CC BY
18
АРИДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ, 2007, том 13, № 32
ОТРАСЛЕВЫЕ ПРОБЛЕМЫ ОСВОЕНИЯ ЗАСУШЛИВЫХ ЗЕМЕЛЬ =
УДК: 631.445.52:577.118(262.81)
ИЗМЕНЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ ПОБЕРЕЖЬЯ КАСПИЯ ПОД ВЛИЯНИЕМ СГОННО-НАГОННЫХ
ПРОЦЕССОВ
©2007 г. М.-П.А. Яхияев
Прикаспийский институт биологических ресурсов ДНЦ РАН Россия.
367025, Махачкала, ул. М.Гаджиева, 45, E-mail:pibrdncran(q),iwt.ru
Реферат. Учитывая важность проблемы загрязнения экологической среды агрофитоценозов, проведены исследования по изучению уровня концентрации тяжелых металлов Cd, Сг, Ni, РЬ, Rb, а также Sr, Zr в почвах затапливаемой зоны Каспийского побережья, рассчитана разница их содержания между затапливаемыми и незатапливаемыми почвами, а также в сравнении с показателями Кларка но А.Б. Виноградову. Показано, что основным концентратором тяжелых металлов, загрязняющие природную среду является верхний гумусовый горизонт, т.е. наиболее плодородный слой почвенного покрова. Ключевые слова: биогенные, загрязнители, гидроморфные, автоморфные, микроэлементы, затопление, фитоценоз.
Каспийское море является конечным бассейном стока многочисленных продуктов рек, воды которых несут большое количество антропогенной деятельности. С середины 90-х годов XX века ежегодно в дельты рек Волги, Терека и Сулака сбрасывается более 2-5 тонн соединений тяжелых металлов, 62-146 тыс. тонн нефтепродуктов, около 4.4 тыс. тонн биогенных загрязнителей, которые накапливаются в донных отложениях рек устьевого взморья (Абдурахманов и др., 2002). В результате поднятия уровня моря происходит загрязнение морской среды токсичными веществами, поступающими с размываемых и подтапливаемых свалок, мест складирования отходов, скотомогильников, сельскохозяйственных угодий, участков добычи нефти и газа. Большие объемы загрязняющих веществ распространяются по всей акватории моря, проникают в толщу водных масс, попадают в донные отложения; в результате процессы самоочищения не успевают утилизировать поступающие химические вещества.
При затоплении водами Каспийского моря береговой зоны произошло смещение берега моря вглубь суши. Изменился контур берега, большая площадь прибрежных почв, ранее имевших высокую биологическую продуктивность, оказалась под водой, что привело к увеличению площади гидроморфных почв и уменьшению автоморфных. Этот процесс способствовал разложению остатков наземной флоры, что способствует накоплению органических веществ в почвах прибрежья.
Таким образом, вдоль береговой линии смещения сформировался новый пояс слабодифференцированных маршевых почв, переходящих в устьевых областях дельтовой равнины в ее периферийной части в луговые почвы, занимающие значительную площадь новообразованной акватории мелководий (Залибеков, 1994). Здесь складываются благоприятные условия для подводного почвообразования, индицирующим признаком которого является появление водной растительности: тростника, рогозы, бескильницы и других растений.
Смещение границ водной поверхности в материковую часть и уменьшение площадей суши способствовало перемещению и усилению антропогенных нагрузок на незатапливаемые территории.
Расширение акватории Каспийского моря привело к появлению новых ареалов флоры Затопление способствовало развитию обильной растительности, отмечается наличие гидрофильных видов в составе травостоя. Увеличились эрозионные процессы, в результате которых с речной водой в море выносится большое количество грунта, ила и обломочного материала, в котором содержатся микроэлементы, тяжелые металлы, загрязняющие или обогащающие почвы прибрежных территорий. Тяжелые металлы, как загрязнители природной среды, занимают особое место в виду своей токсичности. Особенно вредны загрязнения такими металлами как ртуть, свинец, кадмий, кобальт (Минеев, 1990).
Учитывая важность проблемы загрязнения экологической среды агрофитоценозов, нами проведено изучение фонового содержания и миграция тяжелых металлов в почвенном покрове Терско-Сулакской дельтовой равнины в связи с периодическим колебанием уровня Каспийского моря.
Токсичность одних и тех же металлов на различных типах почв различная. Г.В. Добровольский, КН. Федоров и Н.В. Стасюк (1975) отмечают, что Терско-Кумской низменности свойственна резкая комплексность почвенного покрова, обусловленная многими локальными факторами.
По классификации Дж. Вуда (цит. по Ильину, 1991) к очень токсичным относятся следующие химические элементы: кобальт (Со), никель (N1), медь (Си), цинк бериллий (Ве), олово (Бп), мышьяк (Ав), железо (Бе), рубидий (Ш)), кадмий (Сё), ртугь (Н§), свинец (РЬ), сурЬМа(БЬ), висмут (Ш), плутоний (Р1), селен (Бе).
Среди тяжелых металлов приоритетными загрязнителями считаются свинец, кадмий мышьяк, ртуть, цинк, главным образом, потому, что их техногенное накопление в окружающей среде идет высокими темпами. Нами проведены исследования по изучению уровня концентрации следующих тяжелых металлов: Сё, Сг, №, РЬ, ЛЬ, а так же Бг и Ъх, в почвах затапливаемой зоны Каспийского побережья.
Изучены закономерности концентрации и миграции тяжелых металлов на глубине 0-120 см затапливаемых и незатапливаемых почв приморской аккумулятивной равнины Западного 11рикаспия республики Дагестан.
Для более, наглядного представления о закономерностях распределения тяжелых металлов в затапливаемых почвах приморской полосы рассчитана разница их содержания между затапливаемыми и незатапливаемыми почвами, а также в сравнении с показателями Кларка по А.Б. Виноградову, (1952, табл. 1).
Данные об уровне концентрации тяжелых металлов Сё, Сг, №, РЬ, ЛЬ, а также Ъх и Бг по всему почвенному профилю (глубина 0-120 см) (табл. 1) показывают:
- среднее содержание вышеуказанных химических элементов в затапливаемых луговых и лугово-болотных почвах в слое 0-120 см в 1.46 раз выше и составляет 130 мг/кг почвы, а в незатапливаемых почвах оно составляет 89 мг/кг;
- генетическое горизонты почвенного профиля отличаются между собой по уровню содержания исследованных химических элементов;
- наибольшая концентрация химических элементов обнаружена в верхнем слое| почвенного профиля (0-50 см). По уровню накопления тяжелых металлов в затапливаемых почвах в сравнении с показателями Кларка исследованные тяжелые металлы располагаются следующим образом: № - 3.6 раз > РЬ - 2.4 раз > Бг -1.3 раз> Сд -1.1 раз.
Среднее содержание Сё, №, РЬ, Бг, Ъх в слое почвы 0-50 см в затапливаемых луговых почвах в 1.43 раза выше по сравнению с их накоплением в незатапливаемых почвах ив 1.53 раза выше, чем в нижнем слое почвенного профиля - на глубине 60-120 см (табл. 2). Вместе с тем, следует отметить, что концентрация тяжелых металлов Сг, ЯЬ в слое 0-50 см, как в затапливаемых, так и в незатапливаемых луговых почвах в среднем в 1.37 раз ниже
ИЗМЕНЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ
89
Таблица 1. Среднее содержание тяжелых металлов в луговых не затапливаемых почвах (мг/кг). Table 1. Average content of hard metals in meadow flooded and non-flooded soils (mg/kg).
№ разреза Глубина, см. Гумус, о/ /О Cd Сг Ni Pb Rb Sr Zr
Луговые не затапливаемые почвы. Ташня.
152 0-50 2.41 0.48 152 65 19 79 251 231
153 0-50 3.10 0.50 168 72 21 88 254 243
Ср. данные 2.75 0.49 160 69 20 84 253 237
Луговые затапливаемые почвы. Пастбища
248 0-50 3.65 0.63 117 151 33 75 260 245
171 0-50 3.68 0.67 135 134 20 87 266 264
161 0-50 2.78 0.49 137 255 21 89 621 285
163 0-50 2.85 0.41 143 48 21 81 432 268
Ср. данные 2.82 0.55 133 147 24 83 395 266
Разница к затапливаемым почвам (раз).
выше 1.03 1.12 — 2.13 1.2 — 1.56 1.12
ниже — — 1.20 — — 1.0 — —
Разница к показателям Кларка по А.Б. Виноградову (раз)
Кларк 0.5 200 40 10 100 300 300
Затаплив. почва выше 1.1 — 3.6 2.4 — 1.32 —
ниже — 1.50 — — 1.20 — 1.13
выше — — 1.72 2.0 — — —
ниже 1.0 1.25 — — 1.19 1.18 1.26
Таблица 2. Содержание тяжелых металлов в луговых затапливаемых почвах (мг/кг). Table 2. Content of hard metals in meadow flooded soils (mg/kg).
№ разр. Глубина, см Гумус Cd Сг Ni Pb Rb Sr Zr
Луговая тяжелосуглинистая затапливаемая почва. Г астбище
248 0-Ю 4.83 0.65 122 168 32 93 272 246
15-25 3.24 0.63 114 131 30 71 261 254
35-45 2.88 0.61 116 154 36 61 246 236
70-80 1.60 0.73 123 73 30 92 j 240 244
120-130 0.28 0.90 126 102 31 63 233 261
170-180- 0.21 0.94 78 38 22 67 226 264
Луговая ереднесуглинистая затапливаемая почва. Г астбище
171 0-10 4.60 0.66 135 133 26 96 283 264
15-25 3.82 0.61 140 142 18 81 296 276
3040 3.50 0.68 142 140 22 98 251 284
42-52 2.80 0.72 121 121 14 72 235 232
55-65 1.63 0.81 112 76 12 76 221 184
75-85 0.43 0.78 105 72 8 84 231 214
по сравнению с показателями Кларка. Этот факт свидетельствует о том, что вода Каспия не содержит высокие концентрации указанных химических элементов (табл. 3).
Результаты изучения почвенно-геохимических последствий затопления почв морской водой показали., что в слое почвы на глубине 0-50 см преимущественно накапливаются №: в 2.13 раз выше, чем в незатапливаемых почвах; Cd - в 1.12 раза; Бг - в 1.5 и РЬ - в 1.20 раза, что обусловлено содержанием их в органическом веществе (табл. 4).
Необходимо отметить, что в слаборазвитых рыхлопесчаных гидроморфных и луговых солончаковых почвах определенной закономерности распределения химических компонентов по почвенному профилю не выявлено.
Таблица 3. Содержание тяжелых металлов в лугово-болотных затапливаемых почвах (мг/кг). Table 3. Content of hard metals in meadow-swampy Hooded soils (mg/kg).
№ разр. Глубина, см Гумус Cd Сг Ni Pb Rb Sr Zr
Лугово-болотная затапливаемая почва
161 0-10 4.52 0.42 277 224 28 106 530 289
10-20 3.94 0.54 143 310 18 103 471 278
20-30 2.88 0.72 140 258 29 103 490 287
40-50 0.90 0.62 20 108 5 41 420 212
Лугово-болотная затапливаемая почва
1 63 0-10 4.52 0.37 225 52 26 82 432 268
10-20 3.57 0.43 121 45 20 80 542 242
20-30 2.86 0.54 123 39 18 82 691 273
30-40 2.64 0.45 114 57 27 87 243 268
40-50 0.86 0.26 130 45 15 75 254 291
90-100 0.40 0.54 50 34 8 62 204 368
Таблица 4. Содержание тяжелых металлов в луговых не затапливаемых почвах (мг/кг). Table 4. content of hard metals in meadow non-flooded soils (mg/kg).
№ разр. Глубина, см Гумус Cd Сг Ni Pb Rb Sr Zr
Луговая не затапливаемая почва. Пашня.
152 0-10 3.98 0.38 134 72 19 <S! 256 244
10-20 2.83 0.36 152 62 22 89 263 241
20-30 2.20 0.47 158 58 24 92 257 236
30-40 1.80 0.58 164 74 16 72 246 220
40-50 1.26 0.61 154 61 22 61 231 216
Луговая среднесуглинистая не затапливаемая почва. Посевы люцерны
153 0-10 4.10 0.41 137 78 21 99 261 258
10-20 4.31 0.43 177 66 18 99 260 249
20-30 2.41 0.51 179 56 24 91 251 241
40-50 1.60 0.63 178 88 21 63 241 222
60-70 1.10 0.43 42 71 17 60 221 203
90-100 0.51 0.40 48 78 14 48 186 243
110-120 0.36 0.33 56 43 11 42 170 252
При этом отмечено, что гумусовые горизонты гидроморфных луговых, лугово-болотных почв служат геохимическим барьером, на котором накапливаются различные химические элементы. Это свидетельствует о том, что основным концентратором тяжелых металлов, загрязняющих природную среду, является верхний гумусовый горизонт, т.е. наиболее плодородный слой почвенного профиля.
Анализ геохимических процессов, связанных с затоплением прибрежной зоны показал, что по сравнению с показателями Кларка (по А.Б. Виноградову) концентрация валовых форм №, РЬ, Бг, Сс1 в среднем повысилась в 2.0 раза. Необходимо отметить, что почвенный покров затапливаемых территорий Западного Прикасния характеризуется низкой концентрацией тяжелых металлов.
Частичный возврат в почву некоторых абиогенных элементов, в том числе и тяжелых металлов-биофилов, обеспечивающих нормальное протекание биохимического круговорота, способствует повышению биологической продуктивности фитоценозов, в том числе кормовых угодий прибрежной зоны.
ИЗМЕНЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ
91
ВЫВОДЫ
1. В результате затопления и подтопления в почвах и донных отложениях территории прибрежной зоны Западного Прикаспия произошли существенные геохимические изменения.
2. Под влиянием затопления среднее содержание тяжелых металлов Cd, Cr, Ni, Pb, Rb, а также Sr и Zr в почвенном профиле (глубина 0-120 см) затапливаемых луговых и лугово-болотных почвах повысилось в среднем в 1.46 раз, причем здесь преимущественно накапливаются Ni, Cd., Pb. Sr.
3. Среднее содержание элементов в верхней полуметровой гуму coco держащей толще затапливаемых почв в 1.43 раза выше, а в нижнем профиле (60-120 см) в 1.53 раза выше, чем в незатапливаемых почвах. Это означает, что органическое вещество обладает высокой аккумуляционной способностью по тяжёлым металлам.
4. Почвенный покров приморской зоны Западного Прикаспия характеризуется низкой концентрацией тяжелых металлов. Таким образом, периодическое затопление морскими водами прибрежной территории, хотя и способствует повышению уровня концентрации тяжелых металлов в почвах приморских ландшафтов, однако, это повышение не ммеет экстремально отрицательного характера.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Абдурахманое Г.М., КарпюкМ.И., МорозовБ.Н., Пузаченко Ю.Г. Современное состояние и факторы, определяющие биологическое и ландшафтное разнообразие Волжско-Каспийского региона России. М: Наука. 2002. 414 с. 2 Виноградов А.Б. Основные закономерности в распределении микроэлементов между
растениями и средой // Микроэлементы в жизни растений и животных. М.: Изд-во АН СССР. 1952. С. 7-20.
3. Добровольский Г.В.. Федоров К..Н., Стасюк Н.В. Геохимия, мелиорация и генезис почв дельты Терека//Известия. МГУ. 1975. 248 с.
4. Залибеков З.Г. Экологические последствия подъема уровня Каспийского моря в равнинном Дагестане // Мелиорация и водное хозяйство. 1994. № 1. С 14-24.
5. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение. Новосибирск: Наука. Сиб. отд. 1991. С. 3.
6. Минеев В.Г. Химизация и природная среда, М.; Агропромиздат. 1990. 287 с.
CHANGE OF COCENTRATION OF HARD METALS IN SOILS OF THE CASPIAN SEASIDE IN CONDITIONS OF CATTLE BREEDING PROCESSES
©2007. M.-P.A Yahiaev
Caspian Institute of biological resources, Daghestan Scientific Center, Russian Academy of sciences. 367025 Makhachkala, M, Gadjiev45, Russia
The processes of flooding on the territory of the Western Caspian seaside on soils and bottom sediments brought to noticeable geo-chemical changes, resulted in rise of the contents of hard metal - Cd, Cr, Ni, Pb, Rb, Sr, Zr, on 1 .46 times of their average contents in flooded meadow and meadow-swampy soils. Herewith Ni, Cd, Pb, Sr mainly accumulate.
In humus containing (0-5 cm) thick layer of flooded soil the contents of hard elements are 1.43 times higher, in lower soil profile (60-120 m) on 1.53 times higher than in non-flooded soils since organic matter has higher accumulative ability for hard metals.
Periodic flooding by sea water of the coastal territory though intails in rise of hard metal concentration in soils and coastal landscapes, but it does not have over negative influence. Soil cover of the Western Caspian sea coastal zone is characterized by low hard metals concentration.
