научная статья по теме ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ПОВЕРХНОСТНОЙ ВОДЕ: ОЦЕНКА РИСКА ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДЛЯ ОРОШЕНИЯ ЗЕМЕЛЬ Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ПОВЕРХНОСТНОЙ ВОДЕ: ОЦЕНКА РИСКА ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДЛЯ ОРОШЕНИЯ ЗЕМЕЛЬ»

АГРОХИМИЯ, 2011, № 4, с. 82-85

УДК 632.122.1:551.6:631.67

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ПОВЕРХНОСТНОЙ ВОДЕ: ОЦЕНКА РИСКА ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДЛЯ ОРОШЕНИЯ ЗЕМЕЛЬ

© 2011 г. Р.В. Галиулин, Р.А. Галиулина

Институт фундаментальных проблем биологии РАН 142290 Пущино, Московская обл., ул. Институтская, 2, Россия E-mail: rauf-galiulin@rambler.ru

Поступила в редакцию 08.06.2010 г.

Оценено содержание тяжелых металлов (Cu, Cr, Ni, Zn, Pb, Cd) в водах р. Миасс и оз. Первое, дренирующих территорию г. Челябинск, - ареала с высокой техногенной нагрузкой. В связи с превышением в поверхностной воде ПДК кадмия сделан вывод о необходимости принятия профилактических мер при ее использовании для орошения садово-огородных участков и сельскохозяйственных угодий в окрестностях города.

Ключевые слова: тяжелые металлы, поверхностная вода, оценка риска, орошение земель.

ВВЕДЕНИЕ

При техногенезе тяжелые металлы поступают в водные экосистемы в составе промышленных сточных вод, стоков, выщелачивающих техногенные образования (отвалы и терриконы забалансовых руд и минерализованных пород, шлако- и золоотвалы и др.), локализованные в бассейнах рек, а также с атмосферными выпадениями, осаждающими газопылевые выбросы. Негативным следствием этого процесса является загрязнение поверхностной воды, используемой для орошения садово-огородных участков и сельскохозяйственных угодий. Особенно актуальна проблема загрязнения водных экосистем тяжелыми металлами для г. Челябинск как ареала с высокой концентрацией объектов черной и цветной металлургии, машиностроения и энергетики в пределах его границ, а также с одним из наибольших в стране уровнем занятости городской территории отвалами отходов промышленных предприятий [1]. В состав водной экосистемы Челябинска входит р. Миасс, служащая источником питьевого водоснабжения (проточное Шершневское водохранилище) и приемником промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод на участке нрисунок) [2]. Озера, расположенные в черте Челябиниже города (ска, также подвержены техногенному воздействию, т.е. в некоторые из них поступают сточные воды промышленных предприятий города. В этой связи особое значение приобретает оценка загрязнения речной и озерной воды при ее использовании для орошения садово-огородных участков и сельскохозяйственных угодий, находящихся в окрестностях города.

Цель работы - оценка содержания тяжелых металлов (Си, Сг, N1, Zn, РЬ, Сё) в воде р. Миасс и

оз. Первое, дренирующих территорию Челябинска, для выявления риска использования поверхностной воды для орошения земель.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

В 7-ми пунктах водных экосистем Шершнев-ское водохранилище-р. Миасс (протяженностью 28.8 км), водоток-оз. Первое отбирали пробы воды с глубины 0-20 см (рисунок). Кроме того в районе

Карта-схема исследуемой территории [1]: I - г. Челябинск, II -г. Копейск, III - водоемы: Шершневское водохранилище (а), озеро Первое (б) и другие озера; IV - пункты отбора проб воды в Центральном (1, 2), Калининском (3), Металлургическом (46) и Тракторозаводском (7) районах Челябинска.

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ПОВЕРХНОСТНОЙ ВОДЕ... Таблица 1. Содержание тяжелых металлов в воде экосистемы Шершневское водохранилище-р. Миасс

Металл Вода, мг/л Металл Вода, мг/л

Cu 0.0081 (0.0046-0.0120) Zn 0.121 (0.001-0.256)

Cr 0.0038 (0.0003-0.0210) Pb 0.0020 (0.0003-0.0047)

Ni 0.0068 (0.0010-0.0400) Cd 0.0026 (0.0001-0.0054)

Примечание. В скобках - min-max. То же в табл. 2.

оз. Первое собирали пробы дождевой воды с целью оценки аэротехногенного загрязнения водных экосистем. Для анализа содержания тяжелых металлов (Cu, Cr, Ni, Zn, Pb, Cd) пробы воды (50 мл) подкисляли 2-3 каплями концентрированной HNO3 и выпаривали досуха. Сухой остаток растворяли в 2 мл 2М HNO3. Анализ содержания элементов в пробах воды проводили на атомно-абсорбционном спектрофотометре "Varian Spectr AA-250 Plus": Cr, Ni, Pb и Cd - в режиме электротермической атоми-зации, Cu и Zn - методом пламенной атомизации. Статистическую обработку аналитических данных осуществляли общепринятыми методами.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Показано, что содержание Cu, Cr, Ni, Zn, Pb и Cd в воде по ходу течения р. Миасс (от пункта 1 до пункта 6) возрастало в 2.3, 23.3, 7.2, 204, 9.4 и 51 раз соответственно, доказывая повышение техногенной нагрузки на экосистему Шершневское водохранилище - р. Миасс. При этом из 6 тяжелых металлов содержание Cd в воде превышало ПДК (0.001 мг/л [3]) в 2-5.4 раза (табл. 1). Среднее содержание Cr, Zn и Pb в дождевой воде, собранной в районе оз. Первое, было больше их концентрации в озерной воде соответственно в 2.5, 1.8 и 3 раза, что свидетельствовало о существенном загрязнении воздуха газопылевыми выбросами, содержащими данные металлы, и их осаждении атмосферными выпадениями (табл. 2). Содержание Cu, Zn и Cd в воде водотока, впадающего в оз. Первое со стороны расположенного рядом промышленного предприятия, было выше соответственно в 3.58 и 2 раза, чем в водоеме. В целом для экосистем Шершневское водохранилище - р. Миасс и водоток - оз. Первое среднее содержание Zn было максимальным из 6 тяжелых металлов как в дождевой, так и поверхностной воде.

Показано, что из 6 исследованных металлов только содержание кадмия в речной воде оказалось выше ПДК, установленной по санитарно-токси-кологическому показателю вредности, характеризующему эффект действия этого элемента при поступлении из воды в организм через экологические

цепи. Хроническое попадание кадмия - элемента, обладающего кумулятивным эффектом, - в желудочно-кишечный тракт с растительной продукцией по экологической цепи оросительная вода-почва-растение вызывает со временем тяжелую дисфункцию почек, выражающуюся в относительно высоком уровне кадмия и белка в моче [4]. Известно, что основными депо кадмия в организме человека являются печень и почки, в которых накапливается до 50% всего поглощенного элемента.

В исследованиях [5] была установлена положительная корреляция между содержанием кадмия в рисе и моче жителей, потребляющих его в качестве продукта питания. В данном случае объектом мониторинга был район расположения плавильни: сточные воды, загрязненные кадмием, попадали в реку и использовались для орошения рисовых полей. Среднее содержание кадмия в пробах риса и мочи, отобранных в контрольной и буферной зонах, отстоящих от плавильни на расстоянии 260 м и 12 км, и в загрязненной зоне (район плавильни) было равно 0.07, 0.51 и 3.7 мг/кг и 0.4, 1.6 и 10.7 мкг/л соответственно. Количество таких белков в моче, как альбумин и в2-микроглобулин, в загрязненной зоне повышалось по сравнению с контрольной зоной в 2 и 4 раза соответственно.

Таблица 2. Содержание тяжелых металлов в дождевой воде (район оз. Первое) и поверхностной воде экосистемы водоток-оз. Первое

Металл Дождевая вода Поверхностная вода

мг/л

Cu 0.011 0.014

(0.008-0.015) (0.007-0.021)

Cr 0.0037 0.0015

(0.0030-0.0043) (0.0012-0.0017)

Ni 0.0011 0.008

(0.0010-0.0011) (0.0065-0.0094)

Zn 0.053 0.030

(0.042-0.064) (0.001-0.058)

Pb 0.0027 0.0009

(0.0026-0.0028) (0.0008-0.0010)

Cd 0.0002 0.0002

(0.0001-0.0002) (0.0001-0.0002)

84

ГАЛИУЛИН, ГАЛИУЛИНА

В связи с возможным использованием поверхностной воды, загрязненной кадмием, для орошения (например, при дефиците влаги) важно принятие профилактических мер по снижению до минимума поступления в организм человека опасного элемента.

Анализ литературы показал, что профилактические меры в отношении почв, загрязненных кадмием в результате его попадания с атмосферными осадками и оросительной водой, главным образом сводятся к иммобилизации, позволяющей снизить поступление элемента в растения.

В вегетационных опытах [6] изучали влияние известкования дерново-подзолистых почв на поступление Сё (5 мг/кг) в растения ячменя. Внесение возрастающих доз СаС03 (0.1-3.1 г/кг) приводило к увеличению рН^0 почв с 5.2-6.0 до 7.7, закреплению ионов кадмия почвенно-поглощаю-щим комплексом и уменьшению содержания легкорастворимых и обменных форм, извлекаемых ацетатно-аммонийным буфером (рН 4.8). На сла-боокультуренной почве (гумус 1.9%, рН^0 6.1) их содержание менялось от 52 до 47% от внесенного количества, на неокультуренной почве (гумус 2.1%, рН^0 5.2) - от 74 до 60%. В целом известкование способствовало уменьшению поступления кадмия в ячмень, особенно существенно - из неокультуренной почвы. В лабораторных опытах [7] было установлено, что СаС03 и Са3(Р04)2 наиболее эффективны в иммобилизации кадмия (20 мг/кг) в кислой почве (рН 5.0); К2С03 и Са3(Р04)2 - в нейтральной (рН 7.0); Fe(N03)3, Fe(0H)3 и Са3(Р04)2 - в карбонатной (рН 7.6) почве. При этом СаС03 и Са3(Р04)2 вносили в почву в дозе 40 г/кг, остальные соединения - в эквимолярных количествах (0.1 г-экв/кг). Эффективность иммобилизующих средств определяли путем экстракции кадмия из почв 0.5 н. растворами СаС12, ОТ4С1, Са(Ш3)2, Са(СН3С00)2, ЮМ03 и 0.5 и 1.0 н. растворами СН3С00ОТ4.

В других исследованиях в качестве иммобилизующих средств кадмия использовали цеолиты, т.е. породы, образованные в основном водными алюмосиликатами щелочных и щелочноземельных металлов [8]. Цеолиты характеризуются общей пористостью в пределах 16-38%, объемной массой

I.5 • 10-3 - 2.1 • 10-3 кг/м3 и максимальными величинами обменной емкости среди природных сорбентов - 1.5 г-экв/кг. В вегетационных опытах [9] с дерново-подзолистой почвой разной степени окуль-туренности (рНКС1 4.1-6.4) оценивали возможность использования цеолита (фракция < 0.5 мм, рНКС1

II.8) в дозах 5 и 10% от массы почвы для предотвращения поступления Сё (20-40 мг/кг) в растения.

Показано, что цеолит снижал поступление Cd в землянику в 15 раз, в вишню - примерно в 3 раза.

Полученные данные свидетельствовали о том, что в условиях ареала с высокой техногенной нагрузкой, каким является территория г. Челябинск, содержание кадмия превышает ПДК в поверхностной воде. Использование загрязненной кадмием воды для орошения садово-огородных участков и сельскохозяйственных угодий, расположенных в окрестностях города, подвергает риску здоровье человека. Основными профилактическими мерами по снижению до минимума поступления в организм челове

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.

Показать целиком