ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ ГОРОДА УСТЬ-КАМЕНОГОРСКА

На сегодняшний день, в связи с высоким уровнем развития промышленности во всем мире, усилилось загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами в масштабах, которые не свойственны природе. Почва является индикатором общей техногенной обстановки. Загрязнения поступают в почву с атмосферными осадками, поверхностными отходами, вносятся в почвенный слой почвенными породами и подземными водами. Кроме того, почва служит источником вторичного загрязнения приземного воздуха и вод, попадающих из неё в Мировой океан.

К основным видам загрязнителей относятся тяжелые металлы, которые способны накапливаться в тканях растений и организмов, изменять формы нахождения при переходе от одной среды в другую. В определенных количествах металлы  необходимы для полноценного развития живых организмов, однако их избыток приводит к отклонениям в развитии и даже к их гибели. Накопление тяжелых металлов вызывает у человека серьезные физиологические нарушения, аллергию, онкологические заболевания, отрицательно влияет на наследственность.

Среди тяжелых металлов приоритетными загрязнителями считаются свинец и цинк, главным образом потому, что техногенное их накопление в окружающей среде идет высокими темпами. Эта группа веществ обладает большим сродством к физиологически важным органическим соединениям.

В процессе устойчивости почв к химическим загрязнителям необходимо учитывать данные, характери­зующие сезонные или краткосрочные (2-5 лет) изменения свойств почв, которые определяются влажностью и величиной рН. составом почвенных растворов, со­держанием доступных растениям питательных веществ [2,4].

Показатели дол­госрочных изменений проявляются в период 5-10 лет и в большей степени отражают влияние негативных факторов на свойства почвы.

Для снижения пагубного влияния от накопления тяжелых металлов и других антропогенных воздействий осуществляется мониторинг состояния почв. Особая роль почвенного мониторинга обусловлена тем, что все изменения состава и свойств почв отражаются на выполнении почвами их экологических функций. Огромное значение имеет то, что в почве в отличие от воздуха атмосферы и вод поверхностных водоемов экологические последствия антропогенного воздействия обычно проявляются позже, но они более устойчивы и сохраняются дольше. Поэтому существует необходимость оценивать и долговременные последствия этого воздействия на почвы.

Химический анализ почв является одним из наиболее важных средств мониторинга и имеет особое значение в решении проблем почвоведения, агрохимии и мелиорации. Классификация и диагностика почв, оценка их мелиоративных особенностей и плодородия, оценка пригодности почв для использования в сельском хозяйстве, коммунальных и иных целях [1].

В Республике Казахстан наблюдения за состоянием почв проводятся в 65 пунктах наблюдений.  Пробы отбираются в пяти определенных точках два раза в год в пределах городов и промышленных центров с последующим определением содержания тяжелых металлов (свинец, цинк, кадмий, медь, хром) [5-6].

Аналитический контроль состояния почв состоит из следующих основных стадий:

1. Выбор места отбора пробы;

2. Отбор пробы;

3. Обработка пробы;

4. Подготовка пробы к анализу;

5. Измерение концентрации загрязнителя;

6. Математическая обработка данных и их проверка;

7. Интерпретация и сравнение полученных данных [3]. 

Выбор оптимальных точек отбора проб почвы является достаточно трудной задачей, так как состав последних может сильно изменяться даже на малых расстояниях между точками отбора [7].

В качестве объекта исследования были выбраны образцы почвы, отобранные в различных районах города Усть-Каменогорск: ОАО «КазЦинк», ул. Мызы и КШТ. Период отбора- март 2018 года.

Особенности нахождения и миграции тяжелых металлов в почве обуславливаются осаждением и комплексообразованием с органическими и неорганиче­скими лигандами. Интенсивность этих процессов зави­сит от рН и окислительно-восстановительного потен­циала среды [2].

На первом этапе была подготовлена водная вытяжка почв и определено значение рН. Результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1.

 рН водной вытяжки различных районов города Усть-Каменогорска

Для определения содержания тяжелых металлов был использован метод атомно-абсорбционной спектроскопии [8]. Предварительная подготовка включала в себя экстракцию тяжелых металлов с царской водкой.

Для приготовления экстракта использовалась следующая методика: Навеска 3 грамма почвы была помещена  в реакционный сосуд вместимостью 250мл. Произведено увлажнение почвы путем добавления 1,0 мл воды и при перемешивании было добавлено 21 мл соляной кислоты, затем 7мл азотной кислоты (15.8 моль/л). В течение 16 часов проба отстаивается с целью медленного окисления органического вещества в почве. Первой реакции с царской водкой дают ослабеть. Затем дополнительно добавляли по 1 мл азотной кислоты (15.8 моль/л) на каждые 0,1 г органического углерода, превышающего 0,5 г навески. Медленно повышали температуру реакционной смеси до образования конденсата содержимого и поддерживают её в течении 2 часов. Реакционной смеси дали остыть и отстояться так, чтобы большая часть нерастворённого осадка выпала из суспензии. Осторожно слили жидкость, не содержащую осадка, через фильтровальную бумагу, собрав фильтрат в мерную колбу на 100 мл. Пропустили весь фильтрат через фильтровальную бумагу, затем промыли нерастворимый осадок азотной кислоты. Соединили этот фильтрат с первой порцией [9].

Для определения содержания тяжелых металлов в полученных экстрактах была проведена  градуировка атомно-абсорбционного спектрометра, построен градуировочный график для определяемых элементов. Затем распыляли в пламени холостой раствор для анализа. По полученному градуировочному графику была определена концентрация элемента, соответствующая оптическим плотностям пробы для анализа и холостого раствора.

Содержание элемента(ω) в пробе рассчитывается по уравнению:

Где ω – массовая доля элемента в пробе, мг/л;

   – концентрация элемента, соответствующая оптической плотности пробы, мг/л;

   – концентрация элемента, соответствующая оптической плотности холостого раствора, мг/л;

f – коэффициент разбавления пробы, если разбавление проводилось;

V – объем, в литрах, взятой для анализа пробы;

m – масса пробы, в килограммах, с попрпвкой на содержание воды [8].

Экспериментальные данные количественного определения содержания тяжелых металлов в образцах почвы представлены на рисунке 1.

Экспериментально определено, что самое высокое содержание тяжелых металлов наблюдается в промышленной зоне города Усть-Каменогорск – содержание свинца составило 579,5мг/л; цинка – 631,3 мг/л.

По мере удаления от промышленной зоны концентрация тяжелых металлов в почве снижается. Содержание свинца и цинка в районах ул. Мызы и КШТ находятся в пределах нормы.

Рисунок 1. Концентрация тяжелых металлов в образцах почв г. Усть-Каменогорска

Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами является огромной экологической проблемой современности. При этом особую опасность представляет загрязнение почв. Для снижения пагубного влияния накопления тяжелых металлов и других загрязнителей ведется контроль состояния почвенного покрова. Контроль состояния почв в той или иной мере зависит от химического анализа. Поэтому в настоящее время особое внимание уделяется развитию уже имеющихся методов анализа, разработке новых, а также изучению вопроса химической очистки почвенных покровов без нанесения вреда окружающей среде.

Список литературы:

1. Воробьева Л.А. Химический анализ почв: Учебник. — М.: Изд-во МГУ, 1998. - 272 с.
2. Глебова И.В., Стифеев А.И. Основные сорбционные параметры распределения ионов свинца в почвах Курской области//Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии.-2012.-№4.-С.34-37
3. ГОСТ 17.4.4.02-84 Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа – Введ. 1986-01-01 – М.: Изд-во Стандартинформ, 2008 – 8 с.
4. Джувеликян Х.А., Щеглов Д.И., Горбунова Н.С. Загрязнение почв тяжелыми металлами. Способы контроля и нормирования загрязненных почв. Учебно-методическое пособие: изд-во Воронежского государственного университета, 2009-22с.
5. Департамент экологического мониторинга РГП «КАЗГИДРОМЕТ» Информационный бюллетень «О состоянии окружающей среды Республики Казахстан» - Астана, 2017 – 350с.
6. Официальный сайт РГП «Казгидромет»: [Электронный ресурс]: сайт / РГП «Казгидромет» // https://kazhydromet.kz/ru/p/monitoring-sostoania-okruzausej-sredy.
7. Пименова Е.В., Леснов А.Е. Химические методы в агроэкологическом мониторинге почвы: Учебное пособие / Е.В. Пименова, А.Е. Леснов, ФГОУ ВПО Пермская ГСХА. – Пермь: Изд-во ФГОУ ВПО Пермская ГСХА, 2008.- 145 с.
8. СТ РК ИСО 11047-2008 Качество почвы. Определение содержания кадмия, хрома, кобальта, меди, свинца, марганца, никеля и цинка в экстрактах почвы в царской водке. Спектрометрические методы атомной абсорбции в пламени и электротермическим распылением – Введ. 2009-07-01 – М.: Изд-во Стандартинформ, 2008 – 52 с.
9. СТ РК ИСО 11466-2010 Охрана природы. Качество почвы. Экстракция микроэлементов, растворимых в царской водке – Введ. 2011-07-01 – М.: Изд-во Стандартинформ, 2008 – 32 с.