Coциально-значимый проект "Активированный уголь - лекарство для почвы"

АННОТАЦИЯ

        В работе обосновано использование натурального сорбента активированного угля для повышения эффективности биологической очистки почв, загрязнённых бытовыми отходами. Сорбент создаёт оптимальные условия для биодеградации ксенобиотиков путём снижения их токсического действия на микроорганизмы-деструкторы и растения. По результатам работы были сформулированы рекомендации, содержащие результаты исследования и предложения по улучшению эколого-агрохимического состояния почв, загрязнённых бытовыми отходами.

        ВВЕДЕНИЕ

        Человечество всегда стремится к комфортной среде обитания. Росту комфорта человеческого существования сопутствуют и проблемы, связанные с загрязнением окружающей среды бытовыми отходами.

        Почва – один из важнейших природных барьеров. Она способна поглощать токсичные органические соединения и преобразовывать их в безвредные для живых организмов вещества. Происходит естественное восстановление окружающей среды после антропогенного загрязнения. Однако если концентрация загрязнителей превышает допустимый уровень, при достижении которого способность почвы к самоочищению резко снижается. Загрязнители накапливаются, после чего начинают проникать в сопредельные среды: атмосферу, природные воды, флору и фауну.

        Описание проблемы

        В  природном парке «Самаровский чугас», в городе Ханты-Мансийске и его окрестностях существуют стихийные свалки. Некоторые их них опасны для здоровья и жизни людей. Некоторые из свалок мы исследовали на предмет опасности и предложили практические методы по улучшению экологической обстановки. По нашему мнению, наиболее перспективен биологический метод очистки (биоремедиация), который предусматривает использование потенциала микроорганизмов-деструкторов, способных полностью утилизировать загрязнитель. Однако этот метод пока используют редко.

            В своей работе мы протестировали воздействие активированного угля на заражённые почвы.  

        Целью данного проекта является оценка возможностей  влияния активированного угля на потенциал почвенных микроорганизмов-деструкторов (на примере целлюлозолитической активности микрофлоры почвы), способных утилизировать загрязнитель.

        В соответствии с данной целью бы определён следующий комплекс задач:

1. Определить интенсивность разрушения целлюлозы в почвах, загрязнённых бытовыми отходами.
2. Изучить влияние активированного угля (ГАУ) на детоксикацию  загрязнителей в почве.
3. Определить динамику активности целлюлозоразрушающих микроорганизмов почвы за вегетационный период (2014, 2015 гг.).
4. Охарактеризовать морфометрические параметры вегетативных органов свёклы обыкновенной сорта Бордо как индикаторов восстановления почвы активированным углем (2016 г.).
5. Информировать общественность о результатах исследования влияния активированного угля на детоксикацию загрязнителей в почве с помощью распространения печатных материалов экологической направленности (брошюр, закладок).
6. Привлечь внимание прессы, телевидения, пользователей Интернета к проблемам городских почв и к активированному углю как к почвенному восстановителю.
7. Разработать предложения по улучшению эколого-агрохимического состояния почв, загрязнённых бытовыми отходами.

        Ожидаемые результаты

        Улучшение экологической обстановки на городских свалках; внесение активированного угля в наиболее угнетённые почвы; повышение экологичности города, безопасности проживания.

        I. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ

        Участники проекта - члены экологического объединения "Экос", обучающиеся МБОУ СОШ № 2 г. Ханты-Мансийска, социально-активные граждане.

        Партнёр по реализации проекта – бюджетное учреждение ХМАО-Югры  «Природный парк "Самаровский чугас".

        Целевые группы, на которые направлен проект: жители города; Администрация города (планирование финансирования на рекультивацию нарушенных земель и их озеленение для благоустройства территории); экологические организации (природный парк «Самаровский чугас»); коммерческие и некоммерческие организации.

        Механизм реализации проекта

Работа над проектом охватывает период с 2014 по 2017 годы.

        Календарный план реализации проекта

        Смета расходов

III. ПРОЕКТНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ БЛОК

        Опыт реализации проекта

        Проект "Активированный уголь - лекарство для почвы" направлен на выявление загрязнённых земельных участков в природном парке «Самаровский чугас», в городе и его окрестностях; привлечение внимание населения и выработка предложений для Администрации города Ханты-Мансийска к проблеме загрязнения почвы бытовыми и промышленными отходами и к её рекультивации с помощью активированного угля и растений.

        Материалы и методы социально-значимого экологического проекта

        В своей работе о целлюлозолитической активности почв мы судили по результатам полевого опыта, основанного на использовании аппликационного метода «cottonstripassay». Для исследования выбрано 2 района города Ханты-Мансийска, где были расположены несанкционированные свалки бытовых отходов (состав отходов примерно одинаковый: бумага, полиэтилен, полихлорвинил, куски ткани и др.): улица Привольная, улица Сирина. Тип почвы в исследуемых районах дерново-подзолистый (1-3% гумуса), почвообразующими породами которых являются пески, супеси и суглинки. Почвенный раствор характеризуется кислой реакцией (рН=5).

        Контрольный был  определен,  удаленный  от  действия  вредных промышленных и транспортных выбросов участок на территории природного парка "Самаровский Чугас" с дерново-подзолистым типом почвы и кислой реакцией почвенного раствора.

        Общее число заложенных в почву аппликаторов в 2014 г. (июнь-сентябрь) составило 24, 12 из которых с  активированным углем (5 мг на 1 м2) и 12 аппликаторов - без ГАУ и столько же – в 2015 г., т.е. на каждой площадке было заложено по 4 аппликатора с ГАУ и без ГАУ (в шахматном порядке). Аппликаторы извлекали из почвы в определенной последовательности вконце каждого месяца. Время экспозиции последних бумажных полотен составило 4 месяца. По объёму разложившегося субстрата, выраженного в процентах от первоначальной массы судили о целлюлозолитической активности почв. Для этого в лабораторных условиях освобождали бумагу от твёрдых примесей, просушивали и взвешивали на электронных весах. Интенсивность разрушения клетчатки определяли по шкале оценки биологической активности почв (процент разложившегося полотна за вегетационный сезон: очень слабая < 10, слабая 10-30, средняя 30-50, сильная 50-80, очень сильная > 80), предложенной  Д. Г. Звягинцевым [1].

Результаты исследований и их краткий анализ

        В  результате  проведённой работы была определена сезонная динамика активности целлюлозоразрушающих микроорганизмов почвы.

        В августе и сентябре доля разложившейся целлюлозы без ГАУ в среднем в обоих районах исследования составила в 2014 году 27% и 20,8%, а в 2015 году-29,2% и 29% соответственно.

        Активированный уголь способствовал снижению токсичности загрязнителей, что повлияло на целлюлозоразрушающую активность микрофлоры почвы. Пик активности микроорганизмов наблюдался так же летом. В августе и сентябре доля разложившейся целлюлозы  в среднем в обоих районах исследования составила в 2014 году 25,5 % и 17,25% , а в 2015 году-27,5% и 26% соответственно.

        В начале июня слабая интенсивность разложения целлюлозы определена низкими температурами атмосферного воздуха и почвы, в данных условиях наиболее активны аэробные целлюлозоразрушающие бактерии, они запускают процесс органического распада в  поверхностном  слое  почвы  после  длительного зимнего перерыва.

        Пик целлюлозолитической активности почв наблюдался в конце июня, в начале июле. В конце июня при повышении температуры воздуха и поверхности почвы активизируются микроскопические грибы и микроорганизмы, положительно влияя на ход целлюлозолитических процессов. 

        Интенсивность разрушения целлюлозы за вегетационный период в исследуемых районах оценивается как сильная. В контроле - очень сильная.         Сравнивая исследуемые районы с контролем, выявили напряжение хода почвенных целлюлозолитических процессов на улице Сирина. Доля неразложившейся целлюлозы после 4 месяцев экспозиции без ГАУ составила:

в 2014 г. – 12% и 14,4% (ул. Привольная, ул. Сирина);

в 2015 г. –  23,3% и  24% соответственно;

на контроле – 0 %.

А доля неразложившейся целлюлозы с ГАУ составила:

в 2014 г. – 11% и 12,5(ул. Привольная, ул. Сирина);

в 2015 г. –  20% и 22% соответственно;

на контроле – 0 %.

        Основные выводы

        На основе полученных результатов мы можем сделать следующие выводы:

1. Выявлены несанкционированные свалки бытовых отходов на территории природного парка «Самаровский чугас», города Ханты-Мансийска и его окрестностей.
2. Установлено, что интенсивность  разложения  целлюлозы  снижается в почвах, загрязнённых бытовыми и промышленными отходами.
3. На примере бытовых отходов показано, что внесение активированного угля в сильно загрязнённую почву может ускорить биодеградацию органического загрязнителя.
4. Установлено, что внесение активированного угля в загрязнённую почву создает благоприятные условия для роста микроорганизмов-деструкторов.  
5. Подготовлены и представлены жителям города и пользователям Итернета буклеты и плакаты с информацией о результатах исследования влияния активированного угля (ГАУ) на детоксикацию загрязнителей в почве.
6. Для жителей города разработаны рекомендации, содержащие результаты исследования и предложения по улучшению эколого-агрохимического состояния почв, загрязнённых бытовыми отходами.

        Работа была представлена и оценена на следующих конференциях и конкурсах:

       - Научная исследовательская конференция «Молодые исследователи» (в рамках научно-социальной программы «Шаг в будущее», 2015 год).

       - Городская экологическая конференция старшеклассников (2015 год).

       - Всероссийский конкурс проектно-исследовательских работ «Грани науки» (Диплом III степени, 2015 год).

      - Всероссийский конкурс научно-исследовательских, изобретательских и творческих работ обучающихся «Юность, наука, культура» (Диплом II степени, 2016 год).

        Практическая значимость

Активированный уголь можно использовать на почвах, угнетённых остатками бытовых отходов, с целью восстановления плодородия почв, повышения урожайности и получения экологически чистой продукции растениеводства.

        Рекомендации

        Обратить внимание территориального Комитета по охране окружающей среды и природных ресурсов и Управление санитарно-эпидемиологического надзора на проблему несанкционированных свалок на территории города Ханты-Мансийска и проведение индивидуальных мероприятий по улучшению почв данных территорий, например, с помощью активированного угля.

        Предложения жителям города по улучшению эколого-агрохимического состояния почв своего садово-огороднического участка, загрязнёного бытовыми отходами.

1. Территорию спланировать, очистить от крупного мусора и взрыхлить.
2. С помощью сети канавок усилить аэрацию, благодаря которой уходят вредные газов. Усилить выщелачивание избытка вредных минеральных солей атмосферными водами и снегом при таянии.
3. Для восстановления почвы от загрязнителей и усиления работы почвенных микроорганизмов деструкторов внести активированный уголь из расчёта 50 кг на 1 га земли.
4. Через год всю площадь вновь вспахать и взбороновать.
5. Провести посадку деревьев и кустарников и посев семян газонных трав.

        Озеленённую территорию бывшей свалки в первые 2-3 года ограничить для посещения.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Звягинцев Д.Г. Биологическая активность почв и шкалы для оценки некоторых её показателей//Почвоведение.-1978.-№6.-с. 48-54.

2. Кинле X, Бадер X.. Активные угли и их применение. Л.: Химия, 1984, 210 с.

3. Лабинская A.C. Микробиология с техникой микробиологических исследований. М.: Медицина, 1978.

4. Федорец, Н.Г. Методика исследования почв урбанизированных  территорий / Н. Г.  Федорец, М.В. Медведева.–Петрозаводск, Карельский научный центр РАН, 2009. – 84 с.

5. Экология микроорганизмов. Ред. Нетрусова А.И. М.: ACADEMA, 2004, 266 с.