Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

Поляков А.Д., Логуа М.Т.

Территория Кузбасса стала зоной экологического бедствия. Среди многочисленных чужеродных веществ, попадающих в пищевые продукты, тяжелые металлы относятся к наиболее опасным токсическим элементам. Поэтому при проведении программ по контролю пищевых продуктов по этим веществам уделяют первоочередное внимание. Из-за их способности накапливаться в растениях и по пищевым цепям поступать в организм человека и животных в опасных концентрациях, чрезвычайно важно установление путей перемещения этих ингредиентов в природную среду, накопления в почве и миграции в системе почва - биота.

Основная масса техногенных выбросов тяжелых металлов локализуется на сравнительно небольшой площади, конфигурация которой определяется рельефом местности, почвенным покровом и направлением господствующих ветров. Зоны локального загрязнения приурочены к промышленным предприятиям, автомагистралям с интенсивным движением, пригородам [1,3]. По имеющимся данным в зоне среднетаежных лесов влияние небольшого населенного пункта сказывается на расстоянии до 5 км [2].

Для обследования почв на предмет содержания тяжелых металлов закладывались пробные площадки по восьми румбам и направлениям частей света. Длина каждого вектора - 30 км от центра (с. Борисово). В направлении каждого вектора закладывалось 75 пробных площадок, которые располагались не ближе 500 метров от автомобильных трасс и железнодорожных линий. Подвижные формы извлекались ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН - 4,8. Содержание металлов в пробах определялось на высоко чувствительном атомно-абсорбционном спектрофотометре, имеющем корректор фона, с применением графитовой кюветы (модель ААС-30). Чувствительность определения - 0, 01 мг/кг, относительная погрешность - 9,7 %. Отобрано и проанализировано на предмет содержания тяжелых металлов 1100 почвенных и 350 растительных образцов.

Для экологической оценки загрязнения территории, прилегающей к санаторию Борисовский, нами выбрано содержание тяжелых металлов в компонентах экосистем, как наиболее стабильных по времени нахождения, так и степени воздействия их на живые организмы.

Добыча и сжигание углей основных семи марок (Громов, 1986) в Кузбассе приводит к тому, что в окружающую среду выбрасывается большая группа высокотоксичных органических, металлорганических соединений, содержащих избыток тяжелых металлов с разной степенью токсичности и вредности для организма человека и животных.

Среди тяжелых металлов кадмий занимает особое положение, обусловленное широким набором источников техногенного загрязнения и повышенной способностью проникать в растения. Кадмий опасен в любой форме: доза в 30-40 мг при приеме внутрь оказывается смертельной. Выведение из организма происходит очень медленно. По данным Давыдовой С.Л. (1991) за сутки удаляется всего 0,1%. Часто отравление кадмием носит хронический характер. Растения способны поглощать до 70% кадмия из почвы и из воздуха до 80%. Загрязнение кадмием почв ЗАО «Мельковское» в среднем составляет от 0,40 до 2,5 мг/кг. Максимальное содержание в растениях потребляемых крупным рогатым скотом наблюдается в районе полей № 2 и № 3, находящихся на расстоянии 3-4 км от деревни. По уровню накопления в зеленой массе можно потенциально судить о складывающейся санитарно-гигиенической обстановке на территории ЗАО «Мельковское». В пятикилометровой зоне от центра села наблюдается в основном равномерное распределение этого токсиканта. В северном направлении отмечено повышенное содержания его в почве. В растительной продукции поедаемой домашними животными точки максимального загрязнения находятся также в северном направлении и сориентированы на площади, прилегающей к автомобильным трассам с высокой нагрузкой и к зоне усиленной ветровой эрозии. В месте заготовки сена максимальная концентрация обнаружена на поле № 3, находящимся у асфальтовой трассы (4 км от села). Содержание его составило 1,19 мг/кг (ПДК 0,3 мг/кг).

Накопленный в организме человека и домашних животных кадмий плохо выводится и около 75% от общего поступившего количества удерживается. Негативное влияние кадмия на функции органов животных и человека проявляется со временем. Он является чрезвычайно сильным токсикантом. В образцах молока, взятых с территории бывшей деревни Михайловка, где максимальное содержание его зарегистрировано в дозе 0,09 мг/л (ПДК равны 0,08 мг/л). Данная концентрация в продукции животноводства опасна не только для детей, но и для взрослых людей.

Теоретическая техногенная аномалия загрязнения кадмием представляет собой ряд концентрических окружностей. Но в отличие от промышленной зоны города Кемерова экстремальные концентрации рассредоточены по изолированным точкам, хотя общий характер распределения максимума приурочен к пойме реки Томи. Повышенные концентрации содержания подвижного кадмия совпадают со среднегодовой розой ветров. Максимальное загрязнение подвижными формами зарегистрировано в районе поймы реки Томи, что в 12 км от деревни и составило 4,5 мг/кг.

По векторам (румбам) картина загрязнения следующая:

- Северное направление: минимум 3,18 мг/кг в 25 км от центра села, максимум 6,17 мг/кг Перехляйская поляна (ПДК 3,0 мг/кг);

- Восточное направление: минимум 0,16 мг/кг с. Каменка максимум 0,33 мг/кг окрестности с. Тараданово;

- Южное направление: минимум 0,18 мг/кг берег озера, максимум 0,37 мг/кг на Перехляйской поляне;

Западное направление: минимум 0,1 мг/кг пустырь в 1 км от моста через речку, максимум 0,2 мг/кг в 5-ти км от села на заимке.

Одним из опасных компонентов-загрязнителей почвенного покрова тяжелыми металлами является никель, который легко улетучивается при температуре обычной для большинства промышленных процессов. Он во многом сходен с органическим веществом, отсюда его высокая концентрация в угле, нефти и др. источников энергии. Это элемент среднего потенциала загрязнения (третья группа). Среднее валовое содержание в почвах составляет 40 мг/кг. Лучшим его сорбентом в почвах является органическое вещество. От всех примесей в угле содержание никеля составляет 0,01 %.

Избыточное поступление его в организм человека приводит к патологии паренхиматозных органов, нервной, сердечно-сосудистой систем, органов дыхания, желудочно-кишечного тракта, кроветворения, обменных процессов. Вызывает дерматиты, экземы и стимулирует рост злокачественных опухолей.

Предельно-допустимая концентрация (ПДК) никеля в почве 20 мг/кг (валовое содержание) и 4,0 мг/кг (подвижная форма).

На территории санатория Борисовский валовое содержание находится в пределах ПДК. Максимальное содержание зарегистрировано в пойме реки Томи и составило 44,3 мг/кг. Подвижные формы превышены в том же районе и составили 7,9 мг/кг. По данным рекогносцировочного обследования почв по векторам картина загрязнения следующая (подвижные формы):

- Северное направление: минимум 2,2 мг/кг на границе территории хозяйства (тридцать км) максимум 7,9 мг/кг в пойме реки Томи (ПДК 4,0 мг/кг). Это направление самое загрязненное по подвижным формам никеля при экстремальных концентрациях;

- Западное направление: минимум 2,9 мг/кг в 5-ти км от села на Заимке, максимум 7,3 мг/кг в 20 км от села в районе Знаменского лога;

- Восточное направление: минимум в местности под названием Буераки и составило 2,6 мг/кг, максимум 4,1 мг/кг на территории.

- Южное направление: минимум 1,8 мг/кг на берегу озера, противоположном населенному пункту и месту выпаса скота, максимум 3,8 мг/кг на берегу озера, неоднократно наблюдались случаи выбросов золы из частного сектора на берег и мойка автотранспорта.

Анализ кормов крупного рогатого скота в хозяйстве заготовленный в летний период 2005 года показал максимальное загрязнение в районе полей №2 и № 3 располагающихся по северному румбу. Эти поля находятся в непосредственной близости от асфальтированной дороги и загрязняются в засушливый период, из-за перекрывания этой территории пыльными бурями, разносящими угольную пыль с разработок открытым способом. Концентрация никеля на этих участках в многолетних травах достигает по подвижным формам до 6 мг/кг при ПДК 3,0 мг/кг. Заготовка сена в этом месте представляет реальную угрозу для здоровья населения, особенно детей. Их необходимо изъять из сельскохозяйственного оборота и создать надежные защитные лесополосы, предотвращающие рассеяние его на поля.

Отмечена еще одна интересная особенность: в травосмесях бобовые+злаковые на одном поле, превышение ПДК значительно больше, чем на полях с одной культурой.

Никель обнаружил специфическую биохимическую особенность в деревьях и кустарниках его концентрация во время дождя резко возрастает. По нашим данным злаковые имеют меньшие концентрации в виду менее мощной корневой системы. И среднее содержание его в растительных тканях по хозяйству соответствует нормам ПДК, за исключением эксплуатируемых участков (северное направление) общей площадью 340 гектаров.

Цинк повышает подвижность кадмия. По токсичности на сельскохозяйственные растения занимает 4-е место после кадмия, никеля, меди. Этот металл, содержащийся в примесях коксующихся углей, находится в концентрации 0,05% [4].

ПДК для подвижной формы составляет 23,0 мг/кг, для валового содержания - 100 мг/кг, для зернобобовых - 50 мг/кг, молока - 5 мг/кг.

По данным рекогносцировочного обследования почв, прилегающих к центральной усадьбе санатория Борисовского, установлена следующая картина почвенного загрязнения:

- на территории центральной усадьбы, за небольшим исключением уровень загрязнения цинком находится в пределах ПДК по валовому содержанию его в почвах -15,9 мг/кг.

- Северное направление: минимум в пяти км от устья и составляет 37,7 мг/кг, максимум в 25 км от центра села -47,1 мг/кг;

- Восточное направление: минимум в районе Пятигорки - 23,2 мг/кг, максимум в селе Тараданово - 33,1 мг/кг;

- Западное направление: минимум 19,9 мг/кг в 15-ти км от центра, пос. Панфилово максимум в 10-ти км на поляне и соответственно составляет 31,0 мг/кг;

- Южное направление: минимум на Перехляйской поляне - 21,5 мг/кг, максимум на берегу озера - 28,4 мг/кг.

В ветвях деревьев весеннее содержание цинка: у яблони - 43,61 мг/кг (на территории автотракторного парка ЗАО «Мельковское»), у тополя - 67,92 мг/кг.

По результатам анализов отобранных в июне образцов культурных злаков, содержание цинка распределяется следующим образом: в 5-ти километровой зоне концентрация цинка в растениях находится в пределах ниже ПДК (кроме участка полей 2 и 3 общей площадью 340 га). В 15-ти километровой зоне превышение ПДК наблюдается на участках полей прилегающих к селу Михайловка (северное направление).

Эпицентр загрязнения цинком находится в пяти километровой зоне от центра села. Техногенная аномалия загрязнения агроценозов слабо выражена и имеет вытянутую форму, в целом совпадает со среднегодовой розой ветров. Зона повышенных концентраций приурочена к пойме реки Томи, а также охватывает незначительные участки сельскохозяйственных угодий.

Таблица 1. Тяжелые металлы в многолетних злаках (мг/кг)

Место отбора

Никель

Цинк

Кадмий

Поле 1(200 га)

0,81

11,54

0,01

Поле 2(170га)

5,73

65,3

1,13

Поле 3(160га)

6,0

73,1

1,19

Поле 4(200га)

0,27

11,43

0,11

Поле 5(270га)

0,72

11,31

0,13

Поле 6(100га)

1,02

26,91

0,19

Предельно-допустимые концентрации (ПДК)

3,0

50,5

0,3

 

Таблица 2. Содержание тяжелых металлов в коровьем молоке

 

Железо

Цинк

Медь

Марганец

Кадмий

Кобальт

Свинец

Никель

Среднее

0,457

2,14

0,070

0,065

0,017

0,070

0,083

0,070

Минимальное

0,174

1,685

0,062

0,017

0,013

0,019

0,012

0,032

Максимальное

0,61

2,30

0,072

0,072

0,022

0,083

0,1

0,084

ПДК

1,3

5,0

1,0

0,60

0,02

0,08

0,05

0,23

 

На основании проведенных исследований установлено:

1. Центральная зона Крапивинского района (санаторий Борисовский) находится в условиях благополучного состояния на предмет загрязнения тяжелыми металлами, в отличие от сельскохозяйственных территорий, непосредственно прилегающих к промышленным центрам.

2. Превышение значений ПДК по тяжелым металлам обнаруживается только по северному направлению и приурочено к пойме реки Томи.

3. Отмечается их значительное накопление в зеленой массе злаковых трав в связи с повышенной кислотностью почв (северное направление).

4. Превышение концентраций металлов не всегда совпадает со среднегодовой розой ветров, а приурочено к пойме реки Томи, где располагается основная масса зеленого массива.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.      Авакаян Н. О. и др. Комплексное изучение загрязнености почв тяжелыми металлами. - Агрохимия, 1984, № 5, с. 63-66.

2.      Добровольский В. В. География микроэлементов. - М.: Мысль, 1983. - с. 271.

3.      Израэль Ю. А. Экология и контроль состояния природной среды. - М.: Гидрометеоиздат, 1984, с. 237-281.

4.      Кондратов Е.А., Поляков А.Д., Калягин Ю.С. Тяжелые металлы в почве - результат загрязнения коксохимическим производством в Кузбассе. //Тез. докл. межд. конф. “Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей Среды - ПООС-95”. 12-16 сентября 1995., Томск, 1995.- 198 с.

5.      Поляков А.Д., Кондратов Е.А. Ионы тяжелых металлов в антропоценозах с поселениями серого сурка на территории Кемеровской области. //Роль особо охраняемых природных территорий в сохранении исчезающих степей Евразии /Материалы II межд. конф. Т.9. Чебоксары-Москва, 2002. С. 124-228.