Scientific journal

Scientific Review. Biological science

ISSN 2500-3399

ПИ №ФС77-57454

Введение

В настоящее время деградация почв вследствие промышленной деятельности становится все более распространенным явлением в глобальном масштабе. Поэтому комплексное изучение состояния загрязнения почв, выявление загрязняющих факторов и источников является одной из актуальных задач обеспечения экологической устойчивости, поскольку почва является ключевым компонентом биосферы и важным ресурсом, обеспечивающим питание всех живых организмов.

В мире проведено множество исследований по изучению и предотвращению загрязнения окружающей среды и почв промышленными предприятиями. В частности, были проведены исследования по изучению состояния загрязнения почв, вызванного техногенными факторами, такими как горнодобывающая промышленность и металлургия, тепловые электростанции и заводы по переработке металла, в промышленно развитых странах – России, Китае, Японии, Украине и Корее. Поэтому важно оценивать уровень загрязнения почв вокруг промышленных объектов, выявлять основные источники и факторы загрязнения, оценивать техногенные изменения почв и разрабатывать соответствующие технологии рекультивации. В районах с высоким уровнем индустриализации наблюдаются высокие концентрации тяжелых металлов в атмосферном воздухе. Такие сложные вредные вещества, в частности аэрозольные частицы, через дыхательную систему человека проникают в ткани легких и далее в кровеносную систему. Это приводит к ряду биологических нарушений в организме, создавая основу для развития различных соматических и хронических заболеваний [1]. На этом основании можно сделать вывод, что тяжелые металлы и связанные с ними токсичные элементы поглощаются растениями через почвенную среду, а затем через пищевую цепь воздействуют на организм человека, представляя угрозу его здоровью [2]. В связи с этим загрязнение почв тяжелыми металлами считается одной из наиболее актуальных проблем среди современных экологических угроз [3].

Оксиды тяжелых металлов, выбрасываемые промышленными предприятиями Краснодарского края Российской Федерации, оказывают негативное воздействие не только на почвенную экосистему, но и на общее состояние здоровья человека. Согласно статистике Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), проблемы со здоровьем среди населения мира, обусловленные неблагоприятными факторами окружающей среды, составляют в среднем от 25 до 33 % [4].

Горнодобывающая промышленность в процессе своей деятельности оказывает прямое и косвенное негативное воздействие на все основные компоненты природной среды – атмосферу, гидросферу, биосферу и литосферу. В частности, техногенные отходы, образующиеся при добыче и переработке полезных ископаемых, приводят к морфологическим и структурным изменениям природных ландшафтов. Кроме того, в результате интенсивной горнодобывающей деятельности нарушаются физико-химические свойства почвенного покрова, снижается численность полезных микроорганизмов, а образующиеся вредные элементы накапливаются в тканях доминирующих на данной территории видов растений через их корни и листья. Это, в свою очередь, серьезно подрывает экологическую устойчивость почвы и приводит к резкому снижению флористического разнообразия [5].

В промышленно развитых странах, таких как США, Германия, Китай и Япония, в результате открытой добычи и металлургической переработки полезных ископаемых в поверхностном слое почвы на глубине 0–20 см обнаружены высокие концентрации таких элементов, как Pb, Zn, Ni, Mn, Ba, As, Hg, Mo, Cr, Sr, V, Co, Cu, F, Al, Li, Be, Ag, Ti, Cd, Se, Sn, Tl, Bi, Na, K, S, Cl. Наблюдается значительное увеличение содержания тяжелых металлов и других вредных компонентов, особенно в районах, близких к промышленным объектам [6].

В результате научно-практических исследований, проведенных в Китае, была оценена степень загрязнения тяжелыми металлами педоэкосистем, сформированных под воздействием промышленной деятельности. В ходе исследований количественное содержание тяжелых металлов было определено в пробах почв, отобранных на 402 промышленных объектах [7]. Кроме того, в почвах промышленных зон обнаружено наличие потенциально токсичных элементов, таких как Pb, Zn, Tl, Cd, Cu, As, Ag, Co, Cr и Ni, причем содержание некоторых компонентов превышало предельно допустимые значения (ПДК – предельно допустимые концентрации) [8]. В почвах, сформированных под влиянием горнодобывающей, металлургической и металлообрабатывающей промышленности в западных регионах России, отмечено высокое содержание тяжелых металлов. Это привело к значительному сокращению численности полезных микробных сообществ в почве и значительному снижению агроэкологической продуктивности [9]. При изучении уровня антропогенного воздействия на эдафические слои и экосистему в целом вокруг крупного фосфатного химического промышленного центра в Китае было установлено, что это воздействие было существенно распределено в радиусе до 2500 м. В результате деятельности этого промышленного комплекса состав почвы был загрязнен не только фторидами, но и токсичными элементами тяжелых металлов, такими как свинец [10].

В ряде научных исследований были глубоко проанализированы экологические проблемы, возникающие в окружающей среде, и основной причиной их является увеличение вредных химических форм органического вещества. В то же время одним из негативных воздействий техногенных производственных объектов в микрополитических районах на биофизическую среду было определено снижение плодородия почвы из-за попадания вредных химических компонентов в почвенные ресурсы [11]. Микропластиковые отходы являются одним из негативных воздействий современных производственных предприятий, которые считаются одним из основных источников загрязнения, ухудшающего физические свойства почвы, такие как воздухо- и водопроницаемость [12]. Для оценки почвенных ресурсов вокруг нескольких промышленных объектов, расположенных в городе Линьань, Китай, было изучено 188 образцов почвы. Результаты исследования показали, что количество экологически опасных элементов, таких как Cd, Cu, Zn, Pb, Ni и Cr, в почве было выше нормы, и было определено, что они напрямую связаны с промышленной деятельностью. Также было замечено, что высокие концентрации этих тяжелых металлов приводят к изменению морфологической структуры растений [13].

Кроме того, многие научные исследования зафиксировали случаи накопления тяжелых металлов в культурных и дикорастущих растениях, произрастающих вблизи промышленных объектов. В частности, было убедительно доказано, что такие металлы, как Ag, Al, As, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, Tl, V, Zn, поглощаются листьями и зернами кукурузы [14]. Влияние на почвенную среду вредных химических веществ, выбрасываемых промышленными предприятиями, широко изучалось. Установлено, что эти отходы оказывают неблагоприятное воздействие на организмы через почву. Кроме того, наблюдалась циркуляция тяжелых металлов и других вредных химических соединений через почву [15].

Ряд ученых отметили изменение показателя pH в почвах, расположенных вблизи промышленных и производственных предприятий, в сторону кислотности. В то же время отходы в почве стали причиной снижения способности растений усваивать минеральные удобрения, такие как азот, фосфор и калий [16].

Цель исследования – анализ изменений экологического состояния почв Сариасийского, Узунского и Денауского районов Сурхандарьинской области под влиянием тяжелых металлов.

Материалы и методы исследования

В ходе полевых работ были выполнены следующие работы:

‒ сбор общих данных о почвах исследуемой территории;

‒ выявление источников и факторов загрязнения почв исследуемой территории;

‒ отбор проб почв для лабораторного изучения их химического состояния;

‒ определение содержания тяжелых металлов в почве. Масс-спектральный анализ проводился в Центральной лаборатории АО «Узбекгеологоразведочная компания» Министерства горного дела и геологии Республики Узбекистан по методике выполнения измерений (МВИ) УзОУ 0677:2015 (МВИ № 499-АЭМ/МС), разработанной в России и утвержденной в Узбекистане.

Результаты исследования и их обсуждение

В настоящее время в результате бурного развития промышленности и расширения интенсивной сельскохозяйственной деятельности в глобальном масштабе в почвенной среде накапливаются различные загрязняющие вещества, в частности тяжелые металлы. Это приводит к существенным изменениям в структуре и функционировании агроэкосистем и фитоценозов, способствуя возникновению глобальных экологических проблем. Поэтому одной из актуальных задач является оценка эколого-санитарного состояния системы «почва – растение», разработка биологических методов, направленных на снижение фитотоксичности почв, загрязненных тяжелыми металлами, ограничение миграции тяжелых металлов из почвы через растения, а также разработка научно обоснованных подходов, направленных на производство экологически безопасной сельскохозяйственной продукции.

Степень загрязнения, продолжительность и структурные особенности почв исследуемой территории анализировались с использованием комплексного подхода. Как было отмечено выше, в результате разнообразия загрязняющих факторов типы образующихся в составе почв химических элементов и их воздействие на почвенную систему существенно различались. Следы загрязнения, обнаруженные в почвенном слое, были связаны с различными химическими компонентами в зависимости от масштаба и характера воздействия, а в некоторых из них наблюдались случаи превышения предельно допустимых значений (ПДК). Результаты данного научного наблюдения подробно представлены в таблице. В данном исследовании изучалось воздействие Таджикской алюминиевой компании (ТАК) на типичные орошаемые и светлоокрашенные почвы, распространенные в Сариасийском, Узунском и Денауском районах Сурхандарьинской области, которые и были объектом исследования.

Химическое загрязнение типичных и светлых орошаемых почв Сариасийского, Узунского и Денауского районов Сурхандарьинской области

В ходе исследований было установлено, что некоторые элементы в составе почвы увеличились от ПДК под влиянием различных химических соединений, поступающих с Таджикского алюминиевого завода. В частности, почва, взятая с расстояния 16 км от Таджикской алюминиевой компании, содержала V 180, Co 11,0, Zn 185, As 25,0, Cd 0,13, Sb 8,20, Pb 44,0; почва, взятая с расстояния 24 км от Таджикской алюминиевой компании, содержала V 175,0, Co 13,0, Zn 150, As 16,0, Cd 0,25, Sb 7,40, Pb 35,0; почва, взятая с расстояния 30 км от Таджикской алюминиевой компании, содержала V 161,0, Co 7,0, Zn 123, As 5,0, Cd 0,16, Sb 5,30, Pb 31,0; почва, взятая с расстояния 38 км от Таджикской алюминиевой компании, содержала V 156,0, Zn 108, As 3,0, Cd 0,11, и все вышеперечисленные химические элементы в составе почвы, распределенные на этих расстояниях, превышали предельно допустимые концентрации. В приведенной выше таблице наблюдается уменьшение содержания химических элементов в составе почвы по мере удаления от Таджикской алюминиевой компании. Это напрямую объясняется воздействием вредных химических соединений, выбрасываемых данным предприятием.

Заключение

Проведенные анализы выявили, что в результате деятельности Таджикской алюминиевой компании в окружающей среде, в частности на орошаемых почвах Сариасийского, Узунского и Денауского районов Сурхандарьинской области, обнаружено превышение предельно допустимых значений ряда тяжелых металлов и вредных химических элементов. В частности, такие элементы, как ванадий (V), кобальт (Co), цинк (Zn), сурьма (Sb), мышьяк (As), кадмий (Cd) и свинец (Pb), концентрируются в почве в высоких концентрациях, и наблюдается четкое уменьшение их количества по мере удаления от Таджикской алюминиевой компании. Это означает, что воздействие отходов, выбрасываемых в результате деятельности Таджикской алюминиевой компании, уменьшается пропорционально территориальному расстоянию. Это подтверждает, что вредные соединения, выбрасываемые предприятием, оказывают прямое и существенное воздействие на почвенную среду. Масштабное и устойчивое загрязнение может привести к нарушению биологических процессов в агроэкосистеме, фитоценозах и системе почва – растение, а также к снижению эколого-агрономического качества почв. Поэтому систематический мониторинг уровня загрязнения почв тяжелыми металлами в данном регионе, оценка изменений в фитосистемах и внедрение биологических, агротехнических и природоохранных мероприятий, направленных на снижение токсического воздействия, имеют большое научное и практическое значение.