Геохимическая оценка содержания тяжелых металлов в почвах поймы реки иртыш

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

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.

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.

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.

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.

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

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-В₁-В₂-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 B_Fe. 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.

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

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.

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.

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.