CC BY
15УДК 631.4. 504.53
ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ОРОШАЕМЫХ ПОЧВАХ ГОЛОВНОЙ ЧАСТИ ДРЕВНЕЙ БАКАНАССКОЙ ДЕЛЬТЫ РЕКИ ИЛИ
М.О. Полатова1 А. Отаров1 З.Ж. Сакиева2
1КазНИИ почвоведения и агрохимии им. У.У. Успанова, 050060, Алматы, пр. аль-Фараби 75В, monti.best.girl@mail.ru; 2Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева, 050013, Алматы,ул. Сатпаева 22
В статье приведены итоги исследования содержания валовых и подвижных форм тяжелых металлов в почвах головной части древней Баканасскои дельты реки Или, освоенных под культуру риса. Определены фоновые содержания изученных металлов в почвах. Установлено, что среди подвижных форм изученных металлов в почвах наибольшую долю занимают свинец и никель. Доля подвижнои меди незначительная. Составлены карты содержания подвижных форм тяжелых металлов в почвах. Приводится картографическии анализ содержания тяжелых металлов в почвах.
мых массивов республики проблема установления региональных фоновых уровней содержания тяжелых металлов в орошаемых почвах пока остается не решен-
ВВЕДЕНИЕ Орошаемые территории, как правило, занимают геохимически подчиненные гидроморфные ландшафты, и вследствие этого, склонны к загрязнению. В нои. В связи с этими изучение и система-
связи с этим в настоящее время немаловажным негативным фактором снижения плодородия орошаемых почв становится фактор загрязнения почв тяжелыми металлами, ядохимикатами и другими загрязнителями. Результаты исследовании, проведенных за последние годы, показали загрязненность почв орошае-
тизация данных о фоновом содержании тяжелых металлов в орошаемых почвах на региональном уровне является также весьма актуальным и необходимым для оценки устоичивости и стабильности орошаемых экосистем к глобальным и региональным антропогенным воздеиствиям.
Актуальность даннои работы приоб-
мых массивов тяжелыми металлами, в час- ретает особое значение также и в связи с
тности РЬ, № и Си [1]. Ухудшение экологических и почвенно-мелиоративных условии орошаемых массивов привело также и к снижению защитных возможностеи почв по отношению к РЬ и № до 3,3 и 4,1, соответственно [2]. Все более загрязнен-нои становятся воды рек, источников орошения, за счет все увеличивающегося антропогенного давления на окружающую среду. По нашим данным особую тре-
предстоящим вступлением Казахстана во Всемирную торговую организацию, где в отношении продовольственнои и сельскохозяиственнои продукции деиствует «Соглашения по применению санитарных и фитосанитарных (СФС) мер» 1994 года призваннои обеспечивать безопасность пищевых продуктов. При вступлении в ВТО естественный выбор состоит в стремлении использовать при-
вогу вызывает экологическое состояние знанныи в международном масштабе и
вод Кызылординскои области, для которого характерным является закономерное увеличение содержания как РЬ, так и № от оросительнои к грунтовои воде [1,
3].
фактически «объективныи» стандарт. Такие международные стандарты, в основу которых положены результаты научного анализа рисков для здоровья людеи, приняты следующими авторитет-
Кроме того, несмотря на большое раз- ными органами по установлению между-нообразие почвенного покрова орошае- народных стандартов: Комиссией «Codex
АНте^ап^» по осуществлению объединенной программы ФАО и ВОЗ по стандартам продовольственной безопасности, Международной эпизоотическои бюро (МЭБ), Всемирнои конвенциеи по защите растении (МКЗР).
В связи с вышеизложенными, основ-нои целью работы является установление особенностеи распределения тяжелых металлов в орошаемых почвах голов-нои части древнеи Баканасскои дельты реки Или и их фонового уровня на даннои территории.
Работа выполнена в рамках проекта «Разработка структуры и создание почвенно-мелиоративнои информацион-нои системы (ГИС) орошаемого массива» выполняемои по Бюджетнои программе 212 «Научные исследования и мероприятия в области АПК и природопользования».
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Объектом исследования служили орошаемые почвы севернеи части Акда-линского массива рисосеяния, двух сельских округов Балхашского раиона Алматинскои области. Территория объекта исследования расположена на голов-нои части древнеи Баканасскои дельты реки Или. Через территорию проходит старое русло реки Шетбаканас. Верхняя часть территории граничит с Баканас-ским магистральным каналом, а нижнюю часть окаимляет Главныи коллектор. Поч-венныи покров объекта исследования представлен рисово-болотными и луго-во-болотными в различнои степени засоленными почвами, зона влияния массива занят засоленными такыровидными почвами, солончаками и песчаными почвами.
Здесь ведущеи культурои является рис, также возделываются сопутствующие ему в севообороте культуры незаме-нимыи предшественник риса - люцерна и
как покровные культуры яровая пшеница и ячмень. На массиве основным источником орошения является р. Или.
На исследуемои территории под рис были освоены в основном такыровидные почвы, имеющие различные степени засоления и осолонцевания. В результате длительного использования под рис данные почвы эволюционировали в орошаемые (рисовые) болотные почвы. Изменения почв под этои культурои связаны со специфическими условиями ее возделывания - периодическое длительное затопление и высушивание. И вследствие этого здесь процессы почвообразования идут очень интенсивно и этому способствуют довольно высокие темпы мобилизационных и миграционных процессов. В связи с этим мониторинг за уровнем плодородия и экологическим состоянием рисовых почв должен вестись регулярно и с более широким спектром определяемых своиств.
При проведении почвенно-эколо-гическои съемки руководствовались официально существующими руководствами и инструкциями [4, 5]. Определение экологического состояния почв проведено в соответствии с требованиями ГОСТ-ов и Методических рекомендации регламентирующих работу по исследованию почв при общих и локальных загрязнениях [69]. В процессе проведения почвенно-экологических съемочных работ для определения регионального фонового уровня содержания тяжелых металлов в почвах закладывались почвенные разрезы и прикопки и бурились скважины. В общеи сложности отобрано 262 почвенных образца и проанализированы на содержание подвижных и валовых форм 3-х тяжелых металлов - Си, РЬ и Ш. Полученные данные введены в базу данных почвен-нои информационнои базы массива.
Тяжелые металлы были определены атомно-абсорбционным методом на атом-
но-абсорбционном спектрометре АА -6200 фирмы «Shimadzu» (Япония). Для определения валовых форм тяжелых металлов использовали кислотное разложение, подвижную форму извлекали аце-татно-аммонииным буферным раствором с рН 4,8.
Статистическую обработку полученных данных проводили общепринятыми методами математическои статистики, описанными [10-13] с использованием программы пакета анализов «Excel - 97» и «Atte Stat».
Карты содержания тяжелых металлов составлены в среде ГИС с использованием компьютернои программы MapInfo professional.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Известно, что основным первичным источником микроэлементов на земле являются горные породы [14,15]. В ходе выветривания и почвообразования одни элементы накапливаются в почвах, другие, наоборот, вымываются. Если сравнить их содержание в литосфере и почвах, то видно, что одних элементов в почвах содержится больше, чем в литосфере (бор, иод), других - меньше (кобальт, марганец), а некоторых примерно одинаковое количество (цинк, молибден). Следовательно, процесс перераспределения тяжелых металлов в земнои коре является прямым результатом процесса почвообразования, которое в свою очередь зависит от особенностеи функционирования природных и управляемых человеком агрономических ландшафтов.
Процессы почвообразования в условиях рисосеющих массивов протекает исключительно в специфических условиях, которыи заключается в ежегодном периодическом затоплении почв в течение всего вегетационного сезона и последующего интенсивного просушивания в условиях аридного климата. Согласно
сезонам затопления и высушивания процесс почвообразования приобретает цик-личныи характер, каждыи цикл согласно создающимся условиям почвообразования вызывает соответствующие изменения в составе и своиствах почвы. В подобных условиях, среди процессов почвообразования начинают преобладать группа антропогенных элементарных процессов почвообразования. Их направление зависит главным образом от того, как используются почвы и от интенсивности мероприятии по ее окультуриванию [1].
Нисходящии ток воды, преобладаю-щии в условиях постоянного затопления, приводит к перераспределению веществ по профилю почв - гумуса, илистых частиц, элементов питания, в том числе и тяжелых металлов, т.е. происходят их профильная дифференциация [1, 2]. Причем характер перераспределения зависит в основном от сочетания основных факторов почвообразования и от набора своиств почв определенных горизонтов. В зависимости от этого определенные горизонты почв могут выступать как геохимические барьеры, так и среда по транспорту поступающих в нее тяжелых металлов.
Из вышеизложенного материала видно, что величина отрицательного влияния тяжелых металлов на почвы и другие компоненты орошаемого агроландшафта в большеи степени зависят от своиств почв. Причем решающее значение имеют те своиства почвы, от которых зависит подвижность и миграционная способность тяжелых металлов. Чем выше способность почв переводить тяжелые металлы в труднорастворимые соединения, тем сильнее она ограничивает их миграцию по трофическои цепи, и наоборот, чем меньше способность перевода тяжелых металлов в труднорастворимые соединения, тем больше она способствует их
выносу за пределы почвенного профиля и орошаемого агроландшафта дренажными водами.
Изучение содержания валовых форм тяжелых металлов в почвах позволяет выявить их общие запасы в почвах. Это один из исходных показателеи оценки загрязнения почв, но он не всегда имеет первостепенное значение. При оценке загрязнения почв тяжелыми металлами их валовое содержание является показателем менее информативным, чем, содержание их подвижных форм. Поэтому, существующие и официально утвержденные ПДК, которые установлены для большинства тяжелых металлов по их валовои форме, не отражают фактическои ситуации, т.е. данные по валовои форме недостаточны для оценки ситуации складыва-ющеися в пищевои цепочке. Такого рода несоответствие ПДК деиствительности давно уже обнаруживаются в исследованиях ученых [17-19]. Подвижные формы тяжелых металлов более реально характеризуют их потенциальную опасность для экосистемы, способность переходить из почв в растения, в почвенные и грунтовые воды. При определении подвижных форм определяются реально существующие доступные растениям формы их соединении, что дает нам возможность определить истинные экологически значимые запасы тяжелых металлов в почве.
Фоновое содержание тяжелых металлов в почвах агроландшафта формируется в основном за счет их содержания в исходнои почве и антропогенного при-вноса извне - поступление с оросительными водами, минеральными удобрениями, различными мелиорантами, средствами химическои защиты растении, аэральное поступление и другие виды. Привнесенные в агрономические ландшафты тяжелые металлы довольно быстро включаются в биогеохимические цик-
лы миграции, перемещаются во времени и в пространстве, становятся постоянными компонентами химического состава почвы и живого вещества агроландшаф-тов. Направление миграции тяжелых металлов и ее темп в значительнои степени определяются физико-химическими своиствами почв и самих тяжелых металлов, особенностями технологии возделывания культурных растении и рядом других природных и антропогенных факторов.
Несмотря на большое разнообразие почвенного покрова орошаемых массивов республики проблема установления региональных фоновых уровнеи содержания тяжелых металлов в орошаемых почвах зоны орошения пока остается не решеннои. В условиях всевозрастающего техногенного прессинга на окружающую среду, в том числе на почвенныи покров, изучение и систематизация данных о фоновом содержании тяжелых металлов в орошаемых почвах на региональном уровне является весьма актуальным и необходимым для оценки устоичивости и стабильности орошаемых экосистем к глобальным и региональным антропогенным воздеиствиям.
На основе анализа содержания и распределения тяжелых металлов в фоновых раионах можно выявить особенности формирования регионального фонового уровня тяжелых металлов и классифицировать диапазон концентрации изучаемых металлов.
В связи с этим установление достоверных уровнеи содержания тяжелых металлов в почвах фоновых регионов является одним из актуальных задач имеющих как научное, так и прикладное значение.
Исходя из этого, мы подвергли вариа-ционно-статистическои обработке полученные за время реализации проекта аналитические данные по содержанию тяже-
лых металлов в почвах головной части древней Баканасской дельты реки Или. Как видно из полученных данных вычисленные значения ^критерия Стьюдента
для всех изученных почв при 95% уровне значимости значительно больше чем таб. (таблица 1).
Таблица 1 - Вариационно-статистические показатели содержания подвижных форм тяжелых металлов в пахотном горизонте почв головной части древней Баканасской дельты реки Или
Металлы Статистические показатели
п М±т Пределы колебания ^критерии ± ^,05 * т V, %
tфакт. ^,05
Си 88 2,1±0,09 0,6*5,0 23,4 1,66 0,2 40,1
РЬ 88 11,5±0,32 3,1*18,2 36,3 1,66 0,6 25,8
N1 88 5,9±0,15 2,5*10,9 38,5 1,66 0,3 24,4
Пределы доверительного интервала у всех изученных металлов довольно узкие. Анализ степенеи вариабельности содержания тяжелых металлов в почвах массива показывает, что установленные среднестатистические значения являются статистически устоичивыми, подтверждением чему служат величины их коэффициентов вариации, которые по шкале градации соответствуют пределу от незначительнои до среднеи. На основе анализа полученных статистических констант можно заключить, что вычисленные значения среднеи правильно отражают статистически значимые истинные значения среднего содержания изученных металлов в почвах головнои части древнеи Баканасскои дельты реки Или.
Таким образом, полученные средние содержания изученных металлов мы предлагаем в дальнеишем использовать в качестве их фонового содержания в почвах исследуемои территории. Изученные металлы по их среднему фоновому содержанию на исследуемои территории расположились в следующии убывающии ряд: РЬ N Си.
Для установления фонового содержания валовых форм изученных тяжелых металлов в почвах также были вычислены вариационно-статистические показатели содержания их валовых форм в почвах головнои части древнеи Баканас-скои дельты реки Или (таблица 2).
Таблица 2 - Вариационно-статистические показатели содержания валовых форм тяжелых металлов в пахотном горизонте почв головнои части древнеи Бака-насскои дельты реки Или
Металлы Статистические показатели
п М±т Пределы колебания ^критерии ± ^,05 * т V, %
tфакт. ^,05
Си 34 25,0±1,40 9,2*45,2 17,9 2,02 2,8 32,6
РЬ 34 34,3±1,90 9,2*54,8 18,1 2,02 3,9 32,3
N1 34 33,9±1,71 13,6*57,6 19,8 2,02 3,5 29,5
Здесь также видно, что вычисленные фактические значения критерия Стью-дента значительно выше, чем их табличные значения. Пределы колебания содержания валовых форм тяжелых металлов и доверительныи интервал их среднего значения также отличаются достаточно узкими интервалами. Величины их коэффициентов вариации не превышают сред-неи величины. Ряды убывания валовых
форм изученных тяжелых металлов оказалось идентичным с рядом их подвижных форм.
Используя полученные среднее фоновое содержание тяжелых металлов, были рассчитаны вклад каждого их них в общии «металлическии» фон почв голов-нои части древнеи Баканасскои дельты реки Или (рисунок 1).
Рисунок 1 - Долевое участие тяжелых металлов в «металлическом» фоне почв головнои части древнеи Баканасскои дельты реки Или (А - валовые и Б - подвижные формы)
Оказалось, что вклад подвижных и валовых форм тяжелых металлов в общии «металлически» фон почв массива существенно различаются. Среди подвижных форм изученных металлов в почвах головнои части древнеи Баканас-скои дельты реки Или наибольшую долю (59,0 %) занимает свинец, за ним следует никель (30,0 %), доля меди составляет всего лишь 11,0 %. А доля валовых форм изученных металлов в значительнои степени отличается от такового подвижных форм. Здесь практическую равную долю имеют свинец (45,0 %) и никель (30,0 %), а доля меди составляет 25 %. Эти данные еще раз подтверждает тезис о том, что для оценки экологического состояния почв необходимо пользоваться содержанием в них подвижных форм тяжелых металлов.
На завершающем этапе работы, используя полученные аналитические
данные и компьютерную программу MapInfo professional в среде ГИС, были составлены карты содержания экологически опасных, доступных для растении подвижных форм тяжелых металлов в почвах головной части древней Баканасскои дельты реки Или (рисунок 2).
Анализируя картографические материалы, можно сказать, что на территории головнои части древнеи Баканасскои дельты реки Или по свинцу преобладают в основном почвы 3-группы с содержанием подвижнои формы свинца более 6,0 мг на кг почвы. Также достаточно большую площадь занимают почвы 4 и 5 группы с содержанием свинца 9-12 мг/кг и выше. По распределению никеля складывается аналогичная ситуация. Здесь присутствует даже контур 6-группы почв с содержанием подвижнои формы никеля более двух ПДК.
Рисунок 2 - Карта содержания подвижных форм тяжелых металлов в почвах головной части древней Баканасской дельты реки Или (А-свинец, Б-никель)
Такие карты, содержащие аналитическую информацию, позволяют решать ряд теоретических и прикладных задач -оценить экологическое состояние почв орошаемого массива и провести ее дифференциацию по уровню содержания тяжелых металлов, проследить геохимические миграционные потоки тяжелых металлов, выявить участки их накопления, обосновать меры по предотвращению загрязнения. Все это послужит осно-вои для разработки рекомендации по организации эколого-аналитического контроля орошаемых массивов. Подобные карты также необходимы и государственным органам для принятия управленческих решении и фермерам для прак-тическои работы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ На основе полученных данных можно заключить, что орошение рисово-болотных почв способом постоянного затопления оказывает заметное влияние на характер распределения подвижных и валовых форм изученных тяжелых металлов по исследованнои территории. Причем влиянию орошения подвержены в
значительнои степени доступные растениям, экологически опасные подвижные формы металлов, чем их валовые.
На основе вариационно-статис-тическои обработки полученных в ходе проведения почвенно-экологическои съемки аналитических данных (п= 262) по содержанию подвижных форм тяжелых металлов в качестве их фонового содержания в почвах головнои части древ-неи Баканасскои дельты реки Или мы предлагаем следующие статистически достоверные величины в мг/кг почвы: РЬ - 11,5±0,32; N - 5,9±0,15; Си 2,1±0,09;
Среди подвижных форм изученных металлов в почвах головнои части древ-неи Баканасскои дельты реки Или наибольшую долю (59,0 %) занимает свинец, за ним следует никель (30,0 %), а доля меди составляет всего лишь 11,0 %. Содержание валовых форм изученных металлов в значительнои степени отличается от такового подвижных форм. Здесь практическую равную долю имеют свинец (45,0 %) и никель (30 %), а доля меди составляет 25 %.
Анализ картографического материала показывает, что на территории головной части древнеи Баканасскои дельты реки Или по свинцу преобладают в основном почвы 3-группы с содержанием подвижнои формы свинца более 6,0 мг на кг почвы. Также достаточно большую пло-
щадь занимают почвы 4 и 5 группы с содержанием свинца 9-12 мг/кг и выше. По распределению никеля складывается аналогичная ситуация. Здесь присутствует даже контур 6-группы почв с содержанием подвижнои формы никеля более двух ПДК.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Отаров А., Ибраева М.А., Сапаров А.С. Деградационные процессы и современное почвенно-экологическое состояние рисовых массивов республики // Экологические основы формирования почвенного покрова Казахстана в условиях антропогенеза и разработка теоретических основ воспроизводства плодородия. Алматы. 2007. С. 73105.
2. Отаров А. Защитные возможности периодически затапливаемых рисовых почв по отношению к тяжелым металлам // Состояние и перспективы развития почвоведения. Материалы международнои научнои конференции, посвященнои 60-летию образования Института почвоведения им. УУ Успанова. Алматы: Тетис. 2005. С. 131132.
3. Отаров А., Ибраева М.А., Сапаров А.С. Влияние экологического состояния рисовых массивов Казахстана на качество риса-шалы и продуктов ее переработки // Зерно и продукты ее переработки. 2006. №3. С. 14-18.
4. Общесоюзная инструкция по почвенным обследованиям и составлению крупномасштабных почвенных карт землепользования. Москва: Колос. 1973. 95 с.
5. Руководство по проведению крупномасштабного почвенного обследования в Казахскои ССР. Алма-Ата. 1979. 137 с.
6. ГОСТ 17.4.3.03-85 Охрана природы. Почвы. Общие требования к методам определения загрязняющих веществ.
7. ГОСТ 17.4.3.01-83 Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб.
8. Методические рекомендации по проведению полевых и лабораторных исследовании почв и растении при контроле загрязнения окружающеи среды металлами. Москва: Гидрометеоиздат. 1981. 107 с.
9. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозу-годии и продукции растениеводства. Москва: Госагропром СССР. 1989. 62 с.
10. Дмитриев Е.А. Математическая статистика в почвоведении. Москва: МГУ. 1995. 320 с.
11. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. Москва: Колос. 1979. 416 с.
12. Савич В.И. Применение вариационнои статистики в почвоведении // Учебно-методическое пособие. Москва. ТСХА. 1972. 103 с.
13. Вольф В.Г. Статистическая обработка опытных данных. Москва: Колос. 1966. 255 с.
14. Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных элементов в почвах. М.: АН СССР. 1955.
15. Якушевская И.В. Микроэлементы в природных ландшафтах. М. 1973.
16. Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных элементов в почвах. М.: АНСССР. 1957.
17. Ягодин Б.А.и др. Тяжелые металлы в системе почва-растение // Химия в сельском хозяйстве. 1996. № 5. С. 43-45.
18. Овчаренко М.М., Графская Г.А., Шильников И.А. Почвенное плодородие и содержание тяжелых металлов в растениях // Химия в сельском хозяистве. 1996. № 5. С. 4043.
19. Ильин В.Б., Баидина Н.Л., Конарбаева Г.А., Черевко А.С. Содержание тяжелых металлов в почвах и растениях Новосибирска // Агрохимия. 2000. № 1. С. 66-73.
TYMH
Ма^алада 1ле езешшн, Ба^анас ежелп атырауынын, бас жагындагы ^рш егуге иге-рыген суармалы топыра^тарда ауыр металлдардын жалпы жэне жылжымалы тYрлерiнiн мелшерш зерттеу нэтижелерi келтiрiлген. Зерттелген топыра^тарда ауыр металдардын фонды^ мелшерi аньщталган. Ауыр металдардын жылжымалы тYрлерi шшде ен кеп Yлестi ^оргасын жэне никел алатындыгы аныщталган. Топыра^ одра-мындагы ауыр металдар мелшерiнiн картасы жасалган. Топыра^ курамындагы ауыр металдарга картографиялыщ талдау жасалган.
SUMMARY
The paper presents the results of surveys on total and mobile forms of heavy metals in the soils of the head of an ancient delta Bakanass river Ily disbursed under the rice crop. Defined background contents studied metals in the soils studied . Found that among mobile forms of metals in the soils studied the biggest share of lead and nickel. A small proportion of the mobile copper. The maps of the content of mobile forms of heavy metals in soils. Is a cartographic analysis of heavy metals in soils.
