CC BY
74
9. Study of Growth promoting activity and chemical composition of pine bark after various storage periods / V.E. Tarabanko [end al.] // Journal of Siberian Federal University. - Chemistry. - 2008. - №4. - P. 363-368.
10. Шпедт А.А. Зависимость урожая яровой пшеницы от содержания в почве гумусовых веществ //Агрохимия. - 1997. - №3. - С. 13-16.
11. Зависимость урожая яровой пшеницы от содержания в почве гумусовых веществ и азота / А.А. Шпедт [и др.] // Почвоведение. - 2001. - №8. - С. 976-980.
'--------♦-------------
УДК 502 М.В. Ларионов
УРОВЕНЬ ТЕХНОГЕННОГО ПРЕССИНГА НА УРБАНИЗИРОВАННЫЕ ТЕРРИТОРИИ САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ
В статье представлены результаты исследований взаимодействия компонентов NaCl - MgSO4 -CaSO4 при техногенном прессинге различной мощности в пределах урбанизированных территорий Саратовской области.
Установлено, что степень засоленности городских почв Саратовской области из-за воздействия сточных вод в первую очередь зависит от концентрации ионов кальция [Ca2+], сульфата [SO42-], хлора [Cl-], магния [Mg2+]. Наибольшая степень засоленности (до 98,9 %) находится в соотношении NaCl : MgSO4: CaSO4 = 10: 60:30.
Ключевые слова: загрязнение, урбанизированная территория, засоление почвы, сточные воды, очистка сточных вод.
M.V. Larionov TECHNOGENIC PRESSURE LEVEL ON THE URBAN TERRITORY IN SARATOV REGION
The research results of the NaCl - MgSO4 - CaSO4 components interaction at technogenic pressure of various power within the Saratov region urbanized territories are given in the article.
It is determined that the salinity degree of the Saratov region city soils because of sewage influence first of all depends on the calcium [Ca2 +], sulphate [SO42-], chlorine [Cl-], magnesium [Mg2 +] ion concentration. The greatest salinity degree (to 98,9 %) is in the ratio NaCl: MgSO4: CaSO4 = 10: 60:30.
Key words: pollution, urban territory, soil salinity, sewage, sewage purification.
Саратовская область расположена на юго-востоке европейской части России. Территория области равна 100,2 км2, в том числе Правобережье - 46,0, Левобережье - 54,2 тыс. км2. Наибольшая протяженность области с запада на восток - 575 км, с севера на юг - 335 км. Область расположена между - 49°48' и 52°49' северной широты и 42°30' и 50°47' восточной долготы. В районе исследований количество осадков выпадает 250-450 мм/год [1].
Саратовская область относится к числу наиболее техногенно загрязненных регионов в Поволжье и находится в одном ряду с Татарстаном, Самарской, Волгоградской и Оренбургской областями [4]. В наибольшей степени загрязнены урбанизированные территории, особенно в центральном регионе Саратовской области (г. Саратов, модуль техногенной нагрузки 2000 т/км2; г. Балаково, модуль техногенной нагрузки 1000 т/км2). В городах Правобережья, в том числе в гг. Балашов, Ртищево, Аркадак и Левобережья, в числе которых гг. Ершов, Ново-узенск, ежегодно регистрируется средний суммарный модуль техногенной нагрузки 600-960 т/км2. Удельный вес экологически «грязных» производств и технологий в целом по области превышает 95 % [5].
Одна из главных экологических проблем урбанизированных территорий Саратовской области связана с антропогенным изменением концентраций солей NaCl - МдЭС^ - СаЭС4, которые являются природными компонентами почв и показывают уровень техногенной модификации почвенного покрова. В связи с этим почвы значительно засоляются, наблюдается глубокая деградация почвенных экосистем.
На изменение баланса компонентов NaCl - MgSO4 - CaSCu в почвах прямое влияние оказывают загрязняющие вещества, содержащиеся в нефти, нефтепродуктах и нефтяных отходах, которые поступают в окружающую среду в процессе транспортировки углеводородного сырья, использования нефтепродуктов на транспорте, в промышленности и теплоэнергетическом комплексе [5, 6]. Имеет место загрязнение почвенного покрова и окружающей среды нефтепродуктами, продуктами их сгорания, сероводородом и оксидами серы, засоления минерализованными промышленными сточными водами [5]. Поэтому актуально своевременное выявление и оценка очагов деградации и засоления почвенного покрова и сопредельных сред, разработка научных основ снижения техногенного воздействия на окружающую среду путем совершенствования технологии очистки сточных вод, образующихся в процессе использования нефтепродуктов промышленностью и транспортом. Техногенная деградация земель в области в зонах промышленного использования нефтяных углеводородов достигает 23-26 % [4, 5].
Загрязнение почвенного покрова углеводородами, обогащенными смолами и парафином, ведет к гуд-ронизации их профиля, образованию плотных водо- и воздухонепроницаемых битумных корок. Регенерация и очищение почв происходят крайне медленно [8, 9].
Большое значение имеет проблема захоронения промышленных стоков в глубокие водоносные горизонты. Для подземного захоронения в области используются водоносные горизонты, залегающие ниже дренирующего влияния поверхностных водотоков, не содержащие подземных вод, пригодных для водоснабжения и других целей.
Установление зависимости степени засоленности почв от концентраций и вида поллютантов позволяет оперативно регулировать технологические процессы их очистки. Изучение взаимозависимости концентрации солей NaCl - MgSO4 - CaSO4 в почве от воздействия сточных вод позволяет установить степень ее засоленности [6, 8].
Целью проведенных в 2005-2009 годах исследований являлось изучение взаимодействия в системе почвенных компонетов NaCl - MgSO4 - CaSO4 при техногенном прессинге различной мощности, в пределах урбанизированных территорий Саратовской области.
Район исследований охватил наиболее крупные урбанизированные территории в западной (г. Балашов, Ртищево) и центральной (г. Саратов, Балаково, Энгельс) частях области.
Объектами исследования являются городские почвы, сбросы сточных вод.
В ходе проведения исследований использованы методы корреляционного анализа и симплекс-решетчатого планирования взаимодействия в многокомпонентных системах (система почвенных компонентов NaCl - MgSO4 - CaSO4), физико-химический лабораторный анализ почвенных образцов [3, 7, 9]. Пробы почвог-рунтов отбирались с пробных площадок размером 10x10 см2, согласно общепринятым методикам [3]. Всего заложено 1960 пробных площадок, исследовано 14736 почвенных образцов. Результаты исследований обработаны современными методами вариационной статистики, с применением компьютерной программы Microsoft Excel. [7]. Исследования осуществлены на 95 %-м статистическом уровне доверия (P < 0,05).
Возрастание содержания легкорастворимых солей объясняется усилением промачивания почв сточными водами промышленных предприятий и городских коммунальных служб и, как следствие, промываемо-сти почв, что представлено в таблице 1. За период исследований засоленность возросла на 3,9 % в среднем по городам области.
Таблица 1
Фоновое содержание солей в городских почвах района исследований, мг/100г (2005-2009 гг.)
Параметр соли 2005 г. 2006 г. 2007 г. 2008 г. 2009 г.
K+ 10,5±0,2 12,3±0,3 13,6±0,3 15,2±0,5 15,6±0,4
Mg2+ 17,9±0,6 20,6±0,5 22,5±0,8 25,7±0,7 25,9±0,9
Na+ 69,3±1,2 68,9±1,3 69,1 ±1,0 72,1±1,3 73,4±1,5
Cl- 124,3±2,0 125,5±2,2 127,6±2,4 129,8±2,3 130,3±2,6
Ca2+ 229,5±3,3 236,4±3,6 242,3±3,2 241,5±3,5 243,7±3,4
SO42- 558,4±9,3 662,8±10,5 670,4±10,1 671,6±9,6 672,5±9,8
Сумма солей 1012,6 1126,5 1145,5 1155,9 1161,4
P < 0,05*
Примечание: * достоверность результатов.
Как видно из таблицы 1, в исследуемый период времени наблюдается наибольшее загрязнение почв хлоридами, кальциевым ионом и сульфатами.
По результатам аналитических исследований общее содержание углеводородов нефтяного ряда достигает в среднем до 67,4 мг/кг. Содержание полиароматических углеводородов в основном не превышает порога обнаружения [2].
Аналитические данные устанавливают засоление уже в верхнем горизонте городских почв, где наблюдается более 3,5 % легкорастворимых солей, причем с глубиной содержание солей увеличивается, достигая в суглинистых и глинистых прослойках 14,8 % по плотному остатку (рН = 5,4). По типу засоления это сульфатно-хлоридные солончаки. Отношение С1^04 больше единицы. Из двухвалентных катионов магний преобладает над кальцием. Почвы карбонатные обладают щелочной реакцией (рН = 7,2) почвенного раствора.
Земли урбоэкосистем в районе исследований характеризуются содержанием суммы нефтепродуктов до 14,3 мг/кг; мышьяка - до 12,6 мг/кг; свинца - до 139,4 мг/кг; цинка - до 452,0 мг/кг; бария - до 281,9 мг/кг.
Выявлены закономерности изменения содержания солей в почве за исследуемый период: SO42■ -670,6 мг/100 г; Са2+ - 244,5 мг/100 г; С- 126,8 мг/100г. Большая пестрота и разнообразие почвенного покрова, широкое распространение засоленных, солонцеватых почв и солончаков определяет трудные почвенномелиоративные условия, осложняемые засушливостью климата и слабой обводненностью территории Саратовской области.
Для изучаемой трехкомпонентной системы (галлит - NaCl, сульфат магния 1У^04 и сульфат кальция CaSO4) найдена модель четвертой степени по приближению. Модель четвертой степени, описывающая влияние состава на степень засоления образцов в системе
NaCl - MgSO4 - CaSO4, имеет вид
У= В1Х1 + В2Х2 + В3Х3 + В12Х1Х2 + В13Х1ХЗ + В23Х1Х3 +Y12 + Х1Х2 (Х1 - Х2) +Y1зХ1Хз (Х1 - Х) + Y2зХ2Хз(Х2 -Хз)+ А12Х1Х2 (Х1 - Х2)2 + А13ХДО1 - Х3)2 + А23Х2Х3 (Х2 - Хз) + В1123Х12 Х2Х3+ В1223Х1Х22Х3 + В1233Х1Х2Х32.
В результате выполнения экспериментов получены значения степени засоления образцов (при температуре t = 25 0С). Составлена матрица планирования, в которой независимые переменные Х1, Х2, Х3 представляют собой компоненты почвенной системы (табл. 2).
Таблица2
Матрица планирования системы №С1 - МдБОд - ОаБОд
Номер опыта Состав смеси Индекс коэфф. Степень засоления, %
доли единиц мас. %
Х1 Х2 Хз ЫаО! МдЭ04 0аЭ04
1 1 0 0 100 100 0 У1 69,0
2 0 1 0 0 0 0 У2 89,2
3 0 0 1 0 0 100 Уз 93,2
4 / / 0 50 50 0 У12 91,0
5 / 0 / 50 0 50 У13 88,0
6 0 / / 0 50 50 У23 93,5
7 % / 0 75 25 0 У1112 96,2
8 / 3% 0 25 75 0 У1223 92,0
9 3% 0 / 75 0 25 У1113 90,0
10 / 0 3% 25 0 75 У1333 97,2
11 0 3% / 0 75 25 У2223 98,1
12 0 / 3% 0 25 75 У2333 99,0
13 / / / 50 25 25 У1123 98,7
14 / / / 25 50 25 У1223 99,2
15 / / / 25 25 50 У1233 98,9
Наибольшая степень засоления достигается при соотношении компонентов Х1:Х2:Х = 10:60:30. Коэффициент корреляции между наивысшей степенью солености почвы (98,9%) и соотношением природных компонетов NaCl - MgSO4 - CaSO4 между собой как 10:60:30 составляет г = 0,78. В районе влияния производственных объектов на почвы (на расстоянии 100-300 м от них), обогащенные сульфатами, степень их
засоления наибольшая (до 98,9 %), вблизи автодорог и автозаправочных станций (в 100 м от них) степень засоления значительно ниже (до 69,0-88,0 %), что обусловлено большей растворимостью хлоридов щелочных металлов (в частности NaCl) и более интенсивной вымываемостью хлоридов в сравнении с сульфатами.
Исследованиями замазученных грунтов в местах складирования отходов нефтепродуктов установлено, что в них в значительном количестве (мг/кг) присутствуют: ванадий (до 1758,3), титан (до 970,6), хром, стронций, свинец (до 512,4).
В результате длительного хранения отходов нефтепродуктов изменяются их реологические параметры, обусловленные главным образом потерей легких фракций и загрязнением. Помимо этих фактов на изменение свойств отходов влияют и превращения в компонентном составе, проходящие под воздействием повышенных температур и солнечного излучения, причем разные классы углеводородов испытывают различные превращения. Образовавшиеся легколетучие углеводороды алифатического ряда загрязняют атмосферу, ациклические углеводороды проникают вглубь почвы и в пограничную с ней водную среду.
В настоящее время из всех методов физико-химической очистки сточных вод экономически выгодным и технологичным является метод коагуляционной очистки [5]. Необходимо расширить применение технологии отлавливания нефтеотходов сточных вод в нефтеловушках и коагуляция железным купоросом. Отделение загрязняющих веществ растворов производится осаждением с последующей контрольной фильтрацией. Фильтрат поступает в емкость для вторичного использования, твердые отходы можно применить при строительстве дорог. Сравнительная эффективность предлагаемой технологии выше в 3,5-4 раза по отношению к действующим в Саратовском регионе системам очистки сточных хозяйственных вод.
Заключение
Выявлены закономерности изменения содержания солей в городских почвах: SO42- - 670,6 мг/100 г, Ca2+ - 244,5 мг/100 г; Cl- - 126,8 мг/100 г, что позволило изучить влияние основных поллютантов на степень засоления почв. Методом симплекс-решетчатого планирования изучено функционирование системы NaCl -MgSO4 - CaSO4 при температуре 25 0С. Наибольшая степень засоления почв достигается при соотношении солеобразующих компонентов NaCl - MgSO4 - CaSO4 = 10:60:30. Предложена технология очистки сточных вод железосодержащим коагулянтом, что значительно снизит техногенный прессинг на урбанизированные территории и прилегающие к ним районы.
Литература
1. Атлас Саратовской области. - Саратов: Арбалет, 2003. - 143 с.
2. Гелашвили Д.Б., Басуров В.А. Оценка уровня антропогенной нагрузки на территории с использованием методов многомерного статистического анализа // Прикладная статистика в социальноэкономических проблемах: мат-лы междунар. конф. - Н. Новгород: Изд-во НГУ, 2003. - С. 66-69.
3. Гигиенические нормативы ГН 2.1.7.2041-06. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве. - М.: Минздрав России, 2006. - 68 с.
4. ГОСТ 17.4.4.02-84. Охрана природы. Почва. Методы отбора и подготовки почв для химического, бактериологического и гельминтологического анализа. - М.: Минздрав России, 1999. - 58 с.
5. Доклад о состоянии окружающей природной среды в Саратовской области в 2009 году / Госкомитет по охране окр. ср. Саратовской обл. - Саратов, 2010. - 192 с.
6. Орлов Д.С. Химия почв. - М.: Изд-во МГУ, 1985. - 376 с.
7. Пузаченко Ю.Г. Математические методы в экологических и географических исследованиях. - М.: Академия, 2004. - 416 с.
8. Blair A., Kazerouni N. Reactive chemicals and cancer // Cancer Causes Control. - 1997. - Vol. 8. - № 3. -P. 473-490.
'--------♦-----------
