Экологическое состояние селитебных территорий по степени загрязнения почв тяжелыми металлами Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

-Ф-

-Ф-

УДК 57.044

ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ СЕЛИТЕБНЫХ ТЕРРИТОРИЙ ПО СТЕПЕНИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

Б01: 10.24411/1728-323Х-2018-12012

Е. В. Соболева, к. б. н, доцент, [email protected],

М. А. Шишлова, к. б. н, доцент кафедры,

[email protected],

Школа педагогики Дальневосточного

федерального университета, г. Уссурийск,

Россия

В статье содержатся сведения об исследовании почв селитебных территорий г. Уссурийска Приморского края на содержание в них тяжелых металлов: свинца, кадмия, цинка и никеля. В 90 пробах почв, отобранных в различных по антропогенной и техногенной нагрузке частях города, установлены современные уровни содержания тяжелых металлов в разных типах почв. Выделены районы, испытывающие наибольшую нагрузку. Наиболее высокие концентрации свинца наблюдаются в почвах центральной и западной частей города. Наблюдается тенденция снижения содержания валовых форм свинца в почвах городского округа в последнее десятилетие. По содержанию кадмия г. Уссурийск относится к незагрязненным территориям, тогда как содержание цинка и никеля можно считать повышенным, все исследуемые пробы почв имели концентрацию Zn, превышающую ПДК, и больше половины проб превышали содержание Ni. Эти элементы можно считать одними из приоритетных загрязнителей окружающей среды города.

The article contains information about the study of soils of residential areas of the city of Ussuriysk, Primor-sky Krai, on the content of heavy metals: lead, cadmium, zinc and nickel. In 90 soil samples taken in different parts of the city, anthropogenic load and development pressure, modern levels of heavy metals in different soil types have been identified. The regions experiencing the greatest load are allocated. The highest concentrations of lead are observed in the soils of the central and western parts of the city. There is a tendency of decrease of the content of gross forms of lead in soils of the city district in the last decade. On the content of cadmium, Ussuriisk is referred to non-polluted areas, whereas the content of zinc and nickel can be considered high, all the studied soil samples had a concentration of Zn exceeding the MPC and more than half of the samples exceeded the Ni content. These elements can be considered the priority pollutants of the city environment.

Ключевые слова: почва, тяжелые металлы, обменная кислотность.

Keywords: soil, heavy metals, exchange acidity.

Введение. Современное экологическое состояние городских экосистем оценивается интегрально по степени загрязнения воздуха, воды, почвы, снежного покрова, растительности, животных. Наиболее информативным в данной ситуации является почва — среда, которая депонирует тяжелые металлы и другие загрязняющие вещества. В городских почвах техногенное и антропогенное загрязнение тяжелыми металлами превышает их природные поступления.

Проблема загрязнения компонентов окружающей среды тяжелыми металлами актуальна в связи с ростом числа источников их поступления. Загрязнение тяжелыми металлами приносит значительный вред здоровью населения загрязненных территорий. При насыщении почвы химическими элементами она может стать источником вторичного загрязнения продуктов питания, кормов животных, воды водоемов и атмосферного воздуха. Почвы выполняют роль связывающего звена всех компонентов биосферы и биогеохимического барьера [1, 2]. Она, в отличие от других сред, не может быстро очиститься, и загрязнители могут сохраняться в ней долгие годы.

Проблема загрязнения почв тяжелыми металлами имеет важное значение как для понимания процессов, протекающих в естественных и искусственных экосистемах, так и для решения практических задач, связанных с охраной окружающей среды в условиях южного Приморья.

Уссурийск, второй по величине (после Владивостока) город Приморского края с населением 192,84 тыс. чел. [3]. Расположенный на юге Приморского края он характеризуется развитым промышленным производством, широким спектром техногенных источников поступления тяжелых металлов в окружающую среду.

Уссурийск — крупный железнодорожный узел на Транссибирской железнодорожной магистрали. В городе имеются: Уссурийский локомотиворемонтный завод — крупное предприятие, ремонтирующее локомотивы для нужд РЖД и промышленных предприятий. Основными стационарными источниками загрязнения окружающей среды являются промышленные предприятия, а также объекты теплоэнергетики. На территории Уссурийска располагается 30 промышленных предприятий, из них 18 — это загрязнители (сахарный, молочный, ликероводочный заводы), заводы машиностроительной промышленности, имеются предприятия по пошиву одежды и кожаной обуви, строительной индустрии, кислородный завод, мебельная фабрика, картонный комбинат.

12

№ 2, 2018

-Ф-

-Ф-

-Ф-

-Ф-

В качестве основных факторов техногенного загрязнения почвенного покрова кадмием, свинцом, цинком и никелем нами были приняты выбросы автотранспорта, котельных и некоторых предприятий через воздушную среду (газы, пыль, дым, аэрозоли). Они характеризуются непрерывностью воздействия на окружающую среду, широким ареалом распространения выбросов, возможностью непрерывного контроля над количеством выбросов. Под действием техногенеза происходит загрязнение тяжелыми металлами и, как следствие, деградация почв (защелачивание, закрепление фосфатов в труднодоступных для растений формах, уплотнение и высокая способность к распылению) [4, 5].

Вопрос о современном состоянии почв города Уссурийска относительно тяжелых металлов остается слабо изученным. Имеются разрозненные сведения по содержанию некоторых тяжелых металлов в городских почвах. Изучение уровней концентраций тяжелых металлов в почве в сложившейся экологической ситуации актуально и необходимо для того, чтобы оценить и прогнозировать качество природной среды и разработать мероприятия для ее улучшения.

Целью работы стало исследование содержания тяжелых металлов в почвах г. Уссурийска для оценки масштабов экологических изменений в урбоэкосистеме.

Круг наблюдений мы ограничили металлами — 2п, N1, Сё, РЬ. При выборе элементов для исследования исходили из их биологической значимости ^п), металлогенической специфики реги-

она (РЬ, N1, 2п, Си), характера техногенных стоков (2п, N1, Сё, РЬ), поступающих с реками [3]. Учитывалась принадлежность тяжелых металлов к группам опасности: свинец и кадмий принадлежат к первой, никель — ко второй, цинк — к третьей группе опасности тяжелых металлов.

Методы и объект исследования. Районом исследования явился г. Уссурийск, который находится в Приханкайской низменности, вытянутой в северо-восточном направлении. Эрозионно-ак-кумулятивный рельеф охватывает обширные равнинные просторы. К востоку от равнины расположена горная система Сихотэ-Алинь. На исследуемой территории обнаружены буроугольные месторождения в палеогеновых и миоценовых толщах озерно-болотного и пойменно-болотного генезиса. Вблизи города известны месторождения черных металлов. Климат исследуемого района муссонный, с ярко выраженной континенталь-ностью.

Полевые исследования почв проводились в сухое время летом (август) и осенью (сентябрь) 2013—2017 гг. На территории города исследовали буро-подзолистые и лугово-бурые оподзоленные и луговые глеевые почвы. Для этого был произведен отбор проб почв по восьми румбам «розы ветров» в соответствии с шагом координатной сетки. Почвы отбирались согласно ГОСТу [6, 7]. Всего отобрано 90 проб почвенных образцов.

Район работ включал в себя ш есть станций отбора проб почв. Выбрали пробные площади, отличающиеся степенью антропогенной нагрузки. Характеристика станций представлена в табл. 1.

Таблица 1

Станции отбора проб почв в г. Уссурийск

№ пункта Характеристика Грузопоток, авт./ч

№ 1 Северный выезд из города. Трасса федерального значения Хабаровск — Владивосток. Расположение оптовых баз, скопление большегрузного автотранспорта, работающего на холостом ходу. Крупная котельная. Железнодорожные пути 1783

№ 2 Юго-восточная окраина города. Трасса федерального значения Хабаровск — Владивосток 1065

№ 3 Объездная трасса М60, восточная окраина. Промышленных предприятий нет. Железнодорожные пути 588

№ 4 Центральная часть города. Предприятия пищевой и перерабатывающей промышленности. Скопление легкового автотранспорта, работающего на холостом ходу у многочисленных светофоров и в час пик в дорожных заторах 1365

№ 5 Западная часть города. Трасса федерального значения Пограничный — Уссурийск. Плотный поток большегрузного транспорта. Крупная котельная 1410

№ 6 Южная окраина города. Район Солдатского озера. Зона отдыха горожан. Лесной массив. Одноэтажная застройка 570

№ 2, 2018

13

-Ф-

-Ф-

"Ф

-Ф-

Таблица 2

Значение обменной кислотности почв г. Уссурийск

№ пункта рН Среда

№ 1 6,6 нейтральная

№ 2 6,2 нейтральная

№ 3 6,2 нейтральная

№ 4 5,5 слабокислотная

№ 5 7,2 слабощелочная

№ 6 6,0 нейтральная

Дальнейшая обработка почвенных образцов производилась на базе лаборатории ФГБУ «Приморская межобластная ветеринарная лаборатория». Данная лаборатория является аккредитован -ной испытательной лабораторией почв, кормов, агрохимикатов, сельскохозяйственной и пищевой продукции.

Содержание свинца, никеля, цинка и кадмия определяли методом атомной абсорбции, на атомно-абсорбционном спектрометре ЛЛ8-30. Ошибка воспроизводимости метода 4—7 %.

Результаты и их обсуждение. На территории г. Уссурийска преобладают буро-подзолистые почвы. Значение рН среды является важнейшим показателем ландшафтно-геохимических условий почвенной среды, объясняется миграционная активность загрязнителей.

В пробах почвы была определена обменная кислотность, которая позволяет выявить сдвиг реакции рН в кислотную сторону. Смена щелочных и нейтральных условий на кислотные усиливает подвижность тяжелых металлов.

В нейтральных почвах подвижны соединения цинка, которые могут выщелачиваться при сезонном промачивании почв. В кислых почвах с преобладанием окислительных условий (почвы подзолистого ряда, хорошо дренированные) та-

кие тяжелые металлы, как кадмий, образуют легкоподвижные формы. Напротив, свинец образует малоподвижные соединения, способные накапливаться в гумусовых и иллювиальных горизонтах и негативно влиять на состояние почвенной биоты. В нейтральных почвах подвижны соединения цинка и кадмия, они могут задерживаться в гумусовом и иллювиальных горизонтах. По мере возрастания щелочности, опасность загрязнения почв перечисленными элементами увеличивается.

Результаты анализа среды проб почвы представлены в табл. 2.

Как видно из табл. 2, в городе преобладают почвы с нейтральным и слабокислотным значением среды, что характеризует подвижность элементов тяжелых металлов и увеличение их токсичности.

Анализ современного содержания и распределения свинца, кадмия, цинка и никеля в почвах города представлены в табл. 3.

Наибольшие концентрации свинца, превышающие ПДК в 3 раза (96,20 мг/кг), содержали почвы пункта № 4 (центр города), наименьшие — почвы, собранные в пунктах № 3 (10,10 мг/кг) и № 6 — зоне отдыха горожан (17,10 мг/кг). Наиболее высокие концентрации свинца наблюдаются в почвах центральной и западной частей города. Вероятно, это связано с характером распределения воздушных потоков на территории города. Согласно «розе ветров», 49 % ветров — южные. Можно предположить, что выбросы от всех источников загрязнения будут переноситься в северную и северо-западную части города. В городе фактор выноса господствующими ветрами влияет меньше, так как этому препятствуют здания городской застройки.

Согласно полученным данным, за последние 10 лет наблюдается ярко выраженная тенденция к сокращению поступления свинца на территорию города (рис. 1). Мы предполагаем, что такая положительная динамика связана со вступлением

Таблица 3

Содержание тяжелых металлов в почвах г. Уссурийск, мг/кг сух. массы

№ пункта РЬ са гп N1

№ 1 19,32 ± 4,83 0,035 ± 0,010 98,29 ± 18,34 281,96 ± 19,72

№ 2 22,18 ± 5,55 0,069 ± 0,021 105,18 ± 24,24 307,15 ± 19,05

№ 3 10,10 ± 2,50 0,018 ± 0,005 113,74 ± 20,48 216,77 ± 10,97

№ 4 96,20 ± 2,00 0,200 ± 0,090 74,07 ± 15,55 36,40 ± 7,64

№ 5 57,10 ± 0,70 0,220 ± 0,070 121,15 ± 25,44 16,46 ± 3, 46

№ 6 17,10 ± 10,70 0,175 ± 0,100 102,30 ± 21,48 46,88 ± 9,85

14

№ 2, 2018

-ф-

-Ф-

140 120 100 Л 80

60

р-

40 20 0

™ 2003 г. ^ 2014 г.

-ПДК

№1 №2 №3 №4 №5 №( Станции

Рис. Динамика содержания свинца (РЬ) в почвах г. Уссурийск

в силу Федерального закона № 209067-3 «Об ограничении оборота этилированного бензина в Российской Федерации». Однако содержание свинца в центральной и западной частях города до сих пор превышает предельно д опустимые значения (32 мг/кг для валовых форм) [8]. По всей видимости, это связано с многолетним накоплением свинца и его соединений на территории города до вступления в силу вышеуказанного постановления.

Содержание кадмия в почвах варьируют от 0,018 мг/кг в районе объездной трассы до 0,220 мг/кг на северной окраине города, что не превышает значение ПДК (2,0 мг/кг для валовых форм). Отсюда следует, что по содержанию кадмия г. Уссурийск относится к незагрязненным территориям.

Как видно из табл. 3, превышение концентрации цинка по сравнению с предельно допустимой концентрацией (ПДК = 55 мг/кг) наблюдается в почвах со всех пунктов сбора. На станции № 5 наблюдалось максимальное превышение концентрации ц инка (2,2 ПДК), это почвы района железнодорожного вокзала, которые испытывают сильный техногенный пресс. Наименьшее количество цинка содержали почвы центральной части г. Уссурийск.

Превышение концентраций никеля по сравнению с предельно допустимой концентрацией (ПДК = 20 мг/кг) наблюдается в почвах со всех пунктов сбора, за исключением пункта № 5. Причем образцы почв в районе пункта № 2 превышали ПДК более, чем в 15 раз.

Заключение. Таким образом, почвы города является чувствительным и д остоверным индикатором загрязнителей окружающей среды, они хорошо аккумулируют различные поллютанты, к тому же доступны для отбора и проведения исследований. Наиболее высокие концентрации свинца наблюдаются в почвах центральной и западной частей города. Наблюдается тенденция снижения содержания валовых форм свинца в почвах городского округа в последнее десятилетие. По содержанию кадмия г. Уссурийск относится к незагрязненным территориям, в сравнении с другими городами России [9, 10]. В почвах г. Уссурийска наблюдается повышенное содержание цинка и никеля, все исследуемые пробы почв имели концентрацию 2п, превышающую ПДК, и больше половины проб превышали содержание N1. Эти элементы можно считать одними из приоритетных загрязнителей окружающей среды города.

Библиографический список

1. Романенко Н. А., Крятов И. А., Тонкопий Н. И. Методология оценки качества почвы для социально-гигиенического мониторинга // Гигиена и санитария. — 2004. — № 5. — С. 17—18.

2. Неверова О. А. Биогеохимическая оценка городских почв (на примере Кемерова) // Гигиена и санитария. — 2004. — № 2. — С. 18—21.

3. Приморье в цифрах. 2016: Краткий статистический сборник / Владивосток: Приморскстат, 2017. — 69 с.

4. СанПиН 2.1.7.1287—03 Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы. М., 2003.

5. Смагин А. В., Азовцева Н. А., Смагина М. В. Некоторые критерии и методы оценки экологического состояния почв в связи с озеленением городских территорий // Почвоведение. — 2006. — № 5. — С. 603—615.

6. ГОСТ 17.4.01—83 «Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб».

7. ГОСТ 17.4.02—84 «Охрана природы. Почвы. Методы отбора и пробоподготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа».

8. Соболева Е. В. Свинец в почве и растениях как показатель воздействия автотранспорта на среду г. Уссурийска / ав-тореф. дисс. канд. биол. наук., Владивосток, 2003. — 20 с.

9. Соткина С. А., Бадьина О. Н., Шевченко И. А., Бикмаева А. В. Экологическое состояние города Дзержинска по степени загрязнения почвенного покрова тяжелыми металлами // Успехи современного естествознания. — 2017. — № 6. — С. 96—101.

10. ГН 2.1.7.2041—06. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве. — М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2006. — 3 с.

№ 2, 2018

15

-Ф-

re218.fm Page 16 Wednesday, July 4, 2018 9:27 AM

THE ECOLOGICAL STATE OF RESIDENTIAL AREAS DUE TO THE DEGREE OF SOIL CONTAMINATION WITH HEAVY METALS

E. V. Soboleva, Ph. D. (Biology), Associate Professor, the Department of Geography, ecology and child health, School of pedagogy Far Eastern Federal University, [email protected];

M. A. Shishlova, Ph. D. (Biology), Associate Professor, the Department of Science Education, School of pedagogy Far Eastern Federal University, [email protected]

References

1. Romanenko N. A. Kryatov I. A., Tonkopiy N. I. Soil quality assessment methodology for socio-hygienic monitoring // Hygiene and sanitation. 2004. No 5. P. 17—18. (in Russian).

2. Neverova O. A. Biogeochemical assessment of urban soils (on the example of Kemerovo) // Hygiene and sanitation. 2004. No 2. P. 18—21. (in Russian).

3. Primorye in figures in 2016: The short statistical collection. Vladivostok: Primorskstat, 2017. 69 p. (in Russian).

4. SanPiN 2.1.7.1287—03 sanitary and epidemiological requirements for soil quality. Moscow, 2003. (in Russian).

5. Smagin, A. V., Azovtseva N. A., Smagina M. V. Some criteria and methods of evaluation of ecological state of soils in connection with the greening of urban areas // Soil science. 2006. No 5. P. 603—615. (in Russian).

6. GOST 17.4.01—83 "Protection of nature. Soils. General requirements for sampling". (in Russian).

7. GOST 17.4.02—84 "Protection of nature. Soils. Sampling and sample preparation methods for chemical, bacteriological, helminthological analysis". (in Russian).

8. Soboleva E. V. Lead in soil and plants as an indicator of the impact of motor transport on the environment of Ussurijsk // Dr. Sc. in Biology thesis abstract. Vladivostok. 2003. 20 p. (in Russian).

9. Sotkina S. A., Budina O. N., Shevchenko I. A., Bikmaeva A. V. The Ecological condition of the city of Dzerzhinsk on the degree of soil pollution by heavy metals // Successes of modern natural Sciences. 2017. No 6. P. 96—101.

10. GN 2.1.7.2041—06. Maximum permissible concentrations (MPC) of chemical substances in the soil. Moscow: Federal center of hygiene and epidemiology Rospotrebnadzor, 2006. 3 p. (in Russian).

16