Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВЕ ОКРЕСТНОСТЕЙ КАРЬЕРОВ ЧЕЛЯБИНСКОЙ ОБЛАСТИ

Семенова И.Н. 1, 2 Биктимерова Г.Я. 1 Ильбулова Г.Р. 2 Исанбаева Г.Т. 1
1 ГАНУ Институт региональных исcледований
2 Сибайский институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный университет»
Изучено загрязнение тяжёлыми металлами почв окрестностей трех карьеров по добыче полезных ископаемых – угля (Коркинский угольный разрез), известняка (Агаповское месторождение флюсовых известняков) и медно-цинковой руды (месторождение «Молодежное»). Объекты исследования расположены в Челябинской области, на территории которой находится большое количество разнообразных промышленных предприятий, являющихся источником загрязнения окружающей среды тяжёлыми металлами. В результате исследования выявлено, что валовое содержание меди в почвах варьировало от 11,8 до 136,3 мг/кг, содержание подвижных форм – от 3,5 до 19,3 мг/кг. Концентрация валовых форм Zn изменялась от 47,3 до 480,3 мг/кг, подвижных форм – от 5,5 до 89,8 мг/кг. Содержание подвижных форм Fe варьировало в пределах от 497,0 до 1309,5 мг/кг. Концентрация валовых форм Ni находилась в диапазоне от 26,0 до 84,5 мг/кг, подвижных форм – от 3,0 до 13,5 мг/кг. Концентрация валовых форм Сd изменялась от 0,3 до 1,3 мг/кг. Содержание кобальта, свинца и подвижной формы кадмия не превышало предельно допустимых концентраций. Наибольшее содержание тяжёлых металлов было выявлено в почвах окрестностей месторождения «Молодежное». Делается вывод о необходимости организации мониторинговых исследований на территориях региона, находящихся в зоне влияния действующих и отработанных объектов горнорудной промышленности.
Южный Урал
горнорудная промышленность
карьеры
месторождения полезных ископаемых
тяжёлые металлы
1. Гигиенические нормативы ГН 2.1.7.2041-06. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве. От 23 января 2006 г. – № 1.
2. Гигиенические нормативы ГН 2.1.7.2042-06. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве. От 23 января 2006 г. – № 2.
3. ГОСТ 28168-89. Почвы. Отбор проб. – М.: Изд-во стандартов, 1989.
4. ГОСТ 4979-49. Почвы. Отбор, хранение и транспортировка проб. – М.: Изд-во стандартов, 1980.
5. ГОСТ 5681-84. Полевые исследования почвы. Порядок и способ определения работ. Основные требования к результатам. – М.: Изд-во стандартов, 1984.
6. Кабанов М.Ю. Угольный разрез «Коркинский»//Уголь. – 2005. – № 8. – С. 54-55.
7. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. – М.: ЦИНАО, 1992. – 40 с.
8. Опекунова М.Г., Алексеева-Попова Н.В., Арестова И.Ю. и др. Тяжелые металлы в почвах и растениях Южного Урала: экологическое состояние фоновых территорий // Вестник СПбГУ. Сер. 7. – 2001. – Вып. 4. (№ 31). – С. 45-53.
9. Опекунова М.Г., Алексеева-Попова Н.В., Арестова И.Ю. и др. Тяжелые металлы в почвах и растениях Южного Урала. II. Экологическое состояние антропогенно нарушенных территорий // Вестник СПбГУ. Сер. 7. – 2002. – Вып. 1 (№ 7). – С. 63-71.
10. Семенова И.Н., Суюндуков Я.Т., Ильбулова Г.Р. Биологическая активность почв как индикатор их экологического состояния в условиях техногенного загрязнения тяжелыми металлами. – Уфа: Гилем, 2012. – 196 с.
На территории Южного Урала расположены многочисленные месторождения медноколчеданных, скарново-магнетитовых, титано-магнетитовых, окисных никелевых и хромитовых руд, золота, а также нерудных полезных ископаемых, залежи угля. Наряду с естественными геохимическими аномалиями, связанными с рудной минерализацией, существенный вклад в загрязнение окружающей среды вносят  предприятия черной и цветной металлургии, теплоэнергетики и автотранспорт.

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.


Библиографическая ссылка

Семенова И.Н., Биктимерова Г.Я., Ильбулова Г.Р., Исанбаева Г.Т., Семенова И.Н. СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВЕ ОКРЕСТНОСТЕЙ КАРЬЕРОВ ЧЕЛЯБИНСКОЙ ОБЛАСТИ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 2-1.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=18973 (дата обращения: 19.09.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252