Однією з серйозних екологічних проблем, з якими зіткнулося сучасне суспільство, є забруднення грунту важкими металами. Марганець найбільш поширений елемент серед важких металів, забруднюючих грунту Кемеровської області. Його концентрація не перевищує ГДК, проте наближається до нижньої межі допустимих норм

Анотація наукової статті з екологічних біотехнологій, автор наукової роботи - Овсяннікова Світлана Василівна


One of serious environmental problems which the modern society has faced, soil pollution by heavy metals is. Manganese is the most widespread element among the heavy metals polluting soils of the Kemerovo region. Its concentration does not exceed maximum concentration limit, however comes nearer to the bottom limit of admissible norms


Область наук:
  • екологічні біотехнології
  • Рік видавництва: 2011
    Журнал: Науково-технічні відомості СПбПУ. Природничі та інженерні науки
    Наукова стаття на тему 'Аналіз вмісту рухомих форм марганцю в грунтах (на прикладі Кемеровської області)'

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз вмісту рухомих форм марганцю в грунтах (на прикладі Кемеровської області)»

    ?СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

    1. Постанова Уряду Ленінградської області від 26.12.96 р N ° 494 «Про приведення у відповідність з новим природоохоронним законодавством РФ існуючої мережі ООПТ Ленінградської області».

    2. Абрамова, Т.Г. Типи опуклих боліт крайній північно-західній частині Ленінградської області [Текст] / Т.Г. Абрамова // Типи боліт СРСР і ознаки їх класифікації, - Л., 1974.

    3. Ковальов, В.А. Болотно-минерало-ГЕОХІ-етичні системи | Текст] / В.А. Ковальов, - Мінськ, 1985.

    4. Новиков, С.М. Болото Ламмін-Суо [Текст] / С.М. Новиков // Путівник VIII Міжн. конгр. по торфу, - Л., 1988.

    5. Нариси рослинності особливо охоронюваних природних територій Ленінградської області | Текст | / БІН РАН // Тр. БІН РАН, - Вип. 5, СПб., 1992.

    6. Носков, Г.А. Червона книга природи Ленінградської області: Т. 1 | Текст | / Г.А. Носков, М.С. Боч, - СПб., 1999..

    7. Носков, Г.А. Заповідна природа Карельського перешийка | Текст | / Г.А. Носков, - Спб., 2005.

    8. Калюжний, І.Л. Гідрохімічний режим і хімічний склад вод олиготрофних болотних масивів [Текст] / І.Л. Калюжний, Л.Я. Леван-довская // Праці ГГИ, - Вип. 22, - Л., 1974.

    9. Звягінцев, Д.Г. Методи грунтової мікробіології і біохімії [Текст] / Д.Г. Звягінцев, - М., 1991.

    10. Романенко, В.І. Мікробіологічні процеси продукції і деструкції органічної речовини у внутрішніх водоймах [Текст] / В.І. Романенко, - Л .: Наука, 1985.

    11. Трифонова, І.С. Наукові основи контролю якості вод по гідробіологічекім показниками [Текст | / І.С. Трифонова, - Л .: Гидрометеоиздат, 1981.

    УДК 631.4

    C.B. Овсянникова

    АНАЛІЗ ЗМІСТУ РУХЛИВИХ ФОРМ МАНГАНУ в грунті Кемеровській області

    Однією з серйозних екологічних проблем, з якими зіткнулося сучасне суспільство, є забруднення грунту важкими металами. Індустріальне виробництво, великі агропромислові і тваринницькі комплекси, хімізації сільськогосподарських угідь, розгалужена сфера транспорту та інші невід'ємні компоненти сучасної цивілізації стали причиною зміни циклів більшості хімічних елементів, в тому числі важких металів, що виразилося в зміні спрямованості міграції, швидкості виносу і накопичення їх в грунті . Значна частина важких металів, що забруднюють природне середовище, потрапляючи в грунт акумулюються в ній і практично не втрачаються з часом. Особливо міцно важкі метали закріплюються в гумусових горизонтах грунту [10, 11].

    У другій половині XX століття обсяги і темпи техногенного забруднення навколишнього середовища настільки зросли, що було потрібно при-

    нятие спеціальних міжнародних програм з охорони природи. У 1972 році вперше була розроблена програма ООН з навколишнього середовища (ЮНЕП), що включає проблеми моніторингу природного середовища з метою раннього попередження про наступаючих природних або антропогенних змінах, які можуть завдати шкоди здоров'ю або благополуччю людей.

    У Росії при загальній площі земельного фонду 1709,9 млн га площа земель, забруднених різними токсикантами, досягає 74,3 млн га [3].

    Суцільного обстеження за забруднення важкими металами на території Кемеровської області не проводилося. Проводилися окремі дослідження в районах великих промислових міст, в результаті яких встановлено осередки забруднення грунтів деякими важкими металами. Найбільше забруднення грунтів важкими металами в області характерно для зони впливу міст Новокузнецьк,

    Киселевск, Осинники, де показники сумарного забруднення грунтів відповідають третьому (небезпечний) і четвертому (надзвичайно небезпечний, в п. Елань) рівнями [7].

    До переліку важких металів відноситься такий хімічний елемент, як марганець. Середній вміст марганцю в земній корі становить близько 0,1% за масою. Найбільш рухливий марганець в кислих грунтах тундри і лісових ландшафтах, де він знаходиться в формі М1Г. Незважаючи на те, що марганець відноситься до групи елементів слабкого поглинання рослинами, проте надлишок його токсичний для організму людини і призводить до ряду патологічних змін: появі нейротоксичних ефектів, прогресуючого ураження центральної нервової системи, порушення всмоктування заліза і ін.

    У зв'язку з цим вивчення процесів накопичення важких металів в грунті, як в цілому, так і по окремих елементах, залишається досить актуальним.

    Моніторингові дослідження стану ґрунтів на території Кемеровської області були проведені нами згідно з положенням «Про моніторинг земель», затвердженого Постановою РФ №491 від 15.07.1992 та за програмою виконання Регіональної моніторингу земель (РМЗ) Кемеровської області 1995-2005 рр.

    Об'єктами дослідження були ґрунту Кемеровської області різних типів і підтипів: сірі і темно-сірі лісові грунти, чорноземи вилужені і опідзолені, лучно-чорноземні, чорноземно-лугові грунти. Дослідження проводили в семи опорних пунктах ( «Яшкінскій», «Тужанський», «Кемеровський», «Ленінськ-Кузнецький», «Беловский», «Новокузнецький», «Топкінскій»). На кожному опорному пункті було організовано від одного ( «Топкінскій») до семи ( «Беловский») спостережних майданчиків (всього 30). Майданчики встановлені у всіх природно-кліматичних зонах Кемеровській області з урахуванням рельєфу, грунтового покриву, проізволственно-техноло-ня умов. Вимірювання були проведені в 104 контрольних точках в три етапи в 1995,1999 і 2005 роках. У кожній контрольній точці з гумусових горизонтів (0-30 см) базових майданчиків були відібрані грунтові зразки для визначення в них вмісту валових і під-

    Віжн форм наступних важких металів: свинець (РЬ), кадмій (Cd), мідь (Сі), uhhk (Zii), марганець (Мп), нікель (Ni), кобальт (Со), залізо (Fe), хром (Сг) , ртуть (Hg).

    Вміст важких металів в грунтах визначали атомно-абсорбційним методом [3,4]. Результати досліджень були оброблені статистичними методами [1,6, 8,9] за допомогою комп'ютерних програм Microsoft Excel і Statistica.

    Оскільки проведена статистична оцінка вихідних даних показала, що більшість вибірок не має нормального розподілу, при оцінці рівня вмісту хімічних елементів нами була використана медіана. Вміст важких металів в досліджених грунтах Кемеровської області представлено в табл.1.

    Сумарний вміст важких металів в грунтах Кемеровської області коливається від 40,1 мг / кг на опорному пункті «Тужанський» до 72,8 мг / кг на опорному пункті «Новокузнецький».

    Найбільш забруднені грунту виявилися на опорних пунктах «Новокузнецький» і «Кемеровський» - концентрація важких металів в них перебувала на рівні 70 мг / кг, найменш забрудненими виявилися грунту Тужанський опорного пункту - вміст важких в контрольних точках було в 1,75 разів нижче, ніж в вищевказаних пунктах, і склало 40 мг / кг.

    Метали в грунтах Кемеровської області в порядку убування пріоритетності за кількістю складають наступний ряд: марганець, свинець, цинк, нікель, кобальт, кадмій, мідь. Їх концентрація коливається в таких межах, мг / кг: Ми- (28,3-55,9); РЬ- (1,11-1,63); Zn- (0,73-2,90); Ni - (0,58-1,51); Со - (0,33-0,88); Cd - (0,12-0,25); Сі - (0,03-0,23). Таким чином, в досліджуваному регіоні в найбільшій кількості представлений марганець. Аналіз співвідношення змісту окремих елементів показав, що у всіх опорних пунктах частка марганцю серед важких металів склала в середньому 79,4% (табл.3).

    Результати проведених моніторингових спостережень забруднення грунту рухомими формами марганцю на досліджуваних майданчиках наведені в табл. 2.

    Абсолютний максимум вмісту марганцю - 376 мг / кг - зареєстрований на опорному

    Таблиця 1

    Вміст важких металів в поверхневому шарі грунтів опорних пунктів Кемеровської області

    Опорний пункт Метали, мг / кг Всього, мг / кг

    РЬ СС1 Сі'' Мп N1 З

    Новокузнецький 1,34 0,22 0,23 1,85 55,90 1,12 0,71 72,78

    Кемеровський 1,63 0,13 0,09 1,46 48,65 1,14 0,88 68,48

    Топкінекій 1,11 0,17 0,03 1,21 54,90 0,63 0,33 62,73

    Ленінськ-Кузнецький 1,59 0,18 0,04 0,89 51,87 0,58 0,58 59,02

    Яшкінскій 1,60 0,12 0,04 0,73 42,08 1,14 0,74 53,55

    Беловский 1,44 0,25 0,04 2,90 43,20 0,81 0,56 52,28

    Тужанський 1,50 0,12 0,20 1,01 28,28 1,51 0,73 40,10

    Таблиця 2

    Вміст рухомих форм марганцю в поверхневому шарі грунтів Кемеровської області

    Опорний пункт, майданчик Рік Мп, мг / кг опорний пункт, майданчик Рік Мп, мг / кг

    Кемеровський Яшкінскій

    Майданчик 3.9 1999 44,1 майданчик 1.1 1999 51,1

    «Берегова" 2005 4,55 «Яшкіпо" 2005 22,1

    Майданчик 3.10 1999 30,8 майданчик 1.2 1999 58,9

    «Новобудова" 2005 3,41 «Пача" 2005 44,8

    Майданчик 3.11 1999 187,6 Беловский

    «Забійник" 2005 48,6 Майданчик 5.21 тисячі дев'ятсот дев'яносто дев'ять 197,2

    Майданчик 3.12 1999 376 «Салаірка" 2005 58,6

    «Еликаево», 2005 49,9 Майданчик 5.22 1999 101,4

    Майданчик 4.19 тисяча дев'ятсот дев'яносто дев'ять 55,7 «беків" 2005 65,1

    «Нова" 2005 41,0 Майданчик 5.23 тисячі дев'ятсот дев'яносто дев'ять 40,2

    Новокузнецький «Цинк" 2005 32,1

    Майданчик 6.14 1999 80,7 майданчик 5.24 1999 32,7

    «Драгунський», 2005 36,2 «Діпк-2" 2005 24,4

    Майданчик 6.14-а 1999 104,4 майданчик 5.25 1999 37,3

    «Атамапово" 2005 22,1 «Поморцева" 2005 28,1

    Майданчик 6.15 1999 24,7 майданчик 5.26 1999 57,2

    «Сосповка" 2005 87,2 «Перм'яки" 2005 40,4

    Майданчик 6.16 1999 56,2 майданчик 5.27 1999 59,5

    «Іллінка" 2005 33,6 «Красуля" 2005 40,1

    Майданчик 6.17 1999 92,7 майданчик 5.27 1999 64,4

    «Севск" 2005 38,1 «Красуля" 2005 24,9

    Закінчення табл. 2

    Опорний пункт, майданчик Рік Мп, мг / кг опорний пункт, майданчик Рік Мп, мг / кг

    Тужанський Майданчик 5.28 1999 44,4

    Майданчик 2.3 тисячі дев'ятсот дев'яносто дев'ять 88,5 «Бачата" 2005 33,1

    «Троїцька" 2005 11,9 Топкінскій

    Майданчик 2.7 1999 67,7 майданчик 7.18 1999 84,0

    «Дворнікова" 2005 8,10 «Магістральна" 2005 47,8

    Майданчик 2.8 1999 30,5

    «Новомарьінка" 2005 6,80

    пункті «Кемеровський» на майданчику 3.12 «Ели-каев» в 1999 році а абсолютний мінімум - 3,41 мг / кг - на опорному пункті «Кемеровський» на майданчику 3.10 «Новобудова» в 2005 році.

    Зведений аналіз вмісту марганцю в контрольних точках (див. Табл. 2) дозволив розрахувати середні значення для кожного опорного пункту (табл. 3). Незважаючи на вигідну інформативність цих даних, не можна обійти увагою відсутність в більшості вибірок нормального розподілу, тому подальший аналіз був проведений на підставі не середнього значення, а медіани як більш адекватної оцінки існуючого положення.

    Для характеристики техногенного забруднення важкими металами був розрахований сумарний показник концентрації (ред €) [5] шляхом порівняння отриманих результатів з гранично допустимою концентрацією (ГДК) березня-

    ганці в грунті. Мінімальний поріг ГДК марганцю в грунті становить 60 мг / кг [2]. Вміст марганцю в поверхневому шарі грунтів всіх опорних пунктів не перевищує встановлених для нього ГДК (див. Табл. 3). Однак в грунтах Новокузнецкого і Топкинского опорних пунктів концентрація марганцю впритул наближається до нижнього порогу ГДК. 'С для опорного пункту «Топкінскій» склав 0,94, а для опорного пункту «Новокузнецький» - 0,98.

    Ранжування опорних показало, що найбільший вміст марганцю в грунті характерно для опорних пунктів «Новокузнецький» (58,95 мг / кг) і «Топкінскій» (56,24 мг / кг), середнє - для опорних пунктів «Кемеровський» (48,65 мг / кг), «Ленінськ-Кузнецький» (43,54 мг / кг) і «Беловский» (43,20 мг / кг), найменше - для опорних пунктів «Тужанський» (40,45 мг / кг) і «Яшкінскій »(39,61 мг / кг).

    Таблиця 3

    Абсолютні і відносні показники вмісту марганцю в поверхневому шарі грунтів опорних пунктів Кемеровської області

    Опорний пункт і Частка Мп в забрудненні ґрунтів важкими металами,% Середнє значення, мг / кг Медіана'с Ранг

    Яшкінскій 8 78,6 39,6 + 5,27 42,08 0,66 1

    Тужанський 14 70,5 40,5 + 9,54 28,28 0,67 2

    Кемеровський 16 71,0 81,3 + 23,2 48,65 0,81 5

    Ленінськ-Кузнецький 7 87,9 43,5 + 8,76 51,87 0,73 4

    Беловский 34 82,6 58,7 + 7,72 43,20 0,72 3

    Новокузнецький 20 76,8 58,9 + 9,65 55,90 0,98 7

    Топкінскій 4 87,5 147,4 + 11,2 55,90 0,94 6

    Середнє 79,4 0,79

    Таблиця 4

    Оцінка відмінностей вмісту марганцю в грунтах між групами опорних пунктів

    Показник Статистичні дані

    I гр. (П = II гр. (П = 24) 57) 1 гр. (П = 24) 111 гр. (Я = 22) II гр. (П = III гр. (П = 57) 22)

    Медіана 55,9 55,9 48,6

    Медіана 48,6 35,2 35,2

    і розр 708,0 332,5 787,0

    87,5 246,6 971,0

    Різниця 7,3 20,7 13,4

    Рівень достовірності - - PD, 05

    Для більш повного порівняльного аналізу ми об'єднали опорні пункти в три групи (I - група з максимальною концентрацією марганцю в грунті, II - з середньою, III - з мінімальною) і обробили дані статистично, використовуючи U-критерій Манна - Уїтні (табл. 4) як видно з наведеної таблиці, максимальна різниця спостерігається між I і 111 групами і становить 20,7 мг / кг, однак вона недостовірна, по всій видимості, через невеликих вибірок, оскільки менша різниця між групою 11 і групою III, складова 13,4 мг / кг, є статистично значущою.

    Аналіз вмісту марганцю в поверхневому шарі різних природно-кліматичних зон (табл. 5) показав наступне. Грунти, найбільш забруднені рухливими формами марганцю, перебувають в лісостепу передгір'їв (55,90 мг / кг), менше забруднені - в лісостепу Коваля улоговини (51,77 мг / кг в середньому), середньою забрудненістю мають грунту острівної лісостепу і степового ядра Коваля улоговини (47,53 мг / кг в середньому), а мінімальне забруднення характерно для грунтів південної тайги і розчленованої північного лісостепу (35,18 мг / кг в середньому).

    Таблиця 5

    Вміст рухомих форм марганцю в грунтах різних природно-кліматичних зон

    Опорний пункт Зона Мп, мг / кг

    Тяжіпскій Південна тайга і розчленована північна лісостеп. 28,28

    Яшкіпскій Південна тайга і розчленована північна лісостеп. 42,08

    Беловский Острівна лісостеп, степове ядро ​​Кузнецької улоговини. 43,20

    Ленінськ-Кузнецький Острівна лісостеп, степове ядро ​​Кузнецької улоговини. 51,87

    Кемеровський Лісостеп Коваля улоговини. 48,65

    Топкіпскій Лісостеп Коваля улоговини. 54,90

    Новокузпецкій Лісостеп передгір'їв 55,90

    Проведені моніторингові дослідження з контрольними точками 1995,1999 і 2005 років, дозволили простежити динаміку накопичення рухомих форм марганцю в поверхневому шарі грунтів Кемеровської області (див. Малюнок). Для даного аналізу були використані середні значення, отримані при визначенні рухомих форм марганцю по всім контрольним точкам.

    Динаміка змін за етапами дослідження в 1995, 1999 і 2005 роках показала, що до 1999 року рухомі форми марганцю накопичувалися в грунті, і його концентрація з 1995-го по 1999 рік збільшилася в 2,5 рази, потім винесення марганцю з грунту став переважати над його надходженням і до 2000-го року концентрація Мп знизилася в 1,9 рази, наблизившись до рівня 1995 року.

    З вищевикладеного випливає, що марганець - найбільш поширений елемент серед важких металів, що забруднюють грунти Кемеровської області. Його концентрація не перевищує ГДК, проте наближається до нижньої межі допустимих норм.

    Грунти забруднені нерівномірно: вміст марганцю в грунтах знаходиться в певній залежності від природно-кліматичних зон.

    Мал. 1. Динаміка вмісту марганцю в поверхневому шарі грунтів Кемеровської області

    В останні роки спостерігається негативна динаміка - зниження концентрації цього елемента в верхніх шарах грунтів Кемеровської області. По всій видимості, спад розвитку промисловості, характерний для країни в цілому і для Кемеровської області зокрема, обумовлений нестабільністю державних структур в 90-ті роки минулого століття, спричинив за собою зниження активних розробок в гірничодобувній і хімічній промисловості - потенційні джерела забруднення навколишнього середовища важкими металами в даному регіоні.

    СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

    1. Дмитрієв, Е.А. Математична статистика в грунтознавстві | Текст | / Е.А. Дмитрієв, - М .: Изд-во МГУ, 1995, - 319с.

    2. ГН 2.1.7.2041-06 Гранично допустимі концентрації (ГДК) хімічних речовин в грунті, затверджені Головним державним санітарним лікарем Російської Федерації 19.01.2006г. [Електронний ресурс] - Режим доступу: http://www.biggost.ru

    3. Майстренко, В.Н. Еколого-аналітичний моніторинг супертоксикантов [Текст] / В.М. Майстренко, РЗ. Хімітов, Г.К. Будніков, - М .: Хімія, 1996, - 316с.

    4. Методичні вказівки МУ 2.1.7.730-99 Гігієнічна оцінка якості грунту населених місць. Затв. Головним державним санітарним лікарем РФ 07.02.1999 [Електронний ресурс | - Режим доступу: http: //www.consiiltant.rii

    5. Методичні вказівки по визначенню важких металів в грунтах сільгоспугідь і продукції рослинництва, - М., 1992. [Електронний ресурс] - Режим доступу: http://www.con-sultant.ru

    6. Руніон, Р. Довідник по непараметріче-

    ської статистикою [Текст] / Р. Руніон, - М .: Фінанси і статистика, 1982, - 198 с.

    7. Про стан навколишнього природного середовища Кемеровській області в 1999 році: доповідь Державного комітету з охорони навколишнього середовища Кемеровській області [Електронний ресурс! // Еко-бюлетень ІНЕКО, - 2000, - N ° 9 (56), 10-11 (57-58), № 12 (59) .- Режим доступу: http: //www.admnkz.ru

    8. Довідник з прикладної статистики [Текст |: в 2-х томах / Под ред. Е. Ллойда, У. Ледер-мана - М .: Фінанси і статистика, 1989, - 1036 з.

    9. Холлендер, М. Непараметричні методи статистики [Текст] / М. Холлендер, Д. Вульф, - М .: Фінанси і статистика, 1983, - 512 с.

    10. Черних, Н.С. Екологічна безпека та сталий розвиток. Кн. 5: Екологічні аспекти забруднення грунтів важкими металами | Текст] / Н.С. Черних, Н.З. Мілащенко, В.Ф. Ла-Донін, - Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 2001., - 148 с.

    11. Browman, M.G. Reduction of radiostrontium mobility in asid soils by carbonate treatment. [Текст] / M.G. Browman, В.P. Spalding. // J. Environ. Anal.- 1984. Vol. 13. №1, - P. 166-172.


    Ключові слова: ЕКОЛОГІЧНА ПРОБЛЕМА /рухомих форм /МАРГАНЕЦ /АНАЛІЗ /ВАЖКІ МЕТАЛИ

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити