CC BY
53
УДК 504.53 + 631.416.9 Б01 10.18522/0321-3005-2016-3-110-115
ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА ОКТЯБРЬСКОГО РАЙОНА РОСТОВА-НА-ДОНУ
© 2016 г. Д.Ю. Шишкина, Т.Г. Белая
Шишкина Диана Юрьевна - кандидат географических наук, доцент, кафедра геоэкологии и прикладной геохимии, Институт наук о Земле Южного федерального университета, ул. Зорге, 40, г. Ростов-на-Дону, 344090, е-mail: [email protected]
Белая Татьяна Геннадьевна - студентка, Институт наук о Земле Южного федерального университета, ул. Зорге, 40, г. Ростов-на-Дону, 344090, е-mail: [email protected]
Shishkina Diana Yuri 'evna - Candidate of Geographical Science, Associate Professor, Department of Geoecology and Applied Geochemistry, Institute of Earth Sciences of the Southern Federal University, Zorge St., 40, Rostov-on-Don, 344090, Russia, e-mail: [email protected] Belaya Tat'ana Gennad'evna - Student, Institute of Earth Sciences of the Southern Federal University, Zorge St., 40, Rostov-on-Don, 344090, Russia, e-mail: [email protected]
Приведены основные результаты эколого-геохимического исследования состояния почвенного покрова Октябрьского района г. Ростова-на-Дону. Проанализированы основные особенности и содержание тяжелых металлов в различных функциональных зонах Октябрьского района. Выявлено накопление тяжелых металлов в почвах промышленных и селитебных ландшафтов. Уровень загрязнения почв оценен как допустимый и умеренно опасный.
Ключевые слова: тяжелые металлы, функциональные зоны, источники загрязнения, геохимические ассоциации, суммарный показатель загрязнения.
The article presents the main results of the ecological and geochemical research of the state of topsoil of the Oktyabr District of Rostov-on-Don. The content and main features of distribution of heavy metals in the soils from different functional zones of Oktyabr District have been analyzed. The accumulation of heavy metals in the soils of industrial and settlement urban landscapes has been noted. The long-term trends in accumulation of heavy metals in topsoils were identified. The soil pollution level was assessed as acceptable and moderately dangerous.
Keywords: heavy metals, functional zones, sources ofpollution, geochemical associations, total pollution index.
Эколого-геохимические исследования почвенного покрова проводятся в Ростове-на-Дону с 1980-х гг. За тридцатилетний период накоплен обширный фактический материал, составлены и проанализированы карты распределения тяжелых металлов на всей городской территории и в различных функциональных зонах оконтурены геохимические аномалии и установлен их генезис [1—3].
Преобразования в экономической жизни страны привели к существенному изменению эколого-геохимической ситуации в ряде городов [4, 5]. В Ростове-на-Дону исследования последних лет, в отличие от проводившихся в 1980-1990-х гг., выполняются на локальных участках, что не позволяет охарактеризовать современные тенденции пространственного распределения химических элементов в почвах [6-8]. Для решения этой проблемы целесообразно провести эколого-геохимическую съемку одного из административных районов города.
Объекты и методы исследований
В качестве объекта выбран Октябрьский район -один из наиболее крупных и давно существующих районов Ростова-на-Дону. Его площадь - 49,5 км2 -
составляет 11,5 % от общегородской; в его границах проживают 167,7 тыс. человек, или 15 % населения Ростова-на-Дону. На территории района представлены все геоморфологические элементы и функциональные зоны города, а также разновозрастные виды застройки - от периферии исторического центра до возникших в недавнее время на месте дачных участков коттеджных посёлков.
Эколого-геохимическое опробование проводилось осенью 2015 г. Сеть пробоотбора планировалась с использованием специально составленной схемы функционального зонирования Октябрьского района, что позволило равномерно охватить опробованием все урболандшафты - селитебные, промышленные и рекреационные (рисунок). Всего было отобрано 25 почвенных проб.
Пробы анализировались на содержание тяжелых металлов (С^ И§, Мп, N1, V, Си, РЬ, 2п) и мышьяка. В региональном лабораторном центре ОАО «Юж-геология» приближенно-количественным спектральным анализом определены концентрации Мп, N1, V, Си, РЬ, 2п; в испытательном лабораторном центре ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Ростовской области» методом атомно-эмиссионной спектрометрии определены С^ И§, А8.
Функциональное зонирование Октябрьского района и точки отбора проб почвы
Характеристика временной динамики распределения элементов проводилась путем сравнения с данными эколого-геохимических исследований в северо-западной части Ростова-на-Дону, проведенных в 1994 г. [3]. Для эколого -геохимической оценки были использованы такие геохимические коэффициенты и показатели, как коэффициент концентрации и суммарный показатель загрязнения. Коэффициент концентрации (Кс) - отношение содержания химиче-
ского элемента в оцениваемом объекте к его фоновому содержанию. Суммарный показатель загрязнения (СПЗ, 2с), позволяющий оценить уровень комплексного загрязнения, представляет собой аддитивную сумму превышений концентраций отдельных элементов над единичным (фоновым) уровнем:
2с = X Кс - (п-1), где Кс - коэффициент концентрации; п - число химических элементов, входящих в изучаемую ассоциацию.
При Zc<16 категория загрязнения оценивается как допустимая; 16< 2С < 32 - умеренно опасная; 32< 2С < 128 - опасная; Zc >12 - категория загрязнения - чрезвычайно опасная [9].
Для сравнений и расчетов использовались величины регионального фона химических элементов, полученные в ходе многолетних исследований, проводимых сотрудниками кафедры геоэкологии и прикладной геохимии ЮФУ под руководством В.Е. Закруткина [10-13]. Оценка уровня загрязне-
ния выполнена на основе существующих санитарно-гигиенических нормативов [14, 15].
Результаты исследований
В Октябрьском районе средние содержания большей части изученных элементов в почвенном покрове различных урболандшафтов сопоставимы с региональным фоном. Как видно из табл. 1, концентрации таких химических элементов, как кадмий, марганец и ртуть, заметно ниже фоновых значений.
Таблица 1
Среднее содержание химических элементов в почвах урболандшафтов Октябрьского района, мг/кг
Урболандшафты Химические элементы
Pb Zn Cd Hg As Ni Cu Mn V
Рекреационные 40,0 186,0 0,08 0,008 4,16 52,0 60,0 680,0 160,0
Селитебные 71,5 122,3 0,10 0,009 3,0 54,6 62,3 638,5 165,4
Промышленные 61,4 272,9 0,17 0,009 3,9 47,1 72,9 642,9 127,1
Региональный фон 24,0 84,3 0,22 0,018 2,4 41,0 34,8 725,0 96,0
ПДК (ОДК) 130 220 2,0 2,1 10 80 132 1500 150
Средние концентрации ванадия, меди, свинца, цинка, никеля и мышьяка превышают региональный фон. Максимальное превышение характерно для свинца. Его содержание в почвенном покрове различных урболандшафтов находится в диапазоне от 15 до 600 мг/кг, при этом самое высокое значение в 25 раз превосходит фон (табл. 2). В то же время загрязнение свинцом до 4,6 ОДК выявлено
лишь в двух точках опробования, которые находятся на территории селитебных и промышленных ландшафтов. Наиболее распространенным является загрязнение почв ванадием, концентрации которого превосходят ПДК (150 мг/кг) в семи точках опробования, достигая 200 мг/кг. В пределах селитебных ландшафтов выявлено наибольшее число таких точек - пять.
Таблица 2
Пределы содержаний химических элементов в почвах урболандшафтов Октябрьского района, мг/кг
Элементы Урболандшафты
Селитебные Рекреационные Промышленные
1994 2015 1994 2015 1994 2015
Свинец 20-1000 15-600 20-80 20-80 20-800 20-150
Цинк 60-10000 60-300 100-2000 80-400 60-1000 60-800
Медь 30-500 50-80 20-60 50-80 40-300 50-150
Никель 20-80 40-60 30-60 40-60 30-60 30-60
Марганец 400-3000 500-800 500-1000 600-800 400-2000 500-800
Ванадий 30-150 100-200 30-100 150-200 30-150 60-200
Кадмий н.опр.* 0,06-0,13 н.опр. 0,05-0,19 н.опр. 0,05-0,17
Ртуть н.опр. 0,006-0,01 н.опр. 0,007-0,012 н.опр. 0,007-0,01
Мышьяк н.опр. 2,3-6,5 н.опр. 1,6-8,1 н.опр. 1,7-5,8
* - н.опр. - содержание химического элемента не определялось
В почвах всех изученных урболандшафтов отмечаются высокие концентрации цинка. Среди рекреационных зон повышенная концентрация цинка характерна для Комсомольского сквера (400 мг/кг); в селитебной зоне максимум данного химического элемента составляет 300 мг/кг; наибо-
лее высокие концентрации (500-800 мг/кг) характерны для промышленных ландшафтов. Аномальные концентрации цинка приурочены в большинстве случаев к магистралям с интенсивным автомобильным движением (пр. Будённовский, ул. Нансена, ул. Шеболдаева).
Содержание меди в почвенном покрове различных урболандшафтов варьирует от 50 до 150 мг/кг. Максимальная концентрация металла приходится на промышленную зону (ул. Нансена), где его содержание превосходит ПДК (132 мг/кг) в 1,14 раза.
Концентрации остальных элементов - кадмия, ртути, мышьяка, никеля, марганца - не достигают санитарно-гигиенических нормативов. Таким образом, почвы Октябрьского района слабо загрязнены тяжелыми металлами. Наиболее широко распро-
В ходе ретроспективного анализа эколого-геохимической ситуации выявлено значительное снижение концентраций большинства химических элементов в почве за последние 20-25 лет. Так, в 1994 г. среднее содержание цинка во всех урбо-ландшафтах превышало 300 мг/кг, при этом максимальная концентрация составляла 10 000 мг/кг (табл. 2). Судя по карте распределения 2п в почве, построенной по данным 1998 г., на большей части изучаемой территории концентрации элемента находятся в диапазоне 100-300 мг/кг [2].
Основным очагом загрязнения почвы свинцом в 1989 и 1992 гг. назван микрорайон Военвед, где средние концентрации металла составляли 100200 мг/кг [1]. К 1998 г. содержание Pb снижается и в большинстве проб не превышает 100 мг/кг; на этом фоне в пределах Военведа и Стройгородка выделяются зоны с повышенными концентрациями (100-200 мг/кг) [2]. В настоящее время максимальное содержание свинца в почве в пределах этих микрорайонов не превосходит 80 мг/кг.
Если для цинка и свинца тенденция деконцен-трации очевидна, то поведение ванадия не столь однозначно. Педогеохимические аномалии V в 1989 г. располагались на Военведе, где отмечались превышения ПДК в 1,5-2 раза, т.е. содержания достигали 300 мг/кг. В 1992 и 1995 гг. контрастные аномалии ванадия практически исчезли с геохимической карты города, что, по мнению В.В. Приваленко, связано с остановкой многих производственных предприятий и их котельных, а также переводом ТЭЦ на газовое топливо [2]. В настоящее время наблюдается слабый рост содержаний ванадия. Его средние концентрации варьируют от 127,1 мг/кг в промышленных ландшафтах до 165,4 мг/кг в селитебных,
странено ванадиевое загрязнение (присутствует в 28 % отобранных проб), далее цинковое (16 %), затем свинцовое (8 %) и медное (4 %).
По величине суммарного показателя загрязнения, который изменяется от 2,2 до 15,6, большинство почвенных проб относится к допустимой категории загрязнения (табл. 3). Значение 29,8, относящееся к умеренно опасной категории, зафиксировано в единственной точке, расположенной в селитебной зоне по ул. Шеболдаева.
Таблица 3
при этом максимальные значения не превышают 200 мг/кг (табл. 1, 2).
Динамика эколого-геохимической ситуации обусловлена в первую очередь интенсивностью и характером промышленного производства, характеризующегося ростом в 1970-1980 гг. и спадом в 19902000 гг. Спад промышленного производства привёл к уменьшению выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от стационарных источников и сокращению вклада аэротехногенных потоков в формирование геохимических аномалий. Так, в Ростове-на-Дону выбросы в атмосферу сократились с 43,9 тыс. т в 1988 г. до 12,1 - в 2014 г., а ИЗА5 (комплексный индекс загрязнения атмосферы) снизился с 22,2 до 4,99. Немаловажным фактором является также вынос некоторых предприятий за пределы города. Снижение уровня загрязнения почв свинцом обусловлено отказом от использования соединений этого элемента в качестве добавки к автомобильному бензину.
Выводы
1. Почвы разных функциональных зон различаются по уровню содержания химических элементов. Если сравнить средние концентрации металлов и мышьяка с естественным геохимическим фоном, то можно составить следующие геохимические ассоциации:
- селитебные: РЬ3)0Си1)^1)72п15А81)3№13;
- рекреационные: 2п2>2РЬ1)7А81)7Си1)7У1)7№1)3;
- промышленные: 2п3)2РЬ2)6Си2дА81)6У\,3.
2. При ранжировании урболандшафтов Октябрьского района по количеству элементов, которые превышают фон, выстраивается следующий
Суммарный показатель загрязнения почв
Год Урболандшафты
Селитебные Рекреационные Промышленные
Ср. значение Пределы Ср. значение Пределы Ср. значение Пределы
1994 9,6 1,1-139,8 5,0 1,6-24,5 8,3 1,4-34,9
2015 5,9 2,5-29,8 5,4 2,8-10,6 7,3 2,2-15,6
ряд: рекреационные, селитебные > промышленные. По величине коэффициента концентрации выявляется последовательность: промышленные > селитебные > рекреационные.
3. Выявлено слабое локальное загрязнение почв Октябрьского района ванадием, цинком, свинцом и медью. Самым распространенным поллютантом является ванадий; наиболее интенсивное превышение ОДК характерно для свинца.
4. За последние 20-25 лет произошло уменьшение концентраций большинства химических элементов в почвах и снижение уровня комплексного загрязнения.
5. Загрязнение почвенного покрова оценивается как допустимое; выявлен единственный участок с умеренно опасным загрязнением в зоне влияния автомагистрали с интенсивным движением.
Литература
1. Приваленко В.В., Остроухова В.М., Домбровский Ю.А.,
Шустова В.Л., Базелюк А.А., Остробородько Н.П. Эколого-геохимические исследования городов Нижнего Дона. Ростов-на-Дону. Ростов н/Д., 1993. 268 с.
2. Приваленко В.В., Безуглова О.С. Экологические пробле-
мы антропогенных ландшафтов Ростовской области. Т. 1: Экология города Ростова-на-Дону. Ростов н/Д., 2003. 290 с.
3. Закруткин В.Е., Скрипка Г.И., Шишкина Д.Ю. Эколого-
геохимическая оценка ландшафтов Ростова-на-Дону в зоне влияния РТЭЦ-3 // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 1996. № 3. С. 55-63.
4. Ачкасов А.И., Варава К.В., Самаев С.Б., Башкаревич И.Л.,
Трефилова Н.Я. Интенсивность и тенденции изменения химического загрязнения почв Москвы // Геоэкол. проблемы Новой Москвы. М., 2013. С. 65-69.
5. Кайданова О.В., Замотаев И.В., Кудерина Т.М., Курба-
това А.Н., Суслова С.Б., Шилькрот Г.С. Современные тенденции распределения тяжелых металлов в городских ландшафтах Курской области // Проблемы региональной экологии. 2014. № 4. С. 54-60.
6. Капралова О.А., Колесников С.И. Влияние загрязнения
тяжелыми металлами на эколого-биологические свойства почв г. Ростова-на-Дону // Науч. мысль Кавказа. 2012. № 1. С. 69-72.
7. Горбов С.Н., Безуглова О.С., Алексикова А.С., Тагивер-
диев С.С., Дубинина М.Н., Шерстнев А.К. Содержание и распределение тяжелых металлов и мышьяка в почвах Ростова-на-Дону // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 4. С 543.
8. Шишкина Д.Ю. Тяжелые металлы в почвах урболанд-
шафтов г. Ростова-на-Дону // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2015. № 2. С. 101-105.
9. СанПиН 2.1.7.1287-03. Санитарно-эпидемиологические
требования к качеству почвы. М., 2003.
10. Закруткин В.Е. Геохимия ландшафтов и техногенез.
Ростов н/Д., 2002. 308 с.
11. Закруткин В.Е., Шишкина Д.Ю., Березуцкий С.В. Ртуть
и кадмий в почвах и сельскохозяйственных культурах Ростовской области // Проблемы геологии, полезных ископаемых и экологии юга России и Кавказа : мате-
риалы II междунар. науч. конф. 21-23 октября 1999 г. Новочеркасск, 1999. С. 46-49.
12. Шишкина Д.Ю., Романюк О.Л. Особенности распреде-
ления меди, цинка и марганца в агроландшафтах Ростовской области // Проблемы геохимии эндогенных процессов и окружающей среды: материалы Всерос. науч. конф. Иркутск, 2007. Т. 1. С. 248-251.
13. Коханистая Н.В. Влияние сельскохозяйственной дея-
тельности на распределение никеля в почвах Ростовской области // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2013. № 3. С. 86-90.
14. ГН 2.1.7.2041-06. Предельно допустимые концентрации
(ПДК) химических веществ в почве : гигиенические нормативы. М., 2006. 15 с.
15. ГН 2.1.7.2511-09. Ориентировочно допустимые
концентрации (ОДК) химических веществ в почве : гигиенические нормативы. М., 2009. 11 с.
References
1. Privalenko V.V., Ostroukhova V.M., Dombrovskii Yu.A.,
Shustova V.L., Bazelyuk A.A., Ostroborod'ko N.P. Ekologo-geokhimicheskie issledovaniya gorodov Nizhnego Dona. Rostov-na-Donu [Ecological and geochemical study of the Lower Don cities. Rostov-on-Don]. Rostov-on-Don, 1993, 268 p.
2. Privalenko V.V., Bezuglova O.S. Ekologicheskie problemy
antropogennykh landshaftov Rostovskoi oblasti. T. 1: Eko-logiya goroda Rostova-na-Donu [Ecological problems of anthropogenic landscapes of the Rostov region. Vol. 1: Ecology of the city of Rostov-on-Don]. Rostov-on-Don, 2003, 290 p.
3. Zakrutkin V.E., Skripka G.I., Shishkina D.Yu. Ekologo-
geokhimicheskaya otsenka landshaftov Rostova-na-Donu v zone vliyaniya RTETs-3 [Ecological-geochemical estimation of landscapes of Rostov-on-Don in the zone of influence RHGS-3]. Izv. vuzov. Sev.-Kavk. region. Estestv. nauki, 1996, no 3, pp. 55-63.
4. Achkasov A.I., Varava K.V., Samaev S.B., Bashkarevich
I.L., Trefilova N.Ya. [The intensity and trends of chemical contamination of New Moscow soils]. Geoekol. problemy NovoiMoskvy [Geoekol. problems of New Moscow]. Moscow, 2013, pp. 65-69.
5. Kaidanova O.V., Zamotaev I.V., Kuderina T.M., Kurbatova
A.N., Suslova S.B., Shil'krot G.S. Sovremennye tendentsii raspredeleniya tyazhelykh metallov v gorodskikh landshaf-takh Kurskoi oblasti [Modern trends in the distribution of heavy metals in urban landscapes of the Kursk Region]. Problemy regional'noi ekologii, 2014, no 4, pp. 54-60.
6. Kapralova O.A., Kolesnikov S.I. Vliyanie zagryazneniya
tyazhelymi metallami na ekologo-biologicheskie svoistva pochv g. Rostova-na-Donu [Influence of heavy metal pollution on the ecological and biological properties of soils of Rostov-on-Don]. Nauch. mysl' Kavkaza, 2012, no 1, pp. 6972.
7. Gorbov S.N., Bezuglova O.S., Aleksikova A.S., Tagiverdiev
S.S., Dubinina M.N., Sherstnev A.K. Soderzhanie i raspre-delenie tyazhelykh metallov i mysh'yaka v pochvakh Rostova-na-Donu [Content and distribution of heavy metals and arsenic in soils of Rostov-on-Don]. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya, 2015, no 4, p. 543.
8. Shishkina D.Yu. Tyazhelye metally v pochvakh urboland-
shaftov g. Rostova-na-Donu [Heavy metals in soils
urbolandscapes of Rostov-on-Don]. Izv. vuzov. Sev.-Kavk. region. Estestv. nauki, 2015, no 2, pp. 101-105.
9. SanPiN 2.1.7.1287-03. Sanitarno-epidemiologicheskie tre-
bovaniya k kachestvu pochvy [SanPin 2.1.7.1287-03. Sanitary requirements to the quality of the soil]. Moscow, 2003.
10. Zakrutkin V.E. Geokhimiya landshaftov i tekhnogenez
[Landscape geochemistry and technogenesis]. Rostov-on-Don, 2002, 308 p.
11. Zakrutkin V.E., Shishkina D.Yu., Berezutskii S.V. [Mercury
and cadmium in soils and crops of Rostov Region]. Problemy geologii, poleznykh iskopaemykh i ekologii yuga Rossii i Kavkaza [Problems of geology, mineral resources and ecology of Southern Russia and the Caucasus]. Materials II Intern. scientific conf. October 21-23, 1999. Novocherkassk, 1999, pp. 46-49.
12. Shishkina D.Yu., Romanyuk O.L. [Features of distribution
of copper, zinc and manganese in the agricultural landscapes of the Rostov Region]. Problemy geokhimii endogennykh protsessov i okruzhayushchei sredy [Prob-
Поступила в редакцию_
lems geochemistry of endogenous processes and the environment], Proc. scientific, conf, Irkutsk, 2007, vol, 1, pp, 248-251,
13, Kokhanistaya N,V, Vliyanie sel'skokhozyaistvennoi
deyatel'nosti na raspredelenie nikelya v pochvakh Rostovskoi oblasti [The impact of agricultural activities on the distribution of nickel in soils of the Rostov Region], Izv. vuzov. Sev.-Kavk. region. Estestv. nauki, 2013, no 3, pp, 86-90,
14, GN 2.1.7.2041-06. Predel'no dopustimye kontsentratsii
(PDK) khimicheskikh veshchestv v pochve : gigienicheskie normativy [GN 2.1.7.2041-06. Maximum permissible concentration (MPC) of chemicals in the soil: hygienic standards], Moscow, 2006, 15 p.
15, GN 2.1.7.2511-09. Orientirovochno dopustimye
kontsentratsii (ODK) khimicheskikh veshchestv v pochve : gigienicheskie normativy [GN 2.1.7.2511-09. Roughly permissible concentration (APC) of chemicals in the soil: hygienic standards]. Moscow, 2009. 11 p.
22 июня 2016 г.
