Организация и проведение контроля агрохимических показателей образцов почв. Контроль содержания тяжелых металлов
Отбор проб почв и образцов растений проводили на участках, прилегающих к штабелям выщелачивания, отвалам отходов и участкам хозяйственного назначения (52°15'25"N, 70°20'22"E, 400 м. над у.м.), подвергшимся техногенному воздействию в результате хозяйственной деятельности.
Отбор проб образцов почв проводили на четырех основных участках:
- «Основание отвала» - участки примыкающие к отвалам выщелачивания; и образованные переработанной породой;
- «Нарушенная территория» - участки, располагающиеся между отвалами и образованные частично переработанной породой и частично грунтом, подвергшимся механическому воздействию;
- «Граничный участок» - участки, располагающиеся на границе технических площадей и земель, не подвергшихся техногенному воздействию;
- «Контрольный участок» - природные участки месторождения, не подвергшиеся техногенному воздействию и прилегающие к руднику.
Основные участки отбора проб. «Основание отвала»-1, «Нарушенная территория»-2, «Граничный участок»-3, «Контрольный участок»-4.
Исследования агрохимических показателей образцов почв, проводилась в условиях аккредитованной лаборатории. При проведении отбора проб и оценки агрохимических показателей почв и токсикологических показателей руководствовались нормативными требованиями Республики Казахстан, имеющих силу государственных стандартов, и научными рекомендациями.
В ходе работ отбирали одну объединенную пробу с каждого анализируемого участка. Объединенная проба составлялась из не менее двадцати пяти точечных проб и имела массу не менее двух килограмм. При проведении исследований особый упор делался проведение оценки таких показателей как:
- кислотность почв (pH);
- содержание гумуса по ГОСТ 26213-91;
- содержание подвижного калия и фосфора по ГОСТ 26205-91;
- содержание нитратов по ГОСТ 26951-86;
- электропроводимость насыщенного водного раствора по ГОСТ 26423-85;
- минерализация по ГОСТ 26423-85;
- содержание тяжелых металлов согласно СТ РК 2.377-2015.
При проведении оценки рН среды проводили извлечение водорастворимых солей из почвы дистиллированной водой при отношении почвы к воде 1:5 и определении удельной электрической проводимости водной вытяжки с помощью кондуктометра и рН-метра. Органическое вещество (гумус) в почве определяли фотометрическими и гравиметрическими методами, основанными на окислении органического вещества раствором двухромовокислого калия в серной кислоте и последующем определении трехвалентного хрома, эквивалентного содержанию органического вещества. Содержание нитратов определяли ионометрическим методом. Определение подвижных соединений фосфора и калия по методу проводили по методу Мачигина в модификации ЦИНАО, основанном на извлечении подвижных соединений фосфора и калия из почвы раствором углекислого аммония и последующем определении фосфора в виде синего фосфорно-молибденового комплекса на фотоэлектроколориметре и калия — на пламенном фотометре. Определение подвижной серы проводили по методу ЦИНАО, сущность которого заключается в извлечении подвижной серы из почвы раствором хлористого калия, осаждении сульфатов хлористым барием и последующем турбидиметрическом определении их в виде сульфата бария по оптической плотности взвеси [89]. Определение минерализации и удельной электрической проводимости, проводили согласно ГОСТ 26423-85. Согласно методам атомно-абсорбционной спектроскопии по СТ РК 2.377-2015 проводили определение тяжелых металлов, включая марганец, медь, кадмий, никеля, ртути, свинец, хром и цинк. При проведении лабораторного контроля были использованы в качестве основного аналитического оборудования средства измерений типа МГА 915 (Россия, ООО "Люмэкс"), TDS-метр (Корея, Hanna,Combo), рН-метр/ионометр типа Итан (Россия), спектрофотоколориметр типа КФК 3-01 (Россия), фотометр пламенный типа ПФА 378 (США, UNICO). Все средства измерений имеют действующий в Казахстане сертификат о государственной поверке.
По результатам контроля показателей качества и плодородия почв получены следующие результаты (Таблица 2).
№ | Показатели качества почвы | Основание отвала (n=10 ) | Нарушенная территория (n=10) | Граничный участок (n=10 ) | Контрольный участок (n=10 ) | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Среднее | Стандартное отклонение | Среднее | Стандартное отклонение | Среднее | Стандартное отклонение | Среднее | Стандартное отклонение | ||
1 | Водородный показатель рН | 8,24 | 0,69 | 7,99 | 0,56 | 7,30 | 0,52 | 7,2 | 0,50 |
2 | Органическое вещество, % | 0,93 | 0,27 | 1,92 | 0,38 | 4,20 | 0,71 | 5,70 | 0,82 |
3 | Нитратный азот (N-NO3), млн -1 | <2 | 0,10 | <2 | 0,10 | 4,0 | 0,50 | 6,00 | 0,50 |
4 | Подвижные формы серы, млн -1 | 399,50 | 34,10 | 319,50 | 27,50 | 340 | 29,10 | 320,00 | 22,20 |
5 | Подвижные соединения фосфора, млн -1 | 7,00 | 0,88 | 13,00 | 1,67 | 14 | 1,28 | 15,0 | 1,31 |
6 | Подвижные соединения калия, млн- 1 | 154,00 | 20,31 | 97,00 | 8,50 | 260,00 | 23,32 | 320,00 | 28,20 |
7 | Минерализация, ррм | 793,00 | 64,50 | 1543,00 | 109,70 | 670,00 | 34,30 | 660,00 | 34,50 |
8 | Электропроводность мСм/см | 1,59 | 0,10 | 3,09 | 0,19 | 0,98 | 0,09 | 0,32 | 0,04 |
Почвы отвалов имеют щелочную реакцию (рН более 7.00). Водородный показатель рН соответствует слабощелочному и щелочному значениям. По содержанию органических веществ (гумуса) образцы почв относятся к первой группе с самым низким содержанием, ниже 2%. Содержание гумуса в образцах граничного и контрольного участков среднее в пределах 4.2-5.7, что соответствует среднему содержанию гумуса. Содержание подвижных соединений калия по методу Мачигина в образцах граничного и контрольного участков является соответственно средним и повышенным. Содержание нитратного азота (N-NO3) низкое на всех участках. Содержание подвижных соединений фосфора согласно методу Мачигина по линии «Основание отвала»à«Нарушенная территория»à«Граничный участок»à«Контрольный участок» возрастает от очень низкого до низкого значений. В целом можно сказать, что по линии «Основание отвала»à«Нарушенная территория»à«Граничный участок» à «Контрольный участок» значения показателей качества/плодородия почвы возрастают. Содержание гумуса и калия на участках «Граничный участок» и «Контрольный участок» достаточные для нормальной жизнедеятельности растений, что способствует восстановлению растительного покрова. Такие важные показатели потенциального плодородия почв как содержание гумуса, азота и фосфора на техногенно-нарушенных участках относительно низкие и неблагоприятные для формирования высокопродуктивного растительного покрова.
Высокие значения стандартного отклонения от результата средней оценки измеряемых величин показателей проб образцов на участках «Основание отвала» и «Нарушенная территория» можно связать с интенсивным техногенным воздействием, включая изменение ландшафта.
По результатам изучения содержания тяжелых металлов в валовой форме в образцах почв получены следующие результаты (Таблица 3).
№ |
Элемент |
Содержание, мг/кг (ppm) | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Основание отвала (n=10 ) | Нарушенная территория (n=10 ) | Граничный участок (n=10 ) | |||||
Среднее |
Стандартное отклонение |
Среднее |
Стандартное отклонение |
Среднее |
Стандартное отклонение |
||
1 |
Zn |
35,21 |
8,02 |
7,68 |
3,24 |
7,32 |
1,20 |
2 |
Cu |
18,85 |
0,09 |
17,59 |
0,45 |
16,89 |
0,09 |
3 |
Cd |
0,258 |
0,06 |
0,102 |
0,04 |
0,102 |
0,04 |
4 |
Fe |
14 852 |
3546,14 |
7 457 |
1735,09 |
6 876 |
898,0 |
5 |
Mn |
510 |
91,92 |
155 |
28,26 |
162 |
33,4 |
6 |
Pb |
10,56 |
1,33 |
11,06 |
1,55 |
9,04 |
1,02 |
Содержание тяжелых металлов в валовой форме в исследованных образцах почв в целом соответствует нормативным требованиям. В методических указаниях по проведению комплексного агрохимического обследования почв сельскохозяйственных угодий устанавливается, что валовое содержание тяжелых металлов в почве не должно превышать следующих значений: ПДК цинка - 100 мг/кг, ПДК меди - 50 мг/кг, ПДК марганца - 1500 мг/кг, ПДК свинца - 30 мг/кг [25-27;39]. Необходимо отметить, что валовая форма содержания свинца соответствует гигиеническим нормативам к безопасности среды обитания Республики Казахстан не более 32 мг/кг [25-27]. Содержание кадмия в образцах почв составляет менее 0,30 мг/кг, что в пределах нормы ПДК [25-27]. Валовое максимальное содержание железа в образцах почв рекультивированных отвалов примерно в два - четыре раза меньше рекомендуемых значений, которые могут достигать 38000 мг/кг.