CC BY
13
03.00.00. Биологические науки
В.Н. Заикина
аспирант кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, Волгоградский государственный технический университет
VN. Za\k\na postgraduate student Department of \ndustr\a\ Eco\ogy and Safety, Volgograd state technical university (89215061342 veron\kaza\k\na@ma\\.ru)
А.А. Околелова
профессор кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, д.б.н., Волгоградский государственный технический университет
А.А. Oko\e\ova professor doctor of b"\o\og"\ca\ sc\ence Department of \ndustr\a\ Eco\ogy and Safety, Vo\gograd state techn\ca\ un"\vers"\ty (890645Л1Л41 a\\aoko\@ma\\.ru)
СОСТОЯНИЕ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ
ВОЛЖСКОЙ ГЭС
Аннотация. Впервые исследован почвенный покров Волжской ГЭС, которая введена в эксплуатацию в 1960 г. В почве ГЭС не выявлено накопления нефтепродуктов и бенз(а)пирена. Концентрация никеля превышает ПДК во всех исследуемых образцах почв, меди и цинка - локально. Наиболее объективной оценкой полиэлементной концентрации тяжелых металлов в почве является коэффициент радиальной дифференциации, который позволяет объективно оценить антропогенный привнос химических элементов
Annotation. First studied the soil cover of the Volzhsky hydroelectric power station which was commissioned in 1960 revealed. In soil of hydroelectric power station is not revealed accumulation of petroleum products and benzo(a)pyrene.The nickel concentration exceeds the MPC in all studied soil samples, copper and zinc - locally. The most objective assessment of the polyelement of concentration of heavy metals in the soil is the coefficient of radial differentiation, which allows to objectively evaluate anthropogenic inputs of chemical elements.
Ключевые слова: ГЭС, нефтепродукты, бенз(а)пирен, тяжелые металлы, концентрация в породе, фон, коэффициенты концентрации, аномальности, радиальной дифференциации, ПДК, ОДК.
Key words: hydroelectric, petroleum products, benzo(a)pyrene, heavy metals, concentration in the breed, background, concentration ratios, anomalous, radial differentiation, the maximum permissible concentration (MPC), roughly allowable concentration (RAC).
Объекты и методы исследования. Крупнейшая ГЭС в европейской части России, Волжская, которая введена в эксплуатацию в декабре 1960 г, расположена на
окраине Волжского. Почва аллювиальная дерновая насыщенная песчаная. В окрестностях Волжской ГЭС выбраны по периметру 8 пробных площадок (ПП), которые расположены на северо-западе (ПП № 1, 2), севере (ПП № 3, 4), на северо-востоке (ПП № 5), востоке (ПП № 6), юго-востоке (ПП № 7) и юге (ПП № 8). Отбор проб проводили и подготовку почв к анализам проводили согласно ГОСТу 17.4.3.01-83 [6]. Нефтепродукты определяли фотометрическим методом на приборе "Концентратомер КН-2М" (ООО "СИБЭКОПРИБОР", г. Новосибирск) с использованием четыреххло-ристого углерода. Бенз(а)пирен анализировали на жидкостном хромотографе «Стайер ЛТД», основанном на разделении анализируемой смеси на составляющие компоненты в хроматографической колонке и последующем измерении их содержания спек-трофотометрическим и кондуктометрическим детекторами. Валовые формы тяжелых металлов Сё, Си, Мп, N1, РЬ, 2п определяли на атомно-абсорбционном спектрометре «КВАНТ-2ЛТ», согласно РД 52.18.191-89, а Щ, Л8 - на атомно-абсорбционном спектрометре «КВАНТ АФА» согласно РД 52.18.571-2011 и МУК 4.1.1471-03.
Обсуждение результатов. Содержание поллютантов органического происхождения не выявило их накопления в почве (табл. 1.)
Таблица 1. - Содержание нефтепродуктов и бенз(а)пирена в почве ГЭС (0-0,2 м), мг/кг_
Номер пробной площадки (ПП) Нефтепродукты Бенз(а)пирен
ПДК - 0,02
№ 1 97,20 0,0063
№ 2 87,50 0,0217
№ 3 78,40 0,0100
№ 4 70,20 0,0048
№ 5 72,90 0,0121
№ 6 71,60 0,0132
№ 7 56,20 0,0047
№ 8 62,10 0,0015
Среднее значение 74,50 0,0093
Согласно данным, приведенным в таблице 1 видно, что максимальные концентрации нефтепродуктов (НП) выявлены в почвах пробных площадок № 1 (97,2 мг/кг) и № 2 (87,50), а минимальные - в почвах площадок № 7 (56,20) и 8 (62,70) и не превышают установленный норматив, равный 1000 мг/кг. В почвах ПП №№ 4-6 содержание НП изменяется в узком диапазоне от 70,20 до 72,90 мг/кг.
Наибольшее содержание бенз(а)пирена, чуть выше величины ПДК, обнаружено в почве ПП № 2 (0,0217 мг/кг), а наименьшее - в почве ПП № 8 (0,0015). Диапазон их изменений очень широкий, предельные величины практически в 14,47 раз выше минимальных значений.
Содержание тяжелых металлов в 0-20 см и 50-100 см слоях почв Волжской ГЭС приведено в таблицах 2 и 4, диапазон изменений концентраций элементов в почве пробных площадок представлен в таблице 3.
Таблица 2. - Содержание тяжелых металлов в почве ГЭС (0-0,2м), мг/кг
№ пп Сё Си Мп N1 РЬ аб гп НЕ
ПДК/ОДК 0,5/0,5 33/33 1500/- 20/20 32/32 2/- 100/55 2,1/-
Сф 0,1 6,7 550 8,5 7,2 4,0 31,6 0,1
1 0,23 13,98 437,50 25,20 9,15 1,38 82,50 0,04
2 0,38 12,85 352,50 28,08 12,50 1,24 92,50 0,03
3 0,23 11,85 302,50 23,33 8,98 1,31 107,50 0,03
4 0,28 15,48 352,50 35,13 11,85 1,22 60,00 0,04
5 0,25 13,85 485,00 31,05 11,48 1,19 70,00 0,03
6 0,21 12,36 326,50 21,06 13,20 1,36 34,50 0,02
7 0,19 19,47 314,50 23,78 14,06 1,62 62,50 0,03
8 0,25 10,25 438,25 28,44 10,32 1,58 45,25 0,03
Среднее значение 0,25 13,76 376,16 27,01 11,44 1,36 69,34 0,03
Примечание: Сф - фоновая концентрация элемента, величины ПДК и ОДК приняты в соответствии с нормативами, ОДК взято для песчаных почв [4, 5].
Фоновая концентрация элементов взята из литературных источников [7, 11]. Из таблицы 2 видно следующее: фоновые величины кадмия, меди, никеля, свинца, цинка и ртути превышены во всех исследуемых почвах, а концентрации марганца и мышьяка ниже фоновых величин; концентрации N1 превышают значения ПДК и ОДК в 1,05-1,75 раза во всех образцах, при этом минимальное значение составляет 21,06 мг/кг в пробной площадке № 6, а максимальное значение - 35,13 в пробной площадке № 4; концентрация гп превосходит величину ПДК локально - в почве ПП №3, значения ОДК в почвах пробных площадок 1, 2, 3, 4, 7; содержание Сё, Си, Мп, РЬ, аб, Щ в почвах пробных площадок ГЭС находится в пределах нормативных значений (ПДК и ОДК).
Таблица 3. - Диапазон изменений концентраций элементов в верхнем
слое почвы ГЭС, мг/кг
№ ПП М1п Элемент Мах № ПП
6 21,06 N1 35,13 4
6 34,50 гп 107,50 3
3 8,98 РЬ 14,06 7
6 0,02 НЕ 0,04 1,4
5 1,19 аб 1,62 7
7 0,19 Сё 0,38 2
8 10,25 Си 19,47 7
3 302,50 Мп 485,0 5
Анализ данных, представленных в таблицах, позволил выявить следующее. В почве ПП № 6 меньше всего концентрация никеля, свинца и ртути, в почве ПП № 3 - свинца и марганца. Больше всего содержание свинца, мышьяка и меди в ПП № 7.
Максимальные значения N1 (35,13 мг/кг) выявлены в почве ПП № 4; Н^ (0,04) - в почве ПП № 1 и 4; Сё (0,38) - в почве ПП № 2; гп (107,50) - в почве ПП № 3; Мп (485,00) - в почве ПП № 5; Си (19,47), РЬ (14,06), Аб (1,62) - в почве ПП № 7. Минимальные значения РЬ (8,98 мг/кг) и Мп (302,50) обнаружены в почве ПП № 3; Аб (1,19) - в почве ПП № 5; N1 (21,06), гп (34,50) и Щ (0,02) - в почве ПП № 6; Сё (0,19) - в почве ПП № 7; Си (10,25) и РЬ (10,32) - в почве ПП № 8.
Таблица 4. - Содержание тяжелых металлов в породе в 0,5-1,0 м слое почвы ГЭС
№ ПП Са Си Мп N1 РЬ Аз гп не
1 0,22 17,93 413,50 17,96 8,94 1,94 34,00 0,01
2 0,27 16,39 410,00 18,27 12,77 1,32 40,25 0,02
3 0,21 14,87 356,50 17,39 9,57 1,58 23,50 0,01
4 0,26 18,21 375,00 21,51 8,36 1,49 15,75 0,01
5 0,24 16,47 438,00 18,22 10,21 1,28 31,50 0,01
6 0,20 16,15 349,25 16,87 13,45 1,20 37,25 0,02
7 0,19 19,48 345,00 15,54 16,28 1,65 29,50 0,01
8 0,23 13,79 418,75 18,32 10,78 1,50 26,50 0,01
Среднее значение 0,23 16,66 388,25 18,01 11,30 1,50 29,78 0,01
В почвообразующей породе (табл. 4) определен диапазон изменений концентрации ТМ: Са - 0,19-0,27 мг/кг, Си - 13,79-19,48, Мп - 345,0-438,0, N1 - 15,54-21,51, РЬ - 8,36-16,28, Лз - 1,20-1,94, гп - 15,75-40,25, Щ - 0,01-0,02. Средние значения элементов в почве составляю следующие величины :Са - 0,20 мг/кг, Си - 14,60, Мп -333,50, N1 - 15,73, РЬ - 10,02, Лз - 1,34, гп - 25,84, Щ - 0,01.
Для объективности оценки загрязнения почв ГЭС тяжелыми металлами, были использованы различные показатели [11]: - коэффициент концентрации загрязнения почвы [2]:
Кс = С1 /ПДК или С1 /ОДК,
соответственно отношение концентрация элемента к его величинам ПДК и
ОДК;
- коэффициент аномальности - отношение концентрации токсичного вещества в верхнем слое почвы к его фоновому значению [1]:
Ка=С1/Сф
где С1 - концентрация токсиканта в почве, Сф - его фоновая концентрация;
- коэффициент радиальной дифференциации [11]:
Я = С1/Сс,
где С1 и Сс, соответственно концентрации данного элемента в конкретном горизонте и породе [3].
Имеющиеся на сегодняшний день нормативы (ПДК и ОДК) не учитывают природно-климатические, провинциальные особенности почвенного покрова, щелочно-кислотные, окислительно-восстановительные условия [1, 11]. Фоновое содержание элемента в почве - величина фактически условная. Даже на удалении от источника загрязнения при полном соответствии таксономических единиц почвы на однотипных почвообразующих породах в условиях геохимического фона она может изменяться. Удаленность от места исследования автоматически снижает объективность сравнения в связи с возможной сменой пород, свойств почв и других природно-климатических факторов [11]. Определение накопления элемента с учетом его содержания в породе позволяет исключить ошибки, неизбежные при сравнении с данными пространственно удаленного фона, динамических изменений почв, так как в естественных условиях содержание ТМ в верхнем горизонте почвы определяется процессом почвообразования, «наследуется» от породы. Значения трех исследуемых показателей оценки загрязнения почвы Волжской ГЭС тяжелыми металлами представлены в таблице 5. Для большинства элементов наибольшие значения у коэффициента аномальности, а у
мышьяка, цинка и ртути - коэффициент радиальной дифференциации. Для кадмия все рассчитанные показатели максимальны в почве ПП № 2, минимальны - в почве ПП № 7.
Таблица 5. - Значения показателей загрязнения почвы ГЭС тяжелыми металлами
Показатели № ПП Cd МП № Pb As Zn щ
Коэффициент концентрации загрязнения почвы Кс = а /ПДК 1 0,46 0,42 0,29 1,26 0,29 0,69 0,83 0,02
2 0,76 0,39 0,24 1,40 0,39 0,62 0,93 0,01
3 0,46 0,36 0,20 1,17 0,28 0,66 1,08 0,01
4 0,56 0,47 0,24 1,76 0,37 0,61 0,60 0,02
5 0,50 0,42 0,32 1,55 0,36 0,60 0,70 0,01
6 0,42 0,37 0,22 1,05 0,41 0,68 0,35 0,01
7 0,38 0,59 0,21 1,19 0,44 0,81 0,63 0,01
8 0,50 0,31 0,29 1,42 0,32 0,79 0,45 0,01
Среднее значение 0,57 0,42 0,25 1,35 0,36 0,68 0,70 0,01
Коэффициент аномальности Ка=С1/Сф 1 2,30 2,09 0,80 2,96 1,27 0,35 2,61 2,61
2 3,80 1,92 0,81 3,30 1,74 0,31 2,93 2,93
3 2,30 1,77 0,86 2,74 1,25 0,33 3,40 3,40
4 2,80 2,31 1,17 4,13 1,65 0,31 1,90 1,90
5 2,50 2,07 1,38 3,65 1,59 0,30 2,22 2,22
6 2,10 1,84 0,67 2,48 1,83 0,34 1,09 1,09
7 1,90 2,91 0,96 2,80 1,95 0,41 1,98 1,98
8 2,50 1,53 1,39 3,35 1,43 0,40 1,43 1,43
Среднее значение 2,53 2,01 1,00 3,18 1,59 0,34 2,20 2,20
Коэффициент радиальной дифференциации Я = а/Сс 1 1,05 0,78 1,06 1,40 1,02 0,71 2,43 4,00
2 1,41 0,78 0,86 1,54 0,98 0,94 2,30 1,50
3 1,10 0,80 0,85 1,34 0,94 0,83 4,57 3,00
4 1,08 0,85 0,94 1,63 1,42 0,82 3,81 4,00
5 1,04 0,84 1,11 1,70 1,12 0,93 2,22 3,00
6 1,05 0,77 0,93 1,25 0,98 1,13 0,93 1,00
7 1,00 1,00 0,91 1,53 0,86 0,98 2,12 3,00
8 1,09 0,74 1,05 1,55 0,96 1,05 1,71 3,00
Среднее значение 1,14 0,82 0,96 1,49 1,05 0,92 2,51 2,81
Примечание С1, Сс - соответственно концентрация элемента в исследуемой почве и породе, Сф - фоновая концентрация элемента.
В ПП № 7 С1/Сс для кадмия максимально и достигает 1,41, что свидетельствует об антропогенном привносе этого элемента, в почвах остальных площадок эти значения изменяются в узком диапазоне от 1,00 до 1,10. С1/ПДК находятся в пределах от 0,38 (ПП № 7) до 0,76 (ПП № 2), С1/Сф - в интервале от 1,90 (ПП № 7) до 3,80 (ПП № 2). Максимальные величины этих показателей вдвое превышают минимальные. В ПП № 7 максимальное накопление меди, в ПП № 8 - минимальные величины всех рассчитанных показателей. Значения С1/Сс меньше единицы, что свидетельствует об отсутствии антропогенного привноса этого элемента. Величины С1/ПДК марганца варьируют от 0,20 (ПП № 3) до 0,32 (ПП №5); С1/Сф изменяется более, чем двое - от 0,67 (ПП № 6) до 1,39 (ПП № 8); С1/Сп близки к единице, в почвах трех площадок незначительно превышают - от 1,05 (ПП № 8) и 1,06 (ПП № 1) до 1,11 (ПП № 5). Практически все рассчитанные величины наибольшие в почве ПП № 5, кроме С1/Сф, которое
больше в ПП №8 (1,39). Максимальные значения С1/ПДК и С1/Сфон никеля наблюдаются в ПП № 4, минимальные - в ПП № 6. С1/ПДК колеблется в интервале 1,05 (ПП № 6) - 1,76 (ПП № 4), С1/Сф - изменяется вдвое - с 2,48 (ПП № 6) до 4,13 (ПП № 4). Все показатели превышают единицу, что свидетельствует о том, что содержание никеля в почве, превышают ПДК, фоновые концентрации. С1/Сс наибольший в ПП № 5 (1,70), что свидетельствует об антропогенном накоплении никеля. Наименьшие значения С1/ПДК свинца обнаружены в ПП № 1 (0,29), С1/Сф - в почве ПП № 3 (1,25), наибольшие значения обоих коэффициентов - в почве ПП № 7. С1/Сс максимально в ПП № 4 (1,42), в ПП № 1 и 5 превышает единицу. У мышьяка минимальное отношение С1/пДк (0,60) и С1/Сф (0,30) - в ПП № 5, максимальные - в ПП № 7, соответственно 0,81 и 0,41. С1/Сс превышает единицу в ПП № 6 (1,13) и незначительно - в почве ПП № 8 (1,05). Для цинка все коэффициенты наибольшие в почве ПП № 3, наименьшие - в почве ПП № 6. Фоновые концентрации превышены во всех почвах. Величины С1/Сс значительно больше единицы, что служит доказательством антропогенного привноса цинка. Его накопление в почвенном покрове Волгограда выявлено нами ранее [8-11]. С1/ПДК ртути изменяется в узком диапазоне - от 0,01 до 0,02. С1/Сф варьируется от 1,09 (ПП № 6) до 3,40 (ПП № 3), С1/Сс - в интервале от 1,00 (пп № 6) до 4,00 (пп №№1 и 4). С1/Сф и С1/Сс значительно выше единицы. Это свидетельствует о загрязнении почвенного покрова этим элементом. По величине коэффициента радиальной дифференциации (С1/Сп) можно составить селективный ряд, свидетельствующий о преимущественном накоплении в почвах ртути, цинка и никеля: не (2,81) > гп(2,51) > N1(1,49) > Сё (1,14) >РЬ (1,05) > Мп (0,96) > Аз (0,92) > Си
(0,82)
Имеющиеся на сегодняшний день нормативы (ПДК и ОДК) не учитывают природно-климатические, провинциальные особенности почвенного покрова [1, 11]. Фоновое содержание элемента в почве - величина фактически условная. Даже на удалении от источника загрязнения при полном соответствии таксономических единиц почвы на однотипных почвообразующих породах в условиях геохимического фона она может изменяться. Удаленность от места исследования автоматически снижает объективность сравнения в связи с возможной сменой пород, свойств почв и других природно-климатических факторов [11]. Концентрация исследуемых элементов, кроме никеля, не превышает ПДК. Но величина коэффициента радиальной дифференциации, превышающая единицу, позволила установить наличие антропогенного привноса элементов на почву ГЭС.
Выводы
1. Не выявлено накопления в почве ГЭС нефтепродуктов и бенз(а)пирена.
2. Концентрация никеля превышает ПДК во всех исследуемых образцах почв, меди и цинка - локально.
3. Наиболее объективной оценкой полиэлементной концентрации тяжелых металлов в почве является коэффициент радиальной дифференциации, которые позволяет объективно оценить антропогенный привнос химических элементов. Определение накопления элемента с учетом его содержания в породе позволяет исключить ошибки, неизбежные при сравнении с данными пространственно удаленного фона, динамических изменений почв, так как в естественных условиях содержание ТМ в верхнем горизонте почвы определяется процессом почвообразования, «наследуется» от породы. Источники:
1. Алексеенко В.А., Алексеенко А.В. Химические элементы в геохимических системах. Кларки почв
селитебных ландшафтов. Ростов-на-Дону, 2013. 388 с.
2. Бриндукова Е.Е. Закономерности аккумуляции валовых и подвижных форм тяжелых металлов в
черноземе типичном юго-западной лесостепи. Автореф. Дисс... канд. с.-х. наук. Курск, 2010. 20 с.
3. Гаврилова И.П., Касимов Н. С. Практикум по геохимии ландшафтов. М.: МГУ. 1989. -72 с.
4. ГН 2.1.7.2041-06. Предельно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве.
5. ГН 2.1.7.2042-06. Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве.
6. ГОСТ 17.4.3.01-83 «Почвы. Общие требования к отбору проб».
7. Дегтярева Е.Д., Жулидова А.Н. Почвы Волгоградской области. Волгоград: Нижне-Волж. Кн. Изд-
во, 1970. 320 с.
8. Кастерина Н.Г., Околелова А.А., Заикина В.Н., Шерстнев А.К. Валовые формы тяжелых металлов в
почвах агломерации Волгоград-Волжский // Научные ведомости БелгУ. Серия Естественные науки № 21 (218), вып. 33, декабрь 2015. С. 98-105.
9. Околелова А. А., Рахимова Н.А., Желтобрюхов В.Ф. Оценка накопления тяжелых металлов в поч-
вах Волгограда. Волгоград: ВолгГТУ, 2012. 80 с.
10. Околелова А.А., Желтобрюхов В.Ф., Егорова Г.С., Кастерина Н.Г., Мерзлякова А.С. Особенности почвенного покрова Волгоградской агломерации. Волгоград: ВГАУ, 2014. 224 с.
11. Околелова А. А., Желтобрюхов В.Ф., Кожевникова В.П. Полиэлементная токсикация почв. Волгоград: РПК «Политехник», 2015. 148 с.
Sources:
1. Alekseenko VA, Alekseenko A.V. Chemical elements in geochemical systems. Clarky soils of residential
landscapes. Rostov-on-Don, 2013. 388 p.
2. Brindukova E.E. Regularities in the accumulation of gross and mobile forms of heavy metals in cherno-
zem typical of the southwestern forest-steppe. Author's abstract. Diss ... Cand. s.-. sciences. Kursk, 2010. 20 pp.
3. Gavrilova IP, Kasimov NS Practice on the geochemistry of landscapes. Moscow: Moscow State Universi-
ty. 1989.-72 p.
4. GN 2.1.7.2041-06. Maximum allowable concentrations (ODC) of chemical substances in the soil.
5. GN 2.1.7.2042-06. Approximate permissible concentration (ODC) of chemical substances in the soil.
6. GOST 17.4.3.01-83 "Soils. General requirements for sampling. "
7. Degtyareva E.D., Zhulidova A.N. Soil of the Volgograd region. Volgograd: Lower Volga. Book. Izd-vo,
1970. 320 pp.
8. Kasterina NG, Okolelova AA, Zaikina VN, Sherstnev AK Valovye forms of heavy metals in the agglom-
eration soil Volgograd-Volzhsky // Scientific Bulletin of the Belgian University. Series of Natural Sciences No. 21 (218), no. 33, December 2015. pp. 98-105.
9. Okolelova AA, Rakhimova NA, Zheltobryukhov V.F. Assessment of the accumulation of heavy metals in
the soils of Volgograd. Volgograd: VolgGTU, 2012. 80 with.
10. Okolelova AA, Zheltobryukhov VF, Egorova GS, Kasterina NG, Merzlyakova AS Features of the soil cover of the Volgograd agglomeration. Volgograd: VGAU, 2014. 224 p.
11. Okolelova AA, Zheltobryukhov VF, Kozhevnikova V.P. Polyelement soil toxicity. Volgograd: RPK Polytechnic, 2015. 148 p.
А.А. Околелова
профессор кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, д.б.н., Волгоградский государственный технический университет
А.А. Okolelova professor doctor of bio\og"\ca\ science Department of \ndustria\ Ecology and Safety, Volgograd state technical university a\\aoko\@mai\.ru)
КРАСНОКНИЖНЫЕ ПОЧВЫ ВОЛГО-АХТУБИНСКОЙ ПОЙМЫ ВОЛГОГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ
Аннотация. Для сохранения «здоровья» почв решающими являются профилактические меры. Волго-Ахтубинская пойма - уникальное природное образование,
