Особенности эколого-геологических систем массивов грунтов твердых коммунальных отходов

Введение

Эколого-геологические системы (ЭГС) массивов грунтов, слагающих полигоны твердых коммунальных отходов (ТКО) или бытовых отходов (ТБО), играют особую роль среди антропогенных экосистем. Они широко распространены на территории России, особенно в пределах крупных городских агломераций и промышленных центров. К ним относят несколько типов массивов складирования – это непосредственно полигоны твердых коммунальных или бытовых отходов (ТКО или ТБО); полигоны строительных отходов, предназначенные для отходов, образуемых в процессе строительства, реконструкции или сноса конструкций и полигоны инертных отходов для складирование отходов после земляных работ, а также бетона, затвердевшего асфальта, камня, кирпича, отделки двора и мусора, такого как пни, ветки и листья. Независимо от этого, все они в той или иной степени являются источниками загрязнения окружающей среды [12,13].

Несмотря на широкое распространение, особенности эколого-геологических систем массивов грунтов полигонов твердых коммунальных отходов практически не изучены. Поэтому цель настоящей статьи – выявление главных общих особенностей ЭГС массивов полигонов ТКО и их компонентов.

Объект и методы исследований

Объектом исследований являются эколого-геологические системы массивов (полигонов) твердых коммунальных (бытовых) отходов, рассматриваемых как часть соответствующих экосистем и имеющих сложную структуру (рис. 1). ЭГС рассматриваемых массивов представляет собой совокупность взаимодействующих между собой абиотических компонентов (технолитотопа, техногидротопа и техноэдафотопа) и биотических компонентов – технобиоценоза, состоящего из техномикробоценоза, технофитоценоза и технозооценоза. При этом определяющим компонентом ЭГС является технолитотоп, характеризуемый специфическим рельефом, свалочными грунтами, а также развитыми в пределах массива геодинамическими, геохимическими и геофизическими полями.

Предметом исследований являются знания об особенностях абиотических и биотических компонентов эколого-геологических систем массивов твердых коммунальных отходов и закономерностях их формирования, важных для эколого-геологических исследований и изысканий.

Методика исследований состояла в применении методов системного анализа к изучаемым объектам, поскольку указанные ЭГС массивов твердых коммунальных отходов рассматриваются как единые системы, состоящие из взаимосвязанных и взаимодействующих друг с другом абиотических и биотических компонентов. Кроме того, использовались методы сравнительного анализа, а также обобщение опубликованного материала по особенностям массивов твердых коммунальных отходов и их отдельных компонентов.

Рис. 1. Структура эколого-геологической системы массивов твердых коммунальных отходов: ГДП – гидродинамическое поле; ГХП – геохимическое поле; ГФП – геофизическое поле

Общие особенности эколого-геологических систем массивов грунтов полигонов твердых коммунальных отходов

К общим особенностям ЭГС массивов грунтов, слагающих полигоны ТКО, относятся: локальные площади и ограниченные объемы данных ЭГС; специфический состав свалочных грунтов, формирующих технолитотоп; особенности температурного режима тела полигона; сложный состав фильтрата; наличие свалочных газов (биогазов); наличие или отсутствие технозема и его специфический состав (табл. 1). На этих технолитотопах, как литогенной основе, развиваются специфические, характерные только для таких полигонов ТКО, техномикробоценозы и технофитоценозы, а как следствие - и специфические технозооценозы.

Таблица 1 Особенности эколого-геологических систем массивов грунтов, слагающих полигоны ТКО

Все указанные компоненты данных ЭГС прямо или косвенно взаимодействуют друг с другом, образуя единую сложную систему. Рассмотрим их более подробно.

Особенности абиотических компонентов эколого-геологических систем массивов грунтов твердых коммунальных отходов

При анализе ЭГС массивов грунтов, слагающих полигоны ТКО, в первую очередь необходимо учитывать особенности технолитотопа: состав свалочных грунтов, строение ложа и бортов полигона, технические устройства, развитые в их пределах геохимические, геофизические и геодинамические поля. Литогенной основой такой ЭГС является технолитотоп, который представлен свалочными грунтами, состав которых зависит от типа полигона. Это могут быть твердые коммунальные или бытовые отходы, состоящие из пищевых остатков, бумаги, картона, материи, пластмасс, дерева и т.п., либо они могут быть представлены твердыми строительными отходами: древесиной, обломками кирпича, бетона, гравия и примеси иных грунтов. От состава свалочных грунтов зависит формирование в массиве биогазов, фильтрата, а также антропогенных геохимических, геофизических и геодинамических полей, которые также являются важнейшими компонентами данного технолитотопа.

Важную роль в технолитотопе играют биогазы, образующиеся за счет процессов гниения отходов. Их состав и интенсивность газогенерации меняются во времени [12]. Другой важнейший компонент технолитотопа – фильтрат, образующийся в нижней части свалочного грунта и представляющий собой сложный набор токсичных компонентов.

Геохимические поля в пределах массива свалочных грунтов не постоянны во времени и зависят от состава отходов. Из геофизических полей технолитотопа ведущую роль играет тепловое поле, формирующееся за счет процессов разложения отходов. Температура разогрева свалочных грунтов при этом может достигать значительных уровней, вплоть до самовозгорания полигона.

Геодинамические поля в пределах технолитотопа обусловлены различными инженерно-геологическими процессами: оседанием и уплотнением свалочного грунта; провалами свалочного грунта вследствие образования в его теле пустот; склоновыми процессами по бортам массива (оползнями, оплывинами и т.п.); развитием склоновой эрозии и др. (рис. 2).

Рис. 2. Общий вид полигона ТКО «Саларьево»

Основными техническими компонентами технолитотопа являются: а) чаша складирования, которая представляет собой котлован или ограждающую насыпь с изолирующим экраном для надежной защиты окружающей среды; б) система сбора и отведения биогаза; в) система отвода фильтрата; г) дополнительные противофильтрационные завесы и системы откачки подземных вод; д) подъездные пути и т.п. [11,12] (рис. 3). В зависимости от типа полигона состав технических компонентов может быть весьма различным.

Глубина котлована рассчитывается из условия баланса земляных работ, объемов хранения и уровня грунтовых вод, который должен быть минимум на 1 м ниже дна котлована. Особые требования с точки зрения окружающей среды предъявляются к противофильтрационным и защитным экранам ложа полигонов [3,22]. Поэтому особо важным моментом при размещении полигонов является правильный выбор площадки будущего строительства с учетом инженерно-геологических, гидрологических и геодинамических условий. Исходя из нормативных документов, грунтовое основание хранилища отходов должно иметь водонепроницаемый защитный искусственный или естественный экран.

Рис. 3. Технические компоненты технолитотопа ЭГС массива грунтов полигона ТБО [12]: 1 – направление движения подземных вод; 2 – вмещающие грунты; 3 – свалочный грунт; 4 – перекрывающий грунт с образовавшейся ; 5 – система откачки биогаза; 6 – система вакуумирующих скважин; 7 – поверхностное герметичное покрытие; 8 – дренажная канава; 9 – боковой экран (противофильтрационная завеса); 10 – горизонтальный противофильтрационный экран

Максимальные коэффициенты фильтрации глинистых грунтов естественного сложения, в которых разрешалось осуществлять захоронение отходов зависят от степени токсичности отходов. Для нерастворимых веществ I класса, растворимых II и III классов коэффициент фильтрации грунта должен быть не более 10^-8 см/с; для нерастворимых веществ II и III классов опасности  -10^-7 см/с; для веществ, относящихся к IV классу опасности не более 10^-5 см/с. Мощность глинистых грунтов с указанными коэффициентами фильтрации должна быть не менее 0,5-1,0 м. Однако, территориальными строительными нормами Московской области при строительстве полигонов рекомендовалось применять изоляционный слой из природных глин с коэффициентом фильтрации 10^-6 см/с при градиенте напора i=30. Инструкцией по проектированию, эксплуатации и рекультивации полигонов для твердых бытовых отходов рекомендовалось использовать глины в естественном состоянии с коэффициентом фильтрации не более 10^-5 см/с. При отсутствии глин с коэффициентами фильтрации, указанными в нормативных документах, применяются специальные искусственные конструкции противофильтрационных экранов при соответствующем технико-экономическом обосновании и при условии их долговечности и стойкости против агрессивного воздействия отходов. К сожалению, практика показала, что большинство созданных в России полигонов ТБО не соответствует этим требованиям.

Основные типы защитных противофильтрационных экранов, предлагаемых к применению в России, следующие [22]: А. Грунтовые: а) глиняный однослойный; б) глиняный многослойный с дренажной прослойкой; в) грунтобитумно-бетонный. Б. Бетонные и железобетонные: а) из железобетонных плит; б) из полимербетона; в) бетонопленочный; В. Асфальтобетонные: а) однослойный с битумным покрытием; б) двухслойный с дренажной прослойкой; в) с покрытием битумно-латексной эмульсией. Г. Асфальтополимербетонные; Д. Пленочные: а) из полиэтиленовой пленки, стабилизированной сажей, однослойный; б) из полиэтиленовой пленки, стабилизированной сажей, двухслойный с дренажной прослойкой.

Особенности техноэдафотопа эколого-геологической системы массивов грунтов твердых коммунальных отходов

На теле массива свалочного грунта искусственно или естественным путем со временем формируются техногенные почвы – биокосный компонент, выделяемый в техноэдафотоп ЭГС. Их тип зависит от климатических условий местности, а также от состава свалочного грунта, и особенно – от состава грунта поверхностного слоя, выступающего для почвы материнской породой.

В районах размещения свалок и полигонов ТБО на их поверхности формируются слаборазвитые, поверхностно- и химически-преобразованные почвы или технопочвы (технозёмы). Техногенные почвы и почвоподобные тела сочетаются в них с непочвенными образованиями – “свалочными грунтами” или “телами” c высокой неоднородностью состава, строения, физико-механических и химических свойств. Среди твердых коммунальных и промышленных отходов над техногенно-рекрементогенными отложениями выделяют литостраты и органолитостраты – насыпные минеральные и органоминеральные грунты (смеси), артииндустраты (нетоксичный материал городских свалок с количеством промышленных отходов больше 50%), артиурбистраты – бытовые отходы городских свалок (до 30%), нередко с включением промышленных отходов, токсииндустраты (токсичный материал отходов промышленных предприятий, медицинских и других учреждений), а также урботехноземы [18].

К урботехноземам относят реплантоземы и конструктоземы – искусственно создаваемые почвоподобные образования, состоящие из насыпных неоднородных по составу и свойствам слоев грунта при рекультивации свалок и полигонов с целью предотвращения выбросов метана и поступления загрязненных   фильтрационных   вод.

Конструктоземы на территории полигона ТБО могут иметь как локальное, так площадное распространение. В первом случае на поверхности некоторых участков полигона создается конструкция, стоящая из двух слоев: метаноокисляющего и газопроводящего. Во втором случае создается покрытие, называемое биопокровом.

Кроме вышеперечисленных почв и почвоподобных тел на рекультивируемых свалках и полигонах ТБО распространены участки со слабогумусированными или негумусированными минеральными грунтами. На поверхностях, где закрепление грунта корневыми системами не нарушается, через 5–10 лет формируется дерновый почвенный горизонт. Такие почвы могут быть охарактеризованы как примитивные (псаммоземы, пелоземы) или слаборазвитые дерновые (серогумусовые). Например, на полигонах ТБО в Ростовской области образуются пелоземы гумусовые глееватые, залегающие на переувлажненных газогенерирующих бытовых отходах [4].

Почвы, прилегающие к полигонам ТКО в зоне их воздействия, также испытывают существенную трансформацию и становятся техногенно-измененными из-за, прежде всего, химического загрязнения. За счет этого почвы, в первую очередь загрязняются тяжелыми металлами, причем часто последние дают следующий ряд: Fe > Mn > Zn > Sr > Cu, V, Ni > Pb > > Co > Hg, Cd [14]. Кроме накопления металлов происходит подщелачивание поверхностных горизонтов почв (до рН 7.2–8.5) и повышение содержания в них органического вещества (5–12%), которое к тому же необычно сочетается с высокими концентрациями аммонийного азота (40–100 мг/кг, что в 2– 4 раза может быть больше фоновых значений). В аллювиальных почвах пойм также отмечаются аномально высокие содержания валовых форм фосфора (500 мг/кг и больше) и серы, превышающим фоновый уровень в 2 и более раза [18].

В районах размещения полигонов ТБО кроме тяжелых металлов существенное влияние на окружающую среду, включая и почвы оказывают полихлорированные бифенилы (ПХБ), выделяющиеся при возгорании отходов (рис. 4). По данным [2] в почвах вблизи полигона ТБО “Жирошкино” (Московская обл.) концентрации ПХБ (9,16–19,16 нг/г) превышали фоновые значения (5,44 нг/г), но ни в одной из точек опробования не достигали ПДК (60 нг/г). Установлены некоторые пространственные закономерности: максимальное значение (0,32 ПДК, в 3,5 раз выше фона) было отмечено в непосредственной близости от ограждения полигона ТБО, минимальное (0,12 ПДК) на границе с санитарно-защитной зоной.

Рис. 4. Самовозгорание отходов полигона «Жирошкино» в 2007 г. (фото В.А.Королева)

В ряде работ оценивалось газогеохимическое состояние почв и твердых коммунальных отходов на отложениях погребенных свалок Московского региона. Авторами показано, что интенсивность выброса парниковых газов в атмосферу из антропогенных почв и ТКО (литостратов, органолитостратов, артиурбистратов) растет по мере увеличения мощности и интенсивности газогенерации техногенно-рекрементогенных отложений. При возникновении периодического подтопления в них формируются метаново-углекислотные аномалии, а запечатывание территории под асфальтобетонным покрытием способствует накоплению газов в газогенерирующем слое (до 2% CH₄ и 12% CO₂), так как не работает почвенно-бактериальный фильтр. Полученные результаты свидетельствуют о том, что даже после погребения свалки и выполнения комплекса рекультивационных работ ее тело длительное время остается источником эмиссий биогаза, «химической бомбой замедленного действия» [18].

Особенности биотических компонентов эколого-геологической системы массивов грунтов твердых коммунальных отходов

Особенности техномикробоценоза. В пределах ЭГС массива свалочных грунтов формируются специфические техномикробоценозы, в составе которых появляются микробные сообщества, которые не характерны для окружающей полигон территории. Из-за присутствия в свалочных грунтах патогенных микроорганизмов, вирусов и гельминтофауны по санитарно-микробиологическим показателям они могут быть отнесены к категории “опасных” и “чрезвычайно опасных”. При этом техногенной трансформации подвергаются как микробные сообщества тела самой свалки (или полигона ТКО), так и почв и грунтов на прилегающей территории.

В составе микробоценозов ЭГС массивов свалочных грунтов обнаружены вирусы, бактерии, археи, протисты, низшие грибы и водоросли.

Реакция бактериального сообщества почв на воздействие загрязненных фильтрационных вод от полигона ТКО проявляется как на количественном, так и качественном уровнях. Так, например, в староземах балки, примыкающей к полигону ТБО в Курской области, наблюдалось увеличение численности олиготрофных бактерий (4.3–5.7 x 106 КОЕ/г), потенциально патогенных бактерий в профиле почв вплоть до глубины 60–70 см и индикаторов фекального загрязнения почвы – БГКП и энтерококков (1.0–3.0 x 10 КОЕ/г) [9].

Другой пример отклонения микробиологических показателей почв, периодически подтоп­ляемых фильтратом, вблизи (10-30 м) участка складирования ТБО (Московская обл.) от фоновых значений (дерново-подзолистая почва сугли­нистого гранулометрического состава): 1) видовое разнообразие бактериальной биомас­сы (74.37 кл/г х 10⁶/фон - 64.13 кл/г х 10⁶) увеличивается в 1.16 раз; 2) общая грибная биомасса (39.02 мкг/г/фон — 1.59 мкг/г) — в 2.93 раз; 3) поч­венное дыхание (1.85 мкМоль/г х ч/фон — 1.14 мкМоль/г х ч) — в 1.62 раза; 4) численность почвенных грибов (5.83 КОЕ х 10³/фон — 8.00 КОЕ х 10³) - в 5.73 раза). Микробиологические показатели по убыванию чувствительности к загрязнению почв фильтратом образуют следующий ряд: соотношение численности почвенных грибов, посчитанных прямым методом (люми­несцентная микроскопия) и методом посева; общая грибная биомасса > почвенное дыхание (эмиссия CO2 методом газовой хроматографии) > видовое разнообразие бактериальной биомассы по Шеннону (метод газовой хроматографии — масс-спектрометрии); общая бактериальная биомасса (метод газовой хроматографии — масс- спектрометрии) > доля спор в грибной биомассе (люминесцентная микроскопия) [21].

Также было отмечено, что в эколого-геологических системах рекультивируемой территории полигона ТБО (Пермский край) активно развиваются бактерии родов Bacillus, Micrococcus, Mycobacterium, Pseudomonas, большое количество бациллярных форм, численность которых составляет от 252 тыс. до 1.8 млн кл./г, актиномицеты и грибы деструкторы целлюлозы [7].

Количественный и видовой состав микробных сообществ в микробоценозах ЭГС массивов свалочных грунтов не постоянен во времени.

Особенности технофитоценоза. Флора ЭГС массивов свалочных грунтов отличается значительной бедностью видового состава по сравнению с окружающими фитоценозами (рис. 5). В ней преобладают синантропные виды растений, большинство из которых — адвентивные (чужеродные) растения [1]. Еще одной особенностью расти­тельности свалок является присутствие дичаю­щих интродуцентов — декоративных, пищевых и кормовых растений, переселенных из других мест на территорию, где они раньше не существовали. Общее биоразнообразие растений на территории полигона также ниже, чем на сопредельной территории.

Так, например, в автономных и транзитных ландшафтах на несанкционированных свалках г. Ульяновска широ­кое распространение имеют спонтанно формирующиеся неоднородные сообщества растений с доминирова­нием крапивы двудомной (Urtica dioica), мари белой (Chenopodium album) и лебеды лоснящейся (Atriplex sagittate) [10]. В супераквальных ландшафтах (пойма р. Свияги) доминируют лопух паутинистый (Arctium tomentosum) и пустыр­ник пятилопастной (Leonurus quinquelobatus).

Рис. 5. Фитоценоз вблизи полигона отходов Дмитровский Московской области

На территории несанкционированной свалки в пойме р. Юца (г. Пятигорск, Ставропольский край) рудеральные растения представлены хво­щом полевым (Equisetum arvense), полынью горь­кой (Artemisia absinthium), дурнушником обыкно­венным (Xanthium strumarium), крапивой жгучей (Urtica urens), лопухом большим (Arctium lappa) и сурепкой обыкновенной (Barbarea vulgaris) [15].

Увеличение площади и числа полигонов ТКО в конце ХХ-начале XXI вв привело к резкому возрастанию популяций адвентивных растений. Интересно отметить, что ведущим фактором заноса новых адвентивных растений на территориях средней полосы России были железные дороги, а на втором месте – свалки и пустыри [17]. Наибольшее число видов адвентивных растений на полигонах ТКО (до 300-700 видов) отмечено в Московской, Ленинградской и Тверской областях, где сформировалось значительное число полигонов ТКО. Растительные сообщества полигонов ТКО динамичны во времени, меняются в зависимости от стадий эксплуатации полигона, способа его рекультивации и т.п. (рис. 6).

Так, например, детальные исследования адвентивной флоры технофитоценозов в Тверской области показали, что степень разнообразия адвентивной флоры определяется не только объемом и характером привозимых на мусорные полигоны отходов, зависящими от размеров населенного пункта, активности хозяйственно-экономических связей, уровня развития торговой сети, но и особенностями эксплуатации свалок и полигонов. При интенсивной рекультивации мусора, исключающей возможность развития растений, на скапливающихся отвалах флористическое богатство резко снижается. Этому способствует и активное сжигание большого объема отходов. На всех изученных свалках Тверской области встречается 17 адвентивных видов. Среди них широко распространенные сельскохозяйственные культуры и сорные растения (Avena sativa, Echinochloa crusgalli, Secale cereale, Anethum graveolens, Helianthus annuus, Armoracia rusticana, Cucurbita pepo, Lycopersicon esculentum, Solanum tuberosum и др.). 30 видов растений было отмечено на 12-19 свалках (т.е. более чем на половине изученных объектов) [17].

Рис. 6. Характер зарастания растительностью поверхности полигона ТКО «Жирошкино», Московская область (фото В.А.Королева)

Геохимическое опробование растений вокруг свалок и полигонов в разных природно-климатических зонах показало, что содержание ТМ в них существенно превышает фоновые значения. По материалам Е.И.Поповой [19] для Mn, Zn, Cu, Sr и Pb хорошим индикатором техногенеза на территории Шапшинского полигона ТБО (г. Ханты-Мансийск) является мать-и-мачеха (Tussilago farfara). Загрязнение Zn (50 мг/кг сухой массы) лучше фиксируется клевером гибридным (Trifolium hybriditim), Cr (25 мг/кг) – подорожником большим (Plantago maior), что, по-видимому, определяется индивидуальными особенностями растений к избирательному поглощению элементов.

О.Л.Воскресенской с соавторами [5] установлено, что в местах сбора и временного хранения ТБО (г. Йошкар-Ола, р. Марий Эл) корни подорожника большого (Plantago major), горца птичьего (Polygonum aviculare) и ромашки пахучей (Matricaria suaveolens) накапливают большее количество ТМ (Pb, Cd, Zn и Cu) по сравнению с листьями. Последнее подтверждают коэффициенты биологического поглощения (Ax по Перельману).

Естественное зарастание свалок растениями происходит прежде всего у подножия и, частично, на боковых поверхностях, а затем позже распространяется на верхние участки. Небольшие заросшие участки на поверхности свалок чаще всего являются следствием проведения рекультивационных работ (горнотехнического и биологического этапов). При рекультивации полигонов происходит смена технофитоценоза.

Установлено, что технофитоценозам полигонов ТКО в основном присуща сингенетическая сукцессия, которая получает наибольшее развитие на северных экспозициях склонов полигонов. Губительными для сукцесионных процессов являются неконтролируемые горения мусора, система накопления и отвода фильтрата, свалочный газ. Эти процессы тормозят гумусообразование и накопление фитомассы на свалках в целом [20].

Таким образом, технофитоценозы массивов грунтов, слагаемых твердыми коммунальными отходами, являются техно-природными, природно-техногенными или техногенными и характеризуются рядом специфических особенностей, зависящими от типа и размеров полигона, его возраста, способа рекультивации и климатических условий.

Особенности технозооценоза. В пределах ЭГС массивов свалочных грунтов формируются и специфические техногенные зооценозы, созданные человеком нецеленаправленно. В результате этого в составе таких технозооценозов распространяются синантропные животные, адаптированные к таким биотопам.

В составе технозооценозов ЭГС массивов свалочных грунтов со временем формируются сообщества беспозвоночных и позвоночных животных, значительную долю которых составляют педобионты.

Среди беспозвоночных животных здесь отмечаются гельминты, а также членистоногие. Гельминты, вызывающие паразитарные заболевания, представлены разными морфотипами их пропагативных стадий: Ascaris sp., Toxocara sp., T. leonina, N. vitulorum, Metastrongylus sp., P. equorum, яйцами трихоцефалидного типа, принадлежащие к родам Trichocephalus, Capillaria и Thominx, онкосферами цестод сем. Taeniidae и яйца трематод сем. Opistorchidae и A. аlata [16]. Основные переносчики инфекций и инвазий – собаки, кошки, птицы, грызуны и насекомые, которые в большом количестве посещают полигоны ТБО в поисках пищи.

Биотестирование почв крупных свалок (Ульяновская обл.) с использованием культур инфузорий (P. caudatum) и дождевых червей (E. foetidae) показало, что все анализируемые пробы обладают токсическим эффектом [16, 18]. Основное негативное воздействие авторы связывают с особенностями технологии утилизации ТБО (“котлованным захоронением”) и процессами горения находящихся в составе отходов полимерных материалов. Воздействие высоких температур и токсичных продуктов горения приводит к значительному или полному исчезновению педобионтов в почвах свалок.

На территориях свалок ТКО многочисленны членистоногие-герпетобионты, обитающие на поверхности отходов. Установлено, что на свалках обитают ракообразные (представлены мокрицами Oniscidea), паукообразные (Arachnida), многоножки (Myriapoda) и насекомые (Insecta).

Исследования изменения численности членистоногих-герпетобионтов на свалках ТКО по сравнению с сопредельной (контрольной) зоной показало, что для разных групп видов соотношения различны. Так, например, исследования, проведенные на полигоне ТКО г.Прокопьевска Кемеровской области показали, что динамическая плотность на свалке ТКО по усредненным данным ниже по сравнению с контролем: паукообразных – в 1,2 раза, многоножек – в 2,3, насекомых – 1,3 раза. Исключение составляют ракообразные, плотность населения которых выше на свалке в 1,3 раза по сравнению с прилегающей (контрольной) территорией. Динамическая плотность пауков на свалке выше по сравнению с контролем, а сенокосцев и акариформных клещей, напротив, ниже [6].

Фауна насекомых ЭГС массивов полигонов ТБО изучена пока недостаточно. Из низших насекомых на полигонах ТКО преобладают ногохвостки-коллемболы (Collembola). Так, например, на свалках бытовых отходов Подмосковья выявлена группировка коллембол, состоящая не менее чем из 42 видов. В ее составе преобладают ногохвостки Xenylla weicht, Desorta trispinata и Cryptopygus thermophilus. Доля видов семейства Hypogastmridae в общей численности - около 70%.  Средняя численность коллембол на полигонах ТБО составила 44 тыс экз/м2. Обилие ногохвосток различалось по стадиям захоронения отходов и было наименьшим на участках свежего мусора. По сезонным срокам учетов численность коллембол возрастала в конце лета и стремительно падала к середине осени [24].

Наибольшее число видов из насекомых на свалках составляет отряд двукрылых (Dipera). Из них превалируют синантропные мухи, в том числе комнатная муха (Muscina stabulans), домовая муха (Muscina stabulans), жигалка (Stomoxys calcitrans), падальная муха (Cynomyia mortuorum), червеедка обыкновенная (Pollenia rudis) и др., развитие личинок которых связано с обилием пищевых и органических отходов на свалках, а также благоприятными термо-влажностными условиями для развития личинок. Все они имеют важное эпидемиологическое значение, как механические переносчики возбудителей инфекционных и паразитарных болезней (возбудителей кишечных инфекций, полиомиелита, цист простейших, яиц гельминтов, эпидемического конъюнктивита и др.). Наличие личинок и куколок мух в свалочных грунтах, в почве населенных мест является прямым показателем (биоиндикатором) их загрязнения, плохой санитарной очистки территории, показателем неправильного сбора отходов, несвоевременного их удаления и обезвреживания. Мясные мухи (Piophilidae) откладывают яйца на трупы животных, птиц, гниющую и малосольную рыбу. Плодовые мухи (Drosophilidae) развиваются в гниющих овощах, фруктах, пивном сусле, посуде с остатками пищи, кормах животных. Сырные мухи (Piophilidae) откладывают яйца на соленую и копченую рыбу, сыр, ветчину, сало и др.

Следует отметить, что в последние десятилетия отмечено приобретение синантропности видами насекомых, которые до этого не являлись таковыми. Причем отмечено увеличение синантропности при движении с юга на север, т.е. по мере ухудшения условий питания.

Наряду с двукрылыми (Diptera) на свалках ТКО обитают и другие насекомые. Так, например, на полигоне ТКО г.Прокопьевска насекомые представлены классами Insecta-Entognatha и Insecta-Eсtognatha. Из класса Insecta-Entognatha отмечены немногочисленные виды отряда коллембол (Collembola). Класс Insecta-Eсtognatha представлен отрядами Heteroptera, Dermaptera, Coleoptera и Hymenoptera. По численности преобладают два последних отряда, на них приходится 81,1 % от всех сборов жуков на свалке и 82,3 % – в контрольной зоне. Из отряда Hymenoptera на свалке наиболее многочисленны муравьи рода Myrmica, а из Coleoptera – стафилиниды и жужелицы (Carabidae), однако их численность ниже, чем в контроле [6].

Среди позвоночных животных на территориях ЭГС массивов полигонов ТБО отмечены различные пресмыкающиеся (змеи – медянка, гадюка, уж, живородящая ящерица), птицы, а также млекопитающие.

Специфической особенностью орнитофауны этих ЭГС является обилие таких птиц, как врановые (Corvidae) и чайковые (Laridae) (рис. 7). Наличие большого количества пищевых отходов, которые представляют собой корм для многих птиц, привлекает на свалки огромное количество различных птиц. В ряде случаев из-за наличия свалок даже нарушаются сезонные миграции птиц, которые при наличии большого количества корма на свалках не мигрируют на юг в зимний период, а остаются на зимовку. Эти факты были отмечены в большом количестве во многих европейских странах, включая Россию, относительно чаек, аистов, стервятников, черных коршунов и др.

Так, например, на свалках твердых бытовых отходов городов Северного Кавказа в зимний период было зарегистрировано 98 видов птиц, что составляет 27,8% состава орнитофауны региона и 12,4% состава орнитофауны Российской Федерации [23]. На свалочных комплексах Северного Кавказа самым массовым зимующим видом был отмечен грач (Corvus frugilegus), на долю которого пришлось в среднем 55,0% орнитофауны. На свалках Ставрополя, Изобильного, Светлограда, Махачкалы, Ростова-на-Дону и Элисты массово зимуют хохотунья или степная чайка (Larus cachinnans), а также сизая чайка (Larus canus), составляющие около 25% орнитофауны. На свалках городов: Ессентуки, Алагир, Ардон, Назрань, и Баксан среди доминирующих видов зимней орнитофауны - домовый (Passer domesticus) и полевой (Passer montanus) воробьи, составившие, соответственно 14,9 и 16,9%% птичьего населения. На свалках Краснодара, Славянска-на-Кубани и Махачкалы на долю обыкновенного скворца (Sturnus vulgaris) пришлось 16,6% от общего числа орнитофауны.

Рис. 7. Чайки на полигонах ТБО в Московской области (а) и в Саратове (б) (www.saratovkp.ru)

Установлено, что на одну городскую свалку приходится в среднем около 3000, на сельскую – примерно 540 особей птиц. В зимний период на всех свалках Северного Кавказа зимует около 8,0 млн. птиц [23]. Общая биомасса птиц, зимующих на свалочных комплексах городов Северного Кавказа, составляет около 1700 кг, на сельских - 170 кг. В подобных условиях биомасса птиц может достигать 2000 т.

Таким образом, ЭГС массивов свалочных грунтов являются важнейшим фактором, регулирующим численность орнитофауны. Данный фактор можно использовать целенаправленно для обеспечения необходимого количества популяций отдельных видов птиц [23].

Наряду с птицами свалки привлекают и огромное количество млекопитающих: грызунов, бродячих собак и других хищников. Среди грызунов на свалках преобладают: домовая мышь (Mus musculus), серая крыса (Rattus norvegicus), черная крыса (Rattus rattus), лесная мышь (Apodemus uralensis), полевая мышь (Apodemus agrarius), желтогорлая мышь (Apodemus flavicollis), рыжая полевка (Cletrionomys glareolus) и др. При этом в средней полосе европейской части России преобладают домовая мышь и серая крыса. Поскольку большинство этих животных являются переносчиками опасных заболеваний, то они во многом определяют в районах ЭГС массивов ТБО санитарно-эпидемиологическую обстановку.

Свалки ТБО регулярно посещаются стаями бродячих собак и их одиночными особями. Кроме того, они посещаются бурым медведем (Ursus arctos), что становится характерным для многих регионов Сибири, а также посещаются белым медведем (Ursus maritimus) в Заполярье (рис. 8). Наряду с ними свалки посещаются лисами (Vulpes vulpes), волками (Canis lupus), а в приполярных регионах – песцами (Vulpes lagopus). Многие из перечисленных животных посещают свалки со своими детенышами, способствуя закреплению этого инстинкта.

Рис. 8. Белые медведи на свалке Новой Земли (а) и бурые медведи на свалке в Мурманской области (www.regnum.ru)

Многие из млекопитающих, посещающих городские свалки, являются переносчиками клещей, зараженных энцефалитом и боррелиозом, в связи с чем в ряде областей России (Карелия, Калужская и Томская области и др.)  отмечается увеличение опасности заражения человека этими заболеваниями.

Заключение

Таким образом, ЭГС массивов свалочных грунтов представляют собой весьма специфические образования, для которых определяющую роль играют их технолитотопы, представленные коммунальными отходами, богатыми органическими компонентами. Это в свою очередь влияет на состав техногенных почв (техногенных эдафотопов), а также техногенных микробо-, фито- и зооценозов.

При рассмотрении ЭГС массивов полигонов ТКО необходимо учитывать:

- особенности технолитотопа, к которым относится: специфический состав самих грунтов, особый температурный режим, возможность самовозгорания, широкий диапазон прочностных и деформационных свойств, обводненность, зависящая от систем водоотведения, наличие биогаза, специфический парагенез ЭГП по бортам тела полигона и т.д.; 

- особенности техноэдафотопа: маломощный почвенный покров технозёма или его полное отсутствие;

- особенности техномикробоценоза: преобладание микробов-сапрофитов, зависимость видового разнообразия микробов-сапрофитов от состава грунтов, наличия органики, повышенная плотность популяций и биомассы микробов-сапрофитов, наличие специфических не характерных для данного региона форм микробных сообществ;

- особенности технофито- и технозооценозов: формирование специфических техногенных фито- и зооценозаов, снижение видового разнообразия растений и животных, преобладание бродячих животных и падальщиков, увеличение численности синантропных насекомых.

Указанные особенности следует иметь ввиду при проведении эколого-геологических исследований на территориях данных ЭГС, а также при инженерно-экологических изысканиях.

Список литературы

1. Аревкин Ю.А. Прогноз загрязнения геологической среды в зонах свалок твердых бытовых отходов: на примере полигона "Тимохово". // Автореф. дис … канд. геол.-мин. н. - М.: 2002. – 24 с.
2. Баева Ю.И., Остапенко М.А. Оценка влияния полигонов твердых бытовых отходов на загрязнение почв полихлорированными бифенилами (на примере полигона ТБО Жирошкино городского округа Домодедово) // Вестник РУДН. Сер. Экология и безопасность жизнедеятельности. 2013. № 4. С. 68-78
3. Бартоломей А.А., Брандл Х., Пономарев А.Б. Основы проектирования и строительства хранилищ отходов. - М.: Изд-во АСВ, 2004. – 145 с.
4. Безуглова О.С., Невидомская Д.Г., Морозов И.В. Почвы полигонов твердых бытовых отходов и их экология. - Ростов-на-Дону: Изд-во Южного федерального ун-та, 2010. – 232 с.
5. Воскресенская О.Л., Воскресенский В.С., Алябышева Е.А. Накопление тяжелых металлов почвой и растениями в местах сбора и временного хранения твердых бытовых отходов // Научное обозрение. Биологические науки. 2014. № 1. С. 43-43
6. Еремеева Н.И., Раенко С.В. Структура населения герпетобионтов в условиях свалки твердых коммунальных отходов. - Успехи современного естествознания, № 2, 2018. - С. 76-80.
7. Зомарев А.М. Санитарно-гигиенический мониторинг полигонов захоронения твердых бытовых отходов (ТБО) на этапах жизненного цикла. / Автореф. дис. … докт. мед. н. - Пермь, 2010. – 23 с.
8. Замотаев И.В., Иванов И.В., Михеев П.В. Белобров В.П. Оценка состояния почв и растительности в районах размещения свалок и полигонов твердых бытовых отходов (обзор). - Почвоведение, 2018, № 7, с. 907-924
9. Замотаев И.В., Михеев П.В. Изменение микробиологических показателей почв в зоне влияния полигона твердых бытовых отходов // VII съезд Общества почвоведов им. В.В. Докучаева. Белгород, Россия, 15-22 августа, 2016. С. 220-221
10. Иванова Ю.С. Влияние несанкционированных свалок бытовых отходов на экологическое состояние почв (на примере территории г. Ульяновска). Автореф. дис. … канд. биол. н. Ульяновск, 2012. – 24 с.
11. Инструкция по проектированию, эксплуатации и рекультивации полигонов для твердых бытовых отходов от 2 ноября 1996 года. - М.: Министерство строительства РФ. 1996. – 39 c.
12. Королёв В. А. Очистка и восстановление геологической среды. – М.: ООО Сампринт, 2019. – 430 с.
13. Королёв В. А. Полигоны ТБО: есть ли альтернатива? // Инженерная геология. 2010. № 1. - С. 46-56.
14. Ларионов Н.С., Боголицын К.Г., Кузнецова И.А. Комплексная оценка влияния свалки твердых бытовых отходов г. Архангельска на компоненты природной среды // Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева). 2011. LV. № 1. С. 93-100.
15. Лега С.Н., Тихонова И.Н., Маршалкин М.Ф. Особенности трансформации травянистых экосистем поймы реки Юца под воздействием свалки строительного мусора и ТБО // Международный научно-исследовательский журнал. Вып. № 5(59). Май 2017. С. 95-98.
16. Любомирова В.Н. Комплексная оценка экологической опасности несанкционированных свалок твердых бытовых отходов в сельских районах Ульяновской области. / Автореф. дисс…. канд.биол. н. - Ульяновск, 2013. - 23 с.
17. Нотов А.А. Роль свалок и полигонов твердых бытовых отходов в формировании адвентивной флоры Тверской области. - Вестник ТвГУ. Серия "Биология и экология". Вып. 2, 2006, с. 101-116.
18. Оценка состояния почв и растительности в районах размещения свалок и полигонов твердых бытовых отходов (обзор) // И. В. Замотаев, И. В. Иванов, П. В. Михеев и др. // Почвоведение, 2018, № 7, с. 907-924
19. Попова Е.И. Содержание тяжелых металлов в почве и растительности на территории хранения твердых бытовых отходов // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 5. URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=21895 (дата обращения: 21.02.2024).
20. Попович В.В. Биоиндикация техногенных эдафотопов свалок с помощью изучения жизнедеятельности Lumbricus terrestris. - Вестник Тюменского государственного университета. Экология и природопользование. 2016. Том 2. № 2. 64-78
21. Попутникова Т.О. Экологическая оценка почв и отдельных компонентов окружающей среды в зоне размещения полигона твердых бытовых отходов. / Автореф. дисс…. канд. биол.н. - М.: 2010. – 24 с.
22. Родькина И.А., Самарин Е.Н. Защитные экраны, применяемые на полигонах ТКО в России и за рубежом // ТБО, № 12, 2018. С. 35-42.
23. Хохлов Н.А. Зимующие птицы свалок городов Северного Кавказа. / Автореф. дисс… канд. б. н. - Ставорполь, Ставр. гос. ун-т, 2006. – 23 c.
24. Шарин В.Г. Коллемболы (Hexapoda: Collembola) на свалках городских отходов в Подмосковье / Автореф. дисс…. канд. б. н. - М.: Межд. независимый эколого-политологический ун-т, 2005. – 24 c.