XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Введение. Тяжелые металлы считаются одним из приоритетных аэротехногенных поллютантов. Решение экологических проблем воздействия тяжелых металлов на окружающую среду требует детальных исследований по инвентаризации уровня их содержания в природных объектах различных территорий в связи с разнообразием климатических и почвенно-геохимических условий, а также характера и степени промышленного освоения [1]. Как известно, достаточно резко изменяется баланс металлов на территориях, испытывающих воздействие горнодобывающих и металлургических предприятий [2]. В результате рассеяния рудогенных элементов в составе пылегазовых выбросов формируются полиэлементные техногенные аномалии, охватывающие все компоненты экосистемы – приземный слой атмосферы, почву, биоту, природные воды [3]. К описанным техногенным зонам Южного Казахстана можно отнести г. Кентау. Загрязнение города тяжелыми металлами происходило на фоне многолетней выработки и обогащения полиметаллических руд (комбинат «Ачполиметалл»), основными извлекаемыми компонентами которой явились такие токсичные металлы как свинец и цинк. Кентауская Обогатительная Фабрика (КОФ), находящаяся в черте города, являлась регулярным источником загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами.

Цель. Основной целью исследования явилось изучение закономерностей распределения тяжелых металлов (Pb, Cu, Cd, Zn) в системе «почва - растения» в техногенной экосистеме г. Кентау, являющегося естественной моделью, характерной для систем с нарушенным балансом распределения токсичных элементов.

Материалы и методы исследования. В данной работе анализировалось валовое содержание Pb, Cu, Cd, Zn в почвах, отобранных в разных районах города. Определялось содержание гумуса и рН исследованных почв. Анализировалось содержание указанных металлов в некоторых растениях, произрастающих в местах отбора проб почв, таких как ясень горный (Fraxinus rhynchophylla) и ясень зеленый (Fraxinus pennsylvanica Marsh). Пробы почвы отбирались из горизонта 5-20 см методом конверта. Анализу подвергались листья указанных растений. Извлечение металлов из почвы производили 1 М раствором HNO₃ с последующим прокаливанием аликвотной части вытяжки в муфельной печи при температуре 250 ⁰С в течение 2 часов. Листья растений, предварительно высушенные до воздушно-сухого состояния, подвергались мокрому озолению 1 М раствором HNO₃ при температуре 450 ⁰С в течение 45 минут. Анализ на содержание металлов Pb, Cu, Cd, Zn в почвах и листьях проводили на анализаторе «Ta-Lab» методом инверсионной вольтамперометрии [4,5]. Содержание гумуса в почве определяли по методу И.В. Тюрина [6]. Определение рН водной вытяжки почв проводили потенциометрическим методом на иономере «МИ-160И» при соотношении почва/вода – 1:5 [7].

Результаты и обсуждение. Основные результаты, характеризующие параметры содержания рассматриваемых металлов в растениях и почвах г. Кентау и сопоставления их со средними для растений Мировой суши, приведены в таблицах 1-5. Коэффициенты биологического поглощения К_п металлов исследованными растениями рассчитаны по результатам анализов листьев, отнесенных к химическому составу минеральной части почв. Коэффициенты техногенности почв К_т рассчитаны на основе средней концентрации металлов в литосфере (кларк Pb-16 мг/кг, Cu-47 мг/кг, Cd-0,13 мг/кг, Zn-83 мг/кг) [8].

Результаты проведенной работы показали значительную загрязненность почв г. Кентау исследованными металлами, в особенности свинцом и цинком. Рассчитанные значения коэффициентов техногенности указывают на превышение фоновых уровней этих металлов в десятки раз.

Таблица 1. Содержание тяжелых металлов в листьях (мг/кг воздушно сухого веса)

Результаты проведенной работы показали значительную загрязненность почв г. Кентау исследованными металлами, в особенности свинцом и цинком. Рассчитанные значения коэффициентов техногенности указывают на превышение фоновых уровней этих металлов в десятки раз (таблица 4).

Таблица 2. Результаты химического анализа почв

Таблица 3. Значения коэффициента биологического поглощения К_п металлов

Наибольшее загрязнение отмечено для района непосредственно примыкающий к Обогатительной фабрике, где коэффициенты техногенности по свинцу и цинку достигают величин 54,84 и 24,05, соответственно. Выявлено также присутствие высокотоксичного кадмия в прилегающих к фабрике почвах с коэффициентом К_т = 3,38.

Таблица 4. Значения коэффициентов техногенности К_т для исследованных почв

Таблица 5. Данные по содержанию металлов в растениях, мг/кг сухого веса

Высокое содержание металлов в почвах не может не сказаться и на увеличение их содержания в растениях. Проведенный анализ листьев показал значительное содержание этих металлов в исследованных растениях и существенное превышение их концентраций относительно данных, приведенных для растений Мировой суши (таблица 5). Расчеты К_п показывают, что увеличение содержания металлов в почве ведет к заметному увеличению коэффициента биологического накопления этих металлов растениями.

Выводы. Таким образом, полученные данные свидетельствуют о значительном загрязнении почв г. Кентау тяжелыми металлами высокого класса опасности – Pb и Zn, а так же Cd. Максимальное превышение ОДК в почве города по металлам составили: для Zn – 9,1 раз; для Pb – 6,7 раз; для Cu – 3,02 раза. Обнаруженный кадмий в почвах города не превышает ОДК с коэффициентом 0,22. Обнаружено также и высокие концентрации металлов в листьях исследованных растений. Согласно установленным коэффициентам биологического поглощения металлы соответствуют следующему ряду Zn>Cu>Pb>Cd.

Список литературы

Джувеликян Х.А., Щеглов Д.И., Горбунова Н.С. Загрязнение почв тяжелыми металлами. Способы контроля и нормирования загрязненных почв: учеб. пособие. Воронеж: Воронежский гос. ун-т, 2009. 22 с.

Корельский Д.С. Оценка уровня загрязнения приповерхностного слоя почв в зоне воздействия металлургического предприятия // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2008. № 9. С. 330-333.

Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение. Новосибирск: Наука, 1991. 148 с.

МУ 31-11/05. Количесвенный химический анализ проб почв, тепличных грунтов, сапропелей, илов, донных отложений, твердых отходов. Методика выполнения измерений массовых концентраций цинка, кадмия, свинца, меди, марганца, мышьяка, ртути методом инверсионной вольтамперометрии на анализаторах типа ТА. Томск.: ООО «НПП «Томьаналит», 2005. 45 с.

МУ 31-04/04 Количественный химический анализ проб пищевых продуктов, продовольственного сырья, кормов и продуктов их переработки. Методика выполнения измерений массовых концентраций цинка, кадмия, свинца и меди методом инверсионной вольтамперометрии на анализаторах типа ТА. Томск: ООО «НПП «Томьаналит», 2004. 22 с.

ГОСТ 26213-91. Почвы. Методы определения органического вещества. М.: Издательство стандартов, 1992. 7 с.

ГОСТ 26423-85. Почвы. Методы определения удельной электрической проводимости, рН и плотного остатка водной вытяжки. М.: Стандартинформ, 2011. 5 с.

Перельман А.И., Касимов Н.С.Геохимия ландшафта. М.: Астрея-2000, 1999. 768 с.