Статья: Загрязнение почв в зоне воздействия производства фосфорных удобрений

Кадмий накапливается на склонах отвала фосфогипса и на хвостохранилище, однако никакие нормативные показатели его содержание не превышает. На крупных техногенных объектах кадмия содержится в среднем 0,35 мг/кг, максимальная концентрация - 1,5 мг/кг. Полученные данные по превышению подвижного кадмия в почве над валовым содержанием может объясняться особенностью методик определения. Проблема определения и нормирования кадмия в почве еще не решена (Плеханова, 2010). геоэкологический рекультивированный фосфогипс

Содержание валового кобальта в среднем составляет 6 мг/кг, что ниже фона для подзолистых почв (8,4 мг/кг), а максимума (11,40 мг/кг) достигает на рекультивированных отвалах вскрышных пород. В целом кобальт по территории исследования распределен равномерно. Ещё один элемент, который имеет тенденцию к накоплению в районе расположения отвала фосфогипса и хвостохранилища и который также не превышает фоновых значений - это хром. Он относительно равномерно распространен на территории исследования, его среднее содержание составляет 32 мг/кг, на крупных техногенных объектах прослеживается некоторая тенденция к повышению, его максимальное содержание достигает там 103 мг/кг. Содержание меди в среднем составляет 13,8 мг/кг, и максимума достигает на крупных техногенных объектах - 63,3 мг/кг, что в четыре раза превышает зональный фон. Валовое железо по территории исследование распределено относительно равномерно. Его среднее содержание в почвах составляет 22834 мг/кг.

Марганец на условно-фоновой территории представлен в среднем в количестве 231 мг/кг. Однако на хвостохранилище и отвале фосфогипса его содержание возрастает в два раза до 463 мг/кг. На рекультивированных карьерах содержание марганца достигает 659 мг/кг (в три раза больше, чем на условно-фоновой территории). Однако все полученные значения не превышают зональные фоновые и ПДК для валового содержания. Содержание никеля в среднем составляет 16,3 мг/кг, и максимума достигает на крупных техногенных объектах - 105 мг/кг, что превышает ОДК в пять раз. А также фоновое содержание в 4,5 раза. Средние значения превышают ОДК для крупных техногенных объектов по никелю. Валовое содержание свинца в среднем составляет 21 мг/кг, что ниже ОДК и фона. Оно несколько уменьшается на техногенных территориях (до 15 мг/кг). Содержание свинца связано с воздействием автомобильного транспорта. Содержание сурьмы возрастает по направлению к отвалам фосфогипса и достигает 1,86 мг/кг, что в пять раз превышает фон, но не достигает ПДК для валового содержания (4,5 мг/кг). В настоящее время скандий не относится к элементам, типичным для формирующихся в различных компонентах окружающей среды хозяйственно освоенных районов техногенных геохимических аномалий (Янин, 2007). Содержание скандия в среднем составляет 6,8 мг/кг, что соответствует фоновому (7 мг/кг). Ещё одним индикаторным признаком воздействия отвалов фосфогипса на окружающую среду является увеличение содержания стронция в компонентах ландшафта. Данный элемент накапливается в отвалах фосфогипса, откуда поступает различными путями на прилегающие ландшафты. На исследованной территории наблюдается яркая дифференциация участков по данному показателю. На условнофоновой территории среднее содержание стронция составляет 104 мг/кг. При этом на отвалах вскрышной породы среднее значение увеличивается почти в два раза и составляет 174 мг/кг. На склонах отвала фосфогипса наблюдается аномальная ситуация. Среднее содержание стронция - 3 г/кг, что на порядок больше зонального фона (238 мг/кг) и кларка (340 мг/кг), а также превышает верхнюю границу нормального содержания валового стронция в почвах по Ковальскому В.В. 600 мг/кг, избыточным считается содержание 600--1000 мг/кг (Ковальский, 1974), при минимальном - 175 мг/кг, и максимальном - 17 г/кг. Данные результаты полностью подтверждают выводы предыдущих исследователей о значительной аккумуляции стронция в отвалах фосфогипса. Ванадия больше всего содержится в почвах на склоне отвала фосфогипса и на хвостохранилище - среднее содержание достигает фона для подзолистых почв и составляет 65 мг/кг, а максимальное 218 мг/кг - превышает и ПДК 1,5 раза. На условнофоновой территории и в почвах рекультивированных карьеров ванадия меньше - 48 мг/кг. Цинк равномерно распространен по территории исследования - его среднее содержание 49 мг/кг, примерно соответствует фоновым значениям. Установлено, что максимальное содержание валовых форм бария, кадмия, меди, никеля, сурьмы, стронция, ванадия, цинка характерно для почв, отобранных на отвале фосфогипса и хвостохранилище. По результатам расчета коэффициента вариации (таблица 2) низким варьированием (коэффициент вариации меньше 30%) характеризуются валовые барий и свинец; средним (коэффициент вариации 30-60%) - кобальт, хром, железо, марганец, скандий, цинк; высоким (коэффициент вариации 60-100%) - медь, никель, сурьма, ванадий; аномально высоким (коэффициент вариации больше 100%) - кадмий и стронций.

В таблице 3 и на рисунке 4 представлено валовое содержание в почвах органического вещества, кальция, валового и водорастворимого фтора, магния, фосфора и серы. Содержание органического вещества в почвах на условно-фоновой территории выше, чем в почвах антропогенных объектов. Исследованные почвы характеризуются высоким содержанием кальция, среднее содержание которого составляет 14225 мг/кг.

Накопление соединений фтора в почвенном покрове можно считать индикаторным признаком воздействия производств, специализирующихся на фосфорных удобрениях. На техногенных объектах накапливаются соединения фтора, что обусловлено, скорее всего, распространением с ветровым переносом частиц, образующихся при производстве фосфорных удобрений. На техногенных объектах происходит аккумуляция фтора по сравнению с фоновыми показателями и с содержанием на условно-фоновой территории. На условно-фоновой территории содержание соединений фтора не выходит за пределы 437 мг/кг, а в среднем составляет около 302 мг/кг. При этом среднее содержание на рекультивированных отвалах вскрышной породы достигает 828 мг/кг, а на крупных техногенных объектах - 1513 мг/кг. Максимальное содержание фтора было зафиксировано в пробе, отобранной на отвале фосфогипса. Оно составило 2860 мг/кг и в 10 раз превысило зональный фон для подзолистых почв. Содержание водорастворимого фтора в три раза превышает ПДК в почвах техногенных объектов и достигает 29 мг/кг.

На всей территории исследования фосфор распространен повсеместно. По содержанию фосфора на всей территории исследования наблюдается превышение известных фоновых значений. Это можно объяснить тем, что данный регион расположен в районе Кингисеппского месторождения фосфоритов. На условно-фоновой территории среднее содержание фосфора составляет 914 мг/кг, на рекультивированных карьерах наблюдается увеличение содержания фосфора до 4464 мг/кг, на территории крупных антропогенных объектов - до 8148 мг/кг. Максимальное значение на рекультивированных карьерах достигает 17908 мг/кг, что в 25 раз превышает фон. Содержание магния увеличивается о рекультивированных отвалов вскрышных пород к крупным техногенным объектам и достигает 4377 мг/кг, среднее значение - 631 мг/кг.

Сера очень активно накапливается в почвах всей исследованной территории, особенно на склонах отвала фосфогипса. На трех пробных площадях обнаружено шквальное содержание серы - 169000 мг/кг (условно-фоновая территория), 115000 мг/кг (рекультивированные отвалы вскрышной породы) и 178000 мг/кг - отвал фосфогипса. Значения по содержанию серы в почвах в таблице 3 посчитаны без этих значений. Среднее содержание серы увеличивается от условно-фоновой территории к отвалам фосфогипса и в среднем составляет 437 мг/кг, что более чем в два раза превышает ПДК. Коэффициенты концентрации (Кк) химических элементов в зоне воздействия предприятия Фосфорит представлены в таблице 4.

Таблица 4. Коэффициенты концентрации Кк валового содержания химических элементов в зоне воздействия предприятия Фосфорит

Для расчета коэффициентов были использованы - зональный фон для подзолистых почв (по Ю. Саету), содержание в почвах южной тайги Баренцрегиона (медиана), а также гигиенические нормативы. Из 19 изученных элементов ПДК/ОДК есть для половины из них (10 элементов), зональный фон определен для 15 элементов, медиана содержания в почвах южной тайги Баренцрегиона имеется для 17 элементов. Таким образом, все иученные элементы имеют нормативное или фоновое значение для сравнения. Зональный фон для подзолистых почв и южно-таежных почв Баренцрегиона в большинстве случаев ниже гигиенических нормативов.

Значения коэффициентов концентрации (Кк) максимального содержания химических элементов в почвах крупных техногенных объектов рассчитаны по ОДК/ПДК показали, что гигиенические нормативы превышены для ванадия - в полтора раза, меди и цинка - в два раза, кадмия - в три раза, никеля - в пять раз, серы - в семь раз, подвижного фтора - в три раза. Средние значения содержания элементов в почвах техногенных объектов превышают гигиенические нормативы только для серы.

Кк средних и особенно максимальных содержаний элементов в почвах крупных техногенных объектов показывают, что значения зонального фона для большинства элементов значительно превышены. Для изученной территории в среднем фон превышен по цинку и никелю - в 1,2 раза, меди - в 1,4 раза, по сурьме - в полтора раза, свинцу - в два раза, фтору в семь раз, фосфору - в двенадцать раз, по барию в восемь раз, стронцию в тринадцать раз, кальцию - в сорок раз (Таблица 4).

На условно-фоновой территории зональный фон превышен по цинку в 1,2 раза, по фосфору в 1,3 раза, по фтору в 1,5 раза, по свинцу в 2,2 раза, по барию в 12 раз. ПДК на условно-фоновой территории превышена по сере в 7 раз. Кк медианы содержания элементов рассчитанный по медиане содержания в почвах южной тайги Баренцрегиона превышает единицу по 12 элементам, в том числе по меди и сурьме - в полтора раза, по кальцию и никелю - в два раза, по кобальту и фосфору - в 2,5 раза, по ванадию в четыре раза, хрому - в пять раз, барию и стронцию - в шесть раз, железу - в семь раз. В среднем наблюдается превышение фона для большинства элементов (для 13 из 19 исследованных). В целом, если сравнивать коэффициенты концентрации, рассчитанные по зональному фону (среднее) и южно-таежным почвам Баренцрегиона (медиана) совпадают по перечню элементов. Коэффициенты, рассчитанные по медиане ниже, они более сглаженные. Коэффициенты, превышающие единицу, рассчитанные и по зональному фону (среднее) и по южно-таежным почвам Баренцрегиона (медиана) наблюдаются для бария, кальция, фосфора, фтора, стронция.

На рисунке 5 приведено соотношение подвижных форм и валового содержания некоторых тяжелых металлов на исследованной территории. К актуальным задачам относится поиск закономерностей перехода ТМ из лабильного состояния в легкодоступные для растений и микроорганизмов формы (Неведров и др., 2018). Данный показатель позволяет оценить, в том числе, доступность микроэлементов для растений. Процент подвижных форм возрастает с увеличением валовых содержаний. Малоподвижные (0-1 %) элементы отсутствуют, средняя подвижность (1-10 %) характерна для бария, повышенная (10-20 %) для свинца и никеля, высокой подвижностью (более 20 %) отличаются марганец, медь и цинк.

Подвижные формы бария на исследованной территории составляют 6-11% от общего содержания, причём на условно-фоновой территории подвижных форм больше в два раза, так как и валовое содержание увеличивается.

Для большинства элементов подвижность увеличивается с ростом степени антропогенной нарушенности объекта (свинец, марганец, медь, никель, цинк). Процент подвижных форм свинца достаточно высок на крупных техногенных объектах. При содержании подвижных форм 6 мг/кг валовое содержание составляет 15 мг/кг. При этом на условно-фоновой территории валовое содержание свинца в среднем 26 мг/кг, а подвижных форм всего - 1,4 мг/кг. У марганца ситуация такова - относительное количество подвижных форм возрастает от условно-фоновой территории (16%) к крупным техногенным объектам (23%) и рекультивированным карьерам (34%). Процент подвижных форм никеля велик только на территории крупных техногенных объектов (17%), на других территориях он не превышает 2-4%. В почвах отвала фосфогипса и хвостохранилища относительное количество подвижных форм цинка - 40%. На других территориях данный показатель не превышает 5-13%. Таким образом, антропогенная деятельность по добыче фосфоритов увеличивает подвижность марганца, свинца, никеля и цинка. Медь отличается высокой подвижностью на всей исследованной территории.

Заключение

Таким образом, изучено загрязнение почв в районе воздействия отвалов фосфогипса на расстоянии до 5 км широкой группой химических элементов (19). В аккредитованных лабораториях получены современные репрезентативные данные по химическому составу почв.

По степени антропогенного воздействия выделено три типа территорий - условно-фоновые (лесные и болотные экосистемы), рекультивированные отвалы вскрышных пород, а также отвалы фосфогипса и хвостохранилище. На всей территории, особенно на техногенных ПТК, преобладает рудеральная растительность.

Установлено, что превышений ПДК на условно-фоновой территории не выявлено по всем элементам, за исключением меди. На рекультивированных отвалах вскрышной породы есть превышения ПДК по марганцу, меди и свинцу. В почвах на отвале фосфогипса и хвостохранилище зафиксированы превышения ПДК по марганцу, меди, свинцу, никелю и цинку.

Низким варьированием (коэффициент вариации меньше 30%) характеризуются барий и свинец; средним (коэффициент вариации 30-60%) - кобальт, хром, железо, марганец, скандий, цинк; высоким (коэффициент вариации 60-100%) - медь, никель, сурьма, ванадий; аномально высоким (коэффициент вариации больше100%) - кадмий и стронций. Установлено, что максимальное содержание валовых форм бария, кадмия, меди, никеля, сурьмы, стронция, ванадия, цинка характерно для почв, отобранных на отвале фосфогипса и хвостохранилище. В почвах техногенных объектов наблюдается также снижение количества органического вещества. Кобальт, марганец, свинец, скандий равномерно распространены по территории исследования. Значения коэффициентов концентрации (Кк) максимального содержания химических элементов в почвах крупных техногенных объектов рассчитаны по ОДК/ПДК показали, что гигиенические нормативы превышены для ванадия - в полтора раза, меди и цинка - в два раза, кадмия - в три раза, никеля - в пять раз, серы - в семь раз, подвижного фтора - в три раза. Средние значения содержания элементов в почвах техногенных объектов превышают гигиенические нормативы только для серы. На условно-фоновой территории зональный фон превышен по цинку в 1,2 раза, по фосфору в 1,3 раза, по фтору в 1,5 раза, по свинцу в 2,2 раза, по барию в 12 раз. ПДК на условно-фоновой территории превышена по сере в 7 раз.