восстановления показателей почвы.

При этом не стоит забывать, что лучшим методом защиты почвы является предотвращение ее загрязнения. Почва является важным природным ресурсом и находится в тесной взаимосвязи с другими составляющими окружающей среды, забота о каждой из которых является ответственностью для каждого человека и всего общества в целом.