В статье приведены результаты трехлетних исследований по оценке воздействия техногенных выбросов на свойства сероземов обыкновенных Алматинской и Южно-Казахстанской областей.
Введение Проблема тяжелых металлов в условиях загрязнения требует пристального внимания, особенно в пригородных зонах крупных мегаполисов, где необходим постоянный контроль за почвой и гигиеническая оценка производимой продукции. Согласно исследованиям, чем выше суммарная буферность почвы и внесенных в нее органических субстратов, тем меньше негативное воздействие техногенных загрязнителей [1]. Поэтому это свойство почвы следует учитывать при оценке степени загрязнения и как средство борьбы с загрязнением.
Ввиду того, что загрязненные почвы часто используются для выращивания сельскохозяйственных культур, то встает вопрос об их пригодности и о восстановлении их плодородия. В этом случае необходимо знать агрохимические показатели почв, потому, что в число профилактических мер входит их окультуривание, которое направлено на повышение содержания гумуса и обогащение фосфатами [2]. Наиболее уязвимым в отношении загрязнения считаются почвы легкого гранулометрического состава и с небольшим содержанием гумуса. С целью изучения степени воздействия техногенных выбросов на почву и возникновения экологических рисков, связанных с накоплением ТМ, прогноза их проявления проводились исследования, результаты которых изложены в данной статье.
Материалы и методы Объекты исследований - почвы территорий, прилегающих к промышленной зоне Алматинской теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) и АО «Южполиметалл».
Отбор проб проводился в направлении господствующих ветров на различном расстоянии от объекта.
Методы: содержание гумуса по И.В.Тюрину; содержание тяжелых металлов методом атомно-адсорбционной спектроскопии с извлечением подвижных форм тяжелых металлов ААБ рН4,8, 1М р-р HNO3, 1М р-р NH4NO3; электропроводность почв с помощью моста Уинстона на электрофорезном анализаторе переноса массы (модель 1202 Micromeritics instrument corporation); активность почвенных ферментов: каталаза – перманга- натометрическим методом; дегидрогеназа методом Козлова К.А. и Михайловой Э.Н.; инвертаза – метод Гофмана и Палпауфа; уреаза по Галстяну А.Ш.
Результаты и их обсуждение Наиболее уязвимыми в отношении загрязнения считаются почвы легкого гранулометрического состава и с небольшим содержанием гумуса.
Почвы, прилегающие к районам Алматинской ТЭЦ-2 и ЗАО «Южполиметалл» как раз и относятся к таким разновидностям. В этой связи данные почвы представляют особый интерес для изучения.
По результатам наших исследований, содержание железа и цинка в сероземных почвах на территории Алматинской ТЭЦ-2 в восточном направлении уменьшается с 9,7 и 0,66 мг/кг на расстоянии от объекта 100 м до 56,59 и 2,15 мг/кг на расстоянии 10000 м (рисунок 1).
Рисунок 1 – Содержание подвижных форм ТМ в почвах территории Алматинской ТЭЦ
Содержание свинца и кадмия снижается при удалении от объекта на 400 м с последующим возрастанием до 10 км. Содержание свинца колеблется в пределах 2,68-6,15 мг/кг почвы и его можно считать потенциально опасным, так как по категории загрязненности эти почвы относятся от среднего до очень высокого уровня загрязнения, поэтому с особой осторожностью здесь можно допускать возделывание сельскохозяйственных культур или проведение каких-либо детоксикационных мероприятий. Загрязнение почв кадмием в сравнении с фоновым содержанием увеличивается в 5 раз и составляет 0,09-0,58 мг/кг почвы. Четко выраженной зависимости между содержанием ТМ и расстоянием от объекта не установлено, загрязнение происходит в двух направлениях.
В сероземах, прилегающих к территории ЗАО «Южполиметалл» содержание тяжелых металлов превышает все предельные уровни загрязнения (по И.Важенину) (рисунок 2). При этом четко прослеживается закономерность: чем дальше от объекта, тем меньше загрязнение. Однако максимальные значения в западном направлении отмечены на расстоянии 1000 м от завода. В большей степени загрязнены почвы в восточном направлении. Содержание свинца на расстоянии 3000 м почти в 10 раз меньше, чем в непосредственной близости от объекта, кадмия в 4 раза, цинка в 2 раза и железа в 15 раз.
Оценка буферности почв к тяжелым металлам показала, что изучаемые почвы по показателям: содержание гумуса, гранулометрический состав, состав и сумма обменных катионов, биологическая активность, имеют удовлетворительную оценку и при увеличении нагрузок на почвы, может произойти коренной сдвиг в свойствах почвы, который может привести к утере их плодородия (таблица 1).
Рисунок 2 – Содержание подвижных форм ТМ в почвах АО «Южполиметалл»
Таблица 1 – Шкала частных оценок буферности сероземов обыкновенных почв к тяжелым металлам
Одним из показателей буферной устойчивости почв может служить ее электропроводность, характеризующая экологическое состояние почвы и степень антропогенного воздействия. Как видно из данных таблицы 2 электрическое сопротивление почв, отобранных в южном направлении от АТЭЦ-2, закономерно снижается с удалением от источника выбросов – от 6500 до 4300 ом в соответствии с содержанием ТМ в почве. За исключением тех почв, которые были отобраны на расстоянии 1 км. В восточном направлении наоборот, электрическое сопротивление возрастает при удалении от источника выбросов – от 3300 до 5600-6500 ом. Это можно объяснить преобладающей розой ветров – более частые восточные ветры. При этом интенсивность выбросов свинца и кадмия в этом же направлении больше, чем в южном.
Таблица 2 - Изменение электропроводности исследуемых почв (слой 0-20 см) в зависимости от влияния техногенных выбросов
В соответствии с этим изменяется и удельная электрическая проводимость почв – в южном направлении она наименьшая на расстоянии 200 м – 1,80×10-4, и при удалении от источника выбросов при снижении содержания подвижных форм ТМ она снижается до 2,80×10-4.
Если проследить за распределением тяжелых металлов, то в районах действия промпредприятий оно имеет свои особенности. Так, распределение кадмия независимо от расстояния отличается однообразием и колеблется в пределах 0,29-0,60 мг/кг с небольшой аккумуляция на расстоянии 1 км в южном направлении от АТЭЦ-2. В почвах ЗАО
«Южполиметалл» содержание подвижных форм кадмия превысило значения ПДК в 2-75 раз. Содержание свинца в почвах района АТЭЦ-2 не превышает принятых ПДК, но в почвах ЗАО «Южполиметалла» оно также значительно выше и составляет 149-1094 мг/кг. Такая же закономерность характерна и в накоплении цинка в почвах.
Уровень загрязнения почв тяжелыми металлами может оцениваться качественно и количественно. При этом количественные показатели приобретают особое значение, являясь своего рода экологическими нормативами. Определение степени техногенного загрязнения почвы дает возможность рационального размещения сельскохозяйственных культур на территориях. Нами рассчитан суммарный показатель загрязнения почвы тяжелыми металлами (Zc), который учитывает содержание их валовых форм, подвижных форм извлекаемых различными реагентами (ацетатно-аммонийным буфером рН4,8 и 1М раствором HNO3). Эти реагенты позволяют извлекать из почвы и определять те формы и то количество тяжелых металлов, которое может быть поглощено растениями [5].
Для расчета этого показателя за основу нами взяты формулы Саета Ю.Е. (1990 г.), учитывающая реальное содержание химического вещества в почве, его фоновое содержание, число суммируемых (определяемых) элементов и формулы Мороз А.В. (2001 г.), которая помимо этих показателей включает поправочные коэффициенты на тип, гранулометрический состав, степень окультуренности, коэффициент классов загрязняющих веществ, балл земель по антропогенной нагрузке [6]. Согласно проведенным расчетам, почвы отличаются по накоплению тяжелых металлов и представлены уровнями загрязнения от допустимого до высокого опасного уровня (таблица 3).
Таблица 3 – Содержание подвижных форм ТМ в почвах техногенно загрязненных районов (среднее за 2009-2011 гг.)
Выводы Сопоставляя данные полученные нами с градацией загрязненности следует сказать, что состояние почв в районе Алматинской ТЭЦ-2 можно рассматривать как допустимую экологическую ситуацию и при этом необходимо соблюдать меры по недопущению загрязнения почв. Почвы в районе ЗАО «Южполиметалл» находятся в состоянии опасной и высоко опасной экологической ситуации.
При этом при ведении сельского хозяйства необходимо учитывать виды культур, их устойчивость к воздействию токсикантов, в частности тяжелых металлов.
На почвах содержащих тяжелые металлы в значительных концентрациях рекомендуются к возделыванию устойчивые к токсическому воздействию технические или зерновые культуры. Нежелательным является выращивание зеленых овощных культур, активно накапливающих тяжелые металлы, а также растений, используемых в пищу в сыром виде.
Литература
- Помазкина Л.В., Котова Л.Г., Лубнина Е.В. Биогеохимический мониторинг и оценка режимов функционирования агроэкосистем на техногенно загрязняемых почвах. - Новосибирск, 1999. – 208 с.
- Еремин Е.В. Состояние агроценозов вдоль автомагистралей и железных дорог //Агрохимический вестник. – 2002. - №3. – С.12-18
- Важенин И.Г. Методические рекомендации по обследованию и картографиро- ванию почвенного покрова по уровням загрязненности промышленными выбросами. – М., – 27 с.
- Ильин В.Б. Оценка существующих экологических нормативов содержания тяжелых металлов в почве // Агрохимия. – 2000. - № – С.74-79.
- Ладонин В.Ф. Соединения тяжелых металлов в почвах – проблемы и методы //Почвоведение. – 2002. - №6. – С.682-691
- Мороз А.В. Расчет суммарного показателя загрязнения почвы тяжелыми металлами // Аграрная наука. – 2001. - № – С.6-7