CC BY
134
УДК 550.4
И. В. Кураева
Институт геохимии, минералогии и рудообразования им. Н. П. Семененко
ФОРМЫ НАХОЖДЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ТЕХНОГЕННО-ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВАХ ПРИ ПОЛИЭЛЕМЕНТНОМ ЗАГРЯЗНЕНИИ
Изучены формы соединений тяжелых металлов при загрязнении предприятиями различного профиля: угледобывающая промышленность, черная и цветная металлургия, машиностроение и металлообработка. Установлено, что при загрязнении исходное соотношение форм элементов меняется.
Ключевые слова: валовое содержание, формы соединений тяжелых металлов, подвижные
формы.
Вивчено форми сполук важких металів при забрудненні підприємствами різного профілю: вугледобувна промисловість, чорна та кольорова металургія, машинобудування і металообробка. Встановлено, що при забрудненні вихідне співвідношення форм елеметів змінюється.
Ключові слова: валовий зміст, форми сполук важких металів, рухомі форми.
The forms compounds with heavy metals pollution enterprises in various fields: coal, ferrous and nonferrous metallurgy, machine building and metalworking. Found that the initial ratio of elements forms varies with pollution.
Key words: gross content, forms of heawy metal compounds, mobile forms.
Введение. Украина является промышленным регионом, здесь функционируют мощные предприятия горнодобывающей, горноперерабатывающей, металлургической, химической и других отраслей промышленности. Долгосрочная деятельность предприятий разного профиля привела к интенсивному загрязнению почв. Валовое содержание тяжелых металлов в техногенно загрязненных почвах превышает фоновое в десятки и сотни раз [2, 3, 6].
Исследования показали [3-5, 7], что степень токсичности почв, загрязненных тяжелыми металлами, определяется не столько валовым содержанием элементов, сколько подвижными формами, а также формами, связанными с органическими веществами, с окислами, гидроокислами Fe, Al, которые участвуют в биогенной миграции и поступлении элементов в сопредельные среды.
Оценку экологического состояния почвенных отложений невозможно сделать без изучения механизмов фиксации загрязнителей основными фракциями почв.
В настоящее время имеется большое количество работ по исследованию содержания тяжелых металлов в почвах [3-5, 7], однако многие вопросы формирования их почвенных соединений в условиях загрязнения являются нерешенными, что определяет актуальность данной статьи.
Объекты и методы исследования. Техногенно загрязненные почвы исследовались в городах Украины с различным типом производства и степенью техногенной нагрузки: Алчевск, Киев, Макеевка, Кривой Рог, Горловка, Черкассы и др. Исследовались почвы, находящиеся в непосредственной близости от промышленных предприятий различного профиля, а также почвы санитарных и рекреационных зон. Образцы отбирались с глубины 0-20 см.
© И. В. Кураева, 2014
ISSN 2313-2159. Вісник Дніпропетровського університету. Серія «Геологія. Географія», 2014. Вип. № 15
Методика исследований. Содержание гумуса, глинистой составляющей, емкость катионного обмена определяли общепринятыми методами [1]. Формы элементов в почвах определяли методом фракционного анализа [5], модифицируя их для каждого конкретного случая. Содержание элементов в экстрагентах определяли атомно-абсорбционным методом, валовое содержание элементов - с помощью эмиссионного спектрального анализа, а также атомно-абсорбционного метода с подготовкой проб по конкретной методике [8].
Результаты исследований. В результате проведенных анализов установлено, что в загрязненных почвах валовое содержание металлов выше фонового (табл. 1).
Таблица 1
Валовое содержание тяжелых металлов в техногенно загрязненных почвах, мг/кг
Элемент 1 2 3 4
Zn 2500 320 1200 250
Cu 153 200 2500 87
Co 100 100 50 160
Ni 85 65 120 250
Pb 160 180 700 160
Cr 80 120 260 280
Примечание. 1 - машиностроение и металлообработка (Киев), 2 - угледобывающая промышленность (Макеевка), 3 - черная и цветная металлургия (Алчевск), 4 - химическая промышленность (Черкассы).
Для оценки загрязнения почв на территориях, находящихся в одинаковых ландшафтно-геохимических условиях, использовались значения фоновых содержаний тяжелых металлов в почвах которые составляют для предприятий машиностроения и металлообработки (мг/кг): Zn - 80, Cu - 30, Co - 40, Ni - 23, Pb - 20, Cr - 25; для угледобывающей промышленности: Zn - 50, Cu - 60, Co - 25, Ni - 20, Pb - 20, Cr - 60; для черной и цветной металлургии: Zn - 60, Cu - 52, Co - 16, Ni - 25, Pb - 15, Cr - 100; для химической промышленности: Zn - 40, Cu - 35, Co - 70, Ni - 40, Pb - 15, Cr - 92.
Содержание тяжелых металлов в почвах, расположенных вблизи обогатительной фабрики в Макеевке, почти во всех исследуемых образцах выше фонового, то же отмечается и в почвах частного сектора (садово-огородные участки). Наиболее загрязнены тяжелыми металлами почвы промышленных территорий и окрестности предприятий черной и цветной металлургии, районы жилых массивов и садово-огородных участков. Менее подвержены техногенному загрязнению тяжелыми металлами территории, расположенные вблизи производственного объединения «Азот».
Следует отметить, что фоновые содержания элементов в почвенных отложениях зависят от содержания их в подстилающих почвообразующих породах, от ландшафтно-геохимических факторов и от самих физико-химических свойств почв [3, 8].
Для исследования нахождения форм металлов по фракциям выбирались почвы с максимальным уровнем загрязнения. Результаты исследования представлены в табл. 2.
Таблица 2
3
ISSN 2313-2159. Вісник Дніпропетровського університету. Серія «Геологія. Географія», 2014. Вип. № 15
Распределение металлов в почвах по фракциям, в зависимости от характера
промышленности, %
Машиностроение и металлообработка
Фракция Zn Си Со Ni Pb
1 2,3 (0,6) 0,1 (-) 0,7 (-) 0,5 (-) 3,2 (-)
2 10,7 (2,3) 5,2 (3,2) 10,8 (7,2) 2,3 (1,3) 17,8 (1,8)
3 10,2 (5,2) 4,0 (1,2) 2,2 (0,2) 4,8 (2,2) 3,2 (1,0)
4 4,8 (2,3) 10,7 (5,2) 4,3 (3,2) 12,3 (7,0) 12,3 (0,5)
5 7,0 (2,3) 8,2 (3,2) 7,2 (-) 23,2 (2,6) 6,2 (2,3)
6 64,9 (87,3) 71,8 (87,2) 74,8 (89,4) 56,9 (86,8) 59,3 (94,4)
Черная и цветная металлургия
Фракция Zn Си Со Ni Pb
1 10,2 (1,2) 5,2 (0,2) 2,3 (0,2) 0,8 (-) 3,5 (0,2)
2 42,3 (10,2) 52,3 (17,2) 20,3 (7,2) 2,3 (1,2) 27,2 (10,2)
3 7,2 (7,8) 3,2 (2,3) 4,2 (3,2) 3,0 (2,2) 8,2 (3,0)
4 8,9 (12,3) 8,3 (32,3) 17,2 (32,3) 41,5 (34,1) 32,3 (40,8)
5 3,2 (2,3) 7,8 (4,2) 14,5 (12,3) 28,2 (26,5) 7,2 (15,2)
6 28,2 (66,2) 23,2 (43,8) 41,5 (44,8) 24,2 (36,0) 21,6 (30,6)
Угледобывающая промышленность
Фракция Zn Си Со Ni Pb
1 2,5 (-) 7,5 (-) - 0,5 (-) -
2 15,0 (3,5) 12,5 (3,8) 7,2 (0,6) 2,3 (2,5) 20,3 (3,2)
3 30,2 (17,2) 14,5 (10,3) 22,5 (12,3) 4,5 (3,2) 15,2 (7,2)
4 10,5 (8,9) 20,3 (7,3) 12,3 (6,3) 40,3 (9,5) 7,8 (4,5)
5 12,3 (17,8) 17,3 (5,4) 7,5 (25) 20,0 (16,5) 13,5 (2,3)
6 29,5 (52,6) 27,9 (73,2) 50,5 (55,8) 32,4 (68,3) 43,2 (82,8)
Химическая промышленность
Фракция Zn Си Со Ni Pb
1 3,5 (0,2) 4,5 (0,2) 7,5 (0,2) 0,6 (-) 1,3 (-)
2 13,5 (3,2) 12,5 (2,2) 7,8 (3,2) 1,2 (0,8) 7,8 (5,2)
3 20,5 (10,2) 37,2 (12,3) 17,3 (10,2) 4,3 (2,3) 21,3 (7,8)
4 7,8 (2,3) 12,3 (8,2) 3,2 (1,2) 19,8 (24,7) 10,2 (8,7)
5 10,2 (7,2) 5,4 (7,2) 10,2 (8,2) 19,8 (15,8) 17,2 (13,3)
6 44,5 (76,9) 28,1 (70,0) 54,0 (77,0) 54,4 (51,4) 42,2 (65,0)
Примечание. Фракции: 1 - водорастворимая, 2 - легкообменных ионов, 3 - растворимых в слабокислой среде соединений, 4 - органического вещества, 5 - аморфных гидроксидов Fe, Mn, Al, 6 - устойчивая. В скобках указано фоновое значение. «-» - содержание элемента ниже чувствительности метода.
На территориях, подверженных техногенному воздействию предприятий машиностроения и металлообработки, содержание (%) подвижных форм Zn в почве составляет 23,2, Си - 6,2; Co - 15,7; Pb - 24,2; Ni - 7,6, за их пределами оно снижается. Основное количество металлов в этих почвах связанно с устойчивыми формами.
В почвах промышленных площадок химических предприятий содержание подвижных форм элементов высокое и составляет %: Zn - 37,5; Си - 54,2; Со - 32,6; Ni - 1,2; Pb - 30,4, в менее загрязненных почвах на садово-огородных участках оно понижается. В почвах, подверженных влиянию выбросов угледобывающей промышленности, на долю подвижных форм приходится, %: Zn - 47,5; Си - 34,5; Со - 29,7; Pb - 35,5; Ni - 7,3; на расстоянии 1,5 км от обогатительной фабрики количество подвижных форм понижается, а доля устойчивых форм повышается.
4
ISSN 2313-2159. Вісник Дніпропетровського університету. Серія «Геологія. Географія», 2014. Вип. № 15
Наиболее подвержены загрязнению почвы в пределах предприятий черной и цветной металлургии. В них отмечена высокая концентрация тяжелых металлов, связанных с фракцией легкообменных ионов, и повышенное содержание водорастворимых форм. В почвах прилегающих территорий содержание подвижных форм тяжелых металлов уменьшается, наблюдается увеличение устойчивых форм.
Выводы. В «условно чистых» пробах преобладающая часть тяжелых металлов прочно закреплена почвенными составляющими. При слабом уровне полиэлементного загрязнения накапливаются формы, достаточно прочно связанные с почвенными фракциями. При увеличении нагрузки на почву происходит накопление менее прочно связанных соединений тяжелых металлов с почвенными компонентами.
Библиографические ссылки
1. Аринушкина Е. В. Руководство по химическому анализу почв / Е. В. Аринушкина. - М.: Изд-во Москов. ун-та, 1970. - 487 с.
2. Войтюк Ю. Ю. Особливості геохімічного розподілу важких металів у зоні аерації під впливом викидів комбінатів чорної металургії (на прикладі м. Алчевськ) / Ю. Ю. Войтюк, І. В. Кураєва, А. І. Самчук, С. П. Кармазиненко, В. Й. Манічев // Геолог України. - К., 2012. - № 1-2. - С. 51-57.
3. Жовинский Э. Я. Геохимия тяжелых металлов в почвах Украины / Э. Я. Жовинский, И. В. Кураева. - К.: Наук. думка, 2002. - 213 с.
Комбинированный прием фракционирования соединений металлов в почвах / [Минкина Т. М. [и др.]. // Почвоведение. - М., 2008. - №11. - С. 1324-1333.
4. Кузнецов В. А. Метод постадийных вытяжек при геохимических исследованиях / В. А. Кузнецов, Г. А. Шимко. - Минск: Наука и техника, 1990. -65 с.
5. Кураєва І. В. Закономірності розподілу токсичних елементів у зоні аерації Горлівського хімічного заводу / І. В. Кураєва, А. І. Самчук, О. В. Яковенко, Ю. Ю. Войтюк, М. М. Кисельов, В. Ф. Філатов, Н. О. Дуброва // Мінералогічний журнал. - К., 2010. - № 2. - С. 85-93.
6. Ладонин Д. В. Соединения тяжелых металлов в почвах - проблемы и методы изучения / Д. В. Ладонин // Почвоведение. - М., 2002. - № 6. - С. 682-692.
7. Туполев П. Е. Использование кислотных вытяжек для округления валового содержания тяжелых металлов в почвах / П. Е. Туполев, Н. И. Журавлева // Загрязнение почв и сопредельных сред токсикантами промышленного и сельскохозяйственного происхождения. - М.: Гидрометиздат, 1987. - С. 89-98.
Надійшла до редколегії 03.03.2014 р.
5
