Экология/6. Экологический мониторинг

1Д.б.н., профессор Околелова А.А., 2Кожевникова В.П., 2Куницына И.А.

1- Волгоградский государственный технический университет; 2-ООО «Технопроект НВТИСИЗ», Россия

Особенности содержания мышьяка в почвах различного генезиса

 

Тридцать третий элемент периодической системы – мышьяк. Он относится к пятой группе вместе с азотом, фосфором, сурьмой и висмутом. Неметалл, негативное воздействие которого оценивают, как и тяжелых металлов, 1 классом опасности (ГОСТ 17.4.1.02-83).

         Кларк мышьяка в почвах мира по А. П. Виноградову  составляет 5 мг/кг, а для почв США – 6,5 [1]. А фон, согласно письму Минприроды РФ (№ 04-25 Роскомзема № 61-5678 от 27.12.93) – 5,2. ПДК элемента равно 2 мг/кг. В гигиеническом нормативе ГН 2.1.7.2041-06 оговорено, что эта величина «учитывается с учетом фона (кларка)». А ОДК изменяется от 2 в песчаных и супесчаных почвах до 5 – в кислых суглинистых и глинистых и  до 10 –  в почвах, близких к нейтральным, глинистых и суглинистых.  

Содержание мышьяка в верхнем слое незагрязненной почвы обычно колеблется в интервале 0,2-16 мг/кг [2]. По данным Д. С. Орлова, средняя концентрация этого элемента в почве изменяется в широком диапазоне  0,1-0,2 до 30-40 мг/кг [3].  С. И. Колесников с соавторами  приводят диапазон содержания мышьяка в почвах, равный  1-50 мг/кг [4]. В. А. Ковда  оценивает накопление мышьяка в интервале 2-20 мг/кг как наименее опасное [5].

         Доля мышьяка в почвах нефтепромыслов Калмыкии достигает 4.75 мг/кг [6].  В почвах парковой зоны Ростова-на-Дону в 2,2 раза превышает ПДК [7]. В результате 4-летнего мониторинга (2006-2009 гг.)  содержание мышьяка в почвенном покрове Волгограда изменялось следующим образом: в светло-каштановых почвах санитарно-защитной зоны ОАО Химпром достигало 7,10, в лугово-каштановой почве памятника природы «Григорова балка» – 5,4 мг/кг [8].  

Ограничения в миграции соединений мышьяка может быть связано с их сорбцией на поверхности органических и минеральных коллоидов [2]. Снижение рН почвы уменьшает адсорбированность мышьяка и приводит к возрастанию его концентраций в почвенном растворе [2, 9]. В кислых почвах мышьяк концентрируется в железо-марганцевых ортштейнах [10].  В щелочной среде его адсорбированность увеличивается [2,9].   В щелочных условиях растворимость мышьяка, а значит, и его подвижность возрастают [11]. Находящиеся в почве соединения и минералы мышьяка легкорастворимы, особенно в восстановительной среде[2,12].

Ю. Н. Водяницкий считает, что токсичность мышьяка зависит от степени окисленности: трехвалентный в 2-3 раза токсичнее, чем пятивалентный, который менее подвижен, прочнее адсорбируется. Определение химических форм мышьяка в почвенных водах показало, что в аэробных почвах он содержится в основном в форме As3O43- - анионов, в анаэробных – AsO3- [13]. Оксиды мышьяка  водорастворимые, а галогенарсенаты, наоборот, гидрофобны [14].

  Ученые и специалисты считают, что в кислых почвах ведущую роль в закреплении мышьяка играют его соединения с полуторными окислами, обладающие низкой миграционной способностью, накапливающиеся преимущественно в иллювиальных горизонтах. В карбонатных почвах  большое значение имеет хемадсорбция мышьяка с карбонатами. Так как образованные соединения малоподвижны в нейтральных и слабокислых условиях, то с ростом рН подвижность мышьяка возрастает [10,15,16].

 Нами проведено изучение содержания мышьяка в почвах различного генезиса (таблица 1).

     

  Таблица  1.  Содержание мышьяка в верхних горизонтах почв, мг/кг

№

п/п

Местонахождение

Тип почвы

As

Min

Mах

 1.

Брянская область, Клинцы

Дерново-подзолистые

1,6

2,4

13,2

5,0

 2.

Липецкая область, Липецкий район

Аллювиально-луговые

1,5

3,1

8,3

3,2

 4.

Оренбургская область, Первомайский р-н

Черноземы южные

8,8

8,3

14,5

10,6

 5.

Волгоградская область, Жирновский р-н

Темно-каштановые

11,7

13,8

27,0

28,0

6

Волгоградская область Михайловский р-н

Аллювиально-луговые

3,3

4,5

7,3

6,6

  7.

Волгоградская область, Николаевский р-н

Каштановые

2,5

3,8

3,8

6,3

  8.

Волгоградская область,  Быковский р-н

Каштановые

3,0

3,3

5,9

4,1

  9.

Волгоградская область, Светлоярский р-н

Каштановые

4,8

3,8

6,3

8,3

 10.

Республика Калмыкия,                Сарпинский р-н

Каштановые

5,3

5,3

8,6

8,4

 11.

Ставропольский край, Буденовский р-н

Каштановые

7,3

6,8

9,6

12,0

 12.

Краснодарский край Адлерский район

Желтоземы

6,0

7,1

10,0

9,3

          Примечание. В числителе - значения в пробах,  отобранных с поверхности методом конверта с глубины 0-20 см, в знаменателе -  в пробах, отобранных из шурфов из горизонта А.

           

             Характеристика почв, описание объекты, методы отбора проб изложены нами ранее [17]. Мышьяк (As) в почве определяли на фотоколориметре «ФЭК-3». При отборе проб с поверхности  использовали два способа – метод конверта и отбор проб из генетического горизонта А. 

Во всех исследуемых типах почв выявлено превышение ПДК по мышьяку (таблице 1), даже на территориях, не подверженных антропогенному воздействию (Ставропольский край, Республика Калмыкия, Волгоградская область). Из анализа таблицы видно, что в минимальное содержание мышьяка в аллювиально-луговой и дерново-подзолистой почвах, соответственно 1,5-1,6, наибольшее – в темно-каштановой почве: 27-28 мг/кг.

     Превышение ПДК этого элемента можно объяснить двумя причинами.

1.  Занижена величина ПДК, она явно выше кларка и фона. По мнению В. А. Ковды, 1985, В. Е. Закруткина   ПДК мышьяка занижена [5,18]. Они, как и  зарубежные исследователи, предлагают норматив As, равный 20 мг/кг. 

2. Не учтены химические свойства элемента. Мышьяк известен в трех модификаций. Наиболее устойчивой  является серый или металлический мышьяк,  на воздухе не окисляется. Неметаллическая модификация (желтая сурьма) менее устойчива, имеет молекулярную кристаллическую решетку, на воздухе легко окисляется.  Черный мышьяк – аморфный, не окисляется на воздухе [19]. Это значит, что при изменении окислительно-восстановительных условий элемент более устойчив в связи с его возможностью изменить аллотропную форму.

Изучение природы соединений этого  элемента имеет не только научную, но и практическую значимость, например, для решения задач по химической реабилитации почв, загрязненных мышьяком, организации мониторинга.

       

 

Литература:

1. Виноградов, Б. В. Биотические критерии выделения зон экологического бедствия России / Б. В. Виноградов, В. П. Орлов, В. В. Снакин // Изв. РАН. Серия географическая. – 1993. – № 5. – С. 13-27.

2. Kabata-Pendias A., Pendias H. 1999. Biogeochemia pierwiastków śladowych. PWN Warszawa.ss 398.

3. Орлов, Д. С. Химия почв / Д. С. Орлов, Л. К. Садовникова, Н. И. Суханова. – М.: Изд-во МГУ : Высшая школа, 2005. – 558 с.

4. Колесников С.И., Казеев К.Ш., Вальков В.Ф. Биоэкологические принципы мониторинга и нормирования загрязнения почв. Ростов-на-Дону. Изд. ЦВВР. 2001. – 64 с.

5. Ковда В.А. Биогеохимия почвенного покрова. М. Наука. 1985. 263 с.

6. Даваева Ц.Д., Сангаджиева Л.Х., Сангаджиева О.С.. Шамадыкова Д.А. Экологическая оценка почвогрунтов нефтепромыслов Калмыкии. Биосферные функции почв. Матер. Всерос. научн. Конф., посвященной 40-летнему юбилею Ин-та физико-хим. И биол. Проблем почвоведения РАН. Пушщино. 2010. С.94-96.

7. Капралова О.А.. Колесников С.И. Влияние загрязнения тяжелыми металлами на эколого-биологические свойства почв г. Ростова-на-Дону. Научная мысль Кавказа. 2012. № 1. С. 69-72.

8. 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.

9. Alloway B.J., Ayres D.C., 1999, Chemiczne podstawy zanieczyszczenia środowiska. PWN Warszawa. s 423.

10. Водяницкий Ю. Н. Хром и мышьяк в загрязненных почвах. Обзор литературы. Почвоведение, 2009. № 5, с. 551-559.

11. Пинский Д. Л., Орешкина  В.Н. Тяжелые металлы в окружающей среде // Экспериментальная экология. М. Наука. 1991. с. 201-212.

12. Xu H., Allard B., Grimvall A., 1991, Effects of acidification and natural organic materials on the mobility of arsenic in the environment. Water, Air, Soil Pollution, 57/58, 269 – 278.

13. Гамаюнова В.С. Мышьяк в экологии и биологии. М.: Наука. 1993. -208 с.

14. Хомченко И.Г. Общая химия. М.: РИА «Новая волна». 2008. -464 с.

15. Антикаев Р.С. Почва как барьер на пути миграции соединений  мышьяка. С.12. Тез. Докл. V111 Межд. Конф. Студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2001. 10-13 апреля 2001 г. М.: МГУ. С.12.

16. Ильин В. Б. Тяжелые металлы в городских почвах. Сибирский экологический журнал.  2002. т. 9. № 3. с. 285-292.

17. Куницына И.А.. Околелова А.А. Эффективность инженерно-экологических изысканий на объектах нефтегазодобывающей отрасли. Известия ВГТУ. Сер. Реология. 2010. Вып. 4. С. 30-33.

18. Закономерности антропогенного преобразования малых водосборов степной зоны юга России/ В. Е. Закруткин [и др.].-  Ростов-на-Дону; изд-во Ростовского ун-та, 2004. - 252 с.

 19. Ахметов. Н.С.  Неорганическая химия. М. Высшая школа. 1969. - 610 с.