І В Давидова, В Б Логгінов - Зміна фізико-хімічних властивостей лісових ґрунтів та стану насаджень - страница 1

Страницы:
1 

ВІСНИК ЖДТУ № 4 (47)

Технічні науки

УДК 628.516:622.35

І.В. Давидова, ст. викл. В.Б. Логгінов, д.б.н., проф.

Житомирський державний технологічний університет

ЗМІНА ФІЗИКО-ХІМІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ЛІСОВИХ ҐРУНТІВ ТА СТАНУ НАСАДЖЕНЬ ПІД ВПЛИВОМ ВИКИДІВ ГІРНИЧОДОБУВНИХ ПІДПРИЄМСТВ

Вивчено вміст сполук нітрогену та фізико-хімічні властивості ґрунтів у зоні впливу гірничодобувного підприємства, у складі атмосферних емісій якого переважають оксиди нітрогену, оксид карбону та пил мінеральний. Встановлено, що під впливом забруднення атмосфери у ґрунті значно зростає вміст мінерального нітрогену, а частка органічного нітрогену та вміст гумусу зменшується.

Вступ. Одним із невід'ємних факторів впливу розробки нерудних кар'єрів є значне забруднення атмосферного повітря у процесі виробничої діяльності. Це питання вивчається вже досить давно. Багато наукових робіт присвячено питанням аерології кар'єрного простору, розглядається склад кар'єрної атмосфери, основні джерела її забруднення та швидкість винесення пилу і шкідливих газів за межі кар'єру. Однак атмосфера є лише проміжною ланкою для пилових викидів та аерозолів перед надходженням їх на ґрунтову поверхню, фітоценози та до відкритих водойм. Тому однією із складних і не до кінця вирішених задач є оцінка трансформації ґрунтових систем під впливом пилу та газів, що надходять до атмосфери від гірничодобувних підприємств, кількість та характер яких визначається прийнятою технологією видобування.

Матеріали та методи. Метою даної роботи є дослідження зміни фізико-хімічних властивостей ґрунтового покриву техногенної аномалії, яка сформувалась у зоні впливу кар'єру з видобутку щебеневої продукції, у складі атмосферних емісій якого переважають оксиди нітрогену, оксид карбону та мінеральний пил. Дослідження проводились на прикладі ВАТ «Малинський каменедробильний завод» (один із найбільш потужних виробників буто-щебеневої продукції у регіоні). Підприємство розташоване поряд із вологими сосновими суборами, типовими для регіону досліджень.

Дослідження аеротехногеного впливу на ґрунти лісових екосистем базувалися на методах порівняльної екології та проводилися шляхом порівняння різних ступенів змін ґрунтів (у просторі) з контролем. Для цього було закладено пробні площі (ЇДІ) на різному віддаленні від джерела забруднення, що дозволяє визначити протяжність техногенної аномалії.

Емісії кар'єру спричинили зміни напрямків основних ґрунтових процесів, що негативно позначилось на лісорослинних властивостях ґрунту. Виділення техногенної аномалії навколо кар'єру можна зробити за вмістом нітратної, нітритної та амонійної форм нітрогену, які у зоні сильного забруднення (поблизу кар'єру) можуть досягати 17 % від вмісту загального нітрогену. Простежується чітка закономірність у зменшенні кількості цих форм нітрогену при віддаленні від джерела емісії (табл. 1). В усіх виділених ПП зони забруднення вміст амонійного, нітратного і нітритного нітрогену у ґрунті вищий, ніж в ґрунті фонової (контрольної) ділянки.

Таблиця 1

Вміст різних форм сполук нітрогену у дерново-підзолистих ґрунтах вологого субору

Відстань від кар'єру,

NH4+

NO3-

NO2-

сума мін. форм нітрогену

N, %

км

мг/100 г повітряно-сухого ґрунту

0,5

11,7

8,37

0,71

20,78

0,12

1

8,18

5,61

0,29

14,08

0,08

2

6,15

3,55

0,12

9,82

0,06

4

6,06

2,18

0,10

8,34

0,07

8

5,98

1,74

0,10

7,82

0,08

20 (К)

5,94

1,43

0,09

7,46

0,09

Так, вміст амонійного нітрогену у найбільш забрудненій зоні перевищує фоновий рівень майже у 2 рази, нітратного - майже у 6 разів, нітратного майже у 8 разів. Загалом, сума мінеральних форм нітрогену зросла з 7,46 мг/100 г повітряно-сухого ґрунту на контролі до 20,78 мг/100 г на відстані 500 м від межі кар'єрного поля (більше, ніж у 2,5 раза). Вміст загального нітрогену має деякі відмінності від його мінеральних форм. Так, вміст загального нітрогену в едатопах на відстані 2-4 км від кар'єру на 20­30 % нижче, ніж в зональному ґрунті, поблизу кар'єру (0,5 км) - більше, ніж на 30 %. Це можна пояснити

© І.В. Давидова, В.Б. Логгінов, 2008 243як більш високим вмістом гумусу у зональному грунті, так і збільшенням вмісту рухомих форм нітрогену у ґрунті зони забруднення.

У ґрунті техногенної геохімічної аномалії азот представлений так само, як у зональному ґрунті, двома основними групами: мінеральними і органічними сполуками. Було розраховано коефіцієнти трансформації загального азоту у мінеральний (N заг./N мін.). Проаналізувавши відношення загального нітрогену до його мінеральної форми, можна зробити висновок про значні зміни у кількості нітрогену тих форм, що визначалися. Поблизу кар'єру співвідношення загального азоту до мінерального складає близько 6:1 відповідно (табл. 2). Фонове співвідношення - 13:1.

Таблиця 2

Ступінь мінералізації нітрогену у дерново-підзолистих ґрунтах вологого субору

Відстань від кар'єру, км

N загальний / N мінеральний, ум.од

0,5

5,77

1

5,68

2

6,10

4

8,39

8

10,23

20 (К)

12,60

Дане явище викликане двома різнонаправленими процесами: збільшення частки мінерального нітрогену за рахунок надходження техногенних емісій із атмосфери до ґрунтового середовища та зменшення частини органічного нітрогену у зв'язку із уповільненням процесу нітрифікації. Вміст органічної форми нітрогену прямо пропорційно пов'язаний із кількістю гумусу, до складу якого і входить більша частина цих сполук. Якщо для едатопів техногенної аномалії характерне зменшення вмісту гумусу у 2,3 раза (табл. 3), то закономірно, що зменшується частка органічного нітрогену у ґрунті. Загалом вміст гумусу у лісових грунтах на всіх 1111 низький. З наближенням до техногенної зони кар'єру він понижується до 0,96 % проти 2,26 % на контролі.

Крім вмісту гумусу трофність лісових грунтів було оцінено за вмістом валових та рухомих форм NPK, гранулометричним складом. Ці показники пов'язані з генезисом грунтів та є досить стійкими до різноманітних короткочасних впливів ззовні, але їх оцінка необхідна як відправна точка грунтових досліджень. Лісові грунти району досліджень у цілому характеризуються низьким вмістом поживних речовин (табл. 3).

Таблиця 3

Вміст гумусу, валових (%) та рухомих (мг/100г) форм NPK у дерново-підзолистих грунтах вологого субору

Відстань від кар'єру, км

N          NH4          P          P2O5          K K2O

Гумус

 

%       мг/100г       %       мг/100г       % мг/100г

%

0,5

0,12         11,7         0,04         3,84        0,04 6,14

0,96

1

0,08         8,18         0,03         4,39        0,05 8,74

1,24

2

0,06        6,15         0,04         5,19        0,04 9,17

1,57

4

0,07        6,06         0,06        4,99        0,06 9,39

1,85

8

0,08         5,98         0,04         5,14        0,05 9,64

2,09

20 (К)

0,09         5,94         0,04         5,23         0,04 9,95

2,26

У грунтах зони техногенного навантаження визначали рухомі форми сполук NPK. Концентрація доступних для рослин форм грунтового нітрогену на найближчій до кар'єру ділянці (0,5 км) перевищувала фонову майже у 2 рази, що можна пояснити флуктуацією сполук мінерального азоту у просторі, які відзначаються значною мобільністю.

Для грунтів різних зон забруднення є характерним зменшення забезпеченості сполуками калію і фосфору при наближенні до джерела техногенного забруднення. Так, вміст рухомого калію у грунтах техногенної зони зменшувався до 6,14 мг/100 г грунту при фоновому значенні 9,95 мг/100 г. Зменшення вмісту рухомого фосфору (скоріше за все у вигляді HP2O52-) у грунтах техногенної зони пов'язано із їх підкисленням.

Вміст валових форм калію та фосфору у верхньому горизонті - низький, що характерно для глинисто-піщаних дерново-опідзолених грунтів, та відносно рівний. Деяка варіабельність відзначається для калію, однак, достовірної залежності щодо впливу гірничодобувного підприємства на вміст валового калію не доведено.

На значній відстані від джерела емісій вміст фосфору та нітрогену змінюється досить хаотично. Однак поблизу кар'єру спостерігається деяке збільшення нітрогену. Кількість загального нітрогену у грунтах напряму пов'язана із гумусоутворенням.

У функціонуванні практично всіх геохімічних процесів у грунтах значна роль належить таким фізико-хімічним властивостям, як гранулометричний склад, забезпечення вологою, поглинаюча здатність, кислотність і буферна здатність. За цими показниками грунти дослідженої техногенної аномалії суттєво відрізняються від фонових. Згідно з даними таблиці 4, досліджені едатопи зон забруднення за гранулометричним складом можна віднести до пилувато-піщаних супісів, а фонові ділянки - до середньосуглинистих мулувато-пилуватих.

Таблиця 4

Гранулометричний склад дерново-підзолистих ґрунтів вологого субору

Відстань від кар'єру, км

Вміст фракцій, %; розмір частинок, мм

 

1,00-0,25

0,25-0,05

0,05-0,001

0,01-0,005

<0,005

0,5

0,70

67,70

26,85

3,12

1,63

1

2,39

67,60

24,09

2,85

3,07

2

1,39

68,67

23,50

3,37

3,07

4

1,89

67,66

23,14

4,04

3,27

8

2,07

66,54

22,92

4,98

3,49

20 (К)

2,41

65,30

22,66

5,83

3,80

Зменшення кількості фізичної глини у грунтах зон забруднення призводить до зниження водоутримуючої здатності грунтів і сприяє підвищенню швидкості міграції токсичних речовин через ґрунтовий шар. Як правило, збільшення долі фізичного піску сприяє підвищенню водопроникності грунтових шарів, що при дефіциті вологи (спричиненому воронкою депресії в зоні впливом кар'єру) і більш високих температурах призводить до її швидкого висушування. Якщо атмосферна волога, що просочується за межі грунтової товщі, не досягає рівня грунтових вод, то забруднювачі накопичуються нижче кореневмісного шару і виводяться із біологічного кругообігу і подальшої водної міграції; відбувається їх природне захоронення. Висока забезпеченість вологою грунтових шарів і їх гарна водопроникність сприяє її швидкому просочуванню через грунтовий шар до водоносних горизонтів і забрудненню грунтових вод токсикантами. Все це обумовлює певний механізм дії фільтраційно-сорбційного геохімічного бар'єру.

Зміна фізико-географічних властивостей едатопів призводить до специфічного функціонування окисно-відновлювальних, кислотно-основних, фільтраційно-сорбційних геохімічних бар'єрів на шляху нітрогенвмісних потоків атмогеохімічної аномалії, що досліджується. Так зменшення частки фізичної глини у грунті зон сильного забруднення призводить до збільшення водопроникності грунтів і в умовах достатнього зволоження сприяють проникненню токсичних речовин у грунтові води і їх забрудненню. Найбільшу небезпеку у цьому відношенні створюють нітратні сполуки, оскільки NO3- ні фізично, ні фізико-хімічно, ні хімічно практично не поглинаються грунтом і тому може швидко переміщуватись з опадами по супіщаному профілю. Надходження нітрогенвмісних речовин з техногенними потоками тривалої дії призводить до вичерпування буферної здатності грунтів та до подальшої їх міграції у водоносні горизонти. Це явище досить небезпечне, оскільки грунтові води (забруднені нітратами) за рахунок порушення гідрологічного режиму в процесі розробки кар'єру, надходять до кар'єрного водовідливу, а далі - і до природних водойм.

Висновки. На основі проведених досліджень можна констатувати, що викиди гірничодобувних підприємств здійснюють вплив на значні території, призводять до трансформації грунтів, змінюючи їх фізико-хімічні характеристики, включаючи родючість. Із промислових викидів грунт поглинає нітрогенвмісні сполуки, що призводить до накопичення у ньому мобільних неорганічних форм нітрогену. У свою чергу, це викликає погіршення фізико-хімічних і біологічних властивостей грунту, посилення деградації грунтових компонентів. Негативний вплив високих доз сполук нітрогену у вигляді нітратів і нітритів не обмежується лише грунтом, а може перетворюватись у фактор забруднення гідросфери (за рахунок вимивання цих сполук у водойми) і тропосфери (у результаті утворення токсичних газоподібних продуктів - NH3 і NOX).

ЛІТЕРАТУРА:

1. Бересневич П.В. Исследования загрязнения атмосферы карьеров при массовых взрывах и пути ее снижения: Сборник // Взрывное дело. - М.: Недра, 1977.

2. Михайлов А.М. Охрана окружающей среды на карьерах: Учебн. пособие. - Н.: Выща школа. 1990. - 264 с.

3. Справочник по борьбе с пылью в горнодобывающей промышленности. / Под ред. А.С. Кузмича.

- М.: Недра, 1982. - 240 с.

4. Малышева Н.А., Сиренко В.Н. Технология разработки месторождений нерудных строительных материалов. - М.: Недра, 1977. - 392 с.

ДАВИДОВА Ірина Володимирівна - старший викладач кафедри геотехнологій ім. проф. Бакка М.Т. Житомирського державного технологічного університету. Наукові інтереси:

- вибухові роботи;

- екологія.

Тел. 37-21-45 (роб), 8-067-183-22-83 е-таі1:7Іи.есо@гатЬ1ег.пі

ЛОГГІНОВ  В'ячеслав  Борисович - доктор  біологічних  наук,  професор  кафедри екології Житомирського державного технологічного університету Наукові інтереси:

- геоботаніка;

- екологія.

Подано 10.11.2008

Давидова І.В., Логгінов В.Б. Зміна фізико-хімічних властивостей лісових грунтів та стану насаджень під впливом викидів гірничовидобувних підприємств

Давидова И.В., Логгинов В.Б. Изменение физико-химических свойств лесных грунтов под влиянием выбросов горнодобывающего предприятия

Davidova I.V., Logginov V.B. The influence of the mining enterprise pollutions to the change of the forest soils physic-mechanical properties

УДК 628.516:622.35

Изменение физико-химических свойств лесных грунтов под влиянием выбросов горнодобывающего предприятия / И.В. Давидова, В.Б. Логгинов

Изучено содержание соединений нитрогена и физико-химические свойства грунтов в зоне влияния горнодобывающего предприятия, в составе атмосферных эмиссий которого преобладают оксиды нитрогена, оксид карбона и пыль минеральная. Определено, что под влиянием загрязнения атмосферы, в грунте существенно возрастает содержание минерального нитрогена, а доля органического нитрогена и содержание гумуса уменьшаются.

УДК 628.516:622.35

The influence of the mining enterprise pollutions to the change of the forest soils physic-mechanical properties / I.V. Davidova, V.B. Logginov

The content of the nitrogenous elements and soils physic-mechanical properties in the zone of mining enterprise influence is studied. The atmosphere emissions of such enterprise consist of: nitrogen oxide, carbon oxide and mineral dust. It is also determined that content of the mineral nitrogen in the soil under the influence of the atmosphere pollutions strongly increase and the part of the organic nitrogen and gummous decrease.

Страницы:
1 


Похожие статьи

І В Давидова, В Б Логгінов - Зміна фізико-хімічних властивостей лісових ґрунтів та стану насаджень