Экологическая оценка состояния почвенно-растительного покрова в зоне техногенного загрязнения (на примере Ульяновского цементного завода) тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.02.08, кандидат наук Казакова Наталья Анатольевна

• Казакова Наталья Анатольевна
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Казакова Наталья Анатольевна

ВВЕДЕНИЕ

1. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ В ПРОМЫШЛЕННОЙ ЗОНЕ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1 Трансформация почвенного покрова

1.2 Тяжелые металлы как основной компонент техногенного загрязнения почвенно-растительного покрова

1.3 Микробный ценоз почв как индикатор трансформации почвенного покрова

1.4 Влияние цементной промышленности на загрязнение окружающей среды

2. УСЛОВИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Физико-географическая характеристика района исследований

2.2 Антропогенная трансформация ландшафта в промышленной зоне Ульяновского цементного завода

2.3 Объекты и методы исследований

3. ОЦЕНКА ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Выбросы Ульяновского цементного завода как ведущий фактор техногенного воздействия на окружающую среду

3.2 Особенности накопления и трансформации тяжелых металлов в почве

4. ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВЫ В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ УЛЬЯНОВСКОГО ЦЕМЕНТНОГО ЗАВОДА

5. ИЗМЕНЕНИЕ МИКРОБНОГО СОСТАВА И ТОКСИЧНОСТИ ПОЧВ В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ ВЫБРОСОВ УЛЬЯНОВСКОГО ЦЕМЕНТНОГО ЗАВОДА

6. СОСТОЯНИЕ РАСТИТЕЛЬНОСТИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВЛИЯНИЯ ВЫБРОСОВ УЛЬЯНОВСКОГО ЦЕМЕНТНОГО ЗАВОДА

6.1 Флористический состав района исследований

6.2 Оценка жизненного состояния древесных растений, произрастающих

в зоне воздействия Ульяновского цементного завода

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экологическая оценка состояния почвенно-растительного покрова в зоне техногенного загрязнения (на примере Ульяновского цементного завода)»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Состояние почвы территорий города требует особого внимания, поскольку влияние промышленности, процессов строительства приводит к изменению почти всех ее свойств (начиная с агрохимических и физических и заканчивая микробиологическими и биохимическими показателями), лишая почвенный покров способности выполнять важные экологические функции. Микробиота и биохимические параметры почвы под влиянием антропогенного воздействия изменяются в первую очередь, поэтому считаются многими исследователями наиболее чувствительными к загрязнению показателями состояния почвенного покрова (Казеев и др., 1998; Данилов-Данильян и др., 2001; Денисова, 2010; Шаркова, 2010). Значительные объемы выбросов твердых, жидких и газообразных веществ характерны для предприятий по производству цемента. Воздействие предприятий цементного производства проявляется в постепенном повышении уровня загрязнения всех компонентов природной среды (Добровольский, Никитин, 2000).

Среди многочисленных загрязнителей почвенного покрова особое место принадлежит тяжелым металлам (ТМ), которые относятся к группе наиболее опасных веществ. В зоне воздействия промышленных предприятий, возле транспортных магистралей содержание ТМ часто значительно превышает ПДК, что может стать причиной деградации растительного покрова, усиленной эрозии и дефляции почв (Горышина, 1991). Несмотря на то, что проблемам загрязнения почв ТМ, изучению закономерностей их накопления и распределения в разных типах почв и видах растений (Денисова, 2010) уделяется значительное внимание, сведения для конкретных городов и специфических производств не представлены в научной литературе в должной мере (Кулагин, Шагиева, 2005; Соромотин, 2008).

Для Ульяновской области характерны высокие объемы производства и транспортировки цемента, поэтому изучение эколого-биологических особенностей системы почва-растения, проявляющихся в условиях техногенного воздействия цементного предприятия, актуально и имеет существенное значение для развития прикладной и факториальной экологии.

Цель работы - исследование экологического состояния и степени антропогенной нагрузки на почвенно-растительный покров в зоне техногенного загрязнения на примере Ульяновского цементного завода.

Для достижения указанной цели поставлены и решены следующие задачи.

1. Выявить закономерности изменения накопления тяжелых металлов в пробах почв в зависимости от расстояния до источника загрязнения на примере Ульяновского цементного завода.

2. Изучить закономерности изменения химических свойств изучаемых почв при загрязнении тяжелыми металлами в зонах с различным уровнем загрязнения.

3. Исследовать качественное и количественное содержание микроорганизмов и биологическую активность в пробах почв в зоне влияния предприятия цементного производства и контрольных территорий; провести сравнительный анализ зависимостей активности почвенного дыхания от расстояния до источника загрязнения.

4. Оценить токсичность проб почв в зоне влияния цементного завода методами комплексного биотестирования на тест-объектах: Chlorella vulgaris Beijer, Daphnia magna Straus.

5. Исследовать особенности флоры на изученных пробных площадях, прилегающих к территории цементного завода, и оценить общее жизненное состояние растений.

Научная новизна работы заключается в следующем.

1. Впервые проведена комплексная оценка экологического состояния почвенно-растительного покрова в зоне влияния цементного производства на примере территории воздействия Ульяновского цементного завода. Определены приоритетные загрязнители (тяжелые металлы), и установлены особенности их распределения в почвах промышленной зоны.

2. Выявлены закономерности изменения качественного и количественного состава микроорганизмов почвы в зависимости от расстояния до источника загрязнения; установлено доминирование бактерий рода Bacillus и присутствие ассоциаций пигментированных форм гетеротрофных бактерий.

3. Установлена выраженная трансформация почвенно-растительного покрова под воздействием выбросов цементного завода.

Практическая значимость полученных результатов

Полученные данные вносят существенный вклад в разделы прикладной экологии, изучающие состояние почвенно-растительного покрова в зоне техногенного загрязнения с целью разработки экологически обоснованных норм воздействия на окружающую среду, а также имеют значение для факториальной экологии - установления пределов толерантности и устойчивости растительных организмов к внешним воздействиям.

Результаты исследования могут быть использованы в научных целях при разработке системы мониторинга экологического состояния окружающей среды и при экологическом прогнозировании последствий техногенного воздействия цементных заводов и аналогичных производств; при оценке современного состояния почвенно-растительного покрова на фоне антропогенной нагрузки, связанной с воздействием цементного производства. Полученные результаты могут быть использованы в учебном процессе при преподавании дисциплин экологического профиля -экологического мониторинга, прикладной экологии, экологии

микроорганизмов, рационального природопользования, охраны окружающей среды при подготовке бакалавров и магистров по направлению «Экология и рациональное природопользование», а также при организации и проведении научно-исследовательских работ студентов, написании курсовых и выпускных квалификационных работ.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Комплексная оценка экологического состояния почвенно-растительного покрова в зоне влияния цементного производства на примере территории воздействия Ульяновского цементного завода. Определены приоритетные загрязнители - тяжелые металлы, и установлены особенности их распределения в почвах промышленной зоны.

2. Закономерности изменения качественного и количественного состава микроорганизмов почвы в зависимости от расстояния до источника загрязнения; установлено доминирование бактерий рода Bacillus и присутствие ассоциаций пигментированных форм гетеротрофных бактерий.

3. Доказательства техногенной трансформации почвенно-растительного покрова под воздействием выбросов цементного завода.

Внедрение результатов работы. Результаты диссертационного исследования по экологической оценке современного состояния почвенно-растительного покрова, подвергающегося воздействию цементного производства, внедрены в практическую деятельность ФГБОУ ВПО «Ульяновский государственный педагогический университет имени И.Н. Ульянова», что подтверждено соответствующим актом.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: Всероссийской научно-методической конференции «Менеджмент образования: состояние, проблемы, перспективы» (Ульяновск, 2008); Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Актуальные вопросы: экономики, социальной сферы и образования» (Ульяновск, 2009);

Международной научно-практической конференции «Наука и современность» (Новосибирск, 2010); Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Актуальные проблемы современной науки и образования» (Уфа, 2010); Международной научно-практической конференции «Экологические проблемы природных и антропогенных территорий» (Чебоксары, 2011); Международной научно-практической конференции «Наука и современность» (Украина, Киев, 2013); Международной научно-практической конференции «Современные концепции научных исследований» (Москва, 2014); на научных чтениях и научных семинарах Ульяновского государственного педагогического университета имени И.Н. Ульянова.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, из них 4 статьи в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК.

Личный вклад автора. Автором лично определены цель и задачи диссертации, разработана программа исследований, проведен отбор образцов почв и их комплексный анализ. Лабораторно-аналитические исследования выполнялись автором лично или при непосредственном участии в составе научной группы. Обработка полученных данных, их интерпретация и оформление, а также разработка в итоге практических предложений осуществлены автором самостоятельно. Текст диссертации был написан по плану, согласованному с научным руководителем. Доля личного участия в публикациях составляет от 50 до 75 %.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 145 страницах, состоит из введения, шести глав, выводов и списка использованных источников; содержит 22 таблицы, 20 рисунков и 46 приложений. Список литературы включает 222 наименования, в том числе 32 - на иностранных языках.

1. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ В ПРОМЫШЛЕННОЙ ЗОНЕ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1. Трансформация почвенного покрова

В научной литературе (Russo F., Raciti G., 1956; Лазарев, Левина, 1971; Аржанова, 1977; Уорк, 1980; Израэль, 1984; MacNicol R.D. Beckett R.H.T., 1985; Моцик, Пинский, 1991; Буренков с соавт., 1997; Данилов-Данильян с соавт., 2001; Аристархов, Харитонова, 2002; Шаркова, 2010, и т.д.) имеются интересные результаты исследований, показывающие воздействие токсичных составляющих техногенной системы на экосферу (воздух, почву, растительность, воду и живые организмы).

В системе контроля над экологическим состоянием окружающей среды наряду с изучением процессов, происходящих в водной и воздушной среде, особое внимание занимают вопросы состояния почвенного покрова.

Масштаб деградации почвенно-растительного покрова заставляет обращать все более пристальное внимание на состояние почвенной оболочки Земли, являющейся местом пересечения всех потоков энергомассообмена на планете и выполняющей важнейшие биосферные и экосистемные функции: обеспечение жизни на Земле, сохранение биоразнообразия, поддержание современного климата Земли и существующего режима функционирования всех структурно-составляющих биосферы - атмосферы, гидросферы, литосферы (Wood, 1974). Почва устойчиво аккумулирует загрязняющие вещества, деструктируя и перераспределяя их по почвенной толще, являясь вместе с тем депонентом их для растительного материала, потребляемого животными и человеком. Специальные исследования перечисленных функций приведены в обширной литературе (Verloo M. С соавт., 1982; Израэль, 1984; Алексеев, 1987; Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989; Экологические последствия..., 1990; Экогеохимия..., 1995; Добровольский, Никитин, 2000; Шаркова, 2010).

До настоящего столетия развитие техногенного производства не оказывало заметного влияния на сбалансированную в процессе эволюции экологическую среду. В настоящее время в ряде регионов земного шара гармония экологического равновесия нарушена. Следствием стало увеличение объема отходов, сбрасываемых в воздух, воду, на поверхность почвы химическими и другими промышленными и сельскохозяйственными предприятиями (Sidorovich с соавт., 1981). Фотохимические процессы в атмосфере, химические и биологические в водной и почвенной среде, воздействующие на переработку загрязняющих веществ и восстановление баланса минеральных элементов в окружающей среде, не обеспечивают детоксикации резко возросшего количества загрязнителей (Wilmers, 1988). Природные процессы восстановления данного баланса нарушены (Lou с соавт., 1990; Протасов с соавт., 1995; Добровольский, 1996; Данилов-Данильян с соавт., 2001).

Утверждение В.И. Вернадского, что «автономный организм, вне связи с земной корой, реально в природе не существует» (Вернадский, 1934), нашло свое подтверждение и дальнейшее развитие в трудах А.П. Виноградова, разработавшего учение о биогеохимических провинциях. Биогеохимическими провинциями им были названы территории, отличающиеся определенным составом и количественным содержанием отдельных элементов в почвах, что оказывает направленное влияние на биохимические реакции в живых организмах, населяющих эти местности (Виноградов, 1960).

В одном из законов Вернадского говорится о биохимическом единстве биосферы, и все загрязнения, поступающие первоначально в атмосферу, гидросферу или литосферу, в конечном счете, оказываются распространенными в каждой из них. Таким образом, химические соединения являются составляющими промежуточных выбросов и

претерпевают в любой из составляющих биосферы изменения физико-химического характера (WЫttaker, 1975).

Всего почвенная оболочка Земли, естественно-исторически образовавшаяся в ходе эволюции, составляет около 13 млрд. га (Розов, Мельников, 1978). Вследствие процессов урбанизации, связанных с ростом населения и хозяйственной деятельностью, изъято более 2-х млрд. га (Ручин, с соавт., 2009). Эти площади характеризуются уменьшением в большинстве случаев запасов органического вещества, снижением биологической продуктивности, изменением биологического круговорота. Наиболее существенным результатом техногенного воздействия на природную среду является нарушение ландшафта и его главного компонента - почвенно-растительного покрова.

Загрязнение почвы проявляется в основном в двух формах:

1. Физическое изменение. Связано с различными, прежде всего механически действующими агентами, способными привести к существенным нагрузкам на экосистемы. Как правило, сильно подвержены физическим нагрузкам все имеющие антропогенное происхождение, т.е. сильно измененные почвы. Это относится к большей части почв, возникающих в процессе рекультивации бывших горных разработок, на месте промышленных предприятий.

2. Химическое загрязнение вызвано веществами, действующими в виде газов, растворов или твердых тел и не вызывающими при этом, по крайней мере в начальной стадии, изменений физического характера. Этот вид загрязнения превосходит как в количественном, так и в качественном отношении все виды ее физического изменения (Биоиндикация загрязнений..., 1988).

Кроме того, выделяют две группы техногенных загрязнителей почв:

1) педохимически активные техногенные вещества, способные влиять на кислотно-основные и окислительно-восстановительные условия в почвах.

К ним относятся минеральные кислоты, щелочи, карбонаты, сероводород, метан;

2) биохимически активные техногенные вещества, действующие непосредственно на живые организмы; токсические микроэлементы, тяжелые металлы, пестициды и др. (Качинский, 1975; Мотузова, 1988; Добровольский, Никитин, 2000).

Почвенный покров является основным депо техногенной составляющей тяжелых металлов. Выделяют следующие пути попадания загрязнений в почву (Алексеев, 1987):

1) загрязнения, поступающие с атмосферными осадками. В результате работы предприятий в атмосферу попадают многие химические соединения, которые растворяются в капельках атмосферной влаги и с осадками попадают в почву;

2) загрязнения, осаждающиеся в виде пыли и аэрозолей. При сухой погоде твердые и жидкие соединения оседают на почве в виде пыли и аэрозолей. Также почва способна поглощать и газообразные соединения;

3) загрязнения, поступающие с растительным опадом. В любом агрегатном состоянии различные вредные соединения оседают на поверхности растений или активно поглощаются листьями через устьица. Затем, когда происходит листовой опад, все эти соединения вновь поступают в почву.

В России площадь земель, загрязненных в разной степени выбросами промышленных предприятий, достигла 62 млн. га, а сами выбросы составляют ежегодно 30-35 млн. т вредных веществ (Рыбальский с соавт., 1992). Сильное техногенное загрязнение отмечается на площади свыше 4 млн. га, высокая степень загрязнения (в десятки, сотни раз выше фоновых значений) наблюдается на площади свыше 300 тыс. га. (Бобылев с соавт., 1999).

1.2. Тяжелые металлы как основной компонент техногенного загрязнения почвенно-растительного покрова

Хорошо известна глобально-экологическая роль почвы как природного фильтра для разного рода техногенных загрязнителей, среди которых особое место занимают тяжелые металлы, поступающие на поверхность почвы от различных источников загрязнения (Алексеев, 1987; Ильин, 1991; Ладонина Ладонин, 1996; Шаркова, 2010).

Одним из существенных техногенных факторов, влияющих на состояние экосистем и биоразнообразие, является высокая подверженность почвенно-растительного покрова воздействию тяжелых металлов (Demir, Guser, Esen, 1990).

Появление в литературе термина «тяжелые металлы» было связано с появлением токсичности некоторых металлов и опасности их для живых организмов. Однако в группу «тяжелых» вошли и некоторые микроэлементы, жизненная необходимость и широкий спектр биологического действия которых неопровержимо доказаны (Алексеев, 1987; Минеев, 1988; Ильин, 1991; Колесников, Казеев, Вальков, 2000). К тяжелым металлам относят группу химических элементов, обладающих свойствами металлов и

-5

металлоидов, плотностью более 5 г/см . Для биологической классификации целесообразно руководствоваться не плотностью, а атомной массой (Ильин, 1991). Исходя из этих данных, к тяжелым металлам относят химические элементы с атомной массой более 40 - 50 у.е. (Алексеев, 1987; Ильин, 1991).

В окружающую среду тяжелые металлы попадают из разных источников, которые можно подразделить на естественные и техногенные.

К естественным источникам поступления тяжелых металлов относятся (Ковда, 1985; Кабата-Пендиас, Пендиас,1989; Ильин,1991):

- ветровая эрозия почв и горных пород (Co, Zn, Ni, Se, Mo, Sb, Hg, Pb);

- вулканическая деятельность (Cu, Ni, Cu, As, Cd, Pb);

- термальные воды, испарения с поверхности морей и океанов (V, Си, Лб, Бе, Вг, Бг, РЬ);

- биологические процессы: транспирация растений, процессы микробиологического метилирования (Мп, Си, 7п, Лб, Бе, Мо, Сё, БЬ, И§, РЬ);

- космическая пыль.

Весьма разнообразны техногенные источники поступления тяжелых металлов в природную среду (Глазовская, 1981; Израэль, 1984; Сает с соавт., 1985; Ковда, 1985; Рэуце, Кырстя, 1986; Алексеев, 1987; Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989; Ильин, 1991; Прохорова, Матвеев, Павловский 1998; Шаркова, 2010). К наиболее важным источникам относят:

- металлообрабатывающие предприятия (Сг, N1, 7п, Сё, Ба, И§, РЬ и

др.);

- предприятия цветной и черной металлургии (V, Сг, Мп, Со, N1, Си, Zn, Мо, И§, РЬ и др.);

- автотранспорт (Сг, Мп, Со, N1, Си, 7п, Бг, Сё, Бп, РЬ и др.);

- электростанции (Ве, М§, Сг, Мп, Бе, N1, Си, 7п, Лб, Бе, 7г, Сё, Бп, И§, РЬ и др.);

- производство удобрений, отходы животноводческих комплексов (Сг, Мп, Со, N1, Си, 7п, Лб, Сё, РЬ и др.);

- предприятия по добыче и изготовлению строительных материалов (Б, Сг, Мп, Си, 7п, Бг, Сё, Ва);

- бытовой мусор (Сг, N1, Си, 7п, Сё, И§, РЬ).

Перечень показателей химического загрязнения почв определяется исходя из специфики источников загрязнения, определяющих характер (состав и уровень) загрязнения изучаемой территории (МУ 2.1.7.730-99), приведен в табл. 1.

Приоритетными загрязнителями почвенного покрова являются Zn, As, Cd, Hg, Pb, так как их техногенное накопление идет высокими темпами (Little, Martin, 1974).

Таблица 1. Перечень источников загрязнения и химических элементов,

накопление которых возможно в почве в зонах влияния этих источников

Вид промышленности Производственные объекты Химические элементы

приоритетный сопутствующий

Цветная металлургия Производство цветных металлов непосредственно из руд и концентратов Свинец, цинк, медь, серебро Олово, висмут, мышьяк, кадмий, сурьма, ртуть, селен

Вторичная переработка цветных металлов Свинец, цинк, олово, медь Ртуть

Производство твердых и тугоплавких цветных металлов Вольфрам Молибден

Производство титана Серебро, цинк, свинец, бор, медь Титан, марганец, молибден, олово, ванадий

Черная металлургия Производство легированных сталей Кобальт, молибден, висмут, вольфрам, цинк Свинец, кадмий, хром, цинк

Железорудное производство Свинец, серебро, мышьяк, таллий Цинк, вольфрам, кобальт, ванадий

Машиностроение и металлообрабатывающая промышленность Предприятия с термической обработкой металлов (без литейных цехов) Свинец, цинк Никель, хром, ртуть, олово, медь

Производство аккумуляторов, производство приборов для электротехнической и электронной промышленности Свинец, никель, кадмий Сурьма, свинец, цинк, висмут

Химическая промышленность Производство суперфосфатных удобрений Стронций, цинк, фтор, барий Редкие земли, медь, хром, мышьяк, иттрий

Производство пластмасс Сернистые соединения Медь, цинк, серебро

Промышленность Производство цемента (при Барий, свинец, Ртуть, цинк,

строительных использовании отходов медь стронций

материалов металлургических производств возможно накопление соответствующих элементов)

Полиграфическая Шрифтолитейные заводы и Свинец, цинк,

промышленность типографии олово

Твердые бытовые Свинец, кадмий, Ртуть

отходы крупных олово, медь,

городов, серебро, сурьма,

используемые в цинк

качестве удобрений

Осадки Свинец, кадмий, Ртуть, серебро

канализационных ванадий, никель,

сточных вод олово, хром, медь,

цинк

Загрязненные Свинец, цинк Медь

поливочные воды

Прежде всего степень загрязнения почвенного покрова тяжелыми металлами определяется не только мощностью работы предприятий, интенсивностью движения автотранспорта, но и геоморфологическими условиями ландшафта (движение воды в горизонте, сорбционная способность почвы, рН и др.). Так, изменение некоторых физико-химических свойств почвы, таких как гранулометрический состав, содержание гумуса, реакция среды, может в разы увеличить или уменьшить содержание тяжелых металлов в почвенно-растительном покрове (Wu, Antonovies, 1975; Ильин, 1985; Bai, Lang, 1988; Захаров, 2002; Шаркова, 2010). Имеются противоречивые данные даже о фоновом содержании некоторых тяжелых металлов.

В табл. 2 приведены ПДК химических веществ в почвах и допустимое их содержание по показателям вредности, где нормирование тяжелых металлов подразделяется на транслокационное - переход элемента в растения, водное - переход в воду и общесанитарное - влияние на самоочищающую способность почв и почвенный микробиоценоз (Беспамятнов, Кротов, 1985).

Таблица 2. ПДК химических веществ в почвах и допустимые уровни их содержания по показателям вредности (по состоянию на 01.01.1991.

Госкомприрода СССР, №02-2333 от 10.12.90)

Наименование веществ ПДК с учетом фона, мг/кг Показатели вредности

транслокационный водный общесанитарный

Водорастворимые формы

Фтор 10,0 10,0 10,0 10,0

Подвижные формы

Медь 3,0 3,5 72,0 3,0

Никель 4,0 6,7 14,0 4,0

Цинк 23,0 23,0 200,0 37,0

Кобальт 5,0 25,0 >1000 5,0

Фтор 2,8 2,8 - -

Хром 6,0 - - 6,0

Валовое содержание

Сурьма 4,5 4,5 4,5 50,0

Марганец 1500,0 3500,0 1500,0 1500,0

Ванадий 150,0 170,0 350,0 150,0

Свинец 30,0 35,0 260,0 30,0

Мышьяк 2,0 2,0 15,0 10,0

Ртуть 2,1 2,1 33,3 5,0

Свинец+ртуть 20+1 20+1 30+2 30+2

Медь 55 - - -

Никель 85 - - -

Цинк 100 - - -

Примечание: * - противоречие; для мышьяка среднее фоновое

содержание 6 мг/кг, фоновое содержание свинца обычно тоже превышает нормы ПДК. ** - валовое содержание - ориентировочное.

В настоящее время предложено множество шкал экологического нормирования тяжелых металлов. Однако в большинстве случаев для тяжелых металлов предложены предельно допустимые концентрации, превосходящие максимальную норму содержания в несколько раз.

Официально утвержденные ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) для валового содержания тяжелых металлов позволяют получить более точную характеристику о загрязнении почвенного покрова тяжелыми металлами, так как учитывают показатели уровня реакции среды и

гранулометрический состав почвы. Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) тяжелых металлов в почвах даны в табл. 3.

Таблица 3. Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) в почвах с

различными физико-химическими свойствами (валовое содержание, мг/кг)

Наименова- Группа почв ОДК с Агрегатное состояние Класс

ние элемента учетом фона вещества в почвах опасности

Песчаные и 20

супесчаные

Кислые 40 Твердое: в виде солей, в

Никель (суглинистые и глинистые), рН KCl<5,5 сорбированном виде, в составе минералов 2

Близкие к 80

нейтральным, (суглинистые и глинистые), рН KCl>5,5

Песчаные и 33

супесчаные Твердое: в виде

Кислые 66 органических солей,

Медь (суглинистые и глинистые), рН KCl <5,5 органоминеральных соединений, в сорбированном виде, в 2

Близкие к 132 составе минералов

нейтральным, (суглинистые и глинистые), рН KCl>5,5

Песчаные и 80

супесчаные

Кислые 160 Твердое: в виде солей,

Цинк (суглинистые и глинистые), рН KCl <5,5 органоминеральных соединений, в сорбированном виде, в 1

Близкие к 320 составе минералов

нейтральным, (суглинистые и глинистые), рН KCl>5,5

Песчаные и 0,5

супесчаные Твердое: в виде солей,

Кадмий Кислые (суглинистые и глинистые), рН KCl <5,5 1,0 органоминеральных соединений, в сорбированном виде, в составе минералов 1

Близкие к 2,0

нейтральным, (суглинистые и глинистые), рН KCl>5,5

Песчаные и 32

супесчаные

Свинец Кислые (суглинистые и глинистые), рН KCl <5,5 65 Твердое: в виде солей, органоминеральных соединений, в сорбированном виде, в 1

Близкие к 130 составе минералов

нейтральным, (суглинистые и глинистые), рН KCl>5,5

Из вышесказанного следует, что в основном предъявлены требования к валовым формам тяжелых металлов. Следовательно, разработанные нормативы уже не удовлетворяют всем требованиям. Валовое содержание является фактором емкости, который отражает потенциальную опасность загрязнения растительности, характеризует общую загрязненность почвы, но не отражает степень доступности металлов для растения.

Для характеристики техногенного загрязнения тяжелыми металлами используется коэффициент концентрации, равный отношению концентрации элемента в загрязненной почве к его фоновой концентрации. Если происходит загрязнение несколькими тяжелыми металлами, то степень загрязнения оценивается по величине суммарного показателя концентрации ^е), предложенного ИМГРЭ. О токсичности тяжелых металлов можно судить по тому, к какому классу опасности они относятся. Шкала загрязнения почвы тяжелыми металлами приведена в табл. 4.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Казакова Наталья Анатольевна, 2014 год

Климат

Климат г. Новоульяновска умеренно-континентальный, характеризуется теплым летом и умеренно холодной зимой. Область расположена на границе двух областей по степени суровости зимы: юго-запад Европейской равнины (область мягких зим с температурой от +5 °С до -10 °С) и северо-восток (область холодных зим с температурой от -10 °С до -25 °С), что, естественно,

отражается на непостоянстве характера зим в разные годы. Средняя температура (самого холодного месяца) колеблется от -12,5 °С до -14 °С. Абсолютный максимум температуры января -47 °С. Самым теплым месяцем является июль со средними месячными температурами от +18,6 °С до +20,4 °С. Абсолютный максимум температуры от +38 0С до +410С. В среднем за год выпадает 450 мм атмосферных осадков. Высота снежного покрова достигает 25-40 см. Средняя скорость ветра в Новоульяновске -около 3,7 м/с. Среднегодовая влажность воздуха колеблется в районе 74 % (Кобышева, Хайрулин, 2005).

Исследования проводили в период с июля по октябрь в течение 20092013 гг., что соответствует теплому периоду в наших широтах, в этот же период происходит рост и вегетация растений (Кобышева, Хайрулин, 2005). По данным климатического монитора Новоульяновска, средняя температура июля-октября составляет +13 °С. Данные по средним температурам каждого месяца, норме осадков, средней скорости ветра и средней влажности воздуха приведены в табл. 7.

Таблица 7. Климатические показатели г. Новоульяновска

Климатический Месяц

показатель июль август сентябрь октябрь

Температура *, °С 19,3 17,0 11,9 3,8

Осадки , мм 87 47 52 41

Средняя скорость ветра, м/с 3,1 2,9 3,3 3,8

Средняя влажность 70 67 70 77

воздуха, %

* **

Примечание: - имеется в виду норма среднемесячной температуры; -имеется в виду норма суммы осадков.

В районе исследования нами были собраны данные о направлении ветров за 2009 - 2013 гг. За эти годы роза ветров имела разный вид, но при выведении среднегодовых данных последних лет наблюдается общая тенденция направления ветра.

В табл. 8 приведены среднегодовые данные о преимущественном направлении ветра.

Таблица 8. Среднегодовые данные о направлении ветра

г. Новоульяновска за 2009 - 2013 годы

Направление ветра Количество дней в году

2009 2010 2011 2012 2013 I

С 32 23 31 28 26 28

СВ 26 32 35 30 28 30,2

В 14 23 13 23 20 18,6

ЮВ 38 39 40 51 42 42

Ю 61 49 64 45 55 54,8

ЮЗ 74 89 85 78 82 81,6

З 55 54 42 49 52 50,4

СЗ 65 56 56 62 60 59,8

Направление ветра во все месяцы показывает, что именно в юго-западном направлении ветры дуют максимальное количество времени в году (рис. 1, 2).

февраль

с

Рис. 1. Повторяемость различных направлений ветра в течение года в районе расположения Ульяновского цементного завода (январь - июнь)

Рис. 2. Повторяемость различных направлений ветра в течение года в районе расположения Ульяновского цементного завода (июль - декабрь)

Почвы

Почвенный покров области имеет две особенности. Первая связана с географическим положением - расположение в лесостепной зоне, поэтому основной фон составляют лесные (подзолистые, серые лесные) и степные (оподзоленные и выщелоченные, долинные, обыкновенные и тучные черноземы) почвы. Вторая особенность связана с геологическим строением и рельефом, что определяет формирование особых типов почв (карбонатных, солонцов и солодей, пойменных и болотных). Для Новоульяновска характерны дерново-карбонатные почвы, характеризующиеся щебнистостью, суглинистым механическим составом, распыленной структурой и высокой мощностью гумусированного горизонта (Почвенная карта, 1988).

Растительность

В районе исследования господствуют разнотравно-типчаково-ковыльные степи. Зона характеризуется почти полным отсутствием лесов. Здесь господствуют различные типы и варианты степной растительности. В настоящее время определенное своеобразие местности придают сохранившиеся степные склоны и мергелистые обнажения на шихане к северу от города и две глубокие балки широтного направления, разрезающие водораздельное плато. Исследуемая территория относится к Карсунско-Сенгилеевскому возвышенно-водораздельному району с двухъярусным рельефом, сложенным, главным образом, меловыми породами. Наличие отложений меловых мергелей и белого мела отмечалось для данной местности с давних времен. На базе запасов этого мела, известного в литературе как маастрихтинский мел, работает Новоульяновский цементный завод. На территории г. Новоульяновска и в его окрестностях в радиусе 2-3 км выявлено 623 вида сосудистых растений, или 43,6 % флоры Ульяновской области (Костина, 1964).

На территории изучения кое-где сохранились участки степной и лугово-прибрежноводной растительности, но нет естественной растительности, что свидетельствует о техногенной трансформации.

2.2. Антропогенная трансформация ландшафта в промышленной зоне

Ульяновского цементного завода

Антропогенное воздействие нужно считать равноправным фактором рельефообразования, который, наряду с естественными процессами, определяет облик формирующихся ландшафтов. В процессе хозяйственной деятельности видоизменяется естественный рельеф, возникают новые специфические формы и коррелятивные им отложения, что в конечном итоге приводит к изменению ландшафта. Скорость изменения обусловлена интенсивностью и продолжительностью проявления антропогенного воздействия. Но в любом случае антропогенное вмешательство нарушает естественный ход развития природной системы, которой является ландшафт (Гвоздецкий, 1988)

Новоульяновск - центр промышленности строительных материалов. В окрестностях города находятся значительные запасы сырья для производства цемента. Хозяйственная деятельность г. Новоульяновска определяется наличием на его территории предприятий строительной индустрии, также здесь сосредоточены кондитерское производство, хлебопекарное производство, отопительные котельные, исправительные учреждения и закрытые колонии с различным набором производств. Экологическую обстановку в районе формируют предприятия строительного профиля: ООО «Ульяновскшифер», ОАО «Новоульяновский завод ЖБИ», ЗАО «Технокром», среди которых лидирует ОАО «Ульяновскцемент». Приоритетными загрязнителями для района исследования являются тяжелые металлы и их соединения, которые выбрасываются в атмосферу вместе со шлейфом цементной пыли.

При многообразных видах воздействия технических средств на существующий природный ландшафт в процессе разработки полезных ископаемых, сельскохозяйственных, инженерно-строительных и других работах формируется искусственный рельеф. Интенсивное влияние деятельности человека на литосферу в Ульяновской области обусловлено расширением масштабов освоения недр. Велика антропогенная нагрузка на территории Новоульяновска и близлежащих зон. Благодаря разработке крупных месторождений мела здесь возникли новые естественно-искусственные ландшафты.

Ульяновский цементный завод - ЗАО «Ульяновскцемент» (далее в тексте - УЦЗ) - одно из самых крупных предприятий России, выпускающих цемент. УЦЗ был пущен в эксплуатацию в 1961 г. Сегодня УЦЗ - это современное предприятие, оснащенное четырьмя технологическими линиями производства цемента с полным циклом производства по мокрому способу. Завод располагает тремя собственными сырьевыми карьерами, в технологическом процессе в качестве топлива используется природный газ. В состав предприятия входят 5 производственных и 12 вспомогательных цехов и участков. Максимальная производственная мощность предприятия составляет 2400 тыс. тонн в год.

С 2011 г. началось освоение нового мелового карьера Широковское-1, чьи разведанные запасы мела составили 20,833 тыс. тонн.

Добыча строительного материала сопровождается образованием техногенных нооландшафтов:

- карьеры замкнутого типа,

- карьеры открытого типа,

- овраги,

- конусы выноса.

Карьеры и овраги полностью разрушают почвенный покров, конусы выноса перекрывают его и приводят к образованию пульсирующих

(прерывистых) процессов почвообразования. Возникновение карьеров и оврагов вызывает изменение гидрологического режима прилегающей территории, вместе с этим формируются вторичные (техногенные) геохимические потоки. Карьеры возникают практически повсеместно, и размеры их бывают от нескольких квадратных метров до десятков гектаров. Глубина карьеров - от нескольких метров до сотен метров.

Карьеры являются местным базисом эрозии, на его склонах активно проявляются эрозионные и гравитационные процессы. На склонах отвалов вокруг карьера под действием талых и дождевых вод, гравитации происходит снос горных пород к подножию. Ветром пыль с отвалов, из карьера разносится в радиусе нескольких десятков метров. Пыль, раздуваемая с отвалов, эрозионный, гравитационный снос горных пород с отвалов, пыль из карьера, разносимая ветром в радиусе нескольких десятков метров, способствуют деградации почв, обеднению видового состава растений.

2.3. Объекты и методы исследований

Выбор пробных площадей для полевых исследований

Для осуществления исследований было заложено 5 пробных площадей, две из которых находились в пределах 500 м от промплощадки УЦЗ в зоне влияния его выбросов. Еще две пробные площади были заложены в пределах 2000 м, где прослеживалось незначительное влияние выбросов. Одна пробная площадь (контроль) располагалась в 5000 м от УЦЗ, где его влияние на техногенную трансформацию среды не прослеживалось.

Размер опытных и контрольных пробных площадей составлял 10х10 м. Пробная площадь № 1 (ПП1) была заложена на расстоянии 100 м от ограждения завода, пробная площадь № 2 (ПП2) - на расстоянии 500 м от пробной площади № 1, пробная площадь № 3 (ПП3) - на расстоянии 1000 м от ограждения завода, пробная площадь № 4 (11114) - на расстоянии 2000 м от ограждения заводской территории. Контрольная пробная площадь (ПП5)

была заложена в 5000 м от границы промплощадки УЦЗ, который по рельефу, характеру почв видовому флористическому составу соответствует опытным площадям (рис. 3). Кроме прилегающей рядом автотрассы, других источников загрязнения тяжелыми металлами не обнаружено. Все изучаемые пробные площади расположены с учетом преобладающих ветров, т.е. к северо-востоку от территории завода. Именно в этом направлении атмосферные выбросы от труб УЦЗ переносятся ветром (см. табл. 8).

Рис. 3. Схема участков отбора проб

Объекты исследований

В качестве основного объекта исследования были выбраны почвы, залегающие на территории пробных площадей и являющиеся основным депо для поступающих от УЦЗ в окружающую среду пыли и тяжелых металлов. Исследовались почвенные микроорганизмы, как основные индикаторы загрязнения почв. Кроме того, исследовался растительный покров пробных площадей, для последующего углубленного изучения влияния выбросов УЦЗ на почвенно-растительный покров.

Методы исследования

Отбор почвенных образцов

Отбор почвенных образцов осуществляли общепринятой в почвоведении методике в период с июля по октябрь в течение 5 лет (2009 -2013 гг.), в первых числах каждого месяца (Качуриев, 1973; Ганжара, Борисов, Байбейков, 2002). На каждой пробной площади отбирали из верхнего корнеобитаемого слоя с глубины 0-15 см. Отбор производили методом прикопок: с помощью саперной лопатки брали образцы почвы в 4 углах и из центра пробной площади, ссыпали их вместе, тщательно перемешивали, а затем методом конверта отбирали средний образец общей массой до 1 кг (Глазовская, 1964; Минеев, 1989).

В лабораторных условиях проводились первичная обработка почвенных образцов, агрохимический анализ почв.

Подготовка образцов почвы к определению содержания тяжелых металлов проводилась на базе лаборатории агрохимцентра г. Ульяновска.

Определение гранулометрического состава почвы

Для определения гранулометрического (механического) состава почв использовали «мокрый» метод определения (Кавеленова, Прохорова, 2001; Ганжара, Борисов, Байбейков, 2002). Результаты определения гранулометрического состава изучаемого образца почвы заносили в рабочие таблицы.

Определение окраски почвы

Для определения окраски почвы почвенные отдельности растирали между пальцами и на белом листе бумаги проводили черту почвенным порошком. Окраска определялась визуально по цвету полосы на бумаге с использованием стандартной методики (Ганжара, Борисов, Байбейков, 2002).

Определение гумуса в почве

Количественное определение гумуса в почве по методу Никитина с колориметрическим окончанием по Орлову - Гриндель основано на мокром

озолении органических соединений почвы. Проводят хромовой смесью при нагревании до 150°С в сушильном шкафу. Количество озоленного углерода органических соединений определяют по количеству образовавшихся в результате реакции ионов трехвалентного хрома (Сг3+). Они имеют зеленую окраску. Оптическая плотность их растворов подчиняется закону Бугера -Бера, и, следовательно, их концентрация может быть определена колориметрически (Минеев, 1989)

Навеску подготовленной для определения гумуса пробы почвы

3 3

помещали в конические колбы на 100 см , приливали по 20 см хромовой смеси, осторожно перемешивали и закрывали воронками. Колбы ставили на поднос и помещали в сушильный шкаф, предварительно нагретый до 150 °С (колбы ставили на расстоянии 3-4 см от стенок шкафа для обеспечения более равномерного нагрева). После того, как температура в шкафу вновь поднималась до 150 °С, колбы вынимали и давали им охладиться. Затем приливали по 20 см дистиллированной воды, давали почве осесть на дно колбы и осторожно сливали в пробирки. Через сутки раствор фотометрировали в кюветах на 5 мм при длине волны 590 нм. Рассчитывали содержание гумуса в пробах по калибровочному графику (Минеев, 1989).

Определение рН водной вытяжки почв проводили стандартным потенциометрическим методом с использованием рН-метра МР 220 (Metter Toledo, Швейцария). Стандартная ошибка рН-метра составляет ± 0,1.

Для характеристики почв по уровням кислотности существуют классификации (Добровольский, 1999; Прохорова, Кавеленова, 2008):

- сильнокислые почвы - рН 3,0-4,5;

- кислые - рН 4,5-5,5;

- слабокислые - рН 5,5-6,5;

- нейтральные - рН 6,5-7,0;

- слабощелочные - рН 7,0-7,5;

- щелочные - рН 7,5-8,5;

- сильнощелочные - рН >8,5 Определение структуры почвы

Структура почв - это совокупность агрегатов разной величины, формы и механической прочности. При этом под агрегатами понимается совокупность механических элементов или элементарных почвенных частиц, взаимно удерживающихся в силу коагуляции коллоидов, склеивания и слипания их в результате действия водородных связей, адсорбционных и капиллярных явлений, а также с помощью корневых тяжей, гифов грибов и слизи микроорганизмов.

Каждая почва имеет определенную структуру, то есть состоит из структурных отдельностей (агрегатов) разного размера и формы. Выделяют 3 группы структурных отдельностей в почвах (мм) (Минеев, 1989):

микроагрегаты...............< 0,25,

мезоагрегаты.................0,25 - 7

макроагрегаты.....................> 7

Агрегатный анализ проводили по методу Н.И. Савинова (Ганжара, Борисов, Байбейков, 2002).

Из образца воздушно-сухой почвы отбирали среднюю пробу массой 400 г. Из анализируемой почвы удаляли все включения и затем образец взвешивали. Готовили колонку почвенных сит в последовательности снизу вверх: поддон, сито 0,25, 0,5, 1, 2, 3, 5, 7, 10 мм. На верхнее сито высыпали полученную навеску, закрывали крышку и просеивали почву. После этого сита разбирали и каждую фракцию почвенных агрегатов взвешивали и рассчитывали ее долю в процентах от общей массы почвенного образца.

По результатам агрегатного анализа рассчитывали коэффициент структурности К. Этот коэффициент представляет собой отношение суммарного количества агрономически ценных агрегатов (от 0,25 до 10 мм) к суммарному количеству агрегатов менее 0,25 мм и более 10 мм, %. Он служит объективным показателем структурного состояния почвы.

Коэффициент структуры К рассчитывается по формуле:

К = а/Ь

где а - количество мезоагрегатов; Ь - сумма макро- и микроагрегатов в почве.

По величине К и шкале Долгова - Бахтина делали вывод о структурном состоянии почвы (табл. 9)

Таблица 9. Оценка структурного состояния почвы по содержанию агрономически ценных агрегатов по С.И. Долгова и П.У. Бахтину (Щербаков,

Протасова с соавт., 1996)

Суммарное содержание агрегатов 0,25 - 10 мм, % Структурное состояние почвы

> 80 отличное

80-60 хорошее

60-40 удовлетворительное

40-20 неудовлетворительное

<20 плохое

Определение биологической активности почв по Т.В. Аристовской

Период биологической активности почв - это отрезок времени, в течение которого создаются благоприятные условия для нормальной вегетации растений, активной микробиологической деятельности, когда активны микробиологические и биохимические процессы. Биологическая активность почв в значительной мере определяет степень гумификации и минерализации растительных остатков, мобилизационную способность почвы и обеспеченность растений доступными элементами питания.

О биологической активности судят по скорости разложения в почве мочевины. Этот процесс сопровождается высвобождением аммиака, концентрация которого определяется по степени защелачивания влажных полосок индикаторной бумаги. Изменение ее цвета позволяет судить об уровне биологической активности почвы.

Для определения биологической активности каждого образца почв использовали чашки Петри диаметром 9 см, в которые вносили по 50 г

почвы, увлажненной до пастообразного состояния, после чего добавляли в почву 1 г мочевины. Содержимое чашек тщательно перемешивали и равномерно распределяли по дну. Влажные полоски индикаторной бумаги прикрепляли к внутренней поверхности крышек для последующей регистрации изменений рН воздушной среды, обусловленных улетучиванием образующегося при разложении мочевины аммиака.

В ходе эксперимента с целью предотвращения высыхания почвенной пробы чашки инкубировали в эксикаторе с водой. Просматривая чашки через каждые 30 минут, определили время, за которое изменился цвет индикаторной бумаги. Опыт проводили в 3-кратной повторности.

Почва с высокой биологической активностью обнаруживает сдвиг рН на 1-1,5 ед за 1-1,5 часа. Если рН не меняется более чем 1,5 часа, но менее 4 часов, то биологическая активность почв считается средней. А если по прошествии 4 часов цвет индикаторной бумаги не изменился, такая скорость разложения мочевины и, соответственно, биологической активности почв считается низкой (Аристовская, Чугунова, 1989).

Определение тяжелых металлов в почве методом атомно-абсорбционной спектрометрии с пламенной атомизацией

Определение тяжелых металлов в исследуемых почвенных участках атомно-абсорбционным методом проводилось с образцами почвы, отбор которых осуществляли в июле 2009-2013 гг. В качестве времени отбора нами был выбран июль потому, что это середина теплого времени года и наиболее активный период вегетации у растений и почвенных микроорганизмов.

Атомная абсорбция - оптимальный метод анализа следовых количеств металлов. В методе атомно-абсорбционной спектрометрии концентрация элемента определяется по интенсивности поглощения света с характерной длиной волны атомным паром этого элемента.

Для определения содержания тяжелых металлов использовали атомно-абсорбционный спектрофотомер АЛБ-3. Атомно-абсорбционный спектрофотомер АЛБ-3 представляет собой управляемый микроЭВМ прибор.

Атомно-абсорбционный анализ основан на способности свободных атомов, определяемых элементов, образующихся в пламени при введении в него анализируемых растворов, селективно поглощать резонансное излучение определенных для каждого элемента длин волн.

Наиболее универсальным, удобным и стабильным источником получения свободных атомов является пламя. В пламени происходит испарение растворителя, растворенные вещества превращаются в мелкие твердые частицы, которые далее плавятся и испаряются. Образующиеся пары содержат смесь свободных атомов, ионов и молекул различных металлов и других химических соединений.

Для превращения раствора в аэрозоль и далее в атомный пар применяют специальные горелки, состоящие из распылителя, смесительной камеры и наконечника. От работы этого узла зависит чувствительность и точность анализа.

В качестве детектора излучения системы регистрации используют фотоэлектронные умножители (ФЭУ), которые обладают достаточной чувствительностью в широкой области спектра (табл. 10).

Определенные концентрации тяжелых металлов сравнивали с относительно допустимыми концентрациями (ОДК) и с региональной фоновой концентрацией этих металлов для выявления техногенных геохимических аномалий в зоне действия УЦЗ.

Таблица 10. Аналитическая линия чувствительности и оптическая область концентраций атомно-абсорбционного определения элемента

Элемент Линия, Газовая смесь Чувстви- Оптимальная Ширина

нм тельность мкг/мл обл.конц. мкг/мл щели

Си 324.7 Ацетилен-воздух 0.05 2-5 0.3

213.8 Ацетилен-воздух 0.01 0.4-1.5 0.2

РЬ 283.3 Ацетилен-воздух 0.1 5-20 0.4

Сё 228.8 Ацетилен-воздух 0.01 0.1-5 0.3

Сг 357.9 Ацетилен-воздух 0.01 0.5-5 0.2

N1 232.0 Ацетилен-воздух 0.1 5-50 0.2

Для построения ряда накопления тяжелых металлов были рассчитаны показатель коэффициента концентрации (Кк) и показатель коэффициента техногенности (Кт) (Полынов, 1948). Коэффициент концентрации

Сер

где Су - содержание тяжелых металлов в почве конкретного участка, мг/кг; Сср - среднее содержание тяжелых металлов в почвах г. Новоульяновска. Коэффициент техногенности

Ск

где Су - содержание тяжелых металлов в почве конкретного участка, мг/кг Ск - содержание тяжелых металлов на контрольном участке, мг/кг. Микробиологический анализ

Для микробиологического анализа готовили разведения почвы по общепринятой методике, посевы осуществляли в день отбора образцов по 0,1

мл профильтрованной взвеси поверхностным способом на твердые питательные среды. Для выделения и количественного учета гетеротрофных микроорганизмов использовали ГРМ-агар, а для выделения микромицетов -среду Сабуро. Учет численности микроорганизмов производили на 3-7 сутки и выражали в колониеобразующих единицах (КОЕ) на 1 г почвы (Нетрусов, 2005).

Биотестирование

Биотестирование образцов почв осуществляли по стандартным методикам с помощью тест-объектов, принадлежащих к разным систематическим группам: Chlorella vulgaris Beijer (ФР.1.39.2004.01143) и Daphnia magna Straus (ПНД Ф 14.1:2:4.12-06 (ПНД Ф Т 16.1:2:3:3.9-06). Для получения сопоставимых результатов по итогам тестирования рассчитывали индекс токсичности оцениваемого фактора (ИТФ) (Кабиров, 1997).

Геоботаническое описание пробных площадей

Геоботаническое описание пробных площадей осуществляли в ходе маршрутных и визуальных исследований по общепринятым методикам (Полевые практики..., 1980). Обнаруженные в районе исследований растения определяли до вида и вносили в списки по каждой пробной площади. При оценке видового разнообразия растений района исследований использовали определители (Определитель растений., 1984; Маевский, 2006). Номенклатура и латинские названия определяемых растений даны по основным современным флористическим сводкам (Черепанов, 1995; Маевский, 2006).

Для каждого вида травянистых растений на всех пробных площадях определяли проективное покрытие. Проективное покрытие - отношение площади проекций надземных частей растений ко всей учетной площади, выражаемое в процентах. Оценивали проектное покрытие по пятибалльной шкале Браун-Бланке (Василевич, 1969; Воронов, 1973):

- 1 балл - вид покрывает менее 5 % пробной площади;

- 2 балла - покрывает от 5 до 25 % пробной площади;

- 3 балла - покрывает от 25 до 50 % пробной площади;

- 4 балла - от 50 до 75 % пробной площади;

- 5 баллов - вид покрывает более 75 % пробной площади.

Экологические предпочтения видов оценивали по совокупности их

экоморфных характеристик (Василевич, 1969; Воронов, 1973; Матвеев, Прохорова, 2007).

Выявление доминирующих видов

На каждой пробной площади выявляли виды доминирующих растений, для чего использовали показатели проектного покрытия. Вид с максимальным проективным покрытием на пробной площади считали доминирующим.

Для всех видов травянистых растений визуально отмечали трансформацию морфологических признаков (изменение формы и размеров вегетативных органов, уродства), а также изменение цвета, тургора, наличие повреждений, посторонних включений на поверхности надземных частей растений (пыль, сажа, налет и др.).

Определение жизненного состояния древостоя по методу В.А. Алексеева (Алексеев, 1989)

В процессе исследования пробных площадей нами было обнаружено незначительное количество древесных растений в основном порослевого происхождения в искусственных посадках. Одним из критериев состояния окружающей среды является жизненное состояние древесных видов, а наиболее простым способом его изучения является методика В.А. Алексеева. Данная методика позволяет использовать древостой как индикатор экологического неблагополучия местообитания, так как именно древесные растения необратимо меняются при постоянном антропогенном прессе. Отнесение насаждений к категориям жизненного состояния осуществляется

на основе модифицированной шкалы В.А. Алексеева (Лесные экосистемы..., 1990), в соответствии с которой древостои с индексом состояния 90-100 % относятся к категории «здоровых», 80-89 % - «здоровых с признаками ослабления», 70-79 % - «ослабленных», 50-69 % - «поврежденных», 20-49 % - «сильно поврежденных», менее 20 % - «разрушенных».

Согласно методике В.А. Алексеева, выделяют следующие классы жизненного состояния древесных растений:

Класс 1 - здоровое дерево без признаков ослабления. Дерево не имеет повреждений кроны и ствола, густота кроны обычная для дерева, мертвые и отмирающие ветви сосредоточены в нижней части кроны и отсутствуют в верхней ее половине. Закончившие рост листья (хвоя) зеленого или темно-зеленого цвета. Повреждения листьев (хвои) незначительны (менее 10 %) и не сказываются на состоянии дерева.

Класс 2 - поврежденное (ослабленное) дерево. Обязателен хотя бы один из следующих признаков: снижение густоты кроны дерева на 30 % за счет преждевременного опадения или недоразвития листьев (хвои) или изреживания скелетной части кроны; наличие 30 % мертвых и (или) усыхающих ветвей в верхней половине кроны; повреждение (хлорозы, некрозы, ожоги) и выключение из ассимиляционной деятельности 30 % листовой поверхности.

Класс 3 - сильно поврежденное (сильно ослабленное) дерево. Обязателен хотя бы один из следующих признаков: снижение густоты обилия кроны дерева на 60 % за счет преждевременного опадения или недоразвития листьев (хвои) или изреживания скелетной части кроны; наличие 60 % мертвых и (или) усыхающих ветвей в верхней половине кроны; повреждение различными факторами и выключение из ассимиляционной деятельности 60 % площади листовой поверхности; отмирание верхушки кроны.

Класс 4 - отмирающее дерево. Крона разрушена, ее густота менее 15 % по сравнению со здоровой; более 70 % ветвей, в том числе в верхней половине, сухие или бледно-зеленого, желтоватого, оранжево-красного цвета. Некрозы белесого, коричневого или черного цвета. При загрязнении атмосферы большая часть некротированных листьев отмирает. В комлевой и средней части ствола возможны признаки заселения стволовыми вредителями.

Класс 5а - свежий сухостой. Деревья, погибшие менее года назад. У них возможны остатки сухих листьев (хвои), кора и мелкие ветви часто бывают целы. Как правило, дерево заселено насекомыми-ксилофагами.

Класс 5б - старый сухостой. Деревья, погибшие более года назад. Постепенно утрачивают ветви и кору.

На каждой пробной площади оценивали жизненное состояние всех имеющихся деревьев, а затем усредняли полученные данные. Расчет индексов состояния древостоя производили по формуле

I = (100«i + 70n2 + 40n3 + 5n4) / N, где I- индекс жизненного состояния древостоя; n1 - количество здоровых (без признаков ослабления) деревьев, n2 - ослабленных, n3 - сильно ослабленных, n4 -усыхающих; N - общее количество деревьев (включая сухостой).

Статистическую обработку экспериментальных данных проводили по общепринятым методикам (Лакин, 1973; Зайцев, 1984). Расчет результатов осуществляли с применением пакета прикладных программ Statistica 6.0 (Windows XP; «Stat Soft Inc.», USA), Microsoft Excel 2007 ( Windows XP). Рисунки редактировали при помощи графических программ: CorelDraw 11 и Paint (Windows XP).

3. ОЦЕНКА ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ

Производство цемента - это основное производство минеральных продуктов. Во время производственного процесса природное сырье измельчают и, подвергнув обжигу при высоких температурах, преобразуют в клинкер. Клинкер остужают и измельчают вместе с минеральными добавками до состояния порошка, известного как цемент (Классен, 1994). Цемент - это гидравлическое вяжущее вещество, т.е. затвердевающее при добавлении воды. Цемент используется в бетоне для связи песка и гравия.

Выбросы от обжига в цементной печи обусловлены физическими и химическими реакциями сырьевых материалов и топлива. Основные составляющие отходящих газов - это азот и избыточный кислород из воздуха, поступающего в зону горения, и диоксид углерода и вода, образующиеся в результате горения сырья.

Отходящие газы также включают в себя мелкие частицы пыли, диоксиды серы, оксиды азота, оксиды углерода, хлориды, фториды, аммиак и небольшое количество органических соединений и тяжелые металлы.

3.1. Выбросы Ульяновского цементного завода как ведущий фактор

техногенного воздействия на окружающую среду

Источники основного загрязнения цементной промышленности можно разделить по цехам производства цемента. Все цеха Ульяновского цементного завода связаны единым технологическим процессом.

В среднем производство цемента включает в себя четыре ступени: добыча и подготовка сырья; обжиг для производства клинкера;

смешивание и измельчение клинкера до консистенции цемента; • хранение, упаковка и доставка цемента.

Добыча и подготовка сырья

Сырьем для производства цемента является смесь минералов, включающая в себя оксид кальция, оксид кремния, оксид алюминия и оксид железа. Основное сырье, включая известняк, мел, мергель, глинистый сланец или глину, добывается в карьерах. В большинстве случаев карьер располагается вблизи завода. После первичного измельчения сырье перевозят на цементный завод для хранения и последующей обработки. Другие сырьевые материалы, такие как бокситы, железная руда, доменный шлак, песок или материалы вторичного использования доставляются на завод извне (Идорн, Фордос, 1974; Ьосоп1:о, 2001).

Для производства 1 т цементного клинкера необходимо около 1,57 т сырья (Эйтель, 1962; Тейлор, 1996).

Сырьевые материалы в необходимых пропорциях измельчаются и смешиваются до состояния гомогенной смеси, удовлетворяющей жесткие требования относительно тонина помола и химического состава.

Обжиг для производства клинкера

Эта часть производственного процесса является наиболее важной в отношении энергозатрат, потенциала вредных выбросов.

Образование клинкера происходит в цементной печи, где минералы сырьевой смеси под воздействием высоких температур превращаются в новые минералы с гидравлическими свойствами. Мелкие частицы сырьевой смеси переносятся из холодной части печи в теплую, в то время как дымовые газы двигаются в обратном направлении: из горячей части в холодную. Это обеспечивает эффективную тепло- и энергопередачу сырьевой смеси, а также эффективное удаление загрязняющих веществ и золы. При обжигании в цементной печи сырьевая смесь высушивается, подогревается, сжигается и спекается в клинкер, который затем быстро охлаждается воздухом и складируется.

Основополагающие химические процессы при производстве цемента начинаются с распада карбоната кальция при температуре 900 °С, в результате которого образуется оксид кальция (СаО) и выделяется углекислый газ (С02) (Бутт, 1980). Этот процесс называется кальцинированием. Далее начинается процесс производства клинкера: при высоких температурах (обычно 1400-1500 °С) оксид кальция вступает в реакцию с диоксидом кремния, оксидом алюминия и оксидом железа для образования силикатов, алюминатов и ферритов кальция, которые и составляют клинкер. После этого клинкер быстро охлаждают (Вихтер, 1974).

Смешивание и измельчение клинкера

Портландцемент получают путем совместного измельчения цементного клинкера и сульфатов, таких как гипс и ангидрид. Сульфаты необходимы для достижения требующихся характеристик схватывания цемента (Глуховский, 1978). Смешанный цемент (композитный) включает в себя другие элементы, такие как гранулированный доменный шлак, натуральный или искусственный пуццолан, известняк или инертные наполнители. Эти добавки могут быть измельчены вместе с клинкером или могут нуждаться в отдельной сушке и измельчении.

Хранение, упаковка и доставка цемента

Цемент хранится на силосных складах. Разные виды цемента хранятся раздельно. Из силосов цемент грузят сразу в автодорожные, железнодорожные цистерны или на грузовые суда или перевозят на фасовочные станции.

Ульяновский цементный завод, входящий в состав холдинга «ЕВРОЦЕМЕНТ груп», за год производит 1,226 млн тонн цемента, а годовой выпуск клинкера составляет 994 тыс. тонн. Еще с начала производства цемента наиболее остро стояла проблема выброса пыли. В ходе работы печей для обжига, цементных мельниц и клинкерных холодильников, происходит

прохождение отработанного воздуха через материал, в результате образуется пыль (табл. 11)

На сегодняшний день есть технологии, которые позволяют снижать образование пыли. Установка фильтров и электростатических осадителей позволила снизить выбросы пыли на 90 %.

Таблица 11. Данные предприятия УЦЗ по выбросам в атмосферу за 2009-2013 г., т/год (по данным Министерства лесного хозяйства,

природопользования и экологии Ульяновской области)

д о ^ Всего выбросов Твердые вещества Диоксид серы Окислы углерода Окислы азота Углеводороды Прочие вещества

2009 5312,003 3241,808 589,503 610,917 853,709 0,001 0,023

2010 3032,598 1986,429 169,67 335,735 536,116 0,001 0,016

2011 2915,290 1854,870 259,595 281,186 514,990 0,001 0,016

2012 2820,312 1750,854 186,303 206,318 490,807 0,001 0,016

2013 2789,213 1646,465 180,248 198,117 403,108 0,001 0,015

Основными видами вредных примесей в выбросах УЦЗ является пыль перерабатываемых материалов в газовые компоненты, такие как: двуокись азота, сернистый ангидрид, окись углерода и углеводород.

По данным выброса вредных загрязняющих веществ в 2009-2013 гг. установлена динамика изменения объема выбросов в атмосферу от УЦЗ (рис.

4).

Объем выбросов, т 12 3 4 5 6 О О О О О О О О О О О О О О О О О О О

- ■

2ОО8 2ОО9 2О1О 2О11 2О12 2О13

Рис. 4. Динамика изменения объема выбросов

вредных веществ в атмосферу УЦЗ по годам, т.

График составлен по материалам Министерства лесного хозяйства, природопользования и экологии Ульяновской области с использованием данных сводных отчетов атмосферного воздуха по годам.

Из графика видно, что с 2008 г. происходит увеличение выбросов, которое возможно объяснить развитием строительной индустрии в Ульяновской области. За шесть лет наибольший пик загрязнения атмосферы (5312,003 т) наблюдается в 2009 г., а наименьший - в 2013 г. (2789,213 т). За годы исследований объемы выбросов УЦЗ заметно сокращаются. Это связано с тем, что УЦЗ делает основной упор на модернизацию производства и решение экологических вопросов.

Основные выбросы от производства цемента - это выбросы в воздух, возникающие во время работы цементной печи. Выбросы образуются в результате физических и химических реакций сырья и топлива. Основными составляющими отходящих газов являются азот и избыточный кислород, образующиеся из воздуха для горения, и углекислый газ и вода, образующиеся из сырьевого материала и в результате процесса горения, который является неотъемлемой частью процесса производства цемента. Отходящие газы также содержат в себе небольшой объем загрязняющих воздух веществ. Эти загрязняющие вещества были перечислены в "Справочнике по наилучшим имеющимся технологиям" (Best Available Techniques Reference) (Тейлор, 1996):

- оксиды азота (NOx);

- диоксид серы (SO2) и другие соединения серы;

- пыль;

- летучие органические соединения (ЛОС);

- полихлорированные дибензодиоксины (ПХДД), полихлорированные дибензофураны (ПХДФ);

- металлы и их соединения;

- фтороводород (HF);

Во всех цементных печах твердый материал перемешивается с топочными газами. Такое смешивание влияет на выброс загрязняющих веществ, т.к. твердый материал выполняет роль встроенного очистителя воздуха, который абсорбирует газы или на поверхности которого они конденсируются.

NOx получаются при горении в результате реакции азота с кислородом, присутствующим или в воздухе, использующемся для горения (тепловые NOx), или в топливе (топливные NOx). Тепловые NOx образуются при температуре выше 1200 °C. Тепловые NOx преобладают из-за применения высоких температур в цементных печах. Оксид азота составляет около 95 %, а диоксид азота около 5 % (Тейлор, 1996).

Выбросы SO2, в первую очередь, обусловлены наличием летучей серы в сырьевом материале. Эта сера в виде SO2 выбрасывается со стороны низкотемпературной части печи. При высоких температурах сера, присутствующая в сырье в виде сульфатов, распадается только частично и практически полностью забирается из печи с клинкером. Сера, попадающая в печь вместе с топливом, вступая в реакцию с кислородом до образования SO2 и не приводит к значительным выбросам SO2, т.к. SO2, образованный в горячей части печи, реагирует с активными мелкими частицами сырьевого материала в зонах спекания, кальценирования и в горячей части предварительного подогрева (Бойнтон, 1972).

Образование пыли (включая твердые частицы) всегда было наиболее острой экологической проблемой в цементном производстве. Однако сейчас выбросы пыли сократились и контролируются высокоэффективными фильтрами. Основными источниками пыли являются дымовые трубы цементных печей. Кроме этого, возникают некоторые направленные выбросы

пыли, связанные с измельчением (сырья, топлива, цемента), и рассеянные выбросы, которые могут возникнуть в результате хранения и погрузки сырья, топлива, клинкера, цемента, а также в результате использования транспортных средств на территории производства.

Хлориды и фториды могут попасть в систему из сырья и/или топлива. Основная часть улавливается мелкими твердыми частицами сырьевого материала и выходит из печи вместе с клинкером. Небольшое количество выбрасывается из печи, абсорбируясь на частицах пыли.

Выбросы летучих органических соединений, СО и МН3 могут возникнуть на начальных стадиях обжига (предварительный подогрев, прекальценирование), когда примеси (такие как органическое вещество), присутствующие в сырье, становятся летучими в результате нагревания сырьевой смеси (Тейлор, 1996).

Диоксины и фураны могут возникнуть в результате горения элементов установки, в зависимости от устройства печи и самого процесса, условий горения, сырья и типа и управления установками контроля за выбросами. Благодаря высоким температурам в печи производство цемента в Европе редко является существенной причиной выброса ПХДД и ПХДФ, даже если в качестве топлива применяются опасные отходы (Баженов, 2003).

Металлы, попадающие в печь с сырьевым материалом или топливом, впоследствии будут присутствовать или в отходах горения, или в клинкере. Большая часть тяжелых металлов остается в клинкере. Крайне летучие металлы, такие как ртуть и талий, не будут содержаться в клинкере в том же объеме, что и другие металлы. При высоких температурах многие тяжелые металлы испаряются и затем конденсируются на клинкере, сырье и частицах пыли.

в почве

Загрязнение почв г. Новоульяновска происходит, главным образом, в промышленных районах и в местах скопления транспорта. В данной главе рассматриваются результаты исследований, показывающие влияние цементного производства на содержание тяжелых металлов в районе исследования.

В настоящее время более 20 металлов находится в списке потенциально опасных загрязнителей почвы. Наибольшую потенциальную опасность представляют такие металлы, как Си, Н^, 7п, Сё, Бп, РЬ (Сает, Раевич с соавт., 1990; Лп§е1опе, Ыш, 1992). Исследуемые в данной работе тяжелые металлы относятся к 1-му (7п, Сё, РЬ) и 2-му (N1, Си, Сг) классу опасности.

Данные о содержании в почве металлов, полученные атомно-абсорбционным методом, представляют собой неполное валовое содержание металлов. При описании загрязнения почв были использованы нормативы ГН 2.1.7.2042-06, ориентировочно-допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве, учитывающие ее гранулометрический состав и рН.

Средний показатель рассчитывался по всему массиву данных, полученных за период наблюдений в 2009-2013 гг. Данные контрольной пробной площади показаны отдельно и также представляют среднее значение за 2009, 2010, 2011, 2012 и 2013 гг. (рис. 5; прил. 6, 7, 8, 9, 10).

Оценка суммарного содержания тяжелых металлов в исследуемых почвах показала, что наибольшее полиметаллическое загрязнение почв характерно для ПП1, наименьшее для ПП5контроль. Изменение суммарного содержания металлов исследуемых почв наблюдали в ПП1 с октября 2009 г. по июль 2013 г. Достаточно плавно происходило изменение содержания

Рис. 5. Среднее содержание тяжелых металлов в почвах изучаемых пробных площадок. Планки погрешностей при р = 0,05

Рис. 6. Динамика суммарного полиметаллического загрязнения почв исследуемых пробных площадей Среднее содержание цинка в почвах исследуемых площадей было выше, чем его среднее содержание в контроле. Показатели содержания валовых форм цинка варьировали от 20,8 до 35,2 мг/кг почвы (рис. 7; прил. 11, 12, 13, 14, 15).

Рис. 7. Среднее содержание цинка в почвах изучаемых пробных площадей.

Планка погрешностей при р = 0,05

Накопление цинка негативно сказывается на большинстве почвенных процессов, прежде всего снижает биологическую активность, вызывает изменение физических и физико-химических свойств почвы (Казакова, 2010). Оценка содержания цинка в почве пробных площадей в 2009-2013 гг. показала незначительные различия между ними. Почвы ПП1 и ПП2 были наиболее подвержены загрязнению цинком, наименьшему ПП4 и ПП5контроль. Существенное повышение содержания цинка было характерно для почв ПП1 с октября 2009 г. по октябрь 2010 г. По сравнению с началом исследований (июль 2009 г.) в октябре 2011 г. содержание цинка в исследуемых почвах пришло к первоначальному уровню, а в 2012-2013 гг. в почвах 11112-4 и ПП5контроль произошло небольшое и постепенное снижение содержания цинка. На большинстве участков концентрация цинка была выше или равна региональному фону (24,2 мг/кг) весь период исследований, только в ПП5контроль она была ниже или равна ему. Показатель ОДК по цинку составляет 220 мг/кг почвы, и на исследуемых площадях этот показатель не был превышен (рис. 8).

40,0 35,0

130,0 £ 25,0 20,0 15,0

ПП1 ПП2 ПП3 ПП4 ПП5контроль

Рис. 8. Динамика содержания цинка в почвах изучаемых пробных площадей Средний показатель по содержанию меди в почвах пробных площадей отличался от контроля на 4,6 мг/кг. Наибольшее значение установлено в почвах ПП1 (в 2009 г. - 20, 4 мг/кг; в 2010 г. - 21, 4 мг/кг; в 2011 г. - 19,4 мг/кг; в 2012 г. - 19,2 мг/кг; в 2013 г. - 18,8 мг/кг). Минимальное содержание меди выявлено на ПП4 за 2009-2013 гг. (12,5; 10,3; 11,0; 10,8 и 10,6 мг/кг, соответственно) (рис. 9; прил. 16, 17, 18, 19, 20).

Динамика содержания меди в исследуемых почвах показала (рис. 10), что почвы ПП1 были подвержены наибольшему загрязнению, наименьшему - ПП5контроль. Минимальное содержание меди за период исследований наблюдалось на ПП4 и ПП5контроль и изменялось от 9,8 до 12,7 и от 10,0 до 13,4 мг/кг, соответственно. За период исследований наблюдалась тенденции к уменьшению содержания меди в почвах пробных площадей. Показатель ОДК для меди составляет 130 мг/кг почвы, данный показатель на исследуемых площадях превышен не был.

Рис. 9. Среднее содержание меди в почвах изучаемых пробных площадей.

Планка погрешностей при р = 0,05

25,0 23,0 21,0 19,0 17,0 15,0 13,0 11,0 9,0 7,0 5,0

н л л

о а а

^ ю ю

я « «

щ Р н

ЕС «

<а о о

ев

2009

ПП1

ж--*

Ж" ж

Ж' * ж ж

н о

¡у £

Л Л

а а

ю ю

« «

2010 ПП2 -1

н о

¡у £

Л Л

а а

ю ю

« «

2011 ПП3 ПП4

н о

b

s

Л Л

а а

ю ю

« «

H о

b

s

Л Л

а а

ю ю

« «

2012

ПП5контроль

2013

Рис. 10. Динамика содержания меди в почвах изучаемых участков

Средний показатель содержания свинца в почвах изучаемых пробных площадей был значительно выше среднего значения контроля (на 7,7 мг/кг). Уровень содержания свинца в 2009 г. колеблется от 9,5 до 18, 8 мг/кг; в 2010 г. - от 7,5 до 20,8 мг/кг; в 2011 г. - от 9,0 до 19,0 мг/кг; в 2012 г. - от 8,6 до 18,7 мг/кг; в 2013 г. - от 8.5 до 18,4 мг/кг (рис. 11; прил. 21, 22, 23, 24, 25).

Оценка содержания свинца в исследуемых почвах в период 2009-2013 гг. выявила различия между участками. Наибольшему загрязнению были подвержены почвы ПП1, наименьшему - почвы ПП4 и ПП5контроль. По сравнению с началом исследований (июль 2009 г.) в октябре 2013 г. содержание свинца в почвах ПП1-4 и ПП5контроль после незначительных колебаний снизилось. На всех участках содержание свинца в почве было выше регионального фона (11,2 мг/кг), за исключением ПП5контроль, где содержание металла не превышало фоновых показателей. Показатель ОДК по свинцу составляет 130 мг/кг почвы, на исследуемых площадях этот показатель превышен не был (рис. 12).

Рис. 11. Среднее содержание свинца в почвах изучаемых пробных площадей.

Планки погрешностей при р = 0,05

2009

> ж ж

^ т' я.

т

о

£

л л

а а

ю ю

м м

ПП1

2010 ПП2 -

т

о

£

ьь рр

ю ю м м

ПП3

2011 ПП4

ьь рр

^ ю ю ь М

нт

<а о

Ж -К-

ьь рр

^ ю ю ь М

нт

<а о

2012

ПП5контроль

2013

Рис. 12. Динамика содержания свинца в почвах изучаемых площадей

Средний показатель содержания кадмия в пробных площадях был незначительно выше среднего значения контроля (на 0,35 мг/кг). За исследуемый период содержание кадмия в почвах изучаемых пробных площадей менялось незначительно (рис. 13; прил. 26, 27, 28, 29, 30).

Рис. 13. Среднее содержание кадмия в почвах изучаемых пробных площадей.

Планка погрешностей при р = 0,05

Оценка содержания кадмия в исследуемых почвах в 2009-2013 гг. показала незначительные различия между пробными площадями. Наибольшему загрязнению кадмием были подвержены почвы 11111 и 11112, наименьшему ПП4 и ПП5контроль. Существенное разнонаправленное изменение содержания кадмия было характерно для 11111. Значительная динамика содержания кадмия в почвах была характерна для ПП2, максимальное значение которого составляло 1,1 мг/кг в 2010 г., а минимум был зафиксирован в 2013 г. - 0,5 мг/кг. За период исследований содержание кадмия на исследуемых пробных площадях то возрастало, то снижалось, а к концу наблюдений вернулось к уровню 2009 г. и несколько снизилось. На всех пробных площадях содержание кадмия было выше или равно показателю регионального фона (0,43 мг/кг). Показатель ОДК по кадмию составляет 2 мг/кг почвы, и этот показатель на пробных площадях не был превышен (рис. 14).

Рис. 14. Динамика содержания кадмия в почвах изучаемых площадей

На рисунке 16 показана пространственная и временная динамика среднего содержания никеля в почвах изучаемых пробных площадей. Средний показатель содержания никеля пробных площадей составил 16,8 мг/кг, контроля - 13,4 мг/кг (рис. 15; прил. 31, 32, 33, 34, 35). Самый низкий

Рис. 15. Среднее содержание никеля в почвах изучаемых пробных площадей.

Планка погрешностей при р = 0,05

24,0

22,0 20,0

£ 16,0 14,0 12,0

aMt^ iUfc^

10,0

л

л а

н

о „ _

ю ю

"WW

S fc ^

ев я О о

« о

2009

л а

н

О „ _

^ ю ю

"WW

S fc ^

ев я О о

« о

2010

Л

а

н

о „ _

^ ю ю

"WW

S fc ^

ев я О о

« о

2011

Л

а

н

о „ _

^ ю ю

"WW

s É: н s

D О

ев

« О

2012

Л

а

н

О „ _

^ ю ю

"WW ® b h s

о о

ев

2013

« о

ПП1

ПП2

ПП3

ПП4

ПП5контроль

Рис. 16. Динамика содержания никеля в почвах изучаемых площадей

Содержание никеля в почве в 2009-2013 гг. показало незначительные различия между исследуемыми пробными площадями (рис. 16). Наибольшему загрязнению подвержены почвы ПП1, наименьшему - ПП4 и