CC BY
22АГРОЭКОЛОГИЯ
УДК 634.1 УДК 634.1
ДИНАМИКА ИЗМЕНЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ВАЛОВЫХ ФОРМ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ ВОЛГОГРАДА
И.В. Спиридонова, А.А. Околелова, д.б.н., Н.Г. Кокорина, Волгоградский ГТУ, А.С. Иванова, Волгоградская ГСХА
Приведены результаты определения валовых форм тяжелых металлов ^Ь, Cd, Zn, ^, Co, Ш, Щ, As) за 2006-2009 годы в почвах Волгограда. На их накопление в почвах сказывается удаленность от источника загрязнения. Превышение нормативов и фоновых значений не выявлено. Установлена динамика изменения накопления каждого из рассмотренных элементов.
Ключевые слова: валовые формы тяжелых металлов (ТМ), почвенный покров, накопление, концентрация, динамика, антропогенное воздействие.
Антропогенный пресс способствует формированию в ур-боландшафтах хемоземов - почв, подвергшихся химическому загрязнению тяжелыми металлами (ТМ) и металлоидами, содержание которых превышает существующие нормативы. С целью составления научно обоснованных прогнозов возможности накопления тяжелых металлов в почвах и ландшафтах необходимо определить основные факторы, способствующие их аккумуляции.
Методика. Нами были выбраны объекты, различающиеся удаленностью от источника загрязнения, видом землепользования, типом почв. Мониторинговые площадки были заложены в 2006 г. на различном удалении от основного источника загрязнения (ОАО «Химпром», рис.). Основным видом его деятельности является производство химической продукции технического назначения (полимеры, пластификаторы, растворители, синтетические моющие средства, инсектопрепара-ты). Загрязнение окружающей среды происходит в основном за счет выбросов в атмосферу поллютантов органической и неорганической природы.
Кардиоцентр
ВОАО «Химпром»
Рис. Удаленность от источника загрязнения
Контроль содержания элементов проводили в течение четырех лет - с 2006 по 2009 гг. Отбор почвенных образцов проведен согласно существующим ГОСТам. Атомно-адсорбционным методом на приборе «СПЕКТ-5» определяли РЬ, Сё, 2и, Си, Со, N1. Анализ почв на содержание ртути (Щ) проводили атомно-адсорбционным методом на приборе «Юлия-МК». Мышьяк (Л8) в почве определяли на фотоколо-
риметре «ФЭК-3». Содержание органического углерода анализировали на приборе «Флюорат-Люмекс ЗМ».
Результаты и их обсуждение. Сумма поглощенных катионов в исследуемых почвах изменяется в широком диапазоне - от 7,30 до 77,83 мг-экв./100 г почвы. Наименьшие величины выявлены в почвах Григоровой балки. Диапазон изменения содержания поглощенного натрия в исследуемых почвах - 0,05-1,13 мг-экв./100 г почвы. Эти величины не типичны для сухостепной зоны каштановых почв. Минимальное поглощение натрия в исследуемых почвах можно объяснить вытеснением его другими катионами, в частности, тяжелыми металлами, приток которых на почвенный покров в условиях урболандшафтов и источников загрязнения постоянен.
Окислительно-восстановительные условия обуславливают особенность процессов почвообразования. Для исследуемых почв характерно изменение рН от слабокислой в почвах санатория «Волгоград» (6,24) и Кардиоцентра (6,40), нейтральной (6,24-7,27) и слабощелочной (7,70-8,12). Наиболее высокая щелочность у светло-каштановых почв санитарно-защитной зоны (сзз) ОАО «Химпром» и Лапшин сада, соответственно, 8,03 и 8,12.
Карбонатность почв, степень их выщелоченности являются индикаторами классификационного различия почв [3]. Низкое содержание карбонатов кальция в исследуемых почвах - четко выраженная провинциальная особенность антропогенно нарушенных почв урболандшафтов.
Плотность почв колеблется от 1,01 до 1,04 г/см3. Плотность твердой фазы незначительно варьирует в пределах 2,11 -2,30 г/см3, что типично для исследуемых почв. Порозность изменяется от 51 до 62 %. Большая порозность выявлена в светло-каштановой почве санитарно-защитной зоны (сзз) ОАО «Химпром». Порозность аэрации в почвах урболандшафтов изменяется в диапазоне 31-49 %. Лучшая острукту-ренность у почв ботанического памятника природы Григоро-вой балки - фактор, способствующей меньшему накоплению в ней поллютантов.
Содержание органического углерода определяли в почве санитарно-защитной зоны ОАО «Химпром» и Григоровой балки (2007-2009 гг.) (табл. 1.).
1. Содержание органического угле] эода в почве, %
Объект Горизонт 2007 г. 2008 г. 2009 г.
Санитарно-защитная зона ОАО «Химпром» А1 В1 2,45 2,65 2,47 2,58 1,68 1,82
Григорова балка А1 В1 1,76 1,53 1,88 1,71 1,56 1,36
Отчетливо видно преобладание органического углерода за все годы наблюдений в почве санитарно-защитной зоны, в 2009 г. наблюдается тенденция к его снижению. В светло-каштановой целинной почве содержание Сорг составляет 0,65 %. Превышение этих значений в 3-4 раза в аналогичной светло-каштановой почве санитарно-защитной зоны ОАО «Химпром» можно объяснить привносом органических соединений, источником которых являются выбросы цехов, производящих синтетические моющие средства, полимеры и пластификаторы.
При изучении микробиологических свойств почв было установлено, что наиболее активными являются бактерии Bacillus sp. и Azotobacter sp. Активность микроорганизмов в
почве санитарно-защитной зоны ОАО «Химпром» вдвое ниже, чем в почве Григоровой балки. Загрязнение почв тяжелыми металлами приводит к снижению численности азотфикси-рующих бактерий [2] Минимальное и максимальное содержание валовых форм ТМ в почве исследуемых объектов (20062008 гг.) приведено в таблице 1.
Ртуть. В незагрязненных почвах пределы колебаний содержания ртути - 0,01-0,7 мг/кг [7]. В исследуемых почвах Волгограда доля ртути невысока и составляет 0,006-0,068 мг/кг. Наибольшая ее аккумуляция за четыре года отмечена в почве сзз ОАО «Химпром», достигая 0,68 мг/кг. Почва Гри-горовой балки отличается практически неизменным содержанием этого элемента. Свинец. А.П. Виноградов предложил кларк свинца, равный 10 мг/кг. В почвах исследованных объектов доля свинца находится в широком диапазоне - от 2,46 до 34,30 мг/кг. Максимальная его концентрация выявлена в почве сзз ОАО «Химпром» в 2009 году - 34,30 мг/кг. Наименьшая доля свинца за все годы наблюдений характерна для почв Григоровой балки (2,46-9,70 мг/кг). Кадмий. Концентрация кадмия в почве колеблется в диапазоне от 0,2-1,0 до 3-5 мг/кг [4,6]. В исследуемом почвенном покрове его содержание изменяется в диапазоне 0,06-1,07 мг/кг. Наибольшее значение в почве сзз ОАО «Химпром». Наименьшая его концентрация - в почве «Григоровой балки (0,07-0,16 мг/кг).
2. Минимальное и максимальное содержание ТМ и мышьяка _в почве исследуемых объектов, мг/кг_
Элемент Max Min Кларк Фон1 ПДК ОДК
Pb 34,30 2,46 10 16 32 130
Cd 1,07 0,06 Нет 0,16 0,5 2
Zn 488,7 5,49 50 54 55 220
Cu 182,0 2,48 20 20 33 132
Hg 0,068 0,006 0,10 0,15 2,1 -
As 12,7 0 5 5,2 2 10
Co 9,96 0,39 8 12 - -
Ni 33,0 1,76 40 35 20 80
Примечание: 1 — Письмо Минприроды РФ № 04-25, Роскомзема №
61-5678 от 27.12.93
Цинк. Фоновое содержание цинка в почвах Волгоградской области составляет 25-65 мг/кг [5]. В почвах исследуемых объектов доля цинка колеблется в широком интервале от 5,49 до 488,70 мг/кг. В почве сзз ОАО «Химпром» концентрация цинка превышает ПДК и ОДК. Наименьшие содержания цинка выявлено в почве Григоровой балки (8,75-15,50 мг/кг). Мышьяк. Содержание мышьяка изменяется в диапазоне 012,7 мг/кг. Наименьшая величина - в почве Григоровой балки, но за четырехлетний период доля мышьяка увеличивается до 5,4 мг/кг. Кобальт. Природное содержание кобальта в почве изменяется в широких пределах: от 1 до 40 мг/кг [6]. Фоновое содержание кобальта в почвах Волгоградской области составляет 0,40-4,0 мг/кг [5]. В почвах урболандшафтов доля кобальта колеблется в интервале от 0,39 до 9,96 мг/кг. Наименьшие значения характерны для почв Григоровой балки. Никель. Кларк по А.П. Виноградову равен 40 мг/кг. В почвах исследуемых объектов доля никеля колеблется в интервале от 1,76 до 33,0 мг/кг. Наибольшее значение никеля характерно для почвы сзз ОАО «Химпром», наименьшее - в почве Григоровой балки. Медь. Нормативы концентрации меди в почвах России изменяется от 23 до 55 мг/кг [4,6]. Фоновое содержание меди в почвах Волгоградской области составляет 1,5-30 мг/кг [6]. Доля меди в почвах исследуемых объектов изменяется в широком диапазоне - 2,48-182,00 мг/кг. Максимальное ее значение выявлено в почве сзз ОАО «Химпром» в течение всего периода наблюдений и достигает 182,00 мг/кг.
Установлено [7], что среднее содержание элементов в почве убывает в ряду (2005): Zn > Cd > Hg. В исследуемых нами E-mail: kokorinaNG@vandex.ru
CONCENTRATION-TIME PATTERN OF TO
образцах почв эта зависимость сохраняется, но ряд можно расширить. По полученным результатам был построен аккумулятивный ряд. Селективность ионного обмена можно описать следующей последовательностью: Zn > Pb > Ni > Cu > As > Co > Cd > Hg.
Установленную нами последовательность можно объяснить химическими свойствами элементов. Zn, Cd и Hg - элементы подгруппы цинка, полные аналоги, каждый в своем периоде. Потенциал ионизации ртути самый высокий в своей группе. Соединения свинца в обычных условиях устойчивы по отношению к воздуху и воде и амфотерны, поэтому устойчивы при изменении окислительно-восстановительных условий [1]. Сорбция кадмия в щелочной среде снижается [8]. Этим можно объяснить его меньшее содержание в почве по сравнению с цинком. Никель относится к элементам, легко образующим комплексы [1,8], что делает его соединения относительно более устойчивым по сравнению с другими элементами правой части селективного ряда. Химическая активность меди невелика. В отсутствии окислителей ее соединения устойчивы по отношению к основаниям. Соединения кобальта растворимы, поэтому более подвижны, поэтому их меньше по сравнению с другими элементами левой части селективного ряда [1]. Мышьяк имеет несколько аллотропных форм. Неметаллическая модификация менее устойчива, чем металлическая. В обычных условиях металлическая модификация устойчива по отношению к воздуху и воде [1]. Положение мышьяка в рассмотренном нами ряду можно объяснить преобладанием неметаллической формы.
Степень концентрации тяжелых металлов в почве позволяет расположить объекты в следующем порядке: санитарно-защитная зона ОАО «Химпром» > Соленый пруд > Кардиоцентр > лугово-каштановая почва Лапшин сада > санаторий «Волгоград» > светло-каштановая почва Лапшин сада > Гри-горова балка.
Максимальная степень загрязнения почв тяжелыми металлами выявлена в сзз ОАО «Химпром». В почве Соленого пруда, расположенного ближе всего к зоне влияния ОАО «Хим-пром», выявлена большая концентрация свинца, кобальта, преобладание других элементов. Существенно снижены по сравнению с другими урболандшафтами концентрации Pb, Zn, Cu, Co, Ni в почве памятника природы Григорова балка. Мышьяк, ртуть и кадмий также имеют невысокие значения. Накопление загрязняющих веществ органической и неорганической природы подстегивает процесс их обоюдного закрепления в почве, в результате образования элементоргани-ческих соединений.
Лучшее экологическое состояние лугово-каштановой почвы Григоровой балки можно объяснить отсутствием хозяйственной деятельности на территории памятника природы и наибольшей удаленностью по сравнению с другими объектами от источника выброса. Литература
1. Ахметов, Н.С. Неорганическая химия. /Ахметов Н.С. М. Высш. Шк. 1969. -640 с. 2. Вальков, В. Ф. Иллювиальный эффект в явлениях генезиса и экологии почв / В. Ф. Вальков // Экология и биология почв: проблемы диагностики и индикации : матер. межд. науч. конф. - Ростов н/Д, 2006. - С. 64-67. 3. Вальков, В. Ф. Очерки о плодородии почв / В. Ф. Вальков, К. Ш. Казеев, С. И. Колесников. - Ростов н/Д : Изд-во СКВНЦ ВШ, 2001. - 240 с. 4. Водяницкий Ю. Н. Тяжелые металлы и металлоиды в почвах. М. ГНУ Почв. Ин-та им. В.В. Докучаева. 2008. -164 с. 5. Дегтярева, Е. Т. Почвы Волгоградской области. / Дегтярева Е. Т., Жулидова А.Н. Волгоград. Нижн-Волжск. Кн. Изд-во. 1970.- 320 с. 6. Нейтрализация загрязненных почв. / Под ред. Ю. А. Мажайского. Рязань. Россельхозакадемия. 2008. -528 с. 7. Орлов, Д. С. Химия почв / Д. С. Орлов, Л. К. Садовникова, Н. И. Суханова. -М.: Изд-во МГУ : Высш. Шк. 2005. - 558 с. 8. Kabata-Pendias A., Pendias H. 1999. Biogeochemia pierwiastkow sladowych. PWN War-szawa.
L HEAVY METALS IN VOLGOGRAD SOILS
I. V. Spiridonova, A.A. Okolelova, N.G. Kokorina, A.S. Ivanova* Volgograd State Technical University, pr. Lenina 28, Volgograd, 400131 Russia * Volgograd State Agricultural Academy, pr. Universitetskii 26, Volgograd, 400002 Russia
The contents of total heavy metals (Pb, Cd, Zn, Cu, Co, Ni, Hg, and As) in the Volgograd soils in 2006—2008 were determined. Their accumulation in soils depended on the distance form the contamination source. No excess above the norms and background levels was found. The accumulation—time pattern of each element under study was specified.
Key words: total heavy metals, soil cover, accumulation, concentration, dynamics, anthropogenic impact.
