Научный руководитель: PhD, ассоц. проф. Мадибеков А.С.
Цель работы – исследование и оценка воздействия загрязнения депонирующих сред (почвенного покрова) на экосистемную устойчивость Жетысуской области с целью разработки эффективных стратегий по обеспечению экологической устойчивости региона.
Методы исследования включают химико-аналитический, хроматографический, атомно-абсорбционный и картографический методы, системный и сравнительный анализ, а также использование компьютерных технологии для обработки информации.
Полученные результаты: в соответствии с Календарным планом в текущем 2024 году проведен анализ современного экологического состояния депонирующих сред территории области. Определены локации мониторинговых участков и проведены полевые и лабораторные исследования по отбору почвенных проб на химико-токсикологический анализ, также дана оценка уровня загрязненности почвы и их пространственное распределение. Построены карты распределения загрязнения почвы токсичными соединениями и проведен системный анализ полученных результатов.
Анализ современного экологического состояния депонирующих сред территории области
Жетысуская область располагается в благоприятной природно-климатической зоне, богата природными ресурсами, плодородными землями и водоемами. Стратегическое значение области определяется важными транспортными коридорами и близостью к границе других стран. Экономика региона опирается на аграрный и индустриальный секторы, что способствует экономической устойчивости, но одновременно усиливает антропогенное давление на окружающую среду. Инфраструктурные ограничения области затрудняют переработку отходов и экологическую защиту.
Основными источниками загрязнения воздуха являются предприятия теплоэнергетики, автотранспорт, а также объекты аграрного и строительного секторов. В последние годы реализуются природоохранные меры, включая модернизацию очистных сооружений, что способствует снижению выбросов неорганической пыли, сажи, углеводородов и тяжелых металлов. Однако индекс загрязнения атмосферы (ИЗА) показывает высокий уровень загрязнения, особенно зимой, когда выбросы от теплоэнергетики и транспорта увеличиваются. Согласно данным РГП «Казгидромет», в последние пять лет зарегистрированы многочисленные превышения ПДК по взвешенным частицам РМ-10 и РМ-2,5, оксиду углерода и сероводороду.
Источниками загрязнения водоемов служат коммунальные службы (95 % всех сбросов), горнодобывающая и пищевая промышленность. Крупнейшими загрязнителями являются коммунальные предприятия, такие как ГКП ВХ «Караталирригация» и «Жетысу водоканал». По данным на 2023 год, качество воды в водоемах региона классифицируется как 2-й класс, с превышением ПДК по взвешенным частицам, нитритам и фосфору.
Загрязнение почв, особенно в Талдыкоргане, Текели и Жаркенте, включает высокие концентрации тяжелых металлов (свинец и цинк), что связано с деятельностью Текелийского свинцово-цинкового комбината. Эти вещества ухудшают физические и биологические свойства почвы, снижая ее плодородие и создавая угрозу для здоровья населения. Также на сельскохозяйственных землях фиксируется деградация почв, вызванная антропогенными воздействиями, что негативно влияет на их продуктивность.
В целом, развитие области усиливает антропогенное давление на природную среду. Урбанизация и активная деятельность энергетических и аграрных предприятий ведут к сокращению биоразнообразия, деградации водных ресурсов и опустыниванию. Современное состояние экологии Жетысуской области требует усиления мониторинга и модернизации природоохранных мер. Введение системного подхода к снижению антропогенной нагрузки и эффективное управление природными ресурсами будут играть ключевую роль в обеспечении устойчивости региона.
Оценка уровня загрязненности почвы и их пространственное распределение. Карты распределения токсичных соединений в почве
Результаты химико-токсикологического анализа почв на территории области показали следующие закономерности и особенности распределения тяжелых металлов и других химических показателей, определяющих состояние экосистем региона.
Значения рН почв Жетысуской области варьируются от 5,7 до 8,1, что отражает разнообразие кислотности и поддерживает нормальную биологическую активность. Большинство почв имеют нейтральную или слабощелочную реакцию, способствующую здоровому микробиологическому составу. Минерализация почв варьируется от 20 до 3240 мг/дм³; высокое содержание солей способствует накоплению тяжелых металлов, особенно в почвах с более тяжелым гранулометрическим составом. Почвы региона охватывают различные типы — от песчаных до глинистых, что влияет на их способность удерживать загрязнители. Глинистые и суглинистые почвы эффективно аккумулируют тяжелые металлы, тогда как песчаные почвы, более проницаемые, склонны к вымыванию металлов, что снижает риск их накопления.
Содержание меди в почвах варьируется от 0,003 до 0,037 мг/кг. Высокие концентрации меди были обнаружены в тяжелых суглинках и супесях на точках 24, 26 (до 0,037 мг/кг) и 28 (до 0,036 мг/кг), что может быть связано с локальными источниками антропогенного загрязнения и хорошей сорбционной способностью этих типов почв. Наименьшие концентрации меди (0,003 мг/кг) были зафиксированы в супесчаных почвах, к примеру (точка 46).
Концентрации цинка варьируются от 0,006 до 0,195 мг/кг. Наиболее высокие значения цинка (до 0,195 мг/кг) наблюдаются в восточных и юго-восточных частях области, включая районы около городов Сарканда и Жаркента, что свидетельствует о сильном локальном загрязнении, вероятно, связанном с промышленной и сельскохозяйственной деятельностью. Низкие концентрации цинка (0,008 мг/кг) характерны для центральных и западных частей области.
Низкие концентрации свинца отмечены в песчаных почвах северных и центральных районов, особенно около озера Балкаш и городов Талдыкорган и Сарканд (0,006–0,007 мг/кг). В восточных и юго-восточных частях, близ границы с Китаем и Жаркента, зафиксированы высокие концентрации свинца, что может быть связано с трансграничным переносом загрязнителей и промышленной активностью вблизи границы.
Содержание кадмия варьируется от 0,001 до 0,009 мг/кг. Высокие уровни кадмия наблюдаются в почвах с высокой минерализацией в районах точек 26, 34 и 35 (вблизи Сарканд, Талдыкорган), а также около озера Жаланашколь (точки 29 и 30). Высокая минерализация почв может способствовать удержанию кадмия в данных районах.
Концентрации кобальта находятся в пределах 0,015–0,030 мг/кг. Наибольшие концентрации были обнаружены в тяжелых суглинках (до 0,030 мг/кг), что свидетельствует о склонности этих почв к накоплению кобальта в зонах с высокой антропогенной нагрузкой, особенно в центральных и южных районах, включая восточную границу с КНР.
Содержание никеля варьируется от 0,0081 до 0,024 мг/кг. Высокие концентрации никеля до 0,024 мг/кг отмечены на точках 26 и 28 в восточной части области, что может быть связано с наличием глинистых почв, способных удерживать металлы. Более низкие концентрации никеля характерны для центральных и западных районов.
Анализ распределения тяжелых металлов и химических показателей почв области указывает на значительное влияние гранулометрического состава и минерализации на способность почв к накоплению загрязняющих веществ. Глинистые и суглинистые почвы с высокой минерализацией имеют большую сорбционную способность и служат долговременными накопителями тяжелых металлов, тогда как песчаные и супесчаные почвы менее устойчивы к загрязнению из-за их высокой проницаемости.
Идентифицированные районы с повышенным содержанием тяжелых металлов в почве связаны с антропогенным воздействием, включая сельскохозяйственную и промышленную деятельность, а также с влиянием транспортной инфраструктуры. Данные результаты необходимы для дальнейшей разработки рекомендаций по управлению загрязнением почв и обеспечению экологической безопасности региона.
Системный анализ полученных результатов
Системный анализ данных по химико-токсикологическому состоянию почв области демонстрирует значительное разнообразие состава почв, обусловленное как природными, так и антропогенными факторами.
Диапазон кислотности почв, от слабокислой до слабощелочной (рН 5,7-8,1), и варьирующаяся минерализация до 3240 мг/дм³ свидетельствуют о высоком уровне гетерогенности почвенного покрова. Нейтральная и слабощелочная реакция почв на большей части территории обеспечивает стабильные условия для биологической активности, поддерживая микробиологическую устойчивость экосистем. В то же время высокая минерализация, характерная для восточной и юго-восточной части области, способствует удержанию тяжелых металлов, создавая условия для их долговременной аккумуляции, особенно в почвах с высокой сорбционной способностью, таких как тяжелые суглинки и глины.
Гранулометрический состав почв варьируется от песчаных до глинистых типов, что оказывает ключевое влияние на способность почв удерживать тяжелые металлы. Глинистые и суглинистые почвы, обладая значительной сорбционной способностью, склонны к аккумуляции тяжелых металлов. В противоположность этому, песчаные почвы, из-за своей проницаемости и слабой сорбционной способности, способствуют вымыванию загрязняющих веществ, что уменьшает их долговременное накопление.
Спектрометрический анализ показал наличие локализованных зон с повышенными концентрациями меди, цинка, свинца, кадмия, кобальта и никеля. Эти зоны, сосредоточенные преимущественно в тяжелых суглинках и глинистых почвах восточной и юго-восточной частей региона, коррелируют с основными антропогенными источниками загрязнения – сельскохозяйственной деятельностью, промышленным производством и транспортной инфраструктурой. Высокие концентрации тяжелых металлов в данных почвах указывают на их длительное удержание и потенциальную опасность для водных экосистем, так как такие почвы могут служить резервуарами загрязняющих веществ, постепенно высвобождая их в водные объекты и подземные воды.
Результаты системного анализа демонстрируют, что уровень загрязненности почв области зависит от сочетания природных факторов (кислотность, минерализация и гранулометрический состав) и антропогенных воздействий (сельское хозяйство, промышленное производство, транспорт). Данные подчеркивают необходимость учета этих факторов при оценке экологического состояния почв и их загрязненности тяжелыми металлами, а также при разработке стратегий по управлению качеством почв и охране окружающей среды.
ПРОГРАММА ПОЛЕВЫХ РАБОТ
- Обоснование проведения полевых работ. Полевое исследование с измерением и анализом комплекса гидрофизических и гидрохимических показателей и отбором образцов почвенного покрова с целью определения химического состава (гранулометрический состав, рН, содержание тяжелых металлов (Cu, Zn, Pb, Cd, Co, Ni и ПХБ), что позволяет дать комплексную эколого-аналитическую оценку степени загрязнения природных объектов токсичными соединениями по их содержанию в депонирующих сред территории Жетысуской области. Результаты полевых и лабораторных исследований включены в промежуточный отчет по данному проекту.
Согласно Календарному плану проекта, в связи со спецификой исследований выполнены:
- сбор полевых материалов (отбор проб почвы);
- подготовка проб для токсикологического анализа;
- экстрагирование собранных образцов на определение ПХБ;
- токсикологический анализ в лаборатории Института.
- Сбор полевых материалов. Ключевые точки отбора проб почвенного покрова на территории Жетысуской области приведены на рисунке 1.
Рисунок 1 – Карта-схема с точками отбора проб почвы
- Полученные материалы в результате полевых исследований
- Полевые работы по отбору проб почвы включал:
- отбор проб почвы;
- пробоподготовка: 250 мл – на определение тяжелых металлов (Cu, Zn, Pb, Cd, Co, Ni);
- экстрагирование проб почвы и воды на определение ПХБ n-гексаном (50 мл).
Отбор почвенных проб проводили на определенных точках и выполнялся на пробной площадке из одного или нескольких слоев, или горизонтов методом конверта, по диагонали с таким расчетом, чтобы каждая проба представляла собой часть почвы, типичной для генетических горизонтов или слоев данного типа почвы. Количество точечных проб должно соответствовать ГОСТ 17.4.3.01-83. Необходимым условием при отборе проб почвы является предохранение их от вторичных загрязнений на всех этапах подготовки. Пробы почвы, предназначенные для определения ТМ, отбирали инструментом, не содержащим металлов.
Объединенную пробу составляли путем смешивания точечных проб, отобранных на одной пробной площадке. Для химического анализа объединенную пробу составляли не менее чем из пяти точечных проб, взятых с одной пробной площадки. Масса объединенной пробы была не менее 1 кг. Для контроля загрязнения поверхностно распределяющимися, загрязняющими веществами (тяжелые металлы, ПХБ) – точечные пробы отбирали послойно с глубины 0-5 и 5-20 см массой не более 200 г каждая. Пробы почвы для химического анализа высушивали до воздушно-сухого состояния по ГОСТ 5180-75. Воздушно-сухие пробы хранили в матерчатых мешочках, в картонных коробках или в стеклянной таре.
Техника безопасности и меры предосторожности при работе с химическими реактивами, оборудованиями при полевых условиях соблюдались согласно инструкции ТБ и ОТ.
- Маршрут экспедиционных исследований составлен с учетом техники безопасности, требований к режиму труда и отдыха сотрудников и водителей.
- Объемы работ, выполненные в ходе экспедиционных исследований:
Проводимые наблюдения включали отбор проб для анализа физико-химических параметров (гранулометрический состав почвы, рН), ТМ (Cu, Zn, Pb, Cd, Co, Ni) и ПХБ с конгенерным составом, которые также определялись в пробах почвы.
Заключение.
Всего в лабораторию института было доставлено 104 пробы почвенного покрова на гидрохимический и токсикологический анализ.
Поставленные цель и задачи выполнены в полном объеме согласно Программы полевых работ. Результаты полевых и лабораторных исследований, отражены в промежуточном отчете за 2024 год.
Полная информация приведена на странице Института в Facebook по ссылке https://www.facebook.com/share/v/1AXhumFJTx/