CC BY
52
Т а б л и ц а 6. Динамика обменного калия в почве под культурами севооборота по фазам роста и
развития растений, мг/кг
Культуры севооборота Слой почвы, см Фазы роста и развития растений
сев озимой пшеницы весеннее кущение озимой пшеницы выход в трубку зерновых, 8-10 листьев подсолнечника Колошение зерновых, цветение подсолнечника полная спелость подсолнечника
Озимая пшеница по занятому пару 0-20 20-40 366 280 368 286 354 286 344 280 350 278
Озимая пшеница по озимой 0-20 20-40 356 278 362 280 350 279 349 260 347 265
Яровой ячмень 0-20 20-40 - 360 275 360 270 356 266 350 270
Подсолнечник 0-20 20-40 - 362 280 357 275 342 272 332 272
Таким образом, из элементов минерального питания большему отчуждению подвергается азот. Из сказанного следует, что без радикальных компенсационных мероприятий сохранить плодородие черноземов не представляется возможным, в итоге - утрата плодородия почв, их продуктивности и опустынивание.
Литература
1. Подколзин А.И. Плодородие почвы и эффективность удобрений в земледелии юга России / МГУ. - М., 2001. - 182 с.
2. Куприченков М.Т.,. Антонова Т.Н, Симбирцев Н.Ф., Цыганков Н.С. Земельные ресурсы Ставрополья
и их плодородие. - Ставрополь, 2002. - 312 с.
3. Марьин А.Н. Земли сельскохозяйственного назначения Ставрополья: мониторинг, деградация, охрана. -М. : Колос, 2010. - 396 с.
4. Новиков А.А. Равновесное состояние азота в системе почва-растение //Труды Кубанского государственного аграрного университета. - 2007. - № 4 (8). - С. 124-127.
5. Бабушкин В.М., Кривоконева Е.Ю., Новиков А.А. Природные ресурсы черноземов обыкновенных юга
России и их рациональное использование [Текст]. - Новочеркасск: Лик, 2013. - 169 с.
УДК 631.416.8 Канд. биол. наук М.А. ЕФРЕМОВА
(СПбГАУ, marina_efremova@mail.ru) Канд. с.-х. наук Ф.С. МОГХАНМ (Университет Кафр-эш-Шейх, Египет, fsaadr@yahoo.com) Аспирант А.С. ВЯЛЬШИНА
(СПбГАУ, moroshka90@yandex.ru)
ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ САНИТАРНОЙ ЗОНЫ ПОЛИГОНА ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ «ЮЖНЫЙ»
Мониторинг, радионуклиды, тяжелые металлы, полигон твердых бытовых отходов, категория загрязнения почвы
Загрязнение окружающей среды токсичными химическими элементами в хозяйственно развитых регионах представляет в настоящее время серьезную опасность. Концентрирование тяжелых металлов (ТМ) и металлоидов вблизи источников их выбросов и сбросов приводит к постепенному рассеянию токсичных элементов на территории примыкающих ландшафтов, что может сопровождаться значительным увеличением их концентрации в почвах сельскохозяйственных угодий, городских и сельских поселений [1,2]. Загрязнение почвы также может являться причиной ухудшения качества сопредельных природных сред: атмосферного
воздуха, грунтовых и поверхностных вод, а следовательно причиной снижения уровня санитарно-гигиенических условий жизни населения загрязняемого региона.
Сравнительные исследования по определению природных и антропогенных количеств тяжелых металлов, попадающих в атмосферу, показали, что при антропогенной деятельности выделяется приблизительно в 15 раз больше Cd, в 100 раз больше Pb, в 13 раз больше ^ и в 21 раз больше 2п, чем при естественных процессах [3].
Антропогенные источники обогащения почв токсичными микроэлементами можно расположить по мере снижения их вклада в формирование величины загрязнения среды в следующий ряд: тепловые электростанции; предприятия черной металлургии; предприятия по добыче и переработке нефти; транспорт; предприятия цветной металлургии; изготовление строительных материалов; жидкие и твердые бытовые отходы; пестициды, органические и минеральные удобрения [4].
На урбанизированной территории крупным источником загрязнения почв являются твердые бытовые отходы. В крупном промышленном городе образуется примерно 0,3 т бытового мусора в год из среднего расчета на одного горожанина. По набору химических элементов в бытовых отходах и по их концентрации бытовой мусор не уступает отходам промышленных предприятий. Бытовой мусор вывозится на полигоны для захоронения, где нередки случаи его возгорания. В продуктах сжигания, по некоторым данным, концентрация олова, свинца, сурьмы, кадмия, висмута, серебра в сотни раз повышена по сравнению с содержанием элементов в литосфере. В пыли, уловленной при сжигании бытового мусора, концентрация цинка в 350 раз превышает его концентрацию в литосфере, концентрация свинца - в 600 раз, концентрация кадмия - в 1800 раз [5]. Пыль с ТМ переносится на почвы сопредельных с полигоном ТБО территорий, кроме того, можно предположить, что загрязнение пограничных территорий токсичными элементами также может происходить в результате смыва химических элементов с техногенных возвышенностей, сформированных посредством складирования ТБО.
В группу ТМ и металлоидов входит 57 химических элементов [6], степень опасности которых сильно варьирует. Целью наших исследований явилось определение степени загрязнения территории, непосредственно примыкающей к полигону твердых бытовых отходов (ТБО) «Южный»,тяжелыми металлами ^^ №, Cd), неметаллами (As, Se), а также радиоактивными химическими элементами. Полигон располагается в Ломоносовском районе Ленинградской области вблизи Волхонского шоссе.
Выяснение степени токсичности химических элементов с точки зрения санитарно-гигиенического нормирования их содержания в природной среде является целью многочисленных исследований. Ряды токсичности элементов, приведенные в разных литературных источниках, могут с разной степенью значимости отличаться друг от друга, в зависимости от того, какие критерии были положены в основу метода оценки токсичности. Согласно действующим в Российской Федерации нормативам документам (ГОСТ 17.4.1.02-83) свинец, кадмий, мышьяк и селен относятся к элементам 1-го класса токсичности, т.к. обладают канцерогенными и мутагенными свойствами. Никель и медь специалисты считают менее опасными и относят ко 2-му классу токсичности. В то же время никель официально включён в группу веществ, которые могут привести к возникновению новообразований, в том числе к канцерогенным эффектам (СанПиН 1.2.2353-08). Современные экотоксикологические исследования, проведённые нидерландскими учеными с 17 тяжёлыми металлами и металлоидами в почвах, привели к выводу о том, что никель и медь в почве следует считать более опасными в почве металлами, чем свинец, который прочно удерживается почвой и слабо мигрирует по сопредельным средам и пищевым цепочкам [6]. Ряд токсичности исследуемых в нашей работе химических элементов согласно результатам этих исследований может быть представлен в следующем виде: Se>Cd>Ni>Cu>As>Pb.
Пробы почвы территории санитарной зоны полигона ТБО «Южный» были отобраны с пробной площадки размером 10х10 м2, на расстоянии не более 30 м от полигона, у подножия искусственно сформированной возвышенности (посредством складирования бытовых отходов). С пробной площадки было отобрано три смешанных пробы. В каждой пробе были измерены валовое содержание ряда химических элементов ^^ As, №, Cd, Se) и концентрации их подвижных соединений в почве. Валовое содержание токсичных элементов было определено в вытяжке 5 М азотной кислоты, соотношение почва: раствор составило 1:5.
Подвижные соединения элементов были выделены из почвы ацетатно-аммонийным буфером с рН 7,0 [5]. Измерения ТМ в растворах были выполнены на атомно-абсорбционном спектрометре АА-7000 с электротермической атомизацией образца. Радионуклидный состав почвы (226Яа, 232ТЬ, 40К, и её активность были определены на гамма-спектрометре МКГБ
«РАДЕК».
Содержание естественных радионуклидов в биогеоценозе определяется радиоактивностью горных пород, скоростью геохимических и биохимических процессов, протекающих при его становлении и развитии. По данным А.Л. Виноградова, кларки естественных радионуклидов в земной коре составляют: ТЪ - 9-10"4%, Яа - 1-10"10%, что соизмеримо с кларками таких стабильных элементов, как РЬ, №, Со [8].Содержание радионуклидов в почвах в среднем ниже, чем в материнских горных породах: ТЪ - 6-10"4% (24,4 Бк/кг), 40К - 3,9^10"4% (370 Бк/кг) [9]. Большее количество радионуклидов приурочено к верхней части почвенного профиля, что обеспечено выносом их корневой системой растений и концентрацией в органическом веществе гумусового горизонта.
Некоторые отрасли промышленности выпускают продукцию с повышенным количеством естественных радиоактивных веществ, используемую населением в быту. Это строительные материалы, удобрения, детекторы дыма, керамика, стеклянные изделия.По окончании использования эти промышленные изделия вместе с другими отходами жизнедеятельности оказываются на полигоне по хранению бытовых отходов. Можно предположить, что радионуклиды, содержащиеся в размещенных на полигоне отходах, участвуют в поверхностной и внутрипочвенной миграции, загрязняя окружающую среду. Однако в почвах периферийной зоны полигона ТБО «Южный» содержание 22^а и 232ТЪ было сопоставимо со среднемировыми значениями и составило соответственно: 41,8±12,1 и 32,9±5,6 Бк/кг. Содержание 40К (868,5±88,6 Бк/кг) было в 2,4 раза больше среднемирового значения, что, по-видимому, обеспечивается большим количеством отходов, богатых этим элементом. По данным наших измерений, почвы санитарной зоны полигона ТБО не содержали в своем составе искусственный радионуклид 137С8.
Результаты определения содержания тяжелых металлов и металлоидов приведены в таблице. Санитарно-гигиеническое нормирование содержания тяжелых металлов и металлоидов в почве базируется на установленных ранее безопасных для человека уровнях концентрации этих элементов в сопредельных с почвой средах. Основными критериями для оценки загрязнённости почвы являются предельно-допустимая (ПДК) и ориентировочно-допустимая концентрации (ОДК) токсичных элементов в почве. Валовое содержание химических элементов в исследуемой почве превышает их ОДК (табл.). Так, содержание РЬ превышает установленный норматив в 27 раз, As -в 8,6 раза, Си - в 14,4 раза, № - в 1,2 раза. Валовое содержание Cd в почве полигона несколько ниже ОДК. Концентрация селена в исследуемой почве оказалась ниже предела обнаружения атомно-абсорбционного спектрометра и в таблице не приводится.
Метод определения содержания подвижных соединений токсичных элементов в почве (экстракция ацетатно-аммонийным буфером с рН 7,0) не совпадает со стандартным методом определения подвижной доли токсичных элементов, принятым в РФ при санитарно-гигиенической оценке состояния территорий, однако используется в научно-исследовательской работе [7]. В нашей стране для определения содержания подвижных соединений ТМ в почвах используется ацетатно-аммонийный буфер с рН 4,8. При этом предполагается, что выделившиеся в буферный раствор микроэлементы можно считать доступными для растений, т.е. способными мигрировать по пищевой цепи. Различие двух методов определения по величине рН экстрагирующего раствора должно сказаться на количестве вытесняемых из почвы химических элементов. Ацетатно-аммонийный буфер с рН 4,8 более соответствует природной кислотности дерново-подзолистых почв. Снижение кислотности буфера может провоцировать некоторые процессы, способствующие возрастанию растворимости органических соединений гумусовой природы, изменению ёмкости поглощения рН-зависимых оксидов Fe, А1, Мп, влияя тем самым на выход токсичных элементов в экстрагирующий раствор. Известно, что повышение рН среды способствует снижению подвижности тяжелых металлов (Cd, РЬ, №, Си) и предположительно увеличивает подвижность оксианионов As и Se.
Т а б л и ц а. Содержание тяжелых металлов и мышьяка в почве
Показатель Cd Pb As Cu Ni
Измеренное валовое содержание, мг/кг 1,77±0,03 3471±31 86,44±0,43 1900±50 94,0±2,0
Содержание подвижных соединений, мг/кг 0,024±0,001 0,199±0,001 0,008±0,001 3,70±0,44 0,34±0,01
Доля подвижных соединений, % 1,36 0,01 0,01 0,2 0,36
ОДК, мг/кг 2,0 130,0 10,0 132,0 80,0
Фоновое валовое содержание, мг/кг [8] 0,17 18,0 2,62 41,0 17,0
Анализ результатов эксперимента показывает, что доля подвижных соединений токсичных элементов от общего их количества в почве (при выбранном методе экстракции) очень низка и составляет менее 1% для всех элементов кроме кадмия. Данные аналитических исследований подвижной доли ТМ в незагрязненных дерново-подзолистых почвах, выполненные разными авторами в стандартных условиях (вытяжка ацетатно-аммонийным буфером с рН 4,8), демонстрируют немногим более высокие результаты с долей подвижной фракции Cd - около 3,0%, Cu, Ni, Zn - 1,0% [10, 11]. В техногенно загрязненных почвах подвижность металлов может быть значительно выше [12].
Согласно многочисленным исследованиям подвижность ТМ возрастает с увеличением кислотности почвы, при облегчении её гранулометрического состава, при снижении содержания органических веществ [1, 2, 6, 12]. Исследуемая почва является средним суглинком с близкой к нейтральной реакцией среды (рНка 5,9) и высоким содержанием органического вещества (5,99±0,29%). Эти свойства обусловливают прочное удерживание в почве токсичных элементов, что является необходимым условием функционирования полигона для хранения отходов.
Категория загрязнения почвы токсичными веществами была оценена по суммарному показателю загрязнения (Zc), при расчете которого учитываются фактическое содержание тяжелых металлов и металлоидов в почве и региональное фоновое содержание этих элементов. Для исследуемой почвы этот показатель очень высокий - 284 балла. В соответствии с оценочной шкалой, приведенной в нормативном документе МУ 2.1.7.730-99,исследуемая почва имеет чрезвычайно опасную категорию загрязнения, что может привести к неблагоприятному изменению показателей здоровья населения, проживающего вблизи полигона ТБО «Южный».
Из всего вышеизложенного можно сделать следующие выводы.
1. В почвах санитарной зоны полигона ТБО «Южный» содержание естественных
226^ 232^ 40т/-
радионуклидов Ra и In сопоставимо со среднемировыми показателями почв, содержание К в 2,4 раза выше.
2. Радиоактивный цезий в исследуемых почвах не обнаружен.
3. Почвы периферической зоны полигона «Южный» имеют чрезвычайно высокую категорию загрязнения в связи с высоким содержанием токсичных химических элементов: свинца, мышьяка, меди и никеля. Концентрация кадмия в почвах не превышает установленные нормативы.
4. Доля подвижных соединений исследуемых тяжелых металлов в почве низка. Металлы по степени увеличения подвижности образуют следующий ряд: Cd>Ni>Cu>Pb.
Л и т е р а т у р а
1. Агроэкология/ Под ред. В.А. Черникова, А.И. Чекереса. - М.:Колос,2000. -536 с.
2. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. - Л.: Агропромиздат, 1987.- 142 с.
3. Campbell P.G.C., Stokes P.M., Galloway J.N. The effect of atmospheric deposition on the geochemical cycline and biological availability of metals // Heavy metals in the environment 2: Heidelberg international conference. - Edinburgh. 1983. - P. 760.
4. Исидоров В.А. Экологическая химия. - СПб.: Химиздат, 2001. - 304 с.
5. Мотузова Г.В. Принципы и методы почвенно-химического мониторинга.-М.: Изд-во МГУ, 1988. - 101 с.
6. Водяницкий Ю.Н. Загрязнение почв тяжелыми металлами и металлоидами и их экологическая опасность (аналитический обзор)// Агрохимия. - 2013.- № 7. - С. 872-881.
7. Sánchez-Martín M.J., García-Delgado M., Lorenzo L.F., Rodríguez-Cruz M.S., Arienzo M. Heavy metals in sewage sludge amended soils determined by sequential extractions as a function of incubation time of soils// Geoderma - 2007. - № 142. - P. 262-273
8. Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных элементов в почвах. -М.: Изд-во АН СССР,1957. - 238 с.
9. Искра А.А., Бахуров В.Г. Естественные радионуклиды в биосфере.- М.: Энергоиздат,1981. -124 с.
10. Кузнецов Н.П., Нику шина Т.К., Мажайский Ю.А., Пчелинцева С.А.Тяжелые металлы в почвах Рязанской области // Химия в сельском хозяйстве. -1995.- № 5.- С. 22-25.
11. Суслина Л.Г., Анисимова Л.Н., Круглов С.В., Анисимов В.С. Накопление Cu, Zn, Cd и Pb ячменем из дерново-подзолистой и торфяной низинной почв при внесении калия и различном рН // Агрохимия. -2006. - № 6. -С. 69-79
12. Пинский Д.Л. Закономерности сорбции цинка и кадмия почвами и почвенными компонентами // Цинк и кадмий в окружающей среде. - М.: Наука, 1992. -С. 106-118.
