Эколого-геохимическая оценка горнорудного района (на примере Садоно-Унальской котловины, республика Северная Осетия-Алания)
элементов района по
вертикальному разрезу почвенных профилей показало стабильное, иногда достаточно
резкое, падение абсолютных содержаний Pb и Zn с глубиной, что подтверждает
техногенную природу выявленных аномалий. Максимальные концентрации тяжелых
металлов приурочены к верхним горизонтам почвенного разреза. Отсутствие
корреляции между содержаниями ТМ и органического углерода так же позволяет
говорить, что высокие содержания ТМ в верхнем горизонте почв связаны не с
аккумуляцией гумуса, а с техногенным воздействием. Этот факт распространяется
не только на валовые концентрации, но и на подвижные формы. Наибольшее
проникновение загрязнения на глубину отмечено для шурфов в районе моста через
р. Ардон: 150 мг/кг по свинцу и 575 мг/кг по цинку на глубине 0,75 м. А также в
районе моста через р. Уналдон (дорога к базе МГУ) и на участке верхней
аномалии. При этом, если в 1990 году, на всей площади аномалии в долине р.
Уналдон (при общем падении валовых содержаний Pb и Zn с глубиной) содержания Pb
падали до значений
ПДК,
в 1993 году на всю глубину опробования содержания Pb > ПДК. Содержания Zn в
1990 г. только в двух шурфах, пройденных в максимумах нижней аномалии, не
опускались ниже ОДК на всю глубину опробования, а в 1993 г. - в половине всех
пройденных шурфов [Нормативные , 1994]. Таким образом, данные по распределению
Pb и Zn по почвенным горизонтам в 1993 г. и 1994 г. свидетельствуют об общем
росте мощности загрязненного слоя по сравнению с 1989 г., что видно по
увеличению аномальных площадей на глубинах >0.25 м.
Изучение
содержаний ПФ в вертикальном разрезе почвенного профиля показало не только
тенденцию падения абсолютных содержаний с глубиной, но и в целом уменьшение
доли ПФ в нижней части профиля.
Полученные
данные по формам нахождения металлов отражают отличия в поведении металлов,
обусловленные в том числе различными источниками поступления, что выражается
большей степенью извлечения цинка: с нерастворимыми силикатами или
труднорастворимыми первичными минералами связано 3,9 % цинка и 13,2 % свинца
(рис. 5). В основном цинк и свинец связаны с окисленными формами: окиси,
гидроокиси, сульфаты, карбонаты (условно объединенными на диаграмме, как
карбонаты) - 37,5% и 44,2%. Существенная доля цинка (
7,5%,
для свинца - 0,6%), находится в сорбированной форме, что вероятно связано с
одним из основных источников его поступления: с водой в виде растворенных форм.
| Рис. 5. Распределение ТМ по формам нахождения в
почвах, 1999 |
|
 
|
Значительно
большая доля цинка (в формам нахождения в почвах, 1999 отличие от свинца - 3,4)
- 32,7% - связана с органическим веществом, оставшиеся 18,5% связаны с оксидами
и гидроксидами железа и марганца и сульфидами. Доля свинца связанного с
оксидами и гидроксидами железа и марганца и сульфидами составляет 39 %. Данные
рентгенофазового анализа подтвердили наличие в почвах собственной
минералогической фазы свинца - гидроцеруссита.
Почвенные
аномалии ПФ ТМ существенно более контрастны. Кроме того, в отличие от валовых
содержаний, с 1989 по 1997 г.г. они значительно увеличились и качественно, и
количественно: по данным 1993 года были выделены аномальные участки с
20-тикратным превышением ПДКп.ф, как для цинка так и для свинца. Сравнение этих
данных с данными предыдущих лет позволяет говорить о тенденции увеличения доли
ПФ Zn и Pb в обеих аномалиях (табл. 7).
| Таблица 7. Средние концентрации
валовых и подвижных форм Pb и Zn в почвах (мг/кг). |
| Год |
Аномалии |
Кол-во проб |
Свинец |
Цинк |
|
|
|
| содержания |
% |
Кс |
содержания |
% |
Кс |
|
| Вал |
ПФ |
вал |
ПФ |
|
| 1989 |
нижняя |
19 |
268 |
48 |
17,9 |
6,9 |
661 |
127 |
19,2 |
7,9 |
|
| верхняя |
275 |
32 |
11,6 |
4,6 |
875 |
139 |
15,9 |
8,7 |
|
| 1994 |
нижняя |
8 |
250 |
50 |
20,0 |
7,1 |
1500 |
513 |
34,2 |
32,1 |
|
| верхняя |
1100 |
67 |
6,1 |
9,5 |
1500 |
154 |
10,3 |
9,6 |
|
| 1997 |
нижняя |
22 |
241 |
88 |
36,5 |
12,6 |
1417 |
913 |
64,4 |
57,1 |
|
| верхняя |
211 |
51 |
24,2 |
7,3 |
1613 |
403 |
25,0 |
25,2 |
|
| 1999 |
нижняя |
10 |
234 |
120 |
51,3 |
17,1 |
1200 |
800 |
66,7 |
50,0 |
|
| верхняя |
200 |
80 |
40,0 |
11,4 |
1500 |
825 |
55,0 |
51,6 |
|
|
|
фон |
5 |
28 |
7 |
25,0 |
- |
87 |
16 |
18,4 |
- |
|
Как
видно из таблицы в 1989, 1994 годах подвижные формы составляли: 6 -20 % для
свинца, 10-34 % для цинка. В 1997, 1999 г.г. процент извлечения подвижных форм
увеличился и составил для свинца 24 - 51 %, для цинка 25 - 67 %. Рассчитанные
коэффициенты концентрации по ПФ металлов увеличиваются за исследуемый период:
5,8 - 8,3 - 10 - 14,3 для свинца, 8,3 - 21 - 41 - 51 для цинка.
Наибольшая
концентрация подвижных форм ТМ выявлена в зоне загрязненияна нижних террасах р.
Ардон (фруктовые сады). За период 1989 - 1999 г.г. в почвах нижних террас
установлено увеличение подвижных форм Pb в 2,5 раза. В твердой фазе пыли на
этом участке (1999 г.) подвижные формы свинца составляют 
60%,
и общее аэротехногенное поступление свинца за 10-тилетний период сопоставимо с
приростом ПФ этого металла в почвах. Доля ПФ Zn в почвах за этот период
увеличилась в 3,6 раза, при этом общее поступление цинка аэротехногенным путем
на порядок ниже - вероятно более существенную роль в загрязнении подвижным
цинком нижних террас р. Ардон играют поверхностные воды и арыки.
Глава 5.
Геохимическая оценка загрязнения растительности.
Фруктовый
сад на нижних террасах р. Ардон является естественным барьером на пути
аэротехногенных выпадений с хвостохранилища. Пылевая нагрузка в первую очередь
определяет повышенные содержания ТМ в листьях яблонь (табл. 8). Корреляция
между содержанием свинца в листьях и пыли (0,73, 1% - 0,623, n=16) более
значима, чем в листьях и почве (0,592, r5% - 0,497, n=16), для цинка - более
значимо почвенное поступление, о чем свидетельствует положительная корреляция
между содержаниями в почве и листьях (0,55, r5% -0,497, n=16).
| Таблица 8. Концентрации ТМ в листьях
яблонь, 1998 г. (мг/кг сух. вещества). (1 - верхняя аномалия, 2 - нижняя
аномалия) |
|
|
Сф |
Смин.ан. |
% ан. проб |
Сср. на Sп. аномалии |
Кс |
Zc |
|
|
|
|
|
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
|
| Zn |
51 |
106 |
0 |
38 |
84 |
114 |
1,6 |
2,2 |
2 |
10 |
|
| Pb |
22 |
39 |
0 |
100 |
18 |
96 |
0,8 |
4,4 |
|
| Cu |
15 |
30 |
0 |
12,5 |
11 |
21 |
0,7 |
1,4 |
|
| Ag |
0,085 |
0,186 |
0 |
63 |
0,07 |
0,21 |
0,8 |
2,5 |
|
Суммарный
показатель загрязнения листьев яблонь нижних террасах р. Ардон в 1998 г. в
среднем составлял 10, в 1999 г. - 20, в 2000 г. - 28 (основные загрязнители:
Pb>Ag>Zn>Cu>Co>Bi). На верхних террасах по данным 1998-2000 г.г.
Zc в листьях не превышает 8. Эти данные, во-первых, говорят о влиянии
хвостохранилища на нижнем участке, а во-вторых, учитывая, что листья -ежегодно
обновляемый орган растения, о росте темпов аэротехногенного поступления ТМ,
связанном с восстановлением деятельности ССЦК фактически прекращенной в начале
-середине 90-х годов.
Оценка
влияния пылевого загрязнения по коре и спилам ольхи, ивы, яблони и груши (7-8
лет), растущим на нижних террасах р. Ардон в зоне непосредственного влияния
хвостохранилища подтвердила тенденцию увеличения содержаний ТМ после постройки
хвостохранилища в сравнении с более ранними промежутками времени. Но особенно
высокие концентрации ТМ на порядок выше, чем в спилах, выявлены в пробах коры.
При
изучении состояния сельскохозяйственных культур района опробовались плоды яблонь,
картофель и кукуруза. Содержания ТМ в биопробах на исследуемой территории, в
том числе и на фоновых участках, находятся на уровне и выше ПДК (Zn - 8,5% проб
фруктов, 100% проб картофеля и кукурузы; Pb - 87% проб фруктов, 75% проб
картофеля, 59% проб кукурузы). Учитывая, что природный почвенный фон
исследуемого района обусловливает повышенные содержания ТМ в растениях, а также
их различную способность к накоплению химических элементов, основным критерием
при определении техногенного воздействия на загрязнение растительности являлся
коэффициент концентрации.
По
данным 1997 г. в пробах фруктов не обнаружено аномальных концентраций металлов
на всем участке опробования (суммарный показатель загрязнения < 8). Тем не
менее, на нижних террасах р. Ардон концентрации свинца в среднем в 2,3 раза
выше фоновых, отмечены также повышенные концентрации серебра (Кс-1,7).
Похожая
картина наблюдается и для кукурузы. В зернах кукурузы аномальные содержания
отмечены только для цинка: на верхних террасах р. Ардон средний Кс - 3, на
нижних - 2,4. (Zc 8
- на обоих участках). В силосе кукурузы только на нижних террасах, где важную
роль играет пылевое воздействие хвостохранилища, отмечены аномальные
концентрации свинца и серебра (Кс= 4,7 и 3,15 соответственно) и повышенные
содержания цинка (Кс - 2,5) и меди (Кс= 1,5), не являющиеся аномальными.
Суммарный показатель загрязнения =13.
Наиболее
загрязненным из всех биопроб, употребляемых в пищу, является картофель. На
верхних террасах аномальные концентрации отмечены для Ag и Pb, повышенные - для
Zn и Cu (Zc-14), на нижних - Zn и Ag (Zc Ag>As>Cu>Sn>Bi. Уровень
загрязнения донных осадков по суммарному показателю на участке нижнего течения
после впадения основных притоков до 2001 г. был умеренно опасным (Zc = 27) и
достигал высоко опасного только в районе отвалов (Zc = 128). После схода
селевого потока в 2001 г. концентрации основных загрязнителей увеличились в 3 -
6 раз и уровень загрязнения участка нижнего течения стал высоко опасным
(средний Zc = 70).
Поверхностные воды в основном загрязнены Zn, Cd и Pb (Ксдостигают 44, 95, 17
соответственно). Сан. меди отмечены в районе отвалов и в устье р. Уналдон.
Участки максимального загрязнения совпадают с максимумами в донных отложениях.
Абсолютные цифры выноса тяжелых металлов в р. Ардон водами р. Уналдон при
расходе воды 0,95 м3/сек (сентябрь) составили: свинец - 0,37 кг/сут., цинк - 32
кг/сут., кадмий - 0,136 кг/сут.
На территорию района сел. Унал поступление ТМ происходит в составе двух
антропогенных потоков: водного (с водами р. Уналдон по системе арыков),
наиболее значимого для цинка, и аэрального (за счет дефляции сухой части
хвостохранилища), более значимого для свинца. Аэротехногенное поступление
основных рудных элементов на нижних террасах р. Ардон в районе сел. Н.Унал
составляет 460 г/км2/сут. свинца и 550 г/км2/сут. цинка. Поступление с водой
одного арыка составляет n
г/сут. свинца и nћ100
г/сут. цинка.
Воздействие хвостохранилища обусловливает высокие концентрации ТМ в пыли,
почвах и листве яблонь на нижних террасах р. Ардон. Интенсивность пылевых
выпадений на территории сада - 74 - 304 кг/км2/сут. В составе твердой фазы 60%
свинца и 40% цинка находится в подвижной форме. За период 1989 - 1999 г.г. в
почвах сада установлено увеличение доли подвижных форм Pb с 18% до 51%, Zn