Исследование фитотоксичности отходов угледобычи Кизеловского бассейна Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

2004 Биология Вып. 2

УДК 631.48

ИССЛЕДОВАНИЕ ФИТОТОКСИЧНОСТИ ОТХОДОВ УГЛЕДОБЫЧИ КИЗЕЛОВСКОГО БАССЕЙНА

С. М. Блинов, В. И. Каменщикова

Естественнонаучный институт при Пермском государственном университете, 614990, Пермь, ул. Генкеля, 4

Рассматриваются результаты исследования фитотоксичности субстратов, образовавшихся при нейтрализации кислых шахтных вод Кизеловского бассейна отходами производства соды. Изучены минеральный и химический состав субстрата, его параметры и свойства, а также проведено экспериментальное сравнение фитотоксичности субстрата с донными отложениями техногенного водоема и контрольной почвой.

Одной из основных проблем, возникающих при нейтрализации шахтных вод, является утилизация образующегося осадка. Проводились эксперименты по определению его фитотоксичности и возможности зарастания многолетними травами при условии складирования на поверхности шахтных отвалов или в специально отведенных местах. Для экспериментов использовался осадок, полученный в ходе опытно-промышленной нейтрализации кислых вод самоизлива шахты «им. 40 лет Октября» отходами ОАО «Березниковский содовый завод» (-90% СаС03). Для сравнения изучалась фитотоксичность донных отложений Рахматульского водоема, формирующихся при поступлении этих же шахтных вод без проведения каких-либо мероприятий по очистке.

Рентгеноструктурный анализ показал, что образующийся при нейтрализации осадок представляет собой смесь не прореагировавшего карбоната кальция (33-39%), образующихся гидроксидов железа (28,5-34%) и гипса (4%). Кроме этого, присутствуют кварц и полевые шпаты, суммарно содержащиеся в количестве 30%. Особенностью минерального состава донных отложений Рахматульского водоема является присутствие пирита и ярозита.

Водная вытяжка из образующегося осадка имеет нейтральную реакцию среды pH - 7,2. Сумма водорастворимых солей составляет 3,6 г/кг. Ионов железа и алюминия не обнаружено. Основную часть минерализации вытяжки составляют сульфаты, кальций и магний, что согласуется с данными рентгеноструктурного анализа. Для донных отложений Рахматульского водоема характерны кислая реакция среды (рН=2,9) и высокое содержание водорастворимых солей (8,2 г/кг). В составе вытяжки преобладают (мг/кг): сульфаты - 5368, двухвалентное железо - 2094, трехвалентное железо -251, алюминий-30.

Микроэлементный состав как донных отложений, так и осадка, образующегося при нейтрализации шахтных вод отходом БСЗ, характеризуется

высоким валовым содержанием цинка, свинца, меди, никеля и хрома. Значительная часть микроэлементов осадка Рахматульского водоема находится в подвижных формах. Содержание подвижных форм микроэлементов в осадке, образующемся в результате нейтрализации, незначительно, поскольку значения pH водной вытяжки близки к нейтральным.

Пригодность образующегося осадка для поселения, роста и развития растений определяли по его фитотоксичности. Фитотоксичность - это реакция растений на условия их развития и содержание нежелательных ингредиентов в среде обитания.

Эксперименты проводили на увлажненных до полной влагоемкости пластинах из следующих субстратов:

- осадок, образовавшийся при опытно-промышленной нейтрализации воды самоизлива отходами БСЗ;

- осадок, смешанный в пропорции 3:1 с породами северной части отвала шахты им. 40 лет Октября с преобладающим размером частиц от 2 до 5 мм и кислой реакцией водной вытяжки (рН~2,8);

- техногенный осадок, накопившийся в Рахма-тульском водоеме.

Для всех субстратов готовилось по 2 пластины. В целях создания более благоприятного питательного режима растений для каждого из субстратов в опыт был введен дополнительный вариант с внесением удобрений в виде 0,2% водного раствора КИОз и К2НР04-

Контрольными образцами служили вода, растворы минеральных удобрений, а также почва дерновая, суглинистая, с нейтральными значениями pH и содержанием органических веществ около 8%.

В опытах использовались семена злаковых (тимофеевка, овсяница, пырей) и бобовых (люцерна) трав в травосмеси, а также наклюнувшиеся семена пшеницы, весьма чувствительные к условиям среды. В течение 10 дней пластины поливались, через

© С.М. Блинов, В.И. Каменщикова, 2004

140

С. М. Блинов, В. И. Каменщикова

Рис. 1. Развитие травосмеси на различных субстратах:

1 - контрольная почва; 2 - смесь осадка, полученного при нейтрализации шахтной воды, с породами отвала (а -без удобрения, 6-е удобрением); 3 - осадок, полученный при нейтрализации шахтной воды (а - без удобрения, 6-е удобрением); 4 - донные отложения Рахматульского водоема (а - без удобрения, 6-е удобрением)

10 сут визуально контролировалось развитие многолетних трав, а также измерялись длина и вес надземной и подземной частей пшеницы.

Установлено, что в субстрате, представленном смесью осадка с породами отвала, существуют наиболее благоприятные условия для многолетних

1)ысо1 а Осадок с

надземной части породами

растении, см р отвала

Вола

22

20-

18

16-

14

12-

10-

8.

6

4

2 Н 0 2 4 6 8 10 12 14 16

Длина подземной части растений, см

Осадок

II

Техногенный

осадок

Рахмагульскосо

водоема

(ра іниіис раїлиннії отсучс1»ова:н>)

а

и

Надземная часть

Подземная часть

Рис. 2. Размеры надземной и подземной частей пшеницы, выращенной в течение 10 дней на различных субстратах

трав. Развитие растений, особенно в варианте с удобрением, сравнимо с их развитием на контрольной почве (рис. 1).

Аналогичные результаты для этого субстрата получены при определении фитотоксичности на проростках пшеницы. Высота надземной части растений и их фитомасса в вариантах без удобрений превышают контрольные варианты «вода» и «вода и удобрения». Улучшение питательного режима путем внесения удобрений положительно сказывается на высоте и нарастании фитомассы надземной части растений, что приближает этот грунт по ростстимулирующему эффекту к нормальным (контрольным) почвам (рис. 2, 3).

Вес растений, мг

Надземная часть Подземная часть

Рис. 3. Фитомасса пшеницы, выращенной в течение 10 дней на различных субстратах

Исследование фитотоксичности отходов угледобычи.

141

На осадке, полученном при опытно-промышленной нейтрализации, без примесей растения развивались несколько медленнее, что проявилось в снижении веса и меньшем нарастании надземной фитомассы до 6% по сравнению с контрольной почвой. Причина замедления развития заключалась в том, что осадок состоял из тонкодисперсных частиц. Внесение удобрений в этот субстрат повышало высоту и вес растений, что делало его сравнимым с контрольной почвой.

Донные отложения Рахматульского водоема являются неблагоприятной средой для развития

растений, что обусловлено его химическими свойствами. Развитие проростков пшеницы и семян многолетних трав отсутствовало.

Таким образом, эксперименты с образующимся в результате нейтрализации осадком показали, что он зарастает многолетними травами (тимофеевка, овсяница, пырей, люцерна) практически так же, как контрольная почва.

Исследования выполнены при частичной поддержке гранта РФФИ-Урал № 04-05-96038.

The investigation of phytotdxcity of coal wastes in the Kizel Coal-field

S.M. Blinov, V.I. Kamenschikova

It has been examined the results of investigating phytotoxicity of substrata’s formed in the result of the neutralisation of acid pit waters in the Kizel Coal-field with the wastes of sodium carbonate production. The mineral and chemical composition of substrata has been examined, as well as experimental comparison of phytotoxicity of the substratum from the bottom sediment of the technogenal reservoir and the control soil has been carried out.