Основной причиной сложной экологической обстановки в Приаралье явилось крупномасштабное антропогенное вмешательство – развитие промышленности, применение в технологических процессах разнообразных химических веществ, больших выбросов промышленных предприятий, использование пестицидов и химических удобрений в сельском хозяйстве. Повсеместное расширение площадей под орошение в долинах рек Сырдарья и Амударья сопровождалось не только изъятием воды, нарушением гидрологического режима рек, засолением плодородных земель, но и внесением в окружающую среду громадного количества загрязняющих веществ.
Актуальными остаются проблемы опустынивания, связанные с эрозией песчаных почв (дефляцией), засолением ирригационных земель, сокращением тугайных и саксауловых лесов региона, неустроенностью фермерских хозяйств. Из-за роста антропогенного давления, увеличения численности населения, промышленных предприятий, транспорта, химизации сельского хозяйства, относительное равновесие в системе «природа-человек» нарушилось.
В Приаралье наиболее существенной проблемой является опустынивание, которое проявляется в деградации экосистем, снижении уровня жизни населения, повышении заболеваемости местных жителей. Особую остроту для Кызылординской области приобрела проблема загрязнения окружающей среды, на территории которой располагается Казахстанская часть Аральского моря [1]. Площадь осушенного дна Аральского моря в Казахстане занимает более 50 00 кв.км и представляет новую солончаковую пустыню со слабо сформированными экосистемами преимущественно пустынного типа. Процесс осушки продолжается на юго-западе Республики, а так же в Узбекистане [2]. В настоящее время большая часть Центральной Азии характеризуется неблагоприятным экологическим состоянием и развитием всех типов опустынивания [3].
Значительная часть территории занята песками, супесчаными и солонцеватыми почвами почти лишенные растительности. В пойме Сырдарьи – аллювиально-луговые, часто засолённые почвы. Почвенный покров представляет собой сложнейший механизм, регулирующий взаимодействие между биосферой, гидросферой и атмосферой, но наряду с этим почва является не только объектом воздействия, но и источником загрязнения сопредельных сред и негативного влияния на здоровье человека. Интенсивность антропогенной нагрузки наиболее сильно прослеживается при исследовании почвы, верхние горизонты которого накапливают тяжелые металлы [4]. Именно почва выполняет важнейшую роль буфера и очистителя, принимая на себя отходы и выбросы. Она накапливает загрязняющие вещества: тяжелые металлы, углеводороды, пестициды, защищая воды и очищая от них атмосферу. Кроме того, в хорошо промываемых, песчаных почвах тяжелые металлы легко просачиваясь в грунтовые воды быстро разносятся ими.
Обычно в почвах металлы содержатся в виде металлсодержащих солей и комплексных металлорганических соединений. Песчаные и супесчаные почвообразующие породы содержат небольшое количество тяжелых металлов [5,6]. Песчаные породы характеризуются наиболее высокой фильтрационной способностью, что показывает низкие полученные значения анализированных проб. на подвижность металлов в почвах оказывают влияние их степени окисления, которые зависят от окислительно-восстановительных свойств почвы. В условиях окисления миграционная контрастность сильно подвижна и очень слабая миграция в среде, где преобладают процессы восстановления.
Антропогенное поступление тяжелых металлов в почву связано с разнообразными источниками. Наиболее мощные потоки тяжелых металлов возникают вокруг предприятий химической и нефтеперерабатывающей, уранодобывающей промышленности, черной и цветной металлургии [7-10]. Так около 95 % токсинов попадают в виде техногенной пыли, большая часть в виде сухих осадков, 15-20 % с атмосферными осадками. В дополнении к антропогенным источникам тяжелых металлов, загрязняющих почву, относят удобрения (органические и минеральные), сточные воды, бытовой мусор [11, 12, 13, 14].
Объектом исследования были выбраны экологически неблагополучные регионы Кызылординской области – населенные пункты: г. Аральск, п. Айтеке-би, п. Жосалы, п. Жалагаш, п. Шиели. на каждой исследуемой территории отбирали от 11 до 23 точек проб почвы (г. Аральск – 23 точки, п. Айтеке-би – 19 точек, п. Жосалы – 11 точек, п. Жалагаш – 13 точек, п. Шиели – 20 точек). Количество проведенных анализов в пробах почвы составило 86 исследований.
Цель, задачи исследования: определить содержание тяжелых металлов в почвах населенных пунктов Кызылординской области (г. Аральск, п. Айтеке –би, п. Жосалы, п. Жалагаш, п. Шиели) методом фотометрического анализа. Изучить накопление подвижных форм тяжелых металлов в почвах районов, прилегающих к Приаралью.
Материалы и методы исследования
Отбор проб и анализ почвы проводили по утвержденной методике «Отбор проб почвы для химического анализа» [15, 16], с глубины 5–20 см, одноразово в течение светового дня на площадках из одного горизонта (вес грунтовый пробы 1 кг). Пробы почвы высушивали до воздушно-сухого состояния при комнатной температуре, удаляя крупные комки и включения. Почву растирали в ступке, просеивали через сито (d=1 мм). Распределив почву ровным слоем в 1 см, отбирали точечные пробы шпателем не менее чем из пяти мест и путем их смешивания составляли объединенную пробу. Исследования были проведены с почвенной вытяжкой, которую готовили по стандартной методике. Метод основан в извлечении подвижных соединений солей тяжелых металлов, таких как медь, цинк из почвы ацетатно-аммонийным раствором с рН 4,8 при отношении почвы к экстрагирующему раствору 1:9 и последующем определении фотометрическим методом: меди – с диэтилдитиокарбаматом свинца, цинка – с дитизоном.
Концентрацию ионов металлов (медь, цинк) в почвенной вытяжке определяли фотометрическим методом на спектрофотометре по существующим методикам для каждого металла.
Условия определения меди из полученных почвенных вытяжек следующие: кювета спектроколориметра с просвечиваемым слоем толщиной 20 мм, длина волны 436 нм, фотометрировали относительно четыреххлористого углерода (ч.д.а.). Можно использовать светофильтры с максимумом пропускания 420–450 нм.
Условия определения цинка из полученных почвенных вытяжек следующие: кювета спектроколориметра с просвечиваемым слоем толщиной 10 мм, длина волны 538 нм, фотометрировали относительно четыреххлористого углерода (ч.д.а.). Можно использовать светофильтры с максимумом пропускания 520–510 нм.
Для определения концентрации ионов металлов использовался метод градуировочного графика, а в качестве эталонного раствора – растворы соответствующих металлов в соляной кислоте. Далее готовились градуировочные растворы (растворы сравнения) известной концентрации и замерялась их оптическая плотность, по результатам этих замеров строился градуировочный график.
Проанализировано 86 проб, для каждой пробы выполнены серии n=3, ошибка в пределах 20 % , с доверительной вероятностью Р=0,95. При проведении исследования учитывались тип почвы, в которых выявлялось загрязнение и антропогенное воздействие (таблица).
Результаты исследования и их обсуждение
Фотометрический анализ проб почвы, отобранных в теплый период года в населенных пунктах Кызылординской области показал, что содержание исследуемых металлов не превышало предельно допустимой концентрации, находилось в пределах санитарных норм. Это свидетельствует о том, что анализируемый объект относится к классу незагрязненной почвы.
Статистические характеристики данных почвы на территории Кызылординской области в 2014 году (теплый период)
|
Населенный пункт |
n, кол-во проб |
M±m, мг/кг |
ДИ |
Размах колебаний (Min-Max) |
ПДК, мг/кг |
Кратность к ПДК |
Кларк мг/кг |
Крат-ность к кларку |
|
г. Аральск |
||||||||
|
Zn |
23 |
2,8±0,3 |
2,3:3,4 |
0,8-5,2 |
23 |
0,1 |
83 |
0,0004 |
|
Cu |
23 |
0,2±0,03 |
0,1:0,3 |
0,06-0,6 |
3 |
0,07 |
47 |
0,007 |
|
п. Айтеке-би |
||||||||
|
Zn |
19 |
4,4±0,2 |
3,9:4,9 |
1,7-5,7 |
23 |
0,2 |
83 |
0,05 |
|
Cu |
19 |
0,6±0,01 |
0,3:0,8 |
0,2-2,5 |
3 |
0,2 |
47 |
0,01 |
|
п. Жосалы |
||||||||
|
Zn |
11 |
2,9±0,4 |
2,1:3,7 |
1,4-5,05 |
23 |
0,1 |
83 |
0,04 |
|
Cu |
11 |
0,3±0,07 |
0,09:0,4 |
0,03-0,9 |
3 |
0,09 |
47 |
0,005 |
|
п. Жалагаш |
||||||||
|
Zn |
13 |
4,5±0,2 |
4,0:5,04 |
2,6-5,8 |
23 |
0,2 |
83 |
0,05 |
|
Cu |
13 |
0,3±0,05 |
0,2:0,4 |
0,2-0,7 |
3 |
0,1 |
47 |
0,01 |
|
п. Шиели |
||||||||
|
Zn |
20 |
4,0±0,2 |
3,5:4,5 |
2,1-5,5 |
23 |
0,2 |
83 |
0,05 |
|
Cu |
20 |
0,2±0,04 |
0,1:0,3 |
0,04-0,9 |
3 |
0,08 |
47 |
0,005 |
|
Примечание. ДИ – доверительные интервалы [–95 %:+95 %]. |
||||||||
В таблице приведены результаты оценки уровня загрязнения почвы тяжелыми металлами цинка (1 класс опасности) и меди (2 класс опасности).
В ходе эксперимента получена оценка нижнего предела обнаружения данных тяжелых металлов: меди – 0,1 мг/кг, цинка-0,2 мг/кг при исходной навеске 5 гр, объеме рабочего раствора 50 мл. по данным собственных исследований в населенных пунктах Кызылординской области (г. Аральск, п. Айтеке-би, п. Жосалы, п. Жалагаш, п. Шиели.) в теплый период года во всех пробах почвы содержание высокой концентрации металлов не обнаружено. Суммарный индекс загрязнения почвенного покрова тяжелыми металлами (Zс) менее 1,0, что свидетельствует о незагрязненности почвы. Следует отметить, что величина содержания обнаруженных в почвенных пробах тяжелых металлов значительно ниже существующих пределов допустимой концентрации.
Выводы
Из рассматриваемых металлов по степени накопления в почвенном покрове преобладает цинк в 5,2 раза (Zn > Cu). 2. Суммарный индекс загрязнения почвенного покрова тяжелыми металлами составил (Zс) менее 1,0, что свидетельствует о незагрязненности почвы.