Закруткин В.Е., Шишкина Д.Ю. Методика оценки опасности загрязнения почв подвижными формами тяжелых металлов на территории угледобывающих предприятий

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица 22

Влияние различных агротехнологий на содержание подвижных форм марганца,

меди и цинка в черноземе выщелоченном, мг/кг

Варианты

Марганец

Медь

Цинк

Способы обработки

000

13,5

17,5

15,4

0,98

0,71

0,69

0,99

1,06

1,21

111

28,0

15,8

15,1

1,42

0,79

1,45

1,63

1,05

1,06

222

18,6

12,5

1,34

0,88

1,32

1,24

0,76

333

26,1

25,8

21,6

2,0

1,18

1,4

1,33

1,57

1,3

Среднее

21,6

19,4

16,2

1,44

0,89

1,22

1,30

1,2

1,08

Таблица 23

Влияние различных агротехнологий на содержание подвижных форм свинца,

кобальта и кадмия в черноземе выщелоченном, мг/кг

Варианты

Свинец

Кобальт

Кадмий

Способы обработки

000

1,035

0,91

0,94

0,17

0,15

0,26

0,089

0,071

0,049

111

0,65

1,03

0,53

0,17

0,071

0,13

0,078

0,072

0,082

222

0,76

1,31

0,74

0,084

0,041

0,03

0,065

0,054

0,051

333

0,82

1,66

1,02

0,101

0,07

0,08

0,06

0,076

0,062

Среднее

0,82

1,23

0,82

0,13

0,08

0,12

0,068

0,076

0,061

точки зрения обеспеченности ими почв. Так, распределение подвижного цинка в

черноземах и его доступность для сельскохозяйственных культур в черноземах

описаны И.Г. Соборниковой [45]. По ее данным, в предкавказском карбонатном

легкоглинистом черноземе содержится 0,26 мг/кг подвижного Zn, в

североприазовском карбонатном тяжелосуглинистом – 0,30, в южном

карбонатном тяжелосуглинистом – 0,40 мг/кг. Установлена сезонная динамика

подвижных форм микроэлементов в черноземах. Так, содержание извлекаемого

ацетатно-аммонийной вытяжкой цинка в паровых участках от весны к осени

заметно возрастает, что связано с увеличением температуры и влажности почвы

(табл. 24) [45].

По данным Е.В. Агафонова [10], в обыкновенном черноземе концентрация

подвижного цинка составляет 0,27-0,32 мг/кг; марганца 23,1-35,7, меди 0,30–0,38

мг/кг. О более высоких средних концентрациях подвижных форм цинка в

черноземах (0,55–0,60 мг/кг) сообщает С.В. Федосеенко [51]. Подвижный свинец

в этих почвах варьирует от 0,81 до 0,95 мг/кг. Исследованиями В.И. Гончаренко

Таблица 24

Динамика подвижного цинка в черноземах Ростовской области, мг/кг

Чернозем

Угодье

Глуби-

на, см

Апрель

Май

Июнь

Июль

Август

Сентябрь

Предкавказский

карбонатный

глинистый

пар

0–20

0,24

0,42

0,35

0,40

н.о.

20–40

0,13

0,37

0,42

н.о.

кукуруза

0–20

н.о.

0,20

0,23

0,22

0,20

н.о.

Североприазов-

ский тяжело-

суглинистый

виноград

0–25

0,24

0,26

н.о.

0,4

0,32

20–50

0,28

0,30

н.о.

0,48

0,36

[16] установлено, что подвижность меди зависит от вида сельскохозяйственного

угодья: в почвах под зерновыми культурами концентрации Cu составляют 0,12–

0,35 мг/кг, в почвах под садами 0,4–0,58 мг/кг.

В настоящее время вопросами оценки состояния показателей плодородия

земель сельскохозяйственного назначения, в т. ч. обеспеченностью почв

микроэлементами, занимается Агрохимическая служба. В Ростовской области она

представлена Государственным центром агрохимической службы «Ростовский»,

Государственными станциями агрохимической службы «Северо-Донецкая» и

«Цимлянская». Результаты завершившегося в 2005 г. шестого тура

агрохимического обследования показали низкую обеспеченность почв

микроэлементами (табл. 25–28). Так, содержания мобильного цинка, в основном,

не достигают значений 2 мг/кг, меди – 0,2 мг/кг, кобальта – 0,15 мг/кг. По

содержанию микроэлементов почвы относятся к низкообеспеченным по цинку,

кобальту, меди [59]. Несколько лучше ситуация по марганцу – его содержания в

31,3% образцов оцениваются как средние, а в 22,9% – как высокие (табл. 27).

Таблица 25

Распределение почв Ростовской области по содержанию цинка [59]

Зоны

обслуживания

Год обсле-

дования

Пло-

щадь,

тыс.

га

Содержание цинка

Низкое < 2

мг/кг

Среднее

2,1–5

мг/кг

Высокое

> 5 мг/кг

т/га

ФГУ ГСАС

«Северо-

Донецкая»

2001-2005

1470,9

1466,3

99,7

4,6

0,3

–

ФГУ ГСАС

«Цимлянская»

2001-2005

1492,7

1490,8

99,9

1,9

0,1

–

ФГУ ГЦАС

«Ростовский»

2001-2005

1487,5

1478,3

99,4

9,2

0,6

–

По области

2001-2005

4451,1

4435,4

95,6

15,7

0,4

–

Таблица 26

Распределение почв Ростовской области по содержанию меди [59]

Зоны

обслуживания

Год обсле-

дования

Пло-

щадь,

тыс.

га

Содержание меди

Низкое <

0,2 мг/кг

Среднее

0,21–0,5

мг/кг

Высокое

> 0,5

мг/кг

т/га

ФГУ ГСАС

«Северо-

Донецкая»

2001-2005

1470,9

1448,9

98,5

21,8

1,5

0,2

–

ФГУ ГСАС

«Цимлянская»

2001-2005

1492,7

1403,8

94,0

84,8

5,7

4,1

0,3

ФГУ ГЦАС

«Ростовский»

2001-2005

1487,5

944,5

63,5

538,6

36,2

4,4

0,3

По области

2001-2005

4451,1

3797,2

85,3

645,2

14,5

8,7

0,2

Первые итоги начавшегося в 2006 г. работы очередного тура массового

агрохимического обследования также свидетельствуют о том, что содержания

подвижных форм металлов, в основном, ниже оптимальных [60]. Более того,

выявлена тенденция снижения содержания подвижных соединений цинка и

марганца за период с 1999–2006 гг. (табл. 29).

Таблица 27

Распределение почв Ростовской области по содержанию марганца [59]

Зоны

обслуживания

Год

обсле-

дования

Пло-

щадь,

тыс.

га

Содержание марганца

Низкое < 10

мг/кг

Среднее

10–20 мг/кг

Высокое

> 20 мг/кг

т/га

ФГУ ГСАС

«Северо-

Донецкая»

2001-

2005

1470,9

985,9

67,0

452,3

30,8

32,7

2,2

ФГУ ГСАС

«Цимлянская»

2001-

2005

1492,7

1052,8

70,5

376,1

25,2

63,8

4,3

ФГУ ГЦАС

«Ростовский»

2001-

2005

1487,5

1,7

0,1

38,0

920,6

61,9

По области

2001-

2005

4451,1

2040,4

45,8

1393,6

31,3

1017,1

22,9

К настоящему времени наиболее обширная сводка данных по распределению

подвижных форм в почвах Ростовской области накоплена на кафедре геоэкологии

и прикладной геохимии Южного федерального университета [21, 55, 19, 56]. В

ходе исследований установлены величины регионального фона подвижных форм

тяжелых металлов: кадмий – 0,03 мг/кг, свинец – 0,4 мг/кг, никель – 0,35 мг/кг,

медь – 0,08 мг/кг, цинк – 0,32 мг/кг, ванадий – 0,12 мг/кг, мышьяк – 0,15 мг/кг.

Поведение некоторых металлов изучено более детально, на примере основных

типов почв и видов сельхозугодий. Выявлена слабая вариабельность величин по

генетическим типам почв (табл. 30).

Гораздо выше зависимость содержаний подвижных форм элементов от

особенностей агротехнологии, характерных для разных типов сельхозугодий. Так,

в отдельных пробах орошаемых почв овощных плантаций и рисовых чеков

концентрация подвижного кадмия увеличивается до 0,12 мг/кг, свинца – 1,9 мг/кг,

никеля – 1,61 мг/кг, хрома – 0,32 мг/кг. Особенно резко возрастает концентрация

подвижных меди и цинка в почвах садов и виноградников (табл. 31).

Таблица 28

Распределение почв Ростовской области по содержанию кобальта [59]

Зоны

обслуживания

Год обсле-

дования

Пло-

щадь,

тыс.

га

Содержание кобальта

Низкое <

0,15 мг/кг

Среднее

0,16–0,30

мг/кг

Высокое

> 0,30

мг/кг

т/га

ФГУ ГСАС

«Северо-

Донецкая»

2001-2005

1470,9

1266,2

86,1

20,2

13,7

2,7

0,2

ФГУ ГСАС

«Цимлянская»

2001-2005

1492,7

1401,4

93,9

90,2

6,0

1,1

0,1

ФГУ ГЦАС

«Ростовский»

2001-2005

1487,5

1479,1

99,4

8,4

0,6

–

По области

2001-2005

4451,1

4146

93,2

300,6

6,7

3,8

0,1

Выявленная дифференциация содержаний подвижных форм элементов

обусловлена особенностями агрогенного воздействия. Орошение изменяет

геохимическую обстановку миграции, прежде всего, щелочно-кислотные и

окислительно-восстановительные условия, усиливая тем самым подвижность

элементов. Сады и виноградники подвергаются интенсивной обработке медь- и

цинксодержащими препаратами (бордосская жидкость, цинеб, церам), что

вызывает значительное увеличение как валовых, так и подвижных форм металлов.

Таблица 29

Содержание подвижных форм микроэлементов в почвах Ростовской области

Районы

Годы

Медь

Цинк

Кобальт

Марганец

Оптимальное содержание, мг/кг

0,21–0,51

2,1–5,0

0,16–0,30

10–20

Фактическое содержание, мг/кг

Шолоховский

2000

0,09

1,0

0,12

10,1

2006

0,09

0,42

0,08

5,2

Милютинский

2000

0,10

0,6

0,13

10,7

2006

0,11

0,46

0,1

8,6

Кашарский

2000

0,1

0,9

0,13

11,3

2006

0,11

0,48

0,1

7,5

Дубовский

1999

0,12

0,52

0,09

10,4

2006

0,16

0,31

0,11

7,4

Орловский

2000

0,12

0,5

0,12

7,0

2006

0,12

0,37

0,11

6,3

Неклиновский

2000

0,17

0,27

–

18,0

2006

0,26

0,36

0,10

8,1

Матвеево-

Курганский

2001

0,16

0,38

–

30,0

2006

0,2

0,3

0,1

20,2

Аксайский

2002

0,17

0,38

–

13,0

2006

0,15

0,33

0,09

21,3

Таблица 30

Содержание подвижных форм меди, цинка, марганца и хрома в основных типах

почв богарных агроландшафтов Ростовской области, мг/кг [55, 19]

Типы почв

Медь

Цинк

Марганец

Хром

Черноземы южные

0,07

0,25

10,3

0,11

Черноземы обыкновенные

0,07

0,32

10,8

0,13

Черноземы приазовские

0,09

0,31

12,7

0,10

Черноземы предкавказские

0,08

0,25

14,4

0,13

Лугово-черноземные

0,08

0,23

8,3

0,09

Каштановые

0,08

0,27

10,9

0,09

Таблица 31

Концентрации подвижных форм меди, цинка и марганца в различных

сельскохозяйственных угодьях, мг/кг [21]

Угодья

Медь

Цинк

Марганец

Орошаемые

0,05-0,35

0,17

0,4

0,11-1,27

0,46

0,55

3,86-20,2

8,55

1,66

Рисовые чеки

0,17-0,94

0,46

1,32

0,29-0,90

0,57

0,73

6,19-174,4

31,35

7,62

Сады

0,05-11,2

1,79

2,18

0,32-2,10

0,81

0,98

5,93-30,4

11,62

2,42

Виноградники

0,61-12,5

3,30

0,33-1,94

0,69

0,88

4,69-114,9

14,9

2,8

Примечание: 1- пределы содержаний;

2 – среднее;

3 – доля подвижных форм от валовых, %

Особого внимания заслуживает вопрос о зависимости содержания ПФ ТМ в

почвах от их валовых содержаний. Нашими исследованиями установлена

достоверная положительная корреляционная зависимость между валовыми и

подвижными формами для всех изучаемых элементов. Графики зависимости

содержаний ПФ в южных черноземах от их валовых количеств для ряда металлов

приведены на рис. 1–4. Корреляционная связь усиливается по мере роста в почвах

как валовых содержаний, так и количеств ПФ.

Следует отметить, что физико-химические свойства почв Ростовской

области (высокая гумусированность и карбонатность, емкость катионного обмена,

тяжелый гранулометрический состав, нейтральная или слабощелочная реакция

почвенного раствора) ограничивают подвижность большинства химических

элементов. За фиксацию конкретного элемента в почве ответственны разные

факторы. Так, слабая миграционная способность меди связана, в основном, с

образованием труднорастворимых соединений металла с органическим

веществом почвы. Карбонатность почв и их слабощелочная реакция – основные

причины ограничения подвижности цинка, который в этих условиях образует

устойчивые образовании гидроксид Zn(OH)

и карбонат ZnCO

[55].

Таким образом, несмотря на высокие валовые содержания металлов в

почвах (черноземы – одна из самых обогащенных металлами почв), основная их

масса находится в иммобилизированном состоянии, образуя труднорастворимые

соединения. Однако при изменении геохимической обстановки в почвах

(например, при снижении рН почвенного раствора), может произойти рост

подвижности соединений тяжелых металлов.

В результате анализа распределения ПФ в различных почвах выявлены

следующие закономерности:

1. Установлена высокая вариабельность подвижных форм химических

элементов в почве, определяемая природными факторами – генетическим типом

0,5

1,5

2,5

3,5

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Валовые содержания , мг/кг

Подвижные формы, мг/кг

Рис. 1. Корреляция между содержаниями валовой и подвижной меди в южных

черноземах Ростовской области (r = 0,8)

0,5

1,5

2,5

0 20 40 60 80 100 120 140

Валовые содержания, мг/кг

Подвижные формы, мг/кг

Рис. 2. Корреляция между содержаниями валового и подвижного цинка в южных

черноземах Ростовской области (r = 0,74)

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 10 20 30 40 50 60 70

Валовые содержания, мг/кг

Подвижные формы, мг/кг

Рис. 3. Корреляция между содержаниями валового и подвижного никеля в южных

черноземах Ростовской области (r = 0,62)

0 200 400 600 800 1000 1200

Валовое содержание, мг/кг

Подвижная фоорма, мг/кг

Рис. 4. Корреляция между содержаниями валового и подвижного марганца в

южных черноземах Ростовской области (r = 0,58)

почв, геоморфологическими особенностями, режимом увлажнения,

временем года и др.

2. Вариабельность содержаний извлекаемых ААБ соединений металлов

значительно усиливается под действием антропогенных факторов – вида

выращиваемых культур, особенностей агротехнологии, элементного состава

источников атмосферных выбросов.

3. Благодаря своим физико-химическим свойствам зональные почвы

Восточного Донбасса – южные и обыкновенные черноземы – содержат

пониженные количества ПФ ТМ по сравнению с почвами других природно-

климатических зон России.

4. Установлена достоверная положительная корреляционная зависимость

между подвижными и валовыми содержаниями всех изучаемых элементов в

почвах Восточного Донбасса, что позволяет применять критерии оценки

загрязнения почв валовыми формами ТМ в целях оценки загрязнения

подвижными формами.

6. Критерии и методика оценки загрязнения почв подвижными формами

химических элементов

В сложившейся практике эколого-геохимических исследований

характеристика загрязнения почв дается по геохимическим показателям, которые

учитывают распределение как отдельных металлов, участвующих в загрязнении,

так и их ассоциаций, обусловленных полиэлементностью химического состава

техногенных потоков, формирующих загрязнение.

Данные показатели разрабатывались, в основном, применительно к валовым

содержаниям ТМ, поэтому возможность их использования по отношению к ПФ

определяется наличием и уровнем корреляционной зависимости между валовыми

и подвижными соединениями. Для почв Восточного Донбасса установлена

достоверная положительная корреляционная зависимость между валовыми