Экология почв военных полигонов - Дмитрий Александрович Пантелеев

Ni, Zn, Mn и Fe [249]. Здесь наблюдается наибольшее загрязнение почв свинцом и сурьмой (коэффициенты концентрации составляют ~4), по остальным показателям почвы соответствуют установленным нормам.

Образцы верхнего слоя почвы, собранные в районе Северного Прасника (Хорватия), изучены на наличие Cd, Cu, Hg, Pb, Cr, Ni, Zn и Mn [180]. Исследуемые почвы относятся к суглинкам с pH=4,8–7,2. Измеренные уровни Cd, Cu, Hg, Cr, Ni, Zn и Pb не превышали установленные в Хорватии и РФ предельно/ ориентировочно допустимые концентрации. Марганец не относится хорватским законодательством к загрязнителям почв, поэтому, несмотря на его высокое содержание, исследуемые почвы в статье оценены как пригодные для сельскохозяйственных нужд.

В 2015 г. на законсервированном в 1991 г. военном полигоне в Чешской Республике определяли содержание в почвах As, Cd, Co, Cr, Ni, Cu, Pb и Zn [247]. Показатель кислотности исследуемых образцов почвы варьировался от 5,6 до 7,7, наиболее распространенным было слабощелочное значение. Анализ образцов почвы показал, что измеренные значения средней по полигону концентрации As, Cd, Co, Cr, Ni, Cu, Pb и Zn не были повышены.

Пробы почвы с военного полигона Кэмп-Эдвардс в США были изучены на содержание Pb, Cr, Cu, Ni, Zn, Mn, Fe, Mo, V, Ca и As [146]. Образцы почвы были в основном песком со значениями рН около 4,9. Концентрации металлов-индикаторов не превышали установленные пределы.

На военном полигоне в Корее изучали почвы на загрязнение кадмием, медью и свинцом [235]. Превышающие корейские экологические стандарты концентрации Pb и Cu на исследуемом участке полигона были относительно высокими, особенно для Cu в зоне частых бомбардировок. Российские стандарты более гибкие, поэтому коэффициенты концентрации для всех исследуемых металлов не превышали единицы.

На испанском стрельбище и тренировочном полигоне пространственное распределение металлов в почвах оценивалось для огневых рубежей [234]. В нижней части бермы обнаружено максимальное содержание свинца, за которым следует Zn. На участке ближе к линиям огня, напротив, концентрации Zn в почве были выше, чем концентрации Pb.

На северо-востоке Вердена (Франция) пространственное распределение металлов в почвах оценено на более крупном, пострадавшем от войны участке, где в конце Первой мировой войны хранилось огромное количество боеприпасов и снарядов [252]. Было обнаружено, что высокий уровень загрязнения почв мышьяком, медью, свинцом и цинком локализован в центре участка. Градиенты концентрации металлов уменьшились от центра участка к лесу. Загрязненная территория в северной низкой топографической точке участка (вне зоны горения) показала горизонтальный перенос загрязняющих веществ, вызванный в основном сточными водами.

Почвы авиационного полигона в РФ не соответствуют нормативам по сурьме (коэффициент концентрации ~ 2). Содержание остальных металлов-индикаторов не превышает ориентировочно-допустимых концентраций [63]. Особенности загрязнения почв металлами этого полигона подробно рассмотрены в главе III монографии.

На основании проведенного обзора загрязнения поверхностных и приповерхностных почв полигонов металлами можно сделать следующие выводы.

Основными металлами-загрязнителями почв на территориях объектов военной деятельности являются свинец Pb, Sb, Cu, Zn, Ni и As. В последнее время стали доступны боеприпасы, не содержащие Pb. Для их производства применяют сталь, железо и различные сплавы, но они являются источником загрязнения почв другими металлами, такими как Bi, Cr и Ni. Эти недавно введенные боеприпасы могут вызвать экологические проблемы из-за их более высокой скорости коррозии по сравнению с Pb [186, 267].

Загрязнение почв полигонов металлами не ограничивается дальностью стрельбы, загрязнители могут переноситься путем случайной утилизации боеприпасов или дренажного стока.

Морфология почвы играет важную роль в подвижности и удержании химических элементов. Как правило, более грубые почвы с высоким содержанием фракций крупных частиц (песок) менее активно сорбируют металлы, тогда как почвы с преобладающей фракцией мелких частиц имеют более высокую удельную площадь поверхности (и, следовательно, адсорбционную поверхность). Поэтому почвы с доминирующей текстурой илистого суглинка можно охарактеризовать как благоприятные с точки зрения иммобилизации металлов.

Значение рН почвы оказывает большое влияние на поведение металлов, определяя их растворимость. Щелочной показатель среды может (но не всегда) положительно влиять на иммобилизацию металлов. В кислой среде металлические катионы более подвижны, при этом большие количества металлов выделяются в почвенный раствор и потенциально становятся токсичными для растений. Слабощелочные или нейтральные среды обычно обеспечивают наибольшее удержание металлов частицами почвы. В таких средах металлы иммобилизованы, в том числе через образование карбонатов или гидроксидов.

Содержание органического углерода также контролирует мобильность металлов. Увеличение органического углерода приводит к снижению общей подвижности металлов, их доступности для растений и микроорганизмов. Изменение содержания органического углерода может снизить мобильность некоторых металлов при одновременном увеличении подвижности других.

2.3.2 Профильное загрязнение почв металлами

Профильное загрязнение почв металлами, как правило, ограничивается первой полуметровой глубиной от поверхности, при этом концентрационное распределение каждого металла различно. Большинство исследований показало сильное загрязнение металлами верхнего слоя почвы (0–10 см) с быстро уменьшающимися уровнями с увеличением глубины. Но есть и исключения для некоторых металлов, имеющих относительно более высокие уровни накопления на глубине исследуемых профилей.

Во многих исследованиях, в том числе в диссертации Дабахова М.В. [21], отмечается, что подвижность металлов в почвах тесно связана с составом жидкой фазы: при рН≥7 (чернозем) наблюдается незначительная миграция тяжелых металлов; в кислых и сильно кислых средах почвенного раствора (таежно-лесные почвы, подзол) – высокая мобильность металлов. Рост рН приводит к увеличению прочности соединений металлов с почвенными компонентами. При этом выдерживается следующий ряд адсорбции: Pb>Cu>Zn>Cd. В таблице 12 представлена подвижность некоторых тяжелых металлов в зависимости от рН почвогрунтов.

Таблица 12. Подвижность тяжелых металлов в почвах в зависимости от реакции среды

В исследовании [181] пришли к выводу, что образцы верхнего слоя почвы с военного стрельбища в Швейцарии были сильно загрязнены Pb, Sb, Cu и Ni. Их концентрация быстро снижалась с глубиной, достигающей фоновых значений для Pb (при 60–70 см), Sb и Cu (при 40 см) и Ni (при 10–15 см). Снижение концентрации металлов по срезам почвы было связано с ее характеристиками. Она имеет богатый силикатный фон и кислые коренные породы.

Другое исследование вертикального профилирования загрязнения металлами (стрелковый полигон в Квебеке, Канада) показало, что металлы были сконцентрированы в основном до глубины 30–40 см от поверхности почвы [186]. Их концентрации увеличились и на глубине около 70 см, что может быть вызвано вертикальной миграцией металлов в почвенном растворе с кислотными дождями и последующим глубоким повторным осаждением.

Сандерсон и др. исследовали содержание Pb и Sb в вертикальных профилях грунтах на четырех стрельбищах с различными характеристиками почвы в Австралии [236]. Как правило, высокие концентрации Pb обнаружены на поверхности почвы. Степень его миграции в почвы зависит главным образом от рН: 6–18