ОЦЕНКА И СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ УЯЗВИМОСТИ ПОЧВ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ МЫШЬЯКОМ, МОЛИБДЕНОМ И УРАНОМ (ПО МЕТОДИКЕ М.А. ГЛАЗОВСКОЙ)

В данной статье автор дает сравнительную характеристику по степени уязвимости некоторых типов почв, подвергшихся загрязнению преимущественно тремя элементами. Выделяются и описываются характерные особенности каждого из рассматриваемых факторов для установления меры уязвимости исследуемой территории. Данная работа будет интересна геофизикам для прослеживания процессов миграции загрязняющих элементов по профилю почв.

Для оценки уязвимости типов почв была выполнена балльная оценка с учетом свойств почв, которые оказывают влияние на миграцию в них загрязняющих веществ.

За основу составления балльной оценки уязвимости почв был использован подход М.А. Глазовской, предложенный ею для эколого-геохимического оценивания устойчивости почв к техногенным видам воздействия (Глазовская, 1997). Уязвимость экосистем определяется способностью загрязняющих веществ удерживаться в верхнем горизонте почв, а так же степенью подвижности этих веществ внутри профиля почв.

Три данных загрязнителя не случайно попали в поле зрение исследователей. Дело в том, что исследуемые почвы территории относятся к горно-обогательному комбинату, который в следствие своего функционирования осуществляет выброс отходов от производства. Главными и наиболее опасными элементами этих отходов являются мышьяк, молибден и уран.

Анализ литературы о способности таких загрязнителей как As, Mo, U нарушать естественное состояние ландшафтов, показал, что ведущими факторами, влияющими на уязвимость почв загрязнению, являются содержание гумуса в почве, величина рН среды, окислительно-восстановительные свойства почв и механический состав.

1. Кислотно-основные свойства почвы определяют способность химических элементов к миграции. Так, наиболее опасные загрязнители (As, Mo, U) характеризуются наибольшей подвижностью в щелочной среде и, следовательно, при повышении рН доступность их для биоты будет падать. Чем выше значение pH, тем больший балл присваивается почве. Самый низкий балл (1) получают нейтральные почвы (pH ≤ 7), а самый высокий (5) – щелочные почвы (рН ≥ 9).

2. Состояние окислительно-восстановительных условий почв оценивается по величине редокс-потенциал, Eh. Восстановительные свойства почв, как правило, способствуют увеличению миграционной способности химически элементов

Максимальный балл по окислительно-восстановительному состоянию у почв, которые находятся в восстановительной среде, потому что в условиях избыточного увлажнения и развития восстановительных процессов увеличивается активность и подвижность загрязняющих веществ. У большинства тяжелых металлов и загрязняющих веществ, в окислительной среде уменьшается подвижность, соответственно, снижается и балл. Выделено 2 градации: восстановительная среда – 2 балла, окислительная – 1 балл.

3. Так же для оценки уязвимости экосистем были взяты показатели среднего содержания гумуса для всех типов почв. С увеличением количества гумуса возрастает способность почв к поглощению. Значит, и химически вредные вещества будут лучше поглощаться, а это негативно сказывается на состоянии почв. По содержанию гумуса почвы разделены на 4 градации, где 4 балла присваиваются для самых богатых гумусом и, следовательно, наиболее уязвимых почв – более 9 % (луговые, лугово-черноземные, черноземы обыкновенные), и 1 балл для маломощных щебнистых и солонцеватых почв с относительно невысоким содержанием гумуса – меньше 3 %.

4. По гранулометрическому составу выделено 3 градации: легкосуглинистый, среднесуглинистый и тяжелосуглинистый. Чем тяжелее гранулометрический состав, тем сильнее поглотительная способность, а значит, что химические элементы становятся менее подвижны, задерживаясь в почвах способствуя повышению уязвимости почв. Этот факт объясняет присвоение самого высокого балла (3) тяжелосуглинистым почвам, а самого низкого (1) легкосуглинистым.

Итоговая оценка уязвимости почв получалась вычислением суммарной балльной оценки по всем вышеперечисленным показателям, в соответствии с которыми, более уязвимые почвы получили более высокую сумму баллов.

Результаты балльной оценки уязвимости почв представлены в Таблице 5.

По полученным результатам было проведено ранжирование на 5 категорий, где максимально уязвимые типы почв получили самые высокие баллы (от 11 до 13) и минимально уязвимые, соответственно, баллы ниже (от 4 до 6).

Проведенная балльная оценка показала, что в категорию максимально уязвимых почв, которые в сумме набрали наибольшее количество баллов (≥ 11), попали такие типы, как луговые, лугово-черноземные, лугово-каштановые и солонцы. Их уязвимость объясняется тем, что высокие величины значений pH и восстановительная среда способствуют развитию активной миграции химических элементов в почве, что означает легкое проникновение вниз по профилю и риск их попадания в воды подземного стока. Однако тяжелосуглинистый гранулометрический состав препятствует выносу и химические элементы удерживаются в верхних слоях почвы, загрязняя растительный покров. Вероятность такого воздействия на данных типах почв выше, чем проникновение до уровня грунтовых вод.

К категории высокой уязвимости (10 баллов) относятся комплексные почвы, которые чередуются и сменяются между собой через несколько метров (Большая советская энциклопедия, 1978). В составе всех рассматриваемых комплексных почв всегда встречаются солонцы, которые чередуются с черноземными, каштановыми и луговыми почвами. Такое чередование объясняет их меньшую уязвимость относительно рассмотренных выше типов. Несмотря на тяжелый гранулометрический состав и высокий рН, главное отличие данных типов почв в низком содержании гумуса (2 %). Этот фактор подразумевает, что количество фульвокислот, способствующих миграции, соответственно тоже будет намного ниже, чем в предыдущей категории. Это и является определяющим критерием для данной категории, который позволяет отнести эти почвы к высоко уязвимым.

К категории средне уязвимых почв (9 баллов) относятся такие типы, как горные черноземы степные, черноземы обыкновенные и средне-каштановые. Горные черноземы характеризуются окислительной средой и высоким содержанием гумуса, но легкосуглинистым гранулометрическим составом, в связи с которым даже при условии высоких значений рН, стимулирующих миграцию, способность связывания и удержания загрязняющих веществ слабее, чем у луговых или солонцовых почв. Остальные типы почв отличаются среднесуглинистым составом, однако содержанием гумуса немного ниже, от 3,5 до 6,5 %. Такое соотношение гранулометрического состава и гумуса способствуют созданию условий средней уязвимости почвенного покрова.

К следующей категории низкой уязвимости (≥ 7-8 баллов) относятся черноземы обыкновенные, южные черноземы, темно-каштановые малоразвитые (щебнистые) и средне-каштановые почвы. Данным типам почв свойственна окислительная среда и среднесуглинистый гранулометрический состав. Главные отличия, определяющие рассматриваемые типы почв к этой категории, состоят в содержании гумуса и величины рН. Содержание органического вещества у черноземов и щебнистых темно-каштановых почв изменяется в пределах от 5 до 7,5 и значения рН от 7,5 до 7,7. Такие условия в совокупности не позволяют беспрепятственно мигрировать загрязняющим веществам по профилю почв, и тем самым предполагает нахождение в условиях меньшей уязвимости.

И в последней категории, минимально уязвимых почв (≤ 6 баллов), находятся такие типы, как горные каштановые, горные боровые, малоразвитые щебнистые черноземы и малоразвитые щебнистые средне-каштановые почвы. Они характеризуется малым содержанием гумуса, низкими величинами рН, что способствует слабой миграционной способностью почв. Эти почвы рыхлые с легкосуглинистым гранулометрическим составом, что сказывается еще и на слабом поглощении, слабом удержании и связывании загрязняющих веществ с почвой, благодаря которому загрязнители лучше выносятся из состава почв. Но так как к данной категории относятся горные и щебнистые почвы, в которых очень слабо удерживаются вредные химические вещества (мышьяк, молибден, уран), то это значит, что все факторы, в совокупности, объясняют их минимальную уязвимость на рассматриваемом уровне.

Такое сопоставление и полученный результат подводят к выводу, что повышенное внимание для контроля и мониторинга необходимо уделить тем объектам, которые попадают в категорию максимально уязвимых почв. К данной группе относятся следующие типы почв:

• солонцы;

• комплексные солонцы и темно-каштановые солонцеватые;

• комплексные солонцы и лугово-каштановые;

• комплексные солонцы и луговые;

• черноземы южные