Удк: 502.3: 504.5 (470.55) миграция тяжелых металлов в системе «почва - растения» в зоне деятельность оао "огк-2" - троицкая грэс

Мурзабаев А.Б., магистрант 1 года обучения факультета биотехнологии Игуменщева М.В.. студентка 4 курса факультета биотехнологии

Научный руководитель: канд. биол. наук Мещерякова Г.В

Фгбоу впо "Уральская государственная академия ветеринарной медицины". Г. Троицк

Почва аккумулирует химические загрязняющие вещества, предупреждая их поступление в природные воды и очищая от них атмосферный воздух. В почве они претерпевают значительные изменения и могут быть минерализованы и трансформированы в соединения, не оказывающие токсичного действия на живые организмы [1, 2]. Работы многих исследователей показали (Ю.В.Новиков; В.Ф.Протасов), что между химическим составом растений и элементным составом среды существует определенная связь, но прямая зависимость содержания тяжелых металлов в растениях от содержания компонентов в биосферы часто нарушается из-за избирательной способности растений к накоплению элементов в необходимом количестве. Использование многолетних растений в качестве объектов исследования состояния экосистем имеет ряд преимуществ, благодаря их многочисленности, широкой распространенности и аккумуляции химических элементов.

Троицк - город в России, административный центр Троицкого района Челябинской области, расположен в зоне критической экологической ситуации. В городе насчитывается свыше 10 промышленных предприятий, которые имеют источники выбросов вредных веществ в атмосферу. Основной вклад - 99,3 %, в выбросы загрязняющих веществ в атмосферу города вносит Филиал ОАО "ОГК-2" - Троицкая ГРЭС, работающая на экибастузских углях с 50% -ной зольностью.

На основании вышеизложенного целью установить степень накопления тяжелых металлов в почве и растениях и сделать заключение о степени загрязненности почв и растений, в зоне деятельности ОАО «ОГК - 2» Троицкая ГРЭС.

Материал и методы исследования. Исследования снежного покрова и почв проводились в соответствии с нормативно-методическими документами: «Методические рекомендации по оценке степени загрязнения атмосферного воздуха населенных пунктов металлами по их содержанию в снежном покрове и почве» 5174-90; «Методическим рекомендациям по геохимической оценке загрязнения территории городов химическими элементами» [5].

Отбор проб почвы осуществлялся после снеготаяния (в конце апреля начале мая 2012г.). При выборе точек отбора проб почвы и растений учитывали удаленность их от гидроэлектростанции. Отбор проб осуществляли в области предполагаемого поступления загрязнений, на территории, прилегающей к ГРЭС, и на аналогичной в ландшафтном отношении территории, испытывающей техногенного воздействия в минимальной степени.

Контрольные точки отбора проб снега и почвы: 1 и 2 – границы сельского поселения Бобровка; 3 – 1000 м от территории ГРЭС; 4 – проходная ГРЭС; 5 – лесной массив; 6 – центральная площадь п. ГРЭС; 7 – п. Санаторный.

Исследования проводили на кафедре общей химии и экологического мониторинга и в межкафедральной лаборатории УГАВМ. Пробы талой воды и почвы исследовалась на содержание тяжелых металлов методом атомно-абсорбционной спектрометрии на спектрофотометре ААS-30. Принцип метода заключается в изменении резонансного поглощения света определенной длины волны атомами металла, находящимися в виде атомного па­ра в основном (невозбужденном) состоянии.

Результаты исследований. Как показывают результаты наших исследований, концентрация химических элементов в почвах поселка ГРЭС и близлежащих районов находится в пределах ПДК. Уровень содержания цинка составляет 54,3 – 68,4 % от ПДК, а концентрация меди и кобальта варьирует в пределах 5,3 – 11,8 % от допустимого значения. На этом фоне содержание опасных химических элементов – никеля и свинца в изучаемых почвах находится в пределах допустимой концентрации и составляет в среднем 13,28 ± 0,54 и 60,25±3,62 мг/кг, соответственно.

Нами установлено, что концентрация железа в пробах почв взятых в п. Бобровка в 2,4 раза выше, чем в пробах, взятых на центральной площади поселка ГРЭС. Уровень содержание меди и свинца в пробах, отобранных на расстоянии 1000 метров от территории ГРЭС в 1,5 - 6,4 раза превышает значения, полученные в остальных пробах. Концентрация цинка, марганца и никеля в пробах почв отобранных на центральной площади поселка в 1,3 - 4,3 раза выше, чем в пробах из других точек. Наименьшие концентрации тяжелых металлов зарегистрированы в пробах снежного покрова и почв отобранных с территорий лесной зоны и п. Санаторный. Вероятно, в лесной зоне древесно-кустарниковая растительность выполняет роль барьера, задерживая частицы пыли, следовательно, и тяжелые металлы, а п. Санаторный находится с подветренной стороны от основного источника загрязнения данного района.

Для характеристики местных геохимических особенностей были рассчитаны кларки концентраций (КК) – отношение среднего содержания микроэлементов в почве к условному мировому кларку почв.

Кларки концентраций цинка и свинца составили 0,956; 0,982 следовательно количество этих элементов близко к общемировому кларку (среднее содержание для всех типов почв Земли). Кларк концентраций по меди, марганцу и кобальту составил 0,575; 0,493; 0,452, то есть уровень этих химических элементов фактически на 43,4, 51,3 и 55,6 % ниже, чем мировой кларк.

На основании проведенных расчетов и анализа, можно с уверенностью сказать, что цинк и свинец находятся в пределах мирового кларка, железо находится в очень малой концентрации относительно мирового кларка.

Проведя анализ исследуемых данных нами был рассчитан коэффициент загрязнения (К₀), который определяет степень накопления солей химических элементов в почвах. К₀ во всех элементах не превысил 1, это может означать что химические элементы исключительно «захватываются» почвой, так как подтверждается результатами рассчитанных коэффициентов: железо (0,014); медь (0,115); цинк (0,478); кобальт (0,09); свинец (0,259); марганец (0,237); кадмий (0,034); никель (0,354).

Ряд химических элементов по убыванию коэффициента загрязненности почв, прилегающих к ОАО ОГК -2 «Троицкая ГРЭС», можно представить таким образом: Zn > Ni > Pb > Cu > Cd > Co > Fe

Следует отметить, что в многолетних растениях, произрастающих в лесном массиве и на границе сельского поселения Бобровка, концентрация железа находится на оптимальном для растений уровне и составляет 24,56 ± 1,23 и 45,22 ± 2,26 мг/кг. Уровень содержания железа в растениях, произрастающих на территории прилегающей к основному источнику загрязнения составляет 8,2 – 18,9 % от ПДК.

Уровень содержания меди в пробе отобранной в лесном массиве и на центральной площади п.ГРЭС составляет - 1,16 ± 0,06 мг/кг и 1,11 ± 0,06 мг/кг, что в 27 и 25,8 раз меньше предельно допустимого значения. В исследуемых пробах концентрация цинка не превышает ПДК, и значительно ниже оптимального содержания. Наибольшие концентрации отмечены в пробах 5 и 6, и составили 10, 2 % и 9,4 % от предельного значения. Уровень содержания кобальта в исследуемых пробах значительно ниже оптимальных значений. Так, наибольшая концентрация кобальта зарегистрирована в пробе на центральной площади поселка ГРЭС, и составляет 0,0055 ± 0,001 мг/кг.

Содержание свинца в пробах многолетних растений в 45,5 раз меньше предельных значений, самое большое содержание обнаружено на границе села Бобровка и на центральной площади поселка ГРЭС в 52,6 и 67,6 раз в меньше ПДК. Концентрация кадмия находится в пределах допустимых значений, наиболее высокие концентрации зарегистрированы в пробах, отобранных на границе сельского поселения Бобровка и поселка Санаторный, которые составили 2,67 % и 3,34 % от ПДК. Уровень содержания никеля в пробе почвы взятой на границе села Бобровка, составляет 0,76 ± 0,04 мг/кг, что в 4 раза меньше предельно допустимых концентраций, но в 9,5 раз больше, чем в пробе, отобранной на проходной ГРЭС.

Уровень содержания тяжелых металлов в многолетних растениях находится в пределах допустимых значений. Но можно отметить, что концентрация всех исследуемых тяжелых металлов в растениях, взятых с центральной площади поселка ГРЭС значительно выше, чем в остальных пробах, в среднем в 7,43 – 9,26 %.

Данные о миграции тяжелых металлов в системе « почва – растения» могут послужить основой для организации экологического мониторинга природной среды.

Количественной характеристикой способности поглощать и аккумулировать химические элементы является безразмерный коэффициент биологического поглощения объекта (КПБ)

Тяжелые металлы из почвы захватываются растениями, что подтверждается коэффициентом биологического поглощения, который ниже 1,0. Наибольшей биофильностью (поглощаемостью) обладает медь (КБП – 0,41), так же высока поглощаемость у цинка (КБП – 0,24). А самый низкий коэффициент у кобальта (КБП – 0,023) и марганца (КБП – 0,021).

Таким образом, наиболее подверженной техногенному воздействию является территория, непосредственно прилегающая к электростанции и жилого массива поселка ГРЭС. Химические элементы марганец, цинк, никель, свинец интенсивно захватываются почвой, но не поглощаются, так как коэффициент опасности не превышает 1,0 и составляет 0,493; 0,478; 0,354 и 0,259. Тяжелые металлы из почвы захватываются растениями, что подтверждается коэффициентом биологического поглощения, который ниже 1,0. Наибольшей биофильностью (поглощаемостью) обладает медь (КБП – 0,41), так же высока поглощаемость у цинка (КБП – 0,24).

Литература:

1. Алексеев, В.В. Энергетика и экология / В.В. Алексеев, Н.А. Рустамов // Экология и жизнь. – 1997. – №2-3. – С. 41-46

2. Голицын, А.Н. Промышленная экология и мониторинг загрязнения природной среды: Учебник / А.Н. Голицын. – М.: Оникс, 2007. – 336 с.

3. Новиков, Ю.В. Экология, окружающая среда и человек / Ю.В. Новиков. – М.: ФАИР-ПРЕСС, 2005. – 736 с.

4. Протасов, В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России / В.Ф. Протасов. – М.: Финансы и статистика, 2001. – 672 с.

5. Ревич, Б. А. Методические рекомендации по геохимической оценке загрязнения территории городов химическими элементами/ Ю. Е. Сает, Р. С. Смирнова, Е. П. Сорокина. - М.: ИМГРЭ, 1982. -112 c.

УДК 636.32/38