ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2015, № 4, с. 324-332
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ
УДК 502.55:550.4
ЗАГРЯЗНЕНИЕ И ДИНАМИКА МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ПОЧВАХ
ЮГА РОССИИ
© 2015 г. В. В. Дьяченко, И.Ю. Матасова
Новороссийский политехнический институт (филиал) ФГБОУ ВПО Кубанского государственного технологического университета, ул. Карла Маркса, 20, Новороссийск, Краснодарский край, 353900, Россия. E-mail: v-v-d@mail.ru
Поступила в редакцию 14.07.2014 г.
Статья посвящена анализу результатов мониторинга химических элементов в почвах ландшафтов юга Российской Федерации. Исследования проводились на протяжении более 30 лет, что позволило неоднократно опробовать почвы различных регионов и сформировать базу данных из более 10000 проб. Результаты исследований свидетельствуют о росте концентраций химических элементов в почвах вследствие, как глобального загрязнения, так и влияния конкретных техногенных объектов. Особенно интенсивно повышаются концентрации в почвах W, Zn, Cr, Pb и Ni.
Ключевые слова: почвы, микроэлементы, ландшафты, загрязнение, кларки, мониторинг.
ВВЕДЕНИЕ
Результаты многочисленных почвенно-геохи-мических и ландшафтно-геохимических исследований свидетельствуют о глобальном изменении концентраций и соотношений химических элементов в окружающей среде и актуализируют вопросы геоэкологического мониторинга почв. Но дать реальную оценку степени геохимической трансформации и роли антропогенного фактора, скажем с начала индустриальной эпохи, сложно, поскольку первые достоверные сведения опираются на обобщение результатов опробования почв в 1940-1950-х годах А.П. Виноградовым [1]. В регионах ситуация еще сложнее, так как в широкую практику геохимические исследования вошли в 1970-е гг., а несовершенство применявшихся тогда методов анализа почв не позволяет объективно оценить интенсивность и закономерности их эколого-геохимической трансформации, а также степень загрязнения различных ландшафтов. Югу России в этом отношении "повезло" больше, поскольку с конца 1970-х гг. здесь проводились ландшафтно-геохимические исследования Ростовским государственным университетом (под руководством проф. Алексеенко В.А.), а позже и Кубанским государственным технологическим университетом, в которых авторы статьи участвовали со студенческих лет. По результатам исследований сформирована база данных, содержащая
более 9000 точек опробования, характеризующая распределение микроэлементов в различных геосистемах (почвах, горных породах, растениях).
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Для определения основных тенденций, масштаба и интенсивности загрязнения ландшафтов юга России рассмотрено распределение химических элементов в почвах Южного и Северо-Кавказского федеральных округов, а также Воронежской области. Почвы юга России были опробованы в процессе региональной ландшафтно-геохимиче-ской съемки с 1979 по 2013 гг. Основу массива проб составили образцы почв, равномерно распределенные по территории с плотностью одна проба на 25-100 км2, в зависимости от задач исследований и сложности ландшафтно-геохимиче-ского строения. Более детально, на основе неоднократного опробования, рассмотрена динамика концентраций микроэлементов в почвах различных ландшафтов Краснодарского края, Северной Осетии и Ростовской области.
Объектом опробования был верхний почвенный горизонт А до глубины 15-20 см, в наибольшей степени подвергающийся загрязнению. Общая база данных включает более 10000 проб почв, проанализированных спектральным анализом на содержание 21-35 микроэлементов в аккредито-
ванной лаборатории ОАО "Кавказгеолсъемка" (ранее ЦЛ ПГО "Севкавгеология") с 1980 по 2013 гг., с соблюдением всех требований внешнего и внутреннего контроля качества лабораторных работ [10], показавшего удовлетворительную сходимость анализов. Для установления возможного "лабораторного дрейфа" проводились повторные анализы проб 1980-х гг. Все результаты лабораторных исследований статистически обработаны и представлены в процентах. В наиболее важных случаях приведена ошибка среднего значения с вероятностью 95%. Равномерность и большой объем опробования в пределах крупной биосферной структуры позволяют считать эти данные достаточно объективными.
АНАЛИЗ ДИНАМИКИ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ПОЧВАХ ЮГА РОССИИ
Изменение концентраций химических элементов в естественных и антропогенно измененных ландшафтах методически правильно рассматривать раздельно. Так как, если в биогенных ландшафтах оно в основном является следствием природных процессов и глобального загрязнения, то в техногенных ландшафтах ведущую роль играет вид природопользования, соблюдение природоохранных технологий и другие факторы. Тем не менее, во всех рассмотренных регионах выделились группы элементов, динамика концентраций которых в почвах природных и антропогенных ландшафтов похожа. Например, в почвах как естественных, так и техногенных ландшафтов Краснодарского края за 12-15 лет (использовано более 3000 проб) увеличилась концентрация РЬ, N1, Мп, Си, Со, Сг (перечень рассматриваемых элементов определяется аналитическими работами 1980-х гг.). Причем, РЬ, Си, Сг более активно накапливались в природных ландшафтах, а N1, Мп и Со в техногенных (табл. 1).
В почвах региона заметно снизилось содержание Мо и менее существенно - Т1, Ga и Ва. Анализ динамики микроэлементов в конкретных ландшафтах позволяет более детально оценить
особенности процесса. Например, содержание РЬ увеличилось в 1.1-2.2 раза в почвах 27 ландшафтов из 30 и более интенсивно в почвах природных ландшафтов. Повышение содержаний Си, Мп и Сг более заметно в почвах биогенных ландшафтов, а среди антропогенных - в почвах виноградников, садов и пастбищ. Содержание N1, наоборот, в 1.1-1.8 раза выросло в почвах практически всех техногенных ландшафтов, а в почвах некоторых биогенных уменьшилось. Наиболее активной динамикой выделяются почвы виноградников, садов и пастбищ. Причем, пастбища в этом списке присутствуют формально, так как находятся в севообороте с многолетними культурами, а через несколько лет после их выкорчевывания биоценоз слабо отличается от деградированных степных пастбищ. Однако геохимия почв еще 10-15 лет определяется внесенными удобрениями и химикатами. Поэтому сходство динамики микроэлементов с садами и виноградниками унаследовано и не связано с выпасом.
В почвах Волгодонского района Ростовской области также обнаружены элементы, концентрация которых за 12 лет, прошедших между опробованиями, увеличилась во всех рассмотренных ландшафтах. В эту группу входят РЬ, N1, Ag, Мо, V, Сг и Ga. В почвах агроландшафтов заметно снизилось содержание наиболее биофильных элементов - Р, Мп, и менее значительно Т1, Zn и Ва (табл. 2).
Анализ динамики концентраций химических элементов в почвах нижнего Дона свидетельствует о сохранении тенденции накопления микроэлементов [12]. Здесь произошло увеличение концентраций всех металлов и особенно значительно Сг, Zn, N1 и Мп (табл. 3).
Оценка динамики микроэлементов проведена и в Северной Осетии. В середине 1960-х гг. здесь было изучено распределение широкого спектра химических элементов в почвах и горных породах из 82 шурфов (около 500 проб) Е.В. Рубилиным [16]. Наиболее определенные выводы о динамике можно сделать по Си, Zn, РЬ, Мо, Ва, N1, Мп, V и Сг.
Таблица 1. Динамика концентраций микроэлементов в почвах ландшафтов Краснодарского края
Наименование Период Содержание элементов (п • 10 3 %)
ландшафтов опробования Мп N1 Си Т1 V Сг Zn РЬ Со Мо Ва Ga
Биогенные 1980-1982 121 5.7 4.7 637 15.9 9.9 15.3 2.2 2.2 0.46 109 2.14
ландшафты 1993-1995 138 5.9 5.5 605 15.9 14.3 14.6 3.2 2.2 0.32 83 2.03
Техногенные 1980-1982 84 4.5 6.1 533 14.3 10.4 12.6 3.3 1.9 0.48 73 1.95
ландшафты 1993-1995 99 5.5 6.7 482 13.2 11.1 12.4 4.0 2.2 0.35 72 1.87
Таблица 2. Динамика концентраций микроэлементов (п • 10 3 %) в почвах Волгодонского района Ростовской области (верхняя строка - 1981 г., нижняя строка - 1992 г.)
Си Zn РЬ Ag Бп Мо Ва Со N1 Мп Т1 V Сг Ga Р Li
Пастбища на степях, трансаккумулятивные
6.2 11.2 4.9 0.007 0.53 0.24 104 2.1 4.3 106 514 8.5 9.7 1.9 116
7.2 10.1 5.7 0.011 0.51 0.32 95 2.1 5.1 87 475 11.2 11.2 2.0 82
Полеводческие однолетние, богарные, элювиальные
6.9 11.4 4.6 0.007 0.44 0.21 106 2.3 4.2 139 611 8.9 10.1 1.7 125
6.6 8.9 5.5 0.009 0.49 0.59 106 2.0 4.9 87 495 10.7 10.7 1.9 71
Полеводческие однолетние, богарные, трансэлювиальные
5.7 9.9 4.6 0.007 0.49 0.24 103 2.2 4.2 91 499 8.9 9.8 1.8 121
6.7 9.1 5.6 0.009 0.50 0.44 101 2.1 5.1 91 492 10.6 11.5 1.9 78
Полеводческие однолетние, богарные, трансаккумулятивные
5.7 10.9 4.3 0.007 0.51 0.24 115 2.1 4.4 99 532 8.7 9.8 1.8 119
7.2 10.4 5.5 0.010 0.51 0.30 87 2.0 5.5 95 512 10.6 13.1 2.0 87
Полеводческие однолетние, орошаемые, трансаккумулятивные
7.4 10.6 5.6 0.007 0.48 0.28 115 2.3 4.5 102 558 9.3 10.3 1.8 150 5.8
6.4 8.7 5.7 0.012 0.50 0.30 95 2.1 5.0 88 483 11.7 12.5 2.0 77 6.0
Таблица 3. Динамика содержаний микроэлементов в почвах пастбищ поймы и дельты р. Дон
Наименование Период Содержание элементов (п • 10 3 %)
ландшафтов опробования Мп N1 Си Т1 V Сг Zn РЬ Со
Пойменные 1977-1982 55.7 3.7 3.6 400 13.7 10.9 6.1 1.9 1.4
ландшафты 1995-2000 71.9 5.2 3.9 409 10.8 26.1 9.6 2.2 1.7
Дельтовые 1977-1981 45.5 3.3 3.4 380 8.6 10.5 4.6 2.1 1.2
ландшафты 1995-2000 64.7 4.6 3.6 458 10.2 29.8 8.2 2.4 1.3
Их концентрации были определены не только во всех пробах почв, но и почвообразующих породах, что дает возможность учесть лабораторный "дрейф". Для сравнения использован доминирующий ландшафт широколиственных лесов с бурыми почвами, примыкающий к Владикавказу с юга, в котором Е.В. Рубилиным пройдена большая часть шурфов, а также средняя концентрация химических элементов в почвах Северного Кавказа и Северной Осетии в целом (табл. 4).
Анализ этих данных свидетельствует о том, что с середины 1960-х гг. в почвах повысились концентрации всех элементов кроме Мп. Концентрация N1 увеличилась в 2-2.8 раза, Мо -в 2 раза, V - в 1.3-2.5 раза, Си и Сг - в 1.71.9 раза, Zn - в 1.3-2.7 раза. Количественно оценить динамику Ag, Со, Ga, Ge, Sг, Zг,
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.