Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Бакаева Е.А. 1 Еремейшвили А.В. 1

---

1 ФГБУ ВПО «Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова»

В ходе настоящего исследования методом инверсионной вольтамперометрии определено содержание подвижных форм микроэлементов (селен, цинк, медь, свинец, кадмий) в фоновых почвах Европейского Севера России, а также содержание цинка, меди, свинца, кадмия в почвенном и снежном покрове г. Инты и п.г.т. Троицко-Печорск Республики Коми и п.г.т. Плесецк Архангельской области с целью выявления антропогенного загрязнения территории города. По значению концентрации подвижных соединений в почвах определяемые микроэлементы образуют ряд: цинк > свинец > медь > селен > кадмий. Выявлено пониженное по сравнению с литературными данными содержание подвижных соединений селена, меди и цинка в обследованных фоновых почвах. Максимальные концентрации меди выявлены в районах, расположенных в непосредственной близости от г. Инта, что свидетельствует об антропогенном загрязнении почв данным элементом.

Статья в формате PDF

133 KB

антропогенное загрязнение

почвенный и снежный покров

свинца и кадмия

меди

цинка

подвижные соединения селена

микроэлементы

1. ГОСТ 17.4.4.02-84. Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа.

2. Добровольский В. В. Основы биогеохимии: учебник для студ. высш. учеб. заведений. – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 400 с.

3. Ковальский В. В. Геохимическая экология. – М.: Наука, 1974.

4. Краснощекова Т.А., Перепёлкина Л.И. Экологические аспекты содержания селена в почвах Амурской области // Дальневосточный аграрный вестник. – 2008; 2 (6): 81-84.

5. Методические рекомендации по оценке степени загрязнения атмосферного воздуха населенных пунктов металлами по их содержанию в снежном покрове и почве № 5174-90. Утв. МЗ СССР 15.05.1990.

6. Методические указания № 2.1.7.730-99. Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест. Утв. МЗ России 7.02.1999.

7. Методические указания. Полевое обследование и картографирование уровня загрязненности почвенного покрова техногенными выбросами через атмосферу. Утв. Почвенный институт им. В.В. Докучаева. 28.04.1980.

8. Минкина Т.М., Мотузова Г.В., Назаренко О.Г. Состав соединений тяжелых металлов в почвах. – Ростов: Эверест, 2009.

9. ПНД Ф 16.1:2:2:2:2,3.47-07. Методика выполнения измерений массовой доли подвижных форм тяжелых металлов и токсичных элементов (Cd, Pb, Cu, Zn, Bi, Tl, Ag, Fe, Se, Co, Ni, As, Sb, Hg, Mn) в почвах, грунтах, донных отложениях и осадках сточных вод методом инверсионной вольтамперометрии.

10. Чулджиян Х., Кирвета. С., Фацек З. Тяжелые металлы в почвах и растениях // Экологическая кооперация. Вып. 1. – Братислава, 1988.

Цель данной работы состояла в определении фонового содержания подвижных форм пяти микроэлементов (селен, цинк, медь, свинец, кадмий), обладающих высокой токсичностью, в фоновых почвах ряда территорий Европейского Севера России, а также оценка антропогенного загрязнения почвенного и снежного покрова тяжелыми металлами (цинк, медь, свинец, кадмий).

Материал и методы исследования

Отбор и подготовка проб проводились в соответствии с государственными стандартами и методическими рекомендациями и указаниями [1, 5-7, 9]. Для исследования были выбраны следующие населенные пункты: г. Инта (район исследования № 1) и п.г.т. Троицко-Печорск (район № 2) Республики Коми, п.г.т. Плесецк Архангельской обл. (район № 3). Г. Инта находится на северо-востоке Республики Коми, в зоне лесотундры, в районе континентального климата. Основным видом промышленности Интинского района является добыча и обогащение угля, в последнее время развивается добыча природного газа. В отраслевой структуре промышленности п.г.т. Троицко-Печорск и Плесецк преобладают лесозаготовительная и лесоперерабатывающая промышленности.

Полевые исследования проведены в летний период 2012-2014 гг. Ключевые площадки для отбора фоновых почв закладывали в естественных ландшафтах на участках размером 100х100 м. На них методом «конверта» закладывали 5 площадок 1х1 м, на каждой отбирались образцы из поверхностного слоя 0-10 см, всего 25 проб с одной площадки. В черте населенных пунктов пробы почвенного и снежного покрова были отобраны на расстоянии 0-10 м (придорожная зона), 10-50м, 50-100м (жилая зона) от автомагистралей. Отобранные на ключевой площадке пробы почв перемешивали и отбирали методом «конверта» образец весом примерно 1 кг. Экстракцию подвижных форм микроэлементов проводили 1.0 н. азотной кислотой. Этот экстрагент взаимодействует почти со всеми компонентами почвы и переводит в раствор непрочно связанные соединения металлов и их оксиды техногенного происхождения, поступившие в почву, но не включившиеся в процесс трансформации [8]. В качестве метода анализа выбран метод инверсионной вольтамперометрии. Всего в ходе работы обработано 100 проб почвы и 54 пробы снега. Полученные данные сравнивались с предельно допустимым содержанием [10] подвижных форм определяемых микроэлементов.

Оценку уровня загрязнения почв и снега проводили по показателям: коэффициент концентрации химического вещества (К_с) и суммарный показатель загрязнения (Z_c) [6, 7]. К_с определяется отношением фактического содержания определяемого элемента в пробе к фоновому содержанию. Z_c равен сумме коэффициентов концентраций химических элементов.

Z_c = SUM (К_с1 +...+ К_сn) - ( n - 1),

где n - число определяемых суммируемых веществ.

Статистическая обработка данных проводилась с использованием пакета программ Microsoft Office Excel 2007, Statistica 5.5. Значимость различий между средними значениями оценивали с помощью t-критерия Стьюдента и U-критерия Манна - Уитни (в зависимости от типа распределения в выборке). Различия считались статистически значимыми при р<0,05.

Результаты исследования и их обсуждение

При анализе полученных данных установлено, что концентрации подвижных соединений микроэлементов в исследованных почвах отличаются в различных районах исследования (табл. 1). По величине концентрации подвижных соединений исследуемые микроэлементы образуют следующий ряд: цинк > свинец > медь > селен > кадмий.

Таблица 1

Содержание подвижных форм микроэлементов в фоновых почвах, (M±m, Min-Max), мг/кг

Примечание: M - среднее арифметическое; m - стандартная ошибка; Min - минимальное и Max - максимальное значение в выборке; * - статистически значимые отличия (p<0,05).

Уровень подвижных соединений селена в обследованных фоновых почвах находится в диапазоне от 0,022 до 0,681 мг/кг. По сравнению с концентрацией данного микроэлемента в почвах нечерноземной зоны России [4] в поверхностном горизонте почв изучаемых территорий средняя концентрация подвижной формы селена несколько ниже. Полученные данные согласуются с данными о низком содержании селена, установленными предшествующими исследованиями для территории таежно-лесной нечерноземной биогеохимической зоны в целом [3].

Концентрация подвижных соединений цинка изменяется в диапазоне от 0,300 до 20,536 мг/кг, что находится ниже предельно допустимого содержания [10] подвижных соединений этого элемента. Согласно литературным данным, в почвах таежно-лесной нечерноземной биогеохимической зоны, а также в почвах ряда северных территорий, отмечается пониженное содержание цинка, что связано с низким содержанием цинка в почвообразующих породах исследуемой территории [3].

Содержание подвижных соединений меди не превышает предельно допустимого содержания [10] подвижной формы данного элемента. Выявлено статистически значимое более высокое содержание меди (4,653±0,580 мг/кг) в фоновых почвах района исследования № 1 (p<0,05). Полученные нами результаты о низком уровне подвижных соединений меди в почвах обследованных северных территорий соотносятся с литературными данными [2, 3], согласно которым подзолистые почвы мало обеспечены данным микроэлементом, что может быть связано с недостаточным содержанием меди в почвообразующей породе и с выносом меди из почвенного профиля.

Уровень подвижных соединений свинца находится в диапазоне от 0,054 до 2,733 мг/кг. Полученные данные не выходят за границы предельно допустимой концентрации подвижной формы свинца [10]. Кадмий в обследованных пробах почвы найден в невысоких концентрациях (Min=0,004 и Max=0,023 мг/кг). Содержание подвижных соединений кадмия лежит в диапазоне от 0,004 до 0,095 мг/кг, что не превышает предельно допустимое содержание подвижной формы данного элемента [10].

Уровень загрязнения почв, отобранных на обследованных территориях Европейского Севера России, представлен в табл. 2. Более загрязненными цинком, исходя из значения коэффициента концентрации, являются пробы, отобранные в жилой зоне на ул. Мира г. Инта (К_c=34,5). Необходимо подчеркнуть, что на этой станции отмечено превышение предельно допустимого содержания цинка в почве жилой зоны. Наибольшие значения коэффициента концентрации меди в жилой зоне выявлены в г. Инта на ул. Воркутинская (К_c=22,7). Более загрязненными подвижными соединениями свинца являются пробы почвы, отобранные на ул. Садовая (К_с=13,9). Наиболее высокие значения коэффициента концентрации подвижных соединений кадмия обнаружены в пробах почвы в г. Инта на ул. Мира (К_c=10,4). В целом уровень загрязнения исследованных почв находится на уровне от среднего до высокого [6, 7]. Необходимо подчеркнуть, что почвы городов с развитой промышленностью обогащены органическим веществом, а также магнетитом, выделяющимся в результате функционирования предприятий. Цинк, медь, свинец и кадмий способны связываться с данными веществами [8]. Повышенное содержание подвижных соединений тяжелых металлов в пробах, отобранных на территории г. Инта, может быть связано с близким расположением от города источников выбросов данных микроэлементов - предприятий по добыче угля, и присутствием в почве лигандов, с которыми способны связываться данные металлы.

Таблица 2

Уровень загрязнения почв жилой зоны тяжелыми металлами

Примечание: Kc - коэффициент концентрации химического элемента, Zc - суммарный показатель загрязнения.

Наиболее высокий коэффициент концентрации цинка (K_c=2,2) в снежном покрове жилой зоны установлен в п.г.т. Троицко-Печорск Республики Коми на ул. Ленина (табл. 3). Максимальная концентрация меди в снежном покрове выявлена в п.г.т. Плесецк, где значение K_c =10,6. Более загрязненным свинцом в жилой зоне является снег на ул. Садовая п.г.т. Плесецк (K_c=14,1). Концентрация кадмия в пробах снежного покрова в целом невелика и мало отличается от фонового уровня, за исключением ул. Зелена п.г.т. Троицко-Печорск (K_c=2,6). Уровень загрязнения снежного покрова жилой зоны всех выбранных для исследования населенных пунктов низкий [7].

Таблица 3

Уровень загрязнения снежного покрова жилой зоны тяжелыми металлами

Примечание: Kc - коэффициент концентрации химического элемента, Zc - суммарный показатель загрязнения.

Заключение

В результате наших исследований установлены различные уровни тяжелых металлов и селена в почвах Европейского Севера России. Превышений предельно допустимого содержания подвижных соединений микроэлементов в фоновых почвах не выявлено. При обследовании образцов почвенного и снежного покрова, отобранных на территории населенных пунктов, выявлены территории с различным уровнем загрязнения тяжелыми металлами. Уровень загрязнения почвенного покрова населенных пунктов лежит в диапазоне от среднего до высокого.

Рецензенты:

Семерной В.П., д.б.н., профессор кафедры зоологии и экологии, ФГБОУ ВПО «Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова», г. Ярославль;

Мышкин И.Ю., д.б.н., профессор, заведующий кафедрой физиологии человека и животных, ФГБОУ ВПО «Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова», г. Ярославль.

Библиографическая ссылка