ПРОФИЛЬНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ СНТ «ХЛЕБОСАД» Г. ЧЕЛЯБИНСКА - Студенческий научный форум

V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

ПРОФИЛЬНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ СНТ «ХЛЕБОСАД» Г. ЧЕЛЯБИНСКА

 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
В настоящее время коллективные сады в силу исторических причин стали неотъемлемой частью крупных городов и испытывают влияние промышленных предприятий. Для определения степени воздействия выбросов на территории садовых товариществ необходимо исследовать почвенный покров, как среду, долговременную депонирующую среду. В большинстве случаев исследованиям подвергаются лишь верхние горизонты почв, что не дает полной картины накопления загрязняющих веществ в почвенном профиле.

Именно поэтому целью работы является определение вертикального распределения тяжелых металлов внутри почвенного профиля.

Это предполагает выполнение следующих видов исследования:

  1. заложение почвенного разреза и погоризонтный отбор проб через каждые 10 см;

  2. последующий лабораторный анализ по определению физико-химических свойств почв

  3. определение содержания валовых концентраций тяжелых металлов внутри почвенного профиля

  4. установление связи между физико-химическими свойствами почв и вертикальным распределением тяжелых металлов

Исследуемая территория приурочена к подзоне Северной лесостепи. Почвенный покров представлен черноземом выщелоченным. Растительная ассоциация представлена березняком злаково-разнотравным остепненным.

Участок расположен в пределах границы областного центра, в северо-восточной части г. Челябинска, в зоне влияния промышленного района. К западу и северо-западу от территории с подветренной стороны находятся промышленные зоны металлургического и электрометаллургического комбинатов (рис. 1).

Рис. 1 Расположение участка с заложенным разрезом относительно крупных промышленных объектов

Рис. 2. Расположение разреза относительно ТЭЦ-3 и садового товарищества «Хлебосад»

В 200 м к северу от исследуемого участка расположена городская теплоэлектроцентраль № 3 (ТЭЦ-3), в 100 м к западу – садоводческое товарищество «Хлебосад». В западной части расположено русло искусственного водотока – сброс вод от ТЭЦ-3 (рис. 2). Участок выбран для исследования влияния промышленного района на садоводческое товарищество.

Почвенный разрез основного типа был заложен в октябре 2011 года в соответствии с ГОСТ17.4.4.2-84 «Почвы. Общие требования к отбору почв», и имел размеры 2,0х0,7 м., в глубину - 1,2 м. Пробы отбирались вертикально, через 0,1 м. Отбор проб, их транспортировка и хранение осуществлялись в соответствии с ГОСТ 17.4.3.1-83 (СТ СЭВ 3847-82) «Почвы. Общие требования к отбору почв». В дальнейшем почвы были доведены до воздушно-сухого состояния и исследованы в лабораториях факультета Экологии Челябинского государственного университета.

Механический состав является важным физическим параметром, от которого зависит инфильтрационная способность почв, в том числе и буферностъ. В таблице 1 приведен механический состав исследуемого почвенного разреза.

Таблица 1

Гранулометрический состав почвенных горизонтов

Интервал, см

1-0,25,%

0,25-0,05

0,05-0,01

Менее 0,01

Гран. состав

0-10

9,6

54,5

17,5

18,3

супесчаный

10-20

9,8

64,3

17,9

8,1

песчаный

25-30

31,0

46,9

12,2

9,9

песчаный

30-40

19,4

53,0

15,2

12,4

супесчаный

40-50

18,1

52,9

17,4

11,6

супесчаный

50-60

7,4

60,5

9,3

22,8

легкосуглинистый

60-70

5,1

44,3

11,1

39,6

среднесуглинистый

70-80

6,6

55,8

9,1

28,6

легкосуглинистый

80-90

12,0

63,5

7,0

17,5

супесчаный

90-100

6,1

62,3

6,1

25,5

легкосуглинистый

Рисунок 3. Распределение гранулометрического состава по почвенному профилю

Согласно полученным данным, в верхней части профиля почвы имеют супесчаный гранулометрический состав. Неравномерность распределения физической глины по профилю (рис. 3) свидетельствует о наличии слабо выраженного процесса оподзоливания, проявляющегося в аккумуляции физической глины в горизонте ВС. Согласно материалам по М.А. Глазовской, это является сорбционным геохимическим барьером. Обогащение тонкодисперсными частицами выражается в повышенной плотности горизонта (табл. 1). Предположительно в нем могут аккумулироваться тяжелые металлы.

Реакция среды (рН) является важным фактором, влияющим на поведение химических элементов в почве. В таблице 2 приведены результаты рН водной и солевой вытяжки.

Таблица 2

Результаты анализа рН водной и солевой вытяжки

Интервал, см

рН водной вытяжки

рН солевой вытяжки

0-10

7,4

7,02

10-20

7,1

6,82

25-30

6,9

6,72

30-40

6,7

6,70

40-50

6,6

6,67

50-60

6,8

6,80

60-70

7,0

6,88

70-80

7,3

7,10

80-90

7,5

7,30

90-100

7,6

7,39

Согласно таблице 2, рН водной вытяжки изменяется в от 6,6 до 7,6; солевой вытяжки - от 6,67 до 7,39.

Рис. 4. Распределение значений рН водной и солевой вытяжки по почвенному профилю.

На графиках рисунка 4 наблюдается тенденция уменьшения значений рН от верхнего горизонта Ад (7,4) до горизонта В (6,6), которую можно интерпретировать таким образом: верхние слои почвы испытывают влияние щелочных атмосферных осадков, а ниже по профилю идет естественное уменьшение этих значений. От горизонта В (6,6) к горизонту С (7,6) вновь происходит увеличение значений рН, что характерно для чернозема выщелоченного. Результаты реакций среды довольно интересны: можно наблюдать влияние естественных и антропогенных факторов.Наличие органических соединений определяет поведение тяжелых металлов в почвенных горизонтах, так как органические вещества обладают высокой катионообменной способностью. От наличия гумуса зависит способность ионов тяжелых металлов связываться в почвах, а так же их доступность для растений.

В таблице 3 приведены результаты анализа на содержание гумуса в почвенных горизонтах.

Таблица 3

Результаты анализа на содержание органических соединений

Интервал, см

Содержание гумуса, %

0-10

9,2

10-20

5,7

25-30

1,6

30-40

1,0

40-50

1,4

50-60

0,6

70-80

0,5

80-90

0,1

90-100

0,1

Содержание гумуса в горизонтах Ад и А1 достигает 9,2 %, и резко уменьшается с глубиной, составляя на интервале 25-30 см всего 1,6 % (рис. 5). Таким образом, в верхней части почвенного профиля сформирован органогенный (гумусовый) барьер. Здесь происходит процесс связывания некоторых тяжелых металлов органическими веществами.

Рис. 5.Распределение гумуса в почвенном профиле.

Основной целью данной работы является выявление внутрипрофильного распределения ТМ. Почвенные пробы исследовались в лаборатории ОАО «Челябинскгеосьемка» методом спектрального анализа. Для анализа внутрипрофильного распределения нами были выбраны следующие металлы Ni, Co, Cr, Mn, Cu, Zn, Pb, Mo, выбор которых можно обосновать их наибольшими концентрациями в исследованных почвенных пробах, а также приоритетностью загрязнения ими в зоне влияния металлургической промышленности и высоким классом опасности (за исключением Mn). В таблице 4 показаны концентрации элементов по каждому почвенному горизонту. Кроме того в таблице показаны концентрации этих элементов в почвах фоновых территорий и кларки элементов почв мира по Данным А.П. Виноградова.

Таблица 4

Результат спектрального анализа, мг/кг

Интервал, см

Гориз.

Ni

Co

Cr

Mn

Cu

Zn

 

Mo

0-10

Ад

70,0

30,0

400,0

700,0

70,0

150,0

40,0

3,0

А

10-20

А

100,0

30,0

200,0

700,0

70,0

150,0

40,0

3,0

25-30

АВ

100,0

20,0

150,0

600,0

60,0

100,0

40,0

1,5

30-40

АВ

100,0

20,0

150,0

600,0

50,0

70,0

30,0

1,0

40-50

В

100,0

20,0

150,0

500,0

50,0

70,0

30,0

1,0

50-60

В

100,0

20,0

150,0

500,0

50,0

70,0

20,0

1,0

60-70

ВС

150,0

20,0

20,0

600,0

60,0

100,0

20,0

1,0

70-80

ВС

100,0

20,0

20,0

600,0

50,0

70,0

20,0

1,0

80-90

С

100,0

20,0

20,0

500,0

50,0

70,0

20,0

1,0

90-100

С

150,0

30,0

20,0

500,0

60,0

100,0

30,0

1,5

100-110

С

150,0

30,0

20,0

500,0

60,0

100,0

30,0

1,5

110-120

С

150,0

30,0

20,0

450,0

60,0

110,0

40,0

1,5

В*

40

8

200

850

20

60

10

2

Фон**

59

13

171

1026

45

73

35

Н.Д

*Кларк элемента в почвах континента по данным А.П. Виноградова

**Фоновое содержание

По полученным данным были выявлены накопления тяжелых металлов в почве и построены графики их распределения по профилю (рис. 3, рис. 4). Превышения над фоновым содержанием в верхнем горизонте даны в табл. 2.

Таблица 5

Коэффициенты концентраций тяжелых металлов

Интервал, см

Горизонт

Ni

Co

Cr

Mn

Cu

Zn

 

0-10

Ад

1,19

2,30

2,34

0,68

1,56

2,05

1,14

А

10-20

А

1,69

2,30

1,17

1,47

1,56

2,05

1,14

25-30

АВ

1,69

1,24

0,88

0,58

1,33

1,37

1,14

Из данных таблицы видно, что верхние почвенные горизонты исследуемого участка имеют превышения концентраций исследуемых элементов (за исключением марганца). Наибольших концентраций достигают кобальт, хром и цинк.

Рис. 6. Профильное распределение свинца, меди, никеля, кобальта и молибдена

Рис. 7. Профильное распределение цинка, марганца и хрома

Анализ распределения тяжелых металлов внутри профиля выявил следующие особенности:

1. Большинство исследуемых элементов имеют схожее распространение внутри профиля (Pb, Cu, Co, Mo, Mn, Cr). Их наибольшая концентрация отмечается в верхнем горизонте. Хотелось бы обратить внимание на тот факт, что в данном участке почвенного профиля гранулометрический состав был определен как песчаный и супесчаный. Это способствует формированию здесь промывного режима. Однако по нашим данным миграции элементов в нижние горизонты не происходит, что может указывать, что буферная емкость почв данной территории еще не исчерпана. С глубиной концентрация металлов уменьшается скачкообразно.

2. Некоторые элементы ведут себя особенным образом. Zn и Ni не образовали в верхнем горизонте устойчивых связей с органическими комплексами. В данном случае на распределение никеля наибольшее влияние оказывает содержание в почвенных горизонтах глинистых фракций: ионы никеля также теряют подвижность, попадая в межпакетные пространства кристаллической решетки глинистых минералов (рис. 8).

Рис. 8. Прямая зависимость распределения никеля в почвенном профиле от содержания глинистых фракций

В заключении можно сказать, что распределение по почвенному профилю у каждого металла имеет свои особенности. В то же время наблюдается некоторое сходство у следующих металлов: Pb, Cu, Co, Mo, Mn, Cr (рис. 6, рис. 7)

В большинстве случаев выявлена зависимость между концентрациями тяжелых металлов и содержанием гумуса (исключение - Zn и Ni).

Список используемой литературы:

  1.  
    1.  
      1.  
        1. ГОСТ 12.5.2.3-77 «Метод определения величины рН водной вытяжки».

        2. ГОСТ 12.5.3.6-79 «Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава».

        3. ГОСТ 17.4.3. 1-83 (СТ СЭВ 3847-82) «Почвы. Общие требования к отбору почв».

        4. ГОСТ 17.4.4.2-84 «Почвы. Общие требования к отбору почв».

        5. ГОСТ 23.7.4.0-79 «Грунты. Методы лабораторного определения содержания органических веществ».

        6. ГОСТ 26483-85 «Почвы. Приготовление солевой вытяжки и определение ее pH по методу ЦИНАО».

        7. Вадюнина А. Ф., Корчагина З. А. Методы определения физических свойств почв и грунтов в поле и лаборатории. — Минск: Высш. шк.,1961. – 345 с.

        8. Давыдова Н.Д. Ландшафтно-геохимические барьеры и их классификация. Иркутск: Институт географии СО РАН, 2005.

Просмотров работы: 2637