УДК 504.054:631.412
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ В ПОЧВЕ НА ПРИМЕРЕ ЩУЧАНСКОГО РАЙОНА КУРГАНСКОЙ ОБЛАСТИ
Е. Ю. Парамонова, Саратовский государственный технический университет им. Ю. А. Гагарина, аспирант, paramonova.e1988@yandex.ru, Л. Ф. Щербакова, кандидат химических наук, Саратовский государственный технический университет им. Ю. А. Гагарина, доцент, shchlf@yandex.ru,
Б. В. Серебренников, доктор технических наук, старший научный сотрудник ФГУ «33 ЦНИИИ МО РФ», ведущий научный сотрудник, shchlf@yandex.ru
Изучена депонирующая способность почв г. Щучье Курганской области. Определена степень миграции имитаторов загрязнителей по результатам двух экспериментов: по методу «крахмальной метки» и лизиметрическом.
Выявлена недостаточность естественной депонирующей способности серых лесных почв для надежной защиты окружающей среды от загрязнения токсичными химикатами и продуктами их деструкции. Для восполнения недостаточности защиты почвы и подземных вод от загрязнителей необходима разработка природных модифицированных сорбентов и искусственных геохимических барьеров, препятствующих распространению загрязнителей вниз по почвенному профилю и проникновению их в подземные воды.
The depositing ability of soils of the town of Shchuchye in the Kurgan region is studied. The degree of migration of simulators of pollutants based on the results of two experiments, i.e. the method of «starch marks» and a lysimetric method, are identified.
Insufficiency of natural depositing ability of gray forest soils for reliable environment protection against pollution by toxic chemicals and products of their destruction is revealed. Development of the natural modified sorbents and the artificial geochemical barriers interfering distribution of pollutants down on a soil profile and their penetration into underground waters is necessary for completion of insufficiency of protection of the soil and underground waters from pollutants.
Ключевые слова: депонирующая способность, физико-химические характеристики почвы, распространение загрязнителей, загрязнители почвы, степень миграции загрязнителей.
Keywords: depositing ability, physical and chemical characteristics of soil, distribution of pollutants, contaminants of the soil, the degree of migration of pollutants.
Введение. Почва имеет значительную способность поглощать и «перерабатывать» органические и неорганические вещества, эту способность называют емкостью по отношению к загрязнениям [1]. На протяжении тысячелетий почва справлялась с попадающими в нее отходами с помощью населяющих ее бесчисленных микроорганизмов, и помогала им огромная гетерогенность почвы — наличие в ней множества твердых фаз, почвенного раствора и пор, наполненных газами. Все эти фазы участвуют в многочисленных химических реакциях, которые наряду с биохимическими реакциями «поглощают» и перерабатывают попавшие в почву продукты жизнедеятельности людей. Активную роль при этом играет солнечное излучение [2, 3].
По мере развития человечества поступление загрязнений усиливалось, а их состав становился все разнообразнее. Наряду с обычными бытовыми отходами, количество которых увеличивается одновременно с ростом населения, в почву все в большем количестве попадают соединения, синтезированные человеком, которым нет аналогов в окружающей среде и многие из которых являются сильнейшими токсикантами. Особую опасность эти соединения представляют потому, что попадают со временем в грунтовые или в поверхностные воды и, в конечном счете, в продукты питания человека и в питьевую воду. Для защиты подземных вод необходимо применение таких мероприятий, которые будут способствовать очищению и защите не только грунтовых вод, но и самой почвы.
Депонирующая способность почв может быть использована как основа для целенаправленного создания эффективного способа защиты окружающей среды. Для этого необходимо глубокое понимание процессов миграции токсикантов в почвенном профиле.
Задачи и методы исследования. Основной целью проведенного исследования являлось изучение физико-химических свойств почв и определение их способности к самоочищению на примере Щучанского района Курганской
области. Для этого последовательно решались следующие задачи:
1. Определить основные физико-химические характеристики почв, влияющие на сорбцию и миграцию загрязнителей;
2. Выявить закономерности миграции загрязнителей в почвах;
3. Исследовать естественную депонирующую способность почв для надежной защиты окружающей среды от загрязнения.
Информация о характере и особенностях перемещения ксенобиотиков в реальном грунте, о влиянии характеристик почв на скорость и тип движения веществ различных районов отсутствует. Для восполнения этого пробела были предприняты экспедиции в различные районы Пензенской, Брянской, Курганской и других областей.
В августе 2009 г. проведена экспедиция в г. Щучье Курганской области.
Заложено два почвенных разреза. Разрез № 1 представлен серой лесной среднемощной легкосуглинистой почвой. Для разреза № 2 характерны выщелоченные черноземы на суглинках.
В ходе экспедиции определена степень выраженности барьерных свойств почв района, эффективность локализации токсичных химикатов с возможностью последующей нейтрализации. Кроме того, изучены характер, основные закономерности и особенности протекания процесса миграции поллютантов в реальном почвенном профиле.
Важную роль в процессе миграции поллю-тантов в почве играет их сорбция почвенным веществом. Для прогноза поведения токсичных химикатов и продуктов их разложения в почве весьма важным представляется установление взаимосвязи между физико-химически-
ми свойствами вещества и адсорбционной способностью почв.
Почва имеет огромное множество параметров, характеризующих различные ее свойства. На процесс миграции веществ в почве в той или иной мере влияют практически все, но определяющими являются лишь некоторые [4]. Для характеристики потенциальной депонирующей способности почв как естественного барьера в ходе полевого эксперимента определены общая плотность, плотность твердой фазы, порозность, полевая влажность, содержание гумуса и рН почвы.
Результаты определения физико-химических характеристик разрезов почв приведены в таблице.
Как видно из таблицы, содержание влаги вниз по почвенному профилю растет в обоих разрезах. Высокая влажность на глубине 30 см первого разреза объясняется наличием глинистой прослойки. Величина плотности второго разреза выше, чем первого, что связано с тяжелым гранулометрическим составом. Плотность твердой фазы почвы увеличивается с глубиной в обоих разрезах, причем их различие незначительно. Поровое пространство разреза № 1 характеризуется большей величиной, так как сложено частицами более крупных размеров. В серых лесных почвах содержание органического вещества в приповерхностном горизонте выше в 1,5—2,0 раза по сравнению с выщелоченными черноземами. Снижение содержания с глубиной происходит плавно в первом разрезе и резко во втором. Кислотность верхних горизонтов обоих разрезов изменяется незначительно. С глубиной показатель рН увеличивается, что говорит о снижении кислотных свойств. Незначительные изменения рН могут превратить почву из приемника в ис-
Физико-химические характеристики почв
Характеристика почв по разрезам*
Слой почв, см Ж % Рь> г/см3 р8, г/см3 е, см3/см3 гумус, % рН
1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
0—10 10—20 20—30 30—40 40—50 7,31 5,93 6,55 6,14 0,93 1,54 1,37 2,84 4,04 0,81 1,23 1,76 1,83 2,07 1,44 1,52 1,78 1,85 1,36 1,80 1,84 2,03 2,10 1,70 1,90 1,92 2,53 0,40 0,32 0,04 0,27 0,01 0,15 0,20 0,07 0,26 3,05 1,68 0,90 0,65 0,50 2,40 1,45 0,40 6,10 6,25 6,12 6,30 6,28 6,10 6,22 6,17 6,30
* W — полевая влажность, рв — общая плотность, р8 — плотность твердой фазы, е — порозность.
точник загрязнений. Отсутствие значений характеристик для второго разреза на глубине от 40 см объясняется наличием плотного слоя глины, который препятствовал осуществлению отбора пробы для анализа.
Влага в почве движется весьма неравномерно. Почвенные поры оказываются далеко не простыми цилиндрическими капиллярами, а образованиями сложной формы. Через одни вода фильтруется быстро, в другие проникает постепенно, рассасываясь из крупных капилляров, а в некоторые, тупиковые, вообще не попадает. Чтобы описать такую сложную миграцию влаги, необходимо подробное изучение пористой структуры почвенных профилей.
Глубина, см
А
Глубина, см
Рис. 1. Пути миграции раствора в серой лесной почве (А) и в выщелоченных черноземных почвах (Б) района г. Щучье Курганской области
Для определения истинного вклада переноса по крупным почвенным каналам в общий процесс миграции остановимся на результатах двух экспериментов: по методу «крахмальной метки» и лизиметрическом. Выбор методов обусловлен тем, что закономерности и особенности протекания переноса веществ в почве вообще и по макропорам, в частности, заметно зависят от конкретных почвенно-климати-ческих характеристик предполагаемого места загрязнения окружающей среды. А полного сходства их с реальными можно добиться лишь в условиях полевого эксперимента [5].
Эксперимент по методу «крахмальной метки» направлен на то, чтобы выяснить основные пути миграции влаги [6]. На поверхность предварительно насыщенной влагой почвы устанавливают «раму» и заливают 2 % раствор водорастворимого крахмала, который движется в почве так же, как и чистая вода. После того как раствор впитается, делают горизонтальные почвенные срезы и обрызгивают их раствором йода, Там, где фильтровался крахмал, появлялись синие пятна. Их фотографируют или зарисовывают.
Как видно из рис. 1, раствор в разрезе серых лесных почв движется довольно равномерно, растекаясь в плоскости почвенного горизонта не более чем на 30 см. Это объясняется однородной структурой почвы, имеющей легкий гранулометрический состав.
В выщелоченных черноземах раствор на глубине 10—15 см заметно растекался за границы рамы, удаляясь на расстояние от 50 см и более.
В лизиметрическом эксперименте изучают распространение модельных соединений.
Ранее был обоснован
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.