НАУКИ О ЗЕМЛЕ = -------=
УДК 546.47:581.5
ФРАКЦИОННЫЙ СОСТАВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ВЫБРОСАМИ НОВОЧЕРКАССКОЙ ГРЭС
© 2007 г. Т.М. Минкина1, О.Г. Назаренко2, С.С. Манджисва1
Предложен комбинированный прием фракционирования почвенных соединений металлов. Показано влияние аэротехногенных выбросов на изменение фракционного состава Cu, Zn и РЬ в почвах. Установлено, что в загрязненных почвах происходит увеличение подвижности металлов. В малобуферных почвах рост подвижности поллютантов происходит более интенсивно. Определены общие закономерности и специфические особенности в распределении Cu, Zn и РЬ по формам соединений.
В г. Новочеркасске расположено более 190 крупных и мелких промышленных предприятий, оказывающих негативное влияние на состояние различных объектов окружающей среды, в связи с чем г. Новочеркасск входит в зону чрезвычайной экологической ситуации [1]. По данным многих авторов [2-4], основную лепту в загрязнение среды города вносит Новочеркасская ГРЭС (НчГРЭС).
ОАО "Новочеркасская ГРЭС" расположена всего в 7,5 км юго-восточнее города, поэтому 99% выбросов приходится на селитебные зоны, так как электростанция построена по отношению к городу без учета розы ветров. Также не соблюдается проектная 10-километровая сани-тарно-защитная зона. Крайне отрицательное влияние на экологическую обстановку в городе и прилегающих территориях усиливается еще и тем, что топливо, используемое на предприятии, не соответствует требованиям качества.
Основными компонентами выбросов НчГРЭС являются зола, сернистый ангидрид, оксиды азота, сажа (свыше 30 т/год), пятиокись ванадия (около 8 т/год), оксид железа (свыше 5 т/год), хромовый ангидрид (около 0,1 т/год), фтористый водород (7 кг/год) и др. В золе сохраняется до 85% содержащихся в исходном угле химических элементов [4]. Анализ летучей золы выбросов [2] свидетельствует об увеличении в несколько раз концентраций большинства тяжелых металлов (ТМ) относительно первоначально сжигаемого сырья. Основная масса микроэлементов входит в состав аэрозолей.
1 Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону.
2 Донской государственный аграрный университет, пос. Персиановский Октябрьского района Ростовской области.
В настоящее время важнейшим аспектом экологических исследований агроландшафтов, расположенных в пределах индустриальных центров, является не только оценка их состояния, но и прогноз экологической ситуации в сложившихся условиях техногенной нагрузки. Для решения этих задач необходим анализ данных по накоплению и распределению ТМ в почвах техногенных ландшафтов, что и определило цель данных исследований,
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
В 2000 г. были заложены мониторинговые площадки, расположенные на разном удалении от НчГРЭС (1,0-20,0 км) и приуроченные к точкам единовременного отбора проб воздуха при составлении экологического паспорта предприятия (зоны № 1, 2, 3, 5, 6, 7) (рис. 1). В соответствии с розой ветров определено так называемое "генеральное направление" - прямая, проходящая от источника загрязнения на северо-запад через селитебные зоны г. Новочеркасска (зоны № 4, 8, 9, 10).
Площадки мониторинговых наблюдений располагались на участках целины или залежи. Глубина отбора образцов 0-20 см. В данной работе представлены усреднённые результаты исследований с 2000 по 2006 гг.
Почвенный покров объекта исследования представлен черноземами обыкновенными, лу-гово-чернозёмными и аллювиально-луговыми почвами, свойства которых приведены в табл. 1. С учетом представленных свойств рассчитан балл буферности и на его основе дана оценка степени буферности почв по отношению к тяжелым металлам по методике В.Б. Ильина [5].
и №
П
4 X
5 *
* X
о
> ч:
5:
О
р.
гп >
> X
Таблица 1. Физико-химические и агрохимические свойства почв территорий, прилегающих к ГРЭС (среднее за 2000-2006 гг.)
о о -о
к N4^, Р2О5, к20, Са+ мг-экв/ о <и ¡у
а Почва Физ. Ил, % Гумус, рН СаС03, мг/ ЕКО, мг- + ва ^ о 3 2 ® о ч
^ _ 3 £ глина, % % 100 г мг/100 г мг/100 г 100 г экв/100 г к г^ О. § £ К ь £
О X ч к С О- % почвы почвы почвы почвы почвы еч ад -& о 5 ю О *
С, 0 V £ 2 £ О с; и •д = ? Н 2 £ п * «
X 2 У С О л П V с 2 Е ^ 8 « « О н ае 6-
1 Чернозем обыкновенный карбо- 45,3 26,6 4,2 7,6 0,5 2,8 3,7 39,4 33,4 34,6 32,0 Повы-
натный среднеыощный мало- щенная
гумусный тяжслосуглинистый на
лёссовидных суглинках
2 Аллювиально-луговая карбонатная слабогуиусированная песчаная на аллювиальных отложениях 5,9 2,9 3,1 7,5 0,3 2,4 1,5 20,9 10,0 10,3 22,0 Средняя
3 Лугово-чернозшная пойменная малогумусная легкоглинистая на аллювиальных отложениях 63,4 36,8 4,6 7,1 0,1 2,0 4,5 34,7 40,5 44,3 43,0 Высокая
4 Чернозем обыкновенный карбонатный среднеыощный малогу-мусный тяжело:углинистый на лессовидных суглинках 55,3 30,9 4,5 7,4 0,7 2,9 4.0 30,4 32,1 33,2 32,0 ГТовы-шенная
5 Чернозем обыкновенный карбонатный среднемощный мало-гумусный тяжелосуглинистый на лёссовидных суглинках 56,3 26,8 4,2 7,4 0,7 2,4 3,0 37,3 35,8 37,6 35,0 То же
6 Лугово-черноземная среднемощ-наи малогумусная тяжелосуглинистая на лёссовидных суглинках 52,8 28,9 4,0 7,6 0,9 3,6 3,3 35,1 30,3 32,0 39,5 «—»
7 Чернозем обыкновенный карбонатный среднемощный мало-гумусньш тяжелосуглинистый на лёссовидных суглинках 47,7 27,3 4,2 7,5 0,6 2,9 2,6 48,5 30,0 31,7 39,5 «—»
8 Лугово-черноземная среднемощ-ная малогумусная тяжело-суглинистая на лёссовидных суглинках 60,0 32,4 4,8 7,2 0,2 2,0 4,4 31,7 45,6 49,9 42,0 Высокая
9 Чернозем обыкновенный карбонатный среднемощный мало-гумусный тяжелосуглинистый на лессовидных суглинках 46,3 27,8 4,2 7,6 0,7 2,0 3,7 32,2 32,2 33,4 32,0 Повышенная
10 Чернозем обыкновенный карбонатный среднемощный малогу-мусный тяжелосуглинистый на лёссовидных суглинках 49,1 25,0 4,5 7,7 0,6 3.9 3,8 40,7 35,0 37, \ 37,0 То же
*Число баллов и степень буферности пома по отношению к тяжелым металлам рассчитана по методике В.Б. Ильина (1995, 2001).
В работе представлено содержание Си, Хп и РЬ в почвах. Данные металлы являются основными загрязнителями окружающей среды района исследований [4].
Анализ общего содержания ТМ выполнен с помощью рентгенофлюоресцентного метода. Определение элементов в почвенных вытяжках проводили методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии (ААС).
Предложен комбинированный прием фракционирования почвенных соединений металлов на основе параллельных и последовательных экстракций. Сопоставление результатов, полученных двумя независимыми методами, дало возможность определить основные формы металлов в почвах. Исключение составляет анализ труднорастворимых солей ТМ в виде отдельных фаз, так как отсутствуют методы их определения в связи с низким содержанием их в почвах. В то же время они являются важным фактором в фиксации металлов в карбонатных почвах.
При последовательном фракционировании соединений ТМ наиболее часто используют схему Тессиера [6], которая позволяет выделить следующие фракции металлов.
1. Обменная - ТМ, удерживаемые в основном электростатическими силами на глинистых и других минералах, органическом веществе и на аморфных соединениях с низким рН нулевого заряда. Фракция подвержена влиянию ионного состава почвенного раствора. Извлекаемые из почв растворами нейтральных солей обменные формы ТМ соответствуют в основном слабо связанным не специфически адсорбированным формам. Экстрагируется 1 М раствором MgCl2, рН 7.
2. Связанная с карбонатами - ТМ, специфически адсорбированные на карбонатах Са и Mg. Указывается на возможность растворения металлов в составе солей фосфорной кислоты [7], а также частично аморфных и слабоокристаллизованных гидроксидов Ре и Мп [8]. Экстрагируется 1М СН3СООЫа, рН 5.
3. Связанная с гидроксидами Бе и Мп - ТМ, образующие прочные поверхностные комплексы с гидроксидами или окклюдированные в них. При этом могут высвобождаться ТМ из органических комплексов и аморфных сульфидов. Экстракция производится 0,04М раствором ЫН2ОН • НС1 в 25% СН3СООН при температуре 96±3 °С.
4. Связанная с органическим веществом - ТМ, образующие с органическим веществом прочные комплексы (хелаты), а также металлоорга-нические соединения. Частичному разрушению могут подвергаться сульфиды. Экстрагируется НЫОя и Н202 при температуре 85±3 °С.
5. Остаточная фракция - ТМ, прочно закрепленные в кристаллических решетках первичных и вторичных минералов. В составе этой фракции могут присутствовать металлы, находящиеся в почве в форме малорастворимых солей, входящие в устойчивые сульфиды и в небольших количествах связанные с наиболее устойчивыми формами органоминеральных веществ. Эта фракция извлекается путем полного разложения остатка почвы смесью НБ и НСЮ4.
После каждой экстракции проводили разделение жидкой и твердой фазы с помощью центрифугирования.
Следует отметить, что во всех исследуемых образцах сумма выделенных форм ТМ при фракционировании (табл. 2) отличалась незначительно от их общего содержания. Корреляция между суммой форм и общим содержанием была очень высокой: для Си г=0,92±0,09; для РЬ г = 0,94±0,08; для Хп г = 0,91±0,10. Высокая корреляция между данными формами показана в работе [9].
Метод Тессиера подходит для выделения суммарной техногенной составляющей из загрязненных почв, но мало информативен для оценки фракций металлов, непрочно связанных с почвой.
Для определения непрочно связанных соединений ТМ в почвах использовали три параллельные вытяжки: ШСН3С001ЧН4 (ААБ), рН 4,8, 1% ЭДТА + ААБ, рН 4,8 и 1/УНС1. Эти вытяжки рекомендованы для определения подвижных форм ТМ при контроле загрязнения почв сельскохозяйственных угодий [10]. Соединения металлов, извлекаемые ААБ, отнесены к обменным. Вытяжка ААБ характеризует весь запас обменных ионов металлов, так как ее экстрагирующая способность выше, чем раствора MgCl2. Следует отметить, что использование данных, полученных на основе вытяжки как MgCl2, так и ААБ, показало примерно сходные результаты по соотношению групп ТМ и форм в группах. В табл. 3 и 4 показаны результаты с учетом равновесно обменных форм.
Вытяжка ААБ+ЭДТА предположительно извлекает обме
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.