CC BY
20
МИГРАЦИЯ СТРОНЦИЯ, ВНЕСЕННОГО С МЕЛИОРАНТАМИ
Р.Д. Маковский
Смоленский НИИ сельского хозяйства РАСХН А.Д. Прудников, О.Г. Драгунова
Смоленская ГСХА
До недавнего времени внесение мелиорантов для снижения почвенной кислотности рассматривалось как исключительно безопасный прием. Однако во многих известьсодержащих материалах, особенно в отходах различных производств (золошлаки, конверсионный мел и др.) содержится значительное количество нежелательных примесей (Окорков, 2004). На первый взгляд было бы правильнее отказаться от использования таких отходов. Но процессы подкисления почв никто не отменял, что проявилось в качестве четко выраженной закономерности для дерново-подзолистых почв, кислотность которых стала быстро возрастать (в 20 и более раз) после сокращения объемов известкования в 90-е годы XX века. В это время во многих регионах, в том числе и в Смоленской области, как неэффективные были закрыты заводы по производству известняковой муки. Ориентироваться при проведении известкования только на привозную известь с учетом того, что центр и субъекты Российской Федерации пытаются переложить большую часть расходов по известкованию на собственника земли, означает, что острота проблемы будет нарастать, так как стоимость известкования с учетом транспортных расходов уже достигает 8-10 тысяч рублей на 1 га.
Поэтому снова актуальным стал вопрос о возможности использования дешевых известьсодержащих отходов для проведения известкования кислых почв. В Смоленской области в отвалах завода по производству минеральных удобрений ОАО «Дорогобуж» накоплено большое количество конверсионного мела - карбоната кальция конверсионного (ККК). Этот известьсодержащий материал наряду с достоинствами (высокая дисперсность, неслеживаемость) обладает и большим недостатком: в нем содержится до 1,7% стабильного стронция.
Стабильный стронций считается малоопасным элементом (ГОСТ 17.4.1.02-83). Для природных вод установлены следующие ПДК: природоохранная 0,4 мг/л и гигиеническая 7,0 мг/л. Эти достаточно высокие величины превышены в ряде регионов, в том числе и в Московском артезианском бассейне, в который входит и Смоленская область. Согласно государственного доклада «О состоянии и об охране окружающей среды Смоленской области в 2003 году» выявлена достаточно тесная связь между содержанием в воде кальция и стронция и уровнем общей жесткости с распространенностью желчно-каменной и мочекаменной болезнями (г = 0,73 и 0,83). Отмечена также связь гидрохимического состава воды с болезнями костно-мышечной системы (г = 0,390,42). В качестве существенного и достаточно распространенного загрязнителя подземных вод в значительной части районов выступает стронций стабильный, превышение ПДК достигает 6 и более раз.
В Сафоновском, Ярцевском, Дорогобужском районах, артезианские воды которых загрязнены в сильной степени стабильным стронцием, отмечается повышен-
ный уровень травматизма, там высока вероятность стронцийобусловленных заболеваний. Одним из направлений для их профилактики предлагается увеличение доли поверхностных вод в водоснабжении (Маковский, 2002). Однако в этом случае существенную роль может играть стронций, внесенный с известьсодержащими материалами. Вместе с тем недостаточно изучены механизмы переноса стронция с поверхностным и внутри-почвенным стоком. По мнению Дричко и др. (2002), при внесении ККК мы можем создать «рукотворные провинции», избыточно загрязненные стронциям. В исследованиях, проведенных в зоне загрязнения Чернобыльской АЭС с радиоактивным стронцием, отмечается, что стронций в основном закрепляется в поверхностном слое почвы и в отличие от кальция слабо вымывается по профилю (Путятин, 2007).
Для исследования этой проблемы в Смоленской ГСХА был заложен полигон на естественном пастбище с мелкотравнозлаково-разнотравным травостоем. Полигон расположен на склоне северо-восточной экспозиции крутизной 5-6о. Общая протяженность склона около 550 м. Верхняя часть (около 300 м) занята густой кустарниковой растительностью, на нижней трети расположено естественное пастбище, которое в период исследований не использовали. Осенью 2005 г. на полигоне проведено известкование почвы ККК, доза которого соответствовала 1,5 Нг и составляла 9,9 т/га. ККК внесен поверхностно. Площадь полигона 1,0 га. Полигон граничит со сла-бовыраженной поймой р. Ясенная, расстояние до которой составляет 100-170 м.
В верхней части полигона заложены две стоковых площадки площадью 12,5 м2 (5 х 2,5 м), которые оборудованы для сбора поверхностного и внутрипочвенного стока. Для сбора последнего на глубине 1,0 м заложена пластмассовая дрена, которая выведена в водоприемную яму. На одну из площадок внесли ККК в указанной дозе, другую использовали в качестве контроля. Полученный поверхностный и внутрипочвенный сток, а также воду, отобранную из р. Ясенной до полигона и ниже его, анализировали методом капиллярного электрофореза на приборе «Капель» на содержание наиболее распространенных катионов и анионов.
За два года установлено, что поверхностный сток наблюдался только в период весеннего снеготаяния в 2007 г. Он был сравнительно небольшим, однако привел к миграции катионов кальция и стронция вплоть до р. Ясенной (табл. 1). В период снеготаяния отмечено повышение величины рН в створе ниже полигона, причем этот показатель был несколько выше в воде, отобранной у левого берега со стороны полигона. Отмечено увеличение содержание катионов кальция и стронция.
В другое время отбора в пробах воды не было выявлено заметных различий в верхнем и нижнем створах. В
1. Содержание катионов в воде р. Ясенная в период исследований (мг/л)
Дата Место отбора №Н4+ К+ №+ Мй2+ 8г2+ В 2 + а а С
15.06.05 ВС* 0,49 3,67 8,11 12,47 0,37 - 67,05
НС** 0,52 3,68 8,09 12,45 0,37 - 67,04
18.03.06 ВС 0,31 4,02 8,47 10,93 0,127 41,57
НС 0,39 3,87 8,59 10,17 0,163 - 43,27
12.04.06 ВС 0,33 4,43 7,95 10,62 0,099 - 47,87
НС 0,34 4,22 7,19 10,66 0,127 - 47,05
17.05.06 ВС 0,45 Не опр. Не опр. Не опр. 0,52 Не опр. 70,74
НС 0,50 Не опр. Не опр. Не опр. 0,52 Не опр. 70,74
17.08.06 ВС 0,45 2,71 Не опр. Не опр. 0,45 Не опр. 59,01
НС 0,40 2,83 Не опр. Не опр. 0,40 & о е Не 59,02
13.03.07 ВС 0,35 3,03 16,60 16,01 0,106 - 49,78
НСл*** 0,45 3,19 16,19 16,21 0,175 - 52,80
НСп**** 0,30 3,33 16,40 16,65 0,160 - 50,40
23.03.07 ВС 0,33 2,75 5,49 11,67 0,106 0,159 34,26
НС 0,65 2,74 5,99 11,16 0,161 0,161 30,87
04.07.07 ВС 0,14 1,68 10,35 30,98 0,371 - 71,41
НС 0,15 1,62 10,41 29,79 0,373 - 70,45
*ВС - верхний створ, **НС - нижний створ, ***НСл - нижний створ левый берег, ****НСп - нижний створ правый берег
2. Содержание анионов и величина рН в воде р. Ясенная в период исследований(мг/л)
Дата Место отбора С1- да2- 8042- да3- Б- РО43- pH
15.06.05 ВС* 29,42 0,15 27,54 5,24 0,21 4,27 7,72
НС** 29,38 0,14 27,83 5,22 0,21 4,21 7,71
18.03.06 ВС 12,47 0,11 16,87 4,72 0,11 1,52 7,68
НС 12,53 0,19 17,03 7,31 0,14 1,69 7,82
12.04.06 ВС 11,68 - 18,35 11,09 0,20 3,43 7,57
НС 11,78 - 18,06 12,68 0,23 3,54 7,59
17.05.06 ВС Не опр. Не опр. Не опр. 4,10 0,23 Не опр. 7.69
НС Не опр. Не опр. Не опр. 4,69 0,23 Не опр. 7.68
17.08.06 ВС Не опр. Не опр. Не опр. 4,78 0,26 Не опр. 7.74
НС Не опр. Не опр. Не опр. 4,83 0,27 Не опр. 7.92
13.03.07 ВС 26,81 - 20,37 9,60 0,87 0,43 7.76
НСл*** 25,17 - 20,10 8,61 0,67 0,63 7,94
НСп**** 25,42 - 21,30 7,50 0,69 0,48 7.86
23.03.07 ВС 13,70 - 20,01 13,95 0,03 2,37 7,69
НС 11,50 - 17,29 12,99 0,05 2,14 7,61
04.07.07 ВС 13,52 0,157 31,54 4,62 0,09 7,74 7,98
НС 13,49 0,159 31,72 4,51 0,11 7,69 7,96
*ВС - верхний створ, **НС - нижний створ, ***НСл - нижний створ левый берег, ****НСп - нижний створ правый берег
летний период отборы проводили при выпадении существенных осадков. Полученные результаты позволяют заключить, что даже при поверхностном внесении ККК миграция кальция и стронция может происходить только при наличии поверхностного стока.
Анализ данных о содержании анионов в воде р. Ясенной позволяет констатировать, что она характеризуется щелочной реакцией, что говорит о значительном антропогенном воздействии на этот водоисточник. Концентрация анионов определялась величиной стока, так как она резко возрастала в летний период. Влияние полигона на анионный состав воды не выявлено.
Анализ снега, отобранного на полигоне в начале периода снеготаяния, показал: в нем содержалось 0,44-1,29 мг/л КН4+, 0,12-1,38 К+, 0,30-1,55 №+, 0,21-1,29 ]^2+,
0,38-1,88 С1-, 0,34-3,38 8042-,0,32-0,93 Ш3-, 0,05-0,18 Р043- мг/л. В снеге, взятом с полигона, содержался также стронций: 0,073 мг/л в 2006 г. и 0,037 мг/л в 2007 г. В 2006 г. в нем было в 2 раза больше кальция (3,22 мг/л) по сравнению с образцом, взятым рядом с полигоном. Дождевая вода отличалась также низким содержанием катионов и анионов. Однако в ней было больше №+, М^2
и Са 2+ по сравнению со снегом, отсутствовал стронций и содержалось в 7-10 раз больше Р043- (до 1,21 мг/л). О миграции катионов и анионов можно судить по их содержанию в поверхностном и внутрипочвенном стоке (табл. 3).
В 2006 г. отмечено 3 периода поверхностного и 6 внутрипочвенного стоков, в 2004 г. - 4 периода.
Набольшее количество воды стекало в период весеннего снеготаяния, в это же время отмечен интенсивный внутрипочвенный сток. Объем поверхностного стока составлял: в 2006 г. - 25,5 мм, в 2007 г. - 31,8 мм, внутрипочвенного соответственно 248 и 134,8 мм.
Внесение ККК достоверно увеличивало содержание иона аммония, стронция и кальция в поверхностном стоке. Наблюдалось некоторое увеличение концентрации нитратов и сульфат-иона.
Во внутрипочвенном стоке отмечено увеличение вымывания кальция при внесении ККК, в отдельные периоды возрастала концентрация аммония в фильтрационных водах. В течении первых двух лет исследований миграции стронция с фильтрационными водами не обнаружено.
3. Содержание катионов и анионов в поверхностном и внутрипочвенном стоке
Даты Место отбора Содержание катионов, мг/л
отбора кн4+ К+ мй2+ 2 + В 2 + А л О
проб Поверхностный сток
30.03.06 0 1,27 4,21 1,37 1,26 0,097 - 3,69
ККК 1,22 4,17 1,40 1,34 0,242 - 8,34
12.04.06 0 1,45 5,47 2,44 2,07 0,082 - 4,27
ККК 3,16 5,94 2,97 3,21 0,194 - 14,03
21.11.06 0 1,24 5,69 7,02 1,53 0,091 - 4,21
ККК 1,82 5,91 5,96 1,68 0,421 - 12,40
13.03.07 0 0,38 5,59 0,65 1,13 0,009 - 3,58
ККК 0,77 5,97 1,48 1,97 0,127 0,09 11,47
04.07.07 0 0,29 1,49 0,74 1,95 0,067 - 8,13
ККК 2,60 3,69 2,27 1,90 0,125 - 9,73
Внутрипочвенный сток
30.03.06 0 0,79 2,44 1,59 1,07 0,077 - 3,21
ККК 0,87 2,31 1,67 1,23 0,083 - 6,37
12.04.06 0 0,29 3,21 1,82 1,12 0,067 8,24
ККК 0,33 3,57 1,73 1,22 0,069 - 13,43
21.11.06 0 3,22 1,89 1,59 1,85 0,104 - 10,32
ККК 10,85 3,16 3,04 2,25 0,095 0,18 16,17
13.03.07 0 0,40 1,34 0,44 0,37 - - 2,42
ККК 0,25 2,02 0,62 0,58 0,047 - 3,58
04.07.07 0 0,69 1,39 0,83 0,97 0,047 - 6,16
ККК 0,57 1,42 1,02 1,02 0,063 - 11,03
Содержание анионов, мг/л
С1- N0^ Б042- N03' Г Р043‘ pH
Поверхностный сток
30.03.06 0 1,04 - 1,36 0,43 0,117 0,09 6,04
ККК 0,97 0,16 1,74 1,27 0,156 0,11 6,52
12.04.06 0 1,97 - 4,21 1,12 - 0,27 6,91
ККК 2,03 0,14 4,52 1,96 0,104 0,31 7,22
21.11.06 0 2,29 - 5,80 0,97 - 0,55 6,97
ККК 2,21 0,17 6,04 1,57 0,112 0,47 7,02
13.03.07 0 0,87 - 0,86 0,06 0,131 0,04 6,41
ККК 1,02 - 0,41 0,21 0,142 0,06 6,79
04.07.07 0 0,61 - 5,36 8,56 - 0,05 6,86
ККК 0,54 - 7,04 8,16 - 0,06 6,92
Внутрипочвенный сток
30.03.06 0 1,22 - 2,16 0,19 0,057 0,09 5,94
ККК 1,15 0,11 2,77 0,27 0,096 0,11 6,01
12.04.06 0 2,39 - 4,25 3,27 - 0,43 6,09
ККК 2,17 0,07 4,09 3,44 - 0,46 6,47
21.11.06 0 1,52 0,23 4,47 7,19 - 0,75 6,17
ККК 2,35 - 4,68 6,30 0,022 1,44 6,34
13.03.07 0 0,78 0,07 1,22 0,11 0,124 0,06 5,76
ККК 1,11 0,08 1,22 3,23 0,107 0,39 6,04
22.03.07 0 0,99 - 1,58 0,43 - 0,41 6,13
ККК 1,21 - 1,67 0,79 - 0,49 6,29
Следовательно, ККК при поверхностном внесении может смываться с жидким и твердым поверхностным стоком. Миграция стронция по профилю почвы происходит достаточно медленно и первые годы не оказывает влияния на состав внутрипочвенных вод.
Литература
1. Обоснование стратегий управления водными ресурсами [Текст]: монография / под ред. Данилова-Данильяна В.И. / М. Научный мир, 2006. - 335 с.
2. Окорков В.В. Поглощающий комплекс и механизм известкования кислых почв. [Текст]: монография / В.В. Окорков / Владимир. ВООО ВОИ,2004. -181 с.
3. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Смоленской области в 2003 году». [Текст]: доклад. Смоленск, 2003. - 245 с.
4. Маковский Р.Д. Агроприменение отходов и природа // Проблемы аграрной отрасли в начале XXI века [Текст]: статья / Р. Д. Маковский, Н.Г. Пушкарева, Г.Г. Владимирова / Смоленск, 2002. - С. 151-154.
5. Путятин Ю.В. Минимизация накопления радионуклидов 137Сб+, 8г2+ в сельскохозяйственных культурах на основе регулирования катионного состава дерновоподзолистых супесчаных почв. [Текст]: Автореферат дисс. д.с.-х. наук / Ю.В. Путятин / Минск, 2007. - 49 с.
