В крупных промышленных городах почвы испытывают хронический стресс, одной из причин которого является постоянное прогрессирующее поступление поллютантов. Пылегазовые выбросы химических предприятий и автомобильного транспорта создают мощные техногенные потоки тяжелых металлов, которые осаждаются на почвенный покров, вызывая негативные изменения его экологического состояния.
Для проведения сравнительной оценки антропогенной нагрузки нами были выбраны объекты, расположенные в различных по виду и интенсивности антропогенной эксплуатации ландшафтах: агроценозы (УНПЦ «Горная поляна», пашня и целина), в черте Волгограда — ботанический памятник природы «Григорова балка», окрестности ВолГАУ (аграрный университет), метеостанции, ВолГУ (университет), Соленого пруда, санитарно защитные зоны промышленного предприятия «ОРТЕХ». В почвах Григоровой балки нами ранее было изучено содержание тяжелых металлов [5]. В остальных объектах подобные исследования проводились впервые.
Тяжелые металлы определяли атомно-адсорбционным методом, на приборе «СПЕКТ-5–3» — Pb, Cd, Zn, Co, а концентрацию Hg — на приборе «Юлия-МК». Для оценки антропогенной нагрузки нами были определены валовые формы тяжелых металлов в гумусовых горизонтах исследуемых почв (табл. 1). Диапазон изменения содержания валовых форм тяжелых металлов в исследуемых почвах и нормативы указаны в таблице 2.
Интенсивное поступление на почвенный покров тяжёлых металлов наблюдается не только на территории санитарно-защитных зон промышленных предприятий, но и в районах жилой застройки. Основная причина заключается в комплексном воздействии на почву и ландшафты стационарных (промышленные предприятия, бытовые отходы) и подвижных (транспорт) источников загрязнения.
Ртуть. Кларк ртути в почве не установлен, но по оценку В. В. Добровольского его значение составляет 0,12 [4]. Пределы колебаний в незагрязненных почвах ртути — 0,01–0,7 мг/кг [7].
Таблица 1
Валовое содержание химических элементов в почвах, мг/кг
|
Объект, тип почвы |
Hg |
Cd |
Pb |
Zn |
Co |
|
Григорова балка, лугово-каштановая, супесчаная |
0,005 |
0,06 |
2,50 |
10,1 |
1,53 |
|
Григорова балка, лугово-каштановая, легкосуглинистая |
0,006 |
0,06 |
2,93 |
12,8 |
1,73 |
|
УНПЦ «Горная поляна, светло-каш-тановая тяжелосуглинистая, пашня |
0,027 |
0,09 |
7,1 |
19,0 |
2,85 |
|
УНПЦ «Горная поляна, светло-каштановая легкосуглинистая, целина |
0,013 |
0,21 |
10,2 |
49,4 |
5,54 |
|
УНПЦ «Горная поляна, солонец тяжелосуглинистый |
0,045 |
0,08 |
10,3 |
89,8 |
3,73 |
|
ВолГАУ, светло-каштановая легкосуглинистая |
0,10 |
0,15 |
26,9 |
53,2 |
- |
|
«ОРТЕХ», светло-каштановая легкосуглинистая |
0,10 |
0,10 |
7,95 |
45,7 |
- |
|
Метеостанция, светло-каштановая легкосуглинистая |
0,10 |
0,10 |
12,0 |
83,6 |
- |
|
ВолГУ, светло-каштановая легкосуглинистая |
0,10 |
0,10 |
7,20 |
30,5 |
- |
|
Соленый пруд, солончак гидроморфный тяжелосуглинистый |
0,010 |
0,13 |
9,66 |
37,0 |
3,60 |
Таблица 2
Нормативы тяжелых металлов в почве, мг/кг [2]
|
Элемент |
Max |
Min |
Кларк |
Фон1 |
ПДК |
ОДК |
|
Hg |
0,1 |
0,005 |
0,10 |
0,15 |
2,1 |
- |
|
Cd |
0,2 |
0,06 |
Нет |
0,16 |
0,5 |
2 |
|
Pb |
26,9 |
2,50 |
10 |
16 |
32 |
130 |
|
Zn |
89,8 |
10,1 |
50 |
54 |
55 |
220 |
|
Co |
5,54 |
1,53 |
8 |
12 |
- |
- |
Примечание: 1 — Письмо Минприроды РФ № 04–25, Роскомзема № 61–5678 от 27.12.93
В исследуемых почвах доля ртути невысока и составляет 0,005–0,10 мг/кг, наибольшая ее аккумуляция отмечена в светло-каштановых почвах урболандшафтов, наименьшая — в лугово-каштановой почве (табл. 1). Фоновые, кларковые значения и ПДК для ртути не превышены (табл. 2).
Кадмий. В черноземах России в поверхностном слое почвы его доля составляет 0,32 [5]. В исследуемом почвенном покрове его концентрация изменяется незначительно. Наименьшая его концентрация отмечена в лугово-каштановых почвах (0,06 мг/кг), наибольшая — в светло-каштановой целинной почве Горной поляны, равная 0.21 мг/кг, что превышает фон (табл. 2).
Свинец. В 1962 г. А. П. Виноградов предложил кларк свинца, равный10 мг/кг [5]. Фоновое содержание свинца в почвах европейской части России составляет 15–50 мг/кг Предельная концентрация для свинца изменяются от 30 до 35мг/кг для почв России [5].
В почвах исследованных объектов доля свинца не превышает ПДК, ОДК, но отмечено превышение кларка на целине и в солонце Горной поляны, в почвах Метеостанции. Значительно превышает кларк и фон (26,9 мг/кг) доля свинца в светло-каштановой почвы окрестностей ВолГАУ (табл. 1, 2). Минимальное содержание Pb — в лугово-каштановой супесчаной почве Григоровой балки (2,5 мг/кг).
Кобальт. Природное содержание кобальта в поверхностном почвенном слое изменяется в широких пределах: от 1 до 40 мг/кг [5]. Фоновое содержание кобальта в почвах Волгоградской области составляет 0,40–4,0 мг/кг [3]
В почвах исследуемых объектов фоновые, кларковые значения и ПДК для кобальта не превышены (табл. 1, 2). Наибольшее его содержание отмечено в светло-каштановой почве на целине (5,54 мг/кг), наименьшее — в лугово-каштановой супесчаной почве (1,53 мг/кг). Для кобальта значения ПДК и ОДК не определены, его концентрация не превышает ни кларка, ни фона.
Цинк. Кларк цинка по А. П. Виноградову составляет 10 мг/кг [4], для почв России –85. Пределы колебаний в незагрязненных почвах цинка 10–300 мг/кг [7].
Фоновое содержание цинка в почвах Волгоградской области варьирует от 25 до 65 мг/кг [2]. Его концентрация в почвах колеблется в широком интервале, соответственно в лугово-каштановой супесчаной (10,1) и в солонце (89,8 мг/кг), что значительно выше кларка, фона и ПДК. Превышение кларка и фона (табл. 2) отмечено в светло-каштановой почве ВолГАУ (53,2 мг/кг) и метеостанции (83,6).
Ранее нами [8] был проведен мониторинг (2006–2009 гг.) концентрации валовых форм тяжелых металлов в лугово-каштановой почве Григоровой балки. Среднее содержание Hg составило 0,01, Cd — 0,13, Co — 1,64, Pb — 7,27, Zn — 11,65 мг/кг. В 2012 заметно снижение содержания всех исследуемых элементов в почве памятника природы.
Наименьшее накопление всех исследуемых элементов в ряду изучаемых почв выявлено в почвах ботанического памятника природы. В лугово-каштановой супесчаной их аккумуляция менее выражена, чем в лугово-каштановой легкосуглинистой за счет более легкого гранулометрического состава и меньшей сорбционной емкости.
Д. С. Орлов с соавторами [7] установил, что среднее содержание элементов в почве убывает в ряду:
Zn ≥ Cd ≥ Hg.
Для почв Волгограда данная зависимость была впервые установлена нами ранее [7]. По полученным результатам был определен селективный ряд:
Zn ≥ Pb ≥ As ≥ Co ≥Cd ≥ Hg.
В исследуемых почвах эта зависимость сохраняется. Приоритетные места принадлежат Zn и Pb, среднее положение занимает Co, самые низкие концентрации наблюдаются у Cd и Hg. Селективность ионного обмена можно описать следующей последовательностью:
Zn ≥ Pb ≥ Co ≥ Cd≥ Hg.
Установленную нами последовательность можно объяснить химическими свойствами элементов. Zn, Cd и Hg — элементы подгруппы цинка, полные аналоги. Соединения свинца амфотерны, что может свидетельствовать об их устойчивости при изменении окислительно-восстановительных условий [1].
Сорбция кадмия в щелочной среде снижается. Этим можно объяснить его меньшее содержание в почве по сравнению с цинком. Соединения кобальта растворимы, что объясняет его более высокую подвижность и меньшее содержание по сравнению с другими элементами левой части селективного ряда [1].
Выводы
Селективность ионного обмена описывается следующей последовательностью: Zn ≥ Pb ≥ Co ≥ Cd≥ Hg и обусловлена химическими свойствами элементов.
Концентрация кобальта и ртути ниже установленных для них нормативов Наибольшее накопление кадмия в светло-каштановой целинной почве Горной поляны, равное 0,21 мг/кг, превышает фон. Отмечено превышение кларка свинца на целине и в солонце Горной поляны, в почвах метеостанции. Значительно больше кларка и фона (26,9 мг/кг) доля свинца в почве ВолГАУ. Аккумуляция цинка в почвах колеблется в широком интервале, наименьшая в лугово-каштановой супесчаной (10,1) и максимальная — в солонце (89,8 мг/кг). Эта величина значительно выше кларка, фона и ПДК. Превышение кларка и фона цинка отмечено в почве ВолГАУ (53,2 мг/кг) и метеостанции (83,6).
Наименьшее накопление всех исследуемых элементов в ряду изучаемых почв выявлено в почвах памятника природы. В лугово-каштановой супесчаной их аккумуляция менее выражена, чем в лугово-каштановой легкосуглинистой за счет более легкого гранулометрического состава и меньшей сорбционной емкости.
В 2012 заметно снижение содержания всех исследуемых элементов в почве памятника природы по сравнению с данными за период с 2006 по 2009 годы.
Литература:
Ахметов К. С. Неорганическая химия. М.: Высшая школа. 1969. -640 с.
ГН 2.1.7.2041–06. Предельно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве.
Дегтярева Е. Т., Жулидова А. Н. Почвы Волгоградской области. Волгоград. Нижнее-Волжск. Кн. Изд-во. 1970. с. 320
Добровольский В. В. Основы биогеохимии. М. АCADEMIA. 2003. -398c.
Мажайский Ю. А., Тобратов С. А., Дубенок Н. Н., Пожогин Ю. П. Агроэкология техногенно загрязненных ландшафтов. Смоленск. 2003. -384 с.
Околелова А. А., Желтобрюхов В. Ф., Калинкина Е. Д. Валовые и подвижные формы тяжелых металлов в почвах Волгограда. Экология урбанизированных территорий. 2013. № 4. С. 45–48.
Орлов, Д. С. Химия почв / Д. С. Орлов, Л. К. Садовникова, Н. И. Суханова. — М.: Изд-во МГУ: Высшая школа, 2005. — 558 с.
Спиридонова И. В., Околелова А. А., Кокорина Н. Г., Иванова А. С. Динамика изменения содержания валовых форм тяжелых металлов в почвах Волгограда. Плодородие. 2010. № 4. С. 42–43.
.