Влияние техногенного загрязнения на почвенный и растительный покров на юге и юго-востоке Казахстана

Размещено на http://www.allbest.ru/

Влияние техногенного загрязнения на почвенный и растительный покров на юге и юго-востоке Казахстана

Рамазанова Р.Х., Кекилбаева Г.Р., Хамзина Б.Н.

Казахский агротехнический университет им. С.Сейфуллина

На сегодняшний день исключительно большую тревогу вызывают прогрессирующие процессы техногенного загрязнения агроэкосистем: сельскохозяйственных угодий и водных источников тяжелыми металлами, химическими органическими и другими видами токсикантов. Основными источниками техногенного загрязнения являются предприятия нефте-, газодобывающей, нефтеперерабатывающей, металлургической промышленности, выбросы автотранспорта, ТЭЦ.

В Республике Казахстан площадь земель сельскохозяйственного назначения сократилась на 15 млн.га, одной из причин этого явилось техногенное загрязнение территорий, прилегающих к промышленным предприятиям, которые интенсивно развивались в последние годы. К примеру, Карачаганакское НГКМ, заводы цветной металлургии в Восточно-Казахстанской, Южно-Казахстанской, Павлодарской, Акмолинской и др. областей.

В связи с этим нами проведены исследования с целью оценки современного экологического состояния почвенного и растительного покрова в зонах интенсивных промышленных нагрузок на юге и юго-востоке Казахстана.

В качестве объектов исследований были выбраны сероземы обыкновенные, прилегающие к территориям Алматинской ТЭЦ-2 и ЗАО «Южполиметалл» (бывший Шымкентский свинцово-цинковый комбинат).

Анализ физико-химических свойств сероземов обыкновенных Алматинской области показал, что по гранулометрическому составу почвы являются легким суглинком с содержанием физической глины 20,3-21,4%. В профиле почв содержание воднорастворимых солей очень низкое (сумма солей в пределах 0,054-0,062 %). Среди анионов преобладает НСО₃^- (0,47-0,54 мг-экв.). Среда щелочная, обусловленная карбонатностью почвы, причем карбонатов и щелочность с глубиной возрастают (рН от 7,98 до 8,18; СО₂ карбонатов от 3,41 до 9,3 %). Емкость поглощения низкая и по профилю находится в пределах 11-12,5 мг-экв. на 100 г почвы. Среди поглощенных оснований доминирует кальций (75-88 % от суммы), поглощенного натрия в пахотном горизонте 3,1-3,3 % от суммы, глубже он возрастает до 6-7 %, но морфологических признаков солонцеватости не обнаружено.

Для описания сероземов обыкновенных южных нормальных был заложен разрез в 3 км южнее г. Шымкента в пределах слабовыпуклого водораздела увала на абсолютной высоте 550 м под низкотравной эфемерово-эфемероидной растительностью (сомкнутость травостоя 80-90%, его высота 15-25 см). Гранулометрический состав сероземов обыкновенных южных нормальных тяжело- и среднесуглинистые. Почвы в целинном состоянии содержат 1,5-2% гумуса и 0,09-0,15% общего азота при отношении органического углерода к азоту 7,5-10.

Содержание карбонатов в поверхностном слое этих почв составляет 7-14% и увеличивается с глубиной, достигая максимума (20-26%). Сумма поглощенных оснований колеблется в пределах 10-14 мг-экв на 100 г почвы и несколько уменьшается, в большинстве случаев с глубиной. Поглощающий комплекс этих сероземов насыщен в основном кальцием, содержание поглощенного натрия крайне незначительное. Реакция водных почвенных суспензий щелочная, несколько усиливающаяся с глубиной.

Обеспеченность неудобрявшихся почв подвижными формами питательных веществ в наших примерах средняя - калием, слабая и средняя - фосфором, средняя и хорошая - азотом. Довольно хорошая обеспеченность подвижным азотом.

Отбор почвенных проб проводился в направлении господствующих ветров на расстоянии 50 м, 100 м, 400 м, 1000 м, 3000 м, 5000 м на глубину 0-20 и 20-40 см, также одновременно отбирались растительные образцы.

Результаты исследований

Проблема тяжелых металлов (ТМ) в условиях загрязнения требует пристального внимания, особенно в пригородных зонах крупных мегаполисов, где необходим постоянный контроль за почвой и гигиеническая оценка производимой продукции. Согласно исследованиям, чем выше суммарная буферность почвы и внесенных в нее органических субстратов, тем меньше негативное воздействие техногенных загрязнителей. Кроме общего уменьшения влияния загрязнения при контролируемом повышении буферности системы отмечена возможность количественной коррекции поглощения макроэлементов [1,3]. Поэтому это свойство почвы следует учитывать при оценке степени загрязнения и как средство борьбы с загрязнением.

Ввиду того, что загрязненные почвы часто используются для выращивания сельскохозяйственных культур, встает вопрос об их пригодности и восстановлении их плодородия. В этом случае необходимо знать агрохимические характеристики почв, ввиду того, что в число профилактических мер входит их окультуривание, направленное на повышение содержания гумуса и обогащение фосфатами [2,4]. Применительно к ТМ наиболее опасными путями их движения считаются пищевая цепочка «почва - с/х культуры - человек» и нисходящее перемещение в почвенном профиле до грунтовых вод. Наиболее уязвимым в отношении загрязнения считаются почвы легкого гранулометрического состава и небольшим содержанием гумуса. Анализ данных агрохимических показателей почв показал, что почвы в районе АТЭЦ-2 имеют более высокие показатели содержания подвижных форм питательных веществ и гумуса (таблица 1).

Таблица 1 - Агрохимические показатели почвы техногенно загрязненных районов

В зависимости от направления отбора образцов особого отличия в содержании гумуса почвы не имеют и оно считается невысоким 1,36-1,41%, что требует при ведении с/х производства внесения каких-либо видов органических удобрений.

Почвы же в районе ЗАО «Южполиметалл» содержат значительно меньше как минеральных форм азота, так и подвижного фосфора, содержание гумуса меньше 1%, что не характерно для сероземных почв, и соответственно у этих почв в связи с низкой буферностью устойчивость к воздействию загрязнения почв тяжелыми металлами будет очень низкая.

Нами выявлено, что большая степень накопления ТМ характерна для почв с низким содержанием органического вещества. ТМ, накапливаясь в почве, способствуют увеличению доли углерода в составе гумуса, некоторое увеличение фракций фульвокислот, происходит связывание подвижного фосфора в почве, снижается биологическая активность почв. Так, при анализе почв, отобранных в зонах техногенного загрязнения, выявлено, что хотя в сравнении с целинными сероземами содержание гумуса изменяется незначительно, но соотношение углерода к азоту увеличивается и изменяется соотношение гуминовых и фульвокислот. При этом увеличение загрязнения почв вызывает эти изменения в составе гумуса (таблица 2).

Таблица 2 - Изменение свойств почв в промышленных зонах (почвы, наиболее загрязненные в восточном направлении), слой почвы 0-20 см

Выявлено, что для тяжелых почв характерна большая аккумуляция в горизонтах 10-20 и 20-30 с глубиной их содержание несколько снижается. В восточном направлении почвы в зоне действия АТЭЦ-2 загрязняются в большей степени. Растительный покров обследуемой территории изрежен и представлен в основном многолетними травами (чаще люцерна) либо залежью.

Для почв легкого гранулометрического состава характерно максимальное содержание цинка, кадмия, свинца в верхней части профиля в гумусовом горизонте, минимальное содержание меди. Для тяжелосуглинистых почв максимальное количество меди, цинка, кадмия, отмечается в нижних горизонтах, свинец накапливается в верхних горизонтах.

По результатам анализов на содержание подвижных форм тяжелых металлов, извлекаемых раствором ацетатно-аммонийного буфера (рН 4,8), приведенным в таблице 3 содержание железа и цинка в сероземных почвах на территории Алматинской ТЭЦ-2 в восточном направлении уменьшается с 9,7 и 0,66 мг/кг на расстоянии от объекта 100 м до 56,59 и 2,15 мг/кг на расстоянии 10000 м. Содержание свинца и кадмия снижается при удалении от объекта на 400 м с последующим возрастанием до 10 км.

Таблица 3 - Содержание подвижных форм ТМ в почвах техногенно-загрязненных районов

Содержание свинца колеблется в пределах 2,68-6,15 мг/кг почвы и его можно считать потенциально опасным, так как по категории загрязненности эти почвы относятся от среднего до очень высокого уровня загрязнения, поэтому с особой осторожностью здесь можно допускать возделывание сельскохозяйственных культур или проведение каких-либо детоксикационных мероприятий.

Загрязнение почв кадмием в сравнении с фоновым содержанием увеличивается в 5 раз и составляет 0,09-0,58 мг/кг почвы.

Четко выраженной зависимости между содержанием ТМ и расстоянием от объекта не установлено, загрязнение происходит в двух направлениях.

Исследования химического состава культурных растений, произрастающих на техногенно загрязненных почвах в районе АТЭЦ-2 и ЗАО «Южполиметалл» показали, что цинк больше накапливают травы 38,9-48,1 мг/кг, в зерновых их количество меньше (таблица 4).

Таблица 4 - Среднее содержание тяжелых металлов в культурных растениях техногенно загрязненных территорий

Значительное количество кадмия и свинца аккумулируется в также сене люцерны и однолетних трав.

При этом в растениях, выращенных в районе ЗАО «Южполиметалл» уровень содержания тяжелых металлов в 2-3 раза выше, чем в растениях, отобранных с почв на территории АТЭЦ-2. Причем весьма значительные различия отмечаются по содержанию свинца и меди.

Заключение

1 Почвы в районе АТЭЦ-2 имеют более высокие показатели содержания подвижных форм питательных веществ и гумуса, чем почвы в районе ЗАО «Южполиметалл», соответственно у этих почв в связи с низкой буферностью устойчивость к воздействию загрязнения почв тяжелыми металлами очень низкая. В течение длительного времени, интенсивность накопления тяжелых металлов в почвах, расположенных на более близком расстоянии от источника выбросов, становится меньше. При этом увеличивается содержание валовых форм. Тогда как с удалением от источника накопление идет более интенсивно с увеличением содержания подвижных форм.

2 В почвах, отобранных в зонах техногенного загрязнения, в сравнении с целинными сероземами содержание гумуса изменяется незначительно, но соотношение углерода к азоту увеличивается и изменяется соотношение гуминовых и фульвокислот. При этом увеличение загрязнения почв вызывает эти изменения в составе гумуса. Для почв легкого механического состава характерно максимальное содержание цинка, кадмия, свинца в верхней части профиля в гумусовом горизонте, минимальное содержание меди. Для тяжелосуглинистых почв максимальное количество меди, цинка, кадмия, отмечается в нижних горизонтах, свинец накапливается в верхних горизонтах. загрязненный почва металл растение

3 Минимальное содержание подвижных форм кадмия и свинца для сероземных почв можно признать в качестве гигиенического норматива, отражающего возможную опасность загрязнения растительной продукции.

Литература

1. Помазкина Л.В., Котова Л.Г., Лубнина Е.В. Биогеохимический мониторинг и оценка режимов функционирования агроэкосистем на техногенно загрязняемых почвах. - Новосибирск, 1999. - 208 с.

2. Еремин Е.В. Состояние агроценозов вдоль автомагистралей и железных дорог // Агрохимический вестник . - 2002. - №3. - С.12.Овцинов В.И.

3. Большаков В.А., Борисочкина, Т.И., Краснова Н.М. Нормирование загрязняющих веществ в почве //Химия в сельском хозяйстве. 1991, №9. - С. 10-14.

4. Овцинов В.И. Влияние загрязнения почв тяжелыми металлами на сельскохозяйственные растения // Агрохимический вестник - 2005. - №1. - С.29-32.

Размещено на Allbest.ru