CC BY
60
Таипова О.А., Бактыбаева З.Б., Семенова И.Н., Суюндуков Я.Т.
Сибайский филиал академии наук Республики Башкортостан, г Сибай
ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ ПОЧВ, ПРИЛЕГАЮЩИХ К МЕСТОРОЖДЕНИЮ КУЛЬ-ЮРТ-ТАУ
Статья посвящена изучению экологического состояния почв, прилегающих к отвалам карьера Куль-Юрт-Тау. Приведены данные о содержании в почвенном покрове продуктов разложения пирита, прежде всего железа, а также сопутствующих элементов - меди и цинка. Установлено, что на уровень содержания подвижных форм тяжелых металлов в почвах большое значение оказывают такие показатели как рН, влажность и содержание органического вещества.
Ключевые слова: тяжелые металлы, загрязнение почв, месторождение Куль-Юрт-Тау.
Горнорудная промышленность является одним из наиболее мощных факторов антропогенного преобразования окружающей среды. Опасность загрязнения токсичными химическими элементами, в частности тяжелыми металлами (ТМ), наиболее велика для территорий добычи рудно-минерального сырья.
Экологические проблемы, порожденные деятельностью горно-обогатительных комбинатов, обусловлены составом перерабатываемых руд и технологией их добычи. Известно, что в процессе добычи руд, их переработки и обогащения происходит рассеяние ТМ в природных средах. Мигрируя в ландшафтах, они нередко накапливаются в токсичных концентрациях. При этом нарушается естественное геохимическое равновесие компонентов природной среды. ТМ по степени негативного воздействия на окружающую среду занимают третье место, уступая лишь хлорорганическим соединениям и пестицидам и значительно опережая такие известные загрязнители, как оксиды углерода и серы, нефтепродукты, ароматические соединения [1].
Целью настоящей работы явилось проведение эколого-химического контроля по содержанию тяжелых металлов - железа, цинка, меди, свинца и кадмия в почвах окрестностей месторождения Куль-Юрт-Тау.
Месторождение Куль-Юрт-Тау расположено в 5 км к северу от г.Баймак Республики Башкортостан (РБ). Разработка месторождения, представленного золотосодержащими бурыми железняками, велась с 1932 г. Площадь карьера составляет 7,3 га, глубина - 90 м, нижняя часть его затоплена водой. Руды, не соответствующие требованиям кондиций, складировались в отвалы вместе с вскрышными породами. В восточном направлении имеет место подземный поток сточных вод отвалов до реки Таналык. Объем стоков равен 124 куб.м/сутки.
Кроме того, в этом же направлении находятся мощные стоки кислых подотвальных поверхностных вод (рН 0,9-2,0) [2].
Исследования проводили в 2007 г. на пробных площадках, заложенных в северном, восточном, южном и западном направлениях от карьера. Пробы почв брали непосредственно возле отвалов, на удалении 250 м, 500 м и в одном случае 750 м. Контрольный участок (фон) располагался на расстоянии 30 км в северном направлении от карьера на склоне возвышенности.
Почвенные образцы отбирали по общепринятым методикам из слоя 0-20 см в 3-х повторностях. Влажность определяли весовым методом. Определение рН солевой вытяжки (КС1) почвы проводили в соответствии с ГОСТ 26483-85. Содержание гумуса определяли в соответствии с ГОСТ 26213-91. Массовые концентрации подвижных форм цинка, меди, свинца и кадмия определяли методом инверсионной вольтамперометрии с использованием анализатора СТА [3], содержание Ре - атомно-абсорбционным методом на спектрофотометре «Спектр 5-3».
Кислотность. По шкале В.Т. Емцева [4] изучаемая почва была отнесена к категории «слабокислая», поскольку рН солевых вытяжек почвенных образцов варьировал в диапазоне от 4,4 до 5,7 (табл.), причем этот показатель практически не изменялся при удалении от отвалов. Наиболее низкие значения рН были отмечены непосредственно возле отвалов в западном направлении (рН 4,4), а также на расстоянии 500 м в южном направлении (рН 4,8).
Гумус. Основной фон почвенного покрова Баймакского района составляют черноземы выщелоченные и обыкновенные. На склонах встречаются в основном неполноразвитые каменисто-щебеночные почвы.
Таблица. Некоторые показатели почв, прилегающих к отвалам месторождения Куль-Юрт-Тау
Направ- ление Пробы pH (КС1) Гумус, % Влажность % Содержание подвижных форм металлов, мг/кг воз д. сук.
Ре 2п Си РЬ С(3
восток У отвалов 5,5 7,0 9,3 87,9±13,9вД 83,6-94,2 9,1±1,9вД 20,5-24,5 8,3±1,5вД 7,80-9,0 1,0±0,2в* 0,9-1,1 0.01±0,01 0,01-0,02 8,4
250 м 5,2 13,6 19,0 18б,4±9,б*«» 182,1-190,1 22,5±5,0*в* 20,5-24,5 2,4±0,6*в« 2,20-2,70 1,2±0,4в« 1,0-1,32 н. 0 9,5
500 м 5,7 5,8 4,2 103,9±8,1*Д» 100,3-109,6 1,2±0,8*Д« 1,0-1,5 1,2±0,7*Дв 1,05-1,55 0,2±0,1 *Д« 0,15-0,22 Н. 0 1,5
750 м 5,4 6,3 5,5 131,7±19,8*Дв 124,3-140,1 4,7±1,7*Дв 4,3-5,5 4,б±1,7*Дв 3,9-5,0 0,5±0,2*Дв 0,4-0,6 0,01±0,01 0,01-0,02 4,7
север У отвалов 5,3 10,8 12,6 109,9±20.1«Д 102,1-118,3 43,3±18,3«Д 35,0-49,0 1,2±0,5вД 1,0-1,4 0,5±0Г3 0,4-0,6 0,02±0,01вД 0,01-0,02 13,5
250 м 5,6 10,0 20,9 89,4±9*и 85,4-92,5 78,0-92,0 1,8±0,б*в 1,5-2,0 0,б±0,2в 0,5-0,7 н. о * 25,7
500 м 5,2 8,2 10,1 64±9,3*Д 59,9-67,2 5,7±1,6*Д 5,0-6,3 0,б±0,3*Д 0, 5-0,7 0,4±0,1Д 0,4-0, 5 н. о * 2,6
запад У отвалов 4,4 9,7 11,9 181,6±8,4вД 178,2-185,0 2,4±0,01вД 2,1-2,7 0, 6±0,8вД 0,5-0,7 0,1±0,01вД 0,1-0,1 0,01±0,0 0,01-0,01 1,5
250.М 5,5 8,5 5,7 38,9±8,9*. 35,3-42,5 3*).8±0.'*« 37,0-43,0 !Ч.|9±".5*в 8,6-11,0 1,4±0,3*в 1,1-1,б н. 0 18,1
5.0 О.м 5,4 8,7 6,0 149,4±10,9*Д 144,9-153,7 11,0±0,19*Д 10,0-12,5 0,9±3,3*Д 0,9-1,0 0,5±0,1*Д 0, 5-0,6 0,01±0,00 0,01-0,01 4,6
1-1 а У отвалов 5,4 8,6 8,0 58,3±7,2вД 55,2-61,0 3,8±1,5вД 3,3-4,4 0,б±0, 5Д 0,45-0,81 1,01±0,1вД 1,0-1,1 0,01±0,00 0,01-0,01 2,9
250 м 5,1 4,8 8,4 96,6±2,9*в 93,7-99,3 йт. 7±31,1*и 55,0-80,0 13,8±4,0*в 12,0-15,0 н. о *в н. 0 26,1
500 м 4,8 8,4 8,3 150,4±8,7*Д 13,1±2,0*Д 0,6±0,6Д 0,02±0,02*Д н. 0 4,3
55,2-61,0 12,5-14 0,4-0,9 0,01-0,02
Контроль 5,0 8,0 10,0 17,1±4,б 15,3-19,0 3Г6±1Г3 3,1-4,0 1Г9±0Г2 1,9-2,0 0,7±0г5 0,7-0,8 0,3±0,1 0,3-0,3
гщк - 23,0 3,0 6.00 0.50
Примечание: в числителе - среднее ± доверительный интервал, в знаменателе - пределы вариации; * - различия достоверны при р<0,05 по отношению к варианту пробных площадок расположенных у отвалов; Д - к варианту пробных площадок, расположенных на расстоянии 250 м от овалов; ■ - к варианту пробных площадок, расположенных на расстоянии 500 м от отвалов; • - к варианту пробных площадок, расположенных на расстоянии 750 м от отвалов. Н. о. - не обнаружено. Выделенным шрифтом отмечены значения, превышающие ПДК.
В литературе имеются сведения об уменьшении содержания гумуса в почвах, находящихся в зоне техногенного загрязнения, вследствие снижения активности биологических процессов при загрязнении тяжелыми металлами [5]. Согласно литературным данным, среднее содержание гумуса в почвах Баймакского района составляет 8% [6, 7]. Содержание гумуса на изучаемой территории варьировало от 4,8 до 13,6% (табл.).
Тяжелые металлы. Характер загрязнения почв ТМ нами оценивался сравнением результатов исследования как с предельно допустимыми концентрациями (ПДК), так и с фоновыми показателями.
Из таблицы следует, что содержание подвижных форм цинка и меди в почвах в большинстве случаев не превышало фоновые значения и ПДК за некоторым исключением. Наибольшее содержание цинка (89,4 мг/кг), превышающее ПДК в 3,8 раз, наблюдали в северном
направлении на расстоянии 250 м от отвалов. Высокое содержание меди было отмечено в восточном направлении непосредственно у отвалов и на расстоянии 750 м от них, в западном и южном направлениях - на расстоянии 250 м от отвалов.
Общее содержание свинца в целом не превышало ПДК, но его концентрация на различных участках отличалась по сравнению с фоновым значением. Так, превышение фонового значения было отмечено в восточном направлении вблизи отвалов и на расстоянии 250 м, в западном - на расстоянии 250 м и в южном -вблизи отвалов.
Кадмий был обнаружен только непосредственно возле отвалов и на расстоянии 500 в северном, западном и южном и 750 м в восточном направлении. Содержание этого металла ни в одном из исследованных участков не превышало значения фона.
Во всех изученных образцах почвы содержание подвижного железа превышало фоновые значения, что указывает на периодическое смывание с поверхности руд водорастворимых солей данного металла во всех направлениях, а особенно в восточном направлении по склону в сторону реки Таналык.
Уменьшение содержания изученных металлов в почвах по мере удаления от отвалов установлено не было. Наоборот, в северном, западном и южном направлениях на расстоянии 250 м от отвалов было отмечено превышение содержания цинка как в сравнении с фоновым уровнем, так и с ПДК. Превышение ПДК и фонового значения меди было также выявлено на расстоянии 250 м в западном и южном направлениях и 750 м на восток от отвалов. Возможно, это связано с тем, что вблизи источника загрязнения осаждается основная часть твердых пылевых частиц, а подвижные формы вымываются из почв атмосферными осадками и переносятся дальше.
Расчет коэффициентов корреляции между концентрациями изученных металлов в почве выявил наличие следующих корреляционных зависимостей, достоверных при р<0,05: в северном направлении положительная корреляция между содержанием цинка и меди, цинка и свинца, свинца и меди; в западном направлении отрицательная корреляция между содержанием цинка и железа, меди и кадмия, в южном направлении - положительная корреляция между содержанием свинца и кадмия. Во всех случаях положительный коэффициент корреляции был близок к 1,0, в случаях отрицательной корреляции - -1,0.
Отмечена достоверная (р<0,05) положительная корреляция между содержанием гумуса и цинка в восточном направлении (значение г близко к 1,0). Между содержанием гумуса и меди
|____влажность ♦ гумус а |
Рисунок. Суммарный показатель загрязнения в зависимости от влажности и гумуса почвы
наблюдалась достоверная (р<0,05) отрицательная корреляция (значение г близко к -1,0).
Суммарный показатель загрязнения Zс.
Оценку уровня загрязнения почв как индикаторов неблагоприятного воздействия на здоровье населения проводят по показателям, разработанным при сопряженных геохимических и геогигиенических исследованиях окружающей среды [8]. Такими показателями являются коэффициент концентрации химического вещества Кс, равный отношению содержания вещества на изучаемом участке к его фоновому содержанию, и суммарный показатель загрязнения 2с, равный сумме коэффициентов концентраций химических элементов:
^ = £К -(п-1 , где п - число суммируемых элементов.
По результатам анализа содержания ТМ были рассчитаны коэффициенты концентрации К , на основе которых был установлен суммарный показатель загрязнения почв 2с, (табл.). В результате было установлено, что к категории загрязнения «умеренно опасная» относились почвы южного, северного и западного направлений на расстоянии 250 м от отвалов (2с, равен 26,1; 25,7; 18,1 соответственно), а все остальные пробные площадки имели категорию загрязнения «допустимая» (2 1,5-13,5).
На концентрацию ТМ в почве большое влияние оказывали такие факторы, как влажность и содержание органического вещества, особенно хорошо это было выражено в восточном и северном направлениях (рис.). Была отмечена достоверная (р<0,05) отрицательная корреляция между показателем 2си гумусом (г = -0,99) в южном направлении, положительная корреляция между влажностью и гумусом (г = 0,98).
Таким образом, проведенные исследова-зо ния показали, что приоритетными загрязни-25 телями почв, прилегающих к отвалам место-10 рождения Куль-Юрт-Тау, являются цинк, 10 медь и железо. А такие ТМ как свинец, не-5 смотря на некоторое повышение его содер-
0 жания по сравнению с фоном, и кадмий ред-
ко достигают концентрации, способной в значительной степени ухудшить состояние почв. Такие факторы, как влажность и содержание органического вещества в почвах в значи-
тельной степени влияют на накопление подвижных форм ТМ.
Работа выполнена в рамках ГНТП РБ «Геология, нефтегазовый комплекс и экология Рес-
публики Башкортостан», «Инновационные технологии, используемые при проведении геоло-го-разведочных работ, добыче, переработке полезных ископаемых в РБ».
Список использованной литературы:
1. Белан Л.Н. Геоэкология горнорудных районов Башкортостана: монография. - Уфа, РНО БашГУ, 2003. - 178 с.
2. Абдрахманов Р.Ф, Ахметов Р.М., Ковтуненко С.В. Гидрогеоэкологическая обстановка в зоне влияния серноколчеданного месторождения Куль-Юрт-Тау. Геологический сборник №6. Информационные материалы: издательство Института геологии Уфимского научного центра РАН, 2006. - С. 270-272.
3. МУ 08-47/152. Почва. Методика выполнения измерений массовых концентраций кадмия, свинца, цинка и меди методом инверсионной вольтамперометрии.
4. Емцев В.Т., Мишустин Е.И. Микробиология: учебник для вузов. - изд. 6-е, испр. - М.: Дрофа, 2006. 444 с.
5. Евдокимова Г.А., Кислых Е.Е., Мозгова Н.П. Биологическая активность почв в условиях аэротехногенного загрязнения на Крайнем Севере. Л.: Наука, 1984. 120 с
6. Хазиев Ф.Х., Мукатанов А. Х., Хабиров И.К. и др. Почвы Башкортостана. Уфа: Гелем, 1995. Т. 1. 384 с.
7. Суюндуков Я. Т. Экология пахотных почв Зауралья Республики Башкортостан / Под ред. Чл.-корр. АН РБ Ф. Х. Хазиева. - Уфа: Гилем, 2001. - 256 с.
8. Сает Ю.В., Ревич Б.А., Янин Е.П. и др. Геохимия окружающей среды. - М.: Недра, 1990. - 334 с.
