Геохимические особенности профильного распределения тяжелых металлов в почвах средней тайги Западно-Сибирской низменности

Геохимические особенности профильного распределения тяжелых металлов в почвах средней тайги Западно-Сибирской низменности

С. И. Завали шин, к.с.х.н, доцент, О. М. Завалиши-на, к.с.х.н, А. И. Шевердин, аспирант, АлтайскийГАУ

Разнообразие почв и почвенного покрова России предопределяет широкий диапазон их устойчивости к техногенным воздействиям. Устойчивость почв к загрязняющим веществам, в том числе и тяжелым металлам (ТМ), в самом общем виде подчиняется закону почвенно-географической зональности. Наименее устойчивы к кислотным воздействиям и загрязнению ТМ почвы подзолистой зоны, лесотундры и типичной тундры. Подвижность, а следовательно, и доступность для биоты всех соединений тяжелых металлов контролируется, в первую очередь, кислотно-щелочными и окислительно-восстановительными условиями. По сочетанию этих условий почвы объединяют в наиболее крупные прогнозно-геологические группы — геохимические ассоциации по опасности загрязнения почв свинцом [1].

Почвы, принадлежащие одной почвенно-геохимической ассоциации и имеющие один уровень сорбционной и хемосорбционной емкости по отношению к ТМ, обладают сходным уровнем устойчивости к загрязнению (или, наоборот, сходным уровнем опасности интоксикации) и представляют собой операционные единицы почвенно-геохимического прогноза, определения ПДК, картографирования и мониторинга.

Источниками загрязнения почвы токсичными веществами, в том числе и тяжелыми металлами, являются природные и антропогенные объекты. В общем процессе антропогенного преобразования почв важную роль играет загрязнение их технологическими отходами. Одну из приоритетных групп загрязняющих веществ образуют ТМ, основная масса которых поступает с выбросами индустриальных предприятий в нижние слои тропосферы, вовлекается в аэрозольную миграцию и осаждается на поверхности почвы. Сельскохозяйственное загрязнение почвы происходит в результате неправильного использования пестицидов, ненормированного внесения минеральных и органических удобрений, поступления отходов и стоков с животноводческих ферм в почву. Распределение металлов-загрязнителей в пространстве весьма сложно и зависит от многих факторов, но в любом случае именно почва является главным приемником и аккумулятором техногенных масс тяжелых металлов [1, 2].

В аэрозолях, поступающих от промышленных предприятий, ТМ представлены в виде солей, а чаще всего — в виде оксидов. При техногенных

выбросах в виде аэрозолей ТМ оседают на почве неравномерно, в зависимости от направления и силы ветра, рельефа местности. Затем начинаются процессы миграции и аккумуляции.

В соответствии с доминирующими процессами в каждом типе, подтипе и генетическом горизонте почвы концентрации микроэлементов подчиняются строгим закономерностям. Распределение микроэлементов по горизонтам почв различно: под лиственными насаждениями оно имеет аккумулятивный характер; под смешанными — эл-лювиально-аккумулятивный. Поведение микроэлементов зависит также от водного режима и от характера почвенных процессов. Микроэлементы, безусловно, входят в состав минералогической части почвы, которая достаточно стабильна.

Гранулометрический состав почвы оказывает прямое влияние на закрепление и высвобождение ТМ, поэтому опасности их поступления в растения на тяжелых почвах меньше. Минимальное поступление тяжелых металлов в растения происходит при рН 6,5. ТМ способны к образованию сложных комплексных соединений с органическими веществами почвы, поэтому в почвах с высоким содержанием гумуса ионы менее доступны растениям. Чем выше емкость горизонта обмена, тем больше удерживающая способность почвы по отношению к ТМ, что снижает доступность их растениям и живым организмам. Избыток влаги способствует появлению ТМ в более растворимых формах.

Анализ многочисленных литературных данных показал, что общие закономерности распределения Си, 2п, РЬ и других элементов в гидроморф-ных почвах прежде всего обусловлены составом материнских пород и степенью дифференциации почвенного профиля. В почвах с однородным гранулометрическим составом отмечается сравнительно однородное распределение ТМ по генетическим горизонтам, тогда как в почвах, дифференцированных по эллювиально-иллювиальному типу или сформировавшихся на многочленных материнских породах, отчетливо выражены значительные колебания содержания их по вертикальному профилю. Эта общая закономерность может сильно нарушаться в отношении отдельных элементов влиянием гидрогенной и биогенной аккумуляции в разных горизонтах [3, 4].

На территории Ханты-Мансийского автономного округа в период с 1997 по 2003 гг. проводились полевые исследования с целью создания и ведения системы мониторинга земель. Одной из задач является исследование на загрязнение лес-

мг/кг

мг/кг

1997

мг/кг

1997

мг/кг

1999 2001

Свинец

1999 2001

Ртуть

Ао

В

А,

2002 годы

Ао

В

А,

2002 годы

Ао

В

А,

1997

мг/кг

1997

мг/кг

1999 2001

Цинк

1999 2001

Кадмий

Ао

В

А,

2002 годы

Ао

В

А,

2002 годы

Ао

1997

1999 2001

Медь

1997

2002 годы

Рис. 1 - Динамика содержания тяжелых металлов в почвах опорного пункта «Покачевское месторождение»

1999 2001

Мышьяк

2002 годы

ных почв тяжелыми металлами в результате разработок нефтегазовых месторождений.

Лабораторные анализы выполнены в НИИХИМ АГАУ. В почвенных образцах определено валовое содержание Щ, 2п, Cd, РЬ, Си, Аз.

Валовое содержание тяжелых металлов определено на атомном спектрофотометре ААS-3.

Почвенный покров округа представлен в основном болотными верховыми, подзолистыми, аллювиальными, а также глеевато-таежными почвами.

Анализ полученных результатов показал, что в подзолистых и дерново-подзолистых почвах распределение тяжелых металлов происходит по эл-лювиально-иллювиальному типу. Наибольшее содержание элементов отмечено в лесной подстилке. Максимальное количество ртути и свинца содержит горизонт А^А (разложившаяся часть лесной подстилки), максимум кадмия, меди и цинка обнаружен в слаборазложившемся лиственном опаде (горизонт Ао). Ниже по профилю — содержание тяжелых металлов значительно меньше и почти равномерно по профилю.

Подобное распределение тяжелых металлов по профилю наблюдается и в торфянисто-подзолистой почве, где максимум элементов отмечен в горизонте В.

Изучение влияния сжигания попутного газа на загрязнение почв тяжелыми металлами проводилось на опорном пункте «Покачевское месторождение» базовой территории Нижневартовского района Ханты-Мансийского автономного округа.

Почвенный покров опорного пункта представлен подзолистыми глубокими супесчаными, подзолистыми иллювиально-железистыми мелкими сиупесчаными, подзолистыми иллювиально-железистыми неглубокими супесчаными, подзолистыми иллювиально-железистыми глубокими супесчаными почвами.

Динамика содержания тяжелых металлов в почвах опорного пункта показана на рис.1.

Содержание 2п в элювиальном горизонте А2 прямо пропорционально содержанию его в горизонте А0. Чем больше 2п в горизонте А0, тем больше его в горизонте А2. Содержание 2п в горизонте В обратно пропорционально его содержанию в горизонте А2. Чем меньше его в горизонте А0, тем больше в горизонте В. Четко прослеживается элювиально-иллювиальная дифференциация почвенного профиля по содержанию свинца, цинка, ртути, меди, слабее для Cd и не прослеживается для Аз.

Все тяжелые металлы в течение лет наблюдений находились в почве в количествах ниже ПДК.

Максимальное количество свинца аккумулировано в лесной подстилке, колебания его содержания в этом горизонте находятся от 30 до 4,24 мг/кг, что составляет 3—4% от ПДК, среднее значение — 7,52 мг/кг.

Наименьшее содержание свинца имеет место в элювиальном горизонте А2 (в среднем 1,02 мг/кг).

Варьирование среднего значения ТМ по годам содержания в горизонтах почв связано с изменением фонового содержания его в воздухе, атмосферных осадках с интенсивностью проявления промывного водного режима в почвах, от чего зависят минимумы и максимумы содержания ТМ в генетических горизонтах по годам.

Дифференциацию химических элементов в почвенном профиле создают различные геохимические барьеры. Тяжелые металлы концентрируются на сорбционных барьерах.

На кислых барьерах осаждается мышьяк. В А2, имеющем наиболее кислую реакцию среды, мышьяка больше, чем в горизонте В.

Остальные рассматриваемые тяжелые металлы осаждаются на щелочных барьерах. Снижение кислотности (в горизонте В по сравнению с А2) приводит к увеличению содержания тяжелых металлов в горизонте В по сравнению с горизонтом А2.

Кроме изучения профильного распределения тяжелых металлов нами была рассмотрена их динамика в зависимости от удаления от факела.

Наибольшее содержание свинца наблюдается в горизонте А0, что связано с его техногенным поступлением и аккумуляцией органическим веществом. Условия промывного типа водного режима и кислой реакции среды вызывают перераспределение его по профилю подзолистой почвы. Горизонт А2, самый кислый в профиле, содержит менее выраженную кислотность.

Максимальное количество свинца после сжигания попутного газа выпадает на расстоянии от 100 до 250 м. Исключение составляет западное направление, где отмечается второй пик аккумуляции на расстоянии 500 м.

В целом практически все изучаемые тяжелые металлы в основном выпадают на расстоянии от 100 до 250 м.

Полученные результаты исследований характеризуют уровень загрязнения почв опорного пункта тяжелыми металлами как не превышающий ПДК.

Таким образом, факторы почвообразования определяют характер и направленность почвообразовательного процесса. Последний формирует определенное строение и свойства почв, которые вместе с антропогенными факторами влияют на содержание, процессы аккумуляции и миграции тяжелых металлов в генетических горизонтах почв изучаемой территории. Геохимические особенности профильного распределения тяжелых металлов в почвах оказывают влияние на устойчивость экосистем к данному виду загрязнения.

Литература

1 Глазовская, М. А. Критерии классификации почв по опасности загрязнения свинцом // Почвоведение. — 1994. — № 1. — С. 110-120.

2 Добровольский, В. В. Высокодисперсные частицы почв как фактор массопереноса тяжелых металлов биосфере // Почвоведение. - 1995. - № 11. - С. 1309-1317.

3 Кирейчева, Л. В., Глазунова, И. В. Методы детоксикации почв, загрязненных тяжелыми металлами // Почвоведение. - 1995. - № 7. - С. 892-896.

4 Садовникова, Л. К., Зырин, Н. Г. Показатели загрязнения почв тяжелыми металлами и неметаллами в почвенном мониторинге // Почвоведение. - 1985. - № 10. - С. 84-89.