CC BY
16
Элементный состав почвенных экосистем, подверженных техногенной нагрузке
С.Н. Яковлева, аспирантка, Р.Р. Фаткуллин, д.б.н., профессор, ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ
Тяжёлые металлы относятся к классу наиболее опасных загрязнителей окружающей среды, называемых суперэкотоксикантами. Накапливаясь в растениях, они по трофическим цепям с кормом и продуктами питания попадают в организм животных и человека, вызывая различные заболевания. Опасность увеличивается ещё и потому, что растения без видимых признаков отравления могут накапливать токсичные для человека и животных концентрации также непосредственно из воды и воздуха [1, 2].
На территории Челябинской области работает более 150 предприятий, занимающихся добычей и переработкой природного сырья. Ведущая отрасль промышленности Челябинской области — металлургическая. Более 60% всего объёма промышленной продукции области относится к данному направлению. Основные предприятия чёрной металлургии — это ОАО «Магнитогорский комбинат», металлургические заводы горнозаводской зоны Урала (Аша, Златоуст), ОАО «Челябинский металлургический комбинат», метизов (Челябинск, Магнитогорск), заводы по производству труб, комбинаты по выпуску ферросплавов (Челябинск) и многие другие предприятия [3—6]. К предприятиям цветной металлургии Челябинской области относятся ОАО «Александринская горно-рудная компания», ЗАО «Кыштымский медеэлектролитный завод», ОАО «Челябинский цинковый завод», ЗАО «Кара-башмедь», ОАО «Уфалейникель», которые производят цинк, никель, рафинированную медь.
Учитывая, что сельскохозяйственные экосистемы представляют собой основной источник производства продуктов питания растительного и животного происхождения, а продуктивность животных и качество животноводческой продукции во многом зависят от особенностей биотического круговорота в агроэкосфере и геохимии аграрных ландшафтов, целью исследования явилось изучение загрязнения тяжёлыми металлами почв сельскохозяйственного назначения пос. Нагайбакский Нагайбакского района Челябинской области [4].
Освоенность сельскохозяйственных угодий в Нагайбакском районе достаточно высокая. Район специализируется на животноводческом и растениеводческом производстве. Основная задача сельского хозяйства в районе — это интенсификация использования освоенных сельскохозяйственных угодий. В настоящее время на территории На-гайбакского муниципального района работают 9 сельскохозяйственных предприятий, из них 5 специализируется на животноводческом и растениеводческом производстве, 4 предприятия
на производстве сельскохозяйственных культур. В целом район аграрный, но имеет свои геохимические особенности, связанные с меднорудными зонами. ОАО «Александринская горнорудная компания» — предприятие по добыче и первичной обработке медесодержащей руды с одного из крупнейших в России медно-цинковых месторождений — «Александринского», а также месторождения «Чебачье». Рудник «Александринский» и обогатительная фабрика имеют производительность 400 тыс. т руды в год. Обогатительная фабрика выпускает такую продукцию, как медь в медном концентрате 9000 т в год, цинк в цинковом концентрате 6000 т в год.
Материал и методы исследования. Почвенный покров в Нагайбакском районе довольно разно -образен, что находится в прямой зависимости от почвообразования, климата, рельефа, растительности, гидрологии материнских пород. Преобладающими почвами являются чернозёмы. В процессе исследования был проведён локальный мониторинг содержания химических элементов (железо, медь, цинк, кобальт, свинец, марганец, магний, кадмий, никель, хром) в почвах с территории горнорудных ландшафтов. Почвенные образцы отбирали с помощью сапёрной лопатки методом прикопок в соответствии с принятыми в геохимии и почвоведении методиками. На каждой пробной площадке в трёх равноудалённых друг от друга точках из верхнего гумусового слоя от 0 до 15 см отбирали образцы почвы. Далее, тщательно перемешав их, методом конверта брали усреднённую пробу, которая и подвергалась дальнейшим операциям согласно ГОСТу 17.4.3.01-83 «Почвы. Общие требования к отбору проб». Для исследования почвы и растения были отобраны с пяти почвенных площадок (ПП): ПП 1 — поле подсолнуха; ПП 2 — поле донника; ПП 3, 4 — поля естественного разнотравья; ПП 5 — поле гречихи. Почвы доводились до воздушно-сухого состояния. Образцы почв растирали в ступке и просеивали через сито с диаметром отверстий 1 мм. В таком виде почвы были готовы к элементному анализу.
Содержание химических элементов в почвах определяли методом атомно-абсорбционной спектрофотомерии на спектрофотометре ААС-30 согласно методическим указаниям 52.18.191-89 «Методические указания. Методика выполнения измерений массовой доли кислорастворимых форм металлов (меди, свинца, цинка, никеля, кадмия) в пробах почвы атомно-абсорбционным анализом». Статистический анализ результатов проводился с помощью программы Microsoft Excel 2010 и языка R.
Результаты исследования. Результаты исследования показали, что в поверхностном слое почвы всех
Содержание химических элементов в образцах почвы землепользования пос. Нагайбакский Челябинской области, мг/кг (п=10)
Химический элемент Почвенная площадка ПДК
ПП 1 ПП 2 ПП 3 ПП 4 ПП 5
Железо 1026,8±10,47 778,6±0,14 772,3±0,14 932,3±0,12 1200,2±0,11 4200,0
Медь 113,66±5,00 111,85±0,17 120,77±0,17 119,57±0,17 110,2±0,16 100,0
Цинк 176,3±0,22 168,66±0,16 189,57±0,16 161,34±0,16 115,2±0,13 110,0
Кобальт 9,48±0,16 9,86±0,11 18,9±0,13 9,82±0,11 9,59±0,10 50,0
Свинец 33,0±0,12 12,87±0,12 10,38±0,12 7,94±0,13 8,05±0,11 32,0
Марганец 851,2±0,11 1026,2±0,12 1331,5±0,11 1105,6±0,12 1202,2±0,10 1500,0
Кадмий 0,34±0,16 0,20±0,15 0,21±0,15 0,25±0,14 0,28±0,12 2,0
Никель 0,13±0,14 8,11±0,14 8,15±0,14 7,30±0,12 8,84±0,11 50,0
почвенных площадок концентрация цинка и меди превышала допустимые уровни (табл.). При этом самый высокий уровень цинка выявлен в почвах поля, где произрастает естественное разнотравье (ПП 3) — 58,02%, а самый низкий уровень цинка, превысивший ПДК на 4,72%, был выявлен в слое почвы поля, засеянного гречихой (ПП 5).
Аналогичная закономерность установлена и для меди, содержание которой в почве поля, где произрастает естественное разнотравье (ПП 3), превысило ПДК на 20,77%, а в почвах поля, где произрастает гречиха, — на 10,2%. На ПП 1 зафиксировано превышение свинца в 1,3 раза. Содержание в почвах никеля (0,18—8,84 мг/кг), кадмия (0,13—0,28 мг/кг) было в пределах оптимального для почвы уровня.
Таким образом, анализ результатов исследования и их сравнения с оптимальным содержанием химических элементов в почвах показал снижение доступности для растений кобальта и кадмия. Так, содержание кобальта в почвах полей под подсолнухом (ПП 1), донником (ПП 2), луговым разнотравьем (ПП 4), гречихой (ПП 5) составляло 9,48+0,16 мг/кг, 9,86+0,11 мг/кг, 18,19+0,13, 9,82+0,12 мг/кг и 9,59+0,10 мг/кг соответственно и находилось на нижней границе оптимального для растений уровня. Концентрация марганца и железа в почвах всех полей была ниже оптимальных значений в 1,9 и 4,5 раза соответственно.
Вывод. Проведённое исследование образцов почв, находящихся под кормовыми культурами, свидетельствует о высоком содержании цинка, меди, что, на наш взгляд, может быть связано с залежами медно-цинковых и никелевых руд.
Литература
1. Таирова А.Р., Сенькевич Е.В., Мухамедьярова Л.Г. Тяжёлые металлы в экологическом мониторинге // Молодость, талант, знания — ветеринарной медицине и животноводству: матер. Междунар. науч.-практич. конф. Т. 3. Троицк: УГАВМ, 2010. С. 368.
2. Фаткуллин Р. Р., Гизатуллина Ю.А. Тяжёлые металлы в трофической цепи «почва — растение — тело пчелы — продукция пчеловодства» как показатель загрязнения окружающей среды // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2017. № 4 (66). С. 271—273.
3. Гуменюк О.А., Жаксыбаева М.У. Оценка техногенного воздействия ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» на объекты окружающей природной среды // Инновационные проекты студентов в биологии, экологии и зоотехнии: матер. междунар. студенч. науч.-практич. конф. Троицк: ФГБОУ ВПО «УГАВМ». 2014. С. 159-164.
4. Мещерякова Г.В., Ешпанова Ж.Е. Миграция тяжёлых металлов в биологических объектах пищевой цепи // Научно-производственный журнал «Наука». Костанай. 2014. № 4-1. С. 220-221.
5. Таирова А.Р., Шарифьянова В.Р., Ахметзянова Ф.К. Геохимическая оценка почв лесостепной зоны Южного Урала // Учёные записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана. 2013. Т. 214. С. 412-416.
6. Фаткуллин Р.Р., Гизатуллина Ю.А. Оценка загрязнённости трофической цепи «почва - растение - тело пчелы - продукция пчеловодства» тяжёлыми металлами в условиях лесостепной зоны Южного Урала // Инновационные проекты студентов в биологии, экологии и зоотехнии: матер. междунар. студенч. науч.-практич. конф. Троицк: ФГБОУ ВПО «УГАВМ», 2014. С. 152-154.
Трансформационная способность свинца в агроценозах Оренбуржья
О.Я. Соколова, к.б.н., О.А. Науменко, к.м.н., Е.В. Бибар-цева, к.м.н., ФГБОУ Оренбургский ГУ; Т.Н. Васильева, к.б.н., Оренбургский НЦ УрО РАН
Антропогенное загрязнение экосистемы Оренбуржья приводит к дисбалансу биогеохимического элементного состава почвы и, как результат, ускоряет разнообразные трансформационные процессы, что влечёт за собой дисбаланс минеральной составляющей в цепи биогеоценоза и в целом всей экоси-
стемы [1—4]. Один из мотивов поступления тяжёлых металлов в экосистему — это размещение вблизи от автодорог различных промышленно-аграрных объединений, сельхозугодий, полей и хозяйств, а также энергично работающих индустриально-промышленных комплексов, квалифицирующихся по категории выбросов и загрязнений к I классу опасности. Мощное антропогенное действие на окружающую среду оказывает влияние и на изменение биогеохимической ситуации погра-
