Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

ВЛИЯНИЕ ПРЕДПРИЯТИЯ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ НА ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВ, РАСТИТЕЛЬНОСТИ И ВОД ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

ВАК РФ 04.00.03, Биогеохимия

Автореферат диссертации по теме "ВЛИЯНИЕ ПРЕДПРИЯТИЯ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ НА ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВ, РАСТИТЕЛЬНОСТИ И ВОД ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ"

- 29377-

МОСКОВООЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ ЕЕВОШИИ, ОРДЕНА ТИПОВОГО КРАСНОГО ЗЦМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННА УНИВЕРСИТЕТ им.М.ВЛОМОНОСОВА

ФАКУЛЬТЕТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ

На правах рукопжси

УЗУНОВ КОНСТАНТИН ЙОРДАНОВ

уда 631.416.9.

ВЛИЯНИЕ ПЕЕЩДЙШТИЯ ЧЕРВОЙ МЕТАЛДУЕПМ НА ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВ, РАСТИТЕЛЬНОСТИ И ' ВОД ТЯЖИПМИ МЕТАЛЛАМИ

Специальность 04.00.03 - биогеохимия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 1989

*"" / ; Работа.выполнена на кафедре химии почв факультета

Почвоведения Московского государственного университета им. И.В.Лоионосова

Научный руководитель: кандидат биологических наук,

доцент А.И.Обухов

Официальные оппоненты; доктор географических наук,

профессор Добровольский В.В.

кандидат биологкческих наук, с.н.с. Сердокова A.B.

Ведущее учреждение: Почвенный институт им,В,В.Докучаева

Защита состоится 1999 г. в 15 ч 20 мин

в аудитории М-£ на заседании Специализированного Совета по биогвохиыии Д 053.05. ET? при Московском государственном университете им.М.В.Ломоносова

Адрес: II9099 Москва, Лекторы, МГУ

факультет Почвоведения, Ученый совет

С диссср"рцией коино ознакомиться в библиотеке факультета почвсе^",''::;; МГУ

Льто-.^Ь;-»'! г^сла;: ~ 1969 г.

Ученый

специализирован >*ог о соw i .И. Агапкика

Актуальность темы. В настоящее время в-связи с бурный россом промыалеиного производства создалась реальная опасность от- ' рицательных последствий техногенного воздействия на окружаощую ~ среду. Ученых к общественность волнует в частности проблеиа насыщения биосферы тяжелыми металлами (ТМ). Неблагоприятное воздействие ТЫ на состояние и развитие форм жизни определяется их высокой токсичностью и способностью к аккумуляции в живых организмах. Источники техногенного загрязнения ТК многообразны и основными из них является газо-пылевые выбросы и сточные вода металлургических предприятий. Вокруг металлургических предприятий формируются ло-

V -

кальные техногенные аномалии с высоким содержанием ТК в почвах, растениях и водах, предст&влящие собой фактор снижения урожая и опасность для здоровья человека и животных, Б связи с непрерывным возрастанием производства металлов особенно важным и актуальным является разработка научных основ контроля за загрязнением : всех компонентов биосферы ТЫ на основе знаний закономерностей биогеохимического поведения ТЫ в системе почва-растение в условиях различных почвенно-хлиматических зон и под влиянием техногенного воздействия* Недостаточное применение системного бйогеохимического подхода в разработке этой проблемы в Болгарин обусловило выбор темы настоящей диссертационной работы. — "

Цель работы; Оценить влияние предприятия черной металлургии на загрязнение почв, растительности и вод ТМ (Си , 2а , РЪ ,Мп Изучить поведение ТЫ в системе почва-вода-растения в фоновых и техногенных ландшафтах Болгарии. Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Уточнить фоновый уровень содержания ТК {Си, га , РЪ,.Ип> и закономерности их распределения в наиболее типичных-почвах Бол-

¡-идо '

■ ■А-2

гарии.

2. Определить содержание и выявить закономерности распределения ТЫ в почвах и растениях техногенного ландшафта. Выявить характер статистического распределения и вариабельность содержания ти.

3. Изучить содержание ТМ в водах техногенного ландшафта.

4. Изучить особенности поступления ТК в растения под влиянием техногенного загрязнения.

Научная новизна. При решении поставленных задан подучены новые сведения о содержании и формах соединений тяжелых металлов в наиболее типичных почвах фоновкх территорий Болгарии и сделана попытка проследить целостный геохимический цикл тяжелых металлов в геологических, почвообразовательных, биологических и техногенных процессах. Впервые для условий Болгарии применен системный биогеохимический подход в экологических исследованиях. На большом' фактическом материале выявлены закономерности пространственного варьирования и установлен характер статистического распределения содержания ТА! в почвах и растениях техногенного лайда афта.

Практическая ценность работы. Выявленные закономерности накопления и пространственного распределения ТЫ в почвах, растениях и водах будут учитываться при планировании размещения .сельскохозяйственных культур.-Подученные данные могут также использоваться для нормирования ТЦ в почвах и проведения мероприятий, снижающих отрицательное воздействие ТЦ на объекты окружающей среды. '

Апробация работы. Диссертация рассмотрена и рекомендована -к защите на "заседании кафедры ■ хтоски почв факультета почвоведения МГУ 25.04.I9S9 г»

Условия почвообразования я харалтеристиха - - , почвенного покрова Болгарки

Условия почвообразования в Болгарии

Приводится литературные данные о рельефе, климате, растн-т в ль нос г и к почвообраэующих породах Болгарки* Литературными источникам» являются следухцие работы: Гмьбов м др. (1956), Гера- -симов и др. (1959), Койнов (1964), Койдав и др. (1980).

Характеристика почвенного покрова Болгарии

В связи с большим разнообразием условий почвообразования почвенный покров Болгарии характеризуется сочетанием разнообразных почвенных типов. Главные среди них: черноземы и серые лесные почвы, распространены в Северной Болгарии, в пределах холмистой равнины и на северных предгорьях Стара Планина; коричневые почвы и чернозеыы-смолницы распространены в Средней н Ниной Болгарии, ~ главным образом, в пределах равнин и котловин. Бурые лесные почвы распространены главным образом в горной части Стара Планина, в Рнло-РодопскОм горном массиве и в отдельных горных районах переходной геоморфологической зоны. В районах распространения серых лееннх и коричневых почв встречаются псевдоподзолистые почвы, которые занимают сравнительно равнинные, в большей или меньшей степени бессточные территории.

Объекты и метопы исследования

Для изучения содержания н закономерностей распределения ТУ в почвах фоновых ландшафтов были выбраны следувдие типы почв: выщелоченные смолнкцы, выщелоченные черноземы, вщелоченнне корич-

невые, тешго-серые лесные, бурые лесные, псевдоподзолистые - светлосерые и коричневые почвы. При выборе почв исходили из-принципа территориального распространения и иг хозяйственного значения. Полевой материал в фоновых ландшафтах был собран И.С.Илиевым детом 1963 и 1984 гг. -' Для изучения, влияния техногенного загрязнения был выбран ра£он вокруг комбината черной металлургии, охватывающий Софийскую котловину и прилежащие к ней на севере.более высокие части Стара Оленина. Изучаемый район имеет равнинный и слегка холмистый рельеф прорезанный долиной реки Десновской и реки Исгьр. Данные гидро' термической службы показывает, что максимальное количество осадков выпадает в период декабрь-февраль и июнь-июль, что указывает на межсезонную контрастность гидротермического режима. Наибольшую повторяемость в течение года имеет ветры западного, восточного и северо-западного направления от комбината. Ветры, которые могли бы отнести вредные вещества к г.Софии, очень редки и распространяются с большой скоростью, что приводит к бштроцу рассеиванию - загрязнителей. Концентраты, которые перерабатывает действующий в районе исследований комбинат черной металлургии, содержат Ге 30£, , „ а как примеси нп ЛЬ 0,97-0,8^, в меньшей степени Си и2п , Для удаления ненужных элементов и для повышения содержания Ре необходимо осуществить обогащение руды! при этом в атмосферу попадают аэрозоли гь ,Мп(Си,гп , что приводит к загрязнению почв, вод и растительности этими ТЫ. На изучаемой территории преобладают неогеновые и четвертичные песчано-гдинистые отложения, реке встречаются сланцы, кварциты, терригенные и карбонатные отложения. Почвенный покров в зоне влияния комбината представлен следующими типами почв: выщелоченные коричневые, выщелоченные смолшщы, реже ^

-ч-

аллювиальные и делювиальные почвы. Реакция почв - слабокислая до нейтральной, а содержание гуцуса варьирует от 1,8 до 4$. Естественный растительный покров представлен низкотравянистой растительностью. а из деревьев в основном встречаются тополь, дуб и на севере - сосна.'Из сельскохозяйственных культур большое значение имеет злаковые, овощные и лпцерна.

В основе полевых исследований лежал профильно-ключевой метод (Зырян и др., I960). Исходя от источника загрязнения по лучам в западном, восточном и северо-западном направлении, учиты-' вая структуру почвенного покрова, отобраны смешанные образцы почв с глубины (0-10 см) на целине и (0-20 см) на пашне, а также растения н воды. На ключевых участках залощены почвенные разрезы , и отобраны образцы почв по генетическим горизонтам, а также ин- * дивидуальыые пробы (0-10 см) на изучение вариабельности ТЫ в почвах. Для изучения статистического распределения и варьирования ТЫ в почвах к растениях на разном удалении от источника загрязнения на небольших площадях по сетке квадратов (4x4 ы) проводил-.ся отбор почв на глубине 0-10 см и по мере возможности отбирали образцы растительного покрова. Воду из водоемов, рек,' колодцев v и других источников отбирали с учетом расположения источника загрязнения. В почвенных образцах определяли валовое содержание Си ,Zn ,гъ ,мп, кислотнорастворнмые (в 1н.ЙНО3 ) я доступ- . ные для растений формы соединений TU (вытяжка ацетатно-аымоний-мым буферным раствором с рН, 4,8. В некоторых почвенных образцах определяли и водорастворимые формы (водная вытяжка) ТЫ. Ори подготовке растений к анализу'применяли сухое озоление. Конечное определение содержания Tit в растворах к вытяжках проводили, методом атомно-абсорбциоякой спектрофотометрам с использованием

-S- "

воздушно-ацетиленового пиивми на приборе фирш "Перкин-Эдмвр" модель 403. Полученные данине обработаны методами математической статистики (Дмитриев, 1972). В почвах сотрудники химической лаборатория Геологического института БАН и И.Илиев определили механический состав, гуцрс, рН, карбонаты*

» 1 у и'

I. Тяжелые металлы » почвах Болгарии фоновых территорий

На основ« проведенных исследований определен современный фоновый уровень содержания ТН в основных тисах почв Болгарии и изучены закономерности распределения ТН по почвенным профилям с точки зрения обеспеченности отдельных ТИПОВ почв по содержанию мифоадементов,ТЫ и выявлению возможного загрязнения г результате человеческой деятельности.

Многочисленными ис с дед о в амиями установлено, что содержанке Т11 в почвах в значительной степени зависит от богатства элементами почвообраэущнх пород. На территории страны встречаются: лессовые я лессовидные отложения* плиоценовые суглинки, четвертичные наносы« разнообразные метаморфические, магматические и осадочные породы. Естественная геохимическая неоднородность пород сказывается ва содержании ТМ в'екх и оно может значительно отклоняться от средней величины, в зависимости от почвообраэувдих пород, от поведения элемента в конкретных условиях, от свойств среда н других факторов.

По дя1|инм анализов почвенных образцов из поверхностна горизонтов 0-20 ем, установлено, что почвы Болгарии содержат в среднем: Мп вю иг/кг; Си 32,5 мг/кг; 2п 75 мг/кг; Р,Ь 25 мг/кг. Содержание ТЫ в почвах Болгарии (табл.1) по вше ко по сравнен«) с их средним содержанием в почвах мира, что вероятно следует связывать с особенностями.минералогического состава почво-образувцкх пород. Повиюююе количество ТМ установлено в ксрич-=

Таблица I

Содержание тяжелых металлов в пахотных горизонтах . .' некоторых почв Болгарии (мг/кг)

Количество

Ми

Си

'¿л

.Рь

/ образцов I 2 I 2 ■ I ,2 - I

Коричневые выщелоченные '. ■ 15 840 540-1500 180 30-300 41 19-74 ' 1.5 .0.3-6 98 75-134 3.9 2.7-7, 28 10-50 .

Коричневые1 псевдолодэолистые . 9 440 330-610 90 ■ 52-140 ■ 20 12-33 0.8 0.4-2.3 83 59-114 - 4.3 3-6 22 10-45

Бурые лесные * 6 '690 510-1000 200 по-зго 48 А 16-60 1.2 1-1.6 66 55-93 - 6.8 4-12 29 20-40

Смолнивд, выщелоченные 12 815 580-1100 125 72-180 40 28-60 0.7 0,4-0.8 91 72-121 '3.2 .2.9-3,5 19 10-30

Черноземы выщелоченные 10 630 440-770 165 140-210 40 18-87 ' 1.7 0.6-6 ~ 85 73-108 3.4 -2.7-5.1 20 . 10-30

Темносерые лесные '8 940 620-1200 135 120-150 27 23-34; 0.5 0.4-0.7 71 41-90 3.6 л 2,6-5,6 26 20-45

Серые, лесные 7 960 670-1200 ' 150 ■ *, 90-520 22 10-33 0.6 0,5-0.8 66 40-88 4.0 . 3-6- 33 15-50

Светло-серые, подзолистые ' 7 1100 860-1400 40-210. 17 8-25 л 0.6 0.3-0.9 59 40-73 ЗА 2.1-4,4 „ 21 10-35

Примечание: I 2

- Валовое содержание ...'.'

- Подвижные формы соединений, над чертой среднее, под чертой - пределы колебаний

невых выщелоченных почвах, вщедоченншс смолницах и выщелоченных черноземах развитых на глинистых материалах, андезитах и базальтах Увеличению содержания Си , ¿п я мп в породах благоприятствует повышенное количество минералов типа пироксенов» оливинов и амфиболов* В среднекисдых, кислых породах и суглинках преобладают полевые пшаты, плагиоклазы и слюды (концентраторы что является причиной высоких количеств гъ в бурых лесных почвах развитых на риолитах и в серых лесных почвах на глинистых материалах. Перераспределение ТЫ, происходящее в процессе естественного почвообразования сопровождается некоторой аккумуляцией М» и Ръ в гумусовом горизонте, а Си и 2п выносятся и обогащают более"глубокие горизонты. Исключение из этого является распределение си И по профилю выщелоченных смолниц и выщелоченных коричневых почв, определяющих геохимический фон исследуемого района. В смолницах Си и 2п вероятно накапливаются в верхних горизонтах в связи с образованием с гуыиновыми кислотами устойчивых комплексов,, а в . вщелоченных коричневых почвах - благодаря нейтральной рэякции среды и непрошеного водного режима. Элювиально-аккумулятивные коэффициенты (Кэа) показывают накопление ТМ в гор.А зт»и почв: -Кза=1-£ для Си , 2п и Рь , а еще интенсивнее аккумулируется Мп (Кэа =2,5-3). ■ ^

По содержанию доступного для растений Мл почвы Болгарии -высокообеспе чены по отношению к культурам невысокого-выкоса. При слабокислой реакции почв содержание подвижных форм Си и га по профилю меняется незначительно. Слабощелочная реакция и наличие карбонатов в гор.С выщелоченных смолниц уменьшает подвижность ТМ.

Большое разнообразие почвообраэующих пород на территории

страны обуславливает колебания содержания ТЫ в разных почвенных разновидностях ( V =15-25%), а для подвижных форм ТМ вариабельность еще более высока.

- 2. Тяжелые металлы в почвах изучаемого района .

Статистическое распределение и вариабельность содержания ТЫ в загрязненных почвах. Статистическое распределение содержания ТЫ в поверхностных слоях (0-10 см) загрязненных почв в пределах небольших площадок (0,9-1 га) близко к нормальноцу заходу (рис.1) Характерным для кривых распределения является их положительная асимметричность (рис.1), указывающая на то, что больше всего варь иругст величины выше среднего арифметического и свидетельствующая об увеличении числа случаев, приходящихся на высокое содержание ТЫ в почвах техногенного ландшафта. Для загрязненных почв харак--терно также увеличение вариабельности содержания ТЫ, причем вариабельность ТЫ в поверхностных слоях почв возрастает с приближением к источнику загрязнения (рис.2, ). Вблизи комбината даже 'на небольших участках со спокойным рельефом и однородным почвенным покровом коэффициенты вариации содержания Т11 в загрязненных почвах достаточно высоки и лежат в интервале значений 60-70%, а для Мп т=88!£ (рис.2), вероятной причиной чему служит очень неравномерное выпадение осадков-загрязнителей вблизи источника загрязнения и последующее их перераспределение в почвах.'Бце большая вариабельность характерна для подвижных форм соединений ТЫ в загрязненных почвах;

Выявленные закономерности варьирования и распределения со-, держания ТЫ в почвах техногенного лацдоафта следует учитывать ■■ при планировании пробоотбора почв, а также при интерпретации по-

»se ш » _ 1 —SET—iîffio

Рис. ї.'Крзвие' распродаіе:::м содержания lt.: в почвах техногенкого ландшафта

V*

ж

м «

" »і

Ut »

Я

Cu

-KM

Pb

-a км

Ut л

M «

ÍO О

Vit

«0 tó ÎB

Zn

if

KAf

.KM

Рис. 2. Варчабельность содерг. іинія 'itî б почвах "на разном расстоянии oí ко;.к5;:ката

дучаеьых результатов и при конечной составлении карт содержания* -ТЫ. При пробоотборе почв согласно возрастанию коэффициентов вариации содержания ТЫ в почвах с приближением к источнику загрязнения следует увеличить количество индивидуальных образцов при составлении смешанных. Число индивидуальных образцов ов всех сду~ чаях определяет элемент с наибольшим коэффициентом вариации (Ми).

Пространственное распределение содержания ТМ в почвах, расположенных на территории вокруг1 источника загрязнения. Данные анализа смешанных образцов показывают» что главнымиэ факторов, определяющих концентрацию ТЫ в почвах техногенных ландшафтов, является расстояние, на которое удалены почвы от источника загряз-' нения (рис.3), Высокие концентрации содержания ТМ в почвах обнаружены вблизи источника загрязнения (рис.3). Оделены зоны загрязнения почв ТЫ (табл.2), учитывая зависимость между содержанием ТЫ в почвах и расстоянием от источника загрязнения, а также увеличение с загрязнением почв вариабельности содержания в них ТИ. Была составлена окала по типу возрастающей геометрической прогрессии (от фонового содержания для двух тисов лочв к максимальный) по валовому содержанию »лементов загрязнителей и по содержанию форм, растворимых в I н. ННО^ в 4-5 ступенями градаций в зависимости от элемента. Достоверность различия между ступенями -градация проверялась по критерию Стьвдента (1? ), используя зависимость вариабелъностисодержаняя тяжелых металлов от расстояния до комбината (рис.2)* На основе группировки почв выделяется большая зона, загрязнения о более высоким содержанием ТЫ по сравнен» с фоном, протяженностью до 12 км в зависимости от направления (табл.2). На изучаемой территории выделены -! зоны в достоверно различным содержанием елемеитов-загрязкителей (табл.2). В зоне -Ч- ... -

р "

1

&

1

рй

мк

ш-

0"—

коричневая

шолница

шшшш

ш

ш

Т ■ 9

коричневая

п

4 « «

. сыолщща

шттттш

1

Зшмд

шло' гая'

: КМ

31?? 190 "ТЯГ 160 100., 79 11Й 5$ > 46 4$

ъ1 570 460 385 330 275 220 265 166 128 87

480 400 290 220 160 ' 185- 110 65 '40

ш (ООО 9600 8200 6500 4000 2700 3500 1800 1200 590

мг/кг

Р*с.'3; Распределение содержания ТМ в почвах техногенного ландшафта, мг/кг х — разрез, ■ —смешанный образец-'

с*наиболее высокой степенью загрязненностиЛтабл.2) повышенный уровень загрязненности (по валовому содержанию) и высокий уровень загрязненности (по кисдотнорастворимыы формам) установлены для . Рь и Мп, независимо от типовой принадлежности почв, что указывает на различие в характере загрязнения вокруг мегаллургичес-. кого комбината "Кремиковцы" по сревнет® ^загрязнением вокруг предприятий цветной металлургии, где повышенный и высокий уровень загрязненности почв установлен для Рь ,Си , ъп и (Файтонжиев, ,Хинов, 1980; Хинов, Файтонджиав, 1977; Чулджян, 1777). Эти различия очевидно определяется составом аэрозолей газо-пыяевых.вы- ' бросов, различием в технологической схеме и очистительных сооружений. Зоны загрязнения почв.ТУ, их.размеры и протяженность прямо связаны с векторами розы ветров (табл.2). Однако следует обратить внимание на то, что самые высокие концентрации ТЫ обнаружены в почвах, расположении на запад от источника загрязнения (рис.3), что связано с преобладанием восточных ветров, у кото- . рых н самая низкая скорость. В связи с этим для оценки влияния : источника загрязнения на территорию через атмосферу целесообразно исследовать изменение содержания ТК в почвах и растениях по почвенно-геохкмическоцу профилю на эапад от комбината (рис.3).

' . • Таблица 2 Содержание тяжелых металлов в пределах выделенных зон загрязнения в нсследованнных почвах, мг/кг

з«&Ьения "»Я* Ц^ м^ганец

2,5 I 198 466 .417 117 30

-БЗ "306 "9250

8.3 И 97 265 269 4880

30 ТЗо 153 ■ Ш20

10,0 И 63 173 117 2000

"78 "Ш ТООТ

12, А IV 47 1320

■зз "765

Примечание: * - расстояние от источника загрязнения соответствует протяженности зоны с востока на запад и с ого-востока на северо-запад - преобладающему направлении ветров; над чертой - валовое содержание, под чертой - подвижные формы, извлекаемые I н

В этом направлении повгашнные концентрации по сравнению с фоной (рис.3) установлены для Рь и Ип иа расстоянии до 11,2 км от комбината, а содержание С» ий повышено на расстоянии до 7-6 км от источника загрязнения. Эта'неравномерность загрязнения почв тяжелыми металлами (рис.3) связана,'по всей вероятности, с составом аэрозолей и отражается в более низких корреляционных коэффициентах (табл.3) между ..валовым содержанием Ръ , С" и Кп с одной стороны, Мп , Си и Яп с другой стороны, по сравнению с корреляционными коэффициентами между валовым содержанием Рь и Мп . Высокие коэффициенты корреляции между содержанием ' , и Мп показывают (табл.3), что они являются спутниками при техногенном загрязнении почвы.

. Таблица 3

Коэффициенты корреляции между содержанием тяжелых металлов в почвах для гумусовых горизонтов (0-20 см)

свинец-марганец 0,98** 0,94** 0,91**

свинец-цинк 0,63** 0,62** 0,65**

свинец-медь 0,54* 0,54* 0,57*

марганец-цинк 0,56* 0,53* 0,56*

марганец-медь 0,45 0,39 0,38

цинк-медь 0,78** 0,82** . , 0,06**

** - коэффициент корреляции значим с р=0,99 * -значим с 1^0,95

, Почвенно-геохимические условия влияют в основном на распределение подвижных форм ТЫ (табл.5). Количестве подвижных форм ТЫ, экстрагируемых I к. НКО3 к ацетатно-аммониЯным буферным раствором, превшею? многократно содержание ТЫ по сравнению с фоном и уменьшается в вьцелоченных смолницах по сравнению с выщедочекны-ми коричневыми почвами в результате увеличения рН среды» содержания гуыуса и ила.

Профильное распределение тяжелых металлов в загрязненных почвах. Для большинства разрезов почв содержание Си , хп , Ръ и М» в поверхностных горизонтах вше фонового (табл.4), самое высокое -вблизи источника загрязнения (р.З и р.5). 'Для всех почв, независимо от их токсономии, наблюдается аккумуляция ТМ в верхнем гумусовом горизонте почв (табл.4). В зоне интенсивного влияния источника загрязнения наибольшей загрязненностью отличается верхний слой почвы 0-20 см, однако при слабокислой реакции среда в верхней части профиля влияние техногенного загрязнения прослеживается до глубины 30-40 си (табл.4). С ■ глубиной профиля реакция среды становится нейтральной, увеличивается содержание ила, что и препятствует миграции ТЫ по профилю (табл.4). '

Интенсивная аккумуляция ТЫ в верхних гумусовых горизонтах подтверждается, аллювиально-аккуцулятивнымй коэффициентами (Кэа> Б). Вблизи источника загрязнения (1-1,6 км) больше всего аккумулируется Мп - Кэа 8-15,7, V РЬ Кэа»18 и. в меньшей степени - Си Кэа - 4,5-6,1 и 2п Кэа - 4-5. Это доказывает интенсивную аккумуляцию РЪ И Дп в верхних гуцусовых горизонтах почв в результате воздушной миграции. Через воздушную миграцию в процессе металлургического производства рассеиваются свинцовые и марганцевые аэро' - / . 'М- ■.-■""

Таблица 4 "

Некоторые свойства почв техногенних ландшафтов и валовое содержание в них тяжелых металлов

Разрез 3. Вщелоченная коричневая почва. 0,8 кы§

Ал" 0-25 5,7 Х,8 25,6 178 520 450 . " 8500

AB 25-57 6,3 1.4 30,3 . 54 147 50 820

БІ 57-85 6,6 - 1,0. 40,6 •31 . 105 35 • 770

вг 85-100 6,6 - 0,8 41,7 29 96 25 660

с, II0-I50 6,8 0,6' 38,5 28 95 25 ' 540

Разрез 24, , Выщелоченная коричневая почва. 11,4 км ■

Ап ■0-30 6,0 1,9 28,4 39 116 * 45 1000

AB 30-59 ■ 6,5 1.6 32,6 27 95 .30 850

BI £0-90. 6,8 ' '1,2 41,4 25 99 ■ ; 30 . 710

В2 90-122 6,8 0,9 42,0 25 94 25 500

С 122-160 Р,9 0,7 38,9 26 98 25 .. 520

Разрез 5. Выщелоченная смолница. 2,3 км

Ал 0-25 . 6,1 3,6 53,2 160 380 ' 360 7000

А " 25-60 6,3 . 2,9 57,1 45 94 гь 1000

А 60-87 6,'б 2,5 58,5 43 - 100 25 1000

А ■ »7-110 6,*? 2,0 60,6 40 94 20 980

AB I10-128 7,0 1,5 57,9 40 87 ;20 890

Ск І28-Г70 8 Л 0,8 52,6 38 79 20 840

Разрез 20 . Вщелоченная с мол ница. , 10,7 км -

Ап 0-26 6,4 3,7 52,8 46 90 40 .. 1000

А 26-58 6,6 3,0 57,0 42 96 30 980

А 58-82 ' 6.7 2,6 59,3 .42 98 30 900

А 82-105 6,8 2,2 61,1 37 93 ■ 20 860

AB Ю5-І25: 7,1 1,6 57,9 35 85 20 780

Ск. 125-160 8,3 0,9 54,3 31 72 20 710

■ Расстояние от комбината в западном направлении

-1S

Таблица 5

Содержание подвижных форм соединений тяжелых металлов в почвах техногенных ландшафтов, иг/кг

Горизонт глубина (см)

¡экстрагируемые,,; НГ ННО?

экстрагируемые ацетатно- аммонийным буферный

Медь Цинк Свинец Марганец раствором с рН 4.8___

Медь ЦинкмСвинед Марганец

< Разрез 3.- Вьщелоченная коричневая почва. 0,6 км+

Ап 0-25 - .76 290 360 ^ 5100 20,0 50,0 69

АВ 25-57 II 31 34 - 350 1,2 4,9 б

ВХ 57-85 7 30- й 260 0,7 4,7 ' 4

В2 85-110 5 . 24 18' ■ 180 -0,5" 3,9 2

С. 110-150 5 16-12 , 150 0,4 3,7 2

Разрез 24. Выщелоченная коричневая почва. 11,4 кы

710 93 75 60 51

Ап 0-30 10 . 35 32 430 0,7 5,1 5 160

АВ 30-59 - ' 8 23 21 200 0,4 4,2 3 84

ВІ 59-90 - 7 15 14 140 0,3 3,3 2 72

В2 90-122 5 12 8 -. 100 , 0,3 2,6 2 50

с 122-150 ' - . 5 II 8 78 0,2 2,5 2 41

. Разрез 5. Выщелоченная смолница, 2,3 км

Ап 0-25 " 48' 256 285 6500 9,9 35,0 77" 780

А. 25-60 10 31 32 ' 'это 0,7 4,1 6 76

А. 60-87 ^ 8 .32'. 24 ' 350 0,7 3,9 3 -. 50

А 87-НО 6 " 27 ■ 14 280 ' 0,6- 3,4' 2 38

АВ 110-128 5 20 и : 220 0,4 3,0 2 * . 35

Ск 128-170 3 ' II б . 160' - 0,2 1.8 . '■ 2 ■ 21

Разрез £0, . Выщелоченная смолница. 10,7 км

Ап 0-26 9 ' 23 28 380 0,8 ' 3,3 7 130'

А 26-58 9 30 17 320 0,6 3,5 4 60

А 58-82 , 6 \ 25 12 : 210 0,5 3,2 2 55

А 82-105 6 22 8 160 0,5 з;5 .. 2 . ■ 42

АВ 105-125 - 5, 15 6 120 0,4 3,0 2 ; 30'

Ск- 125-160 . 2 8 4 . 100 . 0,1' 1,7 I 18

+ Расстояние на запад от комбината

золи попадают в гумусовые горизонты почв, где они аккумулируются в указанных количествах (табл.4)., На накопление ТО в верхних горизонтах почв через воздушфю миграцию указывает тот факт, что , с увеличением расстояния от источника загрязнения, уменьшается содержание ТЫ в почвах (табл.4, рис.3). На глубине 30-40 см содержание ТІІ близко к фоновоцу уровню. Низкие концентрации ТЫ в водных витяжках (до 0,б£ от валового) также подтверждают отсутствие глубокой профильной миграции металлов-загрязнителей в почвах и их интенсивное закрепление в поверхностных горизонтах. Значительная часть из всего количества ТЫ в верхних гумусовых горизонтах приходится на кислотно-растворимые формы соединений металлов* Для поверхностного горизонта почв в зоне с большой степенью загрязненности I н, ННО'э извлекает 80-3ЕЙ свинца от валового содержания, до 6Й6 цинка, до АЪ% меди и 60-655£ марганца. По мере приближения к источнику загрязнения в гумусовых горизонтах почв возрастает также содержание ТЛ, переходящих в ацетатно-амыонийный буферный раствор с рН 4,8 (до 20-305? ^ от валового содержания, до 15% Си и . и до ZO& Мп ), С глубиной профиля в связи с уменьшением валового содержания ТЫ, увеличением рН почв и большой оглиненностью почв, наблюдается закрепление ТЫ в почвенной толще и уменьшение содержания кислотнорастворимых и доступных для растений форм ТЫ (табл.5). Все вшесказанное относительно распределения кислотнорастворнмкх и доступных для растений форы ТЫ 1 по профилю загрязненных почв подтверждает также отсутствие глубокой профильной миграции металлов-загрязнителей в почвах на территории техногенного ландшафта. :

3. Тяжелые металлы в водах изучаемого района Содержание ТМ в питьевых водах верьирует от 4 до 183 мкг/л, самое высокое отмечается для питьевых вод колодцев. Независимо от повышения содержания ТЫ в питьевых водах, показатели абсолютных величин ниже ЦИК по Болгарскому Государственному стандарту (Б ГС 2823-67 ).

. - Данные анализа содержания ТМ в водах р.Лесновсхой (табл.6} показывают, что со мере приближения к источнику загрязнения содержание ТЫ в водах реки увеличивается, особенно это заметно для РЪ и мп , Значительное загрязнение вод р Лес ново кой осуществляется в результате поступления неочищенных сточных вод с комбината, так как разные производственные мощности комбината нераспо-лагоот эффективными сооружениями для устранения атмосферных загрязнителей и вредных веществ в водоисточниках. Несмотря на то, что речные.воды имеют нейтраль^» или слабо-щелочную реакцию (рН 7-8,5), способствующую уменьшению растворимых форм соединений ТМ, содержанке РЬ и мп в-водах повышено на расстоянии до 5 км от комбината. Вблизи комбината концентрация Р'ь в водах реки превышает НДС и использование вод'возможно только после решения каждого отдельного случая. Воды р.Лесновекой загрязняются также 2п . и Си , но эти Т(4 содержатся в водах в пределах допустим« концентраций. ' -

Таблица б

Содержание ТМ в водах р.Лесновска, мкг/л Расстояние от источника

____эагрязнения,_км___________Си.__ 2а _

18~~ '7 ~~18 "7 8

12 12 26 10 15

5 27 86 20 31

2 33 170 - 86 97

0,6 65 240 320 340 .

Основная честь поступающих в воды подлюгактов сорбируется илистыми частицами твердого стока реки. Количество ТЫ в донных -отложениях (илистого характера) на расстоянии до 5 км от источника загрязнекчя практически не изменяется, сохраняя высокие значения;. РЬ 150-200, 1600-2200, гл 600-800, Си 100-200 иг/кг сухого "вещества. „ ■ '

4. Тяжелые металлы в растительности изучаемого района,' Содержание ТМ в растениях, произрастающих на загрязненных почвах, повшено по сравнению с их концентрациями в аналогичных растениях на фоновых участках. По мере приближения к источнику загрязнения содержание ТМ в растениях одного веда увеличивается (рис.4), что является следствием повышенного валового количества" и подвижных форм соединений ТМ. Особенно заметно увеличено содержание ръ (рис.4) и Мп в растениях, про из рас т&щих на загрязненных почвах вблизи комбината (санитарная зона 10 км), а количество Си и хотя и увеличено, но ниже принятой нормы. Наши данные о накоплении ТМ растениями техногенных ландшафтов показывают зависимость содержания элементов-загрязнителей от видовой принадлежности растений (рис.4), но часто различия в содержании эле>, ментов сильнее проявляются при анализе разных органов растений (рис.4 а,б). Так, например,-содержание свинца в соломе на порядок выше, чем в зерне пшеницы (рис.4 а), а для остальных ТМ концент-' рация их в зерне несколько меньше, чем в соломе. На (рис.4 а) видно, что содержание свинца в зерне пшеницы, произрастающей в зоне загрязнений,-с некоторым исключением не достигает величин, превышающих НДС, то для соломы содержание свинца достигает н пре-выпает уровень ДДЦ. Если проследить распределение ТМ в различных

-ло-

б 5 4 б Й 10 12

РЬ.кг/кг 80

во

40 20 О

V

б •

\ 2.

\

4 X гг^тг

1 4 в Й Ю <2

км

1 4 6 Й 10 11

Рлс. 4. Распределение содергкиищ ситпн в р^отэ^гс на разном расстоянии от ксточнекз загрязнения, ис*/1сг -сухого, вещества: а) пшеница; I - солома, 2 - зерно ; , ' б) кукуруза: I - листья, 2 ■- стебли, 3 - початкл; в)

1 - капуста, 2 - люцерна, 3 - свекла; г) X - осока,

* N ч. * '

2 - сена

органах «сукуруаы (рнс.4 б), то мокло отметить их накопление в листьях и отааоти в стеблях, однако в початках содержится'минимальное их количество, недостигающее принятых величин их ЦДК для продуктов питания и кормов. Наибольшим содержанием ТМ в 10 км зоне характеризуются листья кукурузы, капуста, люцерна, сено (рже 4) в результате высокого поступления на-растения пылевых выбросов причем листовая поверхность является приемником пылевых частиц выбросов Т11. Для вынеупомяфтых продуктов концентрация ведущего загрязнителя Ръ (рис.4) и М'п превышает НДС, и поэтому-желатеяь но эти продукты выращивать на расстоянии как минимум Ю км от источника загрязнения. Поступление ТЫ посредством воздушной миграции подтверждается коэффициентами биологического поглощения (Кбп), показывающее, что в большинстве растений (Кба^-1) ТЫ не накапливаются биофильным путем; причем с уменьшением расстояния от источника загрязнения доля атмосферного поступления тяжелых металлов на растения увеличивается, что выражается в уменьшении Кбп.

Статистическое распределение содержания тяжелнх.металлов в. растениях, также как я в случае с почвами, отличается от нормаль-кого распределения ясно выраженной правосторонней асимметрией. Содержание ТЫ в растениях в зоне влияния металлургического комбината подвержено значительному варьированию. Высокие коэффициенты варьирования обнаружены для РЬ-ж Мп в злаках («=4?£, И* «6556), в листьях кукурузы Рр/ =59^) и в травянистой

растительности менывая для 2п иСи(до 22%),

которые не накапливаются в растениях вше ЦДК,

Полученные нами результаты не позволяют говорить'о высокой

-лг-

устойчивости системы почва-растение при техногенном воздействии, подтверждением чецу является ахкучуляция ТЫ в травянистой растительности, в овощах, в сене, люцерне вблизи источника загрязнения. Неблагоприятно влияют на защиту растений от избытка элементов-загрязнителей некоторые почвенные факторы (невысокое содержание гумуса, слабокислая почвенная реакция).1 В связи с мим более устойчивы оказались системы аллювиадыю-луговая почва - растение, выщелоченная смолница - растение по сравнению с системой выщелоченная коричневая почва - растение.

выводы

1. Установлено содержанке ТЫ (Си , 2а, ^ь ,Мп ) в основных типах почв Болгарки ка фоновых территориях. Среднее содержание ТЫ в почвах Болгарии вше среднего содержания ТЫ'.в почвах мира, . что:связано с особенностями минералогического состава почвообра-эующях пород. Ддя незагрязненных почв в целом характерно равномерное распределение.ТЫ по почвенному профиле с некоторым,накоплением в гуцусовом горизонте. Элювиально-аккумулятивные коэффициенты (Кэа) показывают аккумуляцию ТЫ в гор. А: Кэа=1-2 для Си

и УЪ , еще интенсивнее аккумулируется Миг, Кэа=2,5-3. Вариабельность содержания элементов в гор.А для каждого почвенного типа невысокая (I&-2Е&).

2. Результатом почти 30-летней работы комбината явилось увеличение. на прилегающей территории содержания ТУ во всех объектах окружающей среды. Б почвах и растениях повышенные количества ТЫ обнаружены на расстоянии до 12 км от комбината, а до 10 км концентрация ?ь превдаает ЦЩС в почвах.

3. При загрязнении окружающей среды от комбината в профиле почв максимальное количество металлов аккумулируется в поверхностном горизонте, а миграционный путь элементов ограничен 20-. 30 см. Элювиально-аккумулятивные коэффициенты показывают интенсивное накопление ТЫ в гор.А почв и это подвтерждает, что загрязнение почвы ТЫ осуществляется воздушным путем, то есть аэрозолями.

4. В загрязненных почвах (в пределах небольших площадок) статистическое распределение содержания ТМ близко к нормальному закону с положительной асимметричностью. Вариабельность содержания

-М'

/

ТЫ в поверхностных слоях почв возрастает с загрязнением и приближением к комбинату* Следовательно»вполне правомерно характеризовать содержание ТЫ в загрязненных почвах смешанным образцом, однако количество индивидуальных проб для составления представительного смешанного образца должно увеличиваться по мере приближения к источнику загрязнения..Число индивидуальных проб во всех ' случаях определяет элемент с наибольшим коэффициентом вариации (Мп).

5* В техногенных условиях основная часть TU прочно фиксируется почвой и ее компонентами, ПОЭТО)ЩГ в водную выгтяжну переходов очень небольшая часть ТЫ (максимум до 0,656 от валового содержания) , однако доля доступных для растений соединений остается высокой. (15-20Й. '

6. Сброс сточных вод комбината в реку приводит к возрастанию содержания Ill 's воде р.ЛесновскоЙ и донных отложениях. В питьевых водах содержание TU также повышено, но оно пока что не Превшает ЦДК по Болгарское Государственному стандарту (ЕГО).

7. Накопление TU растениями зависит но'только от количества металлов в почве, но и от видовых особенностей растений, от количества ТИ в газо-пылевых выбросах. Наибольшее содержание ведущего загрязнителя -РЪ, превшащее ПДК, обнаружено в'осоке, люцерне, соломе, в листьях кукурузы и в сене.на расстоянии до 10 км от комбината. Поступление ТМ в.репродуктивные органы растений (зерно пшеницы, початки кукурузы, корнеплода) невысокое. . Распределение содержания ТЫ в растениях, произрастающих на за- - -

'.грязненных почвах, отличается от нормального распределения с . четко выраженной положительной асимметрией. Большая вариабельность обнаружена для свинца и марганца, меньшая - для цинка и меди.

Научно-методические и практические рекомендации

I. Методики пробоотбора, составления картосхем, градации уровней загрязненности и выделения зон загрязнения почв тяжелыми металлами вблизи металлургических предприятий должны учитывать почвенноггеохимические, метеородологические условия изучаемого района и возрастание с загрязнением показателей варьирования ТЫ в почвах И растениях. Для характеристики степени загрязнения почв Тії вблизи комбината черной металлургии и прогноза их, накопления в растениях могут быть использованы количества ТИ в . почвах, переходящих в вытяжке I н. нко3 , вытяжке ацетеггао-ам-монийшго буферного раствора с рН 4,8. Это заключение. сделано на основе корреляционных зависимостей между содержанием в почве и растениях.

2 . Результаты наших исследований позволяет наметить следующие природоохранные мероприятия, уменьшающие неблагоприятное воздействие Т1І на объекты окружающей среды:

-а) Вблизи комбината (до 10 км "-в зависимости от направления) необходимо.ограничить вшас скота и сенокошение. Продукты, накапливающие количества свинца, превышающие ЦфС (капуста, люцерна, перец, зеленый лук), необходимо выращивать на расстоянии как ми-ницум на 10 км От комбината. Площадь в радиусе до 10 км от комбината следует использовать для выращивания кукурузы, пшеницы

(на зерно), тыквы, свеклы. Однако, учитывая тенденцию к уввлнче-

1 - ■ ■ кию содержания ТМ в растениях с увеличением их содержания в почвах, уровшь содержания ТМ в агробиоценозах должен постоянно контролироваться. Растения, содержания свинца в которое вше ПДК> необходимо использовать в пищу и корм после предварительной обработки.

б) Необходимо внедрение новой технологии,в металлургическом производстве с извлечением ТМ как полезных компонентов. Выхлопные газы включить в замкнутый цикл для использования как источник энергии. . -

в) Использование загрязненных речньос вод должно осуществлять ся после решения каждого конкретного^одучая. Необходимо очистить, используя более эффективные сооружения, промышленные сточные воды до степени годности-дяя нужд народного хозяйства.

г) Б зоне интенсивного загрязнения почвы (до 2,5 км) необходимо удалить верхний, наиболее загрязненный слой почзы посредством глубокой отвальной перепашки. Необходимо максимальное озе-

■ деление с устойчивыми к техногенному воздействию дикорастущих _ растений (кустарники и деревья), чтобы уменьшить эрозию И пред- ' отвратить миграцию ТМ.

Подписано s початі

Формат 60*90/16,

Уся. an. л, з

* - г

Тнрвж ICO. ^ Эаод №

Орд*«* *3ц«с Почата* кэдатальстьФ Моожраосого yt«»epc«t*tm* 103009, Москва, ул. Г«ри«ва, 5/7« Типография ордена.'Эках Пояота" издательства МГУ* 118в$9» M оскал» Лвкяясх» горьц .