CC BY
13
УДК 631.415
ИММОБИЛИЗУЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ГЛИНЫ КЕЛЛОВЕЯ ПО ОТНОШЕНИЮ К СВИНЦУ В ЗАГРЯЗНЕННОМ УРБАНОЗЕМЕ СОБСТВЕННО
© 2018 Н. П. Неведров1, Г. И. Смицкая2
1канд. биол. наук, доцент кафедры биологии и экологии e-mail: [email protected] 2студентка 4 курса естественно географического факультета, стипендиат Президента и Правительства Российской Федерации e-mail: [email protected]
Курский государственный университет
В работе приведена оценка иммобилизации свинца (Pb) в техногенно загрязненном урбаноземе собственно сорбентом на основе отходов горнодобывающей промышленности (глина келловея) в рамках лабораторного опыта. Выявлено, что сорбент на основе отходов горнодобывающей промышленности (глина келловея) способствует снижению содержания ионов Pb в почвенном растворе техногенно загрязненного урбанозема собственно. Отмечено, что количество адсорбированных ионов Pb зависит от концентраций внесенного сорбента. Наибольшим иммобилизующим эффектом по отношению к свинцу обладает вариант с максимальной дозой внесенного сорбента (6 грамм на сосуд).
Ключевые слова: глина келловея, сорбент, тяжелые металлы, свинец, почва.
На данном этапе развития промышленности нагрузка на компоненты экосистем остается достаточно высокой. Количество загрязняющих веществ увеличивается с каждым годом, и поиск решений этой проблемы остаётся актуальным. К одним из приоритетных загрязнителей объектов окружающей среды в городах относят тяжелые металлы (ТМ). Они, поступая в почву, накапливаются в её толще, особенно в верхнем гумусовом горизонте, и медленно удаляются при выщелачивании и эрозии. Первый период удаления половины от начальной концентрации ТМ сильно изменяется в различных элементах и занимает чрезвычайно продолжительный период времени: для Zn - 70-510 лет; Cd - 13-110 лет; Cu - 310-1 500 лет; Pb - 770-5 900 лет [2].
Тяжелые металлы, как продукты техногенной эмиссии, являются крайне опасными поллютантами. Высокое содержание ТМ в почве приводит к трансформациям почвенных процессов и утрате почвами способности выполнять свои экологические функции. Продукция, выращиваемая на загрязненных ТМ почвах, теряет свое качество и становится экологически небезопасной. Это влечет за собой значительные экономические потери и приводит к снижению продовольственной безопасности [5].
Приоритетным загрязнителем почв в условиях городских экосистем г. Курска является свинец (Pb), выбросы которого ежегодно увеличиваются в связи с ростом транспортной нагрузки, являющейся основным источником поступления свинца в окружающую среду. Значительное содержание свинца в почве наблюдается на расстоянии 1-2 м от дороги [1], при этом радиус воздействия может достигать 50 км [8]. Тяжелые металлы способны накапливаться в почве в больших количествах, перемещаясь по цепям питания и создавая при этом риск угрозы здоровью населения.
Мобильность ТМ зависит от большого количества почвенных факторов: содержание органического вещества, рН, Eh, обеспеченности подвижными фосфором и калием, гранулометрического состава, конкурентных взаимоотношений с другими металлами. Одним из сорбционных геохимических барьеров является органическое
вещество почвы. Тяжелые металлы при взаимодействии с ним образуют слаборастворимые комплексы, что резко снижает их токсический эффект за счет уменьшения миграции и транслокации ТМ в другие компоненты окружающей среды [6].
Для минимизации негативного воздействия и повышения эффективности и качества выполнения почвой своих экологических функций используют различные технологии in situ. Физико-химические технологии очистки почв с использованием природных сорбентов относятся к таким технологиям. Применение сорбентов является одним из наиболее эффективных и экономически выгодных методов минимизации воздействия ионов ТМ. Экологически безопасными и перспективными являются сорбенты на основе природных материалов. Использование природных органических и минеральных сорбентов способствует снижению подвижных форм ТМ в почве [7]. Тяжелые металлы при взаимодействии с сорбционными материалами образуют слаборастворимые комплексы, что резко снижает их токсический эффект за счет уменьшения миграции и транслокации ТМ в сопредельные компоненты экосистем [4].
Цель работы состояла в оценке иммобилизующей способности сорбента на основе отходов добывающей промышленности (глина келловея) по отношению к свинцу в загрязненном урбаноземе собственно.
Исследование проводилось на базе НИЛ экомониторинга Курского государственного университета. В качестве объекта исследования были выбраны городские почвы (урбанозем собственно на основе чернозема выщелоченного среднесуглинистого). Отбор проб техногенно загрязненного урбанозема собственно осуществлялся на участке, расположенном на плакоре в южной части города Курска в непосредственной близости ТЭЦ-1 и завода «Курскрезинотехника». Почвенные образцы отбирались из горизонта U1 с глубины 0-20 см. пластиковой лопаткой и упаковывались в полиэтиленовые мешочки [3]. Пробоподготовка и анализ проб выполнены в соответствии с методиками МУ 31-04/04.
В ходе лабораторного опыта в пластиковые контейнеры размером 20*15*6 см3 помещалась техногенно загрязненная почва массой 0,3 кг, предварительно высушенная до воздушно-сухого состояния. В качестве сорбента применялась глина келловея в дозах: 1,5 г; 3 г; 6 г на сосуд. В качестве контроля использовался техногенно загрязненный урбанозем собственно без внесенного сорбента. Для выявления количества подвижных и валовых форм ионов свинца применялся инструментальный метод количественного определения элементов - атомно-абсорбционная спектрометрия. Опыт проводился в трехкратной повторности. Статистическая обработка данных производилась с применением средств пакета Microsoft Excel.
По результатам полученных данных о концентрациях подвижных форм свинца в урбаноземе собственно установили, что максимальное количество извлеченных из почвенного раствора ионов Pb сорбентом на основе глины келловея отмечено в варианте опыта с дозой 6 г/сосуд и составляет 39,4 % относительно контрольного варианта опыта (рис.).
Неведров Н. П., Смицкая Г. И. Иммобилизующая способность глины келловея по отношению к свинцу в загрязненном урбаноземе собственно
Зависимость изменения концентраций подвижных форм РЬ от доз внесенного сорбента
Также во всех вариантах опыта с присутствием различных доз сорбента наблюдалось характерное снижение концентраций подвижных форм РЬ относительно его концентраций в загрязненной почве без сорбента. Диапазон изменений концентраций находился в пределах от 32,8 до 39,4% и зависел от дозы вносимого сорбента (табл.).
Зависимость концентраций подвижных форм и валового содержания РЬ в почве
от дозы вносимого сорбента
Контроль (без внесения глины) 1,5 г/сосуд 3 г/сосуд 6 г/сосуд
РЬ в.ф.*, мг/кг 1047,70±29,54 1059,1±23,98 1028,6±44,13 1087,5±31,66
РЬ п.ф. *, мг/кг 98,15±3,56 64,53±2,8 65,97±3,1 59,50±2,6
Доля п.ф. *, % 9,3 6,1 6,4 5,4
в.ф. - валовые формы РЬ, п.ф. - подвижные формы РЬ
Из данных таблицы видно, что концентрации мобильных форм РЬ составляют 9,3% относительного валового содержания изучаемого металла в урбаноземе собственно без внесения сорбента. При обработке урбопочвы сорбентом доля мобильных форм РЬ относительного валового содержания снижается до 5,4-6,4 % и обусловлена дозой вносимого сорбента. Статистически достоверные различия между вариантами опыта 1,5 г/сосуд и 3 г/сосуд не установлены. При внесении дозы 6 г/сосуд наблюдалось достоверное повышение иммобилизующего эффекта исследуемого сорбента.
Стоит отметить проявленную сорбентом эффективность на чрезвычайно высоких дозах загрязнения свинцом - 33,9 ПДК. Этот факт свидетельствует о том, что вносимый сорбент обладает значительной емкостью поглощения. Его применение в почвах со средними и низкими дозами загрязнения может позволить снижать концентрации мобильных форм поллютантов (ТМ) до значений, находящихся ниже ПДК.
По результатам проведенного исследования можно заключить, что действие сорбента на основе глины келловея весьма эффективно по отношению к свинцу. Его применение приводит к снижению концентраций подвижных форм свинца в загрязненном урбаноземе собственно. Дозу сорбента необходимо подбирать исходя из свойств почв и особенностей загрязнения (степени и характера). Рекультивант на основе вскрышной породы морского происхождения Михайловского железорудного бассейна КМА (глины келловея) способствует закреплению ионов свинца твердой и магнитной
фазами почв, что препятствует миграции данного поллютанта в сопредельные среды и накоплению в пищевых цепях.
Библиографический список
1. Дабахов М.В., Дабахова Е.В., Титова В.И. Экотоксикология и проблемы нормирования. Н. Новгород: Изд-во ВВАГС, 2005. 165 с.
2. Неведров Н.П. Профильное распределение массовых концентраций и запасов свинца и кадмия в урбопочвах Курска / Н.П. Неведров, Т.А. Вытовтова, А.В. Пученкова // Auditorium. Электронный научный журнал Курского государственного университета. 2016. № 2 (10). URL: https://api-mag.kursksu.ru/media/pdf/010-009.pdf (дата обращения: 14.09.2019).
3. Неведров Н.П. Экологическая оценка загрязненных тяжелыми металлами почв Курской агломерации и приемов их селективной фиторемедиации: дис. ... канд. биол. наук. М.: РГАУ МСХА им. К.А. Тимирязева, 2014, 147 с.
4. Неведров, Н.П. Фомина М.Ю. Изучение иммобилизующей способности сорбента тяжелых металлов в модельно загрязненной серой почве // Auditorium. Электронный научный журнал Курского государственного университета. 2018. № 3 (19). URL: https://api-mag.kursksu.ru/media/pdf/019-003_Qy9jBPD.pdf (дата обращения: 14.09.2019).
5. Перельман А.И. Касимов Н.С. Геохимия ландшафта. М.: Астрея-2000, 1999.
768 с.
6. Проценко Е.П., Неведров Н.П., Зубкова Т.А. Селективная фиторемедиация почв Курской области // Вестник Московского университета. Серия 17: Почвоведение. 2017. №2. С. 32-38.
7. Фомина М.Ю. Влияние сорбента тяжёлых металлов на некоторые свойства загрязнённых почв / М. Ю. Фомина, Н. П. Неведров, А. А. Окунева // Приемы повышения плодородия почв и эффективности удобрения : материалы Междунар. науч.-практич. конф. , посвященной памяти ученых: Анны Ивановны Горбылевой, Юрия Павловича Сиротина и Вадима Ивановича Тюльпанова / редкол.: Т.Ф. Персикова (отв. ред.) [и др.]. Горки : БГСХА, 2019. С. 173-175.
8. Gulson B.T., Tiller K.G., Mizon K.J., Merry R.M. Use of lead isotopes in soils to identify the sourse of lead contamination near Adelaide South Australia // Environ.Sci.Technol. 1981. V. 15 (6). P. 691-696. URL: https://doi.org/10.1021/es00088a008 (дата обращения: 14.09.2019)
