CC BY
5АГРОЭКОЛОГИЯ
УДК 631.67.03:631.45
ВЛИЯНИЕ ВОДНОГО РЕЖИМА И ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ОРОСИТЕЛЬНОЙ ВОДЫ НА ЗАГРЯЗНЕНИЕ ГОРНОЙ КРАСНО-БУРОЙ ПОЧВЫ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ В СЕВЕРНОМ ЙЕМЕНЕ
Н.Н. Бушуев, к.б.н., А.В. Шуравилин, д.с.-х.н., Раджех Амин Яхъя Мохаммед, РУДН
Выявлено, что при орошении городскими сточными водами в горной красно-бурой почве увеличивается содержание валовых и подвижных форм тяжелых металлов, но при этом их количество не превышает ПДК.
Ключевые слова: тяжелые металлы, сточные воды, загрязнение почвы, водный режим, оросительная вода, Йемен.
Содержание тяжелых металлов (ТМ) в почвах зависит от химического состава исходных горных пород и интенсивности антропогенного поступления. Заметное загрязнение почв происходит в результате сброса сточных вод, их недостаточной очистки и ненормированного использования для орошения сельскохозяйственных культур. Степень загрязнения зависит от объема поступающих сточных вод в почву, химического состава и степени их очистки. Наиболее эффективное использование сточных вод при поливе должно оцениваться по безопасному уровню поступления ТМ в почву. Оценку загрязнения почв, как правило, осуществляют по содержанию валовых и подвижных форм ТМ.
Объекты и методы исследований. Для оценки загрязнения почв ТМ при поливе городскими сточными водами нами в 2007-2009 гг. были проведены исследования в крестьянском (фермерском) хозяйстве «Мукбил», расположенном в районе г. Хаджа в северной части республики Йемен. Почва участка - горная красно-бурая легкосуглинистая. В верхнем слое почвы (0-30 см) содержание гумуса составляет 0,69-0,81%; рН -7,0-7,4; азота общего - 0,013-0,017%; подвижного фосфора -1,12-1,80 мг/100г; обменного калия - 30,2-42,1 мг/100г. Плотность сложения - 1,26-1,29 г/см3; пористость - 49,6-51,5%; наименьшая влагоемкость - 25,4-25,8% от массы.
Городские сточные воды (г. Хаджа) использовали для поливов после очистки, смешанные воды получали в результате разбавления сточных вод с грунтовыми в соотношении 1:1, грунтовые воды откачивали из скважины.
Условно очищенные сточные воды г. Хаджа характеризуются слабой минерализаций с содержанием солей 1373-1381 мг/л по сухому остатку, слабощелочной реакцией (рН 7,5-7,9), невысоким содержанием взвешенных веществ (189-205 мг/л). По химизму засоления по анионам сточные воды относятся к бикарбонатно-сульфатно-хлоридному типу, по катионам - к магниевому типу. Обеспеченность основными элементами питания сточных вод средняя (азота общего 44,67 мг/л, калия-31 мг/л и фосфатов - 19,2 мг/л в среднем за 2007-2009 гг.). Содержание нитратов в очищенной сточной воде составляло в среднем 15,6 мг/л, а нитритов - 0,92 мг/л.
Грунтовые воды характеризуются наличием небольшого количества взвешенных веществ (в среднем 65 мг/л) и очень малым количеством биогенных элементов. Общая минерализация воды по сухому остатку изменялась в пределах 872-897 мг/л, то есть грунтовая вода является пресной. Смешанные сточные воды слабоминерализованные (сухой остаток солей от 1045 до 1063 мг/л). Среди солей в смешанной воде из анионов преобладает бикарбонат-ион (НС03-), а из катионов - натрий (№+).
Содержание цинка, меди, хрома и никеля в городских сточных водах было незначительно, но сточная вода сильно загрязнена кадмием. Количество ТМ в смешанной воде значительно меньше. Грунтовая вода практически не содержит ТМ (табл.1).
В опыте возделывали кукурузу на зеленую массу среднеспелого сорта Техама при трех водных режимах почвы. Режим предполивной влажности поддерживался на уровне: 1) 70-70-70%НВ; 2) 70-80-70%НВ; 3) 80-80-80%НВ. В варианте 70-8046
70%НВ он применялся дифференцированно по межфазным периодам (80%НВ - в фазу 11-й лист - молочная спелость).
Ежегодно в конце мая проводили предпосевной полив нормой 500 м3/га для получения полноценных всходов кукурузы. При режиме орошения 70%НВ в течение 2007-2009гг. было проведено 8 поливов поливными нормами 500-730 м3/га. При этом оросительная норма изменялась в пределах 4690-4770 м3/га. При дифференцированном режиме орошения кукурузы (70-80-70% НВ) в те же годы было проведено 11 поливов поливными нормами 460-520 м3/га в зависимости от межфазных периодов. Оросительная норма при этом составляла 5390-5470 м3/га. При влажности 80% НВ в 2007-2009 гг. было проведено 15 поливов поливными нормами от 310 до 490 м3/га при оросительной норме от 5930 до 6050 м3/га.
1. Содержание тяжелых металлов в оросительных водах в среднем за 2007-2009 гг., мг/л (в табл. 1-3 вид оросительной воды: грунтовая (ГР), смешанная (СМ), сточная (СТ))
Вид оросительной воды 7п Си са РЬ Сг N1
ГР 0,005 0,01 0,0001 0,001 0,001 0,005
СМ 0,06 0,02 0,004 0,003 0,003 0,017
СТ 0,13 0,03 0,0077 0,015 0,003 0,04
Изучение состава городских сточных вод проводили по основным химическим и санитарно-гигиеническим показателям. Водно-физические и агрохимические показатели определяли по стандартным методикам. Валовые и подвижные формы ТМ в почве определяли атомно-абсорбционным методом и сравнивали с ПДК [1, 2].
Результаты и их обсуждение. Содержание валовых форм ТМ в верхнем 0-30 см слое почвы зависело от объема используемых сточных вод, их химического состава и водного режима почв. Полив грунтовыми водами существенно не влиял на содержание валовых форм определяемых ТМ. Валовое содержание ТМ при орошении городскими сточными и смешанными водами увеличивалось, но не превышало ПДК (табл. 2). Так, валовое содержание цинка в исходной почве в слое 0-30 см составляло 45 мг/кг, в результате орошения смешанной и сточной водами его содержание увеличилось до 49-52 мг/кг. Более высокое значение отмечено при орошении в варианте с повышенным режимом предполивной влажности почвы (80-80-80% НВ). Следует отметить, что даже при орошении городскими сточными водами на фоне высокой пред-поливной влажности почвы содержание цинка составляло максимум 0,59 ПДК, и примерно соответствовало фону.
2. Валовое содержание ТМ в 0-30 см слое почвы при орошении
кукур! |тзы на зеленую массу, мг/кг
Водный Вид оросительной воды 7п Си са РЬ Сг N1
режим Исходные данные(2007 г., до орошения)
почвы, % 45 24 0,12 13 17 15
НВ На конец исследований (IX, 2009 г.)
70-70-70 ГР СМ СТ 46 49 52 25 27 29 0,11 0,15 0,23 14 16 19 16 18 20 17 20 25
70-80-70 ГР СМ СТ 46 50 53 25 28 31 0,12 0,19 0,28 14 18 20 16 19 22 17 22 28
80-80-80 ГР СМ СТ 47 52 59 26 29 33 0,13 0,27 0,29 15 19 21 17 21 24 18 25 32
ОДК 55-220 33-132 0,5-2,0 32-130 100 2080
Фон для горной красно-бурой почвы 55 31 0,2 24 39 18
Валовое содержание меди в слое почвы 0-30 см при поливе сточными водами в течение 2007-2009 гг. увеличивалось на 20,8-
37,5% в зависимости от режима предполивной влажности почвы. При поливах смешанной и грунтовой водой показатели по содержанию меди существенно снижались и составляли 0,45-0,60 ПДК
Загрязнение почвы кадмием считается одним из наиболее опасных экологических явлений, так как он накапливается в растениях выше нормы даже при слабом загрязнении. Валовое содержание С(( при поливе городскими сточными водами увеличилось в 1,92-2,42 раза. Наибольшее накопление С(( в почве при поливе сточными водами отмечали при более высоком режиме предполивной влажности почвы, но оно было ниже ПДК в 7 раз. При поливе смешанной водой накопление валового С( заметно снижалось, а при поливе грунтовой водой его содержание не изменялось. В то же время валовое содержание С( при поливе сточными водами было несколько выше фона для горных красно-бурых почв. Это обусловлено наличием большого количества С( в используемых сточных водах.
Валовое содержание свинца при поливе сточными водами увеличивалось на 46,2-61,5% в зависимости от водного режима почвы, а при поливе смешанными водами возросло на 23-46,2%. Полив грунтовой водой существенно не влиял на валовое содержание свинца. В целом валовое содержание свинца при орошении сточными водами оставалось ниже ПДК (на уровне 0,63-0,70).
Поливы смешанными и сточными водами также повышали валовое содержания Сг и N1 в 0-30 см слое почвы. За 3 года орошения сточными водами валовое содержание Сг увеличилось на 17,6-41,2% и N1 - на 66,7-113,3%, а смешанными водами, соответственно, на 5,9-11,8% и на 33,3-66,7%. Орошение грунтовыми водами не приводило к накоплению в почве валового хрома, но валовое содержание никеля в почве повышалось на 13-20%. Валовое содержание Сг и N1 в почве при поливе городскими сточными водами увеличилось, но оно было значительно ниже ПДК.
Следует отметить, что валовое содержание ТМ повышалось с увеличением режима предполивной влажности почвы. При этом в наибольших размерах увеличивалось валовое содержание С( и N1 и в меньших размерах- содержание РЬ и 2и. В целом при поливе городскими сточными водами отмечали рост валового содержания ТМ: С( - в 2,4 раза, N1 в 2,1 раза, а 2и в 1,3 раза. Поэтому при поливе городскими сточными водами необходимо осуществлять периодический контроль за накоплением в почве валовых форм С( и N1.
В значительно большей степени происходило накопление в почве подвижных соединений ТМ при поливе городскими сточными водами и их смеси с грунтовыми водами (табл. 3). При орошении сточными водами содержание подвижных соединений цинка в почве увеличилось на 49,6-67,0%, смешанными водами - на 20,1-37,0%, грунтовыми водами - на 4,7-9,1%. Однако содержание подвижного цинка в почве при поливе сточными водами было ниже ПДК в 2,9-3,3 раза, смешанными водами в 3,57-4,05 раза и в 4,5-4,7 раза при поливе грунтовыми водами.
3. Содержание подвижных форм тяжелых металлов (аммиачно-
2,4-3,2 раза, смешанными водами - в 1,9-2,8 раза. Полив грунтовыми водами слабо увеличивал содержание подвижной меди в почве. В целом содержание подвижных соединений меди в почве было ниже ПДК при поливах сточной, смешанной и грунтовой водами, соответственно, в 2,1-2,8 раза, 2,33,4 раза и 4,8 -6,8 раза.
Полив городскими сточными водами в течение 2007-2009 гг. повысил содержание кадмия в 2,3-2,7 раза, смешанной водой -в 1,3-2,1 раза, а при поливе грунтовыми водами содержание подвижного кадмия в почве оставалось на исходном уровне. При орошении сточными водами его содержание составляло 0,54-0,64 ПДК, а при использовании смешанных и грунтовых вод, соответственно, 0,32-0,50 ПДК и 0,24-0,26 ПДК.
Содержание подвижных форм свинца в слое почвы 0-30 см было больше в несколько раз, чем кадмия и его количество повышалось в зависимости от источника оросительной воды в значительно больших размерах. Так, при орошении городскими сточными водами содержание подвижного свинца в почве увеличилось в 5,2-6,4 раза, при поливах смешанной водой - в 3,4-5,1 раза, а при поливах грунтовой водой - в 1,04-1,24 раза. При этом его значения были ниже ПДК при поливе городскими сточными водами в 2,1-2,5 раза, а смешанными водами - в 2,6-3,9 раза.
Накопление подвижных соединений хрома в верхнем слое почвы при поливе сточными водами было примерно в таких же размерах, как накопление свинца. Несмотря на существенное увеличение содержания подвижного хрома в 0-30 см слое почвы его значения были ниже ПДК в 3,2-4,7 раза при поливе городскими сточными водами и в 4,8-7,2 раза при поливе смешанными водами.
Аналогичные изменения наблюдались и в повышении содержания подвижных форм Ni в зависимости от источника оросительной воды. Накопление подвижных соединений Ni при орошении городскими сточными водами составляло 0,060,08 ПДК, а при поливе смешанными водами - 0,04-0,07 ПДК. Несмотря на увеличение содержания никеля, опасности загрязнения почвы этим металлом нет.
При поливе оросительной водой наблюдали рост концентрации подвижных форм ТМ в верхнем слое почвы в зависимости от химического состава оросительной воды и водного режима почвы. Так, при повышении режима предполивной влажности с 70-70-70% НВ до 80-80-80% НВ содержание ТМ в слое почве 0-30 см увеличилась при поливе городскими сточными и смешанными водами в 1,1-1,6 раза. Причем меньшие различия в содержании подвижных форм ТМ характерны для Zn, а наибольшие - для Cd (смешанная вода) и Cr (смешанная и сточная вода).
По сравнению с грунтовыми водами поступление в почву подвижных соединений Zn, Pb и Ni при поливе сточными водами увеличивалось в десятки раз, а Cu и Cr в - 4 раза. При этом в грунтовой воде Cd не обнаружен, в то время как в сточной и смешанной водах выявлено наличие кадмия. Следует отметить, что поступление ТМ в почву при поливах смешанной водой было меньше, чем при поливах сточной водой примерно в 2,0 раза.
Таким образом, использование городских сточных вод под кукурузу на зеленую массу, хотя и повышало содержание как подвижных соединений, так и валовых форм ТМ в верхнем 030 см слое почвы, но их количество было невысоким и значительно меньше уровней ПДК.
Литература 1.Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) тяжёлых металлов и мышьяка в почвах // Дополнение № 1 к перечню ПДК и ОДК № 6229-91: Гигиенические нормативы. М., 1995, 8 с. 2. Перечень предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно допустимых количеств (ОДК) химических веществ в почве. -М., 1993, 14 с.
Содержание подвижных соединений меди в верхнем слое почвы 0-30 см при орошении сточными водами увеличилось в
INFLUENCE OF WATER REGIME AND IRRIGATION WATER CHEMICAL COMPOUND ON POLLUTION OF MOUNTAIN RED-BROWN SOIL BY HEAVY METALS IN NORTHERN JEMEN N.N. Bushuev, A. V. Shuravilin, Rajeh Amin Yahya Mohammed Department of pedology and land practice, Russian People's Friendship University Miklucho-Maklay str., 8/2, Moscow, Russia, 117198, asrohim1@rambler.ru
Водный Zn Cu Cd Pb Cr Ni
режим Вид ороси- Исходные данные(2007 г., до орошения)
почвы, % тельной воды 4,70 0,45 0,12 0,45 0,30 0,10
НВ На конец исследований (IX, 2009 г.)
ГР 4,92 0,44 0,12 0,47 0,34 0,09
70-70-70 СМ 5,68 0,87 0,16 1,52 0,83 0,19
СТ 7,03 1,06 0,27 2,36 1,29 0,25
ГР 5,08 0,53 0,12 0,50 0,45 0,11
70-80-70 СМ 6,11 1,12 0,19 1,71 1,08 0,22
СТ 7,18 1,34 0,30 2,48 1,65 0,29
ГР 5,13 0,63 0,13 0,56 0,52 0,13
80-80-80 СМ 6,44 1,29 0,25 2,29 1,26 0,27
СТ 7,85 1,46 0,32 2,89 1,87 0,32
ПДК 23,0 3,0 0,5 6,0 6,0 4,0
It is exposed, irrigation of mountain red-brown soil by urban sewage water increase amount of total and mobile heavy metal forms but its content not exceed MPC. In the using of mixed water for irrigation heavy metal content increase less. Irrigation by ground water weakly effect on heavy metal content in the soil.
Key words: heavy metal, sewage water, soil pollution, water regime, irrigation water, Jemen
