АНАЛИЗ ДИНАМИКИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ НАДРАБАТЫВАЕМОГО МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ ОТРАБОТКЕ ПЛАСТА МОЩНОГО ПРОКОПЬЕВСКО-КИСЕЛЕВСКОГО УГОЛЬНОГО РАЙОНА

УДК 622.272.6:622.031.4

ББК 33.15

АНАЛИЗ ДИНАМИКИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ НАДРАБАТЫВАЕМОГО МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ ОТРАБОТКЕ ПЛАСТА МОЩНОГО ПРОКОПЬЕВСКО-КИСЕЛЕВСКОГО УГОЛЬНОГО РАЙОНА

П. А. Мансуров1, В.В. Сенкус2

1НМСУ «Горный», г. Санкт-Петербург

2Филиал ООО «Сибнииуглеобогащение», г. Прокопьевск

Влияние разработки монтажного и нижнего слоев при выемке пласта Мощного Прокопьевско-Киселевского угольного района на характер деформирования надрабатываемого массива горных пород исследовалось с помощью глубинных реперов.

Реперы устанавливали в скважине, пробуренной с полевого штрека по нормали к пласту.

Схема установки глубинных реперов приведена на рисунке 1.

Изображение выглядит как текст, карта

Описание создано автоматически

Результаты смещений реперов во времени в зависимости от расстояния до забоя монтажного слоя представлены на рис. 17. Из приведенных графиков следует, что разгрузка над- работанного массива начинается тогда, когда забой монтажного слоя находится в створе со скважиной. Смещения резко возрастают в массиве, расположенном на расстоянии равном 16—17-кратной мощности вынимаемого слоя, а затем продол- Рис. 17. Развитие смещений в надработанном массиве: а — в зависимости от времени; б — в зависимости от расстояния до линии забоя монтажного слоя: 1, 2, 3 — результаты получены соответственно по реперам № 1,

№ 2, № 1, 3.

жают увеличиваться по мере подвигания забоя. При подвига- пии забоя монтажного слоя на пять метров дальше от линии створа со скважиной разгрузка массива пород начинает наблюдаться на расстоянии, равном 23-кратиой мощности вынимаемого слоя.

Рисунок 1 — Схема установки глубинных реперов: а — схема расположения скважины; б схема расположения реперов в скважине: 1 — репер; 2 – шток, 3 – обсадная труба

E:\..\ASLAMO~1\AppData\Local\Temp\FineReader11.00\media\image4.jpeg

E:\..\ASLAMO~1\AppData\Local\Temp\FineReader11.00\media\image4.jpeg

В скважине устанавливалось по три репера с выводом жестких штоков из устья скважины на 10, см. Устье скважины глубиной З м обсаживалось металлической трубой на песчано-цементном растворе. Измерение смещений осуществлялось относительно обсадной трубы, являющейся опорным репером.

Анализ графиков рисунка 2 показывает, что наряду с развитием деформаций упругого восстановления надработанного массива существуют периоды, когда происходит его сжатие.

Изображение выглядит как текст, карта

Описание создано автоматически

E:\..\ASLAMO~1\AppData\Local\Temp\FineReader11.00\media\image4.jpeg

Изображение выглядит как текст, карта

Описание создано автоматически

E:\..\ASLAMO~1\AppData\Local\Temp\FineReader11.00\media\image5.jpeg

E:\..\ASLAMO~1\AppData\Local\Temp\FineReader11.00\media\image5.jpeg

Рисунок 2 – Развитие смещений в надработанном массиве: а — в зависимости от времени; б — в зависимости от расстояния до линии забоя монтажного слоя: 1, 2, 3 — результаты получены соответственно по реперам № 1, 2 и 3

Первый период сжатия массива зафиксирован, когда забой монтажного слоя находился на расстоянии от 14 м от линии створа со скважиной, второй — 23 м и третий — 27 м по реперам № 1, 2 и 29 м по реперу № 3. По времени данные периоды совпадают с разработкой нижнего слоя.

Сначала при разработке соседнего столба угля, расположенного в 7 м от скважины, очистной забой по выемке нижнего слоя находился вблизи наблюдательной станции. Затем, при разработке столба угля непосредственно над скважиной с реперами, когда очистной забой находился в 28 м и 10 м выше скважины по восстанию пласта. По величине деформации сжатия массива составили (0,024-0,05)ˑ102 относительных единиц, что соответствует от 5,5 до 20,5% от полных деформаций упругого восстановления массива по различным реперам.

Если просчитать сжатие относительно деформаций упругого восстановления, которые были достигнуты перед сжатием, то процент сжатия в отдельных случаях составит 28,5 %. Большее сжатие отмечается по реперу № 3 в связи с тем, что при расчете деформаций использовалась наименьшая база, равная 21 м.

На рисунке 3 приведен характер деформирования массива.

между реперами № 1 и 2 превысили в 2,1 раза полные деформации упругого восстановления массива между опорным репером и репером № 1, в 2,88 раза — между опорным репером и репером № 2, в 3,2о раза — между опорным репером и репером № 3. Максимальные деформации сжатия массива между реперами № 1, 2 составили 0,37 • 10-3 относительных единиц, что соответствует 47,5% от полных деформаций упругого восстановления массива.

Качественный характер кривых, представленных на рис. 17 и 18, не совпадает, что свидетельствует о различных скоростях деформирования участков массива, различно удаленных от монтажного слоя.

Изображение выглядит как текст

Описание создано автоматически

Рисунок 3 – Развитие смещений в надработанном массиве между реперами № 1 и № 2 в зависимости от времени

На рисунке 4 представлены результаты деформаций упругого восстановления надработанного массива пород между опорным репером и реперами № 1, 2, 3 с удалением от монтажного слоя, где линиями ограничен «сектор» экспериментальных точек, на основании которого представляется возможным оценить возможную величину сжатия массива по мере выемки нижнего слоя по простиранию пласта и кратности надработки.

Анализ данных показывает, что с увеличением площади надработки деформации сжатия в разные периоды могут составлять от 65 до 34% деформаций упругого восстановления массива пород. При кратности надработки менее 0,3 развиваются только упругие деформации восстановления массива.

E:\..\ASLAMO~1\AppData\Local\Temp\FineReader11.00\media\image7.jpeg

E:\..\ASLAMO~1\AppData\Local\Temp\FineReader11.00\media\image7.jpeg

Рисунок 4 — Изменение деформаций упругого восстановления массива

с удалением от монтажного слоя: а — удаление от почвы монтажного слоя в створе со скважиной по нормали к пласту, в — расстояние от линии створа скважины до линии забоя монтажного слоя

Характер проявления деформаций надработанного массива объясняется тем, что подрабатываются труднообрушаемые породы кровли, склонные к зависаниям, которые при обрушении перемещаются. Приведенный экспериментальный материал, убедительно показывает, что разработка нижнего слоя вызывает периодические деформации сжатия в надработанном массиве пород почвы, находящихся на расстоянии 12-50 м по нормали от монтажного слоя.

Зона массива, подверженная сжатиям по простиранию пласта, находится на расстоянии 14-37 м от забоя монтажного слоя, и с удалением от пласта в породах почвы периодические максимальные деформации сжатия массива убывают с 65 до 28% от деформаций упругого восстановления массива пород, которые были достигнуты перед сжатием. Получено необходимое доказательство того, что при данном способе разработки пласта в определенные периоды породы кровли при обрушении вызывают временное значительное сжатие надработанного массива горных пород в зоне разгрузок, что влияет на уровень безопасности шахт.

УДК 622.272.6:622.031.4

ББК 33.15

АНАЛИЗ ДИНАМИКИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ

НАДРАБАТЫВАЕМОГО МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ

ОТРАБОТКЕ ПЛАСТА МОЩНОГО ПРОКОПЬЕВСКО-КИСЕЛЕВСКОГО УГОЛЬНОГО РАЙОНА

Авторы:

Мансуров Павел Андреевич, горный инженер, НМСУ«Горный», г. Санкт-Петербург, E-mail:

Сенкус Витаутас Валентинович, д.т.н., проф., заместитель управляющего по науке филиала ООО «Сибнииуглеобогащение», г. Прокопьевск, E-mail: senkusvv@suek.ru

Аннотация. В статье рассматривается вопрос влияния подработки и надработки верхних и нижних пластов угля при проведении монтажа гибкой крепи на мощном пласте. Выявлено, что: с увеличением площади надработки деформации сжатия в разные периоды могут составлять от 65 до 34% деформаций упругого восстановления массива пород. При кратности надработки менее 0,3 развиваются только упругие деформации восстановления массива. Зона массива, подверженная сжатиям по простиранию пласта, находится на расстоянии 14-37 м от забоя монтажного слоя, и с удалением от пласта в породах почвы периодические максимальные деформации сжатия массива убывают с 65 до 28% от деформаций упругого восстановления массива пород. При данном способе разработки пласта в определенные периоды породы кровли при обрушении вызывают временное значительное сжатие надработанного массива горных пород в зоне разгрузок, что влияет существенно на уровень безопасности шахт.

Ключевые слова: анализ, динамика, деформация, надрабатываемый массив, горные породы, отработка, мощного пласта.

Productivity of semi savannas pastures of North-West Tajikistan: determination of changes in the structure and productivity of Prangos pabularia under the influence of N and P fertilizers

Науки о Земле

Authors: Okhonniyozov M1,2,4,., Li Yaoming1,2, Li Kaihui1,2, Fan Lianlian1,2, Madaminov A.A 2,3,

1. Xinjiang Institute of Ecology and Geography, CAS, Urumqi 830011, China

2. CAS Researcher Center for Ecology and Environment of Central Asia (Dushanbe), Dushanbe, 734063, Tajikistan

3. Institute of Botany, Plant Physiology and Genetics, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan, Dushanbe 734017, Tajikistan

4. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Productivity of semi savannas pastures of North-West Tajikistan: determination of changes in the structure and productivity of Prangos pabularia under the influence of N and P fertilizers

Продуктивность полусаванных пастбищ Северо-Западного Таджикистана: определение изменений в структуре и продуктивности Prangos pabularia под воздействием N и P удобрений.

Abstract: The paper presents the results of changes in the productivity and structure of the Yugan communities in the Ziddi tract (the southern slope of the Gissar ridge, 2000 m ) under the influence of nitrogen fertilizers. Yugan is one of the highly productive natural forage lands of the Pamir-Alai grassy ecosystems. Yugan fodder (Prangos pabularia Lindl.) — Is a perennial large herb of the umbrella family, ephemeroid. This type of powerful pricing, dominant with a wide ecological range, has a landscape value. Different doses of nitrogen on the background of phosphate fertilizers were studied.

В статье представлены результаты изменений продуктивности и структуры юганских сообществ в урочище Зидди (южный склон Гиссарского хребта, 2000 м) под влиянием азотных удобрений. Юган является одним из высокопродуктивных природных кормовых угодий Памиро-Алайской травянистой экосистемы. Юганский корм (Prangos pabularia Lindl.) — многолетнее крупное растение семейства зонтичных, эфемероид. Этот тип доминирующий с широким экологическим диапазоном, имеет ландшафтное значение. Были изучены разные дозы азота на фоне фосфорных удобрений.

Key words: Tajikistan, pastures, fertilizers, productivity , Prangos pabularia .

Introduction:

Forage yield and variability are closely tied to weather and climate. Although you can’t control the weather, you can manage your pastures to deal with the challenges of your local conditions[1][2]. By working with the weather, you can improve pasture productivity and reduce drought risk, while also contributing to a healthy environment by reducing soil erosion, improving water quality and maintaining wildlife habitat [3]. The functional composition of a community depends both on intra- and interspecific trait variability[5]. The proportion of both components, as well as the overall amount of trait variation explained, depends on the habitat studied[6][7]. In grasslands, important determinants of a plant species’ trait values are not only temperature, precipitation and soil conditions[8], but also land-use intensity [9][10]. Beside responding to nutrient supply, climate and soil conditions, trait values of a plant species are also affected by the plants’ local neighborhood [11]. To test for such relationships, grasslands are very useful study systems as they are managed with varying intensity and globally rank among the ecosystems with the highest species richness at small spatial scales [12].

Poor pasture and animal performance can be caused by many factors, including mineral disorders. Many of the soils are weathered and low in nutrients. The soils may have other features that also limit pasture growth eg shallow depth, acidity and salinity. An assessment of these factors is a necessary part of making better fertilizer decisions[13]. Fertilization can be a profitable way to improve pasture. Production can usually be increased two to three times or more with a well planned fertilization and management program[14]. For optimum pasture growth all essential nutrients must be present in sufficient amounts. If any nutrient is deficient, pasture growth will be limited by this deficiency, even if all other nutrients are in abundance[15]. For grass pastures to be productive, first priority should be given to meeting nitrogen needs. Grasses require large quantities of nitrogen and respond vigorously when fertilized with this nutrient. [16][17]. Changes in grazing management, stocking rate and fodder conservation may be needed to capture the benefit of increased pasture growth. If used correctly, fertilizers can decrease the amount of pollutants in runoff and leaching by increasing the pasture groundcover and utilizing available nutrients[17]. Fertilizing, weed control, and rotational grazing increases production from pastures, resulting in greater livestock production. Fertilizing and controlling weeds on hay lands also increases production[18]. Nitrogen (N) increases both grass yield and protein content. It also improves the vigor of grass plants, which can thicken stands and reduce weed invasion. When adequate soil moisture is present, economical rates of nitrogen more than double forage production[13]. Phosphorus (P) fertilizer also is needed on many pastures in Tajikistan. Phosphate fertilizers can be applied with the nitrogen in either spring or fall.

The plant communities of highlands are widely used as pastures and hayfields and remain the most important source of feed for livestock in Tajikistan. The total area of these pastures is more than 2 million hectares, of which 600 thousand hectares are occupied by large grasses of summer use. The large grass semi-savannahs include, first of all, the formation of the Yugan stern, species of the genus ferula, deanasila, katran and etc. Formations of the Yugan fodder in Tajikistan are widespread on the southern slope of the Gissar Range, as well as on the ridges of Peter I and Darvaz. Fragmentally occur on the Zeravshan, Turkistan, partly Kuramin ridges and the Western Pamir. Yugan fodder (Prangos pabularia Lindl.) is the main dominant in the Yugan communities, widely represented in the mountains of Western Tian Shan, in Iran, Afghanistan and the Himalayas[19][20][21].

Yugan is one of the highly productive natural forage lands of the Pamir-Alai grassy ecosystems. In the Southern Pamir-Alai, the Yugan communities are found at altitudes from 1000 to 3200 m above sea level. m. According to the research of M. Nazarov , in Gissaro-Darvaz, Yugan are spread to heights from 1,200 to 3,400 m and the total productivity of pure jugan in various associations ranges from 6 to 56 c/ha. On the Ferula-Yugan community of the Gissar ridge, at an altitude of 3100 m, the stock of elevated phytomass during 1972-1978. varies from 20.2 to 36.8 c/ha and at an altitude of 2350 m (end of Siyokuh) for the period 2002-2007. — from 45.3 to 63.5 c/ha. In general, Yugan have a high potential for productivity[22]. Yugan is a valuable medicinal and honey plant. In this regard, botanists and environmentalists are faced with the task of conducting additional research to study the productivity of the Yugan and its community; develop integrated methods for increasing productivity and sustainable use, and recommend measures to protect them in a changing climate.

Material and methods

This study was established in the North-West Tajikistan in Ziddi station (2000 m above sea level m.). The type of vegetation is large grass semi-savannah, geranium-Prangos community.

C:\Users\Okhonniyozov\Desktop\Corel Draw\map of tajikistan  2.jpg

Figure 1. Location map of the study area.

The high-mountainous areas of the Gissar range belong to the belts of an insufficiently humid climate, with moderately warm summers and moderately severe winters. The climate of the study area is characterized by sharp continentality with significant daily and seasonal fluctuations in temperature[23]. In the fall, snow usually falls in early to mid-November, sometimes even in October. According to long-term data, the greatest amount of precipitation falls in December-April, the least in July-August. Total precipitation is relatively high and averages 950 mm. The lowest air temperature is observed in January and February, on some days the thermometer shows –22 … -24 ° C (Fig.2). In mid-March, the average monthly air temperature becomes positive, although frosts are occasionally observed in May (-5 ° C). The average monthly air temperature in May ranges from 8-10 ° C to 15 ° C, and in July from 15 ° C to 20 ° C. The sum of positive temperatures during the growing season is 1500 ° C[22][24][25].

C:\Users\Okhonniyozov\Desktop\research proposal\Mekhrovar RESEARCH\My research\mid-term\Graphics\22.jpg C:\Users\Okhonniyozov\Desktop\research proposal\Mekhrovar RESEARCH\My research\mid-term\Graphics\2 (1).jpg

Figure 2. Dynamics of air temperature and precipitation and its linear trends in North-West Tajikistan 2000- 2017.

The soils of the hospital are typical brown, with the release of the parent rock and with rubbly-stony limestone. Humus in the upper horizon contains 3.5–5%. The vegetation of the study area begins to vegetate in late April and early May as the soil surface is cleared from snow cover. Due to the diversity of micro relief, it is rich in various formations. The vegetation of the experimental site is a mountainous large grass semi-savanna, the formation is prangos, the forb-grass-prangos communities (Prangos pabularia, Geranium callinum, Astragalus corydalinus, Dactylis glomerata, Crepissibirica)[26][27][28].

Different doses of nitrogen (30 and 90 kg N per 1 ha) on the background of phosphate (30 kg P2O5 per 1 ha) fertilizers were studied. Experience options: 1 — control (N0P0), 2 — N3, 3 –P3, 4 — N3P3 and 5 — N9P3, repeated 4 times (Fig 3). The location of the plot is random. Mineral fertilizers, in accordance with the variants of the experiment, scattered superficially on 04.24.2018, at the beginning of the active growing season of pasture grasses. During the period of maximum plant growth, according to the generally accepted methodology, in each replica, monitoring of plant height, coverage and number of species was carried out. The productivity of the grass stand was determined by mowing the above-ground mass at each repetition at sites of 1 m2 (100×100 cm). Analysis of the types were carried out in green. In dry form, the weight of each plant and the gross yield of the stand were determined.

C:\Users\Okhonniyozov\Desktop\NPK1.jpg

Figure 3. Settings an experimental site. Note: N3 treatment- need CO(NH2) 26.5g/m2 ; N9 treatment- need CO(NH2) 219.5g/m2 ; P3 treatment –need P2O5 6.75g/m2 ;

Results and Discussion

Yugan fodder (Prangos pabularia Lindl.) — Is a perennial large herb of the umbrella family, ephemeroid. This type of powerful pricing, dominant with a wide ecological range, has a landscape value. In favorable conditions, Yugan is characterized by high growth rates, and its powerful rosette leaves and large generative shoots occupy the upper tier of the grass stand.

During the growing season in 2018, Ziddi received better results in the Yugan (Table 1). Warm weather in winter favored the early vegetation of vegetation. In the middle of April, on the southern slope of the Gissar Range, in the vicinity of the village of Kalon (3 km to Ziddi station), the Ferula kuhistanica, the dominant of vegetation, showed massive flowering for 20-25 days earlier.

Monitoring and recording of the grass stand productivity on the experimental plots of the Geranium-Yugan community (Prangos pabularia, Geranium collinum Community) were conducted on June 21, 2018 during the period of mass flowering of the dominant — Yugan fodder. At this time, the flowering individuals of the Yugan had a height of 160-180 cm under control (N0P0) and 200-220 cm on variants N3P3 and N9P3. The gross yield of the dry mass of the Geranium-Yugan community on the control (N0P0) plots averaged 450.7 g / m2, in variants N3 — 756.9, P3 — 614.0, N3P3 — 839.9 and N9P3 — 919.1 g / m2; the dry mass of the Yugan was equal to 40.0, 55.8, 46.1, 68.6 and 63.6% of the total yield, respectively. This year, an unusually large individual of the Yugan (80-85%) blossomed and fruited, resulting in a record harvest of green mass and seeds. The share of hill Geranium in the total yield of the control plots was 19.0%, in variants N3 — 12.7, P3 — 21.3, N3P3 — 13.6 and N9P3 — 14.4%. The species richness of the grass stand did not change significantly: the control (N0P0) averaged 13 species per 1 m2, in variants N3 — 10, P3 — 12, N3P3 — 13 and N3P3 — 13 plant species.

Table 1. Structure and productivity of the Geranium-Yugan community.

Plant name Dry weight, g / m2
Control N3 P3 N3P3 N9P3
Prangos pabularia 180.6 422.3 283.2 576.4 584.4
Geranium collinum 85.7 96.4 130.8 113.0 131,8
Vicia tonuifolia 22.8 55.1 28.6 24.4 21.8
Lathyrus inconspicus 7.5 0 7.0 4.0 2.4
Astragalus corydalinus 34.3 15.9 2.7 13.9 11.2
Medicago sativa 0 0 10.7 0.3 0
Bromopsis inermis 22.5 10.7 18.4 10.1 22.0
Dactylis glomerata 23.0 22.8 18.4 16.8 32.2
Hordeum bulbosum 13.7 7.6 15.5 4.1 14.2
Taraxacum longirostre 18.2 38,9 38.6 14.2 26.9
Crepis sibirica 24,2 46.8 19.9 53.9 44.7
Convolvulus arvensis 1.2 2.7 15.3 0.3 2.0
Polygonum coriarum 3.6 15.6 8.2 2.4 9.7
Artemisia absinthium 0.7 9.2 4.2 0 0
Cousinia umbrosa 1.2 8.8 8.5 2.1 8.1
Other plants 11.5 4.1 4.2 4.0 7.7
Total 450.7 756.9 614.0 839.9 919.1

Note: *) — less than 1.0%Elaeosticta hirtula, Lathyrus pratensis, Astragalus quisqualis, Medicago lupulina, Plantago lanseolata, Alcea nudiflora, Erophila verna, Scabiоsa songоrica, Galium transcaucasicum.

C:\Users\Okhonniyozov\Desktop\Graph4.jpg C:\Users\Okhonniyozov\Desktop\Graph3.jpg Figure 4. The species richness and productivity of the Geranium-Yugan community

Table 2. Crop dry weight of the Ziddi — Yugan community.

Variants Gross yield,

t/ ha

Yield increase Group
t/ ha %
Control 4.51 st
N30 7.57 3.06 67.8 1
P30 6.14 1.53 33.9 1
N30P30 8.40 3.89 86.2 1
N90P30 9.19 4.68 103.8 1
НСР05 0.24 3.4

Note: All experienced options significantly exceeds the standard (group I)

Conclusion

Yugan pastures under the influence of overgrazing (overgrazing) are severely degraded. In open pastures, the gross yield of the above-ground mass was lower compared with the use of haying (Table 1): in the control plot — by 3.3 times and fertilized (N9P3) — 6.8 times. Therefore, to restore the productivity of Yugan pastures, it is necessary to regulate their use in accordance with the biological characteristics of the main forage plants and through the use of a hayland-pasture rotation system. Annual early grazing negatively affects young plants, especially those of the Yugan. In this regard, on gentle plots, it is advisable to use the Yugan communities for haymaking, with livestock grazing in the aftermath, or carrying out autumn grazing in dry grass.

Acknowledgments

We thank Yusupov Sino, Ma Xuexi, Luo Yan, Tursunov Usmonkhuja for their assistance with sampling and analysis. The research was supported by Chinese Academy of Sciences. We express our gratitude to the Dushanbe Research Center for Ecology and Environment of Central Asia .

References

[1] Y. Y. Liu et al., “Changing Climate and Overgrazing Are Decimating Mongolian Steppes,” PLoS One, vol. 8, no. 2, pp. 4–9, 2013.

[2] N. Hölzel, C. Haub, M. P. Ingelfinger, A. Otte, and V. N. Pilipenko, “The return of the steppe — Large-scale restoration of degraded land in southern Russia during the post-Soviet era,” J. Nat. Conserv., vol. 10, no. 2, pp. 75–85, 2002.

[3] R. White, S. Murray, and M. Rohweder, Pilot Analysis of Global Ecosystems: Grassland Ecosystems. 2000.

[4] C. H. Albert, F. Grassein, F. M. Schurr, G. Vieilledent, and C. Violle, “When and how should intraspecific variability be considered in trait-based plant ecology?,” Perspect. Plant Ecol. Evol. Syst., vol. 13, no. 3, pp. 217–225, 2011.

[5] S. Rosbakh, C. Römermann, and P. Poschlod, “Specific leaf area correlates with temperature: new evidence of trait variation at the population, species and community levels,” Alp. Bot., vol. 125, no. 2, pp. 79–86, 2015.

[6] J. Lepš, F. de Bello, P. Šmilauer, and J. Doležal, “Community trait response to environment: Disentangling species turnover vs intraspecific trait variability effects,” Ecography (Cop.)., vol. 34, no. 5, pp. 856–863, 2011.

[7] O. E. Sala et al., “Global biodiversity scenarios for the year 2100,” Science (80-. )., vol. 287, no. 5459, pp. 1770–1774, 2000.

[8] A. T. Moles et al., “Which is a better predictor of plant traits: Temperature or precipitation?,” J. Veg. Sci., vol. 25, no. 5, pp. 1167–1180, 2014.

[9] H. Pfestorf et al., “Community mean traits as additional indicators to monitor effects of land-use intensity on grassland plant diversity,” Perspect. Plant Ecol. Evol. Syst., vol. 15, no. 1, pp. 1–11, 2013.

[10] K. A. Allen et al., “Southwest Pacific deep water carbonate chemistry linked to high southern latitude climate and atmospheric CO2during the Last Glacial Termination,” Quat. Sci. Rev., vol. 122, pp. 180–191, 2015.

[11] G. von Oheimb et al., “Individual-tree radial growth in a subtropical broad-leaved forest: The role of local neighbourhood competition,” For. Ecol. Manage., vol. 261, no. 3, pp. 499–507, 2011.

[12] J. B. Wilson, R. K. Peet, J. Dengler, and M. Pärtel, “Plant species richness: The world records,” J. Veg. Sci., vol. 23, no. 4, pp. 796–802, 2012.

[13] B. E. Anderson, J. D. Volesky, and C. A. Shapiro, “Fertilizing Grass Pastures and Hayland,” NebGuide, vol. January, pp. 1–4, 2010.

[14] R. November, “Fertilizing Pasture How much nitrogen to apply,” no. November, 2013.

[15] F. G. Pastures, “• Crops • Soils • Climate Fertilizing Pasture,” no. June, 1997.

[16] M. A. Sanderson, R. Stout, and G. Brink, “Productivity, botanical composition, and nutritive value of commercial pasture mixtures,” Agron. J., vol. 108, no. 1, pp. 93–100, 2016.

[17] N. D. Barlow, P. North, and N. Zealand, “Pastures , Pests and Productivity :,” pp. 43–55, 1979.

[18] R. B. Mitchell, L. Moser, B. Anderson, and S. Waller, “Switchgrass and big bluestem for grazing and hay switchgrass and big bluestem for grazing and hay,” Specialist, 1994.

[19] J. Cao, Z. L. Liu, S. S. Du, and Z. W. Deng, “Feeding deterrents from the tubers of Boschniakia himalaica against the red flour beetle , Tribolium castaneum,” vol. 6, no. 18, pp. 3506–3511, 2012.

[20] G. B. Bonan, “Forests and Climate Change: Forcings, Feedbacks, and the Climate Benefits of Fiorests,” Science (80-. )., vol. 320, no. 5882, pp. 1444–1449, 2008.

[21] M. Rees, R. Condit, M. Crawley, S. Pacala, and D. Tilman, “Long-Term Studies of Vegetation Dynamics,” Science (80-. )., vol. 293, no. 5530, pp. 650–655, 2001.

[22] H. of N. B. and B. C. Safarov, Neimatullo CBD National Focal Point, “First national report on biodiversity conservation 1,” Strategy, 2003.

[23] N. Human, “Tajikistan : Poverty in the Context of Climate Change Tajikistan : Poverty in the Context of Climate Change,” 2012.

[24] F. A. Funk, G. Peter, C. V. Leder, A. Loydi, A. Kröpfl, and R. A. Distel, “The impact of livestock grazing on the spatial pattern of vegetation in north-eastern Patagonia, Argentina,” Plant Ecol. Divers., vol. 11, no. 2, pp. 219–227, 2018.

[25] M. B. Jones, “THE IMPACTS OF GLOBAL CLIMATE CHANGE ON GRASSLAND ECOSYSTEMS.”

[26] C. U. I. Xiaoyang and S. Jinfeng, “Soil NH 4 + / NO 3 – nitrogen characteristics in primary forests and the adaptability of some coniferous species,” vol. 2, no. 3, pp. 1–10, 2007.

[27] Y. Wang, J. Shi, H. Wang, Q. Lin, X. Chen, and Y. C. Ã, “The influence of soil heavy metals pollution on soil microbial biomass , enzyme activity , and community composition near a copper smelter $,” vol. 67, pp. 75–81, 2007.

[28] T. Kai, M. Mukai, K. S. Araki, D. Adhikari, and M. Kubo, “Analysis of Chemical and Biological Soil Properties in Organically and Conventionally Fertilized Apple Orchards,” no. May, pp. 92–99, 2016.

 

ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВЕ И РАСТИТЕЛЬНОМ ПОКРОВЕ ВОКРУГ КЕДАБЕКСКОГО ЗАВОДА ПО ДОБЫЧЕ И ПЕРЕРАБОТКЕ ЗОЛОТОНОСНОЙ РУДЫ (АЗЕРБАЙДЖАН)

Науки о Земле

Ibrahimov Z.A.

Doctor of agrarian science, professor the department of ecology and forestry

Azerbaijan State Agricultural University.

za.ibrahim-ecoforest.az@rambler.ru

Djabbarov N.S.

PhD student in Azerbaijan State Agricultural University

Ибрагимов Закир Аббас оглы

доктор аграрных наук, профессор кафедры экологии и лесоводства

Азербайджанского Государственного Аграрного Университета

za.ibrahim-ecoforest.az@rambler.ru

Джаббаров Натиг Сабир оглы

заочный аспирант кафедры экологии и лесоводства

Азербайджанского Государственного Аграрного Университета

15

ASSESSMENT OF THE HEAVY METALS CONTENT IN SOIL AND PLANT COVER AROUND THE KEDABEK FACTORY ON THE EXTRACTION AND PROCESSING OF THE GOLD OWN ORE (AZERBAIJAN)

ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВЕ И РАСТИТЕЛЬНОМ ПОКРОВЕ ВОКРУГ КЕДАБЕКСКОГО ЗАВОДА ПО ДОБЫЧЕ И ПЕРЕРАБОТКЕ ЗОЛОТОНОСНОЙ РУДЫ (АЗЕРБАЙДЖАН)

SUMMARY. The article presents the results of the determination and assessment of the content of heavy metals (HM) in the soil and plant cover around the Kedabek gold ore processing factory. By the method of atomic absorption spectrometry in soil the gross content of Pb, Co, Cd, Ag, Cr, Cu, Zn, Au and in plant cover content of Pb, Co, Cd, Ag, Cu, Zn, Fe, Mn и Au was determined; Estimation of the amount of heavy metals in the soil was carried out by the Clark number, the MPC and by the total amount (Zc) of the HM. The assessment of the content of HM in the plant cover was carried out according to the MPC. According to the Pb, Cd, Ag, Cu, Zn, Au content, the soils are estimated as unpolluted, and according to the Co and Cr content — extremely polluted (exceeding the maximum permissible concentration by more than 4 times). According to the total content of () HM, soils are also estimated as extremely contaminated. Keeping Pb, Co, Cd, Ag, Cu, and Au in the vegetation cover varying in individual points, in general, do not exceed the MPC. The content in the vegetation cover of Zn, Fe and Mn exceeds the MPC, which is explained by the tendency of plants to accumulate Zn, Fe and Mn. There is no regularity in the content (decrease or increase) of HM in the soil and vegetation around the source of pollution.

KEYWORDS: mining industry, heavy metals, soil pollution, gross content, atomic adsorption method, Clark number, MPC.

AННОТАЦИЯ. В статье изложены результаты определения и оценки содержания тяжелых металлов (ТМ) в почве и растительном покрове вокруг Кедабекского завода по переработке золотоносной руды. Методом атомно-абсорбционной спектрометрии в почве определено валовое содержание Pb, Co, Cd, Ag, Cr, Cu, Zn, Au, в растительном покрове содержание Pb, Co, Cd, Ag, Cu, Zn, Fe, Mn и Au. Оценка количества тяжелых металлов в почве проведено по Кларковому числу, ПДК и по суммарному количеству (Zc) ТМ. Оценка содержание ТМ в растительном покрове проведено по ПДК. По содержанию Pb, Cd, Ag, Cu, Zn, Au почвы оцениваются как незагрязненные, а по содержанию Co и Cr – чрезвычайно загрязненные (превышение ПДК более, чем в 4 раза). По суммарному содержанию (Zс) ТМ почвы также оцениваются как чрезвычайно загрязненные. Содержание в растительном покрове Pb, Co, Cd, Ag, Cu, и Au варьируя по отдельным пунктам, в целом не превышают ПДК. Содержание в растительном покрове Zn, Fe и Mn превышают ПДК, что объясняется склонностью растений накапливать Zn, Fe и Mn. Закономерности в содержании (уменьшение или увеличение) ТМ в почве и растительном покрове вокруг источника загрязнения не наблюдается.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: горнорудная промышленность, тяжелые металлы, загрязнение почв, валовое содержание, атомно-адсорбционный метод, Кларковое число, ПДК.

АБСТРАКТ. Азербайджан издревле известен как нефтяная страна. Исторические данные свидетельствуют о добыче нефти на Апшеронском полуострове в VII-VI веках до н. е. Согласно средневековым историкам, на территории Азербайджана руда цветных и драгоценных металлов была обнаружена и эксплуатировалась также до нашей еры. Выплавкой меди Кедабекском месторождении занимались на протяжении более 2 тыс. лет. В первой половине XIX века выплавку меди Кедабекском месторождении возглавляли греки братья Мехор. В 1848-м году к ним присоединились братья Сименс (Karl, Valter and Ulbrixt Siemens brazes) и до 1867 года совместно эксплуатировали Кедабекское месторождение. В 1867 году братья Сименс полностью выкупили у греков Кедабекское месторождение и организовали медеплавильную корпорацию “Siemens&Brazes”. Корпорация просуществовала до 1917 года (до революции) и Кедабекский медеплавильный завод оставался крупнейшим капиталистическим предприятием своего времени. Масштабы этого завода характеризуют три паровые машины, три двигателя, одна динамо-машина, гидроэлектростанция, электрическое освещение, ремонтные мастерские, 27 печей для обжигания руды, 15 — для обжигания штейна, 9 — для выплавки штейна и черной меди, 3 — для выплавки чистой меди. Кедабекский завод имел специальную узкоколейную железнодорожную линию протяженность 28 км, связывавшую его с Калакендским заводом. Согласно архивным материалам корпорации “Siemens&Brazes”, компания в период 1867-1917 гг. Кедабекском месторождении произвела 56 000 тонн меди и 6,3-12,7 тонн золота. Кроме этого, компания с соседнего, Дашкесанского месторождения в Германию отправила 16 000 тонн медной руды с 2-процентным содержанием меди, с месторождения Биттибулаг (Дашкесанский р-н) 608 тонн кобальтовой (Co) руды (содержание кобальта 10-18%) [9,18].

Во второй половине 19-го и на протяжении 20-го веков нефтяной «бум» в республике отодвинул на второй план развитие горнорудной промышленности в Азербайджане. Несмотря даже на эти обстоятельства, во второй половине 20-го века в республике эксплуатировались месторождения железной и алюминиевой руды.

Запасы железной и алюминиевой руды в республике сосредоточены в основном на Дашкасанском месторождениях, расположенных по соседству с Кедабеком. С 1954 по 1992 год Дашкесанский комбинат по обогащению железной руды за период деятельности открытым карьерным способом освоил 30-35% общих запасов железной руды. Остаточные запасы месторождения оцениваются более 230 млн. тонн. Алюминиевые руды сосредоточены в алунитовом месторождении Зейлик (Дашкесанский р-н) и эксплуатировалась с 1964 по начало 1990 года. Остаточные запасы месторождения составляют более 160 млн. тонны [18].

По результатам многолетних геологоразведочных работ, проводимых по всей республике за последние годы, баланс полезных ископаемых, минеральную базу Азербайджана составляет 836 месторождений, из которых 51 залежи руд, 123 нерудные минералы, 561 строительные материалы и 101 источники минеральных, термальных и подземных йодо-бромных вод [21].

ВВЕДЕНИЕ. Краткий экскурс в историю горнодобывающей промышленности Азербайджана позволяет констатировать тот факт, что эта отрасль не является новшеством в Азербайджане и имеет исторические традиции. Данные, которые характеризуют минеральную базу Азербайджана, однозначно подтверждают, что горнодобывающая отрасль в Азербайджане обладает огромным потенциалом, и развитие этой отрасли открывает огромные перспективы для развития экономики Азербайджана. Решение проблем, стоящих сегодня перед горнорудной промышленностью в Азербайджане требуют широкого использования существующих месторождений с увеличением добычи в них, расширения геологоразведочных работ, открытия новых месторождений с вовлечением их в эксплуатацию. Расширение работ в упомянутых направлениях станет основой нового экономического скачка в Азербайджане. Развитие горнодобывающей отрасли Азербайджана с привлечением местных и иностранных инвестиций реальная возможность для быстрой интеграции в мировую индустрию [17,18,21].

В целях эффективного использования и, исходя из национальных интересов принято решение о привлечении иностранные инвестиций для разведки и эксплуатации подземных полезных ископаемых. Первое такое соглашение было подписано 20 августа 1997 года между государственной компанией “AzerGizil” (“AзерЗолото”) и американской инвестиционной группой “Anglo-Asian Mining PLC” (учреждена компанией «RV.  V. İnvestment Group Servisis LLC»). Исходя из подписанного соглашения, для разработки золотоносных месторождений Азербайджана создана операционная компания “Azerbaijan International Mining Company” (AMIC). AMIC является оператором проекта разработки 6-ти золотоносных месторождений Азербайджана, включая и месторождение Кедабек. Согласно контракту, с этих месторождений планируется добыть 400 тонн золота, 2500 тонн серебра и 1,5 тыс. тонны меди. В мае 2009 года операционная компания AMIC ввела в эксплуатацию завод по переработке золотоносной руды с месторождения Кедабек. Завод по переработке золотоносной руды на месторождении Кедабек с начала деятельности в 2009 году (за 11 месяцев) произвел 3 тонны золота. Первоначально запасы месторождения Кедабек оценивались в 4,79 тыс. тонн меди, 6,061 тонн золота и 71,96 тонн серебра. Однако в результате переоценки запасы данного месторождения в настоящее время оцениваются в 37 тыс. тонн меди, 23 тонны золота и 190 тонн серебра (Гусейн Багиров, министр Экологии и Природных Ресурсов AR. Интервью Interfax.Az, 21.10.2011) [21].

Развитие горнодобывающей промышленности зависит от многих факторов и должно основываться на конкретной программе. В дополнение к экономическим вопросам, упомянутым в этой программе, должны быть включены вопросы экологической безопасности. Неадекватное рассмотрение любого фактора развития использования горнорудным потенциалом может привести к нежелательным экологическим, экономическим и социальным последствиям [18].  Чтобы предотвратить эти осложнения, горнодобывающая промышленность и вопросы экологической безопасности должны быть скоординированы с соответствующими структурами, а использование экологически чистых технологий в горнодобывающей промышленности должно стать приоритетным [18].

Цели исследований. Несмотря на применение самого современного оборудования и экологически чистых технологий, воздействие горнодобывающей промышленности на окружающую среду, на ее основные компоненты (атмосферный воздух, почву, растительный покров, поверхностные и грунтовые воды) неизбежны [5,11,19,20]. По общему мнению ученых, основными источниками загрязнения биосферы выступают горнодобывающая и перерабатывающая промышленность (38 %), энергетика (22 %) и транспортные средства (16 %). На долю этих 3-х источников в совокупности приходится ¾ общего загрязнения биосферы [7,16]. Влияние горнорудной промышленности на окружающую среду проявляется в двух основных аспектах (направлениях). Во-первых, при добыче руды открытым карьерным способом, а также отвалами пустой породы нарушается целостность естественного ландшафта. Во-вторых, открытое пространство карьера и отвалы пустой породы после обогащения руды выступают основными источниками загрязнения. Воздушными потоками и водой загрязнители (ТМ) попадают в окружающую среду [5,11,19].

Отсутствие достоверной информации о степени загрязнения окружающей среды, а также сведений по количественным и качественным параметрам содержания ТМ в почве и растительном покрове в зоне влияния Кедабекского завода по переработке золотоносной руды не позволяют принятия однозначных решений.

Целью данного исследования было выявление и оценка влияния Кедабекского завода по добыче и переработке золотоносной руды (горнорудной промышленности) на окружающую среду, в частности на содержание тяжелых металлов (ТМ) в почве и растительном покрове. Предстояло определить валовое содержания ТМ в почве, растительном покрове с последующей сравнительной оценкой валового содержания ТМ в почве по фону (Кларковое число) и ПДК. Осуществить оценку содержания тяжелых металлов в растительном покрове, проследить взаимосвязь и характера между накоплением ТМ в почве и трансформацией их в растения.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ. Территория Кедабекского завода по переработке золотоносной руды (30,0 км2) включает: карьер по добыче открытым взрывным способом руды, цех по размельчению руды, бассейны (ванны) по химическому осаждению с применение раствора сианита (включает порядка 28 химических компонентов) из размельченной руды драгоценных и цветных металлов (Au, Ag, Cu), завод по извлечению из концентрированного раствора электролитическим способом металлов. Основными источниками и путями попадания ТМ окружающую среду выступают взрывные работы по разрушению материнской породы и руды, транспортные работы по доставке руды из карьера цех по размельчению, при размельчении руды, а также с поверхности карьера воздушными потоками загрязнители попадают в атмосферу. Осаждаясь на определенном расстоянии, происходит накопление и миграция ТМ в почве и трансформация в растения. Учитывая аеротранспортабельность загрязнителей, вокруг Кедабекского завода по переработке золотоносной руды учтено интенсивность и направление господствующих ветров (рис. 1).

Рис. 1. Интенсивность (%) и направление господствующих ветров (роза ветров). Кедабекский р-н.

По многолетним данным Кедабекской метеорологической станции преобладают ветры Юго-Западного (26%) и Северо-Восточного (17%) направлений. Вокруг Кедабекского завода по переработке золотоносной руды по этим двум направлениям проведен сбор образцов почвы и растительности для определения содержания в них ТМ. Всего было взято 14 образцов почв и 14 образцов растительности. Первая проба почвы и растений взяты в непосредственной близости (0,2 км) от источника загрязнения (№ 1, проба GT-10 и GB-10). В Юго-Западном направлении пробы взяты с 9 пунктов (пробы № 2-10) с интервалом между ними 2,0 -2,5 км и общим удалением от источника 20,0-22,0 км. В Северо-Восточном направлении на общем удалении 10,0 км от источника загрязнения с 4 пунктов были отобраны 4 образцов почвы и растительности (№ 11-14).

Почвы обследуемого района представлены горно-луговыми, горно-луговыми послелесными и частично – черноземными типами почв. Содержание гумуса, в зависимости от типа почвы и степени деградированности, колеблется в пределах 2,1-5,7%, реакция почвенной среды меняется от нейтральной до слабокислой (pH 6,0-6,6), в гранулометрическом составе преобладают средние суглинки (содержание мелкоземистых фракций 77-85 %). Растительный покров представлен горно-луговыми злаково-разнотравными ассоциациями.

Для отбора и взятия образцов в каждом пункте намечалась пробная площадка (0,2-0,25 га), на которой проводилось описание общего состояния почвенно-растительного покрова. На пробной площади с 5 точек (методом конверта) проводился отбор среднего (общего) образца почвы и растительности [12].

Почвенные образцы (смешанный) взяты с горизонта 0-30 см, в 5 точках с 1м2 срезали растительный покров и составляли смешанный образец. Растительные образцы после сбора в лабораторных условиях промывались дистиллированной водой, из почвенных образцов удалялись механические примеси, в течении 30 суток образцы высушивались проветриваемом помещении [12].

Сбор почвенных и растительных образцов, их хранение и подготовка для проведения анализов осуществлен по общепринятой методике [4,12]. Содержание ТМ в почвенных и растительных образцах проведено методом атомно-абсорбционной спектрометрии [3,4,12,16] на приборе Agilent 7700 Series ICP-MS (Agilent Technologies 7700 Series ICP-MS).

Оценка фактического содержания ТМ почве и растениях проведены по существующим ПДК (Российская Федерация, Нидерланды). Среднеарифметический показатель содержания ТМ в почве по всем образцам было принято как фоновое значение (Кларковое число) [2,6,14,15,16].

ОСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. Тяжелые металлы всегда присутствуют в почве, имея геологическое происхождение образуют фоновое содержание. Фоновое содержание также называется Кларковым числом. Кларковое число выражает количество ТМ в почве геологического происхождения, впервые показатель фонового содержания элементов в почве был предложен Американским ученым Ф.У.Кларком (F.U.Klark, 1889). Определяется общее (валовое) и обменное количество, а также подвижные формы ТМ в почве [1,2,10,].

Тяжелые металлы являются важной составляющей биохимических процессов, происходящих в почве [2], а также выступают незаменимыми микро- и ультрамикроэлементовами для растений [8]. Однако накопление тяжелых металлов в почве, превышение их содержания санитарных норм (ПДК), миграция и трансформация из почвы в другие компоненты окружающей среды становится источником опасности для здоровья человека.

В отобранных образцах почвы определено валовое содержание 8-и ТМ (Pb, Co, Cd, Ag, Cr, Cu, Zn, Au) (табл. 1). Оценка количества тяжелых металлов в почве проводилась в соответствии с фондом (Кларковое число), ПДК (табл. 2) и по суммарному количеству (Zc) ТМ (табл. 3) [13,14,15].

Среднеарифметическое значение содержания ТМ в почве принято как показатель фона (Кларковое число) [10,16]. Оценка фактического содержания ТМ в почве всем пунктам, независимо от отдаленности от источника загрязнения, осуществлено по Кларковому числу. По результатам анализов можно утверждать, что не проявляется видимой, очевидной закономерности в изменчивости количества фактического содержания тяжелых металлов по пунктам обора образцов и фоном, а также в зависимости от местоположения (расстояния) от источника загрязнения. Количество тяжелых металлов по всем пунктам меняется стихийно -спонтанно.

Таблица 1

Cодержание тяжелых металлов в почве вокруг Кедабекского завода по добыче и переработке золотоносной руды, PPM (PPM – Part Per Million)

Номер образца Тяжелые элементы Суммарное

содержание (Zc)

Условное

название

Pb Co Cd Ag Cr Cu Zn Au
14 GT-14 19,1 16,6 0,00010 0,0001 35,51 69,3 121,2 0,0545 261,7647
13 GT-13 20,2 16,2 0,00008 0,0002 29,81 26,4 119,4 0,0321 212,0424
12 GT-12 17,3 16,6 0,00011 0,0003 27,34 19,8 100,1 0,1045 181,2449
11 GT-11 20,4 16,7 0,00009 0,0002 35,62 20,9 99,8 0,0325 193,4528
Северо-Восточное направление
1* GT-10 18,1 20,6 0,00016 0,0001 26,50 28,6 104,5 0,0151 198,3154
Юго-Западное направление
2 GT-9 16,9 27,2 0,00012 0,0002 28,21 31,4 101,4 0,0720 205,1823
3 GT-8 17,5 15,3 0,00006 0,0001 50, 12 28,6 99,6 0,0515 161,0517
4 GT-7 19,8 16,2 0,00008 0,0121 40,15 30,2 100,9 0,0227 207,2849
5 GT-6 20,6 16,9 0,00010 0,5240 51,38 31,6 112,4 0,0732 233,4773
6 GT-5 19,8 15,2 0,00016 0,0151 43,02 22,8 120,2 0,0928 221,1281
7 GT-4 20,1 16,9 0,00009 0,0161 32,10 20,4 101,6 0,0512 191,1674
8 GT-3 16,3 25,4 0,00010 0,0195 43,10 78,6 81,6 0,0132 245,0328
9 GT-2 17,2 26,2 0,00012 0,0321 30,48 89,4 69,2 0,0311 232,5433
10 GT-1 15,6 38,4 0,00019 0,1810 26,47 101,2 65,3 0,0632 247,2144
Среднее значение 18,493 20,314 1,1·10-4 0,057 35,701 42,800 99,800 0,051 213,636
Дисперсия 2,665 41,730 0,1·10-8 0,019 68,051 754,484 278,866 0,001 736,606
Ср.кв.отклонение 1,632 6,460 3,5·10-5 0,137 8,249 27,468 16,699 0,027 27,140
Ошибка среднего 1,154 4,568 2,5·10-5 0,097 5,833 19,423 11,808 0,019 10,258
Коэф. вариации, % 8,828 31,800 31,246 239,774 23,107 64,177 16,733 53,559 12,704

1*- Источник загрязнения

Таблица 2

ПДК содержания ТМ в почве и растениях [5]

Химический элемент ПДК, РРМ
В почве В растениях
Pb 30 5,0
Cd 0,5 0,3
Co 5 0,5
Ag следы следы
Cr 6 5,0
Cu 55 0,5
Zn 100 10,0
Au следы следы
F 3 0,3
Mn 1500 0,2

Таблица 3

Градация почв по степени загрязнения [13]

Степень загрязнения почв
Элементом-загрязнителем Суммарное Zс
Уровень фона (Кларка) незагрязненные < 4 очень слабая
Превышение фона более 50% условно загрязненные 4–8 слабая
Превышение ПДК не более, чем в 2 раза средне загрязненные 32–64 умеренно

опасная

Превышение ПДК более, чем в 2 раза сильно загрязненные 64–128 опасная
Превышение ПДК более, чем в 4 раза чрезвычайно загрязненные > 128 чрезвычайно

опасная

Уровни содержания тяжелых металлов Pb, Co, Cd, Ag, Cr, Cu, Zn, Au вокруг источника (контроль, GT-10) не превышает Кларковое число, в той или иной степени варьируют вокруг него. Содержание Pb в почве, при Кларковом числе 18,5 PPM, по пунктам меняется в пределах 16,6-20,6 PPM, при этом минимальное содержание Pb наблюдается пункте № 10 (GT-1), а максимальное — пункте № 5 (GT-6) (рис. 2).

Рис. 2. Соотношение валового содержания свинца в почве к фону (Кларковое число, 18,5 мг/кг). ПДК 30-32 мг/кг

При ПДК по валовому содержанию в почве 30 PPM, фактическое содержание Pb в почве не превышает ПДК (максимальное фактическое содержание — 20,6 PPM).

Аналогичная картина наблюдается и в распределении кобальт (Со). При Кларковом числе 20,3 PPM, по пунктам фактическое содержание меняется в пределах 15,2-38,4 PPM. При ПДК 5 PPM, фактическое содержание Со превышает норму почти 3-8 раз.

Характер и количество распределения Pb и Со в почве по пунктам отбора образцов наглядно демонстрирует график (рис.3).

Рис. 3. Распределение содержания свинца (Pb) и кобальт (Co) в почве с удалением от источника загрязнения (проба № 1)

Содержание Cr в почве при Кларковом числе 35,7 PPM, по пунктам фактическое содержание меняется пределах 19,8-101,2 PPM. При ПДК 6 PPM, фактическое содержание Cr превышает норму почти 3-16 раз.

Самое высокое содержание (по абсолютной массе) наблюдается по Zn. При Кларковом числе 100 PPM, варьирует в пределах 65,3 – 121,2 PPM, не превышая ПДК (тоже 100 PPM) более 50 %.

По содержанию Pb, Cd, Ag, Cu, Zn, Au почвы оцениваются как незагрязненные, а по содержанию Co и Cr — чрезвычайно загрязненные (превышение ПДК более, чем в 4 раза). По суммарному содержанию (Zс) ТМ почвы оцениваются как чрезвычайно загрязненные. При среднем значении 213,6 PPM, этот показатель варьирует в пределах 161,1 -261,7 (213,6 >>128).

В растительном покрове определено содержание Pb, Co, Cd, Ag, Cu, Zn, Fe, Mn и Au (табл. 4). По результатам анализов содержание в растительном покрове Pb, Co, Cd, Ag, Cu, и Au, варьируя по отдельным пунктам отбора образцов, в не превышают ПДК. Элементы Zn, Fe и Mn в целом превышают ПДК. Это обстоятельство объясняется склонностью растений накапливать Zn, Fe и Mn.

Таблица 4

Cодержание тяжелых металлов в растительном покрове вокруг Кедабекского завода по добыче и переработке золотоносной руды, PPM

 

Номер образца Элементы
Условное

название

Pb Co Cd Ag Cu Zn Fe Mn Au
14 GB -14 0,06 0,19 0,020 0,0008 0,21 59,31 33,44 133,98 0,0004
13 GB -13 0,08 0,12 0,005 0,0011 0,19 40,19 23,41 70,17 0,0002
12 GB-12 2,20 0,20 0,013 0,0014 0,51 45,35 72,41 359,73 0,0001
11 GB-11 0,96 0,10 0,060 0,0009 0,39 54,45 33,51 180,14 0,0007
Северо-Восточное направление
1* GB-10 2,02 0,21 0,005 0,0004 0,55 65,14 68,82 54,85 0,0003
Юго-Западное направление
2 GB-9 1,17 0,15 0,003 0,0002 0,78 60,10 34,76 136,22 0,0005
3 GB-8 1,08 0,26 0,015 0,0001 0,49 41,20 77,01 51,99 0,0009
4 GB-7 1,44 0,40 0,008 0,0007 0,33 38,19 43,30 452,41 0,0002
5 GB-6 0,09 0,43 0,006 0,0002 0,19 65,07 48,20 413,94 0,0004
6 GB-5 0,04 0,26 0,017 0,0001 0,12 56,14 12,51 125,46 0,0001
7 GB-4 0,11 0,37 0,003 0,0007 0,32 39,04 58,43 401,09 0,0006
8 GB-3 0,10 0,28 0,019 0,0025 0,31 41,60 48,34 395,88 0,0008
9 GB-2 0,08 0,50 0,014 0,0001 0,10 35,96 35,21 274,91 0,0004
10 GB-1 0,11 0,10 0,006 0,0006 0,04 22,30 31,96 133,98 0,0003
Среднее значение 0,681 0,255 0,0139 0,0007 0,324 47,431 44,379 227,482 4,21·10-4
Дисперсия 0,572 0,015 2,0·10-4 40,1·10-8 0,039 150,001 335,766 20529,0 5,9·10-8
Ср. кв. откл-ие 0,756 0,123 0,0140 6,34·10-4 0,198 12,247 18,324 143,279 2,43·10-4
Ошибка средней 0,286 0,047 0,0099 2,39·10-4 0,075 4,629 6,926 54,155 0,92·10-4
Коэф. вар-ции, % 111,005 48,274 101,246 90,512 61,095 25,821 41,289 62,9 57,552

1*- Рядом с источником загрязнения

Взаимосвязи между валовым содержанием ТМ в почве и их содержанием в растениях демонстрирует аппроксимация валового содержания свинца (Pb) в почве и растениях (рис. 4).

Рис. 3. Аппроксимация валового содержания свинца (Pb) в почве и растениях

Несмотря на чрезвычайную степень загрязненности почв (по валовому содержанию Co и Cr, по суммарному содержанию (Zс) ТМ), а также превышение содержания в растениях Zn, Fe и Mn ПДК, при визуальном осмотре и описании растительного покрова внешних признаков угнетенности и морфологических отступлений не было зафиксировано.

На высокое содержание и порой превышение ПДК ТМ в почве и растительном покрове способствует (немаловажную роль играет) высокое фоновое содержание – Кларковое число. Высокое фоновое содержание ТМ в почве подтверждают также результаты минералогического состава, а также количество оксидов металлов.

ВЫВОДЫ. Вокруг Кедабекского завода по переработке золотоносной руды в почве определено валовое содержание Pb, Co, Cd, Ag, Cr, Cu, Zn, Au, в растительном покрове содержание Pb, Co, Cd, Ag, Cu, Zn, Fe, Mn и Au. По содержанию Pb, Cd, Ag, Cu, Zn, Au почвы оцениваются как незагрязненные, а по содержанию Co и Cr – чрезвычайно загрязненные (превышение ПДК более, чем в 4 раза). По суммарному содержанию (Zс) ТМ почвы также оцениваются как чрезвычайно загрязненные. Содержание в растительном покрове Pb, Co, Cd, Ag, Cu, и Au не превышают ПДК. Содержание в растительном покрове Zn, Fe и Mn превышают ПДК, что является результатом склонности растений накапливать Zn, Fe и Mn. Закономерность в содержании (уменьшение или увеличение) ТМ в почве и растительном покрове вокруг источника загрязнения не проявляется.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почве и растениях / Л.: Агропромиздат, 1987. — 142 С.
  2. Алексеенко В.А., Алексеенко А.В. Химические элементы в геохимических системах. Кларки почв селитебных ландшафтов / Ростов н/Д: Изд-во ЮФУ, 2013. — 388 с
  3. Андросова Н.В., Усанова Ю.С. Атомно-абсорбционное определение тяжелых металлов в почвах с использованием электротермического атомизатора // ИПОС СО РАН, г. Тюмень. Труды, № 4, 2014, — c. 160-162.
  4. Аргунов М.Н., Бузлама B.C., Редкий М.И., Середа С.В., Шабунин С.В. Определение тяжелых металлов в почве, воде и кормах (Ветеринарная токсикология с основами экологии), 2005. http://myzooplanet.ru/farmakologiya-toksikologiya-veterinarnaya/opredelenie-tyajelyih-metallov-pochve-vode
  5. Базарова С. Б. Воздействие горнодобывающих предприятий на экосистему региона и оценка эффективности их экологической деятельности // Байкальский институт природопользования Сибирского отделения РАН. Региональная экономика и управление: электронный научный журнал. Номер журнала: №2 (10), 2007. Номер статьи 1008. http://eee-region.ru/article/1008/ (Эл. Источник. Дата обращения 13.07.2017).
  6. Водяницкий Ю. Н. Нормативы содержания тяжелых металлов и металлоидов в почвах // М.: Почвоведение, 2012, № 3, — с. 368–375.
  7. Водяницкий Ю.Н. Загрязнение почв тяжелыми металлами и металлоидами / М.: Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, 2017, — 192 с.
  8. Гюльахмедов А.Г. Микроелементы в почвах Кировабад-Казахской зоны / Из-во «Коммунист», Баку, 1968. — 156 с. (на азербайджанском языке).
  9. Исмаилова А. М. Горнодобывающая промышленность Северного Азербайджана и экономика Российской империи (вторая половина XIX — начало XX в.) // Научно-теоретический журнал «Научные проблемы гуманитарных исследований». Выпуск 9, 2011, — c. 76-81.
  10. Кларки элементов в земной коре согласно разным авторам https://ru.wikipedia.org/wiki/
  11. Лещенко Я.Е. Влияние горнодобывающей промышленности на экосистемы камчатки. Камчатский государственный технический университет // V Международная электронная научная конференция. 15 февраля – 31 марта 2013 года. https://www.scienceforum.ru/2013/4/4016
  12. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства (издание 2-е, переработанное и дополненное) / Утверждено Зам. Министром сельского хозяйства Российской Федерации А.Г.Ефремовым 10 марта 1992 года. — 62 c.
  13. Позняк С.С. Содержание тяжелых металлов Pb, Ni, Zn, Cu, Mn, Zr, Cr, Co и Sn в почвах Центральной зоны Республики Беларусь. Электронный ресурс (дата обращения 15.11.2018).

http://economics.open-mechanics.com/articles/307.pdf

  1. Предельно Допустимая Концентрация Вредных Веществ. http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/himiya/
  2. Предельно Допустимая Концентрация ТМ в почве. http://www.gidrogel.ru/ecol/hv_met.htm
  3. Прохорова Н.В., Матвеев Н.М. Тяжелые металлы в почвах и растениях в условиях техногенеза // Вестник СамГУ. Специальный выпуск, 1996, — с. 125 -145.
  4. У Азербайджана стало еще больше золота. 18.01 2015. (Эл. ресурс, дата обращения 15.03.2018). http://news.day.az/economy/549465.html
  5. Шукюров Азер. Место и роль горнорудной промышленности в экономике Азербайджана//Strategiya.AZ (http://az.strategiya.az/old/?m=xeber&id=7848). Электронный ресурс, дата размещения 26 декабря 2012 года (дата обращения 25.11.2018), (на азербайджанском языке).
  6. Cabbarov N.S. Monitoring of influence of the Mining Industry on a soil-plant covers in Ganja-Kazak region of Azerbaijan // International Caucasian Forestry Symposium. 24-26 October 2013, Artvin, Turkey. Proceedings. — P.421-423
  7. Natiq Cabbarov, Zakir Ibrahimov. Mining industry and heavy metal content in needles of Pinus silvestris pine in Azerbaijan // International congress on engineering and life science. 26-29 April 2018/TURKEY. Abstract book. — P. 537
  8. http://interfax.az/view/476556

Obszary dzikiej przyrody ratują globalną bioróżnorodność

Fot. Fotolia

Zachowane jeszcze na całym świecie obszary nietkniętej przyrody są cenniejsze dla podtrzymania bioróżnorodności, niż dotąd sądzono. Z nowego badania wynika, że ich utrzymanie może nawet o połowę zmniejszyć globalne ryzyko wymierania gatunków.

Autorami opisanego w „Nature” badanie są badacze z australijskich Uniwersytetu Queensland (UQ) i Ogólnokrajowej Organizacji Badań Naukowych i Przemysłowych (CSIRO). Udało im się wykazać, że wiele z istniejących dziś obszarów dzikiej przyrody – gdzie wpływ człowieka jest minimalny lub żaden – może zadecydować o przyszłym przetrwaniu wielu lądowych gatunków na Ziemi.

Ostrzegają jednak, że liczba miejsc, w których przyroda pozostała nienaruszona, stale się zmniejsza. Przypominają też, że nie są to obszary, które można będzie przywrócić czy odzyskać, jeśli zostaną zniszczone.

”Obszary nietkniętej przyrody zmniejszyły się o ponad trzy miliony kilometrów kwadratowych – czyli połowę powierzchni Australii – od lat 90. Takie obszary raz utracone, są stracone na zawsze” – mówi prof. James Watson z UQ, który brał udział w badaniu.

Naukowcom udało się dowieść, że ryzyko utraty gatunków jest ponad dwukrotnie wyższe w ekosystemach znajdujących się poza obszarami dzikiej przyrody. Tereny te działają więc jak bufor zmniejszający ryzyko wyginięcia, podkreślają.

„Ale dzikie siedliska (…) podtrzymują też istnienie wielu gatunków, które poza nimi żyją w warunkach zdegradowanego środowiska i tracą liczebnie” – dodaje dr Moreno Di Marco z UQ, który kierował badaniem.

Wśród najcenniejszych dzikich obszarów naukowcy wymieniają część Ziemi Arnhema na północy Australii, tereny otaczające park narodowy Madidi w boliwijskiej Amazonii, tylko częściowo chronione lasy w południowej części kanadyjskiej prowincji Kolumbia Brytyjska oraz sawanny w granicach i wokół rezerwatu Zemongo w Republice Środkowoafrykańskiej.

Wszystkie te miejsca, podkreślają autorzy, odgrywają w swych regionach kluczową rolę w podtrzymaniu bioróżnorodności. Apelują o natychmiastowe wdrożenie strategii ich ochrony i zapewnienia przetrwania.

„Te miejsca są właśnie niszczone, a ich rola w zachowaniu bioróżnorodności jest nie do przecenienia” – mówi inny autor badania, James Watson z UQ.

Ale to nie jedyna ich wartość, dodaje naukowiec. Obszary nienaruszonej przyrody są też kluczowym elementem walki ze zmianami klimatu, regulują ważne cykle wodne i biogeochemiczne oraz zapewniają przetrwanie stylu życia autochtonicznych społeczności.

Badacze szacowali prawdopodobieństwa utraty gatunków na całym świecie, wykorzystując i opracowane przez CSIRO nowe modele globalnej bioróżnorodności, a także aktualne mapy obszarów nietkniętej przyrody.