ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2004, № 4, с. 430-440
ХИМИЯ ^^^^^^^^^^^^^^^^^^ ПОЧВ
УДК [504.53.054:546.47+631.416.847](476-21)
ЦИНК В ПОЧВАХ ГОРОДОВ БЕЛОРУССИИ
© 2004 г. В. С. Хомич, Т. И. Кухарчик, С. В. Какарека
Институт проблем использования природных ресурсов и экологии Национальной академии наук Белоруссии
220114, Минск, Староборисовский тракт, 10 Поступила в редакцию 01.07.2002 г.
Обсуждаются результаты исследования загрязнения почв цинком ряда городов Белоруссии. Показано, что наиболее типичны для городов аномалии смешанного происхождения (атмо-вейстогенно-агрогенного), занимающие до 1/3 городской территории. Аномалии гидрогенного происхождения формируются в зонах воздействия химических производств, а также накопителей жидких и твердых отходов и отличаются высокой интенсивностью (с содержанием цинка до 10 г/кг). Рассматриваются особенности распределения цинка по почвенному профилю. Обсуждаются результаты исследования подвижных форм цинка и условия их накопления в растениеводческой продукции. На примере г. Светлогорска выполнена оценка экологического риска, связанного с потреблением овощей, выращенных на загрязненных почвах.
ВВЕДЕНИЕ
Цинк является высокоподвижным биофиль-ным и технофильным элементом широкого диапазона действия на живые организмы [6], что определяет актуальность изучения его поведения в различных средах, в том числе и в городских почвах. В этой связи представилось необходимым обобщить накопленную информацию о содержании, распределении и формах нахождения цинка в почвах городов Белоруссии с целью выявления источников поступления данного элемента, характеристики оценки опасности поступления цинка в организм человека с растениеводческой продукцией, выращенной на загрязненных почвах.
Фактической основой работы явились результаты детальных почвенно-геохимических исследований, выполненных на территориях городов Минск, Гомель, Пинск и Светлогорск, в зонах влияния предприятий по производству хрустального стекла (гг. Борисов и Березовка) и ряда полигонов для складирования отходов производства и потребления; привлекались также опубликованные материалы других исследователей.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОЦЕНКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ
Картографирование и анализ пространственной структуры загрязнения почвенного покрова проводились на основании результатов ланд-шафтно-геохимической съемки городских территорий. Использовалась сеть с шагом 500 м. В районах интенсивных техногенных нагрузок (на промплощадках, в зонах влияния очистных сооружений и свалок) сеть сгущалась. Как правило, отбирался смешанный образец почв (почвогрунтов) с глубины 0-10 см.
Содержание цинка в почвах определялось с использованием атомно-абсорбционного и эмиссионного спектрального методов. Для оценки форм нахождения металла в почвах использовались ацетатно-аммонийная (подвижные формы цинка -водорастворимая и обменная) и слабая солянокислая (1 М НС1) вытяжки (потенциально подвижные формы).
Для каждого из исследованных городов построены карты полей распределения концентраций цинка, позволяющие определить пространственные особенности накопления элемента. Как известно, при исследовании городов выявление аномалий является одной из ключевых проблем. Среди наиболее распространенных и простых вариантов ее решения - использование в качестве критерия аномальности определенной величины превышения фоновых концентраций как для конкретных проб, так и для выборочных средних. В соответствии с рекомендациями [18], в качестве критерия аномальности принято превышение фона в 1.5 раза.
Второй использованный метод выделения пе-догеохимических аномалий цинка основан на анализе параметров распределения выборки. При этом подходе аномальным считалось содержание цинка, достоверно превышающее фоновое с учетом его фоновой вариации. В соответствии с [1], выделялись аномалии цинка для одной и девяти коррелирующихся точек по формулам соответственно Са = х + 35 и Са = х + 5 (при нормальном распределении цинка в фоновой выборке), где Са -аномальная концентрация, х - среднее фоновое содержание, 5 - среднее квадратичное отклонение фоновых содержаний. Точки с аномальными концентрациями объединялись в аномалии по внешнему контуру минимально аномальной кон-
центрации с учетом числа точек и их обеспеченности; при этом в состав аномалии попадала и некоторая часть точек с фоновыми концентрациями, что обусловлено неоднородностью полей загрязнения. Данный подход использован при исследовании полей распределения цинка в почвах г. Гомеля.
Для оценки опасности загрязнения почв цинком использовались ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) для валовых форм (100 мг/кг) и предельно допустимые концентрации (ПДК) для подвижных, извлекаемых аммонийно-ацетат-ной вытяжкой (23 мг/кг) [11].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Фон. По обобщенным данным [12], в подзолистых почвах европейской территории бывшего СССР среднее содержание цинка составляет 60 мг/кг, в бореальных таежно-лесных почвах Западной Европы - 50 мг/кг. Средние содержания цинка в поверхностных слоях почв различных стран мира, по данным Кабата-Пендиаса и Пен-диаса [7], изменяются в пределах 17-125 мг/кг. По данным регионального мониторинга лесных почв Литвы [2], среднее содержание цинка в минеральных почвах составляет 24 мг/кг (пределы 4-51 мг/кг), в торфяных - 48 мг/кг (пределы 21106 мг/кг).
Региональный кларк цинка в почвах Белоруссии не определен. По данным мониторинга фонового глобального загрязнения почв, содержание цинка в почвах Белоруссии в 2000 г. составило 17.6 мг/кг [16]. Однако для цинка характерна значительная вариабельность концентраций в зависимости от гранулометрического состава почв и других факторов. Согласно [13], среднее валовое содержание цинка в дерново-подзолистых песчаных почвах составляет 18.4 мг/кг, в дерново-подзолистых на моренных суглинках - 46.6, на лёссовидных суглинках - 37.6, в дерново-подзолистых песчаных заболоченных - 27.1 мг/кг. По данным Васильевой и Тановицкой [3], почвы Национального парка "Браславские озера" с преобладанием суглинистых и алевритовых частиц содержат в среднем 28.7 мг/кг цинка; почвы Березинского биосферного заповедника, охотхозяйства "Телеханы" и Национального парка "Припятский", развитые на песчаных и супесчаных породах, содержат примерно в два раза меньше цинка (соответственно 14.3, 12.1 и 11.1 мг/кг).
Учитывая значительные региональные различия в содержании цинка в почвах Белоруссии, для оценки загрязненности городских почв нами рассчитывался местный фон для каждого из исследуемых городов. Для этого использовались значения концентраций элемента в почвах периферийных участков городов и пригородных зон, в
наименьшей степени подверженных химической трансформации [15, 20]. Согласно полученным расчетам, для г. Пинска фоновое содержание цинка определено в 20.0 мг/кг, Минска - 18.2, Гомеля - 12.0 (для песчаных разновидностей почв) и 18.3 (для почв на лёссовидных супесях), для Светлогорска - 76.1 мг/кг.
Источники загрязнения почв цинком. Спектр источников поступления цинка в окружающую среду городов Белоруссии достаточно широк. Выполненные нами исследования показали, что цинк в высоких концентрациях содержится в промышленных аэрозолях различных производств, характерных для Белоруссии, в летучей золе при сжигании топлива. Так, его содержание в пыли электросталеплавильного производства находится в пределах 96000-167000, стекольного - 129-13156, цементного - 20213 608, чугунолитейного - 209-2330 мг/кг. Летучая зола при сжигании мазута содержит цинк в количестве 780-2930 мг/кг, торфа - 75-5370, дров - 506960 мг/кг [4].
Значительные количества цинка поступают в окружающую среду городов с твердыми промышленными и бытовыми отходами. Высокое содержание цинка зафиксировано нами в шламах производства искусственных волокон (более 10000 мг/кг), нефтешламах (720 мг/кг) и лигнине (750 мг/кг). Повышено содержание цинка в золо-шлаковых отходах ТЭЦ - 200 мг/кг. В субстратах полигонов бытовых отходов среднее содержание цинка составляет около 2000 мг/кг, в компосте из ТБО - 605 мг/кг. Повышено по сравнению с почвой содержание цинка в смёте с улиц (164 мг/кг) и осадке снеговой свалки (145 мг/кг) [21].
Источником загрязнения почв цинком являются осадки сточных вод очистных сооружений, используемые в качестве удобрений и содержащие около 3000 мг/кг цинка. Поступает цинк в почву также с минеральными и органическими удобрениями.
Цинк привносится в почву с отходами повседневной бытовой деятельности, включая золу из бытовых печей и кострищ. Это характерно прежде всего для районов индивидуальной застройки городов, где широко практикуется утилизация (захоронение) отходов в пределах собственных участков (в том числе оцинкованной посуды), сжигание отходов ландшафтной уборки территорий (опада, сухой травы, обрези деревьев), в ряде случаев - бытовых отходов. Золу же используют как удобрение на обрабатываемых участках. В результате наших исследований установлено, что содержание цинка в остаточной золе после сжигания твердых видов топлива достигает 250850 мг/кг, в золе кострищ после сжигания опада с примесью бытового мусора - 230-960 мг/кг. Следует отметить, что в бытовых печах сжигается
Таблица 1. Основные параметры содержания валового цинка в почвах городов, мг/кг
Показатель Светлогорск* Гомель** Минск** Пинск**
Количество проб 189 608 906 98
Среднее 197.7 49.7 35.0 46.0
Медиана 50 21.0 29.9 16
Максимум >10000.0 7367 132.4 153.8
Стандартное отклонение 808.6 301.9 17.2 38.8
Коэффициент вариации 408.9 607.1 49.1 84.2
Встречаемость проб с превышением ОДК, % 20 9.2 0.2 20.5
Ка (коэффициент аномальности 2.8 3.7 1.9 2.3
по отношению к местному фону)
* Эмиссионный спектральный метод. ** Атомно-абсорбционная спектрофотометрия.
также значительная часть бытовых отходов (бумага, загрязненная древесина, упаковочный материал, частично текстиль); во многих случаях именно этим и обусловлены высокие концентрации загрязняющих веществ, в том числе и цинка. Экстремально высокие концентрации цинка характерны для зольного остатка после сжигания в кострах автомобильных шин: 32000-52000 мг/кг.
Содержание цинка в почвах
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.