Экология/6. Экологический мониторинг

К.б.н. Калентьева Н.В.¹, к.м.н. Прозор И.И.¹, Прозор Н.Г.²

¹Государственный медицинский университет города Семей,

Республика Казахстан

²Казахмыс Голд, ТОО "Данк", г. Семей

ПОДВИЖНАЯ ФОРМА ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВЕ КАК ПОКАЗАТЕЛЬ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ОПАСНОСТИ ПОЛИЭЛЕМЕНТНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Восточно-Казахстанская область, куда входит и Семипалатинское Прииртышье, – крупнейший в Республике Казахстан индустриальный регион, в экономике которого превалирующее положение занимают горнодобывающая, горноперерабатывающая, металлургическая, энергетическая, атомная и другие отрасли промышленности. Техногенное загрязнение почв региона тяжелыми металлами (ТМ) привело к формированию здесь техногенной биогеохимической провинции, площадь которой составляет более 20 тыс. км² [1].

Ввиду специфичности промышленности региона загрязнение носит полиэлементный характер, а одними из приоритетных элементов-поллютантов являются медь, цинк, кадмий, свинец. Полувековая деятельность предприятий разного профиля привела к интенсивному загрязнению почв региона. Валовое содержание химических элементов, например, в почвах г. Усть-Каменогорска и его окрестностей составляет: Pb – от 8 до 6000, Cu – от 10 до 1500, Zn – от 19 до 10000, Cd – от 2 до 62, Hg – от 10 до 500, As – от 50 до 300 мг/кг [2]. Как известно, наибольшую опасность представляют подвижные соединения, которые характеризуются повышенной биохимической активностью и значительной динамикой поведения при изменении почвенных условий.

Учитывая очевидность проблемы загрязнения ТМ значительной части территории Восточного Казахстана, особенно вокруг городов и промышленных центров, данное исследование было направлено на изучение прочности закрепления меди, цинка, кадмия и свинца твердой фазой светло-каштановой почвы Семипалатинского Прииртышья при разных уровнях полиэлементного загрязнения. С этой целью был использован ацетатно-аммонийный буферный раствор с рН 4,8.

Данный экстрагент часто используется в различных схемах определения подвижных соединений ТМ. Микроэлементы и ТМ, извлекаемые раствором ацетата аммония, разные авторы называют обменными, специфически сорбированными, доступными, легкоподвижными, легкорастворимыми, подвижными, мобильными [3-5]. При его использовании извлекаются наиболее подвижные формы элементов. Данный реактив способен к извлечению в раствор лишь наименее прочносвязанных с почвой ионов ТМ, что оправдывает его применение для оценки доступности элементов растениям.

Для проведения исследования использовались образцы верхнего горизонта светло-каштановой нормальной почвы, отобранные на участках, не подверженных техногенному воздействию. Свойства исследуемой почвы: содержание гумуса – 1,9%, ила – 10,3%, физической глины – 16,5%, ЕКО – 11,4 мг-экв/100 г, рН_водн – 7,5. Исследовались незагрязненные пробы, а также искусственно загрязненные медью, цинком, кадмием и свинцом, внесенными совместно. ТМ вносились в почву в виде нитратов в количестве 1 ммоль/кг (вариант 1), 5 ммоль/кг (вариант 2) и 10 ммоль/кг (вариант 3). Загрязненные почвы выдерживали в течение 3-х месяцев при полной полевой влагоемкости с периодическим высушиванием. По окончании взаимодействия с ТМ почву сушили до воздушно-сухого состояния, измельчали до размера частиц менее 1 мм и осуществляли выделение подвижной формы ТМ с помощью 1н. СН₃СООNH₄ с рН 4,8.

Определение форм соединений элементов осуществляли из отдельных навесок почвы (массой 10 г). Соотношение почва: экстрагент составляло 1:10. Экстрагирование производили в течение 1 ч в условиях непрерывного перемешивания, после чего пробы отфильтровывали и в фильтрате определяли содержание элементов дитизоновым методом с фотоколориметрическим окончанием по прописи Ринькиса [6]. Определения проводили в трехкратной повторности.

Как показали результаты исследований (табл.), накопление подвижной формы элементов имело свои особенности в зависимости от степени загрязнения и природы металла. С усилением полиметалльного загрязнения почвы абсолютное и относительное содержание подвижной формы ТМ возрастало значительным образом. Оно уже при внесении металлов в количестве 1 ммоль/кг превышало ПДК, то есть становилось избыточным для исследованной почвы.

Таблица. Содержание в светло-каштановой почве подвижной формы ТМ, извлекаемой 1н. раствором СН₃СООNH₄ (рН 4,8)

Вариант	Cu	Zn	Cd	Pb
Фон
1
2
3
ПДК	3	23	не установлено	6

Примечание: над чертой – содержание ТМ в мг/кг, под чертой – в % от валового содержания.

По усилению степени экстрагирования раствором СН₃СООNH₄ ТМ образовали ряд: Pb<Cd<Cu<Zn. Это означает, что при полиэлементном загрязнении в данном ряду уменьшается способность металлов связываться с почвой и, наоборот, увеличивается потенциальная способность проникать в растения и пищевые цепочки; наиболее доступным элементом является цинк при максимальной степени полиэлементного загрязнения, а наименее доступным – свинец при минимальной степени загрязнения почвы.

Итак, полученные результаты позволяют оценить состояние ТМ в почве, прогнозировать токсическое влияние поллютантов на окружающую среду, а также могут быть использованы при оценке экологического воздействия техногенных выбросов на окружающую среду.

Литература

1. Демченко А.И. Оценка загрязнения территории Восточно-Казахстанской области промышленными предприятиями и транспортом // Информ. Отчет по итогам работ 1991 года. – Усть-Каменогорск: Фонды АО ИГН, 1992.

2. Панин М.С. Эколого-биогеохимическая оценка техногенных ландшафтов Восточного Казахстана. – Алматы, Эверо. – 2000. – 338 с.

3. Изерская Л.А. Формы соединений тяжелых металлов в аллювиальных почвах средней Оби / Л.А. Изерская, Т.Е. Воробьева // Почвоведение. – 2000. – №1. – С. 56-62.

4. РД 52.18.289-90 «Методические указания. Методика выполнения измерений массовой доли подвижных форм металлов в пробах почвы атомно-абсорбционным анализом». – М.: Госкомгидромет, 1990. – 35 с.

5. Химия тяжелых металлов, мышьяка и молибдена в почвах / Под ред. Н.Г. Зырина, Л.К. Садовниковой. – М.: Изд-во МГУ, 1985. – 205 с.

6. Ринькис Г.Я. Методы анализа почв и растений / Г.Я. Ринькис, Х.К. Рамане, Т.А. Куницкая. – Рига: Зинатне, 1987. – 174 с.