CC BY
63
УДК 662.613.11/12 (571.62)
Состояние почвенно-растительного покрова в зоне влияния золоотвала Хабаровской ТЭЦ-3
Черенцова А. А., anna cherencova@mail.ru Тихоокеанский государственный университет
Рассмотрено влияние золоотвала на почвенно-растительный покров (на примере золоотвала Хабаровской ТЭЦ-3) и проведены исследования содержания подвижных форм тяжелых металлов в почве и валовых форм тяжелых металлов в растениях в районе воздействия золоотвала. Рассчитаны коэффициенты биологического поглощения растений.
Ключевые слова: золоотвал, тяжелые металлы, почва, растение, влияние
Status of land cover in the zone of influence ash dump of Khabarovsk CHP-3
Cherencova A. A., anna cherencova@mail.ru Pacific State University
The influence of ash disposal on land cover (for example, the ash dump of KhabarovskCHP-3) and investigated the contents of mobile forms of heavy metals in soil and total forms of heavy metals in plants in the vicinity of the impact of ash disposal. The coefficients of biological absorption of plants.
Keywords: fly ash dump, heavy metals, soil, plants, influence
Почвенный покров представляет собой важнейший компонент биосферы Земли. Именно почвенная оболочка определяет многие процессы, происходящие в биосфере. Важнейшее значение почв состоит в аккумулировании органического вещества, различных химических элементов, а также энергии. Почвенный покров выполняет функции биологического поглотителя, разрушителя и нейтрализатора различных загрязнений. Если это звено биосферы будет разрушено, то сложившееся функционирование биосферы необратимо нарушится. Именно поэтому чрезвычайно важно изучение глобального биохимического значения почвенного покрова, его современного состояния и изменения под
влиянием антропогенной деятельности. Одним из видов антропогенного воздействия является загрязнение тяжелыми металлами.
Почва выступает в качестве мощного аккумулятора тяжёлых металлов и исходного звена в миграции токсикантов по наземным трофическим цепям. Она, в отличие от других природных сред, обладает трансформирующими свойствами по отношению ко многим классам загрязнителей. В ней одновременно протекает ряд процессов, приводящих к перераспределению и изменению физико-химического состояния поллютантов.
Одним из источников загрязнения почвенно-растительного покрова являются золоотвалы. В зонах воздействия золоотвалов формируются неблагоприятные экологические ситуации из-за пылеобразования, а также вымывания компонентов золы, попадания их в почву.
Целью исследования стало изучение техногенного загрязнения тяжелыми металлами почвенно-растительного покрова в зоне влияния золоотвала (на примере золоотвала ТЭЦ-3 г. Хабаровска).
Золоотвал Хабаровской ТЭЦ-3 размещен на пойменной террасе Амура между протокой Хохлатская и левым берегом реки Березовой, в районе с. Фе-доровка на расстоянии 5 км севернее площадки ТЭЦ-3. Урез пр. Хохлатской отстоит от северной дамбы золоотвала на 900 м. Общая площадь отведенной территории 58,23 га. Примыкающий к ТЭЦ район - населенная равнина и пахотные земли Хабаровского района. В регионе преобладают ветры югозападных и северо-восточных направлений. Район исследования принадлежит к Восточной буроземно-лесной области бурых и подзолисто-бурых лесных почв /1/.
Объектом исследования явился почвенно-растительный покров, приуроченный к золоотвалу. Определение валовых и подвижных форм тяжелых металлов в почве и растениях проводилось методом пламенной атомноабсорбционной спектрометрии согласно ПНД Ф16.1:2.2:2.3:3.36-02 /2/.
Извлечение кислоторастворимой формы тяжелых металлов из почвы выполнено согласно РД 52.18.191-89 /3/.
Для проведения работы были заложены точки отбора проб почвы на расстоянии 30-100 м от источника загрязнения (рис. 1). Отбор проб осуществлялся послойно с глубины 0-20 см и 21-40 см согласно ГОСТ 17.4.4.02 - 84 /4/. Учитывалась роза ветров и рассеивание взвешенных веществ в данном районе. Пробы растений отбирались на тех же участках, что и пробы почв.
Рис. 1. Точки отбора проб почвенно-растительного покрова
В табл. 1-2 представлены результаты исследований по содержанию тяжелых металлов в почвах и в растениях.
В почвенном покрове превышение содержания подвижных форм ПДК обнаружено только по марганцу (1,85-0,144 ПДК).
По результатам исследований для характеристики биологической активности растительности рассчитан коэффициент биологического поглощения (КБП) по формуле:
КБП^/п*
1Х - содержание элемента в золе растений; пх - содержание элемента в почвенном покрове.
Полученные результаты отражены в табл. 3.
Табл. 3. Коэффициент биологического поглощения химических элементов и биогеохимическая активность растительности
Химический элемент Район исследования
в районе золоотвала (среднее значение) в наиболее загрязненной точке золоотвала
КБП
Mg 0,43 0,83
л1 0,52 2,45
K 16,49 38,97
Са 1,50 4,06
Мп 1,11 2,21
Бе 0,05 0,21
Со 0,10 0,20
N1 0,88 0,78
Си 0,38 0,00
2п 1,53 1,25
Бг 10,18 9,34
РЬ 0,20 0,55
БХА
33,36 60,86
Точка отбора пробы Содержание элементов, мг/кг
Mg Мп Ni Pb Sr Zn Al Ca Co Cu Fe K
1 (0-20 см) 3925,51б 722,194 18,747 14,972 4,831 58,379 24408,бб 1484,б5 б,253 15,475 21389,03 21б4,0бб
1(21-40 см) 38б9,248 472,333 17,599 14,881 0,б72 55,127 22775,51 1070,19 7,337 14,881 22б4б,1 1889,332
2 (0-20 см) 4387,531 931,075 20,бб2 14,922 5,140 55,22б 2б274,17 1951,431 7,34б 1б,198 2бб5б,8 2334,0б5
2 (21-40 см) 419б,337 1112,бб5 18,311 14,877 4,959 51,882 20091,5б 1805,б97 8,б97 14,3б9 23397,7б 1бб5,819
3 (0-20 см) 3382,102 1бб,5998 1б,534 13,277 1,027 47,475 21419,98 1083,525 4,722 13,904 18789,4б 181б,314
3 (21-40 см) 3794,098 238,842 17,1бб 14,927 1,159 50,505 23759,77 997,бб1 5,287 14,305 22018,21 1990,347
4 (0-20 см) 4240,741 541,23б 18,4б5 1б,81 3,782 б1,382 212б7,38 1б04,б05 7,157 15,53б 23304,98 1821,099
4 (21-40 см) 4275,427 231,273 18,377 15,751 5,9бЗ б1,75б 24502,45 1525,153 б,175 17,12б 19б2б,9б 2125,213
5 (0-20 см) 701,225б 8б,812 4,421 4,3842 2,989 13,327 3425,1б9 б11,548 2,927 З,2бЗ 444б,493 37б,1459
5 (21-40 см) 78б,937 92,123 4,3б7 4,4б8 2,бб0 14,308 Зб02,088 бЗб,З27 3,37б З,ЗбЗ 45б8,502 391,5859
б (0-20 см) 305б,878 451,015 10,423 12,139 39,589 27,311 1б03б,08 44б0,035 б,7б5 10,48б 15409,б7 1591,08
б (21-40 см) 23б9,9б8 339,б53 10,975 14,0б7 1,92б 33,838 15081,б2 1117,814 б,311 9,277 14194,4б 1048,109
7 (0-20 см) 210б,бЗб 191,854 2,808 3,423 71,22 7,2б 7812,108 7423,384 1,342 13,бб8 7473,542 1121,031
7 (21-40 см) б89,2947 120,813 0,247 1,455 20,40 3,098 3048,325 3234,957 0,558 3,533 4105,91 350,8б85
8 (0-20 см) 23б2,972 171,284 2,150 2,б88 79,7б5 3,92б 852б,705 792б,585 1,313 7,088 8351,б7 1237,748
8 (21-40 см) 2715,215 252,752 10,598 13,513 1,088 34,534 172б7,27 748,248 5,818 8,308 15б40,б4 1127,377
9 (0-20 см) 4125 302,5 15,75 13 10,987 44,875 24250 2325 5,4б2 11,б5 20б25 2100
9 (21-40 см) 4304,28б 29б,155 17,192 13,803 8,395 4б,807 21835,1б 2208,б14 5,873 12,273 22839,07 1957,бЗ5
10 (0-20 см) Зб5б,948 479,бб1 15,404 15,779 11,772 41,203 20413,79 21бб,б17 7,б02 11,09б 20бб4,2б 1753,331
10 (21-40 см) 92б,7б08 103,44б 2,88 4,909 1,б28 11,271 5бЗ5,708 492,185 1,91б 3,732 5510,47 З50,бббЗ
11 (0-20 см) 3017,39 488,94 13,178 15,148 15,518 31,405 15148,53 258б,334 7,414 10,53 1б749,59 1330,115
11 (21-40 см) 34бб,117 48б,009 1З,5бЗ 1б,200 б,844 37,б75 25б19,13 1758,17б 8,037 10,48б 21б00,44 1б82,825
12 (0-20 см) 3744,б05 51б,б28 14,597 19,1б7 5,б74 42,б5 21959,89 1б75,552 8,441 11,005 22213,7б 158б,б97
12 (21-40 см) Зб25,7ЗЗ4 454,157 15,18 1б,434 4,742 43,032 20951,47 1505,495 7,427 11,743 20449,б4 1б43,499
13 (0-20 см) 3088,124 488,325 15,0б4 12,б78 9,704 34,27 13808,б9 1770,023 7,808 8,б87 11511,42 1581,722
ПДК
- б00 Зб б0 - б0 - - 12 50 - -
Хими- ческий элемент Точки отбора пробы
1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 11 12 13
Содержание элементов, мг/кг
Mg 431,82 928,74 1390,48 1338,7б 579,12 1741,53 1б84,97 9б1,0б 1753,44 12б0,15 1824,29 949,04 8б8,74
Al 1880,40 1524,б9 Зб8,74 1бб,5б 8408,35 9353,35 1024б,35 1074,53 802,92 б52,87 7400,44 10977,б9 14522,19
K 4994,б5 б945,00 5814,25 31110,40 14б58,40 21817,40 33б34,90 23841,15 27402,б5 2бЗ01,40 389б8,8 22435,3 24373,1
Ca 1873,13 2445,78 2819,08 1ббб,39 2480,44 2938,52 3328,0б 2912,4б 4115,27 2777,01 4012,94 2б59,б2 2785,80
Mn 312,55 178,4б 10б4,38 192,49 192,09 114,4б б0,38 38б,08 55,92 б7,49 б9,95 279,9б 472,11
Fe 472,87 431,94 250,9б 179,23 951,б0 442,14 805,05 бЗ1,74 453,00 41б,38 321,74 753,99 9б0,09
Co 0,43 0,25 0,23 0,13 0,б0 0,24 0,30 0,51 0,24 0,19 0,23 0,34 0,б3
Ni 2,72 2,б0 3,92 3,35 3,44 1,3б 2,03 4,13 1,92 1,85 1,4б 2,1б 3,37
Cu 0,25 0,15 0,00 0,43 0,00 0,00 2,33 0,70 0,37 0,00 5,15 5,01 2,б0
Zn 22,77 22,52 б7,37 23,80 1б,71 8,33 18,3б 38,39 22,58 15,48 24,44 48,07 22,28
As 0,00 0,00 0,00 0,00 0,13 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,09 0,01
Sr 27,81 31,б8 48,47 21,48 27,92 б7,9б 57,47 Зб,б9 73,81 40,95 509,15 45,3б 40,91
Cd 0,31 0,1б 0,1б 0,02 0,10 0,07 0,07 0,27 0,10 0,07 0,05 0,45 0,14
Hg 0,075 0,040 0,02б 0,017 0,017 0,010 0,010 0,008 0,009 0,005 0,005 0,00б 0,007
Pb 1,50 1,09 1,48 0,24 2,41 1,58 1,59 1,72 1,бЗ 1,20 1,01 2,77 2,03
Согласно шкалы И.А. Авессаломова /5/, к элементам сильного накопления (10>КБП>1) относится цинк, кальций и марганец, к элементам слабого накопления (1>КБП>0,1) - никель, алюминий, магний, медь, свинец, кобальт и железо.
На основании данных о КБП для количественного выражения общей способности вида к концентрации химических элементов рассчитан специальный показатель - биогеохимическая активность (БХА) исследуемой растительности, который показывает суммарную степень поглощения всех определяемых в растении химических элементов, т.е. насколько активно растение поглощает химические элементы из почвы. Из табличных данных видно, что в среднем биогео-химическая активность составляет 33,36.
Согласно данным /6/, золоотвал Хабаровской ТЭЦ-3 вносит максимальный вклад в загрязнение почв по меди, никелю и свинцу, особенно в северовосточном направлении, что соответствует розе ветров. При полевых исследованиях в этом направлении отмечен сильный сдув золы с золоотвала на близлежащую территорию. Именно в этом районе изучены особенности кумуляции металлов в различных органах наиболее распространенных видов растений -полыни обыкновенной и бодяка полевого (табл. 4-5).
Табл. 4. Элементный состав полыни обыкновенной и бодяка полевого в органах растений
Иссле- дуемое сырье Содержание элементов, мг/кг
Mg Al Pb Ca Mn Fe Co Ni Cu Zn Sr
Листья полыни обыкно- венной 3481,10 18423,54 2,07 6039,09 86,03 2158,76 0,70 4,43 9,21 19,21 82,67
Листья бодяка полевого 2201,69 849,41 0,79 8768,29 51,67 640,77 0,26 1,99 7,16 25,58 123,77
Стебель полыни обыкно- венной 1037,67 118,72 0,08 2245,71 13,71 124,09 0,08 1,05 2,54 10,31 43,30
Стебель бодяка полевого 1062,52 139,99 0,14 3052,72 15,34 218,48 0,04 0,89 5,72 13,26 68,77
Корень полыни обыкно- венной 1259,79 18271,69 0,82 2107,23 37,95 1779,20 0,51 10,99 5,3 І 12,73 47,55
Корень бодяка полевого 1492,06 923,71 1,27 2278,72 18,97 473,17 0,16 3,41 5,37 23,59 52,12
Наибольшая концентрация кальция, марганца, кобальта, меди, цинка, железа и стронция отмечалась в листьях обоих растений, алюминия и свинца - в
листьях полыни и в корнях бодяка, никеля - в корнях полыни и бодяка, а наименьшая: кальция, магния, свинца, марганца, железа, кобальта, никеля, алюминия и цинка - в стеблях полыни и бодяка, меди и стронция - в стеблях полыни и корнях бодяка.
КБП показывает, что в листьях полыни обыкновенной сильно накапливаются магний, алюминий, кальций и стронций, в стебле - стронций, а в корнях - алюминий, никель и стронций. У бодяка полевого сильно накапливается стронций во всех частях растения и кальций в листьях.
Табл. 5. Коэффициент биологического поглощения химических элементов полыни обыкновенной и бодяка полевого
Исследуемое сырье КБП
Мв А1 РЬ Са Мп Бе Со N1 Си 2п 8г
Листья полыни обыкновенной 1,14 1,15 0,17 1,35 0,191 0,14 0,104 0,42 0,88 0,56 2,088
Листья бодяка полевого 0,72 0,053 0,065 1,96 0,11 0,041 0,038 0,19 0,68 0,93 3,13
Стебель полыни обыкновенной 0,34 0,007 0,006 0,503 0,03 0,008 0,011 0,101 0,242 0,377 1,093
Стебель бодяка полевого 0,35 0,009 0,012 0,68 0,034 0,014 0,006 0,085 0,545 0,48 1,74
Корень полыни обыкновенной 0,41 1,14 0,067 0,472 0,084 0,115 0,075 1,054 0,506 0,466 1,201
Корень бодяка полевого 0,49 0,058 0,105 0,511 0,042 0,031 0,025 0,33 0,511 0,86 1,32
Таким образом, проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:
1. Содержание подвижных форм тяжелых металлов в почве в зоне влияния золоотвала превышает ПДК только по марганцу, который сильно накапливается в растительности прилегающей территории.
2. Полынь обыкновенная обладает высокой способностью кумулировать определенные тяжелые металлы, что делает возможным использовать данный вид растений в качестве маркера почвенного загрязнения территории этими элементами.
3. Полученные данные свидетельствуют о высоком воздействии золоотвала Хабаровской ТЭЦ-3 на состояние почвенно-растительного покрова.
Список литературы
1. Добровольский Г. В. География почв : учебник / Г. В. Добровольский, И. С. Урусевская. - М. : Изд-во Моск. ун-та, 1984. - 416 с.
2. Измерение массовой доли элементов ^, Cd, Со, Сг, Си, ^, Мп, М, РЬ, V, 7п) в пробах почв, грунтов и донных отложений : Методика М 03-07-2009 ПНД Ф 16.1:2:2.2.63-09.
3. Методические указания «Методика выполнения измерений массовой доли кислоторастворимых форм металлов (меди, свинца, цинка, никеля, кадмия) в пробах почвы атомно-абсорбционным способом» : РД 52.18.191-89.
4. Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа : ГОСТ 17.4.4.02 - 84. - М. : ИПК Издательство стандартов, 1985. - 45 с.
5. Авессаломов И.А. Геохимические показатели при изучении ландшафтов: Учебно-методическое пособие/ И.А. Авессаломов. - М.: Изд-во Московского университета, 1987. - 108 с.
6. Черенцова А. А. К вопросу об оценке воздействия золоотвала Хабаровской ТЭЦ-3 на почвенный покров // Экономика и экологический менеджмент (электронный научный журнал). - Выпуск №2 (сентябрь) - 2011. - 6 с. - Режим доступа : economLcs.open-mechanics.com
