ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ И МЫШЬЯК В ПОЧВАХ РАЙОНА РАЗМЕЩЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ И АТОМНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ (НА ПРИМЕРЕ БЕЛОЯРСКОЙ АЭС)

Abstract

Актуальность. Загрязнение экосистем тяжелыми металлами и мышьяком является значимым антропогенным фактором, негативно влияющим на человека и биоту. В Свердловской области, где ведется добыча и переработка минерального сырья, отмечены высокие уровни выбросов в атмосферу поллютантов от стационарных источников, включая тяжелые металлы. Регион также характеризуется многокомпонентным загрязнением территорий техногенными радионуклидами. С 1964 г. в Свердловской области эксплуатируется Белоярская АЭС. Длительная работа промышленных предприятий и радиационно-опасных объектов увеличивает техногенную нагрузку на экосистемы Урала. Цель: оценка содержания тяжелых металлов и мышьяка в почвах наземных экосистем района размещения промышленных предприятий и Белоярской АЭС на основе экологического мониторинга. Объекты. В 2013 и 2019 гг. исследованы почвы природных (луговых) и аграрных (пашня, лугопастбищные угодья) экосистем 30-км зоны влияния Белоярской АЭС. В почвенном покрове изучено содержание 17 элементов, относящихся к I (Pb, Zn, Cd, As, Hg), II (Mo, Cu, Ni, Co, Cr, Sb), III (Sr, Mn, V, W, Ba) классам опасности, а также железо. Методы. Оценку валового содержания тяжелых металлов и мышьяка в почве проводили в испытательной лаборатории агроэкологии ФГБНУ ВНИИРАЭ (аттестат аккредитации RA.RU.513078). Для подготовки почвенных проб к измерениям использовали методы «холодного пара» и «мокрого» озоления с помощью микроволновой системы MARS-5 (CEM, США). Элементы в образцах определяли атомно-абсорбционным и плазменно-эмиссионным методами анализа. Для измерений использовали аксиальный атомно-эмиссионный (оптический) спектрометр с атомизацией проб в индуктивно-связанной плазме (ИСП–ОЭС) Liberty II (Varian, Австралия-США) и спектрометр КВАНТ. Zэта-1 с приставкой ГРГ-3. Результаты. Показано, что за 2013–2019 гг. соотношение элементов в почвенном покрове наземных экосистем района расположения Белоярской АЭС было достаточно стабильным. По снижению валового содержания в почве тяжелые металлы и мышьяк в 2019 г. располагались в ряд: Fe (среднее − 16700 мг/кг) >Mn (879)>Ba (134)>Zn (51)>Ni (35)≥Cr (32)≥V (30)≥Sr (28)>Cu (21)>Pb (12,4)≥Co (11,9)>W (6,7)>Sb (2,4)>As(1,7)≥Mo (1,5)>Cd (0,2)>Hg (0,01 мг/кг). По общему накоплению элементов в почве наземные экосистемы находятся в соотношении: пашня (18,7 г/кг почвы)>луга (14,9 г/кг)>целина (12,6 г/кг). В основном такая разница обусловлена отличиями по содержанию в почве железа, вклад которого в региональный фон составляет 90…95 %. Слабая корреляция между содержанием в почве элементов и расстоянием от Белоярской АЭС (–0,44…0,29 в 2013 г. и –0,29…0,38 в 2019 г.) показала отсутствие значимых выбросов токсикантов в окружающую среду от атомной станции как вследствие ее многолетней работы, так и после начала эксплуатации реактора БН-800. Среди поллютантов I класса опасности, накопленных в почве, доминирует цинк (вклад 76…78 %), на втором месте идет свинец (18…21 %). Во II классе опасности основными почвенными загрязнителями являются никель (45…34 %) и хром (28…30 %). В III классе опасности преобладают марганец (68…81 %) и барий (14…27 %). Показано, что в 25…63 % почвенных проб в районе Белоярской АЭС валовое содержание никеля не отвечает ориентировочно допустимым концентрациям, установленным в СанПиН 1.2.3685−21. Также на всех контрольных участках луговых экосистем превышена предельно-допустимая концентрация по содержанию сурьмы. В 2019 г. в 4…25 % проб почв пашни и лугов отмечено несоответствие предельно-допустимой концентрации по марганцу и в 4…11 % проб почв пашни превышены ориентировочно допустимые концентрации по мышьяку. Уровни накопления в почве ряда тяжелых металлов превышают также региональный фон Свердловской области: по никелю в 25…63 % почвенных образцов природных и аграрных экосистем, по марганцу в 10…50 % проб почв пашни и лугов. Наибольшее количество элементов (в среднем 42 %) аккумулировано в 0−5 см слое почвы. Максимальное накопление в верхнем почвенном горизонте отмечено у кадмия (62 %), мышьяка (49 %) и свинца (48 %), а минимальное у сурьмы (29 %) и марганца (28 %). По общему запасу токсикантов в 0−5 см слое почвы они располагаются в ряд: Cd>As>Pb>Zn>Cu>Mo>Hg>Sr>Ni>Cr>V>W>Co>Ba>Sb>Mn. В более глубоких горизонтах (5−10, 10−15 и 15−20 см) элементы распределены достаточно равномерно. По сравнению с другими техногенно загрязненными регионами России, результаты мониторинга содержания тяжелых металлов и мышьяка в почве района Белоярской АЭС показывают стабильную экологическую обстановку. При планировании дальнейших мониторинговых исследований необходимо обратить внимание на поведение в почве мышьяка, никеля, сурьмы, марганца, кадмия и свинца. Повышенное содержание данных токсикантов в почве может привести к их накоплению в сельскохозяйственной и природной пищевой продукции.