Реабилитация земель, загрязненных тяжелыми металлами в зоне функционирования Михайловского ГОКа КМА

РЕАБИЛИТАЦИЯ ЗЕМЕЛЬ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ В ЗОНЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МИХАЙЛОВСКОГО ГОКА КМА

К.Н. Кемов, А.И. Стифеев, Г.И. Степанова

Аннотация. «Хвостохранилище» Михайловского

ГОКа КМА приводит к накоплению тяжелых металлов (ТМ) в почве, что приводит к снижению микробиологической активности почв и урожайности сельскохозяйственных культур. Применение мелиорантов и органических удобрений позволяет снизить подвижность тяжелых металлов на почвах, прилегающих к хвосто-хранилищу.

Ключевые слова: хвостохранилище, тяжелые металлы, фитотоксичность, техногенный ландшафт, микробиологическая активность.

Процесс разработки полезных ископаемых, особенно открытым способом, сопровождается вторжением в окружающую среду и нарушением природного равновесия. Это проявляется в том, что возникает необходимость изымать большие земельные площади, для размещения вскрышных пород, отходов обогащения руд, шламов, строительства промплощадок, создания техногенных ландшафтов и т.д. Наряду с нарушением земельных площадей при добыче железной руды, происходит нарушение гидрогеологического режима, связанного с ухудшением качества поверхностных и подземных вод, загрязнением атмосферы организованными и неорганизованными выбросами от разнообразных источников (хвостохранилищ, карьеров, завода обогащения).

Наиболее ярко эти процессы протекают на территории Курской и Белгородской области, где функционируют три карьера по добыче железной руды открытым способом (Михайловский, Лебединский и Стойленский).

Исследованиями ученых установлено, что предприятиями по добыче железной руды на территории КМА выбрасывается 55 химических ингредиентов, 9 из них относятся к выбросам первого и второго класса опасности [3].

При добыче железной руды открытым способом на территории КМА загрязнение прилегающей территории достигает 30 и более км от источника поступления (карьеры, хвостохранилища), наиболее интенсивное загрязнение наблюдается в 5 км зоне [2].

В результате хозяйственной деятельности ОАО "Михайловский ГОК" в атмосферу, а затем и на прилегающие территории выбрасывается значительное количество пыли и газа, что, в свою очередь, вызывает трансформацию химического состава агроландшафтов. В приповерхностных отложениях зоны воздействия Михайловского ГОКа выделяются геохимические аномалии по железу - основному элементу добычи и его спутникам.

В фоновых районах, не испытывающих техногенного воздействия, концентрации микроэлементов в атмосфере, почве, растительности ничтожно малы. В зонах влияния техногенных ландшафтов (хвостохрани-лищ) их концентрации достигают сотен фоновых концентраций, вызывая повреждения и гибель растений, снижая популяции отдельных видов животных.

Значительное накопление вредных веществ в почвенном покрове ведет к снижению продуктивности, к нарушению нормальных процессов роста и развития сельскохозяйственных культур, ухудшению гигиенического качества среды обитания. Возможны изменения в живых организмах, приводящие к заболеваниям [4].

Для решения данной проблемы в 2010-2011 г. нами проводились исследования. Цель наших исследований

заключалась в разработке мероприятий для снижения токсичности почв, загрязненных деятельностью Михайловского ГОКа, и дальнейшего вовлечения их в сельскохозяйственный оборот.

В задачи наших исследований входило:

• изучить агрохимические свойства почв, расположенных в зоне воздействия хвостохранилища МГОКа;

• изучить фитотоксичность изучаемых почв;

• определить содержание тяжелых металлов в почве и растительных образцах при использовании мелиорантов.

В результате наших исследований было установлено, что в зоне воздействия хвостохранилища Михайловского ГОКа наибольшее распространение получили серые лесные почвы, агроэкологические свойства которых свидетельствуют о том, что содержание гумуса в слое 0-36 см составляет 2,78 %, реакция среды слабокислая (рН-5,6), сумма обменных оснований 20,0 м/экв/100 г, количество подвижных элементов питания азота, фосфора и калия невысокое и составляет соответственно 99,9 мг/кг, 90,5 и 12,0 мг/кг. С глубиной количество гумуса и элементов питания резко убывает и в слое 115 см количество гумуса составляет 0,60 %, азота, фосфора и калия соответственно до 3,3 мг/кг, 9,1 и 91,2 мг/кг.

Для установления фитотоксичности загрязненных почв в 2010 году закладывался лабораторный опыт, в качестве тест - объекта использовали семена кресс-салата. Полученные данные приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Фитотоксичность почв по вариантам опыта

Варианты опыта Повторность Сред- нее Длина проростков, мм

1 2 3 4 5

1. Почва (0,05 км от дамбы хвосто-хранилища) 20,5 19,5 24,5 22,5 23,0 22,0 2,6

2. Почва (0,3км, поле выведенное из с.-х. оборота) 11,2 11,6 10,8 9,7 10,2 12,8 11,0

3. Почва (поле ООО «Г орняк» 35 км от дамбы) 20,9 21,4 22,1 22,6 23,0 21,7 21,9

НСР05 2,1

Данные таблицы свидетельствует о том, что почвенный покров, находящийся в непосредственной близости к дамбе хвостохранилища, оказался более загрязненным, что сказалось на длине проростков. Образцы почв, взятые на удалении от дамбы на расстоянии 0,3 км (агроценозы ООО «Восход»), менее загрязнены и длина проростков увеличилась до 11,0 мм, или в 4 раза больше в сравнении с первым вариантом. Проростки кресс-салата, помещенные в чашку Петри с почвенным

образцом, взятым на расстоянии 35 км от границ хво-стохранилища, достигли максимальной величины и составили 21,9 мм.

Таким образом, величина проростков кресс-салата во многом зависит от расстояния взятия почвенных образцов и их загрязнения, поступающего с поверхности хвостохранилища. Для определения возможности создания агроценозов на загрязненных землях нами закладывался мелкоделяночный опыт.

Основными загрязнителями территории, подверженной деятельности предприятий Михайловского ГОКа, являются тяжелые металлы. Содержание ТМ в выбросах связанных с деятельность Михайловского ГОКа приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Содержание тяжелых металлов в вы-

Данные таблицы наглядно иллюстрируют, что в результате добычи железорудного сырья образуются пылевые частицы со значительным содержанием тяжелых металлов, в основном с преобладанием железам от 1100 до 8000 мг/кг.

В результате поступления пылевых частиц с поверхности хвостохранилища на прилегающие почвы приводит к накоплению в них валового железа и подвижной меди (таблица 3).

Для определения возможности создания агроценозов на техногенно нарушенных землях нами закладывался мелкоделяночный опыт, с использованием различных мелиорантов. Схема опыта включала:

1. Земли, выведенные из сельскохозяйственного оборота (контроль).

2. Контроль + цеолит (из расчета 1,2 т/га);

3. Контроль + известь (из расчета 2,5 т/га);

4. Контроль + навоз (из расчета 40 т/га).

Площадь учетной делянки 1 м2. Повторность - шестикратная. Расположение делянок рендомезированное.

Для посева использовали овес сорта «Скакун» (норма высева 25 г/м2) и люцерну сорта «Вега» (норма высева 1,6 г /м2 ).

Данные по содержанию тяжелых металлов в почвенном покрове по вариантам мелкоделяночного опыта представлены в таблице 3.

Приведенные в таблице данные свидетельствуют о том, что поступление пылевых частиц от объектов Михайловского ГОКа приводит к увеличению содержания в почве отдельных тяжелых металлов. Так на данной территории происходит интенсивное загрязнение почвенного покрова валовым содержанием железа (13000 мг/кг), которое превышает фоновое содержание в сорок раз и превышение ПДК по содержанию подвижных форм меди (4,8 мг/кг). Результаты наших исследований показывают, что применение различных мелиорантов способствовало снижению содержания подвижности тяжелых металлов в сравнении с контролем. Наибольшее проявление этих процессов наблюдалось на посевах люцерны с применением цеолита Хотынецкого месторождения Орловской области, оно снизило подвижные формы железа с 368 до 240 мг/кг и меди с 4,8 до 3,7 мг/кг.

Таблица 3 - Результаты анализов почвенных образцов на содержание тяжелых металлов (в среднем за 2010-2011 гг.)___________________________________________

Вариант Валовое содержание ТМ, мг/кг Подвижная форма ТМ, мг/кг

Cd Си Zn Мп Fe Pb Cd Си Zn Мп Fe Pb

Почвенный образец земелі выведенных из с.-х. оборот (контроль 0,3 11,б 33 380 13000 10,б 0,23 4,8 б,4 б0 3б8 4,9

Контроль, люцерна 0,22 9,7 25 350 12000 9,2 0,15 3,9 3,5 42 29б 3,4

Кон- троль, овес 0,28 10,2 2б 370 12400 9,б 0,17 3,8 3,3 38 292 4,1

контроль +известь, люцерна 0,3 9,8 28 3б0 12700 9,б 0,15 3,7 3 4б 230 3,7

контроль +известь, овес 0,2б 10,1 28 380 12800 9,б 0,17 3,8 3,2 44 244 4

контроль +цеолит, люцерна 0,24 10,б 30 350 12200 10 0,15 3,7 3,3 42 240 4,7

контроль +цеолит, овес 0,2б 10,2 28 340 12800 10 0,13 3,9 3,5 38 254 4,5

контроль +органи- ческое удобре- ние, люцерна 0,3 10,2 34 380 12700 9,б 0,15 4 8,5 50 292 4,5

контроль +органи-ческое удобрение, овес 0,28 11,2 30 310 12200 10,8 0,12 4,2 4,8 4б 314 4,7

ПДК 3 55 100 1500 - 32 0,5 3 23 140 - б

фон 300

Анализ растительных образцов на содержание тяжелых металлов показал, что по изучаемым элементам нами не было обнаружено превышение ПДК, таким образом, полученную продукцию можно считать экологически безопасной и использовать ее в дальнейших производственных процессах. Наибольшее накопление железа (75,6 мг/кг) и меди (6,7 мг/кг) нами наблюдалось в люцерне на варианте с применением цеолита в количестве 1,2 т/га.

Таким образом, применение мелиорантов способствовало снижению содержания подвижных форм тяжелых металлов в почвах, прилегающих к хвотохранили-щу Михайловского ГОКа, и получению экологически безопасной продукции.

Список используемой литературы

1 Гонеев И. А. Мониторинг земель сельскохозяйственного назначения, загрязненных тяжелыми металлами в зоне влияния Михайловского ГОКа: диссертация ... кандидата географических наук: 25.00.26. - Курск, 2010 - 131 с.

2 Муха В.Д., Стифеев А.И., Прозоров В.И. Рекоменда-

ции по фитомелиоративному закреплению шламохранилищ горно-обогатительных комбинатов КМА. - Курск: Изд-во

Курск. гос. с.-х. ак., 1996. - 9с.

3 Харламова Е.Н., Заломихин А.В. Проблемы экологии города Старый Оскол // Экология, окружающая среда и здоровье населения Центрального Черноземья: мат-лы Межд. научно-практ. конф: в 2 - х частях. Часть 2. - Курск: КГМУ, 2005. - С. 174-176.

4 Щербаков А.П., Рудай И.Д. Плодородие почв, круговорот и баланс питательных веществ. - М.: Колос, 1983. - 189 с.

Информация об авторах

Кемов Константин Николаевич, аспирант ФГБОУ ВПО «Курская ГСХА», e-mail: KemCS@yandex.ru

бросах Михайловского ГОКа

Вид выброса Cd Со As Pb Mn Cu Zn Fe

ДСФ, выбросы при сушке 1,7 22,4 0,0 18,3 102,3 9,4 40,5 4200

ДОК (обжиговые машины) 1,7 2б,б 0,0 1б,б 90,2 9,1 б1,б 3900

ДОК (обогащение, пыль из труб) 1,7 12,5 0,0 20,3 272,4 11,1 20,3 4400

ДОК (дробления, пыль из труб) 0,7 20,б 1,0 12,2 170,б 11,9 б0,4 1100

Пыль карьера после взрывов 1,б 27,5 0,0 18,4 70,3 9,3 б0,8 4500

Хвостохранилище 0,7 14,3 1,0 32,4 180,3 4,9 71,5 8000

Стифеев Анатолий Иванович, доктор сельскохозяйствен- Степанова Галина Ильинична, старший преподаватель

ных наук, профессор, заведующий кафедрой экологии и охра- кафедры иностранных и русского языков ФГБОУ ВПО «Кур-

ны природы ФГБОУ ВПО «Курская ГСХА». ская ГСХА».