Тяжелые металлы в почвах пригородной зоны Волгограда и окрестностях Волгоградского государственного аграрного университета

АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

УДК 631.4.

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ПОЧВАХ ПРИГОРОДНОЙ ЗОНЫ ВОЛГОГРАДА И ОКРЕСТНОСТЯХ ВОЛГОГРАДСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО АГРАРНОГО УНИВЕРСИТЕТА

A.А. Околелова1, доктор биологических наук, профессор Г.С. Егорова2, доктор сельскохозяйственных наук, профессор

B.Ф. Желтобрюхов1, доктор технических наук, профессор

В.П. Кожевникова1, аспирант

1 Волгоградский государственный технический университет

2Волгоградский государственный аграрный университет

В работе представлены результаты определения в почвах тяжелых металлов: цинка, свинца, ртути, кобальта и кадмия. Впервые получены данные о содержании тяжелых металлов в исследуемых почвах агроценоза (целина и пашня) и урбанозема. Для цинка выявлено превышение ПДК, свинца - кларка.

Ключевые слова: тяжелые металлы, цинк, свинец, ртуть, кобальт, кадмий, плотность почв, индекс аккумуляции, светло- каштановые почвы, солонец, целина, пашня.

Почвы естественных экосистем, агроценозов и урболандшафтов непрерывно подвергаются негативным изменениям их физических, химических, биологических свойств, которые затрудняют выполнение в полной мере почвами их экологических функций. Почвы испытывают хронический стресс, одной из причин которого является постоянная прогрессирующая аккумуляция поллютантов, в том числе тяжелых металлов. Тяжелые металлы представляют собой специфическую группу особо токсичных поллютантов. Основные источники их поступления на почвенный покров - техногенные.

Загрязнение почв тяжелыми металлами вызывает резкое изменение агрогеохи-мического состояния почв и всей системы почва-растение-живые организмы.

Объектом исследования являлся учебный научно-производственный центр (УНПЦ) «Горная Поляна» Волгоградского государственного аграрного университета находится в 17 км от города. Растительность сохранилась лишь по склонам речных долин, балок и других участков, неудобных для сельскохозяйственного использования. Естественная растительность представлена злаково-полынной ассоциацией. Встречаются пырей ползучий, лисохвост, осот, марь белая, щирица, вьюнок полевой. Древесная растительность в основном представлена искусственными насаждениями. Это полезащитные насаждения из мелколиственного вяза, клена, ясеня и др. Отдельными группами растут боярышник, дикая яблоня.

Окрестности Волгоградского государственного аграрного университета (ВолГАУ) расположены в непосредственной близости от транзитной автомагистрали. Растительность представлена искусственными насаждениями. Объектами исследования послужили почвы агроценозов: светло-каштановая тяжелосулинистая и солонец тяжелосуглинистый (пашня) и светло-каштановая легкосуглинистая (целина) и урбо-наземы по светло-каштановой легкосуглинистой почве (окрестности ВолГАУ).

Отбор проб и подготовку почвы к анализу проводили, согласно ГОСТ 17.4.4.0284. Атомно-адсорбционным методом на приборе «СПЕКТР -5-3» определяли РЬ, Сё, 2п, Со. Анализ почв на содержание ртути (И§) проводили атомно-адсорбционным ме-

тодом на приборе «Юлия-МК». Исследования почв проводили в ФГУ «ЦАС «Волгоградский» в 2012 г.

В 1962 г. А. П. Виноградов предложил кларк свинца, равный 10 мг/кг [2], А. Kabata-Рendias - 25,4 мг/кг [10]. Фоновое содержание свинца в почве европейской части России составляет 15 - 50 мг/кг [1].

Кларк ртути в почве не установлен, по оценкам А. П. Виноградова [2], ориентировочно ее значение составляет 0,10 мг/кг. Накопление ртути в легких почвах достигает 5 мг/кг, в органических - 10, допустимое содержание в почвах сельскохозяйственных угодий - до 15 [10].

Кларк цинка, по А. П. Виноградову, составляет 10 мг/кг [2]. Среднее его содержание в почвах мира составляет 56 мг/кг [1]. Средняя концентрация цинка в гумусовых горизонтах почв Европейской части России составляет 50 мг/кг [1]. В области высоких рН необходимо учитывать влияние на растворимость цинка образования растворимых цинк-органических комплексов и комплексных анионных форм [10].

Предельная концентрация кадмия колеблется в диапазоне от 0,2-1,0 [1, 2]. В обрабатываемом слое сельскохозяйственных угодий Польши его концентрация не должна превышать 4 мг/кг, на охраняемых территориях - 1 мг/кг [10].

В глинистых почвах его концентрация составляет от 2-9 до 10-50 мг/кг. В поверхностном слое почвы доля Со изменяется в широких пределах: 1-40 мг/кг [1, 2, 10].

Светло-каштановые почвы исследуемых объектов отличаются высокой степенью карбонатности, маломощные, малогумусные, слабощелочные.

Содержание тяжелых металлов приведено в таблицах 1-3.

Полученные результаты показали, что содержание цинка локально превышает кларк, фон и ПДК, равное 55 мг/кг в солонце его (89,8), кларк (50) - в урбаноземе. Высокое содержание цинка и в окрестностях ВолГАУ. Ранее нами (2012 г.) был исследован почвенный покров жилого массива Красноармейского района (13 объектов). Содержание цинка на удалении от ООО «ВолгоградЛукойлнефтепереработка» 2 км составляло в почве 34 мг/кг (фон), на расстояние 1-2 км (жилой массив, ЖМ) - 112, в са-нитарно-защитной зоне (СЗЗ, менее 1 км) - 304 мг/кг.

Таблица 1 - Содержание химических элементов в 0-20 см слое почв, мг/кг

Объект Cd Pb Zn

Светло-каштановая, 0,027 0,09 7,1 19,0 2,85

тяжелосуглинистая, пашня

Светло-каштановая легкосуглинистая, це- 0,013 0,21 10,2 49,4 5,54

лина

Солонец тяжелосуглинистый, пашня 0,045 0,08 10,3 89,8 3,73

ВолГАУ, светло-каштановая легкосугли- < 0,10 0,15 26,9 53,2 Не опр.

нистая, урбанозем

Цинк хорошо сорбируется с минеральными и органическими соединениями, этим можно объяснить его аккумуляцию в почвах. В большинстве типов почв наблюдается его аккумуляция в поверхностных горизонтах [10]. Концентрация цинка для почв Волгоградской области по данным Е.Т. Дегтяревой и А.Н. Жулидовой изменяется в диапазоне 25-65 мг/кг [3].

Источником цинка в почвах может быть истирание различных деталей автомашин, эрозия оцинкованных поверхностей, износ шин, масляные присадки, содержащие диалкил- и диарилдитиофосфат цинка, оцинковка кузовных деталей и днища [7].

Аккумуляция свинца превышает величину кларка, равную 10 мг/кг, в почвах всех объектов, кроме пашни. Доля свинца в почвах Красноармейского района в ряду фон ^ жилой массив ^ СЗЗ составляет соответственно 17, 23 и 28 мг/кг.

Концентрация остальных элементов в почве не превышает ПДК и ОДК (табл. 2). Концентрация кадмия на целине выше фона в урбаноземе практически равна ему (0,16 мг/кг). Доля кобальта ниже кларка и фона (табл. 2). Содержание ртути практически достигает кларка в урбаноземе (0,1 мг/кг). Доля ртути в почвах Красноармейского района в ряду фон ^ жилой массив ^ СЗЗ составляет соответственно 0,009; 0,048 и 0,055 мг/кг.

Таким образом, накопление тяжелых металлов в исследуемых почвах не превышает концентрации, установленной для светло-каштановых почв Красноармейского района Волгограда.

"аблица 2 - Нормативы тяжелых металлов в почве, мг/кг

Элемент Кларк Фон1 ПДК ОДК

Pb 10 16 32 130

Cd Нет 0,16 0,5 2

Zn 50 54 55 220

^ 0,10 0,15 2,1 -

Со 8 12 - -

Примечание: 1 - . Письмо Минприроды РФ № 04-25, Роскомзема № 61-5678 от 27.12.93

Для веществ 1 класса опасности (свинец, цинк) величины ОДК превышают ПДК в четыре раза. Это свидетельствует о больших разночтениях в оценки накопления элементов, в подходе к определению фоновых значений и допустимых концентраций [9].

На целине содержание кадмия, свинца, цинка и кобальта выше, чем на пашне, ртути - ниже (табл. 1, 3).

Таблица 3 - Диапазон изменений концентрации ТМ в почвах, мг/кг

Зона МАХ Элемент мш Зона

Целина 0,21 Cd 0,08 Солонец

Солонец 0,045 ^ < 0,10 ВолГАУ

Целина 5,54 Со 3,73 Солонец

ВолГАУ 26,9 РЬ 7,1 Пашня

Солонец 89,8 Zn 19,0 Пашня

Максимальное содержание ртути (0,045 мг/кг) и цинка (89,8) в солонце, Cd (0,21) и Со (5,54) - на целине, свинца - в почвах ВолГАУ (26,9). Наименьшее содержание Cd (0,08) и Со (3,73) в солонце, на пашне - свинца (7,1) и цинка (19,0), ртути - в почвах ВолГАУ (< 0,10 мг/кг).

Определение валовых форм тяжелых металлов в светло-каштановой почве Го-родищенского района выявило сравнимые величины для свинца - 13,5 мг/кг, кадмия -1,10, цинка - 41,2 и ртути - 0,02 [4].

Исследование содержания тяжелых металлов в почвах природных парков Волгоградской области проведено В. М. Кретининым с соавторами [8]. По опубликованным данным, в темно-каштановых и светло-каштановых почвах концентрация ртути составляет 0,02 мг/кг, кадмия - находится в диапазоне 0,2 -0,3, свинца - 5,6-11,0, цинка -

3

30,2-49.0, кобальта - 4,2-6,8 [8]. .

Содержание тяжелых металлов в почвах УНПЦ «Горная поляна» и ВолГАУ за исключением свинца в почве ВолГАУ не выходят за пределы указанных выше величин и литературных данных. Доля свинца в почве ВолГАУ превышает региональные фоновые концентрации.

Выводы:

1. Содержание цинка в почвах превышает ПДК в солонце (89,8) и кларк в почве ВолГАУ (53,2 мг/кг).

2. На целине содержание ТМ выше, чем на пашне, что является свидетельством отсутствия загрязнения почвы агроценоза тяжелыми металлами.

3. Максимальная концентрация ртути и цинка - в солонце, кадмия и кобальта - на целине, в почве ВолГАУ - свинца. Минимальные концентрации ртути - в почве ВолГАУ, кадмия - в солонце, свинца и кобальта - на пашне.

Библиографический список

1. Алексеенко, В.А. Химические элементы в геохимических системах. Кларки почв селитебных ландшафтов [Текст] / В.А. Алексеенко, А.В. Алексеенко. - Ростов-на-Дону: Изд. ЮФУ, 2013. - 388 с.

2. Виноградов, Б.В. Биотические критерии выделения зон экологического бедствия России [Текст] / Б.В. Виноградов, В.П. Орлов, В. В. Снакин // Известия РАН. Серия географическая. - 1993. - № 5. - С. 13-27.

3. Дегтярева, Е.Т. Почвы Волгоградской области [Текст] / Е.Т. Дегтярева, А.Н. Жулидо-ва. Волгоград: Нижнее-Волжск. кн. изд-во. 1970. - С. 320.

4. Доклад о состоянии окружающей среды Волгоградской области в 2011 году / Ком. природ. ресурсов и охраны окружающей среды администрации Волгогр. обл. - М.: Изд. Глобус, 2010. - 304 с.

5. Динамика изменения содержания валовых форм тяжелых металлов в почвах Волгограда [Текст] / И.В. Спиридонова, А.А. Околелова, Н.Г. Кокорина, А.С. Иванова // Плодородие. - 2010. - № 4. - C. 42-44.

6. Околелова, А.А. Оценка накопления тяжелых металлов в почвах Волгограда. [Текст] /А.А. Околелова, В.Ф. Желтобрюхов, Н.А. Рахимова. - Волгоград: Изд. ВолгГТУ, 2012. - 80 с.

7. Пшенин, В.Н. Актуальные вопросы оценки загрязнения почвенного покрова вблизи автомагистралей [Текст] / В.Н. Пшенин //Тр. Всерос. научно-практического семинара «Экологизация автомобильного транспорта» / МАНЭБ. - СПб., 2003. - С. 83-88.

8. Редкие и исчезающие почвы природных парков Волгоградской области [Текст]/ В.М. Кретинин, В.В. Брагин, К.Н. Кулик, В.М. Шишкунов. - Волгоград: Изд. ВолГУ, 2006. - 142 с.

9. Содержание и нормирование тяжелых металлов в почвах Волгограда. [Текст] /А.А. Околелова, В.Ф. Желтобрюхов, Г.С. Егорова, Н.А. Рахимова, В.П. Кожевникова. - Волгоград: Изд. ВолгГТУ, 2014. - 144 с.

10. Kabata-Pendias, A. Biogeocheniia pierwiastków sladowych. /А. Kabata-Pendias, Н. Pendias. / PWN Warszawa. 1999. Ss. 398.

E-mail: allaokol@mail.ru