Статья Козыбаева. Статья Козыбаевой и др ТМ. Ф. Е. Козыбаева1, Г. Б. Бейсеева1, Г. А. Сапаров

• Название: Ф. Е. Козыбаева1, Г. Б. Бейсеева1, Г. А. Сапаров
• Анкор: Статья Козыбаева
• Дата: 22.10.2022
• Размер: 5.68 Mb.
• Имя файла: Статья Козыбаевой и др ТМ.docx
• Тип: Документы; #748390

УДК 631.445 (574.25)

Ф.Е.Козыбаева¹, Г.Б.Бейсеева¹, Г.А.Сапаров², М.Тоқтар¹, Ж.С. Саркулова³

Н.Ж.Ажикина¹, Есжанова А.С¹.

СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

НА ТЕРРИТОРИИ БЫВШЕГО РЛС «ДАРЬЯЛ-У» (БАЛХАШ-9)

¹Казахский научно-исследовательский институт почвоведения и агрохимии

имени У.У.Успанова, 050060, г. Алматы, пр. аль-Фараби, 75В, Казахстан,

e-mail: [e-mail]

³Научно-исследовательский центр экологии и окружающей среды Центральной Азии (Алматы), 050060, г. Алматы, пр. аль-Фараби, 75В, Казахстан,

e-mail: [e-mail]

Актюбинский региональный Университет имени К. Жубанова, Казахстан.

e-mail:[e-mail]

Аннотация. В данной статье рассматривается загрязнение почв тяжёлыми металлами в условиях техногенного воздействия. В работе представлены результаты сравнения загрязнения почв тяжелыми металлами по сравнению с предельно-допустимой концентрацией. Изучение содержания тяжелых металлов проводилось на территории бывшего РЛС «Дарьял-У» (Балхаш-9), использовавшегося для хранения ПХД-содержащего оборудования и отходов. Данные территории являются участками, подвергающимися значительному техногенному воздействию. Проведенные исследования показали, что на данных территориях наблюдается повышенное содержание ряда тяжёлых металлов в почвах, из которых основными элементами присутствующими в техногенных потоках загрязнения являются медь и цинк.

Ключевые слова: тяжёлые металлы, поллютанты, предельно допустимая концентрация, степм\ень загрязнения.

Введение. Являясь важнейшим компонентом окружающей среды, почва аккумулирует химические вещества и выступает источником вторичного загрязнения атмосферного воздуха и воды [1, 2]. Основными источниками поступления химических веществ в почву являются выбросы и сбросы промышленных предприятий, автотранспорт, бытовые и производственные отходы [3–5].

В условиях современной антропогенной нагрузки на окружающую среду основным видом техногенного загрязнения почв является загрязнение тяжелыми металлами, источники которых – промышленные предприятия, автотранспорт, жилищно-коммунальное хозяйство.

Тяжелые металлы (ТМ) представляют собой специфическую группу особо токсичных поллютантов. Для выявления степени антропогенного пресса необходимо не только определить содержание ТМ в почвах, но и обосновать допустимую норму подобной нагрузки с учетом регионального фона, провинциальных природно-климатических условий. Одной из важных задач мониторинга «здоровья» почв является также определение существующего «фонового» содержания тяжелых металлов. Это позволит установить «точки отсчета» возможного загрязнения, прогнозировать приоритетные мероприятия по ремедиации почв.

В пределах фоновых территорий на содержание элементов влияют: геохимические особенности покровных отложений; разнообразие коренных пород; содержание органического вещества; рН среды; гидрологический режим, интенсивность промывания почвенного профиля; содержание высокодисперсных минералов [1, 5].

Цель исследования  – определить содержание тяжелых металлов в почвах на территории бывшего РЛС «Дарьял-У» (Балхаш-9) для экологической оценки почвенного покрова объекта исследования.

Объект и методы исследования. Объектом исследованияявляется почвенный покров территории бывшего РЛС «Дарьял-У» (Балхаш-9), использовавшегося для хранения ПХД-содержащего оборудования и отходов.

Методы исследования: полевые - экспедиционные, лабораторно-аналитические.

Результаты и их обсуждение. Рекогносцировочный обход объекта исследования позволил разметить ключевые точки закладки почвенных разрезов, которые были заложены на ненарушенных землях объекта исследования (рисунок 1).



Карта-схема объекта исследования и точек закладки почвенных разрезов







Рисунок 1 - Карта-схема точек закладки почвенных разрезов на ненарушенных землях

Территория бывшего РЛС «Дарьял-У» (Балхаш-9) расположена по природно-климатическим условиям в пустынной части Прибалхашья и подвергнута тотальному нарушению, что требует обязательного проведения горнотехнического этапа рекультивации (уборка, планировка, срезка, засыпка и т.д.)

Почвенно-экологические исследования объекта показали, что в связи с изменением климатических условий в сторону иссушения и засоления проведение биологического этапа рекультивации не имеет основания на затратные финансовые и трудовые ресурсы биологического этапа рекультивации. При исследовании были выявлены разнообразные пустынно-степные растения, древесно-кустарниковые породы, адаптированные и произрастающие в естественных экстремально - пустынных условиях.

Высокотоксичными веществами, накапливаемыми в почве, в результате антропогенного воздействия, являются тяжелые металлы. В исследованиях в области охраны окружающей среды большое внимание уделяется анализу почв на содержание тяжелых металлов (ТМ), поскольку содержание ТМ в почвах отражается на их биологическом состоянии, в частности функционировании микробиоты и на взаимодействии в системе «почва - растение», а соответственно и на состоянии растительного покрова территории, на экологическую ситуацию в целом, включая и здоровье населения [6-10].

Известно, что почвы, загрязненные тяжелыми металлами очистить практически невозможно. Можно снизить подвижность токсических соединений и поступление их в растения, если засеять такие почвы быстрорастущими культурами, дающими большую массу. Такие культуры извлекают из почвы токсичные элементы, а затем собранный урожай подлежит уничтожению. И второй путь – повысить рН почв известкованием или добавляют большие дозы органических веществ, например, торфа [11].

Тяжелые металлы нарушают нормальный ход биохимических процессов, влияют на синтез и функции многих активных соединений: ферментов, витаминов, пигментов. При высоких концентрациях тяжелых металлов (кадмий, свинец, медь, цинк) происходит снижение количества хлорофилла в листьях растений, вследствие ингибирования синтеза магний-порфирина. Под действием тяжелых металлов снижается содержание фосфора, кальция, магния в растениях, при этом тяжелые металлы тормозят синтез фосфорорганических соединений клетки. Тяжелые металлы поступают в почву в форме различных соединений (карбонатов, сульфатов) с ограниченной растворимостью. Поэтому только часть из них может быть усвоена растениями. Для растений представляет опасность, так называемая доступная форма, которая может быть усвоена непосредственно через корневую систему. Доступными считаются те формы соединений тяжелых металлов, которые переходят в вытяжку азотной кислоты. Именно эти формы тяжелых металлов поступают из почвы в растения и оказывают на них токсическое действие [12].

Содержание цинка в земной коре 0,02 весовых %. Кларк цинка в земной коре - 83мг/кг. Главное природное соединение цинка - минерал сфалерит (цинковая обманка) ZnS.

В почвообразующих породах республики содержание валового цинка распределяется следующим образом: в делювиальных желто-бурых карбонатных и бескарбонатных легких и тяжелых суглинках валового цинка содержится от 50,0 до 121,0мг/кг почвы. В лессовидных суглинках количество цинка колеблется от 40,0 до 101,0мг/кг [13].

Аналитические данные по содержанию валовых и подвижных форм тяжелых металлов в почвах объекта исследования показали, что содержание меди в исследуемых почвах превышают ПДК. Некоторое повышенное содержание подвижного цинка (Zn) в почве разреза 11 (в слое 26-42 см) следует объяснить подстилающими почвообразующими суглинистыми и глинистыми породами. Повышенное содержание валовых форм цинка в верхних слоях почв на территории бывшего РЛС «Дарьял-У» (Балхаш-9), объясняется загрязнением почв от хранения ПХД-содержащего оборудования и отходов. Превышение валовых форм цинка ПДК колеблется от 2,8 до 72. Превышение валовых форм меди ПДК колеблется от 8,2 до 116,2, подвижные формы меди – 3,6-22,3 (таблица 1).

Таблица 1 - Содержание валовых и подвижных форм тяжелых металлов в почвах исследуемого объекта, мг/кг

№ разреза	Глубина, см.	Pb		Zn		Cu		Cd
		Валовой ПДК 30	Подвижный ПДК 6	Валовой ПДК 100	Подвижный ПДК 23	Валовой ПДК 55	Подвижный ПДК 3	Валовой ПДК 5	Подвижный ПДК 2
Р - 1	0-10	8,80	2,40	143,20	8,00	171,20	9,80	2,00	0,80
	10-20	6,00	0,40	57,20	1,80	34,00	1,30	0,00	0,30
	20-30	5,20	0,40	62,40	2,00	28,40	0,90	0,80	0,20
	30-40	5,60	0,60	67,20	1,50	27,60	0,90	1,20	0,20
Р - 2	0-6	10,40	2,30	100,40	5,70	107,60	9,50	2,40	0,60
	6-20	8,80	1,30	86,00	1,70	71,20	2,50	2,80	0,90
Р - 3	0-13	7,20	1,90	113,60	3,80	148,40	15,90	0,00	0,70
	13-27	1,60	0,80	84,00	1,10	43,20	2,10	0,00	0,60
	27-40	4,40	0,70	80,00	1,70	31,60	0,20	0,00	0,50
	40-60	4,80	0,40	130,40	1,80	27,60	0,10	1,20	0,30
Р - 4	0-18	11,20	1,20	146,00	4,40	103,60	6,80	2,40	0,70
	18-28	5,20	0,20	120,00	1,30	63,60	8,90	1,60	0,10
	28-40	4,40	0,10	77,20	1,30	48,00	6,60	1,20	0,00
	40-56	2,40	0,40	90,00	1,40	25,20	2,20	0,40	0,00
	56-72	0,80	0,60	71,20	2,00	27,60	1,90	0,00	0,20
Р - 5	0-12	3,60	0,70	102,80	2,90	63,20	3,10	0,00	0,30
	12-27	3,60	0,70	67,20	0,60	25,20	0,30	0,00	0,30
	27-42	2,80	0,80	53,20	1,00	20,80	0,20	0,80	0,20
	42-77	1,20	0,50	76,00	2,50	26,00	0,50	1,20	0,00
	77-89	5,20	0,20	118,80	2,10	40,80	0,80	0,40	0,00
Р - 6	0-15	7,60	1,60	88,80	7,10	146,40	25,30	0,80	0,10
	15-29	4,00	0,20	113,60	1,60	36,40	0,70	0,40	0,00
	29-45	6,00	0,50	101,60	1,70	30,40	0,10	1,60	0,10
Р - 7	0-10	8,00	2,60	145,20	8,60	102,40	11,10	1,60	0,30
	10-25	4,00	0,90	98,40	3,10	86,00	6,70	1,20	0,00
Р-8	0-14	2,80	1,20	77,60	4,40	82,80	13,40	0,40	0,00
	14-34	0,40	0,30	74,00	0,80	40,80	1,20	0,80	0,30
	34-48	1,60	0,00	172,00	0,80	30,00	0,50	0,00	0,00
	48-53	2,40	0,00	60,80	1,20	34,40	0,90	0,40	0,10
Р - 9	0-18	4,40	0,60	65,20	2,20	46,00	2,10	1,60	0,20
	18-39	2,00	0,80	76,40	1,20	40,00	1,00	2,00	0,30
Р - 10	0-6	12,00	3,20	126,80	9,10	159,60	18,40	2,80	0,80
	6-29	3,60	0,00	82,80	1,40	36,80	1,10	1,60	0,20
	29-51	2,00	0,00	106,40	0,80	34,00	0,60	1,20	0,00
	51-59	2,40	0,00	80,40	3,50	31,60	0,60	0,40	0,00
Р - 11	0-10	9,20	1,10	98,00	4,90	166,00	6,70	0,40	0,50
	10-26	5,20	0,50	60,40	1,70	34,40	1,50	1,60	0,40
	26-42	4,80	0,30	48,80	67,50	28,40	0,80	0,00	0,00

Таблица 2 - Ориентировочная оценочная шкала опасности загрязнения почв по суммарному показателю загрязнени Z_с [43].

Категория загрязнения почв	Zc величина	Изменения показателей здоровья населения в очагах загрязнения
Допустимая	менее 16	Наиболее низкий уровень заболеваемости детей и минимальная частота встречаемости функциональных отклонений
Умеренноопасная	16-32	Увеличение общей заболеваемости
Опасная	32-128	Увеличение общей заболеваемости, числа часто болеющих детей, детей с хроническими заболеваниями, нарушениями функционального состояния сердечно-сосудистой системы
Чрезвычайноопасная	Более 128	Увеличение заболеваемости детского населения, нарушение репродуктивной функции женщин (увеличение токсикоза беременности, числа преждевременных родов, мертворождаемости, гипотрофий новорожденных)

Таблица 3 - Оценка суммарного показателя загрязнения (Z_с)

Элемент	Разрезы	Коэффициент концентрации химического вещества, Кс	Суммарный показатель загрязнения, Zс	Оценка суммарного показателя загрязнения (Zс)
Валовой Zn (ПДК 100)	1	1,4	7,4	Допустимая
	3	1,1
	4	1,5
	5	1,0
	6	1,1
	10	1,3
Валовой Cu (ПДК 55)	1	3,1	22,8	Умеренно опасная
	2	2,0
	3	2,7
	4	1,9
	5	1,1
	6	2,7
	7	1,9
	8	1,5
	10	2,9
	11	3,0
Подвижный Cu (ПДК 3)	1	3,3	39,0	Опасная
	2	3,2
	3	5,3
	4	2,3
	6	8,4
	7	3,7
	8	4,5
	10	6,1
	11	2,2

Оценка уровня химического загрязнения почв как индикаторов неблагоприятного воздействия на здоровья населения проводятся по показателям, разработанным при сопряженных геохимических и геогигиенических исследованиях окружающей среды. Такими показателями являются: коэффициент концентрации химического вещества (Кс), который определяется отнесением его реального содержание в почве (С) к фоновому (С_ф) : К_с = С/С_ф и суммарный показатель загрязнения (Z_c).

Суммарный показатель загрязнения равен сумме коэффициентов концентрации химических элементов в выражении следующей формулой:



где, n – число суммируемых элементов, Кс – коэффициент концентрации химического вещества, равный отношению содержания i –металла в почве загрязненной территории к фоновому.

По шкале экологического нормирования ТМ (по валовому содержанию цинка) уровень загрязнения допустимый. Повышенное содержание подвижного Zn в нижних горизонтах почвы может быть объяснено с учетом влияния природных, в частности подстилающих почву пород [11]. Содержание свинца и кадмия в приемлемых концентрациях. По валовым и подвижным формам уровень загрязнения медью умеренно опасный и опасный.

По шкале экологического нормирования ТМ (по валовому содержанию цинка) уровень загрязнения допустимый. Повышенное содержание Zn в почвах может быть объяснено с учетом влияния природных, в частности подстилающих почву пород. Содержание свинца и кадмия в приемлемых концентрациях. По валовым и подвижным формам уровень загрязнения медью умеренно опасный и опасный (таблица 2, 3).

Оценка экологической обстановки по степени загрязнения медью почв позволяет отнести к умеренно опасным и опасным.

Выводы. Аналитические данные по содержанию валовых и подвижных форм тяжелых металлов в почвах объекта исследования показали, что содержание меди в исследуемых почвах превышают ПДК.

Некоторое повышенное содержание подвижного цинка (Zn) в почве в нижних слоях следует объяснить подстилающими почвообразующими суглинистыми и глинистыми породами.

Повышенное содержание валовых форм цинка в верхних слоях почв на территории бывшего РЛС «Дарьял-У» (Балхаш-9), объясняется загрязнением почв от хранения ПХД-содержащего оборудования и отходов.

Содержание свинца и кадмия в приемлемых концентрациях.

По валовым и подвижным формам уровень загрязнения медью умеренно опасный и опасный.

По шкале экологического нормирования ТМ (по валовому содержанию цинка) уровень загрязнения допустимый.

Территория бывшего РЛС «Дарьял-У» (Балхаш-9) расположена по природно-климатическим условиям в пустынной части Прибалхашья и подвергнута тотальному нарушению, что требует обязательного проведения горнотехнического этапа рекультивации (уборка, планировка, срезка, засыпка и т.д.)

Почвенно-экологические исследования объекта показали, что в связи с изменением климатических условий в сторону иссушения и засоления проведение биологического этапа рекультивации не имеет основания на затратные финансовые и трудовые ресурсы биологического этапа рекультивации. При исследовании были выявлены разнообразные пустынно-степные растения, древесно-кустарниковые породы, адаптированные и произрастающие в естественных экстремально - пустынных условиях.

Из вышеизложенного следует, что территорию бывшего РЛС «Дарьял-У» (Балхаш-9) после проведения горнотехнического этапа рекультивации следует оставить под естественное зарастание, так как были выявлены достаточные растительные ресурсы окружающих ненарушенных ландшафтов, которые со временем будут естественным путем осваивать данную территорию.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. 
   Тилекова Ж.Т., Тонкопий М.С., Тастанова Б.Е. Оценка загрязнения почв Прибалхашья тяжелыми металлами// Фундаментальное исследования. – Пермь. -2015.- №2. – С. 3723-3726
   
2. 
   Тилекова Ж.Т., Ошакбаев М.Т., Тонкопий М.С. Экологический анализ природно-технических систем Прибалхашья// Вестник национальной инженерной академии РК. – 2015. -№1. – С. 130-135.
   
3. 
   Хузина Г.Г., Жумагалиулы Н. Распределение тяжелых металлов в донных отложениях оз. Балхаш в районах, подверженных техногенному воздействию// Вестник сельскохозяйственной науки Казахстана. – Алматы. – 2009. - №3. –С. 55-60.
   
4. 
   Benhaddya M., Boukhelkhal A., Halis Y., Hadjel M. Human health risks associated with metals from urban soil and road dust in an oilfield area of Southeastern Algeria // Archives of Environmental Contamination and Toxicology. – 2016 – Vol. 70, № 3 – P. 556–571. DOI: 10.1007/s00244-015-0244-6.
   
5. 
   Чернова О.В., Белецкая О.В. Допустимые и фоновые концентрации загрязняющих веществ в экологическом нормировании (тяжелые металлы и другие химические элементы)// Почвоведение. – 2011. -№9. – С. 1102-1113.
   
6. 
   Ильин В.Б. Тяжелые металлы в почвах Западной Сибири // Почвоведение. - 1987. - №11 - С. 87-94.
   
7. 
   Экологическая химия.пер. с нем. / Под ред. Ф. Корте – М.: Мир. - 1997. – 396 с.
   
8. 
   Экологическое образование. Научно-методический журнал. – Москва. – №4. - 2001г.
   
9. 
   Сысо А.И. Закономерности распределения химических элементов в почвообразующих породах и почвах Западной Сибири: Автореф. дис. на соиск. учен. степ. докт. биол. наук- Новосибирск. - 2004. - 32 с.
   
10. 
    Большая энциклопедия нефти и газа. [Электронный ресурс] URL: http://www.ngpedia.ru/id634255p2.html
    
11. 
    Методические указания по оценке степени опасности загрязнения почвы химическими веществами №4266-87. - М. 1987.- 12 с.
    
12. 
    Концепция по переходу Республики Казахстан к «зеленой экономике». Утверждена Указом Президента Республики Казахстан от 30 мая 2013 года No 577
    
13. 
    Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв // Изд-во МГУ,1961-490 с.
    

ТҮЙІН

Ф. Е. Қозыбаева ¹, Г. Б. Бейсеева¹, Г. А. Сапаров², М.Тоқтар¹, Ж.С.Сарқұлова³, Н.Ж. Ажикина¹, А.С. Есжанова¹

БҰРЫНҒЫ "ДАРЬЯЛ-У" (БАЛҚАШ-9)РЛС АУМАҒЫНДА АУЫР МЕТАЛДАРДЫҢ МӨЛШЕРІ

¹Қазақ Топырақтану және агрохимия ғылыми-зерттеу институты У. У. Успанов атындағы көше, 050060, Алматы қаласы, Әл-Фараби даңғылы, 75в, Қазақстан, e-mail: [e-mail]

²Орталық Азияның экология және қоршаған ортаны қорғау ғылыми-зерттеу орталығы (Алматы), 050060, Алматы қ., Әл-Фараби даңғылы, 75в, Қазақстан, e-mail: [e-mail]

Қ.Жұбанов атындағы Ақтөбе өңірлік Университеті, Қазақстан,

e-mail:[e-mail]
Бұл мақалада техногендік әсер ету жағдайында топырақтың ауыр металдармен ластануы мәселесі қарастырылады. Жұмыста топырақтың ауыр металдармен ластануын шектеулі рұқсат етілген концентрациямен салыстырғанда ауыр металдардың мөлшерінің нәтижелері келтірілген. Ауыр металдардың мөлшерінн зерттеу құрамында ПХД бар жабдықтар мен қалдықтарды сақтау үшін пайдаланылған бұрынғы "Дарьял-У" (Балқаш-9) РЛС аумағында жүргізілді. Бұл аумақтар айтарлықтай техногендік әсерге ұшыраған жерлер болып табылады. Зерттеулер көрсеткендей, осы аумақтарда топырақта бірқатар ауыр металдардың жоғары мөлшері байқалады, негізгі басым кездесетін элементтер мыс және мырыш болып табылады.

Түйінді сөздер: ауыр металдар, поллютанттар, шектеулі рұқсат етілген шоғырлану, ластану деңгейі.
SUMMARY

HEAVY METAL CONTENT ON THE TERRITORY OF THE FORMER RADAR STATION "DARYAL-U" (BALKHASH-9)

F.E.Kozybaeva¹, G.B.Beiseyeva¹, G.A.Saparov^1,2, M.Toktar¹, Zh. S. Sarkulov3, N.Jh.Azhiki¹, A.S. Eszhanova¹

Kazakh Scientific Research Institute of Soil Science and Agrochemistry named after U.U.Uspanov, 050060, Almaty, 75B al-Farabi Ave., Kazakhstan, e-mail: [e-mail]

Research Center for Ecology and Environment of Central Asia (Almaty), 050060, Almaty, 75B al-Farabi Ave., Kazakhstan e-mail: [e-mail]

Aktobe Regional University named after K. Zhubanov, Kazakhstan. e-mail:[e-mail]
This article discusses the contamination of soils with heavy metals in conditions of man-made impact. The paper presents the results of comparing soil contamination with heavy metals in comparison with the maximum permissible concentration. The study of the content of heavy metals was carried out on the territory of the former radar station "Daryal-U" (Balkhash-9), used for the storage of PCB-containing equipment and waste. These territories are areas that are subject to significant anthropogenic impact. The conducted studies have shown that in these territories there is an increased content of a number of heavy metals in soils, of which copper and zinc are the main elements present in man-made pollution flows. Keywords: heavy metals, pollutants, maximum permissible concentration, territories of the former radar station "Daryal-U" (Balkhash-9), used for storage of PCB-containing equipment and waste.

Keywords: heavy metals, pollutants, maximum permissible concentration, degree of contamination.