CC BY
0
УДК 631.453:627.157(470.344) DOI: 10.24412/1029-2551-2024-5-010
ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ СЕВЕРО-ВОСТОКА ПРИВОЛЖСКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ
1 2
М.В. Дабахов, д.б.н., Е.В. Дабахова, д.с.-х.н.
ХМГУим. М.В. Ломоносова, e-mail: mvd1969@yandex.ru
2Приволжский исследовательский медицинский университет, e-mail: dabakhova@yandex.ru
Представлены результаты исследования геохимических показателей почвенного покрова сельскохозяйственных земель, а также донных отложений ряда водотоков северо-востока Приволжской возвышенности, находящихся в пределах типичных ландшафтов Чувашской республики. Согласно материалам ранее опубликованных исследований и полевых наблюдений, основными факторами, определяющими геохимический фон территории, являются состав почвообразующих пород, интенсивность эрозионных процессов, а также сельскохозяйственная эксплуатация земельных угодий. Влияние промышленных предприятий Республики, относящихся к химической промышленности, на состав пахотного горизонта почв оценено как незначительное. Выявлено, что фоновое содержание свинца в пахотном горизонте почв составляет 15,5 мг/кг, кадмия - 0,23, меди - 11,4, цинка - 36, никеля - 28,3 и мышьяка - 2,4 мг/кг. Содержание химических элементов в донных отложениях водотоков определяется составом почв и почвообразующих пород прилегающих территорий. Статистическая обработка результатов анализа почвенных проб свидетельствует о нормальном распределении выборок изучаемых элементов, что свидетельствует об отсутствии локальных источников загрязнения на исследуемой территории. Объем выборки по металлам за исключением единичных значений содержания никеля находится в диапазоне концентраций Хср. ± 3а. При исследовании экологического состояния почв отмечена актуальность перехода к двухуровневой системе оценки степени их загрязнения: введение первого уровня, устанавливаемого с учетом значения регионального (природно-антропогенного) фона, и ограничивающего, соответствующего принятым санитарно-гигиеническим нормативам ПДК/ОДК. Первый уровень указывает на необходимость принятия мер по идентификации источника загрязнения и снижению поступления опасных веществ в почву; второй - позволяет установить наличие загрязнения, опасного для биоты и наземных экосистем в целом, а также факт наступления экономической ответственности за причинение вреда почвам как компоненту окружающей среды.
Ключевые слова: загрязнение почв, тяжелые металлы, фоновое содержание элементов, донные отложения, двухуровневая система нормирования, экологические нормативы.
GEOCHEMICAL CHARACTERISTICS OF AGRICULTURAL LANDS IN THE NORTH-EAST VOLGA UPLAND
1Dr.Sci. M.V. Dabakhov, 2Dr.Sci. E.V. Dabakhova
1Lomonosov Moscow State University, e-mail: mvd1969@yandex.ru 2Privolzhsky Research Medical University, e-mail: dabakhova@yandex.ru
The article presents the results of a study of geochemical indicators of the soil cover of agricultural lands, as well as bottom sediments of a number of rivers in the north-east of the Volga upland, located within the typical landscapes of the Chuvash Republic. According to the materials ofpreviously published studies andfield observations, the main factors determining the geochemical background of the territory are the composition of parent materials, the intensity of erosion processes, as well as agricultural exploitation of land. The influence of industrial enterprises of the republic related to the chemical industry on the composition of the arable soil horizon is estimated as insignificant. It was revealed that the background content of lead in the arable soil horizon is 15.5 mg/kg, cadmium - 0.23, copper - 11.4, zinc - 36, nickel - 28.3 and arsenic - 2.4 mg/kg. The content of chemical elements in the rivers bottom sediments of the studied territory is determined by the composition of soils and parent materials of adjacent territories. Statistical processing of the results of the analysis of soil samples indicates a normal distribution of the studied elements, which indicates the absence of local sources of pollution in the area. The sample size for the metals, with the exception of single values of nickel content, is in the range of concentrations of Xav. ± 3а. When studying the ecological state of soils, the urgency of the transition to a two-level system
for assessing the degree ofpollution was noted: the introduction of the first level, set taking into account the value of the regional (natural and anthropogenic) background, and limiting, corresponding to the accepted sanitary and hygienic standards of the MAC/AAC. The first level indicates the need to take measures to identify the source of pollution and reduce the intake of hazardous substances into the soil; the second one allows to establish the presence of pollution dangerous to biota and terrestrial ecosystems as a whole, as well as the fact of economic responsibility for harming soils as a component of the environment.
Keywords: soil pollution, heavy metals, background content of elements, rivers bottom sediments, two-level rationing system, environmental standards.
В рамках большого количества работ, посвященных экогеохимии почвенного покрова, основное внимание уделяется территориям, находящимся под интенсивным антропогенным давлением промышленных объектов. Этот факт связан с достаточно высокой потенциальной опасностью, которую повышенные концентрации технофильных элементов и соединений, в первую очередь тяжелых металлов, представляют для почвы и сопредельных сред. Интенсивная аккумуляция и миграция металлов в почвах территорий, находящихся в условиях активной хозяйственной деятельности, служит вполне достаточным основанием для изучения степени их потенциальной опасности для природной среды. Однако при этом возникает проблема оценки масштаба накопления элементов в условиях конкретной геохимической обстановки. Ю.Н. Зборищук и Н.Г. Зырин [1] для характеристики поведения отдельных элементов, степени их рассеивания и концентрации, предложили использовать показатель кларков концентраций с последующим расчетом отношения фактической концентрации элемента к кларку. Нормативно закрепленным является использование для оценки степени загрязнения фонового содержания металлов в почвах с последующим расчетом суммарного показателя загрязнения [2-4].
Работы по исследованию геохимического фона почвенного покрова элементов, относящихся к тяжелым металлам, в течение последних 20 лет существенно активизировались. В различных странах предприняты значительные усилия, в том числе с государственной поддержкой, по формированию базы данных элементного состава почв как в зонах с интенсивной техногенной нагрузкой, так и на территориях, которые условно можно назвать фоновыми, а фактически с уровнем аккумуляции элементов в почве, который относится к природно-антропогенному фону. В качестве примера можно привести страны Европы, где впервые в рамках единой согласованной программы был изучен почвенный покров 22 тысяч населенных пунктов и прилегающих к ним сельскохозяйственных земель [5]. Результаты аналогичных исследований в разных регионах мира опубликованы также в ряде научных изданий [6, 7-11]. Актуальность данных работ обусловлена необходимостью обеспечения процесса принятия решений в области управления земельными ресурсами [6], а также необходимо-
стью оценки экологических рисков, связанных с аккумуляцией металлов в почвах, в первую очередь сельскохозяйственных [10, 11]. Значительный интерес эти исследования представляют для идентификации воздействия на состав почвенного покрова со стороны объектов различных отраслей промышленности и урбанизированных территорий в результате трансграничного переноса элементов [11, 12]. Необходимо обратить особое внимание на отмечающийся в последние несколько лет рост интереса к почвам как к фактору, обеспечивающему производство пищевых продуктов, отвечающих критериям качества и принципам здорового питания, продукции органического сельского хозяйства. Требования к экологическому состоянию почвенного покрова заложены в ряде программных нормативных и нормативно-технических документов [13].
В России исследования геохимического фона металлов в почвах, прежде всего сельскохозяйственных, начаты давно. В качестве примера можно указать работу В.А. Ковды с соавторами [14], которые сделали первое обобщение о содержании микроэлементов в почвах и почвообразующих породах СССР. На данный момент опубликован ряд работ, посвященных региональным особенностям фоновых аккумуляций металлов на территории России, в которых содержатся рекомендуемые фоновые значения элементов для почв различных почвенно-климатических зон [15-19]. Надо отметить, что при достаточно высоком интересе исследователей к данной тематике, только относительно небольшая доля опубликованных работ выполнена с применением методов экстракции металлов, используемых при разработке государственных экологических и санитарно-гигиенических нормативов, что в значительной степени затрудняет применение имеющейся базы данных для определения региональных фоновых значений, а также ставит вопрос о корректности их последующего применения при оценке экологического состояния почв. Помимо публикаций в научной литературе, следует также упомянуть о существовании обширных разрозненных баз данных, полученных в ходе инженерно-экологических изысканий почвенного покрова на объектах строительства, а также результатов эколо-го-токсикологических исследований, выборочно проводящихся в рамках агрохимических обследований сельскохозяйственных угодий.
Существует острая нехватка информации о региональном фоновом содержании элементов в почве с учетом неоднородности почвенного покрова, что затрудняет или делает невозможной геохимическую характеристику ландшафтов в условиях более или менее интенсивного техногенного поступления металлов. Фактически, в России отсутствует единая база данных о значениях природного и природно-антропогенного фона металлов в почвах. При этом государственный экологический мониторинг почв, осуществляемый уполномоченной организацией (Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды) ведется в крайне незначительных объемах, ограничиваясь выборочным контролем участков в населенных зонах. Аналогичная ситуация имеет место при контроле экологического состояния почв сельскохозяйственных угодий, проводимого региональными центрами агрохимической службы. Это создает значительные сложности при сборе информации о состоянии почвенного покрова при выполнении проектных работ, в том числе при проектировании крупных инфраструктурных объектов. Кроме этого, отсутствие достоверной информации о фоновом содержании металлов в почвах оказывает негативное влияние на правоприменительную деятельность в области разрешения споров об установлении факта негативного воздействия на почвенный покров. При осуществлении работ в рамках поч-венно-экологических исследований нормативно закреплена необходимость определения фонового содержания загрязняющих элементов в почвах. Более того, существующая законодательная база предусматривает использование фонового содержания химических элементов и соединений в почве наряду с ПДК/ОДК в качестве нормативного показателя при оценке степени загрязнения почв [20].
Исследуемая в данной работе территория относится к одной из наименее изученных в плане оценки фонового содержания технофильных элементов в почвах. Как правило, в публикациях рассматривают различные аспекты техногенного воздействия крупных объектов на геохимическую обстановку в регионе, а территории с низкой антропогенной нагрузкой, которые могут быть использованы для оценки природно-антропогенного фона, в большинстве случаев остаются за границами внимания исследователей.
Цель работы - исследование особенностей пространственного распределения наиболее распространенных технофильных элементов с учетом неоднородности почвенного покрова и почвообра-зующих пород сельскохозяйственных земель северо-востока Приволжской возвышенности.
Задачи: определение регионального фонового содержания тяжелых металлов в наиболее распространенных почвенных разностях исследуемой
территории сельскохозяйственных земель северо-востока Приволжской возвышенности; установление факторов, определяющих геохимическую характеристику почв региона, а также разработка и обоснование подхода к оценке степени загрязнения почв с учетом вариабельности фонового значения содержания химических элементов в почвах.
Методика. Исследование проведено на территории Чувашской республики в лесостепной зоне в пределах трансекты протяженностью 43 км, пересекающей ландшафты, типичные для северовосточной части Приволжской возвышенности. Начало трансекты расположено в долине р. Юнга 1-я у населенного пункта Юнга Моргаушского района Чувашской республики. От этой точки трансек-та идет в юго-восточном направлении, заканчиваясь на участке истока р. Куганар (приток р. Унга) к северу от н.п. Елаши.
Территория расположена в восточной части Русской равнины и в орографическом плане занимает северо-восточную часть Приволжской возвышенности (Чувашское плато), представляющей собой древнюю, слегка приподнятую и наклоненную к северу равнину с резко выраженным эрозионным рельефом. Процессы эрозии служат ведущим фактором формирования современного ландшафта. Во многих случаях они уничтожили первичный рельеф либо вскрыли толщи перигляциальных отложений времен плейстоцена, поэтому характерной особенностью рельефа является довольно густое овражное и балочное расчленение.
Абсолютные высоты местности соответствуют 160-170 м. Поверхность представляет собой всхолмленную равнину, круто обрывающуюся к долине Волги. Долины рек Юнга, Унга, Елачка, Кунар, Суратка и их притоков расчленяют ее на ряд асимметричных водоразделов с извилистым очертанием и различной ориентировкой.
Средняя густота овражной сети составляет 0,39 км/км2, местами до 1,75 км/км2. Густота речной сети колеблется от 0,1 до 1 км/км2. Земледельческие территории имеют наибольшую густоту овражно-балочной сети, обусловленную высокой степенью распаханности и низкой облесенностью [21].
Почвообразующие породы на водораздельных территориях представлены в основном покровными суглинками. На участках с крутыми склонами интенсифицируются эрозионные процессы и вскрываются нижележащие породы перигляциальных отложений времен плейстоцена. В прирусловых понижениях почвообразующие породы представлены комплексом аллювиальных отложений различного гранулометрического состава - от песков до тяжелых суглинков.
Основные факторы, определяющие характер почвенного покрова: а) глубокорасчлененный рельеф; б) осадочные породы, залегающие под четвер-
тичным чехлом, которые представлены слабоустойчивыми к эрозии алевритами, глинами, известняками, песками и др., выходящие на поверхность на эродированных участках; в) слабая лесистость территории; г) высокая сельскохозяйственная эксплуатация территории.
Исследование структуры почвенного покрова при морфологическом изучении почвенных разрезов и прикопок, а также лабораторном анализе отобранных проб позволило сделать вывод о преобладании на водораздельных пространствах территории комплекса светло-серых лесных легкосуглинистых почв различной степени смытости, трансформированных процессами сельскохозяйственного использования.
Геохимические условия исследуемой территории в значительной степени формируются под влиянием сельскохозяйственного использования земель (степень распаханности территории около 70%), сопровождаемого дегумификацией и эрозией, спровоцированными применяемыми системами земледелия. Локальные источники загрязнения почв тяжелыми металлами вдоль исследуемой трансекты отсутствуют за исключением узких отрезков пересекаемых придорожных полос транспортной сети.
Влияние промышленных объектов на почвенный покров относительно невелико. Наиболее высокий уровень загрязнения почв тяжелыми металлами отмечен в зоне действия ПАО «Химпром» (Новочебоксарск), расположенного в 30-50 км к северу от исследуемой территории. По данным С.В. Ларионова [22, 23], в 10-км зоне от промышленных объектов г. Чебоксары и г. Новочебоксарск встречаются превышения ПДК по цинку в 2,2 раза и кадмию в 1,7 раз. По данным О.А. Васильева и А.О. Васильева [24], а также С.В. Лисицына с со-авт. [25] почвы в районе ПАО «Химпром» не загрязнены тяжелыми металлами. Аналогичные данные получены при исследовании донных отложений основных водотоков [26, 27]. На незначительность поступления металлов в почву с атмосферными осадками указывают А.Н. Кольцова и В.В. Сироткин [28]. Таким образом, уровень аккумуляции металлов в почвах сельскохозяйственных угодий определяется преимущественно природными факторами, а также деятельностью аграрного сектора [29]. При этом риски загрязнения почв под влиянием сельскохозяйственной деятельности носят локальный характер в отдельных предприятиях, интенсивно применяющих удобрения на полях в повышенных дозах - более 100 кг д.в/га.
В ходе исследования проведен отбор проб по трансекте с площадок размером 10 х 10 м, закладываемых на типичных для конкретных участков элементах ландшафтов, расположенных на удалении около 2,0-2,5 км друг от друга. Пробы отбирали из пахотного слоя из 5 точек методом конверта. Площадки (общее количество - 53) приурочены в ос-
новном к светло-серым лесным почвам, характеризующимся легкосуглинистым гранулометрическим составом. В целях установления степени геохимического сходства между составом почвенного покрова сельскохозяйственных угодий и донными отложениями местных водотоков был проведен отбор проб из отложений рек Юнга-1-я, Юнга 2-я, Суратка, Елачка, Унга, Сунар.
Для оценки взаимосвязи между содержанием металлов в верхнем плодородном слое почв и составом материнских пород на пяти площадках были отобраны пробы с глубины 150-200 см с последующим определением содержания тяжелых металлов (свинец, кадмий, медь, цинк, никель, мышьяк) в вытяжке 5М азотной кислоты методом атомно-абсорб-ционной спектрометрии [30]. В этих же пробах определяли показатели рИКс1 (ГОСТ 26483-85) и содержание органического вещества (ГОСТ 26213-91).
Результаты. Данные таблицы 1 показывают, что содержание тяжелых металлов в почвах находилось в пределах нормативных значений (ОДК). Исключением был никель, содержание которого превысило ОДК на 7,5% исследованных площадок, и мышьяк, концентрация которого была выше на 2% площадок.
Сравнение полученных концентраций с ориентировочным фоном для средней полосы России, рекомендуемым для использования СП 11-102-97 «Инженерно-экологические изыскания для строительства» [3], в ряде случаев показывает значительные отличия между рассматриваемыми величинами. Так, предлагаемое нормативным документом фоновое содержание цинка для серых лесных почв составляет 60 мг/кг, что в 1,8 раза выше, чем фон, установленный в рамках данной работы. То же можно сказать о меди, фактическое содержание которой существенно ниже фонового значения. При этом средние содержания свинца, кадмия, никеля и мышьяка находятся достаточно близко к рекомендуемому фону. Выявленная тенденция свидетельствует, что использование ориентировочных фоновых значений при оценке экологического состояния почв конкретных регионов может вносить определенный вклад в корректность расчетов показателя 2с.
Несмотря на относительно невысокие коэффициенты вариации, разница между минимальными и максимальными значениями по содержанию исследуемых элементов в пахотном слое достигает 2-4 раза. Это свидетельствует о том, что для оценки степени геохимической трансформации почв и установления факта их загрязнения значительный интерес представляет не только абсолютное значение фонового содержания, но и диапазон его варьирования в пределах изучаемой территории. Особую актуальность это приобретает в свете экономической составляющей расчетов за вред почве как объекту охраны окружающей среды, в рамках
Элемент Y * о Max Min V, % ОДК Фон
мг/кг СП 11-102-97**
Пахотный горизонт (горизонт А пах. 0-20 см)
Pb 15,6 2,4 20,2 10,3 15 65 16
Cd 0,23 0,06 0,39 0,17 24 1,0 0,20
Cu 11,4 3,6 22,8 5,6 32 66 18
Zn 36,0 4,0 45,4 24,1 11 110 60
Ni 28,3 8,5 64,4 19,0 30 40 35
As 2,4 1,0 5,5 <0,1 42 5 2,6
Почвообразующая по рода (горизонт С 150-200 см)
Pb 15,1 3,6 20,8 11,9 24 65 -
Cd 0,33 0,04 0,38 0,27 13 1,0 -
Cu 18,9 4,0 25,5 15,9 21 66 -
Zn 33,4 3,8 39,2 30,2 12 110 -
Ni 29,4 4,4 33,9 22,3 15 40 -
As 3,3 1,1 4,4 2,1 33 5 -
Коэффициент концентрирования (Са/Сс)
Pb 1,19 0,26 1,43 0,90 22 - -
Cd 0,85 0,18 1,07 0,58 21 - -
Cu 0,73 0,16 0,95 0,53 22 - -
Zn 1,13 0,15 1,36 0,94 13 - -
Ni 1,06 0,42 1,70 0,69 40 - -
As 0,88 0,60 1,76 0,36 72 - -
* Здесь и далее: Хср. - среднее значение; а - стандартное отклонение; max - максимальное значение; min - мини-
мальное значение; V - коэффициент вариации.
** Рекомендуемый фон для серых лесных почв (СП 11-102-97 «Инженерно-экологические изыскания для строи-
тельства» [3]).
1. Фоновое содержание металлов в почвах
которой недоучет вариабельности фона, обусловленной в том числе естественной неоднородностью почвенного покрова в ландшафтах, приводит к некорректной оценке масштабов негативного воздействия. Фоновое содержание в рамках надзорных мероприятий применяется как пороговое значение, превышение которого влечет за собой экономические последствия для субъекта хозяйственной деятельности, ставшего причиной загрязнения, для ненормируемых веществ в почвах населенных территорий и земель сельскохозяйственного назначения. Еще выше значимость фонового содержания веществ в почвах для земель, не входящих в границы сельскохозяйственных угодий и населенных мест, поскольку в соответствии с действующим природоохранным законодательством на них не распространяются нормативы ПДК/ОДК, и фоновое содержание веществ служит единственным нормативным показателем [31].
Необходимость учета вариабельности фона при оценке экологического состояния почв зафиксирована как в научной литературе [32], так и в нормативных документах. В частности, в п. 5 «Положения о разработке, установлении и пересмотре нормативов качества окружающей среды для химических и физических показателей состояния окружающей среды» (утв. Постановлением Правительства РФ от 19.02.2019 г. № 149) указано, что «Нормативы качества разрабатываются и устанавливаются на предель-
но допустимом уровне значений, полученных на основании результатов лабораторных испытаний, или для территорий и акваторий на уровне значений (в интервале допустимого отклонения от значений) показателей природного фона, сформировавшегося под влиянием природных факторов...» [20]. Однако на практике данное требование игнорируется, в том числе из отсутствия единых подходов к определению допустимого отклонения и массивов данных, позволяющих это отклонение определить. В рамках данного исследования наибольший интерес, помимо собственно значений фонового содержания химических элементов в почве, представляет уровень их варьирования, поскольку отклонение от фона может оказаться критически важным при установлении факта загрязнения почвы на оцениваемом земельном участке.
Необходимо отметить, что практически вся выборка содержания металлов в почвах контрольных площадок находится в пределах диапазона Хср. ± 3 а (табл. 4). При этом выход за пределы указанного диапазона может быть отнесен на счет загрязнения почв в результате хозяйственной деятельности человека.
Рассматривая результаты статистической обработки данных, можно обратить внимание на некоторые показатели, характеризующие распределение фоновых значений содержания элементов на исследуемой территории. Выявлено, что распределение изучаемых элементов нормальное, что подтверждается визуально (рис. 1), а также тестом на
2. Уровень варьирования выборки, %
Элемент Хср. ± o Хср. ± 2o Хср. ± 3 o Вне Хср.±3о
Pb 66,7 95,2 100,0 0,0
Cd 85,7 97,6 100,0 0,0
Cu 76,2 92,9 97,8 2,2
Zn 69,0 92,9 100,0 0,0
Ni 81,0 95,2 97,8 2,2
As 76,2 95,2 97,8 2,2
нормальность Колмогорова - Смирнова. Нормальность распределения свидетельствует об отсутствии локальных источников загрязнения в зоне исследуемых почв. Исключением был никель, распределение в выборке данных которого отлично от нормального, что обусловлено наличием отдельных площадок с повышенным его содержанием, в том числе выше ОДК (рис. 2).
При отсутствии признаков наличия локальных источников загрязнения почв наиболее значимыми факторами формирования местного геохимического фона служат особенности ландшафта, определяющие степень развития эрозионных процессов, а также базовые характеристики почв: содержание гумуса, гранулометрический состав, кислотность. Первый из указанных факторов связан с поверхностным перераспределением почвенного материала, имеющего различный химический состав, а также вскрытием эрозионными процессами почвообра-зующих и подстилающих пород. Содержание исследуемых элементов в пахотном горизонте почв достаточно слабо отличается от их содержания в почвообразующих породах (табл. 1). Несколько более высокий уровень концентрирования относительно нижних горизонтов отмечается только для свинца и цинка с коэффициентами концентрирования 1,19 и 1,13 соответственно, что может быть
связано с отмеченной в ряде публикаций их более высокой технофильностью для данного региона [22-28].
Можно было ожидать формирование более высокого уровня аккумуляции химических элементов в почвах с более высоким содержанием гумуса, который служит одним из ведущих факторов активности геохимического барьера на пути миграции тяжелых металлов (табл. 2). Однако оценка корреляции содержания металлов в пахотном горизонте и содержания в нем органического вещества показала отсутствие значимой связи в исследованной выборке. Только в отношении цинка этот показатель достиг уровня 0,35, в то время как коэффициент корреляции между содержанием органического вещества в почве и концентрацией кислотораство-римых форм остальных элементов находился в диапазоне от -0,14 до 0,08. То же можно отметить и в отношении почвенной кислотности - отсутствие значимой корреляции между содержанием металлов и рН водной и солевой вытяжек: значение коэффициента корреляции варьирует в диапазоне от -0,21 до 0,18. Гранулометрический состав исследованных почв был достаточно однородным и не мог стать значимым фактором в формировании вариабельности пространственного и профильного распределения металлов.
13
.lili.
10,0-11,9 12,0-13,9 14,0-15,9 16,0-17,9 18,0-19,9 20,0-...
мг/кг
Рис. 1. Характеристика распределения свинца в выборке данных
Агрохимический вестник • № 5 - 2024 59
21
19,0-23,9 24,0-28,9 29,0-33,9 34,0-38,9 39,0-44,9 45,0-49,9 50,0-...
мг/кг
Рис. 2. Характеристика распределения никеля в выборке данных
3. Агрохимическая характеристика почв
Показатель Хср. о Max Min V, %
рНка 5,7 0,6 7,0 4,5 10
рНН20 6,7 0,6 7,7 5,2 8
Гумус, % 5,31 2,07 12,2 1,25 132
Содержание частиц > 0,01 мм, % 74 2,3 79 68 3
Р2О5, мг/кг 187 107 568 54 45
К2О, мг/кг 112 32 218 59 28
4. Химический состав донных отложений
Элемент Хсп. о Max Min V, %
мг/кг
РЬ 14,5 3,8 20,5 10,7 27
Сё 0,37 0,22 0,80 0,22 60
Си 18,1 4,5 25,2 11,5 25
7п 35,0 8,6 49,7 23,7 25
N1 33,6 5,8 40,3 25,7 17
АЭ 3,2 1,2 5,0 2,2 37
Региональное фоновое содержание металлов в пахотном горизонте исследуемой территории обусловлено сочетанием природных и антропогенных факторов: состав почвообразующих пород, формирующих геохимический фон почвенного покрова; эрозионные процессы, усиливаемые сельскохозяйственным использованием земель, ведущие к поверхностному перераспределению почвенного материала между различными элементами ландшафта и выносу на поверхность материала нижележащих горизонтов; поступление в почву технофильных элементов, прежде всего цинка и свинца. Указанные факторы служат определяющими и для формирования химического состава сопредельных сред, в первую очередь, донных отложений (табл. 3). Результаты исследования основных водотоков, пересекающих территорию, показали, что геохимический фон донных отложений в основном соответст-
вует составу почвообразующих пород, что свидетельствует о его достаточно слабой трансформации со стороны объектов хозяйственной деятельности, расположенных в верховьях рек.
Рассматривая возможности использования фоновых данных при оценке степени загрязнения почв в результате хозяйственной деятельности, можно отметить следующее. Нормирование содержания загрязняющих элементов в почвах осуществляют с использованием санитарно-гигиенических нормативов (ПДК и ОДК), представленных в Сан-ПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания». В то же время достаточно актуальным является выявление уровня содержания элементов, который можно рассматривать как порог, превышение которого позволяет констатировать загрязнение почв,
обусловленное хозяйственной деятельностью человека. Обоснованность введения двух- или более уровневой системы нормирования загрязнения почв, в которой различные уровни последовательно выполняют предупредительные и ограничительные функции, неоднократно отмечалась в зарубежных и российских научных публикациях [33-35].
На основании полученных данных можно сделать заключение о необходимости построения двухуровневой системы контроля загрязнения, причем первый уровень может быть зафиксирован на отметке, описанной в формулировке процитированного выше п. 5, в соответствии с которым в качестве такового может быть принят «показатель природного фона, сформировавшегося под влиянием природных факторов (в интервале допустимого отклонения от значений)». Учитывая, что на территориях с высокой степенью хозяйственной освоенности выделение участков с природным содержанием химических элементов достаточно проблематично, вместо природного фона целесообразно использовать значение регионального или природ-но-антропогенного фона [35].
Функция первого уровня, установленного с учетом значения регионального (природно-антропогенного) фона - предупреждение о наличии негативных процессов в ландшафте, требующих принятия мер по идентификации источника загрязнения и снижению поступления опасных веществ в почву.
В качестве второго уровня целесообразно использовать существующие санитарно-гигиенические нормативы ПДК/ОДК, которые можно рассматривать в качестве экологических. Определенная антропоцентричность этих нормативов компенсируется учетом при разработке показателей вредности, включающих транслокационный, фитотоксический, воздушно-миграционный, водно-миграционный и общесанитарный уровни их содержания в почвах, которые можно рассматривать как характеристики степени опасности химических элементов и соединений для почв как компонента ландшафта и сопредельных сред.
Функция второго уровня системы нормирования - идентификация загрязнения, опасного для биоты и наземных экосистем в целом, а также факта наступления экономической ответственности за загрязнение со стороны виновника нарушения природоохранного законодательства с оценкой размера вреда, причиненного почвам на основе процедур и методик расчета, предусмотренных законодательством об охране окружающей среды. Данный подход позволяет более обоснованно подойти к проце-
дуре установления факта загрязнения в результате хозяйственной деятельности, а также определения степени загрязнения, вычленяя факторы, обусловливающие естественную вариабельность почвенного покрова и отклонения фактических концентраций химических элементов и соединений в почвах, не оказывающие негативного влияния на почвы и сопредельные компоненты окружающей среды. При этом могут быть реализованы положения нормативных документов, указывающие на необходимость учета отклонений от значений природного фона в рамках нормирования.
Таким образом, при оценке региональных фоновых концентраций ряда химических элементов в почвах сельскохозяйственных земель северо-востока Приволжской возвышенности выявлено, что фоновое содержание свинца в пахотном горизонте почв составляет 15,5 мг/кг, кадмия - 0,23, меди - 11,4, цинка - 36, никеля - 28,3 и мышьяка -2,4 мг/кг. В качестве ведущих факторов, определяющих геохимическую характеристику почв данной территории, основное значение имеют состав почвообразующих пород, характер ландшафта, а также сельскохозяйственное использование земель. Содержание металлов в верхнем горизонте почв, в основном ограничивается диапазоном концентраций Хср. ± 3 а, за исключением содержания никеля на единичных площадках.
Содержание тяжелых металлов в донных отложениях водотоков, пересекающих исследуемую территорию, соответствует составу почвообразую-щих и подстилающих пород, вклад в варьирование данного показателя хозяйственной деятельности в их верховьях минимален.
Таким образом, полученные данные представляют значения регионального фонового содержания химических элементов в почвах. Их использование в целях нормирования может быть рекомендовано в виде двухуровневой системы, первый уровень которой представляет фоновое значение концентрации элементов в почве в интервале допустимого отклонения Хср. ± 3а. Функция первого уровня - предупредительная, указывающая на необходимость принятия мер по выявлению источника загрязнения и принятия мер по снижению негативного воздействия. В качестве второго уровня системы нормирования рекомендуется использовать значения ПДК/ОДК, его функцией служит установление факта ухудшения состояния почвы и наступления экономической ответственности виновника загрязнения.
Исследование выполнено в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации «Почвенные информационные системы и оптимизация использования почвенных ресурсов» (№ ЦИТИС 121040800147-0).
Литература
1. Зборищук Ю.Н., Зырин Н.Г. Среднее содержание В, Mn, Cu, Co, Zn, Mo и I в почвах европейской части СССР // Агрохимия, 1974, № 3. - С. 88-94.
2. СП 502.1325800.2021 Инженерно-экологические изыскания для строительства. Общие правила производства работ. https://www.minstroyrf.gov.ru/docs/131522/ (дата обращения 02.04.2024).
3. СП 11-102-97 Инженерно-экологические изыскания для строительства. 1997. https://base.garant.ru/2306252/ (дата обращения 02.04.2024).
4. СанПиН 2.1.3684-21 Санитарно-эпидемиологические требования к содержанию территорий городских и сельских поселений, к водным объектам, питьевой воде и питьевому водоснабжению, атмосферному воздуху, почвам, жилым помещениям, эксплуатации производственных, общественных помещений, организации и проведению санитарно-противоэпидемических (профилактических) мероприятий. Утв. Постановлением Главного государственного санитарного врача РФ от 28 января 2021 г. № 3. https://base.garant.ru/400289764/ (дата обращения 02.04.2024).
5. loth G., Hermann T., Da Silva M.R., Montanarella L. Heavy metals in agricultural soils of the European Union with implications for food safety // Environment International, 2016, V. 88. - P. 299-309. doi: 10.1016/j.envint.2015.12.017
6. Determining background soil concentrations of contaminants for managing land / New Zealand: Marlborough district council, 2013. - 58 p.
7. Labaz B., Kabala C., Waroszewski J. Ambient geochemical baselines for trace elements in Chernozems - approximation of geo-chemical soil transformation in an agricultural area // Environmental Monitoring and Assessment, 2019, V. 191, 19.
8. Halbach K., Mikkelsen O., Berg T., Steinnes E. The presence of mercury and other trace metals in surface soils in the Norwegian Arctic // Chemosphere, 2017, V. 188. - P. 567-574. doi.org/10.1016/j.chemosphere.2017.09.012
9. Reimann C., de Caritat P. Establishing geochemical background variation and threshold values for 59 elements in Australian surface soil // Science of the Total Environment, 2017, V. 578. - P. 633-648. doi: 10.1016/j.scitotenv.2016.11.010.
10. Shahbazi K., Marzi M., Rezaei H. Heavy metal concentration in the agricultural soils under the different climatic regions: a case study of Iran // Environmental Earth Sciences, 2020, V. 79, № 324. doi.org/10.1007/s12665-020-09072-6
11. Zhao H., Wu Y., Lan X. et al. Comprehensive assessment of harmful heavy metals in contaminated soil in order to score pollution level // Scientific Reports, 2022, V. 12:3552. doi.org/10.1038/s41598-022-07602-9
12. Mikkonen H., Dasika R., Drake J., Wallis C., Clarke B., Reichman S. Evaluation of environmental and anthropogenic influences on ambient background metal and metalloid concentrations in soil // Science of the Total Environment, 2018, V. 624. - P. 599-610. doi: 10.1016/j.scitotenv.2017.12.131
13. ГОСТ 33980-2016. Продукция органического производства. Правила производства, переработки, маркировки и реализации. https://base.garant.ru/71798688/(дата обращения 02.04.2024)
14. Ковда В.А., Якушевская И.В., Тюрюканов А.Н. Микроэлементы в почвах Советского Союза. - М.: МГУ, 1959. - 67 с.
15. Безносиков В.А., Лодыгин Е.Д., Чуков С.Н. Ландшафтно-геохимическая оценка фонового содержания тяжелых металлов в почвах таежной зоны // Вестник Санкт-Петербургского университета, Серия 3. Биология, 2010, № 2. - С. 114-128.
16. Иванов Д.В. Региональные фоновые концентрации загрязняющих веществ в системе мониторинга окружающей среды в республике Татарстан // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем, 2018, № 2. - С. 118-134.
17. Матинян Я.Н., Рейманн К., Бахматова К.А., Русаков А.В. Фоновое содержание тяжелых металлов и мышьяка в пахотных почвах северо-запада России (по материалам международного геохимического атласа) // Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 3. Биология, 2007, № 3. - С. 123-134.
18. Подколзин О.А., Анциферов О.Б. Фоновое содержание тяжелых металлов в почвах Ставропольского края // Агрохимический вестник, 2007, № 6. - С. 4-5.
19. Хижняк Р.М. Цинк в черноземах Белгородской области // Достижения науки и техники АПК, 2014, № 4. - С. 29-32.
20. Положение о разработке, установлении и пересмотре нормативов качества окружающей среды для химических и физических показателей состояния окружающей среды (утв. Постановлением Правительства РФ от 13.02.2019 № 149). https://base.garant.ru/72176670/ (дата обращения 02.04.2024).
21. Гидрогеология СССР. Том XIII. Поволжье и Прикамье: под ред. Т.П. Афанасьева. - М.: Недра, 1970. - 800 с.
22. Ларионов Г.А. Система мероприятий по снижению содержания тяжелых металлов в цепи: почва - растение - животное -продукция: автореф. дисс. д.б.н. - Чебоксары: Полиграфический отдел ФГОУ ВПО «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия», 2005. - 48 с.
23. Ларионов Г.А. Мониторинг содержания тяжелых металлов в системе «почва - растение - животное - продукция» // Вестник Чувашской государственной сельскохозяйственной академии, 2017, № 1(1). - С. 9-14.
24. Васильев О.А., Васильев А.О. Экологическое состояние территории ПАО «Химпром» г. Новочебоксарск // Вестник Чувашской государственной сельскохозяйственной академии, 2021, № 4(19). - С. 5-11.
25. Лисицын С.В., Ахметшин Ш.М., Белов О.А. Состояние и динамика плодородия почв пахотных земель в Чувашской Республике // Достижения науки и техники АПК, 2019, Т. 33, № 4. - С. 31-34. DOI: 10.24411/0235-2451-2019-10408
26. Осмелкин Е.В., Иванов Д.В., Зиганшин И.И. Характеристика донных отложений пойменных озер нижнего течения р. Сура // Российский журнал прикладной экологии, 2015, № 4(4). - С. 33-38.
27. Иванов Д.В., Осмелкин Е.В., Зиганшин И.И. Доиндустриальное фоновое содержание тяжелых металлов в донных отложениях водоемов Чувашской республики / Химия и инженерная экoлoгия^XVI международная научная конференция, посвященная 15-летию реализации принципов Хартии Земли в Республике Татарстан. Казань, 25-27 сентября 2016 года. - Казань: Изд-во «Фолиант», 2016. - С. 150-153.
28. Кольцова А.Н., Сироткин В.В. Исследование содержания тяжелых металлов в снежном покрове Чувашской республики // Вестник Чувашского университета, 2006, № 4. - С. 171-173.
29. Захаренко В.А. Анализ рисков химического загрязнения, связанных с химизацией защитных мероприятий при интегрированном управлении фитосанитарным состоянием агроэкосистем // Агрохимия, 2017, № 9. - С. 3-24.
30. РД 52.18.191-89 Методика выполнения измерений массовой доли кислоторастворимых форм металлов (меди, свинца, цинка, никеля, кадмия) в пробах почвы атомно-абсорбционным анализом. - М.: Государственный комитет по гидрометеорологии, 1990. https://base.garant.ru/71654236/ (дата обращения 10.03.2024).
31. СанПиН 1.2.3685-21 Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания. https://base.garant.ru/406508041/(дата обращения 10.03.2024)
32. Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П. Геохимия окружающей среды. - М.: Недра, 1990. - 335 с.
33. Семенков И.Н., Королева Т.В. Международные системы нормирования содержания химических элементов в почвах: принципы и методы (обзор) // Почвоведение, 2019, № 10. - С. 1259-1268. doi.org/10.1080/10807030500257762.
34. Яковлев А.С. Вопросы экологического нормирования и установления фонового значения свойств почв природных и при-родно-антропогенных объектов // Почвоведение, 2022, № 2. - С. 1-9.
35. Яковлев А.С. Земли и почвы как самостоятельные компоненты окружающей среды, вопросы их оценки, нормирования и управления (обзор) // Вестник Московского Университета. Серия 17. Почвоведение, 2023, № 2. - С. 5-15.
