CC BY
56
УДК 631.41 (252.6) (470.621) ББК 40.34-24 (2Рос.Ады) О 95
Очерет Н.П.
Кандидат химических наук, доцент кафедры химии факультета естествознания Адыгейского государственного университета, Майкоп, тел. (8772) 593940, e-mail: [email protected] Тугуз Ф.В.
Кандидат географических наук, доцент кафедры географии факультета естествознания Адыгейского государственного университета, Майкоп, тел. (8772) 593936, e-mail:[email protected]
Физико-химические исследования и экологический мониторинг почв прибрежной зоны Краснодарского водохранилища
(Рецензирована)
Аннотация. Представлены современные экологические проблемы Краснодарского водохранилища; негативное влияние водохранилища на почвенный покров Республики Адыгея; результаты физико-химических исследований почв прибрежной зоны водохранилища: наличие ионов главного солевого состава, тяжелых металлов, кислотность. Отмечается высокий процент общей заболеваемости населения в этом регионе.
Ключевые слова: Краснодарское водохранилище, экологические проблемы, антропогенные факторы, почвы, заболеваемость, минеральный состав, тяжелые металлы, кислотность.
Ocheret N.P.
Candidate of Chemistry, Associate Professor of Chemistry Department of Natural Science Faculty, Adyghe State University, Maikop, ph. (8772) 593940, e-mail: [email protected] Tuguz F.V.
Candidate of Geography, Associate Professor of Geography Department of Natural Science Faculty, Adyghe State University, Maikop, ph. (8772) 593936, e-mail: [email protected]
Physical and chemical researches and environmental monitoring of coastal soils of the Krasnodar reservoir
Abstract. This paper discusses modern environmental issues of the Krasnodar artificial reservoir; negative impact of the reservoir on a soil cover of the Adyghea Republic; results ofphysical and chemical researches of soils in a coastal zone of the reservoir: availability of ions of the main salt structure and heavy metals, as well as acidity. The high percent of the general morbidity of the population in this region is noted.
Keywords: the Krasnodar reservoir, environmental problems, anthropogenic factors, soils, morbidity, mineral structure, heavy metals, acidity.
Введение
За последние годы наблюдается устойчивая тенденция ухудшения экологической ситуации экосистем биосферы и здоровья населения Республики Адыгея (РА). Экологические проблемы современности связаны с антропогенными воздействиями, под которыми понимают деятельность, связанную с реализацией экономических, рекреационных и других интересов человека, вносящую изменения в природную среду.
Краснодарское водохранилище - один из важнейших антропогенных факторов, влияющий на современную экологическую ситуацию Республики Адыгея.
Краснодарское водохранилище (Кубанское море) расположено на границе Краснодарского края и Республики Адыгея (рис. 1). Это искусственный водоем на реке Кубани, крупнейшее водохранилище на Северном Кавказе. Площадь - 420 км2, объем - от 2,0 км3 до 3,1 км3, длина - 40 км, ширина - до 15 км. Было наполнено в 1973-1975 годах, восточная часть нового водохранилища включила в себя существовавшее ранее Тшикское водохранилище.
Целью создания Краснодарского водохранилища была организация чекового рисоводства и борьба с сезонными паводками в низовьях Кубани. Организованное первоначально по водохранилищу судоходство в настоящее время прекращено из-за обмеления, вызванного речными наносами. В водохранилище непосредственно впадают левые притоки Кубани (с востока на запад) - Белая, Пшиш, Марта, Апчас, Шундук, Псекупс.
Рис. 1. Краснодарское водохранилище
На территории Адыгеи находится 92% поверхности Кубанского моря. Большие массивы земель, прилегающих к Краснодарскому водохранилищу, - это земли Теучежского, Красногвардейского и Тахтамукайского районов, - переувлажнены за счет значительного подъема грунтовых вод. Это приводит к угнетению и вымоканию посевов, оказывает разрушительное влияние на фундаменты жилых домов и хозпостроек. Приходят в аварийное состояние дороги, гибнут сады.
Постепенно произошли изменения климата в зоне влияния водохранилища в сторону повышения влажности воздуха, лето стало прохладнее, а зима мягче. Применение пестицидов при возделывании риса привело к тому, что остатки хлорорганических соединений обнаружены в питьевой воде, почвенном грунте. Вода в колодцах не соответствует нормативным требованиям в таких муниципальных образованиях, как Тахтамукайский, Теучежский и Красногвардейский районы, использовать такую воду не представляется возможным [1].
Эксплуатация Краснодарского водохранилища привела к изменению гидрологических условий, которые распространены на значительные площади вокруг этого водоема. Неблагоприятность гидрологических условий в отдельные годы приводила к искусственному превращению окружающих территорий в водно-болотные ландшафты, что в корне меняло всю экологическую ситуацию. В настоящее время в результате поднятия уровня грунтовых вод большую площадь занимают лугово-болотные, аллювиально-луговые и черноземовидные почвы, продолжается процесс деградации почв, снижается содержание гумуса, интенсивно проявляются процессы заиления, заболачивания и подтопления. Обширные площади некогда плодородных земель вышли из хозяйственного обращения [2].
Наиболее существенное негативное влияние на почвы прилегающих территорий к Краснодарскому водохранилищу оказывают тяжелые металлы, к которым условно относят химические элементы с атомной массой более 50. Считается, что среди химических элементов тяжелые металлы являются наиболее токсичными, так как обладают большим сродством с физиологически важными органическими соединениями, способными к медленному накоплению в живых организмах, вызывающими отрицательное воздействие на их рост и развитие.
Состав почв и грунтов имеет важнейшее значение для оценки экологического состояния той или иной территории, так как почвы представляют тройной интерес: как начальное звено пищевых цепей, как интегральный показатель экологического состояния окружающей среды и как источник вторичного загрязнения приземного слоя атмосферы, поверхностных и
грунтовых вод. Кроме вторичного негативного воздействия на здоровье населения через продукты питания или загрязнения вод и воздуха возможно и прямое воздействие загрязненных почв на здоровье населения, особенно детей, за счет непосредственного контакта и поступления почвы в организм.
Методы и материалы исследований
В работе были использованы физико-химические методы исследования: гравиметрический, фотоколориметрический, титриметрический методы химического анализа.
Отбор образцов почвы производили методом многократного квартования. Из полученного таким образом однородного материала готовили водную вытяжку, которую использовали для определения ионов главного солевого состава, тяжелых металлов и кислотности.
Результаты исследований и их обсуждение
Результаты определения содержания ионов главного солевого состава в образцах почв, взятых на прилегающих земельных участках Республики Адыгея, с различной антропогенной нагрузкой представлены в таблице 1.
Таблица 1
Содержание ионов главного солевого состава в исследуемой почве (2016 г.)
№ Исследуемая почва Cl" СОз2- SO42- Ca2+ NO3- Fe3+ Al3+ Na+
1. Зона трассы - + - - + - - - + - - - +
2. Прибрежная зона + - - + - - - + - - - - -
3. 500 м от водохранилища - + + - - - - - + - - - -
4. 1000 м от водохранилища - - - - + - - + - + - - -
Содержание ионов в мг на 100 мл вытяжки 1-0,1 0,1-0,01 о in 10-1 1-0,1
Химический анализ почв рассматривают как одно из наиболее важных средств познания природы почв, их генезиса, оценки плодородия, мелиоративных особенностей и пригодности для использования в любых целях.
2 2+ 3+ 3+ +
Главные ионы основного солевого состава (СГ, 804", Са , N03, Ре , А1 , № ) обнаруживаются по характерным признакам химических реакций. В почве, взятой вблизи Краснодарского водохранилища, отмечается повышенное содержание хлоридов, карбонатов и ионов Са2+, что связанно с высокой антропогенной нагрузкой на почву. Нитрат-анионы не обнаруживаются.
Для определения карбонат-аниона использовали солянокислую вытяжку. В образцах почв, взятых в прибрежной зоне водохранилища, наблюдается «вскипание» почвы, что свидетельствует о высоком содержании карбонат-ионов. Почва сильнокарбонатная. В образцах почвы, взятой на расстоянии 500 и 1000 метров, отмечается едва заметное «вскипание». Почва слабокарбонатная.
Наиболее вредными солями для растений являются: карбонат натрия (№2С03), хлориды (№С1, М§С12, СаС12) и сульфат натрия (№2804), то есть легкорастворимые соединения. Избыточное количество растворимых солей создает повышенную концентрацию ионов в почвенном растворе, что снижает плодородие и экологическое состояние почвы.
Качественное определение ионов главного солевого состава: СГ, 804 , СОз , Са , N0^, Ре3+, А13+, №+ и др. - позволяет по характеру осадка определить их количественное содержание в мг на 100 мл почвенной вытяжки.
Наличие ионов водорода (рН) в исследуемой почве колеблется в пределах 4,5-6,5, что свидетельствует о кислой среде. Отрицательное действие повышенной кислотности чаще всего связано со следующими явлениями и процессами: подавление почвенной микрофлоры, в первую очередь бактериальной, необходимой для азотфиксации, минерализации и синтеза гумуса и многих других процессов; повышение содержания алюминия, железа и марганца. Особенно вреден подвижный (растворенный) алюминий, угнетающе действующий как на
почвенную микрофлору, так и на сами растения.
Для определения количественного содержания тяжелых металлов (Те, 2п, Си) в исследуемой почве использовали фотоколориметрический метод. Преимущество этого метода состоит в доступности, скорости, высокой чувствительности и относительной простоте выполнения [3].
Для обработки пробы и приготовления стандартных растворов использовались реактивы марки х. ч.
Определение проводили по общепринятой методике проведения колориметрических исследований, то есть для каждого из этих металлов (Бе, 2п, Си) определяли соответствующую длину волны и толщину рабочего слоя, кюветы. Результаты определения тяжелых металлов в исследуемой почве представлены в таблице 2.
Таблица 2
Содержание тяжелых металлов Бе, Си, 2п в исследуемой почве с различным уровнем антропогенной нагрузки, мг/л (2016 г.)
№ Исследуемая почва Fe Cu Zn
1. Зона трассы 0,056 0,07 1,01
2. 1000 м от водохранилища 0,4 0,06 0,89
3. 500 м от водохранилища 0,55 0,08 0,98
4. Прибрежная зона 0,64 0,105 1,12
5. ПДК 0,50 0,1 1,0
Результаты определения железа в исследуемой почве свидетельствуют о том, что концентрация его увеличивается по мере приближения к прибрежной зоне водохранилища и превышает предельно допустимую концентрацию (ПДК).
Определение меди в почвенной вытяжке основано на образовании окрашенного сине-фиолетового цвета соединения меди с концентрированным раствором аммиака:
Си2+ + 4№0Н = Си(№)42- + 4Н20.
ПДК меди в почве 0,1 мг/л, лимитирующий показатель вредности. Содержание меди в образцах почвы с различным уровнем антропогенной нагрузки находится в пределах нормы. Незначительное превышение меди отмечается в прибрежной зоне водохранилища.
Метод определения цинка в почве основан на образовании окрашенного в красный цвет соединения цинка с дитизоном и дальнейшем его извлечении дитизонатом цинка в слой че-тыреххлористого углерода при рН 4,5-4,8. Результаты определения цинка в образцах почвы, взятых в прибрежной зоне водохранилища, свидетельствуют о превышении его ПДК.
Опасность тяжелых металлов в первую очередь определяется их устойчивостью в среде, биологической доступностью и вероятностью вызывать негативные эффекты в очень малых концентрациях. Их токсичность проявляется в способности легко аккумулироваться животными организмами. Обычно тяжелые металлы скапливается в почве в виде карбонатов, сульфатов, сульфидов, адсорбируются минеральными и органическими остатками.
Однако в повышенных концентрациях тяжелые металлы накапливаются и становятся токсичными для растений и людей. При этом в почве нарушаются физико-химические процессы, изменяется качественный состав гумуса и всего поглощающего почвенного комплекса, включая микробиологические процессы, аккумулируются токсические соединения, что в конечном итоге приводит к снижению почвенного плодородия.
Возрастающие масштабы антропогенной деятельности обуславливают необходимость учета и прогнозирования изменений в окружающей среде, оценки возможного развития. Сегодня последствия ухудшения окружающей среды выражается в целом ряде экологических проблем, связанных с состоянием атмосферы, гидросферы, биоразнообразия, здоровья людей. В условиях активной антропогенной деятельности загрязнение окружающей среды токсичными элементами стало особой проблемой. Достаточно сказать, что для токсичных металлов в принципе не существует надежных механизмов самоочищения.
Проблемность ситуации состоит еще и в том, что для тяжелых металлов существует
ряд альтернативных путей поступления и аккумуляции их, например, в сельскохозяйственной продукции.
Важность понимания проблемы загрязнения продукции тяжелыми металлами определяется тем, что сельскохозяйственные культуры и животные находятся на более высоком уровне в пищевой цепи продукционного процесса и используются как продукты питания человека. Это приводит к накоплению тяжелых металлов вдоль пищевой цепи, к тяжелым заболеваниям человека и животных [4].
Проведенные физико-химические исследования образцов почв с различным уровнем антропогенной нагрузки свидетельствуют о современных экологических проблемах Краснодарского водохранилища, которые оказывают серьезное влияние на здоровье людей.
В большинстве населенных пунктов, расположенных в зоне влияния водохранилища (Тахтамукайский, Теучежский и Красногвардейский районы), высокий уровень заболеваемости вирусным гепатитом, лептоспирозом и др. В этих трех муниципальных образованиях процент общей заболеваемости увеличивается, особенно по инфекционным заболеваниям и злокачественным новообразованиям. В 2015 г. в целом по республике показатель заболеваемости злокачественными новообразованиями составил 347,2 на 100 тыс. населения. Средний показатель заболеваемости злокачественными новообразованиями за 2012-2014 гг. в г. Адыгейске составил 325,7 на 100 тыс. населения, в Красногвардейском районе - 251,6, в Тахтамукайском районе - 289,3. В структуре выявленных злокачественных новообразований по Республике Адыгея преобладают злокачественные новообразования кожи, трахеи, бронхов и легкого, желудка. Заболеваемость злокачественными новообразованиями по районам Республики Адыгея показана на рисунке 2.
Рис. 2. Заболеваемость злокачественными новообразованиями по районам РА
Таким образом, длительная эксплуатация Краснодарского водохранилища негативно отразилась на прилегающих к нему землях Краснодарского края и Республики Адыгея. Краснодарское водохранилище является мощным накопителем тяжелых металлов, нефтепродуктов, фенолов, пестицидов, азотных соединений и других химических соединений. Повсеместно отмечается поднятие грунтовых вод, продолжается процесс деградации почв бо-
лее чем на 17 тыс. га. Изменение режима влажности и качества грунтовых вод оказало разрушительное влияние на фундаменты жилых домов и хозяйственных построек. Все это значительно повлияло на здоровье населения. Поэтому для контроля экологической ситуации в зоне влияния водохранилища необходим постоянный экологический мониторинг окружающей среды. Активизация экологического мониторинга на территории зоны воздействия Краснодарского водохранилища необходима в целях оздоровления населения и окружающей среды, для устойчивого развития региона.
Примечания:
1. Елисеева Н.В. Экологическое состояние прибрежной зоны Краснодарского водохранилища // Приемы повышения урожайности риса. Краснодар, 2000. С. 28.
2. Ципинова Б.С. Экологическое состояние почв и изменение земельного фонда прибрежной зоны Краснодарского водохранилища Республики Адыгея: дис. ... канд. биол. наук. Ростов-н/Д, 2006. 125 с.
3. Булатов М.И., Калинкин И.Б. Практическое руководство по фотоколориметрическим методам анализа. Л.: Химия, 1986. 432 с.
4. Содержание тяжелых металлов в лекарственных растениях при эрогенном загрязнении территории. / Е.Г. Мишвелов, Ф.М. Батурина, И.В. Бегдай, И.Г. Орлова // Вестник Ставропольского государственного университета. Наука о Земле. 2004. № 37. С. 136-140.
References:
1. Eliseeva N.V. Ecological condition of the coastal zone of Krasnodar reservoir // Methods of increasing of rice yields. Krasnodar, 2000. P. 28.
2. Tsipinova B.S. Ecological condition of soil and change of the land fund of the coastal zone of Krasnodar Reservoir of the Republic of Adygheya: Diss. for the Cand. of Biology degree. Rostov-on-Don, 2006. 125 pp.
3. Bulatov M.I., Kalinkin I.B. Practical Guide to photo-colorimetric methods of analysis. L.: Chemistry, 1986. 432 pp.
4. The content of heavy metals in medicinal plants with erogenous area pollution / E.G. Mishvelov, F.M. Ba-turina, I.V. Begday, I.G. Orlova // Bulletin of Stavropol State University. Earth Science. 2004. No. 37. P. 136-140.
