1. Введение

Особое внимание на сегодняшний день уделено проблемам восстановления нарушенных земель. Под нарушенными понимаются земли, утратившие хозяйственную ценность или загрязняющие окружающую среду в результате производственной деятельности, природных катаклизмов или других воздействий, например, карьеры, отвалы, свалки, эрозия и техногенные провалы. Их рекультивация — восстановление в состояние, пригодное для их использования, в том числе путем устранения последствий загрязнения почвы, является обязательным процессом.

В России нарушенные земли характерны для всех категорий земель — более 40% составляют земли промышленности, а нарушенные земли сельскохозяйственного назначения составляют 19,1%, что определяет потери сельского хозяйства

[1][2]

Одним из крупнейших аномальных источников загрязнения почв тяжелыми металлами является промплощадка бывшего аккумуляторного завода «Востсибэлемент», расположенная в природно-техногенном комплексе района верхней части Братского водохранилища МО «г. Свирск» Иркутской области. На промплощадке бывшего аккумуляторного завода «Востсибэлемент», площадью 33 га находятся развалины цехов (более — 100 тыс. куб. м.), загрязненный техногенный почвогрунт (110 тыс. куб. м) и неустановленные отходы (около 20 тыс. куб. м.). При этом превышение ПДК в почве по подвижным формам меди составило более 80 ПДК, цинка более 20 ПДК, а основного токсичного компонента — свинца — в более чем 1500 ПДК

[3]

Таким образом, крайне актуальной задачей является поиск способов рекультивации почв, загрязненных аномально высокими концентрациями тяжелых металлов. Одним из таких способов может являться использование вымороженных лигнинсодержащих осадков целлюлозно-бумажной промышленности в качестве сорбентов в отношении тяжелых металлов с целью их иммобилизации

[4]

2. Методы и принципы исследования

С апреля по ноябрь 2025 г. аккредитованной лабораторией экологического мониторинга природных и техногенных сред ФГБОУ ВО «ИРНИТУ» совместно с администрацией МО «г. Свирск» были выполнены опытно-промышленные испытания рекультивации нарушенных земель промплощадки бывшего аккумуляторного завода «Востсибэлемент» с использованием почвогрунта-сорбента, полученного из отходов ОАО «Байкальский ЦБК»

[4][4]

– обработка полученным почвогрунтом-сорбентом в соотношении 1:0,1 (П);

– обработка раствором гумата (1:0,05) (Г);

– совместная обработка полученным почвогрунтом-сорбентом и гуматами в соотношения 10:1:0,2 (П+Г).

Также, на контрольные и обработанные деляны высаживалось просо посевное (

Определение валовых форм металлов в загрязненном почвогрунте и золе растений осуществлялось согласно методики ПНД Ф 16.1:2.3:3.11-98 «Количественный химический анализ почв. Методика выполнения измерений содержания металлов в твердых объектах методом спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой». Определение подвижных форм металлов в почве осуществлялось согласно ПНД Ф 16.1:2.3:3.50-08 «Количественный химический анализ почв. Методика выполнения измерений массовых долей подвижных форм металлов (цинка, меди, никеля, марганца, свинца, кадмия, хрома, железа, алюминия, титана, кобальта, мышьяка, ванадия) в почвах, отходах, компостах, кеках, осадках сточных вод атомно-эмиссионным методом с атомизацией в индуктивно-связанной аргоновой плазме».

Для оценки динамики поглощения растениями тяжелых металлов использовался коэффициент биологического поглощения (КБП), который показывает, во сколько раз содержание элемента в золе растения больше, чем в подстилающей его косной среде (почва, техногенно преобразованный грунт, горная порода)

[5][6][7]

– первая группа — элементы энергичного накопления (КБП = 10–100);

– вторая группа — сильного накопления (КБП = 1–10);

– третья группа — слабого накопления и среднего захвата (КБП = 0,1–1);

– четвертая группа — элементы слабого и очень слабого захвата (КБП = 0,001–0,1).

На основе значений КБП для количественного выражения общей способности растений к концентрированию тяжелых металлов рассчитывали биогеохимическую активность (БХА), которая показывает суммарную степень поглощения всех определяемых в растении химических элементов, т.е. насколько активно растение поглощает химические элементы из почвы и рассчитывается как сумма КБП по всем исследуемым элементам.

Для установления специфики растений в поглощении тяжелых металлов также рассчитывали коэффициент биогеохимической подвижности (КБХП) (индекс аккумуляции – количественный показатель перехода химических элементов из почвы в растение), который точнее отражает реальную биодоступность элементов и определяется как отношение содержание элемента в золе растений к содержанию подвижных форм данного элемента в почве. Для расчета фоновых значений КБП и КБХП была отобрана фоновая проба почвы, не подверженная воздействию источников загрязнения, на которой также был выращен просо посевное.

3. Основные результаты

В табл. 1 приведены полученные результаты по содержанию тяжелых металлов в исследуемых объектах — участок № 1 (У-1), участок № 2 (У-2) и золе растений, а также в фоновой пробе почвы (Ф).

Также в таблице приведены значения КБП, БХА, КБХП и ΣКБХП с указанием рядов содержания металлов.

Как видно из таблицы 1, наиболее загрязненным является участок № 1 с превышением свинца до 1335 ОДК, меди 18,4 ОДК, никеля 7,4 ОДК, цинка 5,0 ОДК. Участок № 2 также существенно загрязнен тяжелыми металлами — свинца до 45 ОДК, цинка 3,7 ОДК, никеля 2,4 ОДК, меди 1,7 ОДК. При этом ряд содержания металлов в фоновой почве имеет следующий вид Fe>Mn>Cr>Zn>Cu>Ni>Pb, что является типичным распределением для незагрязненных почв. Для загрязненных участков № 1 и № 2 ряд содержания металлов имеет следующий вид: Fe>Pb>Mn>Cr>Cu>Zn>Ni и Fe>Pb>Mn>Zn>Cr>Cu>Ni соответственно, что говорит об аномально высоком в них содержании свинца. При этом содержание свинца в золе растений превышает фоновые значения на участках № 1 и № 2 в 554 и 111 раз соответственно, меди в 8,9 и 9,6 раз соответственно, цинка в 9,7 и 10,4 раз соответственно, никеля в 18,3 и 8 раз соответственно, хрома в 9,6 и 2,4 раз соответственно.

Как видно из таблицы 1, значение БХА участка № 2 в 3,5 раза выше фонового, что говорит об активном поглощении растениями тяжелых металлов, содержащихся в почвогрунтах участка № 2. При этом относительно низкое значение БХА участка № 1 может говорить о том, что на данном участке ввиду аномального содержания тяжелых металлов срабатывают биохимические защитные механизмы, которые снижают избыточное поступление ТМ в растения, что подтверждается исследованиями различных авторов

[8][9][10]

Как видно из таблицы 1, элементом сильного накопления (КБП > 1) в загрязненных почвогрунтах является цинк, а также медь на участке № 2. По содержанию подвижных форм тяжелых металлов, как и в случае с валовым содержанием, наиболее загрязненным является участок № 1 с превышением свинца 4883 ПДК, меди до 94,7 ПДК, никеля до 6,5 ПДК, цинка до 5,1 ПДК. Участок № 2 также существенно загрязнен подвижными формами свинца — до 103 ПДК. При этом ряд содержаний подвижных форм тяжелых металлов фоновой пробы (Fe>Mn>Zn>Pb>Cu>Cr>Ni) имеет типичное распределение содержания металлов, тогда как в исследуемых загрязненных почвогрунтах наблюдается несвойственное почвам нахождение свинца в начале ряда.

Как видно из таблицы 1, в ряду КБХП, как в фоновой пробе, так и в загрязненных почвогрунтах свинец находится в конце ряда и значения КБХП по свинцу в загрязненных пробах участка № 1 и №2 значительно ниже значений КБПХ фоновой почвы — в 56,7 и 6,3 раз соответственно. Это может быть объяснено тем, что растения вырабатывают барьерные механизмы, препятствующие высокому поглощению и дальнейшему накоплению тяжелых металлов, особенно таких особо токсичных, как свинец в своей наземной части. Так как почвогрунт участка № 1 значительно загрязнен тяжелыми металлами, то наблюдается схожая с КБП картина — значение ΣКБХП участка даже ниже ΣКБХП фона за счет барьерной защиты растений. Аналогичные результаты были получены другими авторами

[8][9][10]

В ранее проведенных исследованиях, авторами было установлено, что для аномально загрязнённых участков целесообразно предварительное применение воздушной сепарации тонкодисперсных частиц металлического свинца, содержание которого в почвогрунте достигает более 5%

[11][4]

В табл. 2 приведены результаты по расчету КБП и КБХП на делянах участка № 2 после их рекультивации обработкой тремя различными способами: 1 — обработка полученным почвогрунтом-сорбентом в соотношении 1:0,1 (П), 2 — обработка раствором гумата (1:0,05) (Г), 3 — совместная обработка полученным почвогрунтом-сорбентом и гуматами в соотношения 10:1:0,2 (П+Г).

Как видно из таблицы 2, наименьшее значение БХА наблюдается на деляне, совместно обработанной полученным почвогрунтом-сорбентом и гуматами (П+Г). Также наблюдается снижение концентрации свинца в золе растений участка № 2 до и после рекультивации в 2,1 раз, меди в 1,3 раза, цинка в 1,8 раз. Наименьшее значение ΣКБХП наблюдается на деляне, обработанной полученным почвогрунтом-сорбентом и гуматами (П+Г), которое снижается в 2,1 раза, а содержание подвижного свинца снижается в 5,9 раз, что говорит о его эффективной иммобилизации. Так же как и в случае с КБП наблюдается резкое увеличение КБХП при использовании для рекультивации только одного гумата.

На рис. 2 представлена гистограмма значений КБП почвогрунтов участка № 2 до и после рекультивации.

Также была проведена оценка средней массы растений, выращенных на деляне участка № 2 до и после рекультиваци. Для нерекультивированной деляны (контроль) средняя масса наземной части одного растения составила 0,19 г, для деляны с почвогрунтом-сорбентом — 1,13 г, для деляны почвогрунт-сорбент + гуматы — 1,63 г, для деляны, обработанной гуматами — 1,91 г. (рис. 3).

4. Заключение

Проведенные исследования выявили, что исследуемые почвогрунты промплощадки бывшего аккумуляторного завода «Востсибэлемент» — аномально загрязненный тяжелыми металлам почвогрунт третьего класса опасности (участок № 1) и почвогрунт со средней степенью загрязнения тяжелыми металлами четвертого класса опасности (участок № 2) имеют следующий ряд содержания металлов: Fe>Pb>Mn>Cr>Cu>Zn>Ni и Fe>Pb>Mn>Zn>Cr>Cu>Ni соответственно, что говорит об аномально высоком в них содержании свинца. Содержание свинца в золе растений превышает фоновые значения на участках № 1 и № 2 в 554 и 111 раз соответственно, меди в 8,9 и 9,6 раз соответственно, цинка в 9,7 и 10,4 раз соответственно, никеля в 18,3 и 8 раз соответственно, хрома в 9,6 и 2,4 раз соответственно, что говорит о миграции тяжелых металлов в биомассу растений. Однако стоит отметить, что БХА почвогрунтов наиболее загрязненного участка ниже фонового, что, предположительно, связано с барьерной функцией, которая блокирует высокое поступление тяжелых металлов в надземную биомассу растений, т.е. растения вырабатывают механизмы устойчивости к накоплению тяжелых металлов. БХА и ΣКБХП участка № 2 превышает фоновые в 3,5 и 8,8 раз соответственно.

После проведения опытно-промышленных испытаний по рекультивации посредством обработки загрязненных участков различными было установлено, что наименьшее значение БХА наблюдается на деляне, обработанной полученным почвогрунтом-сорбентом и гуматами, сопровождающееся снижением концентрации свинца в золе растений по сравнению с исходным почвогрунтом участка № 2 в 2,1 раз, меди в 1,3 раза, цинка в 1,8 раз. Исследования показали, что наиболее оптимальным является рекультивация почвогрунтов со средней степенью загрязнения тяжелыми металлами посредством их совместной обработки полученным почвогрунтом-сорбентом и гуматами в соотношения 10:1:0,2, что позволяет значительно снизить степень подвижности тяжелых металлов, их поступление и накопление в биомассе растений, а также увеличить биомассу растений без снижения их защитной барьерной функции.

The additional file for this article can be found as follows: