Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современные представления об аккумуляции, миграции и нормировании тяжелых металлов в природных объектах (обзор литературы) 10
1.1. Понятие о тяжелых металлах 10
1.2. Общие представления об источниках загрязнения тяжелыми металлами 13
1.3. Содержание тяжелых металлов в почве 18
1.4. Поступление и распределение тяжелых металлов в растениях 23
1.5. Нормирование содержания тяжелых металлов в почвах и растениях 30
ГЛАВА 2. Объекты и методы исследования 3 8
2.1. Эколого-геохимическая характеристика исследуемой территории 38
2.1.1. Общая физико-географическая и эколого-геохимическая характеристика угольного месторождения «Каражыра» 38
2.1.2. Сведения о рельефе 42
2.1.3. Климатические условия 43
2.1.4. Характеристика предприятия как источника загрязнения 44
2.1.5. Гидрогеологические условия 48
2.2. Объекты исследования 51
ГЛАВА 3 . Влияние угледобывающего комплекса «каражыра» на содержание химических элементов в компонентах его производства и в объектах окружающей среды (результаты исследований) 60
3.1. Экологическая оценка основных компонентов угледобычи и природной среды 60
3.1.1. Содержание химических элементов во вскрышных породах 60
3.1.2. Содержание химических элементов в углях 65
3.2. Загрязнение снегового покрова угольного месторождения 68
3.3. Химические элементы в почвенном покрове санитарно-защитной зоны месторождения 73
3.3.1. Валовое содержание химических элементов в почвах 73
3.3.2. Валовое содержание приоритетных тяжелых металлов в почвах 79
3.3.3. Формы соединений приоритетных тяжелых металлов в почвенном покрове в зависимости от расстояния и направления 87
3.4. Содержание химических элементов в растениях угледобывающего месторождения «Каражыра» 97
3.4.1. Содержание химических элементов в полыни Artemisia marschaliana 97
3.4.2. Содержание химических элементов в лишайнике вида Parmelia vagans 122
Выводы 132
Научно-практические рекомендации 13 5
Библиографический список 136
Приложения 155
- Понятие о тяжелых металлах
- Климатические условия
- Содержание химических элементов в углях
- Формы соединений приоритетных тяжелых металлов в почвенном покрове в зависимости от расстояния и направления
Введение к работе
Актуальность темы
Рост экономики Восточного Казахстана в значительной степени зависит от развития угледобывающей промышленности, которое сопровождается увеличением загрязнения природной среды, формированием геохимических аномалий химических элементов, прежде всего тяжелых металлов (ТМ), содержащихся в повышенных количествах во вскрышных породах и угле. В результате интенсификации протекающих экзогенных превращений отходы угледобывающего предприятия вызывают интенсивную трансформацию химического состава и структуры исходных (природных) миграционных процессов и приводят к глубоким изменениям как макро-, так и микрокомпонентного состава природных систем и в первую очередь почв и органической среды, от которых зависит величина, минеральная полноценность и экологическая безопасность растительной продукции, употребляемой животными и человеком. Почва представляет собой незаменимый природный ресурс, выполняющий ряд важнейших глобальных и экологических функций. В то же время она является мощным барьером на пути промышленных выбросов, содержащих токсичные вещества, а также высокоинформативным индикатором уровня содержания химических элементов в окружающей среде.
Для разработки стратегии рационального природопользования и мероприятий по охране объектов окружающей среды Восточно-Казахстанской области актуальны научные исследования, расширяющие и уточняющие представления о негативном воздействии на компоненты биосферы деятельности угольной добычи на месторождении «Каражыра». В связи с этим важное значение имеет изучение элементного химического состава вскрышных пород и угля месторождения, их летучих компонентов, почв и растений, а также валового
содержания и концентрации подвижных форм приоритетных ТМ в почвах, их поведения в системе «почва-растение».
Учитывая вышесказанное, данные исследования имеют актуальность, являясь промежуточным этапом экологического мониторинга в районе углеразреза, целью которого является оптимизация природопользования для уменьшения ущерба окружающей среде, обслуживающему персоналу и повышения экономической эффективности угледобывающего комплекса.
Цель работы
Изучение и экологическая оценка элементного химического состава поллю-тантов, почв и растений, поведения приоритетных тяжелых металлов в системе «почва-растение» в зоне влияния угледобычи на месторождении «Каражыра».
Задачи исследования
Изучение и экологическая оценка химического состава вскрышных пород и угля месторождения «Каражыра».
Исследование загрязнения атмосферы продуктами угледобычи по содержанию химических элементов в снежном покрове.
Экологическая оценка валового содержания химических элементов в почвах в зоне воздействия на окружающую среду открытой угледобычи.
Определение пространственного изменения валового содержания и концентрации форм соединений приоритетных ТМ - Си, Zn, Pb, Cd в почвах.
Изучение особенностей накопления ТМ в доминантных видах растений (Artemisia marschaliana, Parmelia vagans), определение их биогеохимических индикационных и экологических показателей.
Научная новизна работы
Впервые проведено сопряженное исследование валового содержания широкого перечня химических элементов во вскрышных породах и угле, атмосферных выпадениях, почвах и растениях. Определены формы соединений
7 приоритетных ТМ - Си, Zn, Pb, Cd в почвенном покрове санитарно-защитной зоны месторождения. Распределение ТМ в растительном покрове и их поведение в системе «почва-растение» зависит от расстояния и направления от контура угледобывающего разреза. Между содержанием элементов в почвах и растениях установлена положительная корреляция. Дана оценка эколого-биогео-химической обстановки на исследуемой территории, проведено её экологическое картографирование.
Теоретическая и практическая значимость работы
Выявленные закономерности распределения химических элементов во вскрышных породах, угле, снеге, почвах и растениях, подвижные и доступные растениям формы тяжелых металлов в атмосферных выпадениях и почвах служат теоретической основой для биогеохимической и экологической оценки территорий нарушенных угледобычей. Полученные данные и составленные картосхемы, отражающие уровни накопления химических элементов в почвенном и растительном покровах месторождения, должны учитываться при организации мониторинговых исследований, разработке стратегии рационального природопользования и рекультивации, установлении границ санитарно-защитной зон. Они обеспечат научную обоснованность оценки воздействия угледобычи на компоненты природной среды, повысят социально-экономическую эффективность принимаемых решений по минимизации воздействия угледобычи на неё.
Результаты исследования включены в учебный процесс Семипалатинского государственного педагогического института на факультете естественных наук при чтении лекций для студентов и магистрантов специальностей «Экология», «Химия», «Биология», «География» по следующим дисциплинам: «Экология», «Экология и природопользование», «Мониторинг окружающей среды», «Тяжелые металлы в окружающей среде», «Химическая экология», «Экология почв», «Экология Казахстана» и «Промышленная экология».
8 Апробация работы
Результаты исследований, изложенные в диссертации, представлены и обсуждены на следующих научных конференциях: на II, III, IV и V Международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде» (Семипалатинск, 2002, 2004, 2006, 2008), на VII Международной экологической студенческой конференции «Экология России и сопредельных территорий. Экологический катализ» (Новосибирск, 2002), на III Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии» (Караганда, 2004), на 59-ой Республиканской научной конференции молодых ученых «Актуальные вопросы современной биологии и биотехнологии» (Алматы, 2005), на V Международной биогеохимической школе «Актуальные проблемы геохимической экологии» (Семипалатинск, 2005), на Международной конференции «Ядерная энергетика Республики Казахстан» (Курчатов, 2007), а также на ежегодных внутривузовских конференциях для преподавателей и студентов Семипалатинского государственного педагогического института (Семипалатинск, 2004-2008 гг.).
Основные положения, выносимые на защиту
Вскрышные породы, угли, снежный покров месторождения «Каражыра», характеризующиеся специфическим геохимическим составом, способным оказывать воздействие на содержание элементов в почвах и растениях.
Степень загрязнения почв и растений на территории месторождения неодинакова. Она определяется уровнем запыленности атмосферы частицами вскрышных пород и угля и преобладающим направлением их воздушной миграции, природными ландшафтно-геохимическими особенностями территории и её техногенным нарушением.
Содержание и соотношение форм химических соединений ТМ в техногенной пыли и почвах меняется с удаленностью от источника загрязнения и оказывает влияние на накопление металлов в растениях.
9 Структура и объем диссертации
Работа состоит из введения, 3 глав, выводов, научно-практических рекомендаций и приложений. Диссертация содержит 162 страницы компьютерного текста, набранного в системе Microsoft Word 7.0 for Windows 2000, 29 рисунков и 35 таблиц. Список литературы включает 220 наименований, из них 23 на иностранных языках.
Личный вклад автора
Автор лично провел в 2003-2005 гг. экспедиционное обследование территории района угольного месторождения «Каражыра», осуществил отбор образцов вскрышных пород, угля, снега, почв и растений на заложенных для ежегодного отбора проб площадках.
Все работы, связанные с лабораторной подготовкой образцов к элементному анализу, элементный анализ валового содержания Си, Zn, Pb, Cd и их подвижных форм в почвенных образцах, анализ растительных образцов, определение содержания гумуса, рН почвенных растворов, математическая обработка цифровых материалов, интерпретация фактических данных, разработка компьютерных карт осуществлены автором самостоятельно.
В диссертации использованы работы, опубликованные в соавторстве. Доля личного участия автора в написании и подготовке этих публикаций составила 75-90 %.
Благодарность
Автор выражает искреннюю признательность и благодарность своему научному руководителю - доктору биологических наук, профессору Панину Михаилу Семеновичу за всестороннюю поддержку в организации и проведении исследований, за ценные советы и критические замечания.
Понятие о тяжелых металлах
Современная биогеохимическая наука поднимает вопрос об огромном влиянии человеческой деятельности на миграцию и перераспределение химических элементов в биосфере. Эта деятельность сопоставима с геологическими вековыми процессами, происходящими на планете. Химическое воздействие человека на биосферу в современном мире носит глобальный характер.
Среди загрязнителей биосферы, представляющих наибольший интерес для различных служб контроля и качества состояния окружающей среды, относятся тяжелые металлы (ТМ). На сегодняшний день к ТМ относят свыше 40 химических элементов таблицы Д.И. Менделеева с атомным весом, превышающим 50 атомных единиц [30, 103, 144], атомы которых обладают сложно-устроенными электронными оболочками. Роль переходных металлов в организме сводится к образованию комплексов, способных координировать с белками и небольшими органическими молекулами благодаря легкости изменения спиновых состояний с разной степенью окисления [64, 133, 195]. Специфика биологической роли различных металлов в ряде случаев может выступать как экологический фактор. Без выделения этого фактора пока трудно обойтись, анализируя закономерности содержания ТМ в живых организмах [64, 133].
По содержанию в земной коре (пТО 6- пТО"2 вес. %) большинство ТМ относится к редким, а по распределению — к рассеянным элементам. В значительной мере это связано с биологической активностью многих из них. На организм человека и животных физиологическое действие металлов различно и зависит от природы металла, типа соединения, в котором он существует в природной среде, а так же его концентрации. Многие ТМ проявляют выраженные комплексообразующие свойства [50]. Максимальную опасность металлы представляют для человека, находящегося на вершине цепи питания, где он может получать продукты с концентрацией токсикантов в 100-10000 раз выше, чем в почвах. По цепям питания человеческий организм получает 40-50 % токсичных веществ, с водой и вдыхаемым воздухом - 20-40 %. С растительной пищей человек получает 60-80% необходимой нормы микроэлементов, животные - до 90% [67].
По классификации Н. Реймерса, тяжелыми следует считать металлы с плотностью более 8 г/см .
Основными характеристиками поведения ТМ в окружающей среде считаются:
- количество поступающего ТМ,
- подвижность разных форм ТМ,
- способность к накоплению и стойкость в живых организмах,
- различная токсичность ТМ для разных организмов.
Химические элементы по содержанию в живых организмах разделяются на макро- и микроэлементы. Контраст в содержании элементов этих двух групп, по мнению разных авторов, составляет от двух до десяти математических порядков. Для живых организмов нет «вредных» и «полезных» элементов, есть токсичные (аномально высокие или низкие) их концентрации в среде обитания.
Миграция металлсодержащих веществ в окружающей природной среде осуществляется многими путями. Она начинается с момента диспергирования оксидов МехОу в природных объектах, оседания на разных поверхностях почвы и далее включает перемещение в контактирующие среды вплоть до полного исчезновения из биосферы. Перенос веществ в самой биосфере осуществляется, прежде всего, такими «транспортными» средствами, как воздух и вода. Содержание ТМ в окружающей среде имеет два аспекта: биохимический (физиологический) и экотоксикологический. При низких концентрациях ряд ТМ крайне необходим для жизнеобеспечения человека, других живых организмов и относится к так называемым биогенным элементам. При высоких концентрациях они вызывают противоположный эффект и, попадая в живой организм, приводят к его отравлению или гибели. Эти металлы относят к классу ксенобиотиков, то есть чуждых живому. Среди металлов-токсикантов выделена приоритетная группа. В нее входят Cd, Си, As, Ni, Hg, Pb, Zn и Cr как наиболее опасные для здоровья человека и животных. Из них Hg, Pb и Cd наиболее токсичны [7].
Любая экосистема включает в себя как саму среду, так и другие компо-ненты. Сведения о распределении ТМ между отдельными компонентами экосистемы имеют весьма важное значение. Надежные данные в этом случае могут быть получены при использовании современных методов аналитической химии, позволяющих определить содержание ТМ на уровне фоновых концентраций.
Необходимо отметить, что успехи в развитии методов анализа позволили решить такие глобальные проблемы, как обнаружение основных источников загрязнения биосферы, установление динамики загрязнения и трансформации загрязнителей, их перенос и миграцию. При этом ТМ были классифицированы как одни из важнейших объектов анализа. Поскольку их содержание в природных материалах может колебаться в широких пределах, то и методы их определения должны обеспечить решение поставленной задачи [22, 199].
Отличие ТМ от многих других загрязняющих веществ состоит в том, что к ним в принципе не применимо понятие «самоочищение». В итоге всех процессов миграции и рассеяния происходит необратимое увеличение концентраций металла в воде, почве, воздухе и пище, т.е. происходит загрязнение природных сред и биоты [144].
Климатические условия
В геоморфологическом плане поверхность месторождения представляет собой плоскую с небольшим понижением до 2-3 м в центре аккумулятивную равнину с абсолютными отметками 310-344 м.
Рельеф участка представлен мелкосопочником в юго-западной и западной части, широкой долиной пересекающей участок с юга на север и переходящей восточнее через короткий (300-400 м) слабопокатый уступ в обширную слабоволнистую равнину. Кроме того, имеет место рельеф, образованный техногенным воздействием человека в виде отвалов вскрышных пород и карьерных выемок.
В пределах месторождения «Каражыра» хорошо развит микрорельеф в виде микропротяжин и небольших по размеру блюдцеобразных понижений.
Грунтовые воды в основном залегают глубже 6 м и в процессе почвообразования участия не принимают. Исключение составляет долина, где уровень грунтовых вод поднимается до 2-3 м, обусловливая формирование здесь луговых и лугово-светло-каштановых почв, а также солонцов полугидроморфного ряда увлажнения [11, 90, 157].
Растительный (естественный) покров на большей части земельных участков месторождения угля нарушен или полностью уничтожен. Доминантой является полынно-лишайниковая растительность, покрывающая поверхность почвы не более 35 %.
В качестве почвообразующих пород на характеризуемом участке получили распространение третичные глины, элювиально-делювиальные и делювиальные отложения.
Элювиально-делювиальные отложения покрывают склоны сопок и их короткие шлейфы и отличаются небольшой мощностью, разнородным механическим составом, щебнистостью и подстиланием на небольшой глубине плотными породами или их рухляком. Формируются на них преимущественно малоразвитые почвы. Делювиальные отложения в пределах описываемого участка получили наибольшее распространение и покрывают обширные равнинные пространства, а также межсопочные долины. Характеризуются они суглинистым и глинистым механическим составом, окарбоначенностью, палево-бурой или желто-бурой окраской. Эти отложения незасолены воднорастворимыми солями, но реже встречаются и засоленные, в составе солей которых преобладают хлориды и сульфаты. Степень засоления здесь преимущественно сильная и очень сильная. Формируются на данных отложениях светло-каштановые маломощные или среднемощные почвы, а также их полугидроморфные аналоги.
Для солонцов и луговых засоленных почв, сформировавшихся на третичных глинах, характерны слабая дифференциация на генетические горизонты, низкая водопроницаемость, солонцеватость, засоленность и тяжелый механический состав [119].
В структурном отношении месторождение представляет собой юрский грабен, вытянутый в северо-западном направлении на 13 км при ширине 3,5-5,0 км. С северо-востока и юго-запада грабен ограничен взбросами. Угленосная нижне-среднеюрская толща представлена аргиллитами, алевролитами, песчаниками и конгломератами, среди которых залегают семь угольных пластов.
Метеорологическая характеристика (период наблюдений 1991-2007 гг.) выполнена по данным метеостанций г. Семей, Караула, Сары-Кола, Кайпара, Семиярки. Климат района оценивается как резко континентальный с жарким летом и морозной малоснежной зимой. Температура в течение года колеблется в пределах от максимальной +42С до минимальной -43С. Средняя максимальная температура воздуха наиболее жаркого месяца составляет +27,1 С (июль), самого холодного-14,5С (январь). Среднегодовое количество осадков колеблется от 180 до 305 мм. Основная их масса выпадает в июле.
Поправочный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности при расчете загрязнения атмосферы, принят равным 1, так как в радиусе 2 км от источников выбросов перепад высот не превышает 50 м на 1 км [185].
Метеорологическая характеристика и коэффициенты, определяющие условия рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере, приведены в таблице 8.
На месторождении действует разведочно-эксплуатационный разрез по добыче каменного угля. Способ разработки месторождения открытый с частичным применением буровзрывных работ на рыхление. Система разработки -транспортная с вывозкой вскрышных пород во внешний и внутренний отвал. Основные виды деятельности: проведение горных и геологоразведочных работ, добыча угля, реализация полезных ископаемых, проектирование, строительство и реконструкция объектов и другие. К комплексу источников, загрязняющих природную среду, относятся: добычные и вскрышные работы, которые ведутся в разрезе; прибортовой породный отвал, размещенный севернее разреза на расстоянии 1км; прибортовые склады угля (расходный и резервный), расположенные юго-восточнее существующего разреза у выездной траншеи; погрузочно-разгрузочные и отвальные работы; транспортировка угля и вскрыши; склад угля на железнодорожной станции на расстоянии 45 км северо-западнее разреза и котельная, обслуживающая вахтовый поселок Балапан и расположенная в этом поселке.
Технологические операции, связанные с добычей и переработкой добываемого угля на разрезе «Каражыра», сопровождаются загрязнением окружающей среды. Как показывают результаты исследования (2001-2007 гг.), в атмосферу выбрасываются загрязняющие вещества, представленные в таблице 9 и др. Всего за год в атмосферу разреза выбрасывается 592,63 т загрязняющих веществ при предельно-допустимом выбросе 665,4 т/год.
Содержание химических элементов в углях
Содержания химических элементов в углях исследуемого месторождения сильно разнятся (табл. 13).
Установлено, что по величине средней концентрации, изученные химические элементы в углях не превышают ПДК почв, а такие элементы, как бериллий, ртуть, олово, серебро содержатся в пределах ниже 1 мг/кг. Несмотря на это, средние концентрации высокотоксичных элементов ртути и фосфора превышают фоновое содержание в углях мира в 3,4 и 2,3 раза соответственно. Отмечается превышение фона и у умеренно-токсичных элементов: кобальт, никель и хром - в 2,0; медь - в 4,1 раза; условно-токсичный кадмий - в 4,5 раза. Элементы, относящиеся к малотоксичным, превышений фонового содержания в углях мира не имеют.
Исходя из расчетов кларков концентраций (Кк) выявлено (рис. 5), что основными элементами накопления в углях являются ртуть (Кк = 2,0), что в 24,1 раза выше кларка земной коры и сурьма (Кк = 2,2) — в 8,8 раза выше кларка земной коры (табл. 14).
При сравнении элементов в каражыринском угле и их содержанием в углях месторождений мира рассчитаны коэффициенты концентрации, которые образуют следующий убывающий ряд:
Следует обратить внимание на коэффициенты концентрации в углях токсичных химических элементов по отношению к ПДК почвы. Установлено, что Кс угля меньше показателей ПДК почв. Рассмотрение таких соотношений необходимо с экологической позиции, так как повышенное содержание ряда элементов в почвах может пополниться еще и в результате, например, рассеяния углей, что может неблагоприятно повлиять на компоненты окружающей среды.
Отмечая, что при добыче углей идет некоторая их потеря, вследствие невозможного полного разделения пластов от вскрыши, заметим, что угли принимают участие в образовании отвалов вскрышной породы. По рекомендации исходных нормативов по удельному выбросу пыли угли отнесены к категории малопыльных, при этом содержание пыли в угле составляет 0,79 %.
Таким образом, угли исследуемого месторождения с экологической точки зрения могут считаться нетоксичными (содержание химических элементов в углях не превышает ПДК почв) и удовлетворяющими требованиям «Инструкции...» [80]. Однако, в процессе разработки месторождения при значительном рассеивании углей по территории (например, при неаккуратной транспортировке и т.п.) они могут повлиять на накопление в окружающей среде некоторых токсичных элементов.
Как известно, снежный покров, обладающий высокой сорбционной способностью, представляется наиболее информативным объектом-индикатором при выявлении техногенного загрязнения атмосферы. Снежный покров фактически аккумулирует и сохраняет в себе все загрязняющие атмосферу компоненты в отличие от дождей, которые частично инфильтруют в почву и грунты, частично поступают в водоемы с поверхностным стоком, частично очищаются растительностью (в период ее активной жизни). Химический состав фильтрата талого снега формируется в результате поступления с осадками различных хи 69 мических элементов, поглощения снеговым покровом газов, водорастворимых аэрозолей и взаимодействия со снеговым покровом твердых частиц, оседающих из атмосферы. При этом, если количество выпадающего со снегом твердого осадка характеризует запыленность территории, то фильтрат талого снега отражает степень загрязнения воздушного бассейна наиболее растворимыми формами элементов. Это определяет важность и необходимость проведения эколого-геохимической оценки загрязнения снежного покрова как естественного накопителя химических элементов за зимний период.
Количество выпадений химических элементов с пылью и снеговой водой на площадь равной 536,5 км" в год представлено в таблице 15.
Анализируя таблицу можно отметить, что среди элементов, относящихся к I классу опасности — высокотоксичные наибольшей способностью к накоплению в снеге отличается фосфор (216,77 т/год), а наименьшей - ртуть (0,03 т/год). Относительно II класса опасности — наиболее концентрируется в снеге цинк (36,04 т/год), наименее активным концентратором является молибден, суммарное количество выпадений со снегом которого составляет 0,18 т/год. III класс - малотоксичные: активно накапливается титан (423,37 т/год), наименее -олово (1,25 т/год); IV класс - иттрий (2,30 т/год) и серебро (0,01 т/год) соответственно.
Суммарное количество выпадений химических элементов всех классов опасности составляет убывающий ряд:
В снеговом покрове изученной территории химические элементы в основном находятся в твердофазных (пылевых) выпадениях, в которых их концентрация выше, чем в снеговой воде (рис. 6). Наибольшие различия между элементами, находящимися в твердой и водорастворимой фракциях снега обнаружены для селена, ртути и мышьяка, достигающих 6552, 5000 и 4520 раз соответственно, а наименьшие - для фосфора - 1,6, цинка - 7,3 и меди - 9,7 раза.
Формы соединений приоритетных тяжелых металлов в почвенном покрове в зависимости от расстояния и направления
Исключительно важное значение при изучении экологического состояния почв сводится к выявлению не столько увеличения в них общего содержания металлов, сколько к приобретению сведений об их подвижности, т.е. способности переходить из состава твердой фазы почвы в жидкую [125]. Становясь мобильными, химические элементы способны мигрировать по профилю почвы вплоть до грунтовых вод, а также, что очень актуально, переходить в форму более доступную для поглощения растениями. Ее основной резерв — ионы, содержащиеся в почвенном растворе и находящиеся в обменном состоянии в почвенном поглощающем комплексе. Совершенно очевидно, что избыточное количество этой формы в почве чревато негативными последствиями: загрязнением растительной продукции и грунтовых вод.
Однако для практических целей представляет интерес информация и о менее подвижных соединениях химических элементов, которые в случае изменения почвенных условий, главным образом кислотно-щелочной обстановки, могут стать мобильными и, как следствие, более доступными для поглощения корнями. Совокупность таких соединений обычно рассматривается как «ближний резерв» в подпитке ионного потока из почвы в растения [67].
Уникальное значение подвижных соединений химических элементов почвы состоит в том, что они обусловливают выполнение почвой ее экологических функций. С этой группой соединений связан малый биологический круго 88 ворот и в значительной мере большой геологический круговорот химических веществ [128]. Образование и перераспределение в почвенном профиле подвижных соединений типоморфных элементов составляет основное содержание элементарных почвообразовательных процессов, миграция их в почвенном профиле обеспечивает его дифференциацию и природное разнообразие почв. Биогенные элементы в составе подвижных соединений обеспечивают питание растений, и тем самым плодородие почв. В загрязненных почвах значительная часть поллютантов оказывается в составе подвижных соединений. Они же обусловливают способность загрязненных почв влиять на сопредельные среды. Влияние загрязненных почв на экологическое состояние экосистемы непосредственно зависит от группового состава соединений металлов [125].
Анализ экспериментальных данных, характеризующих подвижность металлов в почвах, выявление их связи со свойствами почв с целью оценки и прогноза экологического состояния почв при их загрязнении составило одну из задач настоящего исследования.
В последнее время предпочтительнее используются для извлечения различных форм тяжелых металлов из почвы следующие растворители: 1н. раствор НС1 (кислоторастворимая форма, или «ближний резерв»), ацетатно-аммонийный буфер CH3COONH4 с рН 4,8 (обменная форма), вода (водорастворимая форма).
Кислоторастворимая форма (или «блюїсний резерв»)
Для извлечения этой подвижной формы ТМ применяют слабосолевые растворы, имеющие ионную силу, близкую к ионной силе почвенных растворов. В извлекаемую здесь мобильную форму входят ТМ, связанные с различными почвенными частицами: глинистыми минералами, гуминовыми соединениями, оксидами железа, марганца, алюминия, первичными минералами и характеризующиеся различной миграционной способностью. Полученные вытяжки характеризуют доступность химических веществ растениям, миграционную способность веществ в конкретной почвенно-химической обстановке. В таблице 21 отражены вариационно-статистические показатели содержания кислоторастворимой формы соединений металлов в почвах исследуемого угледобывающего комплекса.
Установлено, что содержание (мг/кг) кислоторастворимой формы цинка в пределах СЗЗ колебалось от 1,9 до 6,1, меди - от 6,0 до 19,5, свинца - от 3,8 до 12,8, кадмия - от 0,13 до 0,85. Средняя концентрация данной мобильной формы цинка (4,3) превышала фон в 3,9 раза, меди (14,5) - в 3,5 раза, свинца (8,8) - в 4,2 раза, а кадмия (0,57) — в 5,2 раза. Среднее накопление цинка (2,1 мг/кг) в пробах почвенного покрова вне защитной зоны от 1000 до 5000 м от контура разреза уменьшалось в концентрациях и превышение его фона составило в 1,9 раза; меди (6,8) и свинца (3,6) - в 1,7 раза, среднее содержание кадмия (0,23) на данном расстоянии выше фона в 2,1 раза. В зависимости от расстояния от контура разреза, т.е. от 250 до 5000 м, концентрация этой формы цинка уменьшалась в 6,1 раза, меди - в 4,9 раза, свинца - в 6,2 раза и кадмия - в 8,5 раза (рис. 13).
