CC BY
28
ЭКОЛОГИЯ
УДК 631.4
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА НА УЧАСТКЕ ПРОМЫШЛЕННОГО РАЙОНА МОСКОВСКО-ОКСКОЙ ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЗОНЫ
А.Д. Жукова, Д.М. Хомяков
Проведена оценка содержания валовых и подвижных форм потенциальных поллю-тантов (Cd, Pb, 7п, Sr, F, S) в верхнем слое почвенного покрова зоны импактно-го воздействия цементного завода и предприятия, производящего фосфорсодержащие минеральные удобрения. Обнаружено, что концентрация валовых форм Cd, Pb, F и S превышает установленные нормативы допустимого загрязнения (ПДК, ОДК). Локальные максимумы концентрации приоритетных загрязнителей приурочены к территории на удалении 0,5 и 1,0 км от наполняемого фосфогипсового отвала. При сравнении участков, равноудаленных от источника загрязнения, установлено, что аллювиальные почвы аккумулируют в полтора-два раза больше валовых форм Cd, Pb, 7п, ^ и S, чем агродерново-подзолистые.
По степени устойчивости микробное сообщество можно охарактеризовать как резистентное к существующему техногенному загрязнению. На участках с превышением концентрации поллютантов относительно фона признаки возможной деградации микробного сообщества не выявлены.
Ключевые слова: экология импактных регионов, экология почв, экологическое нормирование, поликомпонентное загрязнение, интегральный показатель загрязнения, дыхание почв, производство минеральных удобрений, производство цемента.
Введение
Производство комплексных, в том числе фосфорсодержащих, минеральных удобрений (ФМУ) — важная отрасль современной химической промышленности России. В 2014 г. было произведено 19,6 млн т по действующему веществу (д.в.) минеральных удобрений, из которых отечественные сельхозпроизводители потребили около 2,0—2,2 млн т д.в., подавляющая же часть агро-химикатов пошла на экспорт [19].
По данным агентства Standard & Poor's (2012), отечественные компании, которые проводят мониторинг воздействия своих производственных объектов на окружающую среду, занимают на мировом рынке более устойчивые позиции, чем их конкуренты, пренебрегающие контролем за экологической обстановкой. «Экологическая прозрачность» промышленных предприятий содействует росту капитализации и делает их более привлекательными для зарубежных инвесторов.
Распределение потенциально опасных почвенных поллютантов в импактной зоне завода по производству ФМУ (ЗП ФМУ) зависит от объемов аэротехногенных выбросов, динамики их поступления на поверхность почвенного покрова, степени его неоднородности, особенностей химических веществ и соединений, содержащих загрязнители, переноса и миграции поллютантов в радиальных
и латеральных потоках, взаимодействия и взаимовлияния различных загрязнителей и иных факторов [4, 6 и др.]. На подстилающую поверхности в радиусе до 9 км от территории предприятия и объектов складирования отходов могут поступать значимые количества веществ, содержащих потенциальные загрязнители окружающей среды, в том числе кадмий, свинец, цинк, медь, стронций, фтор и серу [9, 20—27].
Цель нашего исследования — оценить состояние почвенного покрова в зоне его потенциального комплексного аэротехногенного загрязнения предприятиями, входящими в Московско-Окский промышленный кластер.
Формулировка цели обусловлена наличием на исследуемой территории не только ЗП ФМУ, но и цементного завода с сопутствующими производствами строительных материалов. Цементная пыль считается одним из самых экологически опасных строительных отходов. Она представляет собой тонкодисперсный порошок, содержащий не менее 60% CaCOз и тяжелые металлы в концентрациях: около 31 мг/кг кадмия, 836 — свинца, 300 — цинка и до 128 мг/кг меди [12]. Постоянная эмиссия, рассеивание и выпадение пыли на подстилающую поверхность способствует накоплению вышеперечисленных тяжелых металлов и подщелачиванию верхнего слоя почвенного покрова. К этому добав-
ляется воздействие автомобильного и железнодорожного транспорта [11, 15].
Материал и методы исследования
Территория обследования относится к Московско-Окской эколого-экономической зоне, расположенной в южной части Московской обл., в междуречье Москвы и Оки [12]. Она приурочена к Мещерской низменности и занимает пространство между южным склоном Клинско-Дмитровской возвышенности и долиной р. Москвы.
ЗП ФМУ и цементный завод находятся в 90 км к юго-востоку от Москвы, на левом берегу р. Москвы. Первый входит в четверку крупнейших российских предприятий по выпуску фосфорсодержащих удобрений, кормовых добавок, а также фосфорной и серной кислот. Химкомбинат располагает мощностями по производству 700—800 тыс. т NН4Н2РО4 и ^Н4)2НР04,200—300 тыс. т NHз, 300—400 тыс. т Н3Р04 и 1100—1300 тыс. т Н2804 в год. В 2012 г. реальное фактическое количество выбросов составило около 2,2 тыс. т, в 2013 г. лимит выбросов в атмосферу был равен немногим более 5 тыс. т [14]. Крупный цементный завод, находящийся в 4-х км к юго-востоку от ЗП ФМУ, имеет годовой выпуск цемента от 1,2 до 1,3 млн т при плановой мощности — свыше 2 млн т цемента в год.
На территории объекта исследования находятся два фосфогипсовых отвала, которые могут быть вторичными источниками загрязнения почвенного покрова. Полигон 1 был в эксплуатации с 1968 по 1997 г. Площадь его основания — 38 га, высота — 60 м, углы наклона откосов — 25°—34°. Он полностью сложен дигидратом кальция (Са804 • 2Н2О). Полигон 2 расположен в горной выработке площадью 60 га и находится в эксплуатации с 1976 г. по настоящее время. В год здесь складируется до 2 млн т фосфогипса, высота отвала увеличивается с каждым годом и уже составляет более 80 м с углами наклона откосов — 25°—38°. От подножия до 30 м он сложен дигидратом кальция, выше — полугидратом кальция (Са804 • 0,5Н20). Объем складированных здесь отходов по состоянию на 2011 г. оценивался в 22 млн м3 [6].
Была заложена 41 площадка пробоотбора (ПП) и одна — условного фона (рис. 1): 10 — на дерново-подзолистой почве (Дп) по трансектам А и Б в северо-восточном (3) и восточном (7) направлениях; 9 — на аллювиальной дерновой почве (Ал) по трансектам В и Ж в юго-восточном (5) и северо-западном (4) направлениях (центральная пойма правого берега р. Москвы); 22 — на агродерново-подзолистой почве (Адп) по трансектам Г, Д и Е в юго-восточном (9), юго-западном (9) и северозападном (4) направлениях.
В качестве объекта исследования выбран верхний (0—10 см) слой почвенного покрова пред-
Рис. 1. Схема обследуемой территории: 1 — производство ФМУ, 2 — наполняемый отвал фосфогипса (Полигон 2), 3 — законсервированный отвал фосфогипса (Полигон 1), 4 — цементный завод; А—Ж — почвенные трансекты
полагаемой территории импактного воздействия производств (0,5—9,0 км от промышленного объекта). Репрезентативные образцы отбирали по ГОСТ 17.4.3.04-85 в июле 2012 г., пробоподго-товку проводили по ГОСТ 17.4.4.02-84. Содержание валовых и подвижных форм Cd, РЬ, 7п, Си определяли методом атомно-абсорбционной спектроскопии, валовых форм 8 и 8г — методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой, содержание водорастворимой формы фтора — ионометрическим методом с использованием фтор-селективного электрода.
Суммарный показатель загрязнения (2с) рассчитывали по формуле
п
га = хкс - (п-1),
1=1
где п — число определяемых ингредиентов; Кс — коэффициент концентрации элемента, равный отношению его концентрации на площадке пробоот-бора к таковой на условном фоне (Кс = Кди/Кфон). Уровень загрязнения определяли в соответствии с градациями СанПин 2.1.7.1287-03.
Согласно современным представлениям о методике ведения исследований в области импактной экологии [3], при выборе фонового значения концентрации потенциальных поллютантов должны соблюдаться принципы полноты и целостности градиента загрязнения. Принцип полноты градиента заключается в максимизации разницы между уровнем загрязнения крайних точек импактного региона. Принцип целостности градиента предполагает, что наименее загрязненный (условно фоновый) участок должен располагаться вблизи
внешней границы импактного региона. Для исследования мы заложили ПП условного фона на расстоянии 9 км к юго-западу от предприятия (2,5 км от крайней ПП юго-западной трансекты), на границе с лесозащитной полосой.
Биологические показатели состояния почвы служат информативными и адекватными критериями определения уровня реального воздействия потенциальных поллютантов на микробное сообщество [7]. Показатель стресса микробного сообщества (также называемый метаболическим коэффициентом, ОЯ) рассчитывали как отношение базально-го дыхания почвы к субстрат-индуцированному. Интенсивность почвенного дыхания устанавливали на газовом хроматографе по эмиссии СО2 [17]. Показатель ОЯ для оценки устойчивости микробного сообщества почв к техногенным воздействиям был ранжирован (табл. 1). Он может отражать фактическое влияние объема и состава найденных в почве загрязнителей на биологическую составляющую почвы [1].
Таблица 1
Градация степени нарушения устойчивости микробного сообщества (цит. по [1]) и категория загрязнения земель (цит. по СанПин 2.1.7.1287-03)
Значение QR Степень нарушения устойчивости микробного сообщества почвы Значения Zc Категория загрязнения земель
0,01—0,2 отсутствует — чистая
0,2—0,3 слабая <16 допустимая
0,3—0,5 средняя 16—32 умеренно опасная
0,5—1,0 сильная 32—128 опасная
>1,0 катастрофическая >128 чрезвычайно опасная
системами земледелия и уровнем интенсификации сельского хозяйства.
Полученные показатели содержания потенциальных поллютантов на условно фоновой территории в 1,8—13,7 раза ниже, чем аналогичные, указанные в нормативных документах и других литературных источниках (табл. 2). Это обусловлено тем, что четвертичные отложения исследуемой территории представлены не моренными или покровными суглинками, как в большей части Подмосковья, а песками, супесями и суглинками водно-ледникового происхождения, обедненными тяжелыми металлами. Поэтому, во избежание получения заниженных показателей и с целью повышения объективности оценки содержания в почвах ТМ, мы предлагаем учитывать их накопление относительно не нарушенных, не подверженных деградации почв, т.е. почв условного фона.
Таблица 2
Фоновые значения содержания ТМ в почвах г. Москвы и Московской обл. (МО), мг/кг
Фон Cd Pb Zn Cu
Проведение строительных работ на территории г. Москвы и МО [13] 0,1 15,0 45,0 15,0
Исчисление размера экологического ущерба на территории г. Москвы [16] 0,3 26,0 50,0 27,0
Данные масштабного исследования почв МО [2] н/д 35,0 73,0 24,0
Условный фон объекта исследования 0,1 4,7 8,3 5,3
Полученные данные статистически обрабатывали при помощи компьютерных программ MS Excel 2013 и Statistica 8.0. Все расчеты выполнены на уровне значимостиp < 0,05. В качестве универсального средства описания нелинейных зависимостей использовали метод моделирования корреляционных зависимостей сплайнами [18]. За тесноту связи между переменными и результирующей функцией принимали коэффициент Пирсона (R).
Результаты и их обсуждение
Достоверную корреляцию пространственного распределения содержания потенциальных почвенных поллютантов со среднегодовой розой ветров выявить не удалось. Это объясняется высокой мозаичностью почвенного покрова, физико-химическими свойствами разных типов почв, разными
По обобщенным литературным данным [5], коэффициент вариации (Квар) при отсутствии локального источника загрязнения не должен превышать 0,1—0,2 для валовых и 0,25—0,3 для подвижных форм. По другим оценкам [10], в ненарушенных почвах этот показатель может принимать значения 0,25—0,80 для валовых и до 1,30 для подвижных форм.
Высокие значения Квар (0,36—1,65 > 0,3) (табл. 3) могут свидетельствовать о поступлении в почву ТМ и кислотных агентов в результате процессов техногенеза. Из-за высокой способности почвы к иммобилизации подвижных соединений этих элементов Квар валовых форм кадмия и свинца достоверно больше такового их подвижных форм в 1,9 и 1,6 раза соответственно. Аккумуляция цинка и меди в верхнем слое почвенного покрова производства находится в пределах нормы и не представляет опасности для роста и развития дикорастущих и сельскохозяйственных растений. Исключение составляет аномально высокое содержание подвижной формы цинка на аллювиальной дерновой поч-
Таблица 3
Содержание потенциальных почвенных поллютантов (мг/кг) и другие показатели в разных типах почв
Элемент, форма его нахождения в почве ОДК* ПДК** Фон Дп Ал Адп
среднее мин.—макс. Квар среднее мин.—макс. Квар среднее мин.—макс. Квар
Сё вал. 1* 0,1 0,9 0,1—4,0 1,56 0,4 0,1—1,0 0,79 0,3 0,1—0,6 0,40
подвиж. — 0,02 0,12 0,06—0,19 0,40 0,07 0,01—0,46 2,26 0,09 0,01—0,15 0,43
РЬ вал. 65* 4,7 23,2 2,3—99,4 1,51 12,9 4,0—36,1 0,91 9,3 5,2—26,9 0,52
подвиж. 6** 0,5 0,7 0,1—1,8 0,81 0,1 0,03—0,4 1,05 0,9 0,03—2,3 0,61
гп вал. 110* 8,3 13,0 5,9—22,5 0,33 24,6 8,1—87,4 1,09 16,3 7,7—53,2 0,75
подвиж. 23** 2,4 4,7 2,3—9,2 0,43 10,0 1,9—32,7 1,02 2,6 1,5—4,3 0,31
Си вал. 66* 5,3 9,0 3,6—16,9 0,55 13,1 3,5—38,2 0,95 10,2 4,4—32,8 0,60
подвиж. 3** 0,3 0,5 0,2—1,3 0,72 0,9 0,2—2,3 0,92 0,5 0,2—1,0 0,41
8г вал. — 30,0 74,8 25,2—212,1 0,93 49,0 22,5—73,9 0,44 46,7 22,5—71,5 0,30
8 вал. 160** 279,1 310,1 207,7—479,6 0,29 223,4 112,6—391,0 0,39 224,0 114,3—428,6 0,35
F вод. 10** 2,3 4,6 1,9—15,2 0,85 3,0 1,0—6,1 0,51 4,2 2,2—7,3 0,35
Сорг, % 1,8 1,9 1,0—3,8 0,41 1,6 1,2—2,5 0,30 1,3 1,3—2,7 0,30
РН 6,5 6,5 6,0—7,0 0,04 6,6 5,4—7,3 0,10 6,5 5,4—7,2 0,08
РН А -^сол 5,6 5,5 5,1—5,8 0,04 5,9 4,7—7,0 0,12 5,5 4,7—6,3 0,09
¿с 1 18 2—65 1,15 9 2—33 1,11 5 3—11 0,40
ОЛ 0,22 0,34 0,22—0,50 0,26 0,31 0,15—0,45 0,33 0,17 0,03—0,36 0,58
* ГН 2.1.7.2511-09 «Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве». ** ГН 2.1.7.2041-06 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве».
ве трансекты Ж в 4-х км от предприятия, где обнаружено 32,7 мг/кг почвы цинка (142% ПДК). Валовое его содержание на этой ПП составляет 87,4 мг/кг и не превышает установленного ОДК (110 мг/кг почвы).
Наименьшие значения Квар распределения потенциальных почвенных поллютантов характерны для агродерново-подзолистых почв сельскохозяйственных угодий (0,30—0,61). Эти элементы вовлечены в агробиологический круговорот. Агро-дерново- и дерново-подзолистые почвы можно классифицировать как средне обеспеченные подвижной формой цинка и очень низко обеспеченные подвижной формой меди [9].
На трансекте А (рис. 1) в 4-х км от территории ЗП ФМУ и полукилометре от Полигона 2 были зафиксированы превышения ОДК в почве для кадмия (4,0 мг/кг почвы, 400% ОДК), свинца (99,4 мг/кг, 153%) и фтора (15,2 мг/ кг, 152%).
При удалении от Полигона 2 на 1 км (3,5 км от ЗП ФМУ) в почве в 1,5 раза уменьшилась концентрация кадмия (2,7 мг/кг почвы, 270% ОДК), в 1,3 раза — свинца (77,8 мг/кг , 120%), в 3,6 — водорастворимых фторидов (4,2 мг/кг, 42%).
Максимальное содержание валовых форм стронция (212 мг/кг) также приурочено к ПП, расположенной в полукилометре от фосфогипсового отвала.
Согласно рассчитанному показателю ¿с, экологическая ситуация на указанном выше удалении от отвала может быть классифицирована как «опасная» (¿с = 65), аналогично однокилометровому расстоянию (¿с = 50).
Почвы объекта исследования имеют слабокислую (рНссщ 5,0—5,5) и близкую к нейтральной (рНсСщ 5,5—6,0) реакцию среды. В градации сред-некислых и слабокислых почв попадают 8-я и 11-я ПП соответственно. Среднекислые (рНсол 4,5—5,0) ПП приурочены к трансекте Ди к наиболее удаленным от источников техногенного загрязнения трансектам Ж и Е. Группы слабокислых и близких к нейтральным почв встречаются повсеместно на всех трансектах пробоотбора. Нейтральные (рНсол 6,0—7,0) — это почвы юго-восточных трансект В и Г, проходящих от ЗП ФМУ вдоль территории цементного завода. Слабокислая и близкая к нейтральной реакция среды, появившаяся на зональных кислых почвах в результате многолетнего осаждения щелочной цементной и фос-фогипсовой пыли, обусловливает их способность к более интенсивной аккумуляции и дальнейшей иммобилизации некоторых тяжелых металлов (например, Сё, РЬ, 2п, Си).
Согласно градациям кислотности по классификации ГН 2.1.7.2511-09, почвы 19 площадок пробоотбора относятся к кислым, 23 — к близким
к нейтральным и нейтральным. Для единой оценки содержания валовых форм тяжелых металлов был использован наиболее «жесткий» норматив для кислых почв.
Локальный максимум содержания потенциальных поллютантов на трансекте А обусловливается одновременной аэротехногенной эмиссией с территории ЗП ФМУ и пылевой эмиссией частиц с отвала фосфогипса. Способность последнего выступать в качестве источника загрязняющих веществ проявляется при физической водной и ветровой эрозии отвалов, при химическом выщелачивании водными потоками и при переменных окислительно-восстановительных условиях.
Основу аэротехногенной эмиссии ЗП ФМУ составляют соединения серы. Предприятие производит 800—900 тыс. т серной кислоты в год. В результате в атмосферу попадают сернистый и серный ангидриды, происходит конденсация тумана серной кислоты. Фактические выбросы соединений серы в атмосферу в 2001—2005 гг. варьировали в зависимости от объемов производства в диапазонах от 792 до 1448 тыс. т сернистого ангидрида, от 35 до 44 тыс.т серного ангидрида, от 38 до 62 тыс.т тумана серной кислоты. Среднее содержание серы в верхнем слое почвенного покрова (279,1 мг/кг) достоверно не отличается от значений на условно фоновой территории (310,1 мг/кг). Мы предполагаем, что техногенная эмиссия серы простирается за пределы выбранной импактной территории (6,5 км) и территории условного фона (9 км). Превышение ОДК валовой формы серы было выявлено на 34-х ПП (81% от общего количества). Географической закономерности расположения ПП с превышением ПДК валовой формы серы не выявлено. Восточная и северо-восточная трансекты дерново-подзолистых почв (рис. 1, трансекты А, Б) в среднем содержат достоверно больше серы, чем почвы других тран-сект, что должно быть обусловлено их близостью к наполняемому отвалу.
Обычно на почвах с тяжелым гранулометрическим составом накопление аэротехногенных пол-лютантов происходит быстрее по сравнению с легкими их аналогами. Значение имеет реакция почвенного раствора и содержание органического вещества. Отсутствие периодического затопления поймы водами р. Москвы также способствует аккумуляции тяжелых металлов и других потенциальных поллютантов. При сравнении химического состава почв ПП, равноудаленных от источников загрязнения (аллювиальная дерновая и агродерно-во-подзолистая — рис. 1, трансекты В и Г, Еи Ж), было установлено, что Ал почвы на удалении до 4-х км от ЗП ФМУ аккумулируют в полтора-два раза больше валовых форм кадмия, свинца, цинка, меди и серы, чем Адп. Доля подвижного кадмия в валовом составе Адп почв составляет 37—48,
Ал — не более 5—6%; доля подвижного свинца — 7—14 и <1% соответственно; доля подвижных форм цинка, меди и серы в Адп почвах также в два-три раза больше, чем в равноудаленных от источников техногенной эмиссии Ал почвах. Несмотря на то, что Ал почвы аккумулируют достоверно больше валовых форм некоторых тяжелых металллов и серы, большая часть их соединений иммобилизуется почвой и не переходит в подвижную форму, представляющую потенциальную опасность для растений и почвенной биоты.
Степень загрязнения почвы на разных площадках пробоотбора по значениям варьируется от «допустимой» (88% ПП) до «опасной» (2% ПП). В категорию «умеренно опасного» загрязнения попадают 10% ПП. «Опасные» и «умеренно опасные» категории земель приурочены к трансекте А у Полигона 1.
Оценка биологических показателей состояния почвенного покрова показала, что, согласно принятой нами градации (табл. 1), степень нарушения микробного сообщества на расстоянии 0,5—1,0 км от отвала может быть классифицирована как «средняя», по мере удаления от него она уменьшается в 1,4 раза (с 0,44 до 0,32) (табл. 3). Несмотря на высокое содержание потенциально опасных веществ, состояние микробного сообщества находится в пределах нормы, что можно объяснить его адаптацией к существованию в условиях техногенного стресса и высокой буферной способностью почвы.
«Слабую» и «среднюю» степень нарушения устойчивости функционирования микробного сообщества имеет 74% ПП, на 26% ПП этих признаков не выявлено. На дерново-подзолистой и аллювиальной почвах статистическое распределение показателя ОЯ можно охарактеризовать как близкое к нормальному, что говорит о достаточной устойчивости микробного сообщества к многолетним техногенным воздействиям. Хотя средние значения показателя ОЯ на агродерново-подзолистых почвах (0,17) в два раза меньше, чем среднее на дерново-подзолистых и аллювиальных дерновых (0,31—0,34), его разброс на данном типе земель значительно выше (Квар = 0,58), что может быть связано с неоднородной обработкой почвы и неравномерным внесением удобрений. По степени устойчивости микробное сообщество объекта исследования можно охарактеризовать как резистентное к существующему техногенному загрязнению. На участках, где ранее было обнаружено превышение концентрации потенциальных почвенных поллютантов относительно фона, признаков возможной деградации микробного сообщества не выявлено.
Для оценки силы комплексного влияния продуктов техногенеза на состояние почвенной биоты мы проанализировали корреляционные зависимости между показателями ОЯ (результирующая
переменная), С0рг и 2с (независимые переменные) (рис. 2). Сила тесноты связи между показателями QR и С0рГ в уравнении вида QR = / (С0рг) варьирует от высокой (0,76) до весьма высокой (1,00). Теснота связи увеличивается в ряду почвенных типов Адп ^ Ал ^ Дп. Чем теснее взаимосвязь этих показателей, тем больший благоприятный эффект на микробное сообщество может оказать внесение органических удобрений и другие мелиоративные мероприятия, направленные на стимулирование процессов гумификации органического вещества почвы.
Весьма высокая сила тесноты связи между показателями QR и 2с (0,77—0,91) характерна для дерново-подзолистых почв трансекты А со средним значением 2с, равным 18. На аллювиальных дерновых и дерново-подзолистых почвах трансекты Б с низкими средними значениями 2с (5—9) этот показатель варьирует в широком диапазоне: от слабой до весьма высокой, что не позволяет нам однозначно признать наличие статистически достоверной корреляции между QR и 2с на этих типах почв.
Мы измерили тесноту связи в сложных двумерных моделях вида QR = /(Сорг, 2с), где вклад
независимых переменных в результирующую функцию варьировался от Сорг:2с = 50:50 до Сорг:2с = = 90:10 с шагом в 10%. Корреляционная зависимость вида QR = /(Сорг, 2с) на выбранном уровне значимости была выявлена только на агродерново-подзолистых почвах. По мере того, как соотношение вклада переменных в результирующую функцию изменялось от Сорг: 2с = 1:1 до Сорг: 2с = = 9:1, сила корреляционной связи увеличивалась от 0,70 до 0,98. Установлено, что значения показателя QR на Адп почвах не менее чем на 90% зависит от количества Сорг в верхнем слое почвенного покрова и не более чем на 10% определяется интегральной характеристикой загрязнения почвы.
Выводы
Экологическая оценка состояния почвенного покрова показала, что в радиусе до 4,0 км от ЗП ФМУ и 0,5—1,0 км от объекта складирования отходов (Полигона 1) можно выделить участки с содержанием валовых форм Cd, РЬ, 7п, Си, 8г, 8 и водорастворимой формы Б в концентрациях, достоверно выше фоновых. Содержание в почвах выделенных участков валовых форм Cd, РЬ, 8 и Рвод превышает действующие нормативы (ПДК и ОДК).
Рис. 2. Корреляционные зависимости QR = /(Сорг), QR = /(2с) на разных типах почв
Территория фактического аэротехногенного загрязнения почвы серой простирается за пределы территории объекта исследования. Среднее содержание ее валовой формы на территории исследования (310 мг/кг), в том числе на условно фоновой территории (280 мг/кг), превышает установленный норматив (ПДК) в 1,7—1,9 раза.
При расчете Zc на территории импактного воздействия производств целесообразно использовать значения локального (условного) фона, так как результаты расчетов, полученные с учетом фоновых значений из действующих нормативных документов, могут быть занижены в 1,8—13,7 раза.
Слабокислая и близкая к нейтральной реакция почвенной среды объекта исследования, являющаяся результатом многолетней аккумуляции на кислых дерново-подзолистых и аллювиальных почвах щелочной цементной и фосфогипсовой пыли, способствует аккумуляции и дальнейшей иммобилизации валовых форм Cd, РЬ, Ъп, Си.
Сравнительная оценка интенсивности аккумуляции поллютантов показала, что аллювиальные почвы аккумулируют в 1,5—2,0 раза больше валовых форм Cd, РЬ, Ъп, Си, 8, чем агродерно-
во-подзолистые, находящиеся на том же удалении от источников загрязнения. В то же время, доля подвижной формы этих элементов в валовой на аллювиальных почвах в 2—8 раз ниже, чем на агродерново-подзолистых, что обусловлено более тяжелым гранулометрическим составом, большим содержанием Сорг и более щелочной реакцией среды.
По степени устойчивости микробное сообщество можно охарактеризовать как резистентное к существующему техногенному загрязнению. На участках, где было обнаружено превышение концентраций потенциальных почвенных поллю-тантов относительно фона, признаков его возможной деградации не выявлено. Достоверные корреляционные связи между показателями QR и Zc установлены только для дерново-подзолистых почв; на агродерново-подзолистых показатель Zc определяет не более 10% дисперсии QR, на аллювиальных дерновых почвах корреляционная взаимосвязь между этими показателями не выявлена. При комплексной оценке состояния почв наиболее информативный подход обеспечивает одновременное использование показателей Zc и QR.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Благодатская Е.В., Ананьева Н.Д. Оценка устойчивости микробных сообществ в процессе разложения поллютантов в почве // Почвоведение. 1996. № 11.
2. Волгин Д.А. Фоновый уровень и содержание тяжелых металлов в почвенном покрове Московской области // Вестн. МГОУ. Естественные науки. 2009. № 3.
3. Воробейчик Е.Л., Козлов М.В. Воздействие точечных источников эмиссии поллютантов на наземные экосистемы: методология исследований, экспериментальные схемы, распространенные ошибки // Экология. 2012. № 2.
4. Добровольский В.В. Основы биогеохимии. М., 2003.
5. Зырин Н.Г., Малахова С.Г., Стасюк Н.В. Им-пактное загрязнение почв металлами и фторидами. СПб., 1986.
6. Ивочкина М.А. Изучение формирования свойств техногенных отложений в отвалах фосфогипса при переработке исходного сырья различных месторождений // Электрон. науч. журн. «Инж. вестн. Дона». 2013. № 1.
7. Кожевин П.А. Об управлении почвенными микроорганизмами в агроэкосистемах // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2011. № 1.
8. Любимова И.Н., Борисочкина Т.И. Влияние потенциально-опасных химических элементов, содержащихся в фосфогипсе, на окружающую среду. М., 2007.
9. Минеев В.Г. Агрохимия. М., 2004.
10. Мотузова Г.В. Уровни и природа варьирования содержаний микроэлементов в почвах лесных биогеоценозов // Пробл. экол. мониторинга и моделир. экосистем. 1992.Т. 14.
11. О состоянии природных ресурсов и окружающей среды Московской области в 2012 году: Ин-
форм. вып. / Под ред. М.Я. Воронцова, С.Р. Гильден-скиольда, А.Л. Красикова. Красногорск, 2013.
12. О стратегии социально-экономического развития Московской области до 2020 года: Постановление Правительства МО от 15.12.2006 № 1164/49 (ред. от 08.07.2011).
13. Оценка почв и грунтов в ходе проведения инженерно-экологических изысканий для строительства. М., 2001.
14. Понасенков А. «Зеленая» работа // Куйбыше-вец. 2013. 7 июня. № 20 (4484).
15. Почвы Московской области и их использование. В 2 т. Т.1. М., 2002.
16. Распоряжение мэра от 27.07.1999 № 801-рм об утверждении методики исчисления размера ущерба, вызываемого захламлением, загрязнением и деградацией земель на территории Москвы. Введение. 21.07.1999.
17. Степанов А.Л, ЛысакЛ.В. Методы газовой хроматографии в почвенной микробиологии: Учеб.-метод. пос. М., 2002.
18. Хакимов Б.В. Моделирование корреляционных зависимостей сплайнами на примерах в геологии и экологии. М., 2003.
19. Россия: 2015. Стат. справочник. М., 2015.
20. Aoun M, El SamraniA.G, Lartiges B.S. et al. Releases of phosphate fertilizer industry in the surrounding environment: Investigation on heavy metals and polonium-210 in soil // J. Environ. Sci. 2010. Vol. 22, N 9. P. 1387—1397.
21. Held M, Baldwin I.T. Soil degradation slows growth and inhibits jasmonate-induced resistance in Arte-misiavulgaris //Ecol.Appl.2005.Vol. 15,N5.P. 1689—1700.
22. Kassir L.N., Lartiges B, Ouaini N. Effects of fertilizer industry emissions on local soil contamination: a case
study of a phosphate plant on the east Mediterranean coast // Environ. technol. 2012. Vol. 33, N 8. P. 873—885.
23. Mirlean N, Roisenberg A. The effect of emissions of fertilizer production on the environment contamination by cadmium and arsenic in Southern Brazil // Environ. Pollut. 2006. Vol. 143, N 2. P. 335—340.
24. Pérez-LOpez R., Nieto J.M., Lopez-Coto I. et al. Dynamics of contaminants in phosphogypsum of the fertilizer industry of Huelva (SW Spain): from phosphate rock ore to the environment // Appl. Geochem. 2010. Vol.25, N 5. P. 705—715.
25. Smidt G.A., Koschinsky A., Carvalho L.M. de et al. Heavy metal concentrations in soils in the vicinity of a fertilizer factory in Southern Brazil // Landbauforschung. 2011. Vol.61, N 4. P.353—364.
26. StankeviCiene D., PeCiulyte D. Functioning of the ectomycorrhizae and soil microfungi in deciduous forests situated along a pollution gradient next to a fertilizer factory // Pol. J. Environ. Stud. 2004. Vol. 13, N 6. С. 715—721.
27. Szynkowska M.I., Pawlaczyk A., Lesniewska E., Paryjczak T. Toxic Metal Distribution in Rural and Urban Soil Samples Affected by Industry and Traffic // Ibid. 2009. Vol.18, N 6. P. 1141—1150.
Поступила в редакцию 23.06.2015
ECOLOGICAL ASSESSMENT OF SOIL AREAS IN THE INDUSTRIAL REGION
OF THE MOSCOW-OKA ECOLOGICAL ECONOMIC ZONE
A.D. Zhukova, D.M. Khomiakov
The total and mobile forms content of potential soil pollutants (Cd, Pb, Zn, Cu, Sr, F, S) were determined into the top-soil in the impact zone of the cement plant and the phosphorus fertilizer factory. The observed concentration of the total Cd (4,0 mg/kg), Pb (99,4 mg/kg), F (15,2 mg/kg), S (479,6 mg/kg) exceeded the established maximum permissible concentration (MPC) and approximately tolerance (JDC) of chemicals in the soil. Local concentration maximum of priority pollutants was observed at the distance of 0,5 and 1,0 km away from phosphogypsum stack. As the result of comparing equidistant sampling plots, we found the alluvial soil accumulated a 1,5—2 times more total forms of Cd, Pb, Zn, Cu, S, than agropod-zolic soil. Microbial community stability could be described as the resistance to existing anthropogenic pollution. Possible microbial degradation attributes were identified in areas where the potential soil pollutants concentrations were in excess (comparing to the background level).
Key words: impact ecology, soil ecology, environmental law, multicomponent contamination, integral soil contamination index, soil respiration, mineral fertilizer production, cement production.
Сведения об авторах
Жукова Анна Дмитриевна, аспирант каф. агроинформатики ф-та почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова. E-mail: [email protected]. Хомяков Дмитрий Михайлович, докт. тех. наук, профессор, зав. каф. агроинформатики ф-та почвоведения МГУ имени М.В.Ломоносова. Тел.: 8(495) 939-28-52; e-mail: [email protected].
