Биологическая рекультивация закрытых полигонов тбо чеченской республики путем создания искусственных фитоценозов Мамаджанов Роман Хасанович

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Экосистемный подход в изучении техногенных объектов чеченской республики – полигонов ТБО 14-59

1.1. Экосистемы: понятие, виды, особенности 14

1.2. Полигоны ТБО как техногенные объекты урбанизированных территорий 19

1.3. Роль полигонов ТБО в формировании условий для произрастания растительных сообществ 28

1.4. Биорекультивация закрытых полигонов ТБО: основные подходы, способы и приемы 35

1.5. Природно-климатические условия и экосистемы Чеченской Республики 45

ГЛАВА 2. Организация и методы исследований 60-89

2.1. Общая характеристика районов размещения полигонов ТБО ГУП «Андреевская долина» и МУП «Вторсырье» Чеченской Республики 60

2.2. Полевые исследования: термическая и газовая съемка свалочных тел, геоботаническое описание фитоценозов на пробных площадках 64

2.3. Аппаратурные исследования: измерения с помощью лазерного дальномера, тепловизора и газоанализатора 73

2.4. Кабинетные исследования: программное обеспечение, математическая и математико-статистическая обработка данных

ГЛАВА 3. Принципы и модели создания искусственных фитоценозов на закрытых полигонах тбо гуп «андреевская долина» и муп «вторсырье» Чеченской Республики

3.1. Свалочные тела полигонов ТБО как источники свалочного газа

3.2. Общее геоботаническое описание фитоценозов экспериментальных и контрольной площадок

3.3. Жизненное состояние и газоустойчивость растений на экспериментальных и контрольной площадках

3.4. Оценка силы влияния антропогенного фактора – свалочного газа с полигонов ТБО на ценопопуляции растений

3.5. Принципы и технология проектирования искусственных фитоценозов на закрытых полигонах ТБО ГУП «Андреевская долина» и МУП «Вторсырье» .

Заключение

Список литературы

• Полигоны ТБО как техногенные объекты урбанизированных территорий
• Полевые исследования: термическая и газовая съемка свалочных тел, геоботаническое описание фитоценозов на пробных площадках
• Общее геоботаническое описание фитоценозов экспериментальных и контрольной площадок
• Оценка силы влияния антропогенного фактора – свалочного газа с полигонов ТБО на ценопопуляции растений

Введение к работе

Актуальность исследования. В ст. 3 ФЗ РФ от 24.06.1998 года № 89-ФЗ (в ред. 29.12.2015 года) «Об отходах производства и потребления» закреплены принципы и направления государственной политики Российской Федерации в области обращения с отходами, среди которых названы: сокращение образования отходов и восстановление благоприятного состояния окружающей среды при сохранении биологического разнообразия. Результатом, ожидаемым от реализации Государственной программы «Охрана окружающей среды» на 2012-2020 годы, должна стать экологическая реабилитация территорий с целью повышения уровня экологической безопасности и сохранения экосистем.

По данным официальной статистической отчетности, в Чеченской Республике насчитывается 194 несанкционированные и 18 санкционированных свалок, три полигона твердых бытовых отходов (ТБО), и эти территории в соответствии с государственными интересами должны быть восстановлены до уровня природных систем.

Инструкцией по проектированию, эксплуатации и рекультивации полигонов ТБО, утвержденной 02.11.1996 года Министерством строительства РФ, не предусмотрены экологические принципы и модели биорекультивации закрытых полигонов и свалок, что представляет собой проблему для реализации упомянутых принципов государственной политики. Решение данной проблемы определило выбор темы: «Биологическая рекультивация закрытых полигонов ТБО Чеченской Республики путем создания искусственных фитоценозов» и цели исследования – разработать научно-обоснованные экологические принципы и модель (технологию) создания искусственных фитоценозов на закрытых полигонах ТБО.

Исследование проводилось в Чеченской Республике в районе размещения полигонов, обслуживающих столицу – г. Грозный. Это полигоны ТБО ГУП «Андреевская долина» и МУП «Вторсырье».

Объектом изучения стало состояние и устойчивость фитоценозов, произрастающих в пределах и за пределами ореола рассеяния свалочного газа, образующегося на полигонах ТБО ГУП «Андреевская долина» и МУП «Вторсырье». Предметом – биологическая рекультивация – создание таких искусственных фи-тоценозов на закрытых полигонах ТБО, которые могли бы органично вписаться в условия окружающей природной среды и стать составной частью экосистемы, в пределах которой размещены техногенные объекты – свалочные тела.

Задачи исследования:

1. Охарактеризовать свалочные тела полигонов ТБО ГУП «Андреевская долина» и МУП «Вторсырье» как источники свалочного газа: построить модели распределения температуры и содержания компонентов свалочного газа в поверхностном слое свалочных тел и определить ореол рассеяния свалочного газа с полигонов «Андреевская долина» и «Вторсырье».

2. Дать геоботаническое описание растительных сообществ, произрастающих в пределах и за пределами ореола рассеяния свалочного газа с полигонов «Андреевская долина» и «Вторсырье» и оценить жизненное состояние и газоустойчивость растений.

3. Оценить степень влияния антропогенного фактора - свалочного газа с полигонов «Андреевская долина» и «Вторсырье» на ценопопуляции растений.

4. Разработать практические меры в виде технологии создания искусственных фитоценозов на закрытых полигонах ТБО ГУП «Андреевская долина» и МУП «Вторсырье» с элементами управления их функционированием.

Полевые исследования проводились с мая по июль в 2014 и 2015 году; они предполагали определение географических координат свалочных тел; термическую и газовую съемку тел полигонов; геоботаническое описание фитоценозов двух экспериментальных и одной контрольной площадок, расположенных в пределах и за пределами ореола рассеяния свалочного газа. Аппаратурным обеспечением являлось: лазерный дальномер Bosh GLM 40, тепловизор SDS HOTFIND и газоанализатор ГАНК-4. При получении и анализе эмпирических данных использовались компьютерные программы: Google Earth, Serfer 12, Microsoft Excel и SPSS V. 17.0.

Математическая обработка данных включала проведение качественно-количественного контент-анализа, применение метода индексов (вычисление индекса видового разнообразия или индекса Маргалефа (D_Mapzajie(pa), индекса Бергера-Паркера (d) или меры доминирования вида в растительном сообществе на единице площади, индекса доминирования () количества растений в ярусах, превышения предельно-допустимых концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест), вычисление формулы растительных ярусов, определение ореола рассеяния свалочного газа по методике ОНД-86, использование метода балльных оценок и метода шкалирования (оценка жизненного состояния и газоустойчивости растений).

Математико-статистическая обработка данных осуществлялась с помощью метода средних величин (среднее арифметическое (Х), стандартная ошибка среднего (т), пределы выборки (минимум (min), максимум (max)), размах вариации (R), мода (Мо), медиана (Me), стандартное отклонение (), дисперсия (s), коэффициенты вариации (V), эксцесса (Ех) и асимметрии (As)), группировки данных в вариационные ряды, корреляционного анализа, проверки статистических гипотез по критерию Колмогорова-Смирнова, [/-критерию Уилкоксо-на (Манна-Уитни), J-критерию Ястремского и F-критерию Фишера, однофак-торного дисперсионного анализа, определения коэффициента детерминации, факторного и кластерного анализа.

Основной гипотезой исследования стала идея о том, что модель и технология, как система практических мер по созданию искусственных фитоценозов на закрытых полигонах ТБО, будут экологически эффективны и значимы, если они: строятся на методологической основе системного и экосистемного подходов; базируются на принципах органичности, природосообразности и экотехно-логичности; предполагают определение направленности биологической рекультивации закрытых полигонов ТБО; основываются на выявлении силы влияния антропогенного фактора - свалочного газа на растительные сообщества, произрастающие в пределах ореола рассеяния компонентов биогаза; включают определение устойчивости растений к воздействию биогаза; строятся на моделировании такой структуры искусственного фитоценоза, которая наиболее полно

совпадает со структурой растительного сообщества, характерного для естественной экосистемы.

Теоретико-методологической основой исследования стали труды С.В. Горюновой (2009, 2010), П.Ю. Жмылева (2011), Ю.П. Козлова (2006, 2010), Т.Н. Лащеновой (2008), Д.Н. Маторина (2007), А.А. Никольского (2011, 2013), Ю. Одума (1975), В.Г. Плющикова (2010), А.Я. Чижова (2012) и др. в области системного и теоретического анализа экологических систем, структуры и функционирования живых систем в пространстве и во времени в естественных и измененных человеком условиях; Е.Н. Латушкиной и Т.К. Бичелдей (2010, 2012), О.Я. Вайсмана, Я.И. Вайсмана, В.Н. Коротаева, Г.Г. Ягафаровой, Л.А. Насыро-вой, А.М. Шаимовой (2007), В.С. Орловой (2013) и др., посвященные исследованию полигонов ТБО как техногенных объектов, формирующих условия окружающей среды; Г.А. Калабина (2014), М.Е. Козловой (2008), Н.П. Красинского (1937, 1950), Г.М. Мелькумова (2013), В.С. Николаевского (1979, 1990), Р.А. Сейдафарова (2009), Р.В. Уразгильдина (2009), С.А. Харькина (2008), Н.А. Черных (2011), Х.Г. Якубова (2008) и др. по изучению влияния загрязняющих веществ на растительные сообщества; Г.А. Бабуновой (2010), О.М. Гуман (2008), Я.А. Жилинской, В.Н. Коротаева и Е.С. Ширинкиной (2010), О.В. Майоровой (2011), С.В. Максимовой (2004), D. Sivakumar (2013), X. Zhang, H. Jiang (2014) и др., раскрывающие принципы, способы и методы биологической рекультивации нарушенных земель; М.Х. Алихаджиева, Р.С. Эржаповой, Р.С. Ахматовой и Т.С. Хасанова (2013) и др. по анализу и систематизации данных о природно-климатических условиях Чеченской Республики.

Научная новизна:

модели распределения температуры и содержания компонентов свалочного газа (CO, NO₂, SO₂, H₂S) в поверхностном слое свалочных тел полигонов ТБО ГУП «Андреевская долина» и МУП «Вторсырье», представляющие собой трехмерную визуализацию свалочных тел и пространственные поля изменения температуры и содержания упомянутых газов во внешнем слое свалочных тел;

функции распределения температуры и содержания компонентов свалочного газа (CO, NO₂, SO₂, H₂S) в поверхностном слое свалочных тел полигонов ТБО ГУП «Андреевская долина» и МУП «Вторсырье», отражающие сосредоточение участков опробования по температурным интервалам и интервалам содержания газов; доказаны статистически достоверные различия между функциями распределения температуры и содержания оксидов углерода (CO), азота (NO₂) и серы (SO₂) в поверхностном слое тел полигонов ТБО;

ореол рассеяния компонентов свалочного газа с обоих полигонов и соответственно территории, на которых антропогенным фактором воздействия на живые системы является свалочный газ;

подробное геоботаническое описание фитоценозов, произрастающих в пределах ореола рассеяния свалочного газа и за его пределами, включающее видовую и вертикальную структуру древесно-кустарниковых растений и многолетних трав, оценку видового разнообразия по показателю отношения индекса Маргалефа к эталонной величине, определение доминирующего вида по индексам Бергера-Паркера и доминирования, анализ сомкнутости крон деревьев и

проективного покрытия кустарниками и многолетними травами, формулы древесного и кустарникового ярусов фитоценозов;

эмпирические и аналитические данные о жизненном состоянии растений, произрастающих в пределах и за пределами ореола рассеяния свалочного газа по показателям: количество живых ветвей в кронах деревьев и кустарников и их степень облиственности, длина, площадь, уровень поражения некрозом и количество здоровых листьев растений;

данные о силе влияния свалочного газа как антропогенного фактора воздействия на растения, произрастающие вблизи полигонов ТБО;

сформулированы принципы и построены модели создания искусственных фитоценозов на закрытых полигонах ТБО.

Теоретическая значимость исследования. Результаты исследования расширяют и углубляют имеющиеся научные представления:

в области факториальной экологии о том, что свалочный газ является абиотическим фактором воздействия на растительные сообщества и данные об уровне устойчивости растений, произрастающих в условиях повышенного содержания компонентов свалочного газа;

в области прикладной экологии – разработаны экологические принципы и система практических мер в виде технологии создания искусственных фитоце-нозов на закрытых полигонах ТБО Чеченской Республики с элементами управления их функционированием.

Практическая значимость:

модели и функции распределения температуры и содержания компонентов свалочного газа в поверхностном слое тел полигонов ТБО ГУП «Андреевская долина» и МУП «Вторсырье», данные об ореоле рассеяния свалочного газа, результаты оценки жизненного состояния и газоустойчивости растений, произрастающих вблизи полигонов ТБО, включены в программу производственного экологического контроля состояния свалочных тел, проводимого Комплексным научно-исследовательским институтом РАН им. Х.И. Ибрагимова;

система практических мер в виде технологии создания искусственных фитоценозов на закрытых полигонах ТБО, а также принципы органичности, природосообразности и экотехнологичности, технологическая карта и трехмерные модели создания искусственных фитоценозов на закрытых полигонах ТБО внедрены в программу биологической рекультивации территорий, нарушенных свалками и полигонами, реализуемую отделом государственной политики в сфере обращения с ТБО Департамента жилищных программ и развития жилищного строительства Чеченской Республики;

геоботаническое описание фитоценозов может стать сравнительной единицей для последующего изучения изменений рассматриваемых растительных сообществ;

- полученный перечень видов древесно-кустарниковых видов растений
может быть включен в п. 3.16 Инструкции по проектированию, эксплуатации и
рекультивации полигонов и в приложение 5, содержащее ассортимент растений
для биологического этапа рекультивации закрытых полигонов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Жизненное состояние растений на контрольной площадке, расположенной вне ореола рассеяния биогаза, характеризуется как очень хорошее (0,98), на экспериментальных площадках, выделенных в пределах ореола рассеяния биогаза, – как удовлетворительное (0,71 и 0,79). Наиболее устойчивыми к воздействию компонентов биогаза являются: лох узколистный (Elaeagnus angustifolia), тополь черный (Populus ngra), лещина обыкновенная (Corylus avellana) и бирючина обыкновенная (Ligstrum vulgare).

2. Сила влияния свалочного газа как антропогенного фактора воздействия на фитоценозы зависит от радиуса его ореола рассеяния от источника и содержания в атмосферном воздухе компонентов свалочного газа, и проявляется в изменении линейных параметров и пораженности некрозом листьев растений.

3. При биологической рекультивации нарушенных территорий свалочными телами следует руководствоваться моделью создания (проектирования) искусственных фитоценозов, включающей ассортимент растений, характерных для природных экосистем, в которых размещены рекультивируемые объекты, и обладающих устойчивостью к воздействию антропогенного фактора – свалочного газа.

4. Биологическая рекультивация представляет собой систему практических мер в виде технологии как последовательности действий по созданию искусственных фитоценозов на закрытых полигонах ТБО, состоящих из пяти этапов: эколого-аналитического, подготовительного или предпроектировочного, собственно проектировочного, реализационного и экологического контроля и базирующаяся на экологических принципах органичности, природосообразности и экотехнологичности.

Апробация и внедрение результатов исследования. Основные положения и результаты диссертации докладывались на 6 Международных научно-практических конференциях: «Актуальные проблемы экологии и природопользования» (Москва, 2012-2015); «Актуальные проблемы защиты окружающей среды и техносферной безопасности в меняющихся антропогенных условиях – Белые ночи – 2014» (Грозный, 2014); «Eurasia Science 2015» (Москва-Пенза, 2015); «Actual environmental problems of the third millennium» (Москва, 2016); на международной XI выставке оборудования и технологий для водоочистки, переработки и утилизации отходов «Wasma-2014» (Москва, 2014); на заседаниях кафедры экологического мониторинга и прогнозирования РУДН (2013-2016 г.). По результатам работы было получено два акта внедрения.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, из которых четыре статьи в рецензируемых научных журналах, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки РФ, одна монография и параграф в коллективной монографии.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложения. Основная часть диссертации изложена на 177 страницах компьютерной верстки, включает 42 таблицы и 46 рисунков. Список литературы насчитывает 192 наименования, из которых 166 на русском языке и 26 на английском языке.

Полигоны ТБО как техногенные объекты урбанизированных территорий

Согласно В.Д. Федорову и Т.Г. Гильманову, экологические факторы представляют собой совокупность «таких свойств компонентов экосистемы и характеристик ее внешней среды, которые оказывают непосредственное влияние на особей популяции»65. В этой связи свалочные тела, размещенные на полигонах ТБО, следует считать источниками загрязняющих веществ, которые, во-первых, формируют и, как следствие, во многом определяют условия окружающей природной среды, во-вторых, оказывают непосредственное влияние на живые организмы. Это значит, что полигоны для размещения твердых коммунальных отходов являются экологическими факторами антропогенного происхождения.

Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование / О.П. Мелехова, Е.И. Сарапульцева, Т.И. Евсеева, В.М. Глазер, С.А. Гераськин, Ю.К. Доронин, А.А. Киташова, А.В. Киташов, Ю.П. Козлов, И.А. Кондратьева, Г.В. Коссова, С.В. Котелевцев, Д.Н. Маторин, С.А. Остроумов, С.И. Погосян, А.В. Смуров, Г.Н. Соловых, А.Л. Степанов, Н.А. Тушмалова, Л.В. Цаценко и др.; под ред. О.П. Мелеховой, Е.И. Сарапульцевой. – М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 288 с. Исследования по выявлению воздействия загрязняющих веществ на растения проводились: Н.В. Гетко66, Н.П. Красинским67, Ю.З. Кулагиным68, В.С. Николаевским69, В.П. Путенихиным70, Р.А. Сейдафаровым71, Р.В. Уразгильдиным72 и другими учеными.

В.С. Николаевский и Х.Г. Якубов73 систематизировали основные методы оценки воздействия загрязняющих веществ на растительные сообщества, предложив выделять морфометрический, физиолого-биохимический, морфобиометрический, биофизический и пикнометрический методы.

И.Н. Павлов выявил два типа механизма воздействия загрязняющих веществ на растительные сообщества: прямое и косвенное74. Вблизи расположения тел полигонов отмечается прямое воздействие на растительные сообщества, в частности, и на окружающую природную среду в целом. Это воздействие выражается в том, что в результате непрерывной деструкции отходов в атмосферный воздух выделяются газообразные , которые формируют ореол рассеяния и создают условия для жизнедеятельности живых организмов. При выветривании частицы небольшого размера выносятся с поверхности свалочных тел и способствуют созданию достаточно стабильных условий окружающей среды по показателю запыленности воздуха. Жидкие и растворенные продукты физико-химического, химического и биохимического преобразования твердых коммунальных отходов приводят к поступлению загрязняющих веществ в почву, аккумулированию в ней, а также смыву по поверхности в водные объекты, расположенные в зоне влияния полигона. При косвенном воздействии тел полигонов загрязняющие вещества и токсичный фильтрат накапливаются, переносятся, преобразуются в компонентах окружающей природной среды76, вызывают дополнительные изменения, например, увеличивают или уменьшают кислотность почвы и оказывают воздействие на живые организмы, например, нарушают питание растений.

В результате деструкции отходов на полигонах ТБО в атмосферный воздух выделяется свалочный газ77, содержащий широкий спектр загрязняющих веществ, среди которых макрокомпонентами являются: оксиды углерода (СО и СО2), диоксид азота (NO2), диоксид серы (SO2), сероводород (H2S), метан (CH4), аммиак (NH3) и др. Все эти вещества, попадая в атмосферный воздух, рассеиваются и оказывают прямое воздействие на растения, произрастающие вблизи свалочных тел полигонов78.

Рассмотрим современные представления ученых и практиков о влиянии на растения повышенного содержания в атмосферном воздухе загрязняющих газообразных веществ.

В исследованиях М.В. Масловой79 и А.А. Ищенко80 показано, что длительное воздействие повышенного содержания оксида углерода на растения может у них вызвать энерго- и иммунодефицит и привести к нарушению гомеостаза и паранекрозу. Основным источником поступления в окружающую среду оксидов углерода данные исследователи называют автотранспорт, нефтеперерабатывающие предприятия, полигоны ТБО и другие техногенные объекты81.

Жизненное состояние растений, произрастающих в условиях повышенных концентраций оксида углерода, детально изучил Г.М. Мелькумов82. Им была выявлена прямая зависимость между временным периодом воздействия и ослаблением жизненного состояния растений. Это явление исследователь объясняет чувствительностью растений к техногенному воздействию, которая проявляется в усыхании ветвей, некрозах и микозах тканей растений, дефолиации и т.д. поступления диоксидов азота в окружающую среду они называют автотранспорт, полигоны ТБО, нефтеперерабатывающую промышленность, предприятия по производству удобрений и т.д.

По мнению С.А. Сергейчика84, диоксид азота – относительно слабый токсикант, вызывающий хлороз листьев растений; причем в совокупности с диоксидом серы он усиливает свое воздействие на ткани растений. При длительном воздействии на старых листьях наблюдаются хлорозы, на молодых листьях – некрозы красновато-коричневого, оранжевого, или красно-бурого цвета85. В основном хлорозы встречаются верхушечные, краевые или межжилковые. При этом происходит частичная или полная дефолиация растений86.

Механизм токсического действия диоксида серы на растения подробно изучен В.С. Николаевским87, который отмечал, что сернистый ангидрид при длительном воздействии на растения подкисляет цитоплазму, нарушает ферментативный процесс, изменяет ионный баланс в клетках, накапливает балластные токсические вещества в тканях растений, негативно влияет на фотосинтез. Как отмечено в работе указанного автора, основными источниками выбросов диоксидов серы являются нефтедобывающие и нефтеперерабатывающие предприятия, полигоны ТБО и иные техногенные объекты.

Полевые исследования: термическая и газовая съемка свалочных тел, геоботаническое описание фитоценозов на пробных площадках

Полевые исследования проводились с мая по июль в 2014-м и 2015-м годах. В 2014 году было проведено предварительное или пилотажное исследование, в 2015 году – основное. В период проведения основного исследования было преимущественно пасмурно, без осадков, температура атмосферного воздуха составляла 27С, скорость северо-восточного ветра не превышала одного метра в секунду.

Основное исследование осуществлялось в четыре этапа. На первом этапе измерялись физические параметры свалочных тел, на втором проводилась термосъемка, на третьем – газосъемка, на четвертом – геоботаническое обследование. Полевые исследования проводили для определения: 1) географических координат (долготы и широты) и высоты над уровнем моря свалочных тел полигонов ТБО ГУП «Андреевская долина» и МУП «Вторсырье», 2) мощности тел полигонов и мощности слоев незасыпанных отходов, 3) температуры поверхностного слоя и получения термограмм свалочных тел, 4) содержания сероводорода и оксидов углерода, азота и серы в образцах свалочного газа и пробах атмосферного воздуха, взятых на двух экспериментальных и одной контрольной площадке, 5) геоботанических характеристик фитоценозов двух экспериментальных площадок, расположенных в пределах ореола рассеяния свалочного газа, и одной контрольной, находящейся за пределами ореола рассеяния. Участки отбора проб на полигонах. Исследуемые участки были разделены на блоки, размещенные на разных высотах полигона, отбор проб осуществлялся по квадратной сетке. Критериями для выбора точек отбора послужили следующие основания: 1) неравномерность распределения участков отбора проб, 2) геометрическая форма и рельеф поверхности тел полигонов, 3) площадь исследуемых зон, 4) необходимость исследования полигонов на всех высотах, а также на крыше и склонах свалочных возвышенностей.

На каждом полигоне было выделено по три зоны, обозначенные римскими цифрами на рис. 11. Каждая из зон была разделена на восемь пробных площадок (квадратов) площадью по 25 м. На юго-западной стороне одного полигона располагались три площадки; аналогично был размечен и другой полигон. На северо-восточной стороне обоих полигонов также были выделены по три площадки; и по одной площадке на северо-западной и юго-восточной (периферийных) частях рассматриваемых полигонов. Всего были обозначены 24-е пробные площадки, на каждой из которых отмечено по 21-й контрольной точке. Всего по 504 участка опробования на каждом полигоне. Из 24-х пробных площадок 18-ть приходилось на центральную часть основного свалочного тела. Это участки 1-7, 9-15 и 17-23. Участки 8, 16 и 24 были размещены на северной стороне, остальные – 4, 12 и 20 – на южной стороне тел полигонов.

Географические координаты и высоты участков опробования над уровнем моря были определены с помощью компьютерной программы Google Earth. Измерения проводились по намеченным 504-м участкам опробования на каждом полигоне (рис. 11). Полученные географические координаты заносились в базу данных программы Serfer 12. Результаты определения географических координат (долготы и широты) приведены в приложении. Всего было сделано 1008 замеров. Масштаб в 1 см 120 м а) полигон ТБО ГУП «Андреевская долина»

Примечание: римскими цифрами отмечены исследуемые зоны, арабскими – площадки для отбора проб Измерение температуры поверхностного слоя и содержания сероводорода и оксидов углерода, азота и серы в образцах свалочного газа проводилось по участкам опробования с помощью тепловизора и газоанализатора. Полученные данные были сведены в таблицу, приведенную в приложении. В общей сложности было сделано 1008 измерений температуры; по 1008 измерений содержания каждого из указанных газов или 4032 замера содержания газов в поверхностном слое свалочного грунта.

Содержание сероводорода, оксидов углерода, азота и серы определялось в образцах атмосферного воздуха, отобранных на двух экспериментальных и одной контрольной площадках, выделенных для проведения геоботанического исследования. На каждой площадке было взято по 100 проб; всего было сделано 300 замеров. Отбор проводился методом конверта.

Геоботаническое описание – это установление видового состава и структуры растительного сообщества с определением количественных характеристик179. Геоботаническое обследование проводилось на трех одинаковых по размеру пробных площадках площадью не более 400 м2 каждая. Эти площадки представляли собой квадраты со стороной 20 м. Пробные площадки закладывались по принципу, описанному в монографии И.Л. Бухариной и А.А. Двоеглазовой180, который предполагает выбор такой площадки, которая находится в зоне влияния источника или источников негативного воздействия на природный объект, и контрольной площадки, расположенной вне зоны воздействия источника или источников. Две из трех выбранных площадок (первая и вторая) располагались в пределах санитарно-защитной зоны и влияния свалочных тел на растительные сообщества (рис. 12).

Общее геоботаническое описание фитоценозов экспериментальных и контрольной площадок

Полигоны ТБО ГУП «Андреевская долина» и МУП «Вторсырье» расположены в лесостепной экосистеме Чеченской Республики. Они удалены от столицы Чеченской Республики на 3,3 км и 3,5 км соответственно. Полигон ТБО МУП «Вторсырье» моложе полигона ГУП «Андреевская долина» примерно на один-два года. Полигон «Андреевская долина» официально начал функционировать после 2009 года, «Вторсырье» – после 2011 года. До 2009 года оба полигона представляли собой несанкционированные свалки. На месте полигона «Андреевская долина» складировались твердые коммунальные отходы, строительный мусор, отходы нефтяной промышленности и многие другие. На другом полигоне размещались в основном твердые коммунальные отходы. Затем территории свалочных тел огородили, придали им юридический статус и стали размещать на них строительные и твердые коммунальные отходы. Согласно плану Департамента коммунального хозяйства, полигон ГУП «Андреевская долина» будет эксплуатироваться до 2035 года, полигон «Вторсырье» – до 2036 года. Спецификой условий размещения отходов является их сброс с возвышенности, на которой расположены полигоны. Именно поэтому достаточно затруднительно сделать прогноз о форме, размере и положении в пространстве свалочного тела через 20 лет. Отличительной особенностью функционирования данных полигонов является отсутствие структурированных научно обоснованных планов и моделей биологической рекультивации этих полигонов и создания таких природно-территориальных зон, которые могли бы органично вписаться в условия окружающей природной среды и стать составной частью лесостепной экосистемы.

Охарактеризуем свалочные тела изучаемых полигонов по физическим показателям, выявим распределения температуры и содержания компонентов свалочного газа (CO, NO2, SO2 и H2S) в поверхностном слое свалочных толщ и их особенности, определим ореол рассеяния газообразных веществ.

Мощность свалочной толщи полигона ГУП «Андреевская долина» изменяется в пределах 30 м (табл. 14). Основание свалочного тела расположено на отметке 200 м над уровнем моря, кровля – 230 м. Максимальная мощность тела полигона МУП «Вторсырье» составляет 15 м, Поверхностный слой свалочных тел образован слоем уплотненных отходов, одна часть которых выходит на дневную поверхность, другая – засыпана 20-30-ти сантиметровым слоем грунта. Мощность незасыпанных отходов на полигоне ГУП «Андреевская долина» составляет один метр на высоте 30 м от основания. Площадь незасыпанных отходов соответствует 64% поверхности тела. Остальная часть (26%) частично рекультивирована, она засыпана грунтом или слоем строительных отходов. Метровый слой незасыпанных отходов на полигоне МУП «Вторсырье» расположен на высоте 15 метров. Незасыпанные отходы занимают порядка 75% поверхности свалочного тела, остальные 15% площади покрыты грунтом.

По габаритам и объему складированных отходов свалочное тело полигона ТБО ГУП «Андреевская долина» больше свалочного тела МУП «Вторсырье». Разница между ними по площади основания составляет 48,5 га, по высоте тело «Андреевской долины» в два раза выше и содержит в 1,6 раза больше уплотненных отходов. Это обусловлено разной продолжительностью эксплуатации территорий не только как официальных полигонов, но и как свалок, а также разным морфологическим составом отходов. На полигон «Андреевская долина» свозятся твердые коммунальные и строительные отходы, именно на этом полигоне размещались разрушенные конструкции зданий после военных действий в Республике. Полигон «Вторсырье» предназначен для утилизации, в основном, твердых коммунальных отходов. Разные физические параметры, возраст свалочных тел и морфологический состав отходов указывают на разный уровень воздействия этих техногенных объектов на окружающую природную среду, свидетельствуют о разных объемах эмиссии свалочного газа и ореолах рассеяния его компонентов в атмосферном воздухе.

При механической, биологической и химической деструкции отходов большая часть реакций сопровождается выделением тепла. В этой связи рассмотрим распределение температуры в поверхностном слое тел обоих полигонов.

Выявленные значения температуры по каждому полигону были расценены как два независимых вариационных ряда и подвергнуты математико-статистической обработке методом средних величин. Результаты этих вычислений содержатся в таблице 15.

Полученные значения стандартной ошибки (m) (табл. 15) во всех случаях существенно меньше среднего арифметического (X). Это указывает на репрезентативность выборки и говорит о достаточном количестве точек опробования для получения статистически значимых результатов.

Максимальные, минимальные и средние значения температуры свалочных тел свидетельствуют о нагреве тела полигона «Вторсырье» в среднем на 9,4С сильнее, чем тела «Андреевской долины». Это объясняется морфологическим составом твердых коммунальных отходов и преобладанием в них органической фракции. Максимальная температура поверхностного слоя свалочной толщи полигона «Андреевская долина» составляла 41 С на высоте 30 м при мощности слоя незасыпанных отходов 0,5 м, на полигоне «Вторсырье» - +58,1 С на высоте 15 м при мощности незасыпанных отходов 0,5 м. Максимальные значения температуры характерны, в основном, для участков с открыто расположенными отходами на высоких не засыпанных грунтом отметках свалочных тел. Это говорит о наличии активных биохимических и физико-химических процессов, протекающих в присутствии кислорода и сопровождающихся выходом тепла. На обоих полигонах максимальные значения температуры были зафиксированы на вершинах свалочных тел, минимальные значения наблюдались у подошвы полигонов преимущественно с теневой стороны.

Оценка силы влияния антропогенного фактора – свалочного газа с полигонов ТБО на ценопопуляции растений

Лещина обыкновенная (Corylus avellana) – кустарник семейства Берёзовые (Betulaceae), рода Лещина (Corylus). Относительно высокий. Ветви серые, железисто-шершаво-волосистые, а позднее и голые. Листья сложены вдоль срединной жилки. Черешки 1-1,5 см в длину. Пластинки яйцевидные, овальные или округлые. Длина листовой пластинки достигает 12 см, ширина 9 см. Листья в основании сердцевидные, как правило, неравнобокие снизу с опушением или голые. Почки туповатые, яйцевидные. Мужские цветки голые, сережки до 5 см в длину. Женские цветки расположены в пазухах кроющих чешуй. Орехи от 1 до 5 расположены в колокольчатых плюсках.

Бирючина обыкновенная (Ligstrum vulgare) – кустарник семейства Маслиновые (Oleaceae) рода Бирючина (Ligstrum). Листья голые кожистые, сверху темно-зеленые с нижней стороны светлее, могут присутствовать мелкие белые точки. Листовые пластинки имеют эллиптическую или овальную форму, в длину достигают до 8 см, в ширину до 3,5 см. В основании и в верхней части заостренные. Черешки до 8 мм в длину, жилкование несовершенноперистое. Цветки белые, мелкие, душистые в конечных метелках. Плод – черная ягода. Побеги прутьевидные серых оттенков. Почки мелкие.

Боярышник обыкновенный (Crataegus laevigata) – небольшой кустарник семейства Розовые (Rosaceae) рода Crataegus. Крона несимметричная, высотой от 6 до 8 м. Ветки оливкового или красновато-коричневого цвета. Молодые побеги мягко-волосистые. Колючки в длину достигают 2,5 см. Почки яйцевидно-округлой формы в длину до 3 мм. Листья тонкие и голые, с верхней стороны темно-зеленого цвета, с нижней стороны светло-зеленого. Длина листовой пластинки от 2 до 6 см, ширина от 2 до 5 см. В основном листья трехлопастные, нижние листья цельные, верхние зубчатые. Черешки в длину до 2 см. Цветки диаметром до 1,5 см белого или розового цвета. Плод эллипсоидальной, яйцевидной формы, красно-коричневого или красного цвета. Плод – косточка, количество – 3 штуки. Цветет с мая по июнь.

Приведем биологическое описание выявленных на пробных площадках видов многолетних трав.

Овсяница луговая (Festuca pratensis) относится к многолетним травянистым растениям рода Овсяница (Festuca), семейства Злаки (Poaceae). Данный вид распространен в Европейской части России, Западной и Восточной Сибири. Ареал обитания – лесная, лесостепная и лесная зона. Преобладает в травостое в пойменной части рек. Овсяница луговая – растение с ползучими и короткими корневищами. Стебли прямостоячие и слаболиственные, в высоту до 120 см. Листья имеют плоскую форму, сверху и по краям шероховатые шириной от 3 до 5 мм, имеются ушки у основания листовой пластинки. Колоски зеленого или слабо-фиолетового цвета в длину до 15 мм. Плод имеет форму яйцевидно-продолговатой зерновки, в длину от 2,5 до 3,7 мм, в толщину 1 мм. Всходы появляются в мае и в конце августа. Многочисленные длинные листья Festuca pratensis приводят к затенению почвы, уменьшают температуру в приземном слое атмосферного воздуха, уменьшают испаряемость. Развитая корневая система выделяет большое количество органических кислот. Отрицательно воздействует на такие злаки, как: тимофеевка луговая (Phleum pratense), мятлик луговой (Poa pratnsis), кострец безостый (Bromopsis inermis L).

Клевер белый (Trifolium repens) или клевер ползучий – это многолетнее травянистое растение из рода Клевер (Trifolium) – относится к семейству Бобовые (Fabaceae). Широко распространен в умеренных зонах климатического пояса, встречается практически во всех регионах РФ. Клевер белый имеет ветвящуюся, стержневую корневую систему. Стебель стелющийся, ползучий, в узлах укореняющийся. Имеет ветвистую, голую и часто полую структуру. Строение листа длинночерешчатое, трехраздельное. В цветке имеется 10 тычинок, девять из которых сросшиеся нитями в трубочку, а одна свободная. Плоды Trifolium repens представляют собой бобы, имеющие от трех до четырех мелких сердцевидных семян. Растение может достигать до 20 см в высоту. Trifolium repens распространен на суглинистых, супесчаных слабокислых и нейтральных почвах. Приспособлен к затоплениям длительностью более одного месяца, одновременно с этим способен переносить длительные засухи. Однако в более жаркие и солнечные годы Trifolium repens дает меньше побегов, чем в дождливые и пасмурные. Цветение начинается в мае и заканчивается поздней осенью. Его целесообразно высаживать в составе травосмеси с тимофеевкой луговой (Phleum pratense) и райграсом (Arrhenatherum).

Эспарцет песчаный (Onobrchis arenaria) относится к многолетнему травянистому растению рода эспарцет (Onobrychis) семейства Бобовые. Распространен в степной и лесостепной зоне России, степной зоне Сибири, Забайкалье и Якутии. Onobrchis arenaria характеризуется как растение с глубокой или среднеглубокой корневой системой с сильно ветвящимся главным корнем желтоватого оттенка. Стебли зеленые, восходящие или прямые, основание стебля одревесневающее. Стебель достигает 30-60 см (редко 80 см). Листья черешковые непарноперестые имеют от шести до десяти пар листочков. Верхняя поверхность листьев зеленая не опушенная, нижняя с прижатым опушением. Цветки сложены в многоцветковые густые кисти от 14 до 20 см в длину. Плоды Onobrchis arenaria – бобы полукруглые буроватого оттенка, содержат одно семя, опадающее при созревании. Onobrchis arenaria обитает на эродированных и хрящеватогравийных почвах, богатых известью, бедных песчаных, супесчаных почвах. Губительны сырые, малопроницаемые, кислые, засоленные почвы при pH 4,5. Отличается пониженной зимостойкостью. Формирует устойчивую почвенную структуру в травосмеси с овсяницей красной (Festuca rubra), тимофеевкой луговой (Phleum pratense), кострецом безостым (Bromopsis inermis L.).