.
Басыров Н. Ф., Валеева Э. И., МосковченкоД. В.
Введение
Исследование техногенного загрязнения окружающей среды является одним из основных направлений экологических работ. Практически любой вид техногенеза связан с поступлением в окружающую среду разнообразных отходов, меняющих ее химические характеристики. Известное высказывание В. И. Вернадского о том, что человечество становится реальной геологической силой, во многом подтверждается фактом поступления в окружающую среду большого количества химических веществ. Техногенное загрязнение проявляется на различных уровнях - от локального до глобального - и представляет опасность для живых организмов, включая человека.
Анализ химического состава почв имеет большое значение в разработке программ оптимизации природопользования. Общеизвестна биологическая значимость микроэлементов, которые играют важную роль в процессах роста и развития растений. Микроэлементы участвуют в синтезе хлорофилла, в построении ферментов, оказывают влияние на ассимиляцию растениями азота. С этой точки зрения необходим контроль за содержанием микроэлементов в почвах и обеспечение их оптимального содержания на тех участках, где проходит биологическая рекультивация. С другой стороны, некоторые микроэлементы являются одними из наиболее опасных загрязнителей окружающей среды. Среди них следует выделить тяжелые металлы Pb, Hg, Cd, а также Си, Ni, Co, Mo, Cr, Zn, V. Анализ микроэлементного состава почв на фоновых и техногеннотрансформированных участках позволяет оценить интенсивность загрязнения окружающей среды [Методические рекомендации. ..,1982а, б]. Характеристика территориальных и внутрипрофильных закономерностей распределения микроэлементов в почвах и определение особенностей их миграции и аккумуляции являются основой для оценки фоновой геохимической структуры и устойчивости ландшафтов к загрязнению. Кроме того, химический состав почв отражает характер литологического строения территории и особенности техногенного и биологического круговорота веществ. Все это определяет большое научное и практическое значение изучения химического состава почв как индикатора процессов загрязнения.
Геохимическая оценка состояния природной среды базируется на данных специализированных эколого-геохимических исследований, направленных на выявление источников загрязнения, путей миграции загрязняющих веществ и территорий, на которых концентрации становятся опасными для живых организмов [Геохимия..., 1990]. При этом важнейшую роль играет эколого-гео-химическое картографирование. Серии тематических карт, отображающих геохимические параметры окружающей среды, в настоящее время созданы для многих территорий, главным образом для населенных пунктов. В 1994-1996 гг. эколого-геохимические исследования проведены в Белоярском районе.
Материалы и методика
Образцы почв отбирались на территории г. Белоярского и прилегающей территории, с учетом типа природопользования и интенсивности техногенного воздействия. Литогеохимическое (почвенное) опробование проводилось для установления закономерностей распределения элементов и их соединений в ландшафтах. При описании точек наблюдений отмечались основные ландшафтно-геохимические и фитоценотические особенности, определяющие характер геохимической структуры ландшафта и устойчивость его к загрязнению, в том числе: географическая привязка точки отбора пробы, положение в мезорельефе, режим и характер увлажнения и особенности стока, тип растительного сообщества и почв. Исходя из того, что техногенные выбросы, загрязняющие почвенный покров через атмосферу, большей частью сосредоточиваются в верхних поверхностных слоях почвы, отбор проб производится из поверхностного поддернового горизонта [Методические рекомендации... 19826].
При отборе проб на участках, подверженных техногенному воздействию, указывался тип возможного источника загрязнения, расстояние до него, отмечалось расположение в рельефе относительно источника загрязнения и направление от него (север, северо-восток и т. п.). Пробы для анализа на содержание фенолов и нефтепродуктов сохранялись в естественно-влажном состоянии; если предусматривалось только определение тяжелых металлов, пробы высушивались в полевых условиях.
В ходе исследований было проведено опробование почв селитебной зоны, ряда промышленных предприятий, трасс газопроводов, а также участков, на которых в недавнее время велись буровые работы. Помимо этого опробовались грунты из отстойников городских очистных сооружений.
Химический анализ почв осуществлялся в АООТ "Центральная Тюменская лаборатория». В отобранных образцах почв были определены: валовое содержание микроэлементов, содержания подвижных форм тяжелых металлов, содержание нефтепродуктов, фенолов и синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ). Определение микроэлементного состава образцов почв выполнено методом приближенно-количественного эмиссионного спектрального анализа на малогабаритном спектрографе СТЭ-1 по методике спектрального анализа методом просыпки. Подвижные формы тяжелых металлов определялись методом атомно-адсорбционного спектрального анализа. Достоинствами данного метода являются его высокая точность (по сравнению с эмиссионным спектральным анализом) и возможность определения различных форм тяжелых металлов (сильноподвижных воднорастворимых, подвижных кислотнорастворимых и т. д.). При анализе подвижных форм была проведена экстрактация тяжелых металлов из почвы в водном растворе. Воднорас-творимые формы тяжелых металлов наиболее подвижны, поэтому потенциально наиболее опасны. Они переносятся поверхностными и грунтовыми водами и легко вовлекаются в биогеохимическую миграцию; тем самым создается возможность проникновения их в организм человека. Кроме этого, полученные данные о содержании воднорастворимых форм микроэлементов можно сопоставить с широко используемыми утвержденными предельно допустимыми концентрациями (ПДК) тяжелых металлов для природных вод [Критерии..., 1992]. Содержание мышьяка определялось в кислотной вытяжке (1.0н НС1), поскольку в водной вытяжке его содержания крайне малы, значительно ниже предела чувствительности метода анализа. Содержание нефтепродуктов в почвах и донных отложениях определялось методом ультрафиолетовой спектроскопии. Извлечение нефтепродуктов из почв осуществлялось последовательной хлороформенно-гексановой экстрактацией.
Математическая обработка результатов включала вычисление статистических параметров содержания микроэлементов в почвах (среднее арифметическое X, среднеквадратичное отклонение S, коэффициент вариации V) и расчет суммарного показателя загрязнения и коэффициента концентрации по формулам:
Кс = Кх '. Кф,
где Zc - суммарный показатель загрязнения; Кс - коэффициент концентрации, т. е. отношение содержания элемента в исследуемом объекте (Кх) к его фоновому содержанию (Кф); п - число определяемых элементов [Геохимия.. .,1990].
Сущность показателя Zc в том, что он служит для обобщенной оценки воздействия металлов-загрязнителей и характеризует степень химического загрязнения почв обследуемых территорий с выделением различных классов опасности [Критерии..., 1992].
Для фоновых почв были рассчитаны кларки концентрации (КК) - отношение среднего содержания микроэлементов в почве к условному мировому кларку почв. Данный показатель характеризует местные геохимические особенности почвенного покрова.
Построение карт, отражающих пространственную структуру распределения загрязнителей, проводилось с использованием ГИС-технологии. Карты строились с применением программного продукта Mapinfo версии 5.0. Достоинством Подобного подхода является возможность объединения картографического изображения с атрибутивной базой данных, которая в данном случае представлена результатами химических анализов. При выделении градаций содержания отдельных химических элементов в почвах использовались существующие ПДК для почв и шкала нормирования концентраций микроэлементов в почвах [Покатилов, 1993]. Загрязненными считались почвы, в которых установлено превышение ПДК при условии техногенного поступления химического элемента. При определении степени загрязненности почв нефтепродуктами учитывалась градация, разработанная Ю. И. Пиковским [1993]. Согласно данной шкале нормирования, концентрации от 100 до 500 мг/кг можно считать повышенным фоном. Нефтепродукты в таких количествах активно утилизируются микроорганизмами или вымываются дождевыми потоками без вмешательства человека. Загрязненными можно считать почвы, содержащие более 500 мг/кг нефтепродуктов. При этом содержания от 500 до 1000 мг/кг относятся к умеренному загрязнению, от 1000 до 2000 - к умеренно опасному загрязнению, от 2000 до 5000 мг/кг - к сильному, опасному загрязнению и свыше 5000 мг/кг - к очень сильному загрязнению, подлежащему санации.
Результаты и обсуждение
Содержание тяжелых металлов в почвах. Почвенный покров в районе г. Белоярского представлен сочетанием иллювиально-железистых и иллюви-ально-гумусовых подзолов под сосновыми и лиственнично-сосновыми лесами, подзолисто-иллювиально-глеевых почв под лесами с преобладанием темно-хвойных пород и торфяно-болотных почв под болотной растительностью. На значительной части территории (селитебная зона, трассы газопроводов) распространены техногенные грунты с нарушенной структурой почвенного профиля. Механический состав почв и грунтов преимущественно песчаный и супесчаный.
Учитывая комплексный характер почвенного покрова, для установления фоновых геохимических характеристик были отобраны пробы из различных типов почв, находящихся в условиях ненарушенных ландшафтов на расстоянии не менее 1,5 км от города. Затем были подсчитаны усредненные параметры содержания микроэлементов в почвах (табл. 1).