Влияние весеннего половодья Р. Волги на миграцию тяжелых металлов в почвах Волго-Ахтубинской поймы Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

5. Programma Severo-Kavkazskogo centra po selekcii plodovyh, yagodnyh, cvetochno-dekorativnyh kul'tur i vinograda na period do 2030 goda [Tekst]/ pod obsch. red. E. A. Egorova. -Krasnodar: SKZNIISiV, 2013. - 202 p.

6. Programma i metodika selekcii i sortoizucheniya orehoplodnyh kul'tur [Tekst]/ F. L. Schepot'ev, V. I. Chebanov, V. M. Obrazcov i dr. - Voronezh, 1976. - 57 p.

7. Suhorukih, Yu. I. Polimorfizm kachestvennyh priznakov leschiny obyknovennoj na Severo-Zapadnom Kavkaze [Tekst]/ Yu. I. Suhorukih, S. G. Biganova // Novye tehnologii. - № 3. - P. 115-123.

8. Sovremennye metodologicheskie aspekty organizacii selekcionnogo processa v sadovodstve i vinogradarstve [Tekst]/ pod red. E. A. Egorova. - Krasnodar: SKZNIISiV, 2012. - 569 p.

9. Teoriya statistiki [Tekst]/ R. A. Shmojlova, V. G. Minashkin, N. A. Sadovnikova i dr. - M.: Finansy i statistika, 2004. - 656 p.

10. Bregaglio, S. Development and evaluation of new modelling solutions to simulate hazelnut (Corylus avellana L.) growth and development / S. Bregaglio, F. Orlando, E. Forni // Applied Ecological modeling. - 2016. - № 329. - P. 86-99.

11. Ustaoglu, B. The effects of climate change on spatiotemporal changes of hazelnut (Cory-lus avellana) cultivation areas in the Black Sea region, Turkey / B. Ustaoglu, M. Karaca // Applied Ecology and environmental research. - 2014. - № 12(2). - P. 309-324.

E-mail: [email protected]

УДК 631.95 DOI 10.32786/2071-9485-2018-04-19

ВЛИЯНИЕ ВЕСЕННЕГО ПОЛОВОДЬЯ Р. ВОЛГИ НА МИГРАЦИЮ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ ВОЛГО-АХТУБИНСКОЙ ПОЙМЫ

INFLUENCE OF SPRING FLOOD OF THE VOLGA RIVER ON THE MIGRATION OF HEAVY METALS IN THE SOILS OF THE VOLGA-AKHTUBA FLOODPLAIN

Н.В. Тютюма, доктор сельскохозяйственных наук А.В. Кудряшов, зав. лабораторией А.А. Баканева, младший научный сотрудник Е.В. Хюпинина младший научный сотрудник

N.V. Tyutyuma, A.V. Kudryashov, A.A. Bakaneva, E.V. Hyping

Прикаспийский научно-исследовательский институт аридного земледелия, Астраханская область, Черноярский район, с. Соленое Займище

Caspian Research Institute of Arid Agriculture

Волго-Ахтубинская пойма является уникальной природной экосистемой. Наличие лесных массивов, водно-болотных угодий, заливных лугов, прибрежных песчаных пляжей, а также высокое разнообразие флоры и фауны обусловливают высокую рекреационную и народнохозяйственную ценность данной территории. Основной вид деятельности человека - сельскохозяйственный, аграрный. Именно это в последнее столетие резко меняет значение Волго-Ахтубинской поймы, это уже не просто экосистема, а агроэкосистема. Поэтому в 2015...2017 гг. в ФГБНУ «ПНИИАЗ» проводился мониторинг влияния агроэкосистем на экологическое состояние почвы территории Волго-Ахтубинской поймы. По результатам трехлетних исследований было выявлено, что на химический состав почв и лугово-пастбищной растительности Волго-Ахтубинской поймы оказывает влияние весенне-летнее половодье, ведущее к уменьшению концентрации поллютантов. После половодья содержание тяжелых металлов в почве на всех исследованных участках снизилось, в том числе железа - в 2,7...2,9 раз или на 65,2 %, марганца - в 1,3... 1,8 раз или на 45,8 %, свинца - в 3,9...5,7 раз или на 32...82 % по участкам. Содержание остальных тяжелых металлов, кроме кобальта и кадмия, уменьшилось в 1,0...2,7 раза. Содержание кобальта увеличилось на 4 %, кадмия - на 5 %.

The Volga-Akhtuba floodplain is a unique natural ecosystem. The presence of forests, wetlands, floodplain meadows, coastal sandy beaches, as well as a high diversity of flora and fauna determine the high recreational and national economic value of this territory. The main type of human activity is agri-

cultural, agrarian. It is this that in the last century dramatically changes the importance of the Volga-Akhtuba floodplain, it is not just an ecosystem, but an agroecosystem. Therefore, in 2015...2017, the monitoring of the influence of agroecosystems on the ecological condition of the soil of the territory of the Volga-Akhtuba floodplain was conducted at the FGIBNU «PNIIAZ». According to the results of three-year studies, it was found that the chemical composition of soils and meadow-pasture vegetation of the Volga-Akhtuba floodplain is influenced by spring-summer high water, which leads to a decrease in the concentration of pollutants. After high water, the content of heavy metals in the soil in all the sites studied decreased, including iron - 2,7.2,9 times or 65,2 %, manganese - 1,3. 1.8 times or 45,8 %, lead - in 3,9-5,7 times or on 32.82 % on sites. The content of other heavy metals except cobalt and cadmium decreased by 1,0. 2,7 times. The content of cobalt - increased by 4 %, cadmium - by 5 %.

Ключевые слова: Волго-Ахтубинская пойма, загрязнения почвы металлами, свинец, кадмий, железо, никель, кобальт, весеннее половодье, тяжелые металлы, миграция тяжелых металлов.

Key words: Volga-Akhtuba floodplain, soil contamination with metals, lead, cadmium, iron, nickel, cobalt, spring flood, heavy metals, migration of heavy metals.

Введение. Одним из главных индикаторов окружающей среды является почва. Атмосферные осадки, поверхностные отходы загрязняют почву. Также существенная часть загрязнителей вносится в почвенный слой при помощи почвенных пород и подземных вод [1]. Тяжелые металлы - биохимически активные элементы, которые входят в круговорот органических веществ и воздействуют в основном на объекты живой природы. Тяжелыми металлами считают следующие элементы: цинк, никель, свинец, кадмий, медь, кобальт и некоторые другие [5]. К группе тяжелых металлов относятся все цветные металлы, плотность которых превышает плотность железа. Для обеспечения нормальной жизнедеятельности объектов живой природы эти элементы необходимы, но в определенных количествах. Ведь их избыточное количество в организмах приводит к тяжелым заболеваниям и даже гибели.

Выделяют четыре категории загрязнения земель тяжелыми металлами, которые учитывают в сельском хозяйстве: допустимая; умеренно опасная; высоко -опасная; чрезвычайно опасная. Также существуют 3 класса опасности тяжелых металлов. Самыми опасными (по мнению Всемирной организации здравоохранения) считаются свинец, ртуть и кадмий. Но и повышенное содержание других тяжелых металлов также опасно для здоровья человека. Накопление тяжелых металлов в почве влечет за собой тяжелые последствия для состояния здоровья человека и окружающей среды в целом [7].

Щёлочно-кислотные и окислительно-восстановительные условия, определяющие разнообразные почвенно-геохимические обстановки, влияют на миграцию тяжелых металлов в почвах. Почвы, в которых создаются условия промывного и периодически промывного режимов, выделяются в особую группу, в которой происходит вынос тяжелых металлов из профиля. Отличается от остальных и геохимическая обстановка миграции тяжелых металлов в почвах речных пойм, где в условиях высокой обводнённости значительно увеличивается подвижность химических элементов и соединений. Специфика геохимических процессов в таких почвах обусловливается чаще всего сильно выраженной сезонностью смены окислительно-восстановительных условий. Это объясняется особенностями гидрологического режима рек: длительностью весеннего половодья, наличием или отсутствием осеннего паводка, характером меженного периода. Продолжительность периода затопления половодьем пойменных террас определяет преобладание либо окислительно-восстановительных (долгопоемный режим), либо окислительных (кратковременное затопление поймы) условий [6, 8].

Волго-Ахтубинская пойма является такой уникальной природной экосистемой. Наличие лесных массивов, водно-болотных угодий, заливных лугов, прибрежных песчаных пляжей, а также высокое разнообразие флоры и фауны обусловливают высокую рекреационную и народнохозяйственную ценность данной территории.

Основной вид деятельности человека - сельскохозяйственный, аграрный. Именно это в последнее столетие резко меняет значение Волго-Ахтубинской поймы, и она уже не просто экосистема, а агроэкосистема.

Именно всевозрастающее антропогенное воздействие на пойменную экосистему, связанное с изменениями природно-климатических условий, зарегулированием стока, распашкой и сенокошением, выпасом скота, рекреационными нагрузками, вызывает нежелательные экологические последствия - снижение защитных функций пойменных лесов, лугов и озер, уменьшение их эстетичной и кормовой ценности и, в результате, постепенную деградацию [4, 11, 14]. Эти негативные процессы особенно очевидны в местах массового использования и посещения лугово-лесных массивов, а также в непосредственной близости от населенных пунктов. Поэтому в 2013 году с целью сохранения биоресурсов Волго-Ахтубинской поймы, по инициативе ФГБНУ «ПНИИ-АЗ» и его непосредственном участии на территории Волго-Ахтубинской поймы был создан национальный природный парк «Волго-Ахтубинское междуречье», состояние территории которого изучается учеными института.

Материалы и методы. В 2015...2017 гг. в ФГБНУ «ПНИИАЗ» проводился мониторинг влияния агроэкосистем на экологическое состояние почвы территории Волго-Ахтубинской поймы. Для этого проводился анализ почвы на содержание тяжелых металлов по сезонам года (весной, летом и осенью). Определение тяжелых металлов было выполнено атомно-абсорбционным методом на спектрофотометре фирмы Hitachi AAS 180-50 с пламенной атомизацией. Анализ взятых проб был произведен на базе лаборатории кафедры «Гидробиология и общая экология» Астраханского государственного технологического университета. Определение валового содержания микроэлементов в почве производилось согласно методике ПНД Ф 16.2.2:2.3.71-2011 [12, 10]. Каждую пробу определяли на наличие свинца, кадмия, кобальта, никеля, марганца, меди, цинка, железа и хрома. Отбор проб почвы проводился по ГОСТ 28168-89 [9].

Мониторинговые исследования почв проводились на территории Волго-Ахтубинской поймы Енотаевского и Черноярского районов в поймах сел: Зубовка, Соленое Займище и Грачи.

Результаты и обсуждение. С каждым годом увеличивается антропогенное воздействие и загрязнение, распространяемое на всю экосистему поймы, создаются принципиально новые условия для существования, отличные от тех, к которым в течение тысячелетий были адаптированы растения, животные и человек. Химический состав почвы и растений пойменных участков позволяет оценить характер геохимической и техногенно-химической миграции веществ, прежде всего микроэлементов на затопляемых территориях.

В то же время развитие луговодства в современных условиях предполагает максимальную мобилизацию сенокосно-пастбищных угодий, расположенных на пойменных землях, так как это источник получения дешевых кормов, а также они имеют большое ресурсное значение в качестве кормовой базы животноводства и сбора лекарственного сырья [2]. Изучение химического состояния почв и растений пойм, процессов аккумуляции различных веществ позволяет решать экологические проблемы, связанные с антропогенным загрязнением речных бассейнов, и определением их качества [3, 15]. Результаты анализа тяжелых металлов в почве представлены в таблице 1.

***** ИЗВЕСТИЯ *****

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

№ 4 (52) 2018

Таблица 1 - Среднее валовое содержание тяжелых металлов в почве по сезонам года, мг/кг, ФГБНУ «ПНИИАЗ», среднее за 2015-2017 гг.

Металлы, мг/кг ПДК, мг/кг Период Участок 1 с.Зубовка Участок 2 с. Соленое Займище Участок 3 с. Грачи Превышение ПДК по участкам

1 2 3

2п 70 Весна 73,57 83,89 85,04 3,57 13,89 15,04

Лето 26,82 42,74 37,53 - - -

Осень 59,56 69,80 70,98 - - 0,98

РЬ 30 Весна 14,52 11,76 13,17 - - -

Лето 2,54 7,99 3,43 - - -

Осень 18,32 18,24 16,35 - - -

са 3 Весна 0,43 0,45 0,36 - - -

Лето 0,33 0,65 0,48 - - -

Осень 0,34 0,35 0,39 - - -

N1 58 Весна 31,16 40,60 52,29 - - -

Лето 28,69 42,82 38,43 - - -

Осень 50,28 58,06 53,12 - 0,06 -

Си 28 Весна 13,65 15,13 21,21 - - -

Лето 9,31 14,36 12,29 - - -

Осень 16,68 21,11 19,30 - - -

Со 25 Весна 7,95 8,33 7,02 - - -

Лето 7,56 13,2 11,38 - - -

Осень 12,74 17,74 17,98 - - -

Сг 120 Весна 20,95 30,49 41,72 - - -

Лето 13,31 19,43 17,02 - - -

Осень 29,17 27,25 25,71 - - -

Бе 500 Весна 2255,1 2233,3 2286,0 1755,1 1733,3 1786

Лето 780,7 807,84 800,87 280,7 307,84 300,87

Осень 2524,4 2566,2 2192,1 2024,4 2066,2 1692,1

Мп 800 Весна 180,4 296,7 249,9 - - -

Лето 132,7 160,63 142,9 - - -

Осень 206,26 318,80 333,39 - - -

Сравнение химического состава проб показало, что после половодья содержание тяжелых металлов в пойменной почве всех исследованных участков ниже, чем до паводка.

В пробах почв, отобранных после затопления поймы, значительно снижается концентрация железа (в 2,7...2,9 раз или на 65,2 %), марганца (1,3... 1,8 раз или на 45,8 %), свинца (3,9...5,7 раз или на 32-82 % по участкам). Содержание остальных тяжелых металлов кроме кобальта и кадмия уменьшается в 1,0...2,7 раза. Содержание кобальта на двух участках после паводка увеличилось на 4 %, кадмия - на 5 %. Затем, в течение лета, происходит повторное загрязнение почв и содержание ТМ в почвах возвращается к своим весенним показателям.

По суммарному показателю загрязнения (2С) пойменные почвы ключевых участков соответствовали допустимой категории загрязнения, (2С) не превышая 16 [12].

Заключение. В итоге, по трехлетним исследованиям можно сделать вывод о том, что на химический состав пойменных почв и лугово-пастбищной растительности исследуемых участков, расположенных в Волго-Ахтубинской пойме Астраханской области, оказывает влияние весенне-летнее половодье, ведущее к уменьшению концен-

143

трации поллютантов. Паводковые воды растворяют микроэлементы в почве и способствуют их миграции. После половодья содержание тяжелых металлов в почве на всех исследованных участках снизилось, в том числе железа - в 2,7...2,9 раз или на 65,2 %, марганца - в 1,3...1,8 раз или на 45,8 %, свинца - в 3,9...5,7 раз или на 32...82 % по участкам. Содержание остальных тяжелых металлов кроме кобальта и кадмия уменьшилось в 1,0...2,7 раза. Содержание кобальта увеличилось на 4 %, кадмия - на 5 %. Исходя из анализа, концентрация тяжелых металлов в почве и растительности Волго-Ахтубинской поймы имеет следующий убывающий ряд:

Fe>Mn>Zn>Ni>Cr>Cu>Pb>Co>Cd.

Таким образом, сложившая экологическая ситуация на Волго-Ахтубинской пойме требует жесткой регламентации потребительской деятельности человека в сторону восстановления экологического равновесия этой уникальной территории и биоресурсного донора Нижней Волги и Северного Прикаспия.

Библиографический список

1. Бармин, А.Н. К классификации почв Волго-Ахтубинской поймы и дельты Волги [Текст]/ А.Н. Бармин., А.Н. Мармилов. - Астрахань: Изд.- во АГПУ, 2000. - С. 6.

2. Бердникова, А. В. Содержание цинка, марганца и меди в почвах Астраханской области [Текст]/ А. В. Бердникова // Природные условия и ресурсы Нижнего Поволжья /Волгог. пед. ин-т им. А. С. Серафимовича. - Волгоград, 1981. - С. 112-117.

3. Год экологии на Нижней Волге [Текст]: сборник научных статей / Сост. А.С. Овчинников, В.П. Зволинский, В.Ф. Зайцев и др. - Волгоград: ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ, 2017. - 304 с.

4. Зайцев, В.Ф. Оценка состояния Волго-Ахтубинской поймы по содержанию тяжелых металлов в почве и растительности [Текст]/ В.Ф. Зайцев, Л.П. Рыбашлыкова, С.В. Конев // Научно-практические пути повышения экологической устойчивости и социально-экономическое обеспечение сельскохозяйственного производства: материалы Международной научно-практической конференции / ФГБНУ ПНИИАЗ. - с. Соленое Займище, 2017. - С. 11.

5. Краткий словарь современных понятий и терминов [Текст]/ В.А. Макаренко, Н.Т. Бу-нимович, Г.Г. Жаркова и др. - 2-е изд. - М.: Республика, 1995. - 490 с.

6. Ковда, В.А. Биогеохимия почвенного покрова [Текст]/ В.А. Ковда. - М.: Наука, 1985. - 263 с.

7. Оценка степени опасности загрязнения почв по комплексному показателю нарушенного геохимического поля [Текст]/ С.Г. Выборов, А.И. Павелко, В.Н. Щукин и др. //Современные проблемы загрязнения почв: междунар. науч. конф. - М., 2004. - С. 195-197.

8. Позняк, С.С. Фоновое содержание тяжелых металлов в почвах и растительности Центральной зоны Республики Беларусь [Текст]/ С.С. Позняк // Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. - 2011. - Вып. 1. - С. 254-264.

9. Почвы. Отбор проб [Текст]: ГОСТ 28168-89 . - М.: Стандартинформ, 2008. - 7 с.

10. ПНДФ 16.2.2:2.3.71-2011. Количественный химический анализ почв. Методика измерений массовых долей металлов в осадках сточных вод, донных отложениях, образцах растительного происхождения спектральными методами [Текст]. - М.: Изд-во «ФБУ ФЦАО», 2011. - 42 с.

11. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.gidrogel.ru/ecol/hv_met.htm#table2.

12. Сырье и продукты пищевые. Атомно-абсорбционный метод определения токсичных элементов. ГОСТ 30178-96. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http: //docs .cntd.ru/document/gost-30178-96.

13. Тютюма, Н.В. Влияние паводков р. Волга на развитие процессов естественных водно-болотных угодий Волго-Ахтубинской поймы (2015-2016 гг.) [Текст]/ Н.В.Тютюма, С.В. Конев // Теоретические и прикладные проблемы агропромышленного комплекса. - 2016. - №3. -С. 47-50.

14. Cottenie, A. Plant quality response to uptake of polluting elements / A. Cottenie, A. Dhaese, R. Camerlynck // Qual. Plant. - 2006. - V.26. - № 1-3. - P. 293-319.

15. Schnetzer, H.L. Auswirkung von Klarschlamm and Klarchlamm compost auf den Schwermetallgehalt von Futterpflanzen im Gefaßversuch / H.L. Schnetzer, A. Chetelat, J.-M. Besson // Landwirschftliche Forschung. - 2000. - V.36. - P. 343-352.

Reference

1. Barmin, A. N. K klassifikacii pochv Volgo-Ahtubinskoj pojmy i del'ty Volgi [Tekst]/ A. N. Barmin., A. N. Marmilov. - Astrahan': Izd. - vo AGPU, 2000. - P. 6.

2. Berdnikova, A. V. Soderzhanie cinka, marganca i medi v pochvah Astrahanskoj oblasti [Tekst]/ A. V. Berdnikova // Prirodnye usloviya i resursy Nizhnego Povolzh'ya /Volgog. ped. in-t im. A. S. Serafimovicha. - Volgograd, 1981. - P. 112-117.

3. God jekologii na Nizhnej Volge [Tekst]: sbornik nauchnyh statej / Sost. A. S. Ovchinnikov, V. P. Zvolinskij, V. F. Zajcev i dr. - Volgograd: FGBOU VO Volgogradskij GAU, 2017. - 304 p.

4. Zajcev, V. F. Ocenka sostoyaniya Volgo-Ahtubinskoj pojmy po soderzhaniyu tyazhelyh metallov v pochve i rastitel'nosti [Tekst]/ V. F. Zajcev, L. P. Rybashlykova, S. V. Konev // Nauchno-prakticheskie puti povysheniya jekologicheskoj ustojchivosti i social'no-jekonomicheskoe obespeche-nie sel'skohozyajstvennogo proizvodstva: materialy Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konfer-encii / FGBNU PNIIAZ. - s. Solenoe Zajmische, 2017. - P. 11.

5. Kratkij slovar' sovremennyh ponyatij i terminov [Tekst]/ V. A. Makarenko, N. T. Buni-movich, G. G. Zharkova i dr. - 2-e izd. - M.: Respublika, 1995. - 490 p.

6. Kovda, V. A. Biogeohimiya pochvennogo pokrova [Tekst]/ V. A. Kovda. - M.: Nauka, 1985. - 263 p.

7. Ocenka stepeni opasnosti zagryazneniya pochv po kompleksnomu pokazatelyu narushen-nogo geohimicheskogo polya [Tekst]/ S. G. Vyborov, A. I. Pavelko, V. N. Schukin i dr. //Sovremennye problemy zagryazneniya pochv: mezhdunar. nauch. konf. - M., 2004. - P. 195-197.

8. Poznyak, S. S. Fonovoe soderzhanie tyazhelyh metallov v pochvah i rastitel'nosti Cen-tral'noj zony Respubliki Belarus' [Tekst]/ S. S. Poznyak // Izvestiya Tul'skogo gosudarstvennogo uni-versiteta. Estestvennye nauki. - 2011. - Vyp. 1. - P. 254-264.

9. Pochvy. Otbor prob [Tekst]: GOST 28168-89 . - M.: Standartinform, 2008. - 7 p.

10. PNDF 16.2.2:2.3.71-2011. Kolichestvennyj himicheskij analiz pochv. Metodika izmerenij massovyh dolej metallov v osadkah stochnyh vod, donnyh otlozheniyah, obrazcah rastitel'nogo pro-isxozhdeniya spektral'nymi metodami [Tekst]. - M.: Izd-vo «FBU FCAO», 2011. - 42 p.

11. Predel'no dopustimye koncentracii (PDK) himicheskih veschestv v pochve [Jelektronnyj resurs]. - Rezhim dostupa: http://www.gidrogel.ru/ecol/hv_met.htm#table2.

12. Syr'e i produkty pischevye. Atomno-absorbcionnyj metod opredeleniya toksichnyh jele-mentov. GOST 30178-96. [Jelektronnyj resurs]. - Rezhim dostupa: http://docs.cntd.ru/document/gost-30178-96.

13. Tyutyuma, N. V. Vliyanie pavodkov r. Volga na razvitie processov estestvennyh vodno-bolotnyh ugodij Volgo-Ahtubinskoj pojmy (2015-2016 gg.) [Tekst]/ N. V. Tyutyuma, S. V. Konev // Teoreticheskie i prikladnye problemy agropromyshlennogo kompleksa. - 2016. - №3. - P. 47-50.

14. Cottenie, A. Plant quality response to uptake of polluting elements / A. Cottenie, A. Dhaese, R. Camerlynck // Qual. Plant. - 2006. - V.26. - № 1-3. - P. 293-319.

15. Schnetzer, H.L. Auswirkung von Klarschlamm and Klarchlamm compost auf den Schwermetallgehalt von Futterpflanzen im Gefaßversuch / H.L. Schnetzer, A. Chetelat, J.-M. Besson // Landwirschftliche Forschung. - 2000. - V.36. - P. 343-352.

E-mail: [email protected]