Our journals
Submit manuscript Sign in / Sign up
Advanced search
Article sections

EVALUATION OF HEAVY METALS AND RADIONUCLIDES CONTENT IN AGRICULTURAL SOILS OF THE KAZAN RURAL SETTLEMENT OF THE LYUBINSKY DISTRICT OF THE OMSK REGION

Research article
Nasedkin P.O.
Nezhevlyak O.V.
Schmidt A.G.
DOI:
https://doi.org/10.23670/IRJ.2022.120.6.026
Issue: № 6 (120), 2022
Published:
2022/06/17
PDF

DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2022.120.6.026

ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И РАДИОНУКЛИДОВ В ПОЧВАХ ЗЕМЕЛЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ КАЗАНСКОГО СП ЛЮБИНСКОГО РАЙОНА ОМСКОЙ ОБЛАСТИ

Научная статья

Наседкин П.О.1, *, Нежевляк О.В.2, Шмидт А.Г.3

1, 2Омский государственный аграрный университет имени П. А. Столыпина, Омск, Россия;

3Центр агрохимической службы «Омский», Омск, Россия

* Корреспондирующий автор (po.nasedkin2022[at]omgau.org)

Аннотация

Почвы обладают буферностью и поэтому относительно устойчивы к антропогенному воздействию, однако, именно загрязнение почв и их многоплановая деградация существенно скажется в дальнейшем, поскольку восстановление почвенного плодородия – процесс длительный и сложный, поэтому одной из актуальных проблем является проблема динамики токсичных соединений, изучение законов их сорбции, миграции и аккумуляции в почве.

В статье представлены результаты проведения агрохимического обследования почв земель сельскохозяйственного назначения Казанского сельского поселения Любинского района Омской области.

Целью исследования являлась оценка содержания в почвах тяжелых металлов Pb, Cd, Cu, Zn и радионуклидов Sr-90, Cs -137, K – 40, Ra – 226, Th – 232.

Ключевые слова: тяжёлые металлы, радионуклиды, почва, загрязнение, Омская область.

EVALUATION OF HEAVY METALS AND RADIONUCLIDES CONTENT IN AGRICULTURAL SOILS OF THE KAZAN RURAL SETTLEMENT OF THE LYUBINSKY DISTRICT OF THE OMSK REGION

Research article

Nasedkin P.O.1, *, Nezhevlyak O.V.2, Schmidt A.G.3

1, 2 Omsk State Agrarian University named after P. A. Stolypin, Omsk, Russia;

3 Center of agrochemical service "Omsk", Omsk, Russia

* Corresponding author (po.nasedkin2022[at]omgau.org)

Abstract

Soils have buffering capacity and therefore are relatively resistant to anthropogenic impact, however, the contamination of soils and their multifaceted degradation will have a significant impact on the future, as the recovery of soil fertility is a long and complex process, which makes one of the relevant problems the dynamics of toxic compounds, the study of their sorption, migration and soil accumulation.

The article presents the results of the agrochemical study of agricultural soils of the Kazan rural settlement in the Lyubinsky district of Omsk region.

The aim of the study was to estimate the heavy metals content in soils Pb, Cd, Cu, Zn and Sr-90 radionuclides, Cs-137, K-40, Ra-226, Th-232.

Keywords: heavy metals, radionuclides, soil, pollution, the Omsk region.

Введение

Стремительное техническое развитие и увеличение химизации сельского хозяйства привели к увеличению загрязнения почв вредными веществами, в особенности тяжелыми металлами (ТМ) и радионуклидами. Большая концентрация данных веществ в почвах с/х назначения может привести к гибели урожая, а в редких случаях к выводу полей из севооборота.

По данным O.J. Nriaga, источником природной эмиссии тяжелых металлов в окружающую среду является извержение вулканов, лесные пожары, морская вода и др. Основной причиной загрязнения почв тяжелыми металлами (ТМ) является деятельность человека. Источники техногенных эмиссий поллютантов: горно-металлургические, химические, машиностроительные, топливно-энергетические предприятия и т.д. [9].

Некоторые тяжёлые металлы, такие как As, Cd, Hg, Pb не оказывают существенного влияния на рост и развитие растений, поскольку им не свойственна какая-либо известная физиологическая функция в жизненном цикле растений, но такие тяжелые металлы как Cu, Fe, Mn, Mo, Ni и Zn являются одними из основных элементов, необходимыми для нормального роста и метаболизма растений. Однако избыток этих веществ может привести к загрязнению почвы и существенному отравлению растений.

Экологические последствия радиоактивного загрязнения почв заключаются в том, что, включаясь в биологический круговорот, радионуклиды через растительную и животную пищу попадают в организм человека и накапливаются в нем. Основными причинами, вызывающими радиоактивное загрязнение почвенного покрова, являются: тяжелая промышленность; разработка месторождений природных ископаемых; захоронение радиоактивных отходов; выбросы радиации АЭС; испытание ядерного оружия.

В почве в основном накапливаются радионуклиды с длительным периодом полураспада. Самым опасным для живых организмов является  [8].

Целью исследования являлась оценка содержания в почвах тяжелых металлов Pb, Cd, Cu, Zn и радионуклидов.

Задачи исследования:

  • Изучить проблему негативного влияния тяжелых металлов и радионуклидов на почву и растения;
  • Провести отбор проб почвенных образцов;
  • Оценить содержание радионуклидов и ТМ в почвах исследуемой территории;
  • Сравнить полученные данные и сделать выводы о пригодности почв к сельскохозяйственному производству.

Методы и принципы исследования

Методы использованные при исследовании: полевой, лабораторный, статистический.

Методики проведения лабораторных анализов изложены в специальной нормативно-методической документации (ГОСТ 29269-91, Р 54038-2010 и др., ОСТ 10070-95).

Основные результаты

Общая площадь земель Казанского сельского поселения (СП) Любинского района Омской области составляет 10945га. Последнее агрохимическое обследование Казанского СП по содержанию валовых форм ТМ было проведено в 2001 году.

Основными почвами хозяйства являются: чернозем обыкновенный среднемощный – 5567 га, чернозем обыкновенный солонцеватый – 1296 га, лугово – черноземная – 668га, лугово – черноземная солончаковая – 346 га, луговые с мелкими солонцами – 399 га, солонцы – 251 га, солодь луговая мелкодерновая – 1681 га, болотные – 173 га, солончаки – 52 га.

 В 2021 году в результате агрохимического обследования было изучено 9049 га – 82% от общей площади поселения. Из них 8071 га пашни – 73% от общей площади и 89% от исследованной. Пастбищ 923 га – 8% от общей площади и 10% от исследованной площади. Сенокосов 55 га – 0,5% от общей площади и 0,6% от исследованной площади СП. Для отбора образцов применялся метод маршрутного хода с использованием метрового бура БП-25-15 на глубине пахотного горизонта.

За период 2001-2021 годов, наблюдается снижение в концентрации валовых форм ТМ в почве. Это может быть связано с тем, что на данной территории практически не используются удобрения.

Анализ накопления почвами ТМ за период 2001-2021г. представлены на рисунке 1. (Данные за 2001 год предоставлены ФГБУ ЦАС «Омский», данные за 2021 получены магистрантом в ходе прохождения практики).

1

Рис. 1 – Среднее содержание валовых форм ТМ в почвах рабочих участков

Около 80% земель исследуемой территории используется сельскохозяйственными товаропроизводителями, часть из которых использует такие удобрения, как сульфат магния, карбамид.

Фосфорные удобрения, которые являются основным источником поступления ТМ в почву [7], а также органические удобрения здесь не применялись.

В почвах Казанского сельского поселениия Любинского района Омской области за исследуемые периоды нет превышения ПДК по всем ТМ. Все исследуемые поля пригодны для ведения с/х производства.

Так же одновременно с агрохимическим обследование почв на ТМ проводилось радиологическое обследование почв изучаемых сельскохозяйственных земель.

Среднее содержание радионуклидов в почве Бк/кг (по данным ФГБУ ЦАС «Омский») представлено в таблице 1.

Таблица 1 – Среднее содержание радионуклидов в почвах Омской области и в среднем по России

Радионуклиды Sr90, Бк/кг Cs137, Бк/кг K40, Бк/кг Ra226, Бк/кг Th232, Бк/кг γ – фонн мкР/час
Казанское СП 2,8±0,3 16,2±3,4 568,0±109,0 72,0±18,0 55,0±14,4 10,0
Омская область 1,2 15,2 388,0 20,6 24,9 11,0
В среднем по России 6,5 22,0 520,0 27,0 30,0 11,0

Так как отсутствует ПДК радионуклидов в почвах, сравнение проводят со средним значением по Омской области и по России [5], [10].

Sr-90 и Cs-137 являются искусственными радионуклидами и в природе, вне загрязнений, не встречаются, в основном поступают в почву с продуктами радиоактивного распада топлива АЭС или ядерного взрыва. Большое количество Sr-90 и Cs-137 поступило окружающую среду в результате аварий на АЭС.

Среднее содержание Sr-90 и Cs-137 в почвах Казанского сельского поселения Любинского района Омской области меньше, чем в среднем по России на 43%, в основном это связано с отсутствием по близости предприятий ядерного топливного цикла.

Содержание Sr-90 и Cs-137 имеет незначительные превышения в сравнении со средним их содержанием по Омской области. На территории области радиоактивных выбросов не наблюдалось, следовательно, они были перенесены из других мест.

Территориально Казанское СП расположено в лесостепной зоне. В лесных почвах подстилка является одним из важнейших эколого-биосферных факторов, определяющих пространственно-временное поведение химических элементов, в том числе радионуклидов. Большая мощность подстилки приводит к нарушению капиллярных связей и передвижения влаги и веществ в толще почв и, следовательно, способствуют аккумуляции радионуклидов в подстилке откуда они мигрируют в минеральную толщу [11].

В лиственных лесах, где подстилка неполнопрофильная и маломощная, ее удерживающая способность невелика. Здесь наблюдается наибольшая интенсивность миграции основных дозообразующих радионуклидов, в частности Sr-90 и Cs-137, в минеральную толщу, где они прочно связываются гумусом.

Калий (K-40), радий (Ra-226) и торий (Th-232) являются естественными радионуклидами (ЕРН), которые образовались одновременно со всем стабильным веществом Земли и обуславливают ее естественную радиоактивность.

Превышение среднего содержания данных радионуклидов в почвах Казанского сельского поселения в сравнении с данными показателями по России может быть связано с наличием почвообразующих пород с повышенным содержанием естественных радионуклидов. Радиоактивность в почвенном покрове определяется, главным образом, минералогией материнской породы [4].

Повышенную активность Калия-40 над средними показателями в Омской области и по России обуславливает большое содержание в почвах лесостепи стабильного калия, а следовательно, и его радиоактивного изотопа.

Средние содержания Радий-226 и Торий-232 в почвах превышают средние показатели по Омской области и России, их превышение связано со спецификой почвообразующих пород [6]. Фундамент южной лесостепи имеет сложное строение и состоит из магматических образований (гранитов, диабазов) к которым тяготеет Торий-232, а мощный покров морских осадочных толщ, сложенный океанической корой, способствовал накоплению Радий-226.

Гамма-фон составляет 10 мкР/час, что соответствует естественному радиационному фону.

Заключение

Площадь обследованных земель сельскохозяйственного назначения составили 9049 га.

  1. Содержание ТМ Pb, Cd, Cu, Zn в почвах Казанского СП не превышает ПДК.

В период 2001-2021 гг. концентрация свинца (Pb) уменьшилась на 17,7%; количество кадмия (Cd) в почвах уменьшилось на 50%; содержание меди (Cu) за исследуемый период снизилось на 30,7 %; количество цинка (Zn) снизилось на 15,8%.

Снижение концентрации ТМ в почвах связанно с нехваткой или отсутствием вносимых органических и минеральных удобрений.

  1. В почвах Казанского сельского поселения Любинского района Омской области содержание искусственных и естественных радионуклидов не превышают средние значения по России, превышений гамма-фона не выявлено.
  2. Активность искусственных радионуклидов ниже, чем в среднем по России, но превышают средне областные значения.
  3. Активность естественных радионуклидовпревышает среднероссийские и средние значения по Омской области, что связано со спецификой почвообразующих пород.

Все исследуемые поля пригодны для ведения с/х производства.

Конфликт интересов Не указан. Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

  1. ГОСТ 29269-91. Почвы. Общие требования к проведению анализов. – введ. 1993-07-01. – Москва : Издательство стандартов, 1992. – 4 с.
  2. ОСТ 10070-95. Почвы. Методика определения Sr-90 в почвах сельхозугодий. – введ. 1995-01-01. – Москва : Минсельхозпрод РФ, 1995. – 24 с.
  3. ГОСТ Р 54038-2010. Почвы. Методика определения Cs – 137 в почвах сельхозугодий. – введ. 2012-01-01. – Москва : Стандартинформ, 2019. – 12 с.
  4. Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах / А.П. Виноградов. – 2-е изд., доп. – Москва : Изд-во Акад. наук СССР, 1957.– 238с.
  5. Красницкий В.М. Оценка и прогнозирование техногенного загрязнения почв / В.М. Красницкий // Вестник ОмГАУ. – 1999. – № 2 – С. 31–35.
  6. Красницкий В.М. ФГБУ «ЦАС «Омский». Агроэкологическая характеристика пахотных почв омской области / В.М. Красницкий, А.Г. Шмидт, О.А. Матвейчик // Плодородие. – 2018. – № 5 – С. 42–46.
  7. Минеев В.Т. Агрохимия / В.Т. Минеев. – Москва : Колос, 2004 – 720 с.
  8. Пивоваров Ю.П. Радиационная экология: учеб. пособие / Ю.П. Пивоваров, В.П.Михалев. – Москва : Академия, 2004. – 240 с.
  9. Сердюкова А.Ф. Последствия загрязнения почвы тяжелыми металлами / А.Ф. Сердюкова, Д.А. Барабанщиков // Молодой ученый. – 2017. – № 51(185). – С. 131–135.
  10. Шмидт А.Г. Экологические проблемы АПК Омской области / А.Г. Шмидт, О.А. Матвейчик, В.М. Красницкий// Материалы международной научно-практической конференции, посвященной III Манякинским чтениям: «Зеленая экономика»: риски, выгоды и перспективы с точки зрения устойчивого развития". – Омск, 2014. – С. 419–426.
  11. Щеглов А.И. Биогеохимия техногенных радионуклидов в лесных экосистемах: По материалам 10 – летних исследований в зоне влияния аварии на ЧАЭС / А.И. Щеглов. – Москва : Наука, 2000. – 268 с.
  12. Колесников С.И. Экологические последствия загрязнения почв тяжелыми металлами / С.И. Колесников, К.Ш. Казеев, В.Ф.Вальков. – Ростов на Дону : изд-во СКНЦ ВШ, 2000. – 231 с.

Список литературы на английском языке / ReferencesinEnglish

  1. GOST 29269-91. Pochvy. Obshhie trebovanija k provedeniju analizov. [Soils. General requirements for the fulfilment of analyses]. – introdused 1993-07-01. – Moscow : Publishing house of standarts, 1992. – 4 p. [in Russian]
  2. OST 10070-95. Pochvy. Metodika opredelenija sr-90 v pochvah sel'hozugodij. [Soil. Methods of determination Sr-90 in farmland soils]. – introdused. 1995-01-01. – Moscow : Minsel'hozprod RF, 1995. – 24 p. [in Russian]
  3. GOST R 54038-2010. Pochvy. Metodika opredelenija Cs – 137 v pochvah sel'hozugodij. [Soils. Methods of determination Cs – 137 in farmland soils]. – introdused. 2012-01-01. – Moscow : Standartinform, 2019. – 12 p. [in Russian]
  4. Vinogradov A.P. Geohimija redkih i rassejannyh himicheskih jelementov v pochvah [Geochemistry of rare and scattered chemical elements in soils] / A.P. Vinogradov. – 2-nd ed. – Moscow : Publishing house Akad. nauk SSSR, 1957. – 238 p. [in Russian]
  5. Krasnickij V.M. Ocenka i prognozirovanie tehnogennogo zagrjaznenija pochv [Geochemistry of rare and scattered chemical elements in soils] / V.M. Krasnickij // Vestnik OmGAU [Bulletin of the OmSAU]. – 1999. – №2 – Pp. 31–35. [in Russian]
  6. Krasnickij V.M. FGBU «CAS «Omskij». Agrojekologicheskaja harakteristika pahotnyh pochv omskoj oblasti [Agroecological characteristics of arable soils of the Omsk region] / V.M. Krasnickij, A.G. Shmidt, O.A. Matvejchik // Plodorodie. – 2018. – № 5. – Pp. 42-46. [in Russian]
  7. Mineev V.T. Agrohimija [Agrochemistry] / V.T. Mineev. – Moscow : Kolos, 2004. – 720 p. [in Russian]
  8. Pivovarov J.P. Radiacionnaja jekologija: Ucheb. posobie dlja stud. vyssh. ucheb. Zavedenij [Radiation ecology: Textbook for students. higher. studies. Institutions] / J.P. Pivovarov, V.P. Mihalev. – Moscow : Akademija, 2004. – 240 p. [in Russian]
  9. Serdjukova, A.F. Posledstvija zagrjaznenija pochvy tjazhelymi metallami [Consequences of soil contamination with heavy metals] / A.F. Serdjukova, D.A. Barabanshhikov // Molodoj uchenyj. – 2017. – № 51(185). – Pp. 131-135. [in Russian]
  10. Shmidt A.G. Jekologicheskie problemy APK Omskoj oblasti [Environmental problems of the agro-industrial complex of the Omsk region] / A.G. Shmidt, O.A. Matvejchik, V.M. Krasnickij, // Materialy mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii, posvjashhennoj III Manjakinskim chtenijam: «Zelenaja jekonomika»: riski, vygody i perspektivy s tochki zrenija ustojchivogo razvitija" [Materials of the international scientific and practical conference dedicated to the III Manyakin readings: "Green Economy": risks, benefits and prospects from the point of view of sustainable development"]. – Omsk, 2014. – 419-426. [in Russian]
  11. Shheglov A.I. Biogeohimija tehnogennyh radionuklidov v lesnyh jekosistemah: Po materialam 10 – letnih issledovanij v zone vlijanija avarii na ChAJeS [Biogeochemistry of technogenic radionuclides in forest ecosystems: Based on the materials of 10-year studies in the zone of influence of the Chernobyl accident] / A.I. Shheglov. – Moscow : Nauka, 2000. – 268 p. [in Russian]
  12. Kolesnikov S.I. Jekologicheskie posledstvija zagrjaznenija pochv tjazhelymi metallami [Environmental consequences of soil pollution by heavy metals] / S.I. Kolesnikov, K.S. Kazeev, V.F. Val'kov. – Rostov na Donu : Publishing house SKNC VSh, 2000. – 231 p. [in Russian]