ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2015, № 5, с. 633-640
ДЕГРАДАЦИЯ, ВОССТАНОВЛЕНИЕ И ОХРАНА ПОЧВ
УДК 631.472.71:632.122.2:504.054
ПРОСТРАНСТВЕННОЕ ВАРЬИРОВАНИЕ СОДЕРЖАНИЯ БЕНЗ(А)ПИРЕНА И СВОЙСТВ АГРОЗЕМА ВБЛИЗИ ЮЖНО-САХАЛИНСКОЙ ТЭЦ
© 2015 г. Д. Н. Липатов1, А. И. Щеглов1, Д. В. Манахов1, Ю. А. Завгородняя1, П. Т. Брехов2
1Факультет почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, 119991, Москва, Ленинские горы, 1 2Факультет агрономии, агрохимии и экологии Воронежского государственного аграрного университета им. императора Петра I, 394087, Воронеж, ул. Мичурина, 1 e-mail dlip@soil.msu.ru Поступила в редакцию 15.04.2014 г.
Рассмотрены закономерности пространственного варьирования плотности, влажности, рН, содержания гумуса и загрязнения бенз(а)пиреном в агроземе структурно-метаморфическом в зоне влияния Южно-Сахалинской ТЭЦ. Выявлена корреляция содержания бенз(а)пирена в почве с содержанием гумуса и плотностью в пахотном горизонте. Проведено планирование необходимого количества точек опробования для различных задач агроэкологического мониторинга.
Ключевые слова: буроземы, почвенный профиль, пахотный горизонт, загрязнение почв, экологический мониторинг.
DOI: 10.7868/S0032180X15030089
Крупные предприятия энергетики являются источниками загрязнения окружающей среды широким спектром экотоксикантов [2, 22, 24]. Принадлежащий к полициклическим ароматическим углеводородам (ПАУ) бенз(а)пирен относится к приоритетным загрязняющим веществам, присутствует в составе выбросов и золоотвалов ТЭЦ и ГРЭС, что приводит к увеличению его содержания в почвах в зоне влияния этих предприятий и накладывает ограничения на использование близлежащих территорий в сельском хозяйстве [4, 7, 23]. В агропочвах, с одной стороны, возможна ускоренная деструкция бенз(а)пирена после проведения вспашки и рыхления вследствие усиленного влияния абиотических и биотических факторов, с другой стороны, повышенные концентрации ПАУ могут фиксироваться в средней и нижней частях пахотного горизонта [6, 17], указывая на возможное относительное накопление этих экотоксикантов в корнеобитаемом слое.
Пространственное распределение бенз(а)пи-рена и других ПАУ изучали для загрязненных почв городских территорий [1, 14, 15, 25, 28], вблизи объектов нефтегазового комплекса [26, 30]. Наибольшие уровни содержания бенз(а)пирена отмечены в почвах и техногенных поверхностных образованиях на участках промзон и вблизи автомагистралей вследствие аэрального поступления ПАУ в составе выбросов предприятий и автотранспорта. Коэффициенты вариации содержания бенз(а)пирена в почвах, установленные для
протяженных загрязненных территорий, составляли более 50%, а при контрастном техногенном воздействии — более 100% [14, 25]. Значительная пространственная вариабельность концентраций ПАУ характерна для почв вблизи источников загрязнения вследствие неравномерности выпадений крупных аэрозольных частиц и фрагментов сажи [6], а также на промышленных и городских территориях со значительными антропогенными нарушениями почв.
Исследования почв в зоне влияния Новочеркасской ГРЭС [7, 23] показали, что протяженность и конфигурация ореолов загрязнения бенз(а)пиреном определяется мощностью самого источника, преобладающими направлениями розы ветров, расстоянием от источника.
Изучение особенностей пространственного варьирования бенз(а)пирена в пределах локальных участков почвенного покрова остается актуальной задачей. При проведении экологического мониторинга вблизи ТЭЦ и ГРЭС, наряду с общей конфигурацией ореолов загрязнения, важно оценивать пространственное варьирование выпадений на мезо- и микроуровнях. В ряде работ отмечалось, что содержание органических эко-токсикантов может сильно варьировать в пределах площадок почвенного опробования [27, 29], и микрогетерогенность загрязнения необходимо учитывать при планировании пробоотбора. В специальных исследованиях получены результаты, свидетельствующие о значительной мигра-
ционной подвижности многих ПАУ, в том числе, бенз(а)пирена, в почвах сопряженных ландшафтов [17, 25], что формирует геохимические закономерности в пространственной структуре ореолов загрязнения. Решение таких задач, как выявление и количественные оценки накопления бенз(а)пирена в почвах, требует статистического обоснования на основе сравнения средних с учетом пространственного варьирования показателей на фоновых и подфакельных территориях.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Южно-Сахалинская ТЭЦ обеспечивает электроэнергией 60% населения Сахалинской обл., в том числе областной центр — г. Южно-Сахалинск. Первый энергоблок был запущен в 1976 г. В последующие годы мощность ТЭЦ нарастала за счет введения в эксплуатацию котлоагрегатов и турбогенераторов первой, второй и третьей очередей. Потребление угля на Южно-Сахалинской ТЭЦ в 1986—2011 гг. составляло ежегодно 0.7—1.0 млн т. С 2011 г. проводился перевод действующих агрегатов с угля на природный газ, а также строительство четвертого и пятого энергоблоков на базе газотурбинных установок. Осенью 2013 г. ЮжноСахалинская ТЭЦ была полностью газифицирована. Газификация ТЭЦ позволит значительно сократить выбросы в атмосферу многих загрязняющих веществ, однако уменьшения объемов выбросов бенз(а)пирена не прогнозируется.
Южно-Сахалинская ТЭЦ расположена в северо-восточной пригородной части города. Вторичными источниками загрязнения выступают участки складирования золошлаковых отходов ТЭЦ вследствие их пыления и переноса частиц золы на близлежащие территории [20]. В городе Южно-Сахалинск значительный вклад в загрязнение природной среды вносит автотранспорт [11].
Исследования проводили в августе 2012 г. Контрольный участок 1 был заложен в 2 км к северу от ТЭЦ на сельскохозяйственном угодье. Растительный покров представлен многолетними злаковыми травами, при этом выявленный дерновый горизонт указывает на залежное и сенокосное использование этого сельскохозяйственного угодья в последние несколько лет. Поверхность площадки неровная, кочковатая, отмечаются микрозападины, потяжины, колеи. Работу проводили на почвенном разрезе и контрольной площадке. Почва участка — агрозем структурно-метаморфический глееватый легкосуглинистый на аллювиальных отложениях, имеющий следующее морфологическое строение: ^ (0-4 см)-Рра (4-20 см)-ЛУ2 (2035 см)-ВМ1§ (35-56 см)- ВМ2§, Д56-73 см)-В3§ (73-94 см)-С§ (94-115 см) [12]. Коэффициент увлажнения (по Иванову) для Южно-Сахалинска равен 1.70. Избыточное поступление атмосферных осадков и близкое залегание грунтовых вод приво-
дит к оглеенности средней и нижней частей почвенного профиля исследованного агрозема.
На контрольной площадке размером 50 х 50 м по равномерной квадратной сетке с шагом 10 м были заложены 25 точек опробования, отбор проб в которых проводили цилиндрическим буром на всю глубину пахотного горизонта (0—20 см).
Для контроля фоновых уровней содержания бенз(а)пирена были исследованы 3 участка: 2 — в 8 км к северо-западу от ТЭЦ, 3 — в 12 км к северо-западу от ТЭЦ, 4 — в 12 км к юго-западу от ТЭЦ. На каждом из фоновых участков, выбранных на сельскохозяйственных угодьях, проводился отбор двух проб почвы на расстоянии 50 м друг от друга цилиндрическим буром из пахотного горизонта (0—20 см).
На основе отбора проб ненарушенного сложения цилиндрическим буром (диаметром 8.6 см, объем 1162 см3) определяли агрофизические свойства почвы. С помощью взвешивания отобранной пробы в свежем и высушенном (при температуре 105°C) состоянии определяли плотность и полевую влажность почвы. Определение гранулометрического состава почвенных горизонтов выполняли по методу Качинского [5].
Измерение рН в почвенных пробах проводили потенциометрически в солевой вытяжке [9] на рН-метре "pH-213 Hanna Instruments". Содержание органического вещества почв определяли по методу Тюрина в модификации ЦИНАО [8].
Аналитическое определение бенз(а)пирена проводили методом жидкостной хроматографии высокого давления на хроматографе Agilent 1100 с флюориметрическим детектором [19].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Земли сельскохозяйственного назначения занимают менее 2% площади Сахалинской обл. и приурочены к долинам рек. В нашей работе исследованы участки, расположенные на территории Сусунайской долины и предгорного шлейфа Су-сунайского складчато-горстового хребта. Агрозе-мы сформированы из глееватых буроземов, подстилаемых аллювиальными отложениями.
Пахотный горизонт в исследованном профиле агрозема структурно-метаморфического характеризуется легкосуглинистым гранулометрическим составом. Нижележащие горизонты имеют сред-несуглинистый состав с преобладанием фракций крупной (0.05—0.01 мм) и мелкой (0.005— 0.001 мм) пыли (рис. 1). В гор. Сg значительно увеличивается доля фракции мелкого песка (0.25—0.05 мм), формируя легкосуглинистый гранулометрический состав.
Физические свойства пахотного горизонта благоприятны для роста растений. Минимальная плотность и максимальная полевая влажность от-
ПРОСТРАНСТВЕННОЕ ВАРЬИРОВАНИЕ СОДЕРЖАНИЯ
635
св Я S
Ю ^
ч
Ppa, 4-20 AY2, 20-35 BM1g, 35-56
н BM2g, f, 56-73
К
| B3g, 73-94 л
£ Cg, 94-115
мм
□ 1-0.25
П 0.25-0.05
□ 0.05-0.01
□ 0.01-0.005 E3 0.005-0.001
□ <0.001
0 20 40 60 80 100 Содержание фракций различного размера, %
Рис. 1. Гранулометрический состав по профилю агрозема структурно-метаморфического глееватого на аллювиальных отложениях.
мечены в гор. Pw (табл. 1), сформировавшемся в результате произрастания многолетних трав. В нижележащих горизонтах происходит постепенное увеличение плотности сложения, достигающее максимума в гор. B3g (73-94 см); в нем же отмечено минимальное значение полевой влажности. В гор. Cg (94-115 см), представленном аллювиальными отложениями легкосуглинистого состава, зафиксирована меньшая плотность, чем в вышележащем переходном горизонте. Повышенная влажность верхних горизонтов почвы наблюдается вследствие избыточного количества атмосферных осадков в теплый период.
Верхний дерновый горизонт агрозема имеет среднекислую реакцию среды (табл. 1), для пахотного горизонта зафиксирован рН KCl в нейтральной области, связанный, по-видимому, с проводившимся на этом угодье известкованием. В подпахотных горизонтах выяв
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.