Целью данного исследования явилось изучение загрязнения тяжелыми металлами (ТМ) почв окрестностей 3 разных карьеров по добыче полезных ископаемых - угля (Коркинский угольный разрез), известняка (Агаповское месторождение флюсовых известняков) и медно-цинковой руды (месторождение «Молодежное»).
Объектами исследования являются карьеры по добыче разных полезных ископаемых, расположенные на территории Челябинской области - района, включающего территории сосредоточения разнообразного спектра промышленных объектов. Эти условия способствуют накоплению различного рода ТМ в объектах окружающей среды, которые накладываются на естественный повышенный фон, что особенно хорошо видно в контрольных образцах, отобранных вдали от мест добычи и переработки полезных ископаемых.
Коркинский угольный разрез, расположенный в Коркинском районе Челябинской области, является одним из самых больших в мире разрезов по добыче угля и одним из самых крупных техногенных нарушений России, глубиной около 500 метров, диаметром около 4 км. Был открыт в 1931 году. На данный момент шахта Коркинская закрыта [6].
Агаповское месторождение флюсовых известняков расположено в Агаповском районе Челябинской области и разрабатывается открытым способом с применением взрывных работ с 1931 г. по настоящее время.
Месторождение медной руды «Молодежное», открытое в 1961 г., расположено в поселке Межозёрный Верхнеуральского района Челябинской области. В 1977 г. была начата вскрыша месторождения, а добыча медно-цинковой руды - в 1981 г. Руда отличалась высоким содержанием меди (2,6 %) и цинка (3,4 %). Отработка основных рудных тел осуществлялась более 25 лет и была завершена в начале 2003 г. Фактическая глубина карьера от земной поверхности оставляет от 200 до 260 м. В настоящее время производится доработка остальных, более мелких рудных тел, расположенных на дне и в бортах карьера.
Материалы и методы исследования
Пробы почв были отобраны на пробных площадках на удалении 20, 50, 100, 500 и 1000 м от источника загрязнения. Отбор образцов почв из слоя 0-10 см методом «конверта», их транспортировка и хранение были проведены в соответствии с общепринятой методикой отбора проб для проведения почвенного мониторинга [3,4,5]. Валовое содержание ТМ (Cu, Zn, Pb, Cd, Fe, Mn, Ni, Co) и их подвижные формы, извлекаемые из почвы аммонийно-ацетатным буфером при рН 4,8, были определены методом атомной абсорбции в соответствии с методическими указаниями ЦИНАО [7]. Для оценки степени загрязнения почв ТМ по меди, цинку, никелю, марганцу, свинцу и подвижному кадмию и кобальту были использованы общепринятые в экологии значения ПДК [1] либо ОДК для почв, близких к нейтральным, нейтральным (суглинистым и глинистым), pH KCl > 5,5 [2], валовому содержанию железа, кобальта и кадмия - РГФ [8,9,10].
Результаты исследования и их обсуждение
Данные по содержанию ТМ в исследуемых почвах приведены в таблице 1:
Таблица 1
Содержание ТМ в верхнем слое почвы окрестностей карьеров (мг/кг почвы) (жирным шрифтом выделены значения, превышающие ПДК либо РГФ)
|
Место отбора проб |
Содержание тяжелых металлов (min-max), мг/кг |
|||||||
|
Cu |
Zn |
Fe |
Ni |
Mn |
Cd |
Pb |
Co |
|
|
Содержание валовых форм ТМ |
||||||||
|
Коркинское месторождение |
31,3-127,3 |
48,3-262,0 |
23700,0-78100,0 |
35,8-84,5 |
428,0-847,5 |
0,3-1,3 |
6,0-24,5 |
0,8-2,0 |
|
Агаповское месторождение |
11,8-57,0 |
47,3-480,3 |
34625,0-72950,0 |
26,0-59,8 |
393,5-1160,5 |
0,3-1,0 |
17,3-34,0 |
0,3-3,0 |
|
Месторождение Молодежное |
17,8-136,3 |
76,3-177,5 |
39775,0-105525,0 |
27,0-50,8 |
214,0-870,5 |
0,3-1,3 |
7,3-16,0 |
0,3-1,3 |
|
ПДК /ОДК (*РГФ) |
55/132 (49*) |
100/220 (223*) |
27533* |
85/80 |
1500 |
/2,0 (0,22*) |
32/130 |
15* |
|
Содержание подвижных форм ТМ |
||||||||
|
Коркинское месторождение |
3,5-11,5 |
5,5-76,5 |
545,0-1309,5 |
3,5-9,8 |
21,8-76,0 |
<0,001 |
0,3-1,0 |
<0,001 |
|
Агаповское месторождение |
6,0-13,8 |
6,0-57,0 |
603,5-1219,8 |
3,5-10,3 |
18,5-60,5 |
<0,001 |
0,5-2,0 |
<0,001 |
|
Месторождение Молодежное |
9,5-19,3 |
16,0-89,8 |
497,0-1305,8 |
3,0-13,5 |
11,0-76,8 |
<0,001 |
0,3-1,8 |
<0,001 |
|
ПДК |
3 |
23 |
- |
4 |
140 |
- |
6 |
5 |
Медь. Валовой РГФ Cu установлен на уровне 49 мг/кг, для черноземов - 25 мг/кг. Валовое содержание меди в изучаемых почвах варьировало в широких пределах от 11,8 до 136,3 мг/кг, и в основном находилось в пределах ПДК, за исключением пробных площадок, расположенных на удалении 20 м от Коркинского карьера и 100 и 1000 м - от месторождения «Молодежное». Содержание подвижных форм Cu в исследуемых почвах изменялось в пределах от 3,5 до 19,3 мг/кг и во всех случаях превышало ПДК, наибольшее количество отмечено в почвах окрестностей месторождения «Молодежное».
Цинк. РГФ для валового содержания Zn составляет 223, а ПДК 100 мг/кг. ПДК для подвижного цинка составляет 23 мг/кг. Концентрация валовых форм Zn была ниже РГФ и изменялась в пределах от 47,3 до 480,3 мг/кг, превышая ПДК в почвах некоторых площадок. Содержание подвижных форм Zn в исследуемых почвах варьировало в диапазоне от 5,5 до 89,8 мг/кг, превышая ПДК в 20 м от ИЗ в Коркинском и Агаповском карьерах, а в «Молодежном» - в 100-1000 м от ИЗ, достигая значений до 4 ПДК.
Железо. РГФ для валового содержания Fe установлен на уровне 27533 мг/кг, кларк - 25000 мг/кг. Валовое содержание Fe превышало кларк практически во всех изученных почвах, а содержание подвижных форм Fe варьировало в пределах от 497,0 до 1309,5 мг/кг.
Никель. РГФ для валового содержания Ni составляет 58,7 мг/кг, фон для черноземов - 45 мг/кг. Концентрация валовых форм Ni находилась в диапазоне от 26,0 до 84,5 мг/кг, в пределах ПДК. Содержание подвижных форм Ni в исследуемых почвах варьировало в пределах от 3,0 до 13,5 мг/кг, что превышало ПДК, в особенности, в почвах окрестностей Молодежного карьера.
Марганец. РГФ для валового содержания Mn в почвах исследуемых территорий составляет 525,4 мг/кг. Содержание валовых форм Mn находилось в диапазоне от 214,0 до 1160,5 мг/кг, что превышало РГФ, но было ниже уровня ПДК. Содержание подвижных форм Mn в исследуемых почвах варьировало в пределах от 11,0 до 76,8 мг/кг и не превышало допустимых значений.
Кадмий. РГФ для валового содержания Cd составляет 0,22 мг/кг/ Концентрация валовых форм Сd была значительно выше этой величины и изменялась в пределах от 0,3 до 1,3 мг/кг. Содержание подвижных форм Cd в исследуемых почвах во всех случаях значительно ниже ПДК.
Свинец. РГФ для валового содержания Pb составляет 21,8 мг/кг. Концентрация валовых форм Pb в почвах, находящихся под воздействием карьеров, варьировала от 6,0 до 34,0 мг/кг, но не превышала ПДК, за исключением площадки в 20 м от Агаповского карьера. Содержание подвижных форм Pb в исследуемых почвах было в пределах допустимых значений и варьировало от 0,3 до 2 мг/кг.
Кобальт. Для валовых форм РГФ установлен на уровне 15,0 мг/кг, для черноземов 15 мг/кг. Валовое содержание Co в почвах изученных карьеров изменялось от 0,3 до 3,0 мг/кг в пределах РГФ. Содержание подвижных форм металла значительно ниже ПДК.
Таким образом, в окрестностях карьеров по добыче полезных ископаемых (Коркинский угольный разрез, Агаповское месторождение флюсовых известняков, месторождение медно-цинковой руды «Молодежное»), а также на контрольных площадках вдали от мест добычи и переработки полезных ископаемых отмечено превышение ПДК по валовым формам Cu, Zn, Fe, Cd, по подвижным формам - по Cu, Zn, Ni. Значительное превышение меди и цинка в месторождении «Молодежное» по сравнению с другими связано с добычей медно-цинковой руды. Несмотря на прекращение разработки карьера, почвы его окрестностей по-прежнему остаются загрязнёнными ТМ, что создает угрозу экологической безопасности региона. Этот факт диктует необходимость организации мониторинговых исследований на территориях региона, находящихся в зоне влияния действующих и отработанных объектов горнорудной промышленности.
Рецензенты:
Суюндуков Я.Т., д.б.н., профессор, директор ГАНУ Институт региональных исследований Республики Башкортостан, г. Сибай;
Янтурин С.И., д.б.н., профессор, зав. кафедрой экологии Сибайского института (филиала) Башгосуниверситета, г. Сибай.