Воскресенье, 19.08.2018, 06:58
Высшее образование
Приветствую Вас Гость | RSS
Поиск по сайту



Главная » Статьи » Сельское и приусадебное хозяйство

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ПОЧВАХ СУХОСТЕПНОЙ ЗОНЫ ВОЛГОГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ

Е.А. Иванцова, доктор сельскохозяйственных наук, доцент А.Н. Водолазко

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ПОЧВАХ СУХОСТЕПНОЙ ЗОНЫ ВОЛГОГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ

Рассматривается проблема загрязнения почв земель сельскохозяйственного назначения тяжелыми металлами в пределах сухостепной почвенной зоны Волгоградской области. За основу были взяты результаты проведения агроэкологического мониторинга почв на реперных участках. Приведены результаты исследования, включающего в себя определение среднего уровня концентрации отдельных элементов за временной период 2000-2017 гг. на каждом ре- перном участке. В статье отражена география проведения исследований, которая включает 9 административных районов центральной и южной части Волгоградской области. Также отмечены условия расположения реперных участков. Описана методика проведения исследования, а также первичные источники данных. Определены загрязняющие элементы, по которым проводились исследования. Проведена математическая обработка полученных результатов и представлены диаграммы концентрации загрязняющих элементов в почвах на реперных участках. Выявлены тяжелые металлы, по которым имеются превышения предельно допустимых значений. Выявлены реперные участки с наибольшими и наименьшими концентрациями загрязняющих элементов. Сделана сравнительная характеристика содержания отдельных загрязняющих элементов в почвах. По результатам исследования сформулированы выводы о загрязнении почв в пределах выбранной зоны, а также о возможных причинах загрязнения.

Ключевые слова: тяжелые металлы, загрязнение тяжелыми металлами, ПДК, реперные участки, подвижные формы, валовые формы, почвы Волгоградской области.

 

Введение. Почвы земель сельскохозяйственного назначения являются одним из основных элементов структуры агроэкосистемы. Качественное состояние почв имеет определяющее значение в стабильном развитии природно-хозяйственных систем. Важными характеристиками качественного состояния почв являются эколого-токсикологическая и радиологическая. Повышенное содержание тяжелых металлов и радионуклидов оказывает негативное воздействие не только на состояние агроэкосистем, но и на здоровье человека. Таким образом, данные исследования являются актуальными для Волгоградской области как сельскохозяйственного региона. К тяжелым металлам относят более 40 химических элементов периодической системы Д. И. Менделеева с атомным весом свыше 50 а.е.м, такие как Ni, Cu, Zn, Mo, As, Cd, Hg, Fe, Pb, Mn [8, 9].

Тяжелые металлы имеют свойство накапливаться в организмах растений и животных, перемещаясь по трофической цепи, и могут являться причиной опасных заболеваний. Присутствие повышенных концентраций тяжелых металлов в почвах нарушает функционирование почвенных микроорганизмов, режим питания растений и агрохимические свойства почв [6, 12].

Основными загрязнителями почв среди тяжелых металлов являются свинец, цинк, медь, никель и др. Основными источниками поступления в окружающую среду тяжелых металлов являются промышленные предприятия и автотранспорт. В частности, основную опасность представляет использование этилированного бензина. Содержание токсичных элементов в почвах вблизи предприятий и автодорог может в разы превышать предельно допустимые нормы. На сегодняшний день эффективными способами сокращения содержания тяжелых металлов в почвах является фиторемедиация и применение агрохимических препаратов [2, 4, 11].

Проблемой загрязнения почв территории Волгограда и Волгоградской области занимаются многие молодые исследователи. Можно выделить работу Н.Ю. Белозубовой, посвященную изучению загрязнения почв и особенностям миграции токсичных элементов кадмия, свинца и алюминия в трофических цепях агроценозов Волгоградской области, прилегающих к промышленным центрам. Проводились исследования содержания в почвах г. Волгограда и водных объектах области тяжелых металлов, соответствие концентраций допустимым нормам [1, 5, 3].

Проблема загрязнения почв тяжелыми металлами постоянно является актуальной. Особого внимания при изучении этого явления требует выявление загрязнения почв, используемых в сельскохозяйственных целях, поскольку в конечном итоге токсичные элементы из почвы попадают в продукты питания и могут являться причиной заболеваний.

Объектом данного исследования являлись земли сельскохозяйственного назначения сухостепной почвенной зоны Волгоградской области.

Предметом исследования являлось определение содержания подвижных форм тяжелых металлов и радиологических показателей пахотного горизонта почв земель сельскохозяйственного назначения сухостепной зоны Волгоградской области.

Материалы и методы. Исследование проводилось на базе Федерального государственного бюджетного учреждения «Центр агрохимической службы «Волгоградский». Центр агрохимической службы осуществляет агроэкологический мониторинг земель сельскохозяйственного назначения в соответствии с «Методическими указаниями по проведению локального мониторинга на реперных и контрольных участках». Выявление содержания тяжелых металлов, долгоживущих радионуклидов и изотопов осуществлялось в соответствии с «Методическими указаниями по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения» [7].

Результаты и обсуждение. Данные о загрязненности почв тяжелыми металлами получены в результате проведения многолетнего агроэкологического мониторинга на реперных участках, заложенных на землях сельскохозяйственного назначения в техно- генно-загрязненных зонах, вблизи крупных промышленных предприятий, транспортных магистралей, городов, на полях, где ранее интенсивно применялись средства химизации.

Реперные участки (21 участок) расположены на территории Городищенского, Дубовского, Иловлинского, Калачевского, Ленинского, Светлоярского, Среднеахту- бинского, Суровикинского и Фроловского административных районов.

Эколого-токсикологическая оценка почв проводилась по следующим элементам:

Подвижная форма: цинк (Zn), кадмий (Cd), свинец (Pb), никель (Ni), медь (Cu).

Валовая форма: мышьяк (As), ртуть (Hg). ПДК элементов представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Предельно допустимые концентрации подвижных форм  тяжелых металлов в почве, мг/кг [9]

В результате проведения многолетнего мониторинга на реперных участках были получены данные о содержании исследуемых химических элементов в почве. На основе полученных данных были выявлены средние многолетние концентрации загрязняющих элементов в почвах на реперных участках и построены диаграммы концентрации элементов.

Содержание в почвах на реперных участках подвижных форм цинка, кадмия и валовой формы ртути не превышало значений ПДК и ОДК в течение всего изучаемого временного периода. Более того, концентрации данных тяжелых металлов в почвах в разы ниже уровня ПДК. Так, максимальная среднемноголетняя концентрация цинка

зафиксирована на реперных участках №6 в Иловлинском районе и №16 в Среднеахту- бинском районе и составляла 6,96 мг/кг и 6,91 мг/кг соответственно. Минимальная концентрация данного элемента выявлена на реперных участках №11 и №12 в Дубов- ском районе - 3,79 мг/кг и 3,37 мг/кг соответственно.

Значительно ниже ОДК и содержание в почвах реперных участков кадмия, причем среднемноголетняя концентрация этого элемента на всех участках далека даже от нижней границы ОДК и находится в пределах 0,1-0,13 мг/кг.

Также находится на много порядков ниже уровня ПДК и содержание в почвах реперных участков ртути. При значении ПДК для ртути 2,1 мг/кг, среднемноголетняя концентрация элемента в почвах находилась в пределах 0,014-0,025 мг/кг.

В результате анализа данных по другим загрязняющим элементам были выявлены значительные превышения уровней ПДК по никелю, меди и мышьяку. Показатели концентрации тяжелых металлов приведены на рисунках 1-4.

Рисунок 1 - Среднемноголетняя концентрация никеля (Ni) в почве на реперных участках

Рисунок 2 - Среднемноголетняя концентрация свинца (Pb) в почве на реперных участках

Рисунок 3 - Среднемноголетняя концентрация меди (Cu) в почве на реперных участках

Рисунок 4 - Среднемноголетняя концентрация мышьяка (As) в почве на реперных участках

Примечание к рисункам 1-4.
Реперные участки: Городищенский р-н - 1, 2, 7, 10, 21; Дубовский р-н - 11, 12; Иловлинский р- н - 5, 6; Калачевский р-н - 3, 4, 17; Ленинский р-н - 13,14; Светлоярский р-н - 8, 9; Среднеах- тубинский р-н - 15, 16; Суровикинский р-н - 18; Фроловский р-н - 19, 20

Вычисления содержания никеля в почвах реперных участков позволили выявить значительные превышения уровня ПДК на многих из них. Наименьшие значения зафиксированы на реперных участках №10 - Городищенский район, №11 и №12 - Дубовский район, где превышение составило менее, чем в 1,5 раза. На остальных реперных участках зафиксировано превышение ПДК в 2-2,5 раза.

Наибольшие значения зафиксированы на реперных участках №14 - Ленинский р-н, №17 - Калачевский р-н, №19 - Фроловский р-н и №21 - Городищенский р-н. Повышенное содержание никеля на данных участках относительно остальных может быть обусловлено расположением данных участков недалеко от крупных автодорог (в пределах 200-300 м). На рисунке 1 представлена диаграмма среднемноголетней концентрации никеля на реперных участках в зоне исследования.

Среднемноголетняя концентрация свинца в почвах реперных участков не превышала значения ПДК. На реперных участках №8 - Светлоярский р-н и №21 - Горо- дищенский р-н зафиксированы наибольшие значения среднемноголетней концентрации свинца, которые близки к ПДК. Наименьшие значения зафиксированы на реперных участках №11 и №12 - Дубовский район.

Концентрация в почвах меди превышала значение ПДК на всех реперных участках. Наименьшие значения зафиксированы на реперных участках №11 и №12 - Дубовский р-н, где содержание меди в почве превышает ПДК менее, чем в 1,5 раза. Наибольшие значения зафиксированы на реперных участках №1 - Городищенский р-н и №16 - Среднеахтубин- ский р-н, на которых концентрация меди превышала ПДК в 2,5 и 3 раза соответственно. На остальных реперных участках содержание меди также превышает ПДК в 2-2,5 раза.

Повышенное содержание меди на реперных участках №1 и №16 может быть связано с расположением участков вблизи промышленных предприятий.

Содержание в почвах валовой формы мышьяка превышает ПДК на всех репер- ных участках. Наибольшие значения зафиксированы на реперных участках №1, №2 - Городищенский р-н, №3 и №4 - Калачевский р-н, где ПДК была превышена в 4 раза. Наименьший уровень содержания мышьяка зафиксирован на реперном участке №16 - Среднеахтубинский р-н. Здесь ПДК была превышена почти в 3 раза. На остальных реперных участках уровень ПДК был превышен в 3-3,5 раза.

Заключение. В результате проведенных исследований были выявлены превышения ПДК по подвижным формам никеля и меди, а также превышения ПДК по валовой форме мышьяка. Данные загрязнения тяжелыми металлами носят постоянный характер, так как рассчитывался средний показатель за временной период 2000-2017 гг. Подвижными формами тяжелых металлов наиболее сильно загрязнены почвы репер- ных участков, находящихся вблизи крупных автодорог и промышленных предприятий. Наименьшее загрязнение подвижными формами имеют почвы на реперных участках Дубовского района, что можно объяснить отсутствием близлежащих промышленных объектов. Наибольшие уровни превышения ПДК по мышьяку также наблюдаются на реперных участках, расположенных вблизи промышленных предприятий.

Помимо отрицательного влияния отдельных элементов на состояние почв и растений, стоит учитывать комплексное воздействие всего ряда тяжелых металлов. При этом содержание в пределах нормы отдельных элементов может оказывать усугубляющий эффект на почву и живые организмы. Подвижные формы тяжелых металлов наиболее опасны: создается угроза перемещения этих элементов по трофическим цепям и накопления их в растениях, а также в организмах человека и животных, потребляющих эти растения.

Таким образом, исследование показывает, что на территории Волгоградской области имеются земли сельскохозяйственного назначения, подверженные постоянному загрязнению тяжелыми металлами. Загрязнение обусловлено, прежде всего, антропогенной деятельностью.

Основными источниками такого загрязнения являются промышленные предприятия, автотранспорт, а также интенсивное использование средств химизации.

Библиографический список

1. Белозубова, Н.Ю. Оценка эколого-токсикологического состояния почв Волгоградской области [Текст] / Н.Ю. Белозубова // Качество жизни человека в нестабильном мире: материалы выступлений XV Международного социального конгресса. - М., 2016. - С. 326-330.
2. Вишневая, Ю.С. Влияние автотранспорта на загрязнение почвенного покрова г. Архангельска тяжелыми металлами [Текст] / Ю.С. Вишневая, Л.Ф. Попова // Вестник Северного (Арктического) федерального университета. Серия: естественные науки. - 2016. - №2. - С. 32-41.
3. Динамика изменения содержания валовых форм тяжелых металлов в почвах Волгограда [Текст] / И.В. Спиридонова, А.А. Околелова, Н.Г. Кокорина, А.С. Иванова // Плодородие. - 2010. - №4. - С. 42-43.
4. Косинова, И.И. Исследование загрязнения тяжелыми металлами поверхностного слоя почвы придорожной территории автодороги М-4 в Воронежской области [Текст] / И.И. Косинова, С.И. Фонова // Сергеевские чтения. Инженерно-геологические и геоэкологические проблемы городских агломераций: материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии. - М., 2015. - С. 418-422.
5. Лобанов, М.П. Загрязнение тяжелыми металлами территории Волгоградской области [Текст] / М.П. Лобанов, Т.А. Трофимов // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2008. - №1 (9). - С. 12-16.
6. Мажайский, Ю.А. Влияние загрязнения тяжелыми металлами почвы на ее свойства и экологические показатели [Текст] / Ю.А. Можайский, В.Ф. Евтюхин, Т.М. Гусева // Сергеевские чтения: материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии. - М., 2014. - С. 438-442.
7. Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения [Текст] / Под ред. Л. М. Державина, Д. С. Булгакова. - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2003. - 240 с.
8. Никифоров, С.В. Загрязнение почвы тяжелыми металлами и методы их снижения [Текст] / С.В. Никифоров // Плодоводство и ягодоводство России. - 2014. - №1. - С. 229-231.
9. Полетаева, Е.А. Загрязнение почвы тяжелыми металлами [Текст] / Е.А. Полетаева, Л.И. Ковалева // II Лужские научные чтения, современное научное знание: теория и практика: материалы Международной научно-практической конференции. - С-Пб., 2014. - С. 83-86.
10. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве. Гигиенические нормативы ГН 2.1.7.2041-06 [Электронный ресурс] / Библиотека ГОСТов и нормативов. - 2015. - 25 августа. - Режим доступа: http://ohranatruda.ru/ot_biblio /normativ/data_normativ/46/46714/.
11. Федоров, П.Е. Оценка загрязнения почвы тяжелыми металлами вблизи автотрассы с использованием кресс-салатного теста [Текст] / П.Е. Федоров // Региональное образование 21 века: проблемы и перспективы. - 2012. - №2. - С. 207-209.
12. Экологическая опасность загрязнения почвы тяжелыми металлами (на примере свинца) [Текст] / Л.В. Мосина, Э.А. Довлетярова, С.Ю. Ефремова, Ж. Норвосурэн // Известия Пензенского государственного педагогического университета им. В.Г. Белинского. - 2012. - №29. - С. 383-386.

"Известия нижневолжского агроуниверситетского комплекса" № 2 (50), 2018

Категория: Сельское и приусадебное хозяйство | Добавил: x5443 (27.07.2018)
Просмотров: 16 | Теги: загрязнение почвы, тяжелые металлы | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
...




Copyright MyCorp © 2018 Обратная связь