CC BY
38
УДК 632.122
СОДЕРЖАНИЕ РЯДА ОРГАНИЧЕСКИХ И НЕОРГАНИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ В ПОЧВАХ ЮЖНОЙ ЧАСТИ ОСТРОВА САХАЛИН
А.И. Щеглов, О.Б. Цветнова
В статье дан анализ изменения содержания и распределения нефтяных углеводородов, бенз(а)п:ирена и кислоторастворимых соединений ряда тяжелых металлов в почвах южной части о. Сахалин за 2003—2010 гг. Показано, что в динамике наблюдается увеличение концентрации в почве исследуемых экотоксикантов. Выявлен сходный характер их аккумуляции в почвах, что указывает на возможность аэрального поступления поллютантов в природные среды от имеющихся источников загрязнения.
Ключевые слова: почвы, южная часть о. Сахалин, загрязнение, нефтяные углеводороды, бенз(а)п:ирен, тяжелые металлы.
Введение
Остров Сахалин — старейший нефтедобывающий регион России, где с конца 20-х гг. прошлого века начала развиваться эта отрасль. В настоящее время на суше и шельфе Охотского моря открыто 69 месторождений углеводородного сырья (нефтяные, газовые, газоконденсатные, газонефтяные, нефтегазовые и нефтегазоконденсатные) [10]. Территорию острова в различных направлениях пересекает целый ряд крупных и мелких нефтегазопроводов, здесь введены в эксплуатацию завод по нефтепереработке «Объединенный береговой технологический комплекс» (ОБТК), завод по сжижению газа с терминалом по отгрузке нефти (СПГ/ТОН) и т.п. Все это существенно усиливает техногенное воздействие на компоненты окружающей среды, в том числе почвенный покров, являясь причиной развития деградационных процессов увеличения степени загрязнения почв. Очевидно, что приоритетными загрязнителями в этом случае будут выступать нефтепродукты, полиароматические углеводороды и тяжелые металлы (ТМ). В начальный период освоения месторождений углеводородного сырья техногенной нагрузке, связанной с добычей и переработкой нефти, в наибольшей степени была подвержена северная часть острова, однако с вводом в эксплуатацию завода СПГ/ТОН* наблюдается усиление антропогенной нагрузки и на южную часть Сахалина.
Согласно имеющимся литературным источникам, в зависимости от ландшафтно-геохимических условий «фоновое» содержание нефтяных углеводородов (НУВ) в почвах Сахалина в среднем составляет 15 (южная часть острова) и 50 (северная часть) мг/кг. При этом отмечаются природные аномалии в местах выхода нефтяных углеводородов на дневную поверхность и наблюдается значительный размах варьирования (макс.—мин.) рассматриваемых показателей [12].
Вместе с тем данные по «фоновым» характеристикам содержания в почвах Сахалина органических
и неорганических экотоксикантов разрозненны и не отличаются полнотой. Имеются указания, что среднее валовое содержание меди в почвах острова колеблется от 10 до 60, а подвижных форм этого элемента — 4,5—8,2 мг/кг [16]; для цинка эти показатели соответсвенно составляют — < 30 и 0,9—2,6 мг/кг [4, 5]. Об уровнях фоновых концентраций других микроэлементов можно судить лишь по результатам исследований незагрязненных почв Приморья.
В частности, валовое содержание никеля в среднем составляет 45 мг/кг [2], отмечается повышенное количество кадмия, мышьяка, что отражает региональные особенности почв Дальнего Востока. Также немногочсисленны данные по «фоновым» концентрациям бенз(а)пирена (БП) в почвах исследуемого региона. Имеются указания, что в почвах Камчатки и Курильских островов эти показатели варьируют от 0,3 до 14,6 мкг/кг [17]. При этом повышенные концентрации БП, вероятнее всего, обусловлены вулканической деятельностью — одним из природных источников поступления в биосферу полиароматических углеводородов, к которым относится бенз(а)-пирен (С20Н12) [8].
В связи с этим цель настоящей работы — оценка современных уровней содержания нефтяных углеводородов, бенз(а)пирена и ряда тяжелых металлов в почвах южной части о. Сахалин.
Объекты и методы исследования
Исследования проводили в динамике в течение 2003—2010 гг. в южной части о. Сахалин на территории, охватывающей зону возможного влияния объектов нефтегазовой промышленности, в том числе завода СПГ/ТОН.
На данной территории закладывали пробные участки (ПУ), площадью 50 х 50 м с характерным и ненарушенным почвенным покровом. Они охватывали основные типы почв региона и располагались
* Завод СПГ/ТОН расположен на побережье Анивского залива недалеко от пос. Пригородное, 13 км от г. Корсакова и 53 км от г. Южно-Сахалинска. Строительство его было начато в 2003 г., в 2009 г. — эксплуатация.
на разном расстоянии от возможных источников загрязнения. На каждом ПУ закладывали опорные разрезы, из которых послойно, по генетическим горизонтам, отбирали образцы для характеристики основных физико-химических свойств сформированных здесь почв, а также для оценки уровней содержания нефтяных углеводородов, бенз(а)пирена и тяжелых металлов (Сё, Си, Щ, РЬ, N1, 2п, Сг). В подготовленных почвенных образцах проводили определение валового содержания нефтяных углеводородов методом ИК-спектроскопии (стандартная методика [11]), концентрации бенз(а)пирена с помощью хромато-масс-спектрометрии [19], кислоторастворимых (1 н. HNOз) соединений тяжелых металлов — атомно-ад-сорбционным методом в пламенном режиме [15].
Результаты исследований и их обсуждение
Исследования показали, что в южной части о. Сахалин распространены различные подтипы бурых лесных почв, в ареале которых встречаются аллювиальные и почвы болотного ряда; к вершинам гор и увалов приурочены горные почвы [1, 3, 4, 6]. Как правило, они имеют очень сильнокислую и сильнокислую реакцию среды, не насыщены основаниями, характеризуются высоким варьированием содержания органического вещества (потеря от прокаливания составляет 2,5—90%), что предопределяет высокую неоднородность аккумулирующей способности органогенных горизонтов и интенсивности миграции различных экотоксикантов в их профиле.
На начальном этапе исследований в южной части о. Сахалин (2003 г.) уровни содержания НУВ, БП и ряда тяжелых металлов в почвах в целом мало отличались от величин, установленных ранее для фоновых территорий этого региона [2, 4, 5, 12, 16, 17] и приведенных выше (табл. 1).
Таблица 1
Содержание некоторык экотоксикантов в слое 0—20 см бурым лесных кислык ненасыщенных почв южной части о. Сахалин (по данным 2003 г.)
Органические загрязнители, мг/кг Неорганические загрязнители, мг/кг
нефтяные углеводороды бенз(а)пирен РЬ 2п щ Сё
71,0 0,06 13,7 39,7 0,085 0,045
Таким образом, уровни содержания всех эко-токсикантов в почвах, по данным на начало исследований, находились в диапазоне «фоновых» значений. Очевидно, что в этот период техногенная нагрузка на почвы рассматриваемой территории была минимальной. Вместе с тем, по данным на 2010 г., средние уровни содержания НУВ, а также варьирование этого показателя в почвах южной части о. Са-
халин повысились, особенно в верхних органогенных горизонтах (табл. 2).
Таблица 2
Статистические показатели содержания НУВ в почвах (по данным 2010 г. при п = 12)
Показатель Верхняя органогенная толща (лесная подстилка, очес) Нижележащая толща до глубины 20 см
Среднее значение, мг/кг 1567,47 283,99
Ошибка среднего, мг/кг 286,81 142,34
Максимальное значение, мг/кг 4020,69 1737,74
Минимальное значение, мг/кг 403,81 52,76
Среднее квадратичное отклонение 993,53 493,09
Коэффициент варьирования, % 63,4 173,6
Следует подчеркнуть, что максимальные уровни накопления НУВ отмечаются в поверхностных горизонтах (лесная подстилка) бурых лесных почв, а в болотных низинных торфяно-глеевых почвах — в подстилающем очес гор. Т1 (рис. 1).
В нижележащей подподстилочной толще бурых лесных почв содержание НУВ резко уменьшается до 40—60 мг/кг, в то же время в соответствующей торфяной толще болотных низинных торфяно-глеевых почв оно сохраняется на достаточно высоком уровне — около 800 мг/кг; только в глеевом горизонте этот показатель снижается до 400 мг/кг (рис. 2).
Таким образом, повышенная концентрация НУВ отмечается в органогенных почвах и горизонтах. В целом, согласно принятым градациям, по уровням со-
I20"/_Щя_
5"т I I ■
Ш!А
низинные лесные лесные бурые кислые оподзоленные лесные
Рис. 1. Среднее содержание НУВ в 0—20-сантиметровой толще почв южной части о. Сахалин: 1 — верхняя органогенная толща (подстилка, очес), 2 — нижележащая толща до глубины 20 см
Рис. 2. Распределение НУВ в профиле бурых лесных и болотных низинных торфяно-глеевых почв: 1 — бурые лесные кислые ненасыщенные, 2 — бурые лесные кислые оподзоленные, 3 — горные бурые лесные
держания НУВ в почвах исследуемая территория в настоящее время может классифицироваться как загрязненная от 2-го (низкого) до 4-го (высокого) уровней [9, 11, 13].
Анализ содержания БП в 0—20-сантиметровой толще почв показал, что по данным на 2010 г. концентрация этого соединения колеблется от 0,0001 до 0,0084 мг/кг почвы при максимальных показателях в поверхностных органогенных горизонтах (табл. 3).
Таблица 3
Статистические показатели содержания БП в почвах (по данным 2010 г. при n = 12)
Показатель Верхняя органогенная толща (лесная подстилка, очес) Нижележащая толща до глубины 20 см
Среднее значение, мг/кг 0,0044 0,00043
Ошибка среднего, мг/кг 0,0006 0,0002
Максимальное значение, мг/кг 0,0084 0,0026
Минимальное значение, мг/кг 0,002 0,0001
Среднее квадратичное отклонение 0,0019 0,0007
Коэффициент варьирования, % 44,4 167,7
Высокое содержание БП в поверхностных горизонтах почв в определенной степени коррелирует с нахождением здесь НУВ. Однако в отличие от последних наибольшие уровни накопления БП во всех случаях отмечаются в поверхностных горизонтах, а в ряду исследуемых почв — в болотных низинных торфяно-глеевых (рис. 3). То есть максимальная концентрация БП зафиксирована в горизонтах, которые в наибольшей степени подвержены влиянию техногенных выбросов.
В профиле почв с глубиной содержание БП резко падает до следовых количеств. При этом профильные изменения содержания данного соедине-
ния в органогенных и минеральных почвах, в отличие от НУВ, однотипны (рис. 4).
Согласно действующим нормативам, по содержанию БП почвы исследуемой территории могут быть отнесены к категории с допустимым и низким уровнями загрязнения [14]. То есть по сравнению с НУВ загрязнение БП здесь выражено в значительно меньшей степени.
Анализ содержания неорганических загрязнителей (ТМ) в почвах южной части о. Сахалин показал, что существенных различий по сравнению с их фоновыми концентрациями не отмечается (табл. 4).
Практически для всех кислоторастворимых соединений исследуемых ТМ не наблюдается превышения ПДК [14], за исключением цинка. Его содержание (30 мг/кг) в поверхностном органогенном слое характеризует средний уровень загрязнения, однако подчеркнем, что это может рассматриваться как результат региональных особенностей содержания данного элемента в почвах о. Сахалин [4, 5].
Для большинства ТМ (цинк, свинец, ртуть, кадмий) максимальные концентрации их кислотораст-
0,006п Ш1 П 2
г5ш 1
% 0,004
Е Ж-Я-■-
0,003-/ Н Н Н Л
! 0,002-
МЕС
Болотные Бурые Бурые Горные низинные лесные лесные бурые кислые оподзоленные лесные
Рис. 3. Среднее содержание БП в 0—20-сантиметровой толще почв южной части о. Сахалин: 1 — верхняя органогенная толща (подстилка, очес), 2 — нижележащая толща до глубины 20 см
Рис. 4. Распределение БП в профиле бурых лесных и болотных низинных торфяно-глеевых почв: 1 — бурые лесные кислые ненасыщенные, 2 — бурые лесные кислые оподзоленные, 3 — горные бурые лесные
воримых соединений, как и рассмотренных выше органических загрязнителей, наблюдаются в верхних органогенных горизонтах (лесная подстилка, очес), для других (медь, хром) — в нижележащих слоях почвенной толщи (табл. 4).
Увеличение концентрации ТМ в поверхностных органогенных горизонтах почв, в частности цинка, имеющего большое значение в физиологии растений, а также свинца, ртути и кадмия, необходимость которых для растений оспаривается [7, 18], возможно, связано с их аэральным поступлением в окружающую среду от имеющихся источников загрязнения.
В нижележащей толще исследуемых почв прослеживается накопление ряда ТМ в иллювиальном
горизонте в результате их выноса из вышележащих слоев, в том числе в составе тонкодисперсных частиц [7]. Особенно это характерно для бурых лесных кислых почв.
В зависимости от химической природы элементов, их подвижности и воздействия на них основных процессов почвообразования распределение ТМ в почвах имеет разные типы (рис. 5): кадмий — аккумулятивный, цинк и свинец — аккумулятивно-элювиально-иллювиальный, медь и хром — элювиально-иллювиальный.
В целом можно констатировать, что по сравнению с начальным периодом исследований выраженного загрязнения исследуемых почв ТМ не наблюдается, однако повышенное накопление в почве кислото-
Таблица 4
Статистические показатели содержания кислоторастворимых ТМ в почвах (при п =12)
Элемент Глубина Среднее значение, мг/кг Ошибка среднего, мг/кг Максимальное значение, мг/кг Минимальное значение, мг/кг Среднее квадратичное отклонение Коэффициент варьирования, %
Сё 1 0,24 0,01 0,32 0,15 0,05 20,6
2 0,17 0,05 0,54 0,013 0,19 112,3
Си 1 0,64 0,06 0,87 0,12 0,20 37,6
2 1,12 0,41 4,75 0,24 0,41 126,0
РЬ 1 4,79 0,48 7,70 2,11 1,65 34,5
2 2,20 0,36 5,77 0,92 1,25 57,0
N1 1 0,74 0,10 1,24 0,13 0,35 46,9
2 0,61 0,26 3,38 0,15 0,90 148,6
1 30,68 2,20 40,28 17,04 7,60 24,8
2 5,23 1,27 12,64 0,25 4,39 84,0
Сг 1 1,42 0,17 1,96 0,34 0,59 41,5
2 2,29 0,61 8,21 0,78 2,10 91,5
щ 1 0,033 0,005 0,069 0,007 0,016 49,4
2 0,009 0,002 0,032 0,003 0,008 87,8
Примечание. 1 — верхняя органогенная толща (подстилка, очес); 2 — нижележащая толща до глубины 20 см.
Рис. 5. Распределение кислоторастворимых соединений ТМ в профиле исследуемых почв
растворимых соединений свинца и кадмия в поверхностных органогенных слоях подстилки и очеса может свидетельствовать об усилении аэрального поступления этих элементов в природные среды южной части о. Сахалин. В определенной степени это может относиться и к цинку, но, как подчеркивалось выше, может являться следствием региональных особенностей исследуемых почв [4, 5].
Выводы
Анализ изменения содержания и распределения НУВ, БП и кислоторастворимых соединений ТМ свидетельствует об увеличении концентрации этих эко-токсикантов в почвах южной части о. Сахалин. Распределение НУВ, БП и ТМ в профиле исследуемых
почв имеет сходный характер, они аккумулируются в поверхностных органогенных горизонтах, что указывает на возможность аэрального поступления этих поллютантов в природные среды на рассматриваемой территории от одного или нескольких источников загрязнения. Такими источниками могут быть автотранспорт, интенсивность движения которого в районе исследований значительно усилилась с началом строительства НГП, а также наземные объекты эксплуатации нефтяной и газовой промышленности. Кислотно-основные свойства сформированных здесь почв в экологическом отношении характеризуются как неблагоприятные, поэтому усиление аэральных потоков загрязнителей может привести к существенному увеличению интенсивности их миграции в системах почва—растение и почва—грунтовые воды.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Богатырев К.П., Ивлев A.M., Руднева Е.И. О горных почвах о. Сахалин // Труды Сахалин. комплексного НИИ. 1990. Вып. 9.
2. Голов В.И. Содержание микроэлементов в основных почвах равнин Приморья и Приамурья // Генезис бурых лесных почв. Владивосток, 1972.
3. Ивлев A.M. Особенности генезиса и биогеохимии почв Сахалина. М., 1977.
4. Ивлев A.M. Почвы Сахалина. М., 1965.
5. Ивлев A.M., Денисов С.С. О содержании микроэлементов в некоторых почвах Сахалина // Микроэлементы в биосфере и их применение в сельском хозяйстве и медицине Сибири и Дальнего Востока. Улан-Удэ, 1967.
6. Ивлев A.M., Дербенцова В.И., Голов В.И., Трегубо-ва В.Г. Агрохимия почв юга Дальнего Востока. М., 2001.
7. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение. М., 1991.
8. Майстренко В.Н., Хамитов Р.З., Будников Г.К. Эколо-го-аналитический мониторинг суперэкотоксикантов. М., 1996.
9. Методические рекомендации по выявлению деградированных и загрязненных земель (Утв. Роскомземом 28 декабря 1994 г., Минсельхозом РФ 26 января 1995 г., Минприроды РФ 15 февраля 1995 г.).
10. Минерально-сырьевая база Сахалина и Курильских островов на рубеже третьего тысячелетия. Южно-Сахалинск, 2000.
11. НД Ф 16.1:2.2.22-98. ПНДФ 16.1:2.2.22-98. Методика выполнения измерений массовой доли нефтепродуктов в почвах и донных отложениях методом ИК-спект-роскопии.
12. Побережная Т.М. Ландшафтно-геохимическое исследование на Сахалине // Вестн. ДВО РАН. 2006. № 1.
13. Порядок определения размеров ущерба от загрязнения земель химическими веществами (Утв. Комитетом РФ по земельным ресурсам и землеустройству 10.11.93, Министерством охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ 18.11.93).
14. Предельно допустимые концентрации (ПДК) и ориентировочно допустимые количества (ОДК) химических веществ в почве. № 6229-91 (ч. 1).
15. РД 52.18.289-90 МУ. Методы определения кисло-торастворимых форм металлов (Си, РЬ, /п, Сё, N1, Со, Мп) в пробах почв атомно-абсорбционным способом // Санитарно-химический анализ загрязняющих веществ в окружающей среде. М., 1989.
16. Ринькис Г.Я. Методы ускоренного колориметрического определения микроэлементов в биологических объектах. Рига, 1963.
17. Ровенский Ф.Я., Афанасьев М.И., Вулых Н.К. и др. Фоновое содержание хлорорганических соединений и 3,4-бенз-пирена в природных средах (по мировым данным) // Мониторинг фонового загрязнения природных сред. Вып. 1. Л., 1982.
18. Садовникова Л.К., Зырин Н.Г. Показатели загрязнения почв тяжелыми металлами и неметаллами в почвенно-геохимическом мониторинге // Почвоведение. 1985. № 10.
19. СТП 18.49.2001. Методика идентификации легколетучих галоидоорганических и ароматических углеводородов в поверхностных водах, почве и донных отложениях методом хроматомасс-спектрометрии с использованием метода равновесного пара. НПО «Тайфун», 2000.
Поступила в редакцию 31.05.2011
THE CONTENT OF SOME ORGANIC AND INORGANIC POLLUTANTS
IN THE SOILS OF SOUTHERN PART OF SAKHALIN ISLAND
A.I. Shcheglov, O.B. Tsvetnova
The article is dedicated to analysis of content and distribution of oil hydrocarbons, benz(a)py-rene and heavy metals in the soils of southern part of Sakhalin Island. The investigations were conducted during 2003—2010 years. It was shown dynamical increase ecotoxicants content in soils. The similar character of accumulation of oil hydrocarbons, benz(a)pyrene and heavy metals in the soils has been determined. It indicates a possibility of aerial carrying in pollutants from existing nearby sources.
Key words: soils, southern part of Sakhalin Island, pollution, oil hydrocarbons, benz(a)pyrene, heavy metals.
Сведения об авторах
Щеглов Алексей Иванович, док. биол. наук, профессор, зав. каф. радиоэкологии и экоток-сикологии ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. Тел./факс: (495)939-22-11, e-mail: [email protected]. Цветнова Ольга Борисовна, канд. биол. наук, ст. науч. сотр. каф. радиоэкологии и экотоксикологии ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. Тел./факс: (495)939-22-11, e-mail: [email protected]; [email protected].
