CC BY
111
СОДЕРЖАНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ПОЧВАХ ХВОСТОХРАНИЛИЩ И ОТВАЛОВ МАЙЛУУ-СУУ (КЫРГЫЗСТАН)
Кармышова Умутбубу Жолдошевна
научный сотрудник лаб. биогеохимии и радиоэкологии Биолого-почвенного института, Национальная академия наук Кыргызской Республики, 720071, Кыргызская Республика, г. Бишкек, проспект Чуй, 265
E-mail: um ut_kj@mail. ru
Дженбаев Бекмамат Мурзакматович
д-р. биол. наук, проф., директор Биолого-почвенного института, Национальная академия наук Кыргызской Республики, 720071, Кыргызская Республика, г. Бишкек, проспект Чуй, 265
E-mail: [email protected]
THE CONTENT OF THE TRACE ELEMENTS IN SOILS THE TAILINGS DAMS AND DUMPS MAILUU-SUU (KYRGYZSTAN)
Umutbubu Karmyshova
Research scientist of Biogeochemistry and Radioecology Laboratory, Institute of Biology & Pedology, National Academy of Sciences of Kyrgyz Republic,
720071, Kyrgyz Republic, Bishkek, Chui Ave., 265
Bekmamat Djenbaev
Doctor of Biological Sciences, Professor, director of the Institute of Biology & Pedology, National Academy of Sciences of Kyrgyz Republic,
720071, Kyrgyz Republic, Bishkek, Chui Ave., 265
АННОТАЦИЯ
В статье представлены типы почвенного покрова и результаты агрохимического спектрального анализа хвостохранилищ и отвалов природно-техногенной урановой провинции Майлуу-Суу. Данные техногенные участки в основном расположены вдоль реки в районе обыкновенных и темных неорошаемых сероземов. Результаты исследования показали, что уровень гумуса
Кармышова У.Ж., Дженбаев Б.М. Содержание микроэлементов в почвах хвостохранилищ и отвалов Майлуу-Суу (Кыргызстан) // Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. 2016. № 5 (23) . URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/3158
в почвах Майлуу-Суу намного ниже, процентное соотношение азота, фосфора и калия соответствует содержанию гумуса. На фоновых участках МСт-11 и МСт-1 количество некоторых элементов (Ni, Co, Cr и С^ выше предельной концентрации. На техногенных участках Майлуу-Суу выше допустимых норм (ПДК, ОДК и кларк) установлены концентрации по Ni, Co, Cr, Pb, Yb, Y, Sc и Ag в трех точках МСт-2, МСт-3 и МСт-5. В техногенных участках они больше по сравнении с контрольными. По-видимому, это связано с горными породами, с тонким почвенным покровом и природно-техногенной миграцией этих элементов. Выше перечисленные редкоземельные элементы являются загрязнителями окружающей среды в данной природно-техногенной провинции, основными источниками загрязнения являются урановые хвостохранилища и отвалы.
ABSTARCT
Types of a soil cover and results of the agrochemical spectral analysis of tailings dams and dumps of the natural and technogenic uranium province of Mayluu-Suu are presented in article. These technogenic sites are located generally along the river around the ordinary and dark not irrigated gray soils. Results of research have shown that humus level in Mayluu-Suu's soils is much lower, the percentage ratio of nitrogen, phosphorus and potassium corresponds to the maintenance of a humus. On background sites MST-11 and MST-1 the quantity of some elements are higher than extreme concentration - Ni, Co, Cr and Cu. On technogenic sites of Mayluu-Suu above admissible norms (maximum concentration limit, UEC and Clark) concentration on Ni, Co, Cr, Pb, Yb, Y, Sc and Ag in three points MST-2, MST-3 and MST-5 are established. In comparison with technogenic sites it is more on control sites. Apparently, it is connected with rocks, with a thin soil cover and natural and technogenic migration of these elements. The listed rare-earth elements are environment pollutants in this natural and technogenic province, the main sources of pollution are uranium tailings dams and dumps.
Ключевые слова: почва, хвостохранилища, отвалы, микроэлементы, редкоземельные элементы, урановая провинция.
Keywords: soil, tailings dams, dumps, trace elements, rare-earth elements, uranium province.
Актуальность. С приобретением независимости в 1991 году Кыргызская Республика унаследовала отходы от добычи продукции горной промышленности, при этом не учитывалась экономическая жизнеспособность или экологическое воздействие, ущерб, наносимый окружающей среде. В стране имеется пять значительных объектов бывших урановых рудниковых хвостохранилищ и отвалов горных пород. С развалом Советского Союза все хвостохранилища и отвалы в республике остались бесхозными, и в 2001 году перед Правительством и обществом встала проблема критического состояния хвостохранилищ и отвалов нашей страны. В июне 2001 года Парламент Кыргызской Республики принял Закон «О хвостохранилищах и горных отвалах». Этот документ можно считать основным документом по регулированию управления отходами горной и обогатительной промышленности в Кыргызстане. С 2001 года на хвосто-хранилищах и отвалах Майлуу-Суу продолжались рекультивационные работы (ранее проводились эпизодически) [3, с. 87; 5, с. 254, 255].
Почвы Майлуу-Суу входят в состав Ферганского округа, который делится на ряд почвенных районов. Техногенные участки Майлуу-Суу, хвостохранилища и отвалы расположены в основном вдоль реки в районе обыкновенных и темных неорошаемых сероземов [9, с. 15, 19; 11, с. 191]. Источники загрязнителей почв урановой биогеохимической провинции -это рекультивационные работы, нефтескважины, в результате которых пыль и другие ингредиенты охватывают окрестности очага и переносятся на несколько километров [14, с. 27]. Известно, что почвенный покров обладает способностью задерживать и концентрировать радиоактивные вещества, микроэлементы и тяжелые металлы. Здесь особое место занимают тяжелые металлы и другие редкоземельные микроэлементы, так как они могут активно участвовать в биогеохимических и биологических процессах. Многие из них необходимы живым организмам, однако, в результате интенсивного природно-
техногенного (горные разработки и др.) рассеивания в биосфере и значительной концентрации в почве, некоторые из металлов становятся токсичными для окружающей среды и живых организмов [5, с. 74; 6, с. 43; 10, с. 15-20].
Материалы и методы исследований. Объектами исследования являются почвы урановых хвостохранилищ и отвалов природно-техногенной провинции Майлуу-Суу. При отборе проб нами была использована классификация почв, принятая при составлении почвенной карты Кыргызской Республики, и почвенный кадастр. Отбор образцов проводили методом площадок по определенным маршрутам с учетом ландшафтно-геохимических и метеорологических условий, согласно ГОСТ 28168-89 «Почвы. Отбор проб». Полевые работы осуществляли по методике, разработанной в лаборатории биогеохимии окружающей среды ГЕОХИ РАН и Биолого-почвенном институте НАН КР [13, с. 25, 73]. Использованы также другие методические рекомендации, касающиеся полевого изучения ландшафта, особенностей наземных организмов и биогеоценоза в целом. При отборе проб в пределах суши выделяли участок в окрестности хвостохранилищ и отвалов (примерно 100 м2), на нем отбирали образцы из горизонтов А и В на глубине 0-20 см. Общий анализ почв был проведен в лабораториях Республиканской почвенно-агрохимической станции. Определение химических элементов было проведено методом атомно-спектрального анализа (МГА-915) в лаборатории биогеохимии БПИ НАН КР (часть анализов - в Центральной лаборатории при государственном агентстве по геологии и минеральным ресурсам при Правительстве Кыргызской Республики),
Результаты исследований и их обсуждение. Хвостохранилища и отвалы Майлуу-Суу расположены в зоне адыров, их почвы сильно эродированы. Выше и ниже хвостохранилищ и отвалов сравнительные контрольные участки -Водозабор и Плотина, почвенный покров на первом - горные коричневые типичные, а на втором - типичные сероземы. Почвы на исследуемом участке горные коричневые и горные сероземы, по механическому составу горные коричневые относятся к пылеватым тяжелым и средним суглинкам, горные
сероземы - к пылеватым суглинкам. Материнскими породами, на которых образуются темные сероземы, служат преимущественно лессовидные суглинки. Содержание гумуса в темных сероземах составляет 4-5 %. Почвы имеют щелочную реакцию среды, рН=8,3-8,7. Емкость поглощения колеблется от 20 до 25 мг/экв на 100 г почвы. Азота в темных сероземах содержится от 0,39 % в верхнем горизонте (0-1,0 см) и 0,19 % - на глубине 22-27 см. В распределении карбонатов наблюдается следующая закономерность: незначительное их количество (2-4 %) - в верхнем горизонте, максимум (10-11 %) содержится в карбонатно-иллювиальном горизонте на глубине 60-100 см [5, с. 42, 70; 9, с.19, 20; 11, с. 27, 29, 65, 66].
Как видно из таблицы 1, содержание гумуса варьирует от 0,73-2,60 %. Почвы мало обеспечены минеральными и органическими веществами: так, содержание общего азота составляет от 0,025-0,80 %, валового фосфора - от 0,045-0,127, калия - от 0,80-2,40 %. Почвы исследуемого региона карбонатные, содержание СО2 (IV) в верхнем горизонте колеблется в пределах от 3,08-29,5 %.
Таблица 1.
Агрохимические показатели почв хвостохранилищ и отвалов Майлуу-Суу
Шифр пробы Место отбора проб Тип почв Глубина, см Гумус % рН СО2, % Емк. погл. мг/эк в Общий азот, % Валовое сод., %
Р К
МСт-2 хвост-ще №1 горные сероземы 0-20 1,2 8,75 29,5 6 0,03 0,05 0,8
МСт-3 хвост-ще №3 горные сероземы 0-20 0,78 8,05 6,6 14,2 0,07 0,13 1,9
МСт-4 хвост-ще №4 горные сероземы 0-20 1,2 8,74 28,7 6 0,04 0,05 0,9
МСт-5 хвост-ще №5 горные сероземы 0-20 1,61 8,35 6,82 18 0,08 0,08 2,4
МСт-6 хвост-ще №6 горные сероземы 0-20 0,73 7,95 8,8 10 0,03 0,13 1,6
МСт-7 хвост-ще №7 горные сероземы 0-20 1,64 8,15 6,43 18 0,08 0,08 2,3
МСт-8 хвост-ще №8 горные сероземы 0-20 0,72 7,22 8,1 10 0,03 0,12 1,3
МСт-9 хвост-ще №9 горные сероземы 0-20 0,72 7,32 8,3 10 0,03 0,14 1,4
МСт-10 хвост-ще №13 горные сероземы 0-20 1,2 8,75 22,7 7 0,04 0,05 0,8
МСт-11 водозабор горные коричневые 0-20 2,6 8,05 3,08 16,6 0,08 0,17 1,25
Результаты исследования показали, что минимальное значение гумуса в точках МСт-3 и МСт-6 - 0,78 и 0,73 %, максимальное в МСт-11 - 2,6 %, процентное соотношение азота, фосфора и калия соответствует содержанию гумуса. Средние почвенно-агрохимические показатели почв хвостохранилищ и отвалов Майлуу-Суу приведены на рис. 1.
35 30 25 20 15 10 5
Гумус, %
ТО2, % рн Емкость
поглощ.
мг-экв.
N2 P
Валовой %
K
Водозабор Горные коричневые типичные
Айлампа-Сай Горные сероземы
Хвост.№3 Типичные сероземы
Хвост.№5 Горные сероземы
Хвост.№6 Горные сероземы
0
Рисунок 1. Агрохимические показатели почв (типы почв)
Почвенный покров на хвостохранилищах и отвалах является основным верхним держателем и концентратором радиоактивных веществ и тяжелых металлов. Известно, что чем меньше размер частиц, слагающих почвы, тем больше их механическая емкость сорбции. Спектральным методом анализа почв в природно-техногенной урановой провинции Майлуу-Суу нами определен основной элементный состав почв хвостохранилищ, отвалов и фоновых участков Водозабор и Плотина. На фоновых участках МСт-11 и МСт-1 некоторые элементы содержатся выше предельной концентрации (ПДК): М - 50-90 (ПДК-20), Со - 15-40 (ПДК-5); Сг - 70-120 (ПДК-6); ^ -50-70 (ПДК - 33), а также Y и Sc 20-40 (кларк - 10 и 29) мг/кг сухого вещества. В целом на условно контрольных участках № от 2 до 9 раз, Со - 3-8, ^ - 1,3-2,5,
У и Sc до 2 раз больше ПДК и кларка [1, с. 145; 2; 7, с. 124, 285, 355, 364; 12, с.149, 104, 231, 127].
На техногенных участках Майлуу-Суу больше допустимых норм следующих элементов: N1 - 7-40 (ПДК-20); Со - 3-30 (ПДК - 5); Сг - 20-70 (ПДК-6); РЬ - 12-20; УЬ - на всех участках содержится по 3 мг/кг, (кларк - 0,33 мг/кг); У - 15-40 (кларк - 29 мг/кг); Бс - на всех участках по 20 (кларк - 10 мг/кг); Ы - обнаружен только в точках МСТ-3 и МСт-6 по 40 мг/кг (кларк-32 мг/кг сухого вещества). Из благородных металлов Ag отмечено в трех точках МСт-2, МСт-3 и МСт-5 на одинаковом уровне - 0,3 (кларк - 0,07) [1, с. 145; 2; 7, с. 124, 137, 285, 355, 364; 12, с.149, 104, 231, 178].
В среднем на техногенных участках М в 2 раза, Со в 6, Сг в 3-11, Yb в 9, РЬ, Sc и Li в среднем в 2 раза выше ПДК и кларков. Содержание серебра в трех точках в 4,5 раза превышает кларк. Результаты спектрального анализа приведены в таблице 2.
Таблица 2.
Содержание микроэлементов в почвах урановой биогеохимической провинции Майлуу-Суу (сух.вещ. мг кг)
Код пробы Место отбора проб Мп га Со 14 V Сг Мо Ъх Си РЬ Ъп 8п Са УЬ У 8г Ва и 8с
МСт-1 Плотина 900 90 15 4000 50 120 <1,5 200 50 9 40 2 5 3 40 300 900 - 20
МСт-2 Хвост.№1 900 7 3 2000 15 20 2 20 40 12 0,3 - - 4 3 15 300 300 - -
МСт-3 Хвост.№3 400 40 30 4000 90 70 2 200 50 20 0,3 40 4 20 3 40 400 700 40 20
МСт-4 Хвост.№4 900 7 3 2000 15 20 2 20 40 12 3 3 15 300 300 - -
МСт-5 Хвост.№5 700 30 9 3000 50 40 <1,5 150 50 15 0,3 - - 15 3 30 200 900 40 -
МСт-6 Хвост.№6 500 40 12 4000 40 70 1,5 150 50 15 - 40 2 15 3 40 300 700 - 20
МСт-7 Хвост.№7 700 30 8 3000 50 40 <1,5 150 40 12 - - - 15 200 900 - -
МСт-8 Хвост.№8 500 30 7 2000 40 50 <1,5 130 40 13 - 30 - 13 3 40 250 700 - -
МСт-9 Хвост.№9 600 30 7 2000 40 50 <1,5 140 40 14 - 32 2 11 - - 200 700 - -
МСт-10 Хвост.№13 700 15 5 2000 17 25 2 20 30 13 - - - 5 3 20 350 400 - -
МСт-11 Водозабор 900 50 40 4000 90 70 <1,5 150 70 9 - 50 2 20 3 40 300 500 - 20
пдк 1500 20 5 150 6 2 33 10 55
кларк 1000 258 18 4500 90 83 1,1 170 47 16 0,07 83 2,5 19 0,33 29 340 650 32 10
Рисунок 2. Тяжелые металлы в почвах хвостохранилищ и отвалов урановой
провинции Майлуу-Суу
На рисунке 2 показано накопление микроэлементов и тяжелых металлов в почве исследуемого района. Как видно, изученные элементы по количеству превышают ПДК, особенно в точках образцов МСт-1, МСт-3 и МСт-11. Если рассмотреть динамику изменения концентраций ряда микроэлементов, то увидим, что природное содержание кобальта в поверхностном почвенном слое изменяется в широких пределах: от 1 до 40 мг/кг [7, с. 137]. ПДК и ОДК кобальта по республике - 5, а кларк - 18 [2; 12, с. 104]. Диапазон колебаний кобальта от 3 до 40 мг/кг, значения превышают установленные пределы. Наибольшее его содержание отмечено в почве на Водозаборе (40 мг/кг) и хвостохранилища № 3 (30 мг/кг), а наименьшее отмечено на хвосто-хранилище № 1 (3 мг/кг). В 1962 году А.П. Виноградов предложил кларк свинца считать равным 16 мг/кг [2], позднее было уточнение, и в данное время он составляет 10 мг/кг сухого вещества [1, с. 145; 7, с. 230]. Доля свинца в исследованных образцах не превышает ПДК, ОДК, но отмечено превышение кларка хвостохранилища № 3 в два раза. Содержание стронция в почвах
хвостохранилищ колеблется от 0,18 до 0,02 % на сухой вес. В исследуемом регионе данные варьируют от 300-400 мг/кг, в пределах кларка.
В почвах доля никеля колеблется в широком интервале - от 7 до 90 мг/кг. ПДК для никеля в республике составляет 20 мг/кг [2, с. 555; 12, с. 148]. Минимальное содержание никеля выявлено в хвостохранилище № 1 (7 мг/кг), максимальное - в почвах на Плотине (90 мг/кг). На исследуемом объекте концентрация никеля выше кларка и ПДК. Пределы колебаний меди в незагрязненных почвах достаточно велики - от 0,01 до 0,7 мг/кг. Ее валовое содержание не превышает 1*10-5%, с увеличением рН ее доля в почвах снижается до 10-15 мг/кг. Кларк, по А. Виноградову, 47 мг/кг, ПДК по республике равен 33 мг/кг [2, с. 555; 12, с. 127]. Аккумуляция меди составляет 40-70 мг/кг, все образцы содержат в 1-1,5 раза выше предельного уровня.
Заключение. Содержание гумуса в почвах природно-техногенной урановой провинции Майлуу-Суу варьирует незначительно и колеблется от 0,73-2,60 % мг/кг, что намного ниже предельного уровня этого региона. Концентрация химических элементов в почвах урановой биогеохимической провинции Майлуу-Суу изменяется в широком диапазоне. Элементы, которые содержатся ниже ПДК и кларка, - V, 7п, Тц выше ПДК и кларка - Со, Mo, Си; выше кларка (в республике ПДК не установлено) - Zr, Sn, Ag, Ga, Li, УЪ, Y, Sc. В почвах исследуемой провинции кларк, ПДК и ОДК превышают такие элементы, как Со, Сг, N и Си.
Список литературы:
1. Алексеенко В.А., Панин М.С., Дженбаев Б.М. Геохимическая экология. Понятия и законы. - Бишкек, 2013. - 310 с.
2. Виноградов А.П. Средние содержания химических элементов в главных типах изверженных горных пород земной коры // Геохимия. - 1962. - № 7. -С. 555-571.
3. Дженбаев Б.М. Геохимическая экология наземных организмов. - Бишкек, 2009. - 242 с.
4. Дженбаев Б.М., Калдыбаев Б.К., Жолболдиев Б.Т. Проблемы радиоэкологии и радиационной безопасности бывших урановых производств в Кыргызстане // Радиационная биология. Радиоэкология. - 2013. - Т. 53, № 4. - С. 428-431.
5. Дженбаев Б.М., Мурсалиев А.М. Биогеохимия природных и техногенных экосистем Кыргызстана. - Бишкек: Илим, 2012. - 404 с.
6. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение. - Новосибирск: Наука, 1991. - 140 с.
7. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях / пер. с англ. - М.: Мир, 1989. - 439 с.
8. Кармышова У.Ж. Концентрация химических элементов в почвенном покрове урановой биогеохимической провинции Майлуу-Суу // Наука и новые технологии. - 2014. - № 1. - С. 87-90.
9. Мамытов А.М. Почвы Киргизской ССР. - Фрунзе: Илим, 1974. - 407 с.
10. Орлов Д.С. Микроэлементы в почвах и живых организмах // Наука о Земле, Соросовский образовательный журнал. - 1998. - № 1. - С. 61-68.
11. Ройченко Г.И. Почвы южной Киргизии. - Фрунзе, 1960. - 231 с.
12. Справочник предельно допустимых концентраций, ориентировочных безопасных уровней воздействия, допустимых уровней, допустимых концентраций, методов контроля и других характеристик вредных веществ в объектах окружающей среды Кыргызской Республики. - Бишкек, 1997. -355 с.
13. Унифицированные правила отбора проб объектов окружающей среды. -М.: Мин. здрав СССР, 1980. - 125 с.
14. Karmyshova U.ZH., Djenbaev B.M. Environm ental problem caused the province of uranium Maili-Suu. // VII Eurasian Conference Nuclear science and its application Baku, Azerbaijan, October 21-24. - 2014. - Р. 27.
