П.И. Пыленок,

Мещерский филиал ГНУ ВНИИГиМ

Россельхозакадемии, г. Рязань,

В.М. Яшин,

R. Meisner,

professor Umwelt Forschung Zentrum,

Рассмотрены последствия техногенеза пойменного ландшафта р.Оки на примере пригородного участка локально высокого загрязнения почв тяжелыми металлами. В рамках российско-германского научно-технического сотрудничества заложена опытная плантация ивы для изучения эффективности фиторемедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами.

ландшафт почва металл детоксикация

Aftereffects of a technogenesis of an inundated landscape of the river of Oka on an instance of a suburban plot locally high contamination of soils by heavy metals are observed. Within the limits of the Russian-German scientific and technical cooperation the experimental plantation of a willow for study of efficiency of a phytoremediation of the soils polluted by heavy metals is included.

Одной из актуальных проблем антропогенных агроландшафтов является оценка уровня их загрязнения тяжелыми металлами (ТМ) и выбор методов санации. Целью исследований, результаты которых обсуждаются в данной работе, было исследование результатов техногенеза пойменного агроландшафта для обоснования направлений использования деградированных земель и необходимости их детоксикации.

Объект исследований представляет собой типичный пойменный ландшафт в среднем течении р. Оки с естественной луговой и древесной растительностью, осушаемый открытым сбросным каналом сточных городских вод, находящемся в зоне влияния г. Рязани, дамбы автодороги Рязань - Н. Новгород и дамбы южной окружной дороги.

Почвы Окской поймы характеризуются высокими агротехническими свойствами. Реакция почвенного раствора изменяется от кислой до нейтральной, содержание глинистых частиц от 40 до 75 %, гумуса от 3...4 до 6 %. При антропогенном воздействии, благодаря таким свойствам, почвы выполняют роль геохимического барьера для загрязняющих веществ.

Как показали выполненные нами ранее исследования пойменных агроландшафтов р. Оки [1, 2], основным источником поступления ТМ в почву являются седименты, максимальная нагрузка которых достигала 1,3 кг/м². Из тяжелых металлов наибольших концентраций (2,2...4,0 %) достигает железо, выявлено загрязнение почв цинком (до 1,13 ПДК), отмечаются потенциально опасные уровни концентраций никеля (до 0,4 ПДК) и меди (до 0,3 ПДК). Содержание кадмия, свинца и мышьяка не превышает фоновых концентраций (рис.1). Уровень загрязнения пойменных почв Эльбы почти на порядок выше [3].

Современный этап исследований связан с изучением эффективности фиторемедиации почв в условиях более высокого уровня загрязнения почв тяжелыми металлами (от 2 до 10 ПДК), чем и был обусловлен выбор упомянутого объекта исследования.

Рисунок 1 - Концентрация тяжелых металлов (доли ПДК) в почвах Окской поймы

Общее содержание Pb, Zn, Ni, Fe, Mn в почвенных пробах определяли методом прямого рентгено-флуоресцентного анализа. Кислото-растворимые формы ТМ экстрагировали 5 мл HNO₃ при соотношении почвы и кислоты 1:5 при трехчасовом нагревании на водяной бане. Экстракт после добавления внутреннего стандарта Со выпаривали досуха, содержание ТМ в порошке проводили рентгено-флуоресцентным методом пределение Cd и Pb проводили атомно-абсорбционным методом.

Содержание в дикорастущих растениях Pb, Zn, Ni, Fe, Mn определялось после озоления пробы массой в 1 г и добавления к ней внутреннего стандарта (Co 400 мкг) методом прямого рентгено-флуоресцентного анализа на приборе «Спектроскан-Макс». Определение Cd и Pb проводили атомно-абсорбционным методом (МГА-915). Для этого золу растений предварительно растворяли в 2 мл HNO₃ (1:1) при нагревании, дистиллированной водой доводили объем до 10 мл.

Выполненные анализы проб почв объекта исследований показали (табл.1), что концентрация таких тяжелых металлов как цинк, никель, медь и свинец во всех горизонтах превышает ПДК. Причем наибольшая концентрация тяжелых металлов не в дерновом горизонте, а на глубине 50-80 см от поверхности почвы, где кратность превышения ПДК составляет: цинк - 52, 3; никель - 6,9; медь - 39,2; свинец -10,9 раза. Эти данные говорят об уникальности объекта исследования по уровню загрязнения ТМ в результате техногенеза. Отметим, что установленный уровень загрязнения сформировался в условиях постоянного воздействия на почву осадков сточных промышленных вод и других антропогенных факторов, и этот уровень в десятки раз выше уровня загрязнения аллювиальных почв, используемых в сельском хозяйстве.

Таблица 1 - Содержание ТМ (мг/кг) в профиле пойменной почвы р.Оки у г.Рязани

Исследование дикорастущих растений на содержание в них ТМ показывает (табл.2), что лучшими фиторемедиантами по свинцу являются ива, пижма и полынь; по кадмию, цинку и никелю - отмечается бесспорное доминирование ивы. Совместно с немецкими учеными заложена опытная плантация ивы для изучения эффективности фиторемедиации.

Опыт Германии показывает, что утилизация растений с высокой концентрацией ТМ методом термохимического разложения позволяет получать практически значимые количества газа и электроэнергии, не нарушая экологической безопасности.

Выполненные измерения физических показателей качества воды показали, что грунтовые воды имеют нейтральную реакцию водного раствора (рН=6,9), слабый восстановительный режим (ОВП = -4,7 мВ) и низкую электропроводимость 2 мкС/см². Экспресс-тестирование воды сточной канавы показало ее слабощелочную реакцию (рН=7,5), восстановительный режим (ОВП = -40 мВ) и низкую электропроводимость 1 мкС/см².

Таблица 2 - Содержание тяжелых металлов в дикорастущих растениях

Выводы

Приведенные результаты позволяют сделать следующие выводы:

· Почвенный профиль антропогенно загрязненной аллювиальной почвы характеризуется неравномерной концентрацией ТМ по горизонтам с наибольшим уровнем содержания ТМ в слое 50-80 см от поверхности почвы;

· Уровень антропогенного загрязнения почв на локальном участке пригородной поймы соответствует классу экологического бедствия. Приоритетный ряд загрязнителей (по относительной концентрации, нормированной по ПДК) - Zn (52,3)> Cu (39,2)> Pb(10,9)>Ni(6,9)>Mn(0,6)

· Наибольшей извлекающей способностью в отношении тяжелых металлов отличается ива, которая может быть рекомендована в качестве основного фиторемедианта.

· В рамках российско-германского научно-технического сотрудничества заложена опытная плантация ивы для изучения эффективности фиторемедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами.

Литература

3. Rupp H., Kruger F.,Buttner O. u.a. Wirkung von Hochwasserereignissen auf die Schadstoffbelastung von Auen und kulturwirtschaftlich genutzten Bцden im Uberschwemmungsbereich von Oka und Elbe/Endbericht 1996 bis 1999-Falkenberg, 2000 -166 s.

Размещено на Allbest.ru