CC BY
75
МОНОМЕТАЛЛИЧЕСКОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВ И ФАКТОРЫ ВЛИЯНИЯ НА НЕГО
И.Н. Бузина, В.К. Пузик
Аннотация. Приведены результаты почвенно-биологического исследования уровня концентрации тяжелых металлов в почвенном покрове территории вокруг полигона ТБО. Выявлены факторы, наиболее влияющие на распространение загрязняющих элементов. Дана экологическая оценка окружающей среды. Рассмотрена и теоретически обоснованно целесообразность использования фитоиндикации для ремедиации загрязненных территорий.
Ключевые слова: тяжелые металлы, фиторемедиа-ция, агроландшафт, ксенобиотики, полютанты, рапс.
Одной из важнейших проблем экологии и охраны окружающей естественной среды стало своевременное обезвреживание и утилизация промышленных и бытовых отходов. На сегодня в Украине территория свалок ТБО составляет больше 150 тыс. га, где с каждым годом накапливается до 1 млрд. т отходов. А их ежегодный прирост составляет около 2% [1].
Мусорки и отходы производства являются основными загрязнителями окружающей среды и источниками распространения тяжелых металлов в системе «почва - растение», а дальше с употреблением сельскохозяйственной продукции к организму человека.
Для исследований были выбраны земли учебно-опытного хозяйства ХНАУ им. В.В. Докучаева сельскохозяйственного назначения вокруг частного предприятия «Перерабатывающий завод», где были отобраны образцы почвы из верхнего плодородного слоя и определенно содержание подвижных форм тяжелых металлов по методу атомно-абсорбционной спектрометрии.
Образцы почв отбирались в четырех направлениях от мусорки: северо-восточному, юго-западному, северозападному и юго-восточному, методом конверта (средняя проба содержит не меньше чем пять точечных проб, которые взяты из одного пробного участка). Глубина взятия проб 0-20 см и 20-40 см. В отобранных образцах определяли содержание подвижных форм следующих тяжелых металлов: железо, марганец, цинк, медь, никель, свинец, хром и кадмий.
Существенная часть загрязненных земель находится в сельскохозяйственном использовании. Такие участки могут стать источниками загрязнения пищевых продуктов и последующего распространения токсичных веществ в окружающей среде. Растения играют решающую роль в загрязнении трофических цепей через первичное нагромождение к поступлению в организм животного или человека [2].
Полученные результаты дали возможность сделать выводы, что накопление элементов происходит в зонах снижения рельефа местности за счет стока поверхност-
ных и почвенных вод, опаснейшим из них является свинец, кадмий, хром, никель, концентрации которых превышают ПДК до 5 раз, или находятся на грани превышения (таблица 1).
Также, наивысшие концентрации содержания тяжелых металлов были обнаружены на северо-восточном склоне, что могло быть предопределено расположением автотрассы на расстоянии 400-500 м от места взятия проб, а также наибольшей крутизной склона в данном направлении.
Исследование относительно влияния положения участка на разных элементах рельефа и экспозициях на свойстве почв до настоящего времени имеют ограниченный характер.
Статистическая обработка полученных результатов имела целью обнаружить зависимость между содержанием тяжелых металлов и рядом показателей, которые могли влиять на их накопление: расстояние к мусорке, расстояние к автотрассе, глубина пробы, крутизна склона и средняя высота точки отбора над уровнем моря.
В результате проведенных исследований было ранжирование факторов (характеристик проб почвы) для показателей содержания в почве железа, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, хрома и кадмия. На первом месте оказалась высота точки отбора проб почвы, на втором - расстояние к мусорке, на третьем - расстояние к дороге, на четвертом - крутизна склона, а на пятом - глубина отбора проб (таблица 2).
Таким образом, можно сделать выводы, что распространение тяжелых металлов на исследуемой территории главным образом зависит от высоты рельефа территории. То есть, с понижением рельефа происходит смыв и вынос с грунтовыми водами мелкозема, в котором находятся металлосодержащие вещества на сельскохозяйственные поля и прилегающие территории, а именно: водные объекты, которые используются местными жителями для купания и рыбной ловли, естественные источники, где постоянно наблюдается забор питьевой воды.
На основании полученных данных эмпирически можно сделать следующие выводы о характере поведения тяжелых металлов в почвах исследуемого полигона: их можно разделить на две разные группы. К первой группе можно отнести медь, никель, хром, кадмий. Их содержание в почве слабо изменяется с глубиной и почти не зависит от ландшафтного положения точки. Аккумуляция в гумусовом горизонте выражена слабо.
Ко второй группе принадлежат железо, марганец, цинк и свинец. Эти элементы аккумулируются главным образом в гумусовом горизонте, который может быть связан с низким содержанием гумуса почв полигона [3].
Таблица 1 - Концентрации тяжелых металлов в исследуемых почвах
Элементы Определенная концентрация (среднее значение), мг/кг
Номер п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 ГДК
Железо 2,37 2,54 80,23 88,43 25,45 52,92 311,06 439,27 -
Марганец 41,66 15,33 276,92 135,82 96,99 50,53 179,1 248,45 50,00
Цинк 1,8 0,48 8,12 2,81 2,75 12,00 5,93 5,62 23,00
Медь 0,16 0,06 0,15 0,26 0,08 0,15 0,6 0,28 3,00
Никель 1,75 1,49 2,29 2,03 3,72 3,26 3,70 4,51 4,00
Свинец 2,67 3,56 4,30 4,89 2,59 3,11 6,52 7,12 2,00
Хром 1,82 3,32 2,95 4,16 4,67 5,04 5,92 6,23 6,00
Кадмий 0,11 0,14 0,34 0,35 0,26 0,36 0,57 0,73 0,70
Таблица 2 - Ранжирование факторов (характеристик
В результате такого состояния почв по данным литературного анализа урожайность культур может быть ниже обычной более чем на 10%, что свидетельствует о загрязнении почвы, то есть содержание химических элементов достигает токсичной концентрации. При этом микроэлементы и тяжелые металлы проявляют хотя и разное, но токсичное действие на растения. Однако отождествлять их не можно, потому что микроэлементы (цинк, медь, кобальт и другие) в небольших дозах нужны растениям, а потребность растений в тяжелых металлах (свинец, кадмий и другие) окончательно не установлена [4]. Оценка состояния территории приведена в таблице 3.
Таблица 3 - Оценка загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами
Эти элементы попадают в организм человека тремя путями: через атмосферный воздух с токсичной пылью, через пищевые продукты, через питьевую воду, но могут повлечь отравление организма, тяжелые заболевания жизненно важных органов и даже составляют потенциальную генетическую опасность.
Почвенный покров не только аккумулирует компоненты загрязнений, но и выступает естественным буфером, который существенно снижает токсичное действие тяжелых металлов и регулирует поступление химических элементов в растения и, как следствие, в организм животных и человека. Металлы, что накапливаются в
почвах, выводятся из нее крайне медленно. В связи с этим разработка агротехнических мероприятий, которые снижают поступление тяжелых металлов в сельскохозяйственные растения, добывает большое агро-экологическое значение [5].
Загрязненные территории нуждаются в жизнеспособном растительном покрове с целью ограничения миграции, предотвращения загрязнения прилегающих сельскохозяйственных угодий и прямого влияния на соседние поселения. В наше время дикорастущие и культурные виды растений способны не только противостоять патогенным организмам и паразитам, но и приспосабливаться к присутствию целого ряда ксенобиотиков в постоянно растущих концентрациях [6].
Фитотехнологии предлагают эффективные инструменты и экологически привлекательные решения относительно возобновления почв и вод, загрязненных металлами, радионуклидами, пестицидами и другими органическими соединениями, получения экологически безопасной продукции и развития восстанавливаемых источников энергии. Использование растений для возобновления загрязненных земельных участков становится важным для устойчивого развития землепользования и является более экологически совместимым и дешевым методом в сравнении с физико-химическими и техническими приемами, даже, когда период времени, необходимый для достижения конечного результата, может стать лимитирующим фактором. Современные фитотехнологии дают возможность получать относительно чистую сельхозпродукцию на загрязненных землях, ограничивать горизонтальную и латеральную миграцию лабильных форм токсикантов благодаря их концентрированию в растениях и осуществлять очистку загрязненных объектов окружающей среды [7].
Интенсивность поглощения разных химических элементов растениями очень разнообразная. Растения разных видов склонны к выборочному поглощению разных металлов. Как известно, элементы, которые наиболее эффективно поглощаются металлами это цинк, медь, никель и марганец. Поэтому именно содержание этих элементов необходимо контролировать и снижать их уровень в экосистеме.
Ситуация, которую показали полученные нами результаты не является критической, что было обеспеченно сбалансированным использованием и почвозащитными технологиями. Но опираясь на многолетний опыт и результаты исследования других территорий, необходимо приложить максимум усилий, чтобы не допустить ухудшения естественного состояния территории к неудовлетворительному уровню. Для этого необходимо разработать и обеспечить выполнение ряда мероприятий с помощью фитотехнологий, исследовать, какие культурные растения обеспечат улучшение состояния почв и не будут накапливать вредные вещества в своих потребляемых частях, а также создать экологические карты территории для наблюдения и моделирования перспектив состояния вокруг мусорок.
Список использованных источников
1 Бшецька В.А. Дослщження процеав трансформацп водорозчинних форм важких металгв при детоксикацп проми-слових вдаодгв природними сорбентами Н.£. [Електронний ресурс] / В.А. Бшецька, Н.£. Яцечко, А.В. Павличенко // На-ук.-техн. зб. «Розробка родовищ». - 2013. - Режим доступу: http://rr.nmu.org.ua/pdf/2013/20131016-52.pdf.
2 Ачасова А.О. Грунтово-еколопчш умови формуван-ня просторово! неоднордаосп вмюту важких металiв у Грунтах Лгвобережного Шсостепу Украши: дис. ... канд. с.-г.
образцов почвы)
Результативные показатели Факторы
глубина, см расстояние к мусорке, м расстояние к дороге, м крутизна склона высота, м
х0 X 3 х 4 х5
Содержание железа 5 2 3 4 1
Содержание марганца 4 2 3 5 1
Содержание цынка 2 4 3 1 5
Содержание меди 3 1 4 5 2
Содержание никеля 4 3 2 5 1
Содержание свинца 5 2 3 4 2
Содержание хрома 3 5 4 2 1
Содержание кадмия 4 1 2 3 5
Среднее значение 3,75 2,50 3,00 3,63 2,25
Ранг фактора V II III IV I
Элементы Класс опасности ПД К, мг/к г Максимальная концентрация, мг/кг Превышение ПДК, разы Тип экологической ситуации
Марганец III 50 276,9 5,5 Кризисная
Цынк I 23 12,0 0,5 Удовлетворительная
Никель II 4 3,72 0,93 Удовлетворительная
Свинец I 2 7,12 3,56 Кризисная
Хром II 6 6,23 1,03 Передкризис-ная
Кадмий I 0,7 0,73 1,04 Передкризис-ная
наук: 03.00.18 / Алла Олександршана Ачасова. - Х., 2003. -262 с.
3 Голець Н.Ю. Дослвдження властивостей про фшьтрацшного екрана пол1гону твердих в1дход1в: стаття / Голець Н.Ю., Мальований М.С., Малик Ю.О. - Вгсник НАУ. 2009. - №3.
4 Мггрясова О.П. Х1м1чш основи екологи: навч. поибник / О.П. Мггрясова. - К.: 1ртнь: Перун, 1999. - 192 с.
5 Огляд результативносл природоохоронно! д1яльносп: Укра!на // Сер1я огляд1в результативност природоохоронно! д1яльносл: публжаци Оргашзаци Об'еднаних Нацш. - Нью-Йорк; Женева, 2000. - №6. - 132 с.
6 Петришина В.А. Агроеколопчне обгрунтування фп,оремед1ацшно! спроможносп дикорослих видш рослин: дис. ... канд. с.-г. наук: 03.00.16 / В1талша Анатоливна Петришина. - К., 2009. - 143 с.
7 Рщей Н.М. Охорона земель та стале землекористу-вання: наук.-метод. поиб. - Рщей Н.М., Тонха О.Л., Шофолов Д.Л. - Луганськ: ТОВ ПРОГТЕХСНАБ, 2009. - 250с.
Информация об авторах
Бузина Ирина Николаевна, старший преподаватель кафедры геодезии, картографии и геоинформатики Харьковского национального аграрного университета им. В.В. Докучаева 0662279401, nezabydka-1987@mail.ru
Пузик Владимир Кузьмич, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, член-корреспондент Национальной академии аграрных наук Украины, ректор Харьковского национального аграрного университета им. В. Докучаева 0662279401, nezabydka-1987@mail.ru
