Оксиды железа и тяжелые металлы в загрязненных металлургическим производством почвах г. Чусовой : Среднее Предуралье

• Автор: Чащин, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 03.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 156 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ЗАГРЯЗНЕННЫХ
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИМ ПРОИЗВОДСТВОМ ПОЧВАХ
1.1. Металлургическое производство и состояние почв
1.2. Закрепление и поведение тяжелых металлов в загрязненных почвах
1.3. Оксиды железа как адсорбенты и носители тяжелых металлов в почве..
1.4. Методы диагностики почв, загрязненных металлургическим производством
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ, МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И УСЛОВИЯ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ
2.1. Объекты и методы исследований
2.2. Природные условия формирования почв города Чусовой
2.3. Антропогенные условия формирования почв города Чусовой
ГЛАВА 3. ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДОВАННЫХ ПОЧВ
3.1. Почвенный покров и морфологическая характеристика почв
3.2. Гранулометрический состав почв
3.3. Физико-химические свойства почв
3.4. Валовой химический состав почв
ГЛАВА 4. ОКСИДЫ ЖЕЛЕЗА В ПОЧВАХ
4.1. Минералы железа в почвах
4.2. Магнитная восприимчивость почв
4.3. Картосхема объемной магнитной восприимчивости
ГЛАВА 5. ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ПОЧВАХ
5.1. Оценка загрязнения почв тяжелыми металлами
5.2. Редкоземельные и щелочноземельные металлы в почвах
ВЫВОДЫ
ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Загрязнение почв тяжелыми металлами (ТМ) в районе действия предприятий черной металлургии - одна из актуальных экологических проблем, которая привлекает внимание широкого круга исследователей в России и за рубежом (Важенин, 1988, Дончева, 1992, Герасимов, 1993, Водяницкий, 1995, Панин, 1998, Попова, 2005, Wang, 2005, Семячков, 2006, Антипанова, 2007, Даукаев, 2008, Sollaku, 2009, Zawadzki, 2009, Груздев, 2010, Рогова, 2010).
Изучением вопросов загрязнения тяжелыми металлами почвенного покрова Лысьвенско-Чусовского промышленного района Пермского края с развитым металлургическим производством занимались Максимович (1999), Ларионова (2004), Шишкин (2009). Город Чусовой является одним из центров металлургического производства Среднего Предуралья. Установлено, что вода и воздух в г. Чусовой загрязнены Сг, Мл и другими ТМ (Зайцева, 1997, 2004, Пугин, 2008, Сафронова, 2009). Сведения о загрязнении ТМ почвенного покрова города охватывают только поверхностный слой почв и не учитывают их генетических особенностей (Государственный доклад..., 1999). Ограничено количество изученных химических элементов, отсутствуют сведения о содержании в почвах редкоземельных и щелочноземельных элементов. Не выявлены состав и свойства железосодержащих фаз носителей ТМ. Мониторинг за загрязнением почв ТМ на территории г. Чусовой и других городов Пермского края не осуществляется. Все это определяет актуальность выполненных исследований.
Цель исследований. Выявить пространственные и внутрипрофильные особенности распределения оксидов железа и тяжелых металлов в разных по генезису почвах города Чусовой Пермского края для оценки и диагностики их загрязненности.
Задачи исследований.
1) Исследовать морфологические, физико-химические свойства, магнитную восприимчивость, а также гранулометрический и химический состав почв
разного генезиса и составить картосхему почв селитебной и рекреационной частей г. Чусовой;
2) Изучить и оценить содержание в почвах тяжелых, редкоземельных и щелочноземельных металлов;
3) Изучить состав и содержание оксидов железа в почвах;
4) Установить корреляционную связь между содержанием ТМ и магнитной восприимчивостью;
5) На основе результатов полевого определения объемной магнитной восприимчивости составить картосхему магнитной восприимчивости почв для характеристики загрязненности техногенным магнетитом и тяжелыми металлами почв г. Чусовой.
Научная новизна. 1) Впервые составлена картосхема почв одного из крупных городов Пермского края. 2) Установлена степень техногенности тяжелых металлов. Дана эколого-геохимическая. оценка внутрипрофильного и пространственного распределения валовых содержаний тяжелых, редкоземельных (У, 1л, Се) и щелочноземельных (8г, Ва) металлов в почвах Среднего Предура-лья, сформировавшихся в условиях длительного загрязнения металлургическим производством урбанизированной территории. 3) Дана оценка техногенности магнетита (РезОД установлен количественный и качественный состав железосодержащих минералов в почвах с разным уровнем загрязнения тяжелыми металлами. 4) Впервые составлена цифровая картосхема степени накопления техногенного магнетита в почвах Среднего Предуралья с выделением градаций. 5) Разработана шкала оценки объемной магнитной восприимчивости почв (ге* 10 3СИ) в районе действия предприятий черной металлургии. 6) Выявлены аэральный, вейстогенный (механическое привнесение шлака) и гидрогенный факторы загрязнения ТМ почв разного генезиса.
Практическая значимость. Полученные в процессе исследований данные о загрязнении почв ТМ, цифровые картографические материалы могут быть использованы Чусовским филиалом земельно-кадастровой палаты Пермского края, а также в системе экологического мониторинга почв г. Чусовой и
На территории г. Чусовой 28% дней в году наблюдается южный ветер. Преобладающими также являются юго-западный, северо-западный и юго-восточный ветра (16%, 14% и 13% дней в году соответственно). Следовательно, в районе г. Чусовой наблюдается в основном южное направление перемещения воздушных масс (табл. 1).
Таблица 1. Направление ветра в январе, июле и среднегодовое по данным метеостанции Кын, в % от числа наблюдений
С СВ В ЮВ Ю ЮЗ 3 СЗ
Январь 5 3 9 16 41 17 4
Июль 12 11 11 12 14 9 9
Год 7 5 9 13 28 16 8
С учетом господствующего направления ветров наибольшему аэральному загрязнению подвержены территории микрорайонов, расположенных севернее ОАО «ЧМЗ»: микрорайон «Старый город», микрорайоны «Красный поселок», «Лисьи гнезда», а в меньшей степени аэральному загрязнению подвержены почвы территории поселка «Антыбары» и микрорайона «Новый город» (рис. 1).
Рельеф. Территория города Чусовой и его окрестностей расположена на границе двух геоморфологических стран: Восточно-Европейской равнины и Складчатого Урала (Максимович, 1979). Левобережная часть города расположена в пределах Лысьвенско-Тулумбасской возвышенной равнины, относящейся к геоморфологической области Предуральской равнины и кряжей. Лысьвен-ско-Тулумбасская равнина характеризуется крупно-увалистым и увалистым рельефом. Высоко поднимающиеся покрытые лесом вершины некоторых увалов придают местности гористый облик. Склоны в основном крутизной 1-3° (Шимановский, 1970). Правобережная часть города и северные окраины примыкают к геоморфологической области западных увалистых предгорий Урала, которая представляет волнисто-холмистую эрозионную предгорную равнину.
Предгорья являются естественной границей для северных и местных ветров и определяют застой воздушных масс в долинах рек Чусовая и Усьва. Для долин рек Чусовая, Усьва и Вильва характерно двухъярусное строение. Узкие