И.И. Силин
Экология и экономика природных ресурсов бассейна р. Протва
(Калужская и Московская области)
Обнинск, 2003. — 302 с.

7. Загрязнение пород и почв

Химическое загрязнение почв

Господствующими почвами на территории бассейна являются дерново-подзолистые и агродерново-подзолистые почвы. Эти почвы имеют ряд лимитирующих свойств для возделывания сельскохозяйственных культур, а именно: высокую кислотность, низкое содержание питательных веществ, небольшую емкость поглощения.

По результатам профильного  почвенного опробования, выполненного КФ ВИЭМС,  было установлено, что наиболее высокое загрязнение почв наблюдается вблизи  промышленных зон гг. Обнинска, Малоярославца, Балабаново, Боровска, Жукова.  Концентрации, превышающие фон в десять и более раз, отмечены для цинка, хрома,  стронция,  олова, марганца. В несколько раз, но менее десяти, встречаются аномалии никеля, свинца, меди, молибдена, серебра и др. (рис.7.2).

Рис. 7.2. Геохимические аномалии тяжелых металлов на почве (данные КФ  ВИЭМС)

По-видимому, большая часть выявленных почвенных аномалий связана с атмосферными выбросами предприятий и автотранспорта, частично — с  ветровой эрозией полигонов ТБО и хранилищ промышленных отходов, но большая часть – с окислением бытового мусора, которым  изобилуют все окрестные леса, особенно вблизи дорог и дачных поселков.

По результатам комплексного эколого-геохимического картирования почв Московской области, проведенного ВНИИ минерального сырья в 1983-1984 гг. в масштабе 1:500 000 (1 проба на 25 км²), удалось выявить очаги загрязнения и основные элементы-загрязнители в бассейне Протвы. Очаги загрязнения выделялись по шкале суммарного загрязнения, показывающей во сколько раз содержание ТМ в почве выше их фонового значения.

      В пределах изучаемого региона имеется 3 контура со степенью загрязнения от средней (10-30–кратное превышение фона) до очень сильной (100-300–кратное превышение фона).

Первый контур расположен на границе верхней и средней Протвы в Можайском районе с центрами загрязнения в Сивково и Аксентьево.

Второй контур находится в междуречье нижнего течения р.Мжут и средней Протвы в Можайском районе с центром загрязнения в Коровино. Основные загрязняющие вещества – Zn, Co, Sn, Pb, Li, Be. 

Третий, самый крупный  по площади контур расположен на границе средней и нижней Протвы в Наро-Фоминсском районе около г.Верея. Он охватывает бассейны рек Руть и Исьма.

Очень сильный уровень загрязнения почв, превышающий фоновый в 100-300 раз, отмечен у д. Волненки близ г.Верея. Основные загрязняющие вещества – Sn, Zn, Ag, Cu, As, Ni, Li. Здесь же зафиксирован значительный уровень загрязнения природной среды, в том числе и почв, диоксинами. Обобщенный контур территории с загрязненными почвами показан на рис. 

Уровень накопления металлов в почвах московской части бассейна показан на рисунке 7.3.

Рис. 7.3. Коэффициенты концентрации элементов (максимальные) в гумусовом горизонте почв бассейна р. Протвы.  Московская обл.

 Химические элементы на оси абсцисс ранжированы по убыванию численных значений коэффициентов концентрации относительно геофона (КК) и ПДК (К_пдк). Образованный таким образом ряд отражает, с одной стороны, уровень антропогенного загрязнения почв тяжелыми металлами, с другой, — геохимическую подвижность металлов в почвах.

Подвижность металлов  можно также оценить по концентрации их в воде р. Протвы, если, конечно,  пренебречь загрязнением  от  коммунально-производственных  сточных вод.

На  рисунке 7.4 сопоставлены   диаграммы уровней  накопления  некоторых тяжелых металлов  в почвах склонов долины р. Протвы на территории   Московской области, в воде и  в почвах поймы р. Протвы в Калужской области. Расположение металлов на диаграмме ранжировано по уровню их накопления в почвах склонов долины р. Протвы.

Рис 7.4. Уровни накопления некоторых тяжелых металлов в воде и почвах бассейна р. Протвы

Если предположить, что загрязнение речной воды и пойменного суглинка происходит в основном  за счет  выноса  металлов со склонов, то, судя по диаграммам,  загрязнение речной воды металлами происходит пропорционально их первичному накоплению в почвах, а осаждение в пойменных осадках — в обратной пропорции к их подвижности.

Последовательность расположения металлов на оси абсцисс в целом соответствует ряду их биохимической активности,  которая, согласно М.А. Глазовской (МГУ), равна отношению количества  элемента ежегодно потребляемого растениями, к количеству этого же элемента, выносимого ионным стоком за год. Вопрос о роли поверхностных вод, используемых для орошения сельскохозяйственных угодий, в загрязнении почв изучен слабо.

Известно, что при определенных условиях оросительные воды могут служить источником поступления загрязняющих веществ в почвы, однако специальных исследований по этой проблеме практически не проводилось.

Анализ баланса тяжелых металлов показал, что основными источниками загрязнения почв  Cd, Zn, Pb, Cu, Ni, Cr являются  осадки сточных вод, органические и известковые удобрения, атмосферные осадки. Доля минеральных удобрений, содержащих тяжелые металлы в виде примесей, составляла 0,3-2,7% от общего их поступления в почву и была в 2,5-3 раза меньше выноса отдельных элементов с урожаем и внутрипочвенным стоком. Можно предположить, что доля оросительных вод среди прочих источников поступления тяжелых металлов в почву ничтожно мала.

По анализу химического состава воды р. Протвы и  фоновому содержанию металлов в почвах Московской области   С.Н. Шашкова (ВодНИИ) сделаны балансовые расчеты поступления Сu, Zn, Cr и Ni в почву с оросительной водой (табл. 40). Оказалось, что вклад оросительной воды в пополнение почвенных запасов тяжелых металлов оказался незначительным — до 0,005%.

Таблица 40

Поступление тяжелых металлов на поверхность почвы при орошении водами р.Протва

Специальными исследованиями необходимо оценить влияние оросительных  вод на плодородие почв  и, в первую очередь, на микробиологическую активность, т.к. в воде обнаружены повышенные концентрации очень сильных токсикантов: фенолов, нефтепродуктов.    

В структуре мелиорированных сельскохозяйственных угодий

бассейна Протвы, орошаемые земли занимают около 30 % ( 3995 га). Из общей площади орошаемых угодий  преобладающая часть используется под пашню (3232 га), 717 га занимают пастбища и 46 га – сенокосы.

Значительные площади пахотных угодий расположены в Можайском и Наро-Фоминском районах, где обнаружено сильное и очень сильное загрязнение почв тяжелыми металлами и значительное загрязнение диоксинами,  а также  повышенное содержание фенолов, нефтепродуктов и легкорастворимых органических веществ в водах р.Протвы. Этим обусловлена  необходимость контроля за продуктивностью и качеством сельскохозяйственных культур.  Необходимо  также осуществлять контроль за выносом  из почв с  оросительными стоками  тяжелых металлов  и других загрязняющих  веществ.

Воды р. Протвы содержат в своем химическом составе значительное количество катионов Ca, Mg, K, что при орошении в условиях южно-таежной подзоны  способствует повышению плодородия кислых почв региона. Привнос биогенных элементов можно рассматривать  как дополнительный источник питания для растений, что подтверждается хорошими урожаями овощных культур на поливных плантациях нижнего течения р. Протвы. Однако эту приходную статью необходимо соотносить с общим балансом N, P, K  в агробиоценозах.

Поступление Zn, Cu с оросительной водой в случае пониженного содержания элементов в почве также можно рассматривать как фактор оптимизации минерального питания растений. Содержание же всех тяжелых металлов в оросительной воде необходимо оценивать  в строгом соответствии с их способностью к транслокации из почвы в растения.

 Высокой фитотоксичностью отличаются As, Hg, Zn и F. Фитотоксичны также повышенные концентрации фенола, нефтепродуктов, детергентов.

В целом, загрязнение почвенных горизонтов бассейна р. Протвы в разных частях долины существенно отличается.

Если на территории Московской области  (верхнее и среднее течение) накопление тяжелых металлов в почвах на больших территория достигает многих десятков и сотен раз, то на территории Калужской области оно  заметно ниже как по уровню концентрации, так и по площади аномалий.

 С территории Московской области  поверхностным стоком выносятся элементы, подвижные в кислой среде, в том числе металлы группы железа (Fe,Mn,Ni,Cr), аллюминий,  медь и др.

Эти  металлы, наряду с ЛПК и соединениями азота и фосфора, являются основными индикаторами бассейнового уровня загрязнения  воды р. Протвы. 

В среднем и нижнем течении реки (начиная от г. Обнинска) в почвах и донных отложениях  отмечены аномалии искусственных радионуклидов, которые  являются индикаторами автономного антропогенного загрязнения окружающей среды в этой части бассейна р. Протвы.