CC BY
14
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
УДК 630*114.22/26(571.513)
АНАЛИЗ СОДЕРЖАНИЯ НЕКОТОРЫХ ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОЧВ ПРИДОРОЖНОЙ ЗОНЫ (НА ПРИМЕРЕ УЧАСТКА АБАКАН-ЧЕРНОГОРСК ФЕДЕРАЛЬНОЙ ТРАСЫ Р-257)
С. В. Эрбес
Хакасский государственный университет им. Н. Ф. Катанова
В статье представлен анализ количественной оценки содержания подвижных форм некоторых тяжёлых металлов, гумуса и биогенных элементов в почвах придорожной зоны в пределах участка Абакан — Черногорск Федеральной трасы Р—257. Изучение почвенного компонента исследуемых придорожных экосистем показало, что придорожные почвы накапливают такие тяжёлые металлы, как цинк и свинец, содержание которых оказалось выше фоновых значений. Однако удалённость от дорожного полотна приводит к снижению в почвах содержания данных элементов. Увеличение расстояния от источника загрязнения также приводит к росту показателей, характеризующих уровень потенциального плодородия почв.
Ключевые слова: тяжёлые металлы, гумус, биогенные элементы, загрязнение почв, экосистема, цинк, свинец, почва.
Загрязнение почв токсичными веществами является одной из актуальных проблем современности. Интенсивная антропогенная нагрузка на природные экосистемы вызывает количественные изменения процессов поступления и трансформации элементов. Для сохранения плодородия почв, способности их к самовосстановлению и саморегуляции в условиях постоянного техногенного на них воздействия, наряду с контролем содержания загрязняющих веществ необходимо изучать особенности их аккумуляции и миграции.
Одним из наиболее опасных источников загрязнения является автотранспорт. Токсичные вещества поступают в экосистему в результате истирания шин, тормозных колодок, покрытия автодорог. В выхлопных газах автомобилей обнаруживается более 200 различных веществ, из которых только пять относятся к нетоксичным. С работой автомобильного транспорта связано загрязнение такими элементами, как свинец, кадмий, цинк и др. Особенно опасно накопление тяжёлых металлов в почвах и растениях. Почвы придорожных полос и пригородной зоны загрязнены тяжёлыми металлами намного больше, чем земли, удалённые от источников загрязнения [1; 2], что может сказаться на накоплении данных поллютантов в растениеводческой продукции [3].
В связи со сказанным исследования, направленные на получение сведений о содержании тяжёлых металлов и определённых их видов - особенно в почвах придорожных зон, являются актуальными.
Объектом нашего внимания является почвенный компонент придорожных территорий, прилегающих к Федеральной трассе Р-257 в пределах участка Абакан - Черногорск; предметом изучения выступили образцы почв, отбор которых производился по описанной ниже методике.
Цель данного исследования состоит в том, чтобы дать количественную оценку содержания отдельных тяжёлых металлов в почвах придорожных экосистем.
Для определения содержания гумуса, биогенных элементов и тяжёлых металлов с восточной стороны автотрассы на участке площадью 7 500 м2 были заложены 3 трансекты на расстоянии 200 м друг от друга. Пробы почвы отобраны в трёхкратной повторности с глубины 0-20 см на дистанциях 5 и 15 м по мере удаления от дорожного полотна в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02-84 «Охрана природы (ССОП). Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа» [4].
Значимость данного исследования заключается в необходимости изучения состояния почвенного покрова придорожных зон с интенсивным движением автотранспорта с целью осуществления систематического контроля уровня загрязнения и выработки рекомендаций по детоксикации придорожных почв для улучшения их экологического состояния. Актуальность нашей работы подтверждает ряд исследований смежного характера (см., например: [5-8 и др.]). Так, В. В. Гнеденко занимается изучением современного состояния и тенденций изменения содержания тяжёлых металлов в почвах Самарской области [5]; Ю. А. Антонова, М. А. Сафонова [6] и Е. С. Чагина [7] исследуют содержание тяжёлых металлов в городских почвах; Ел. В. Шанина и Ек. В. Шанина оценивают экологическое состояние урбанизированных почв г. Абакана (Республика Хакасия), в том числе и на предмет содержания в них тяжёлых металлов [8].
В отобранных нами образцах определяли содержание подвижного фосфора, обменного калия фотоколориметрическим методом по ГОСТ 26205-91 [9], кислотность среды (рНводн) - ионометрическим методом по ГОСТ 26423-85 [10], содержание гумуса - по ГОСТ 26213-91 [11], подвижные формы цинка и свинца - атомно-абсорбционным методом МУ по определению тяжёлых металлов в почве [12].
Гумус - важнейший показатель при оценке почвенного компонента любой экосистемы. Это органическое вещество необходимо для формирования водопрочной структуры, накопления питательных веществ, оно регулирует водный, воздушный режим, а также существенно влияет на накопление и поведение токсикантов в почве. Результаты агрохимических анализов смешанных образцов показали, что почвы исследуемых территорий
относятся к группе малогумусных, с содержанием органического вещества, равным 3,2 %. По мере удаления от дорожного полотна наблюдается увеличение содержания гумуса в почве в среднем на 25 %.
Такие важнейшие биогенные элементы, как подвижный фосфор (Р2О5) и обменный калий (К20), определяют продуктивность растений и возможность аккумуляции тяжёлых металлов в фитомассе. По степени обеспеченности Р205 и К20 почвы исследуемой территории относятся к группам с повышенным и высоким уровнем содержания данных элементов. Так, содержание фосфора и калия в среднем составило 48,7 и 416,0 мг/кг почвы соответственно. При этом с увеличением расстояния от дорожного полотна содержание подвижного фосфора и обменного калия увеличивается на 30 и 16 % соответственно.
Водородный показатель, наряду с гранулометрическим составом и обеспеченностью гумусом, определяет буферные свойства по отношению к тяжёлым металлам. рН водной вытяжки почв исследуемой территории в среднем составляет 7,95±0,1. Колебания в зависимости от расположения до дорожного полотна изменяются незначительно и находятся в пределах статистической погрешности. В целом можно сказать, что реакция среды почвенного компонента исследуемой территории находится на границе слабощелочной и щелочной (табл.).
Среднее содержание исследуемых биогенных элементов и некоторых тяжёлых металлов в почвах придорожных экосистем участка Абакан - Черногорск Федеральной трасы Р-257
Среднее содержание основных элементов
Расстояние от дорожного полотна, м рН водный Биогенные элементы, мг/кг Подвижные формы тяжёлых металлов, мг/кг
Р2О5 К2О Zn+2 РЬ+2
5 7,9 42,06 384,0 7,15 2,31
15 8,0 55,41 448,0 2,41 1,77
Среднее значение 7,95 48,73 416,0 4,78 2,04
ПДК, мг/кг - - - 23,0 6,0
Фон, мг/кг - 17 302 0,401 1,194
В соответствии с ГОСТ 17.4.1.02-83 [13] исследуемые тяжёлые металлы свинца и цинка относятся к первому классу опасности и являются высокотоксичными, наряду с бензопиреном, мышьяком и ртутью.
Средневзвешенное содержание в почвах исследуемых территорий ионов цинка составляет 4,78 мг/кг почвы, ионов свинца - 2,04 мг/кг (рис.).
_23
05 _
о.-7,15
I-
х ^
х
о ас
4,78 6 2,31 2,41 1,77 ^—2,04 [-
—I а—1 I I
0,4011,194
15 Среднее значение ПДК, мг/кг
Расстояние от дорожного полотна, м
Фон, мг/кг
5
^п+2 11^+2
Рис. Содержание подвижных форм тяжёлых металлов в зависимости от расстояния до дорожного полотна
Данные значения не превышают норматив ПДК, однако полученные величины выше фоновых значений в 7 раз. Так, содержание подвижного цинка в образце, отобранном на дистанции 15 м от дороги, в 6 раз больше, чем в фоновых показателях, а на расстоянии 5 м от полотна дороги - в 18 раз. Ситуация с подвижными формами свинца вызывает меньше беспокойств, так как превышение фона по данному элементу составляет 1,7 раза. По мере удаления от автодороги концентрация ионов цинка снижается на 66,3 %, а ионов свинца - на 23,3 %. Полученные данные свидетельствуют о том, что ионы свинца относительно равномерно распределяются на расстоянии 15 м от источника загрязнения. Подвижные формы цинка в меньшей степени рассеиваются по территории и концентрируются в непосредственной близости от места образования.
Суммарный показатель концентрации химических элементов (СПК) характеризует степень химического загрязнения почв обследуемых территорий вредными веществами различных классов опасности. Нами было установлено, что почвы исследуемой территории, примыкающие к Федеральной автотрассе Р-257 в границах городов Абакан - Черногорск, имеют СПК менее 16, что характеризует их как слабо загрязнённые, с удовлетворительной оценкой экологической обстановки.
Таким образом, на основании результатов выполненных исследований можно сделать вывод, что почвенный компонент придорожных экосистем, прилегающих к Федеральной трассе Р-257 в пределах городов Абакан -
Черногорск, накапливает такие тяжёлые металлы, как цинк и свинец, содержание которых выше фоновых значений. Более высокий уровень накопления зафиксирован в почвах, расположенных у дороги. По мере увеличения дистанции от дорожного полотна содержание данных элементов снижается в среднем в 2,5 раза, при этом ионы цинка менее мобильны по сравнению с ионами свинца. В целом почвы исследуемой территории по показателю СПК можно охарактеризовать как слабозагрязнённые.
Итак, содержание тяжёлых металлов по мере удаления от трассы уменьшается, а распределение гумуса и биогенных элементов по мере удаления от дорожного полотна носит противоположный характер. При увеличении расстояния от источника загрязнения наблюдается рост показателей, характеризующих уровень потенциального плодородия почв.
Библиографический список
1. Пархоменко, Н. А. Агроэкологическая оценка действия тяжёлых металлов в системе «почва-растение»: автореф. дис. ... канд. сельскохозяйственных наук / Н. А. Пархоменко. - URL: http://www.dissercat.com (дата обращения: 04.04.2017).
2. Нахаев, З. Н. Техногенное воздействие автомобильных дорог на экосистемы придорожной полосы / З. Н. Нахаев // Resour. Technol. -2003. - № 5. - С. 84-86. - URL: https://cyberleninka.ru/article/n/tehnogennoe-vozdeystvie-avtomobilnyh-dorog-na-ekosistemy-pridorozhnoy-polosy (дата обращения: 27.05.2018).
3. Чагин, В. В. Тяжёлые металлы в овощной продукции агротехзоны города Абакана / В. В. Чагин // Управление почвенным плодородием и питанием культурных растений. Экологические аспекты природопользования: сб. мат-лов, посвящённый 80-летию со дня рождения профессора, основателя и руководителя научной школы Ю. И. Ермохина / ФГБОУ ВПО «Омский государственный аграрный университет им. П. А. Столыпина». - Омск: Изд-во ОмГУ, 2015. - С. 172-177.
4. ГОСТ 17.4.4.02-84 Охрана природы (ССОП). Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа. - М.: Стандартинформ, 2008. 7 с.
5. Гнеденко, В. В. Современное состояние и тенденции изменения содержания тяжёлых металлов в почвах Самарской области / В. В. Гнеденко // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2011. - № 10. - С. 42-44.
6. Антонова, Ю. А. Тяжёлые металлы в городских почвах / Ю. А. Антонова, М. А. Сафонова // Фундаментальные исследования. - 2007. -№ 11. - С. 43-44.
7. Чагина, Е. С. Тяжёлые металлы в почвенном покрове города Абакана / Е. С. Чагина // Вестник Хакасского государственного университета им. Н. Ф. Катанова. - 2014. - № 10. - С. 14-15.
8. Шанина, Ел. В. Оценка экологического состояния урбанизированных почв юго-западной части г. Абакана / Ел. В. Шанина, Ек. В. Шанина // Вестник Хакасского государственного университета им. Н. Ф. Катанова. - 2012. - № 2. - С. 139-142.
9. ГОСТ 26205-91 Почвы. Определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Мачигина в модификации ЦИНАО / разраб. Л. М. Державин [и др.]. - М.: Изд-во стандартов, 1992. - 10 с.
10. ГОСТ 26423-85 Почвы. Методы определения удельной электрической проводимости, рН и плотного остатка водной вытяжки. - М.: Стандартинформ, 2011. - 6 с.
11. ГОСТ 26213-91 Почвы. Методы определения органического вещества / разраб. Л. М. Державин [и др.]. - М.: Изд-во стандартов, 1992. -6 с.
12. Методические указания по определению тяжёлых металлов и подвижных соединений в почве / сост. А. В. Кузнецов [и др.]; гл. ред. А. М. Артюшин. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: ЦИНАО, 1992. - 62 с.
13. ГОСТ 17.4.1.02-83 Охрана природы (ССОП). Почвы. Классификация химических веществ для контроля загрязнения / исп. С.Г. Малахов [и др.]. - М.: Стандартинформ, 2008. - 4 с.
© Эрбес С. В., 2018
