КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ ПОЧВЫ НА СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ АВТОТРАССЫ БАЙКИ — БИРСК

Среди многих негативных последствий хозяйственной деятельности человека особое место занимает загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами. Многие тяжелые металлы являются чрезвычайно токсичными даже в минимальных количествах. Они способны концентрироваться в живых организмах, вызывая при этом различные патологии. В отличие от органических веществ, подвергающихся процессам разложения, металлы способны лишь перераспределяться между природными средами. Всякая хозяйственная деятельность оказывает влияние, и чаще всего отрицательное на окружающую среду.

Автотранспортное загрязнение является одним из наиболее опасных, оказывающих жесткое влияние на придорожные экосистемы. В выхлопных газах обнаружено большое количество различных веществ, из которых только несколько нетоксичны. С работой автомобильного транспорта связано загрязнение почв в наибольших количествах свинцом, кадмием, цинком, оловом, бериллием и т. д.

Основным источником загрязнения атмосферы нашей территории является автотранспорт. Вместе с выхлопными газами свинец, образующийся при сгорании бензина, попадает в атмосферу. На территории нашего района ведущее место занимает автомобиль. Он перевозит более 80 % всех грузов и пассажиров. Проблема выбросов вредных веществ в атмосферу все больше возрастает, т. к. идет интенсивный рост автомобилей.

Тяжелые металлы — биологически активные металлы, оказывающие отрицательное воздействие на физиологические функции человека и состояние жизнеобеспечивающих природных сред. Тяжелые металлы относятся к загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательны во всех средах.

Термин «тяжелые металлы», характеризующий широкую группу загрязняющих веществ, получил в настоящее время значительное распространение. Пристальное внимание тяжелым металлам в окружающей среде стало уделяться, когда выяснилось, что они могут вызывать тяжелые заболевания.

Актуальность: — тяжелые металлы (ТМ), относящиеся к числу наиболее распространенных и опасных для биоты загрязнителей экологической среды, привлекают в настоящее время большое внимание исследователей. В то же время их распределение в почвенном и растительном покрове многих конкретных географических регионов изучено недостаточно.

Цель работы: изучить степень загрязнения почвы ТМ вдоль автотрассы республиканского значения Байки — Бирск (протяженностью 3,5 км.).

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

·     установить влияние тяжелых металлов (свинца, цинка, меди) на загрязнение почвы;

·     изучить влияние источников антропогенного загрязнения автотрассы на содержание и накопление ТМ почвой и растениями.

Методика выполнения измерений массовой доли тяжелых металлов — меди, свинца, цинка в почве методом инверсионной вольтамперометрии определяет инверсионно-вольтамперометрический метод определения массовой доли кислоторастворимых форм и валового содержания тяжелых металлов и токсичных элементов в почвах, грунтах, донных отложениях, осадках сточных вод.

Инверсионно-вольтамперометрический метод основан на зависимости тока, проходящего через ячейку анализатора с анализируемым раствором, от массовой доли элемента, содержащегося в растворе и функционально связанного с формой и параметрами приложенного к электродам поляризующего напряжения.

Процесс вольтамперометрического определения содержания элементов в инверсионном режиме включает:

·     электрохимическую очистку рабочего электрода;

·     электрохимическое накопление элемента на рабочем электроде;

·     электрорастворение накопленного элемента при развертке потенциала при заданных режимах.

Массовую концентрацию элемента в растворах проб после их минерализации определяют методом «стандартных добавок», не требующим построения градуировочной кривой.

«Метод стандартных добавок» основан на регистрации при одних и тех же параметрах измерений вольтамперограмм серии растворов для каждой пробы:

·     фонового электролита (фона);

·     пробы, подготовленной к измерениям;

·     той же пробы, в которую вводят раствор-добавку измеряемого элемента, с известной массовой концентрацией.

Результаты измерений рассчитываются автоматически сравнением значений аналитических сигналов элемента на вольтамперограммах серии растворов.

При подготовке к выполнению измерений выполняют следующие работы

подготовку посуды, приготовление растворов, подготовку анализатора к работе.

Измерения проводятся с помощью программного комплекса “Polar-4.0”, которая предназначена для автоматического определения содержания тяжелых металлов и других элементов в водных средах методом инверсионной вольтамперометрии (ИВА) с применением комплекса ИВА-400МК, в состав которого входит программа “Polar-4.0”. Данная программа работает с компьютерным полярографом, реализованный на базе датчика АКВ-07. Благодаря этому весь процесс измерения автоматизирован с общей погрешностью методики измерений в интервале 2—5 %.

Пробы почвы отбирались вдоль автотрассы республиканского значения, в Караидельском районе с. Байки РБ. Исследуемый участок, протянулся в общей сложности более чем на 3,5 км. Пробы отбирались на 3 участках.

А именно:

·     автобусная остановка «с. Байки» (подножье подъема) — Т — № 1;

·     середина подъема — Т — № 2;

·     вершина подъема — Т — № 3.

Таким образом, были взяты пробы почвы с трех точек. Анализы собранных образцов почвы проводились в трех повторностях, что позволило получить достоверные сведения о содержании изучаемых элементов в почве.

Пробы отбирались по методике конверта. Метод конверта — наиболее распространенный способ отбора смешенных почвенных образцов и чаще всего применяется для исследования почвы гумусового горизонта при этом из точек контролируемого элементарного участка берут 5 образцов почвы. Точки должны быть расположены так, чтобы, мысленно соединив их прямыми линиями, получить изображение запечатанного конверта (длина его стороны может составлять от 1 до 10 м). Обычно при изучении почвы отбирают пробы гумусового горизонта с глубины около 20 см, что соответствует длине штыка лопаты. Из каждой точки отбирают около 1 кг почвы. Почвенные образцы упаковывают в полиэтиленовые или полотняные мешочки и прилагают к ним этикетки (сопроводительные талоны).

Для анализов отбиралась почва с верхних горизонтов на глубине 0—10 см. Образцы почвы очищались от растительных остатков и живых частей растений. Затем ее поместили в пластиковую посуду с крышкой, что позволило изолировать почву от контакта с окружающей средой до начала эксперимента.

Рисунок 1. Содержание тяжелых металлов в почве у подножья подъема

Анализ почвы — Т № 1 показал, что содержание Cu, Zn, Pb значительно меньше ПДК, это можно связать с тем большая часть (из 65—43) автомобиля за 30 мин начинают свое движение после стоянки на остановке «с. Байки», скорость не значительна сгорание топлива происходит практически полностью, а соответственно выбросы в атмосферу остаются минимальные (рис. 1).

Рисунок 2. Содержание тяжелых металлов в почве на середине подъема

На (рис. 2) представлены результаты анализа почвы с середины подъема, которые свидетельствуют о том, что концентрация исследуемых металлов находится в пределах ПДК. Но стоит отметить, что она несколько больше, чем на первом участке, так как перед предстоящим подъемом автомобиль набирает скорость, увеличивая нагрузку на двигатель, и в результате этого происходит не полное сгорание топлива.

Рисунок 3. Содержание тяжелых металлов в почве на вершине подъема

В — Т № 3 наблюдается снижение содержания ТМ по сравнению со средней частью начала подъема, но выше чем в начале подъема. Это можно связать с тем, что при выходе на вершину подъема у автомашин происходит сброс газа, уменьшается нагрузка на двигатель, а значит, происходит более полное сгорание топлива и содержание ТМ значительно уменьшается (рис. 3).

При подготовке к эксперименту и в период его проведения автором использовалась методика работы программного комплекса “Polar-4.0”.

В ходе выполнения экспериментальной работы, изучена методика изме-рения массовой доли тяжелых металлов при помощи программно-аппаратного комплекса, с использованием программного обеспечения “Polar-4.0”.

В соответствии с поставленными целями и задачами, было проведено примерно 30 измерений, а именно на каждый металл в 3 повторностях, с предоставлением средних значений, представленных на (рис. 1—3).

Полученные экспериментальные значения позволяют сделать вывод:

·     содержание тяжелых металлов в придорожной полосе трассы республиканского значения Байки — Бирск, не превышает предельно допустимых значений для каждого металла;

·     наименьшая концентрация, определяемых металлов зарегистрирована на первом участке — на остановке «с. Байки», это объясняется тем, что данный участок дороги ровный, автомобили едут с постоянной скоростью, а большая часть автомашин только начинает движение после остановки и стоянки;

·     наибольшая концентрация наблюдается на втором участке на середине подъема, это связано с максимальной нагрузкой на двигатель автомашины, топливо полностью не сгорает и повышается концентрация тяжелых металлов в выхлопных газах;

·     на вершине подъема содержание, определяемых металлов несколько снижается, по сравнению с участком № 2, но все же превышает концентрацию тяжелых металлов № 1, у начала подъема. Это может быть объяснено тем, что нагрузка на двигатель снижается при приближении вершины подъема, и далее следует ровный участок дороги;

·     проведенный эксперимент показал, что почва в придорожной полосе загрязнена не значительно, концентрации ТМ не превышают ПДК.

Список литературы

1.            Методика выполнения измерений массовой доли кислоторастворимых форм тяжелых металлов и токсичных элементов (Сu, РЬ,Zn, Вi, Аg, Fе, Sе, Со, Ni, Аs, Cd, Нg, Мn) в почвах, грунтах, донных отложениях и осадках сточных вод методом инверсионной вольтамперометрии.