Влияние сернистых отходов газовой промышленности на свойства почв и растений аридной зоны и пути их улучшения

Актуальность и востребованность темы диссертации. На сегодняшний день во всем мире, в результате деятельности различных промышленных предприятий, добычи полезных ископаемых, использования их в различных отраслях и влияния антропогенного фактора наблюдается химическое загрязнение почвенного покрова, изменение его свойств, а также снижение плодородия почв, так как в 116 странах мира функционируют более 660 нефтеперерабатывающих заводов1. Загрязнение окружающей среды приводит к образованию кислотных дождей, деградации почв, снижению качества и количества урожайности, а также к образованию проблем, связанных с экосистемой.
Ведущие исследовательские центры и высшие учебные заведения мира, такие как2: International Maritime Organization (IMO) United States Department of Agriculture, American University Washington (США), China National Enviromental Monitoring Center (Китай), Московский государственный университет (Россия), University Tsukuba, University Kyoto (Япония), Anaisda Academia Brasil Global Forum of Agricultural Research (GFAK) разрабатывают и внедряют в производство новые технологии по очистке почвы и растений от токсикантов, аккумулирующихся через атмосферный воздух.
Сегодня в сельском хозяйстве республики, в том числе системе охраны земельных ресурсов и их рационального использования, ведется целенаправленная научная и научно-практическая работа и достигнуты определенные результаты. В связи с этим, в республике были проведены исследования по воздействию промышленных отходов на различные типы почв, влияние техногенных веществ, химических соединений, называемых тяжелыми металлами, на почвенный и весь растительный покров, разработаны способы очистки почв от нефтепродуктов, разработаны технологии по снижению действия тяжелых металлов в орошаемых почвах. В то же время, недостаточное внимание уделено мерам по снижению воздействия различных химических соединений, распространенных в атмосферном воздухе на окружающую среду в различных почвенно -климатических условиях. В Стратегии действий по развитию Республики Узбекистан на 2017-2021 годы «...Непрерывное развитие сельскохозяйственного производства, дальнейшее укрепление продовольственной безопасности страны, улучшение мелиоративного состояния орошаемых земель, расширение производства экологически чистой продукции, значительное увеличение экспортного потенциала аграрного сектора» были определены как важнейшие стратегические задачи. Поэтому, важно выявить признаки токсичного действия химических веществ, выделяемых из промышленных отходов, в различных почвенно-климатических условиях и проводить научные исследования по очистке окружающей среды с экологической точки зрения.
Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных Указом Президента Республики Узбекистан № 4947 от 7 февраля 2017 года «О стратегии дальнейшего развития Республики Узбекистан», «О программе действий по охране окружающей среды на 2013-2017 годы в Республике Узбекистан» за № 142 и Постановления Кабинета Министров Республики Узбекистан от 13 февраля 2018 года за № 375 «О порядке формирования и использования средств Фонда охраны окружающей среды и обращения с отходами», а также в других нормативно-правовых документах, принятых в данной сфере.
Целью исследования является изучение влияния выбросов завода сероводорода (fLS) и двуокиси серы (SO2), на физические, химические, агрохимические, микробиологические, мелиоративные свойства орошаемых пустынно - песчаных, такырных почв и светлых сероземов на изменение агробиологических процессов, протекающих во фруктовых деревьях, их урожайность и качество урожая.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
впервые доказано изменение почвенно-экологических, генетических, химических и мелиоративных свойств орошаемых почв пустынной зоны и светлых сероземов Кашкадарьинского оазиса под влиянием выбросов газовой промышленности;
определены механизмы воздействия миграции в почвах и растениях таких техногенных выбросов завода, как соединения сероводорода (H2S) и двуокиси серы (SO2), в различных физических состояниях и концентрациях;
определены корреляционные связи между количеством серы в почвах и гумуса, валовых и подвижных форм питательных элементов;
определен радиус действия соединений серы в круговороте атмосфера -растение - почваи почва - растение - атмосферав аридных, резко континентальных климатических условиях с минимальными осадками, ярко выраженной атмосферной и почвенной засухой;
разработан следующий экологический ряд фруктовых деревьев по степени стойкости к выбросам завода: айва - яблоня - урюк - вишня -миндаль - персик.
Заключение
1. Отрицательное влияние сернистых газов, накапливающихся на орошаемых пустынно-песчаных, такырных почв и светлых сероземах вокруг Мубарекского газоперерабатывающего завода, отмечено в радиусе 10-15 км от источника. С отдалением от источника загрязнения наблюдается снижение их влияния. Доказано, что в результате снижения уровня загрязнения газообразными соединениями серы, распространяемых через атмосферу,улучшаются водно-физические, агрохимические, физико-химические свойства почв.
2. В валовом и подвижном количествах серы в орошаемых пустыннопесчаных почвах, не подверженных влиянию сернистых газов, серьезных изменений не отмечено. Если в 2003 году количество валовой серы в 0-20; 21-50; 51-70 см слое почв составляло 0,19-0,20%, то в 2010 году оно составляло 0,18-0,31%. Отмечены серьезные изменения в количестве серы в составе почв, подверженных воздействию сернистых газов: так в 2003 году количество валовой серы в этих почвах составляло 1,38-3,29%, то спустя 8 лет её количество увеличилось до 2,03-3,38%и наблюдалась ее аккумуляция.
Содержание поглощенных катионов увеличивается от орошаемых пустынно-песчаных почв, через такырные почвы к светлым сероземам. В 2010 году этот показатель был выше, чем в 2003 году. Изменение содержания поглощенных катионов связано со степенью окультуренности данных почв. Среди изученных почв такырные почвы, в период с 2003 по 2010 годы, остались на уровне слабозасоленных, но в 2010 году количество поглощенного натрия уменьшилось, по сравнению с 2003 годом.
3. В орошаемых условиях при участии сульфатредуцирующих бактерий из серы образуется сульфатная кислота и в почвах увеличивается содержание сульфатных солей, в частности CaSO4, MgSO4, Na2SO4. Вместе с этим увеличивается и количество валовой серы. Это увеличение, в основном, приходится на орошаемые пустынно-песчаные почвы западного и южного направлений.
Агрохимические свойства пустынно-песчаных почв по сторонам света за 8 лет наблюдений практически не изменились. В этих почвах корреляционная связь между гумусом и серой, валовым азотом и серой, валовым фосфором и серой отсутствует, но связь с NO3 и Р2О5 положительная и составляет +0,52-0,11.
4. В содержании тяжелых металлов, Fe, Ni, Со, Си, Zn, Cd, Pb в орошаемых пустынно-песчаных, такырных почвах и светлых сероземах серьезных изменений не наблюдалось. Между этими металлами совместной корреляционной связи нет. Слабая связь в пределах +0,10; +0,15 существует между Си : Zn и Cd : Pb.
5. Определено, что общее количество микроорганизмов в пахотном слое пустынно-песчаных, такырных почв и светлых сероземов высокое и их содержание уменьшается вниз по профилю. Количество бактерий в этих почвах выше количества актиномицетов, что свойственно этим почвам.
В светлых сероземах количество микроорганизмов высокое и качественные показатели лучше, чем в пустынно - песчаных и такырных почвах.
6. По устойчивости плодовых деревьев на влияние сернистых газов, их экологический ряд располагается в следующем порядке: айва-яблоня-урюк-миндаль-вишня-персик.
7. Почва играет роль специального вертикального и горизонтального барьера и фильтра для химических загрязнителей (H2S и SO2). При этом сама почва подвергается биохимическим изменениям и выполняет функцию механического протектора, и за счет своих биохимических свойств выполняет роль депо для ядовитых веществ. В частности, является поглощающим барьером для H2S и SO2 газов, а также управляющей сферой для газового режима атмосферы. Но, при выполнении роли протектора, при увеличении количества поглощенных поллютантов, снижается плодородие почв, резко изменяется ее функция, и почва деградируется.
8. Антропогенный фактор, а именно выбросные газы, такие как H2S и SO2 могут привести эту территорию к экологической катастрофе. По оценке международного стандарта, в пустынно-песчаных и такырных почвах развивается слабое и среднее опустынивание, то есть если в этих почвах засоление по сухому остатку варьирует в пределах 0,20-0,4 %, 0,4-0,6 %, то этот рост происходит за счет серы. Поэтому, данная территория нуждается в ведении локального мониторинга.
9. На предприятиях, где происходят выбросы сернистых газов, в первую очередь, целесообразна разработка технологий использования данного сырья (H2S и SO2) без выбросов в атмосферу. Кроме того, такие предприятия необходимо строить в ветреных территориях для исключения концентрации выбросов.
10. Учитывая, что листья яблони, плоды айвы являются поглотителями пыли и более устойчивыми к выбросам промышленности, их нужно сажать в специальных садах на внутренней и внешней территории завода. Вишня и персик являются относительно малоустойчивыми к газовым выбросам промышленности, почвенной и атмосферной засухам, поэтому их рекомендуется сажать вдали (20-25 км) от завода на орошаемых светлых сероземах и при проведении этих мероприятий необходимо учитывать отдаленность от источника загрязнения, направление и силу ветра, а также тип почв. На каждый гектар рекомендуется сажать по 900 саженцев айвы, 500 саженцев яблони, 300 саженцев урюка, 100 саженцев миндаля.