Геохимическая оценка содержания тяжелых металлов в почвах поймы реки иртыш



жүктеу 304.21 Kb.
Дата16.06.2016
өлшемі304.21 Kb.


ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ ПОЙМЫ РЕКИ ИРТЫШ

А.Н. Нурекенова, А.К.Сапакова



Государственный университет имени Шакарима города Семей

E-mail: aigulnig__99@mail.ru


Aннотация:

В статье приведены данные по содержанию тяжелых металлов в почвах поймы реки Иртыш в пределах Восточно-Казахстанской области. Выявлено превышение концентрации цинка, свинца и меди в почвах, расположенных вблизи г.Усть-Каменогорск.



Ключевые слова: тяжелые металлы, Иртыш, почва, содержание.

Abstract:

This article contains data of heavy metals content of Irtysh river floodplain soils within the East Kazakhstan region. There were revcaled the excess of Zn, Pb, Cu concentrations in soils located near Ust-Kamenogorsk city.



Keywords: heavy metals, Irtysh, soil, content.
Түйін:

Мақалада Шығыс-Қазақстан облысы шеңберіндегі ертіс өзені топырағындағы ауыр металдардың мөлшері бойынша мәліметтер келтірілген. Өскемен қ. жанына орналасқан топырақтарда қорғасын, мырыш, мыс ерітіндінің жоғарлауы айқынлалған.


Кілтті сөздер: ауыр металдар, Ертіс, топырақ, мөлшері

Введение.

Ведущим фактором, определяющим содержание химических элементов в растениях является концентрация элемента в почве. Нами были исследованы основные типы почв поймы реки Иртыш в пределах Восточно-Казахстанской области. Содержание химических элементов в почве зависит от множества факторов, однако формы соединений элементов, а также процессы их трансформации в большей мере обусловлены генезисом почв, физическими и физико-химическими свойствами.

Пойменные почвы относятся к почвам полугидроморфного типа увлажнения. Наиболее существенной чертой генезиса этих почв является то, что почвообразование здесь осложняется периодическим затоплением паводковыми водами и аккумуляцией взмученного материала на поверхности почв или размывом ее. Кроме того, пойменные почвы испытывают воздействие близкозалегающих грунтовых вод. Интенсивность воздействия паводковых и грунтовых вод на пойменные почвы зависит от особенностей мезо- и микрорельефа, а также от степени удаления от основного русла реки /1/.

Объект и методы исследования.

Объектом исследования явились почвы поймы реки Иртыш. Отбор проб осуществлялся на восьми различных участках поймы Иртыша от г. Усть-Каменогорска до г. Павлодара, каждый из которых разделяется на три эколого-генетические зоны (прирусловая, центральная, притеррасная). Отобрано и проанализировано 110 почвенных проб.

О

сновой для отбора почвенных проб служили карты типовых кормовых угодий районов Семипалатинской области масштаба 1:100000, составленные комплексным изыскательским отделением Министерства сельского хозяйства Казахской ССР института «Казгипрозем» (1970-1988 г.г.).

Почвенные образцы на содержание тяжелых металлов были проанализированы атомно-абсорбционным методом на приборе ААS-1N.

Результаты.

Среди изученных пойменных почв реки Иртыш различаются пойменные лесолуговые и пойменные луговые. В зависимости от особенностей почвообразующих пород, режима увлажнения и минерализации грунтовых вод среди пойменных луговых почв можно различать генетические роды обыкновенных, карбонатных, солонцеватых и засоленных. Химические и физико-химические свойства некоторых из перечисленных типов пойменных почв представлены в таблице 1.


Таблица 1

Химические и физико-химические свойства пойменных почв р. Иртыш гумусово-аккумулятивного горизонта А


Показатель



Пойменные лесолуговые обыкновенные

Пойменные луговые карбонатные

Пойменные луговые засоленные

1

2

3

4

Гумус, %

1,3

3,6

3,4

Со2 карбонатов, %

следы

6,6

0,9

рН водной суспензии

7,7

7,9

7,3

Физическая глина<0,001

(% к абс. сухой почве).



8,2

9,4

10,6

Илистая фракция < 0,01

(% к абс. сухой почве).



10,6

20,3

53,1

Гигроскопическая влага, %

1,4

2,3

4,0

Р2О5

1,1

1,3

1,7

К2О

5,1

4,3

31,9

Сумма обменных катионов, мг-экв на 100 г почвы

7,6

13,2

26,6

В целом, следует отметить, что почвы, сформированные на песчанно-супесчаных отложениях прируслового аллювия, отличаются небольшим по мощности гумусовым горизонтом, отсутствием карбонатов, небольшим количеством легкорастворимых солей, слабощелочной реакцией среды (пойменные лесолуговые).

Пойменные луговые почвы, сформированные на слоистых, преимущественно суглинистых, реже глинистых аллювиальных отложениях обладают довольно мощным гумусовым горизонтом.

Пойменные луговые карбонатные почвы отличаются более тяжелым механическим составом, слабой гидрокарбонатно-кальциевой минерализацией грунтовых вод, сравнительно худшими условиями увлажнения паводковыми водами, в небольшом количестве могут отмечаться легкорастворимые соли и ржавые пятна. Карбонатные почвы содержат значительное количество карбонатов.

Пойменные луговые засоленные почвы засоляются в результате подпитывания минерализованными грунтовыми водами, поступающими из-под коренного берега. Почвообразующими породами служат слабослоистые суглинистые и глинистые аллювиальные отложения, слабозасоленные в глубоких горизонтах. Эти почвы характеризуются небольшой мощностью гумусовых горизонтов и присутствием легкорастворимых солей в заметном количестве.

В связи с зарегулированием стока Иртыша и прекращением регулярного затопления Иртышской поймы паводковыми водами в последние годы имеет место процесс постепенного засоления и все большего расширения площадей пойменных луговых засоленных почв.

При рассмотрении статуса химических элементов в почве большое внимание уделяется их распределению по профилю (таблица 2).
Таблица 2. Валовое содержание тяжелых металлов и микроэлементов в профиле почв поймы Иртыша, мг/кг.

Гори-зонт

Глубина, см.

Zn

Cu

Pb

Cd

Co

Ni

Mn

Fe


Пойменные луговые светло-каштановые слоистые, с. Муздыбай

(прирусловая, разрез № 1)



А

1-10

65,3

20,5

16,6

1,45

8,1

14,0

490

6840

В

10-25

60,7

19,7

17,6

1,15

8,6

15,5

322

8148

ВС

25-45

62,7

19,8

15,1

1,38

9,3

16,4

381

9598

С

45-100

57,5

20,1

13,9

1,57

8,4

16,9

558

9978

Пойменные луговые светло-каштановые среднесуглинистые. с.Муздыбай (центральная, разрез № 2)

А

0-20

85,3

24,8

18

1,44

7,6

22,2

716

6640

В1

20-38

76,5

21,8

17,2

1,29

6,7

21,5

627

9488

В2

38-60

63,0

25,4

15,5

1,89

6,5

22,9

579

12098

С

60-104

73,0

24,2

20,2

1,71

7,4

25,1

774

11827

Пойменные луговые, светло-каштановые засоленные. с. Муздыбай (притеррасная, разрез № 3)

А

0-30

70,0

25,3

17,9

1,45

8,1

23,4

632

7240

В

30-52

66,6

24,4

16,4

1,34

7,3

20,9

612

10608

ВС

52-70

65,5

20,5

16,0

1,75

8,7

18,9

504

12618

С

70-120

69,4

23,0

25,8

2,31

8,1

22,8

696

11258

Пойменные луговые остепненные супесчаные с. Талица

(прирусловая, разрез № 4)



А

0-15

56,7

25,1

20,0

1,44

7,3

13,1

604

5773

В

15-35

53,0

27,0

25,8

1,38

6,9

11,7

564

7608

ВС

35-68

52,3

28,4

26,6

0,97

8,1

14,6

519

6678

С

68-95

54,6

28,7

29,4

0,84

8,6

15,5

639

6534

Пойменные луговые каштановые остепненные легкосуглинистые. с. Талица (центральная, разрез № 5)

А

0-25

60,4

23,0

21,3

1,56

7,7

20,1

572

8507

В

25-37

46,6

24,2

23,3

1,38

7,5

23,9

546

9848

ВС

37-64

48,5

29,7

20,7

1,71

6,1

18,9

558

11398

С

64-120

57,2

27,2

27,4

1,48

6,9

25,6

498

13488

Пойменные луговые каштановые остепненные среднесуглинистые. с. Талица (притеррасная, разрез № 6)

А

0-28

58,3

25,3

27,3

1,55

10,1

22,3

644

7506

В

28-74

51,6

24,2

26,2

1,29

9,9

25,1

690

12388

С

74-110

50,6

21,7

31,1

1,49

10,1

31,8

633

11678

Пойменные луговые остепняющиеся пылевато-песчаные. с. Саратовка (прирусловая, разрез № 7)

А

0-15

126,0

33,8

24,6

1,85

9,8

21,5

586

6909

В1

15-35

118,0

30,2

28,1

1,18

9,7

18,4

432

7897

В2

35-50

110,5

35,4

29,9

1,29

9,3

17,4

426

8748

С

50-80

107,3

33,4

25,8

1,35

10,1

23,4

489

8408

Пойменные луговые карбонатные среднесуглинистые. с. Саратовка

(центральная, разрез № 8)



А

0-20

137,0

35,4

36,0

1,99

9,5

23,0

690

8173

В1

20-35

185,1

28,3

34,8

0,98

8,4

22,5

531

9488

В2

35-60

102,0

29,6

36,4

1,2

8,8

26,5

519

11978

С

60-110

91,1

33,6

40,1

1,83

11,0

23,9

621

11399

Пойменные луговые карбонатные тяжелосуглинистые с. Саратовка (притеррасная, разрез № 9).

А

0-38

188,0

31,1

30,6

1,93

9,8

21,2

684

7840

В

38-57

203,0

39,4

34,8

1,15

12,1

16,4

538

9848

ВС

57-75

120,5

33,4

37,7

1,06

8,4

17,8

420

10208

С

75-120

101,4

33,0

48,2

0,97

9,5

18,4

512

9278

Прежде всего, следует отметить, что на незагрязненных территориях особенности распределения обусловлены процессом почвообразования, так как почвы в значительной мере наследуют содержание химических элементов, обнаруженное в почвообразующих породах.

Вместе с тем материал таблицы 2 свидетельствует о накоплении цинка в верхнем горизонте всех изученных почв, что следует рассматривать как результат биогенной аккумуляции. Ключевыми моментами этого процесса является:

1) извлечение корнями элемента из всей корнеобитаемой толщи и транспортировка его как жизненно необходимого в наземные органы растений, в центры метаболических реакций;

2) освобождение элементов из растительных остатков и местное его закрепление в почве при взаимодействии с гумусовыми кислотами, оксидами Fe и Al и т.д.

Как видно из таблицы, на некоторых пойменных почвах (с.Саратовка) содержание цинка в верхних горизонтах почвенного профиля значительно превышает (в 1,3 – 1,9раз) его содержания в нижних горизонтах, здесь помимо биогенной аккумуляции решающим фактором выступает техногенное загрязнение почв, обусловленное работой Восточно-Казахстанского предприятия “Казцинк”

У элементов Cu, Pb, Cd, Co, Ni четкой закономерности при распределении по профилю почв не выявлено. Здесь имеет место накопление и в верхних горизонтах, и в нижних, что так или иначе связано с протекающими почвенными процессами (физико-химические, окислительно-восстановительные).

Довольно интересное накопление Mn выявлено почти у всех изученных почв. Содержание элемента в иллювиальном слое (горизонты В-В12-ВС) снижено по сравнению с горизонтами А и С. Такое поведение элемента становится понятным при изучении распределения железа в профиле почв. Как показывают данные таблицы, концентрация железа напротив увеличивается в нижних горизонтах почвы (В и C). Формирование железистых скоплений в этих горизонтах может быть объяснено следующим образом. Почвенно-грунтовые воды, поступающие с водораздела, в притеррасной и центральной части поймы подходят близко к поверхности, эти воды несут с собой много закисного железа, концентрация которого повышается в зонах, обогащенных органическим веществом. Попадая в зону аэрации Fe (II) переходит в Fe (III), последние образуют гидрооксид железа, в результате интенсивного образования Fe(ОН)3 формируется сплошной горизонт BFe. Железо и марганец при совместном нахождении влияют друг на друга. Так дефицит марганца в почве может проявляться при высоком содержании железа, и наоборот (явление антагонизма).

В таблице 3 представлены вариационно-статистические показатели содержания химических элементов в общей совокупности в почвах поймы Иртыша.

Как показывают данные, среднее содержание меди во всех горизонтах почвенного профиля одинаковое. Максимальное содержание в горизонте А характерно для Zn, Cd и Mn, в горизонте В – для Fe, в горизонте С – для Pb, Co, Ni. Содержание элементов в гумусовом горизонте А сравнивали с кларком в литосфере. Выяснилось, что содержание цинка, свинца и кадмия выше величины кларка в литосфере в 1,1-12,5 раз; содержание меди, кобальта, никеля, марганца и железа ниже кларка в литосфере в 1,7-6,7 раза.


Таблица 3. Вариационно-статистические показатели валового содержания тяжелых металлов и микроэлементов в общей совокупности в почвах поймы Иртыша.


Элемент

Горизонт

Среднее в толщине профиля

(n=35)


Кларк в литосфере

/2/


А (n=10)

В (n=15)

С (n=10)

Zn

94,115,4

58,3-188,0(48,9)



87,411,5

46,6-203,0(53,9)



73,6±7,1

50,6-107,3(29,0)



85,6±7,0

46,6-203,0(48,3)



83

Pb

23,6±2,2

16,6-36,0(27,9)



25,4±2,1

15,1-38,1(33,5)



29,1±3,4

13,9-48,2(34,9)



25,9±1,4

13,9-48,2(32,9)



16

Cu

27,1±1,7

20,5-35,4(18,7)



27,1±1,4

19,7-39,4(20,4)



27,2±1,7

20,1-33,6(19,4)



27,2±0,9

19,7-39,4(19,2)



47

Cd

1,63±0,08

1,44-1,99(14,0)



1,32±0,06

0,97-1,89(19,7)



1,51±0,15

0,84-2,31(29,3)



1,45±0,06

0,84-2,31(22,7)



0,13

Co

8,7±0,37

7,6-10,1(12,8)



8,4±0,36

6,1-12,1(17,8)



8,9±0,45

6,9-11,0(15,3)



8,6±0,23

6,1-2,1(15,8)



18

Ni

20,1±1,3

13,1-23,4(19,1)



19,4±0,95

11,7-26,5(20,6)



22,6±1,7

15,5-31,8(22,3)



20,4±0,73

11,7-31,8(21,3)



58

Mn

624,2±23,4

490-716(11,2)



515,8±22,9

322-690(18,2)



602,2±32,2

489-774(16,0)



565,9±16,9

322-774(17,7)



1000

Fe

7269±280,9

5773-8507(11,6)



9917±430,2

6678-12618(17)



10428±700

6534-13488(20)



9368±350,7

5773-13488(22)



48500

Примечание: в числителе – среднее арифметическое и его ошибка (мг/кг); в знаменателе – пределы колебаний (мг/кг), в скобках – коэффициент вариации (%).


Для выяснения взаимовлияния изученных элементов в почвах были рассчитаны парные коэффициенты корреляции содержания элементов всех форм соединений и валового содержания (таблица 4).
Таблица 4. Парные коэффициенты корреляции содержания химических элементов в почвах.

Эле

мент


Zn

Cu

Pb

Cd

Co

Ni

Mn

Fe

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Водорастворимая форма

Cu

0,72






















Pb

0,84

0,74



















Cd

0,77

0,72

0,88
















Co

0,69

0,51

0,73

0,80













Ni

0,21

0,32

0,38

0,32

0,24










Продолжение таблицы 12.

Mn

0,62

0,50

0,73

0,56

0,29

0,36







Fe

0,01

0,02

0,09

0,17

0,12

0,05

0,01




Обменная форма

Cu

0,77






















Pb

0,82

0,69



















Cd

0,18

0,13

0,07
















Co

0,76

0,58

0,69

0,14













Ni

0,31

0,24

0,29

-0,13

0,35










Mn

0,64

0,62

0,58

0,16

0,53

0,16







1

2

3

4

5

6

7

8

9

Fe

-0,03

0,21

-0,23

0,08

0,03

0,02

-0,140




Кислоторастворимая форма

Cu

0,59






















Pb

0,69

0,76



















Cd

0,64

0,67

0,79
















Co

0,54

0,16

0,27

0,38













Ni

0,44

0,08

0,19

0,30

0,46










Mn

0,63

0,29

0,46

0,41

0,63

0,35







Fe

-0,08

0,16

-0,11

0,02

0,07

0,34

-0,11




Валовое содержание

Cu

0,79






















Pb

0,73

0,71



















Cd

0,71

0,78

0,76
















Co

0,56

0,52

0,61

0,49













Ni

0,33

0,40

0,15

0,07

0,31










Mn

0,76

0,63

0,64

0,54

0,37

0,40







Fe

0,22

0,13

0,08

0,11

-0,13

0,49

0,15




Установлена высокая положительная корреляция цинка с медью, свинцом, кадмием и марганцем во всех формах их соединений и валовом содержании; меди со свинцом, кобальтом, марганцем и свинца с кобальтом, марганцем во всех формах соединений и валовом содержании, кроме кислоторастворимой.

По убыванию способности к взаимной положительной корреляции исследуемые химические элементы образуют следующий ряд;

Для водорастворимой формы;

Zn > Cu > Pb > Mn > Cd > Ni > Co > Fe

Для обменной формы;

Zn > Ni > Cu > Mn > Pb = Co > Fe = Cd

Для кислоторастворимой формы.

Zn > Cu > Cd > Ni > Pb > Co > Mn >Fe

Для валового содержания.

Zn > Cu > Pb > Cd = Mn > Co > Fe > Ni

Цинк проявил себя как элемент, способный образовывать большое число высоких положительных корреляционных связей с другими элементами, железо напротив не имеет такой способности.

У железа и никеля выявлены слабые положительные и отрицательные корреляционные связи с большинством элементов для всех форм соединений и валового содержания.

В таблице 5 приведены данные по среднему содержанию элементов в почве в сравнении с ПДК элементов в почве.

Таблица 5. Содержание элементов в почвах поймы Иртыша в сравнении с ПДК.



Элемент

Содержание, мг/кг

ПДК /3,4/

Zn

Pb

Cu



Cd

Co

Ni



Mn

Fe


92,3

23,5


26,3

1,6


9,1

18,8


563,8

7117


100

32

100



3

50

50



1500

-


Как видно из таблицы, содержание всех элементов в почве не превышает ПДК. Выявлены участки поймы с превышением ПДК цинка вблизи г.Усть-Каменогорска и с. Саратовки.

Выводы.

Таким образом, следует отметить, что содержание, распределение и накопление химических элементов в почвах поймы Иртыша характеризуется неоднородностью, что в свою очередь связано с воздействием множества факторов, основными из которых являются генетические особенности почв и почвообразующих пород, физико-химические свойства, техногенное воздействие, взаимовлияние элементов и т.д.



Литература.

  1. Колходжаев М.К., Котин Н.И., Соколов А.А. Почвы Семипалатинской области. – Алма-Ата: Наука, 1968. – 474 с.

  2. Орлов Д.С. Химия почв: Учебник. – М.: Изд-во Московс. ун-та, 1985. - 376 с.

  3. Предельно допустимые концентрации химических веществ в почве (ПДК). – М.: Изд-во Минздрава СССР, 1982.

  4. Kloкe A. Orientierungsdayen für tolerierbaze Gesamtgchalte einiger in Kulterboden // Mitteilungen VDLUFA. - 1980. - H. 2. - S. 32-38.


Статья опубликована в Сборнике Международной научно-практической конференции «Современные проблемы географии: образование, наука, практика», 19-20.11.2015 г., С. 301-308.


©dereksiz.org 2016
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет