Геохимическая оценка загрязнения тяжелыми металлами городских почв Башкортостана Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

УДК 631.453:581.55(571.53)

Э. М. Курамшин (д.х.н., проф.)1, Н. Г. Курамшина (д.б.н., проф.)2, Э. Э. Нуртдинова (магистр)2, У. Б. Имашев (д.х.н., проф., акад. АН РБ, зав. каф.)1

ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ ГОРОДСКИХ ПОЧВ БАШКОРТОСТАНА

1 Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра физической и органической химии 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1; тел. (347) 2420855, e-mail: [email protected] 2Уфимский государственный университет экономики и сервиса, кафедра охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов 450022, г. Уфа, ул. Акназарова, 24; тел. (347)2285796, e-mail: [email protected]

E. M. Kuramshin, N. G. Kuramshina, E. E. Nurtdinova, U. B. Imashev

GEOCHEMICAL ASSESSMENT OF HEAVY METAL POLLUTION URBAN SOILS OF BASHKORTOSTAN

1 Ufa State Petroleum Technological University 1, Kosmonavtov Str, 450062, Ufa; ph. (347) 2420855, e-mail: [email protected] 2Ufa State University of Economy and Service 24, Aknazarovа Str., 450022, Ufa; ph. (347)2285796, e-mail: n-kuramshina@mail .ru

Показатели загрязнения почвы тяжелыми металлами крупных и средних городов республики соответствуют слабой загрязненности (Уфа, Благовещенск) и снижаются до допустимого уровня (Салават, Стерлитамак, Ишимбай). Почвы малых городов соответствуют допустимому (Бирск, Дюртюли, Давлеканово) и слабому (Кумертау) уровню загрязнения. Сопоставление масштаба выбросов в атмосферу загрязняющих веществ, степени загрязнения почвенного покрова городских территорий со статистическими данными по общей и онкологической заболеваемости не выявило однозначной связи.

Indicators of soil pollution by heavy metals of large and medium cities of the Republic corresponded to mild pollution (Ufa, Blagoveshchensk) and decreased to an acceptable level (Salavat, Sterlitamak, Ishimbay). The soil of small towns conforms to the valid (Birsk, Dyurtyuli, Davlekanovo) and weak (Kumertau) pollution level. A comparison of the magnitude of emissions of pollutants, the degree of soil pollution in urban areas with statistical data on General and cancer incidence did not reveal a definite connection.

Key words: Bashkortostan; soil; heavy metals (copper, zinc, nickel, lead, cadmium); incidence.

Ключевые слова: Башкортостан; почва; тяжелые металлы (медь, цинк, никель, свинец, кадмий); заболеваемость.

Известно, что микроэлементы играют важную роль в процессах роста и развития растений. Однако некоторые из них являются опасными загрязнителями окружающей среды. Это тяжелые металлы (ТМ) — медь, цинк, никель, свинец, кадмий, кобальт, хром, молибден и ртуть. Анализ микроэлементного состава почв на фоновых и техногенно трансформированных участках позволил оценить интенсивность загрязнения тяжелыми метал-

Дата поступления 18.03.15

лами окружающей среды, кормовых ресурсов и производимой сельскохозяйственной продукции 1,2.

Данная работа посвящена исследованию накопления тяжелых металлов (Си, 2д, N1, РЬ, СЮ в почве городских территорий Республики Башкортостан под влиянием выбросов действующих машиностроительных предприятий, нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств. Для сравнения представлены результаты по содержанию тяжелых металлов в почвенном покрове малых городов республики.

Материалы и методы исследования

В работе исследовали загрязнение почвенного покрова в городах с развитым нефтеперерабатывающим, нефтехимическим и машиностроительным производством (Уфа, Стерлита-мак, Салават, Ишимбай, Мелеуз, Благовещенск). Для сравнения изучили состояние почвы на территории малых городов Башкортостана (Кумертау, Бирск, Дюртюли, Давле-каново). Информация о численности населения, валовых выбросах в атмосферу городских поселений и количестве выбросов на единицу площади (т/га) представлены в табл. 1.

Техногенные выбросы, загрязняющие почвенный покров через атмосферу, большей частью сосредоточиваются в верхних слоях почвы, поэтому отбор проб производили из поверхностного горизонта. Образцы почв отбирали на территории в зоне интенсивного воздействия источника загрязнения в радиусе 1 км (12 проб), 5 км вокруг источника (25 проб) и в центральной части города (5 проб).

Валовое содержание тяжелых металлов в отобранных образцах было определено методом атомно-адсорбционного спектрального анализа 3. Математическая обработка результатов включала вычисление статистических параметров содержания микроэлементов в почвах:

- среднее арифметическое значение М;

- ошибка средней

Ш=Ь- 5,

где £ — критерий достоверности;

5 — среднеквадратичное отклонение при ^ = 2.05;

- уровень статистической значимости Р= 0.05.

Расчет суммарного показателя загрязнения почв Хс проводили по формуле:

=иСг/Сфг) - (п-1),

где С{— содержание элемента в исследуемом образце;

Сф{ — фоновое содержание элемента;

4

п — число суммируемых элементов .

В качестве фоновых значений приняты среднеарифметические показатели содержания ТМ в почвах экологически чистой части соответствующей территории. В работе использована ориентировочная оценочная шкала опасности загрязнения почв по суммарному показателю ZC, которая имеет следующий вид: допустимое загрязнение (2С=1—8), слабое

Город Численность населения Типы почв Выбросы в атмосферу тыс. т/год т/га

К рупные и средние города РБ

Уфа 1096702 Черноземы выщелоченные и типичные 318.8 4.49

Стерлитамак 277048 Темно-серые лесные почвы 103.1 9.50

Салават 154593 Черноземы выщелоченные 60.5 5.71

Мелеуз 59994 Черноземы выщелоченные и типичные 10.3 3.24

Ишимбай 66177 Черноземы выщелоченные и типичные 10.1 0.98

Кумертау 61943 Черноземы выщелоченные, суглинистые 21.2 1.25

Малые города РБ

Благовещенск 32989 Темно-серые лесные почвы 12.0 1.86

Бирск 39992 Серые и темно-серые лесные почвы 8.9 1.27

Дюртюли 29984 Черноземы выщелоченные и типичные 7.4 2.97

Давлеканово 23860 Черноземы типичные 6.1 1.50

Таблица 1

Численность городского населения, тип почвы городской территории и валовые выбросы в атмосферу загрязняющих веществ в год

(2С=8—16), среднее (2С=16—32), сильное (2С=32—64), очень сильное (2С=64—128), чрезвычайно опасное (2С>128) 4.

Результаты и их обсуждение

Исследование содержания ТМ в почве территории г. Уфа с населением более одного миллиона показало, что основными загрязнителями атмосферы являются: Уфимское машиностроительное производственное (УМПО), уфимская группа нефтеперерабатывающих, нефтехимических заводов и предприятия электроэнергетики. Валовые выбросы в атмосферу загрязняющих веществ от стационарных и передвижных источников достигали 318.8 тыс. т/год (4.50 т/га) (табл. 1). Вклад автотранспорта в суммарные выбросы составлял 64%. Отбор проб проводили в зоне радиусом 0—5 км вокруг источника загрязнения — УМПО. Обследованные почвы представлены преимущественно выщелоченными и типичнымичернозе-мами. Наибольшему загрязнению ТМ подвержены почвы ближней одно километровой зоны вокруг УМПО. Повсеместно обнаружено превышение фоновых концентраций ТМ (Си, 2д, N1, РЬ, СЮ в 1.3—3.6 раз. Максимальная величина характерна для меди. Показатели загрязнения почвы ТМ (2С) в одно километровой зоне вокруг УМПО имели не высокие значения (2С=5.5; 8.1) и отвечали слабому уровню загрязнения (табл. 2).

Экономика крупных городов Башкортостана с населением свыше 150 тыс. человек (Стерлитамак и Салават) представлена предприятиями химической и нефтехимической промышленности. Валовые выбросы в атмосферу загрязняющих веществ от стационарных и передвижных источников соответственно достигали 103.1 тыс. т/год (9.50 т/га) и 60.5 тыс. т/год (5.71 т/га) (табл. 1). Вклад автотранспорта в суммарные выбросы составлял 39 и 40%, соответственно.

Отбор проб почвы в г. Стерлитамак проводили в зоне радиусом 0—1 км вокруг источника загрязнения — ОАО «Каустик» и городской территории, а в г. Салават — в 0—5 км от ОАО «Салаватнефтеоргсинтез». Обследованные почвы были преимущественно представлены темно-серыми лесными, а также выщелоченными черноземами. Содержание большинства ТМ в почвах г. Стерлитамак (ОАО «Каустик») превышает соответствующие фоновые концентрации в 1.2—2.5 раза, максимальное значениебыло характерно для свинца. Показа-

тели загрязнения почвы ТМ (2С) в однокилометровой зоне вокруг ОАО «Каустик» и на территории города имели не высокие значения (2С = 8.1; 5.5 соответственно) и отвечали слабому уровню загрязнения (табл. 2). Концентрации ТМ в почве промышленной зоны (ОАО «Салаватнефтеоргсинтез») и городской территории незначительно превышали соответствующие фоновые значения. Показатели 2С изменялись от 5.5 до 4.6 и соответствовали допустимому уровню загрязнения (табл. 2).

Анализ статических данных по общей заболеваемости в крупных городах Башкортостана с развитым машиностроительным, нефтеперерабатывающим и нефтехимическим производством показал рост показателя в ряду: Са-лават, Уфа, Стерлитамак (71648, 85742, 95316 на 100 тыс. населения) 1. При этом только показатель заболеваемости населения г. Стер-литамак превосходил среднереспубликанское значение на 11%. Заболеваемость злокачественными новообразованиями изменялась от 304.1 (Стерлитамак) до 313.7 (Салават) на 100 тыс. населения. Следует отметить, что для всех городов отмечено превышение республиканского показателя (278.5/100 тыс. населения) приблизительно на 9—13 % (табл. 4).

Экономика средних городов Башкортостана с населением до 70 тыс. человек (Мелеуз, Ишимбай, Благовещенск) представлена предприятиями химической, пищевой промышленности и транспортного машиностроения. Валовые выбросы в атмосферу загрязняющих веществ от стационарных и передвижных источников по городам составляли 10.3; 10.1; 12.0 тыс. т/год (3.24; 0.98; 1.86 т/га) (табл. 1). Вклад автотранспорта в суммарные выбросы достигал 91, 94, 51%, соответственно.

Отбор проб почвы в г. Мелеуз производили в зоне радиусом 0—1 км вокруг источника загрязнения — ОАО «Мелеузовские минеральные удобрения» (ОАО ММУ), в г. Ишимбай — в 0—1 км от завода транспортного машиностроения (ОАО ИЗТМ «Витязь») и в городской территории г. Благовещенск. Обследованные площадки представлены преимущественно выщелоченными и типичными черноземами, а также темно-серыми лесными почвами. Содержание НМ (Си, 2д, N1, РЬ, СЮ в почвах г. Мелеуз (ОАО «ММУ») превышало соответствующие фоновые концентрации в 1.3—2.1 раза, максимальное значение характерно для цинка (табл. 2). Концентрация ТМ в почвах г. Ишимбай (ОАО МК «Витязь») превышала соответствующие фоновые значения в 1.3—

Концентрация ТM и показатель общего загрязнения почв в крупных и средних городах РБ

Город Концентрация ТМ в почве городской территории, мг/кг гс*

Си гп 1\Н РЬ Сс1

М±т М±т М±т М±т М±т

Уфа, УМПО, 0-1 км 75±12 70±13 80±15 35±8 0.46±0.13 5.8

Территория города 53±9 65±13 76±16 33±7 0.39±0.11 4.2

Фон 21 56 64 19 0.25

Стерлитамак, ПО Каустик, 0-1 км 26±5 46±10 87±16 39±10 0.30±0.08 3.6

Территория города 29±6 93±21 174±30 32 ±11 0.05±0.01 6.3

Фон 17 34 56 18 /

Салават,

ОАО СНОС, 0-5 км 28±5 79±16 86±17 23±5 0.20±0.06 1.7

Территория города 23±4 89±17 110 23 0.1 2.0

Фон 25 63 69 21 /

Мелеуз, ОАО ММУ, 0-1 км 37±4 122±22 329±45 36±6 0.20±0.03 3.1

Фон 25 59 252 29 /

Ишимбай

ИЗТМ Витязь, 0-1 км 25±6 78±17 202±42 20±5 0.30±0.14

Фон 21 107 0 14 0.03 11.4

Благовещенск, Территория города Фон 56±7 22 98±17 32 82±15 13 33±5 15 0.57±1.23 0.33 13.8

2.6 раза, максимальное величина характерна для кадмия (табл. 2). Содержание ТМ (Си, 2д, N1, РЬ, СЮ в почвах г. Благовещенск (городская территория) превышало соответствующие фоновые концентрации в 1.7—8.3 раза, максимальное значение характерно для никеля. Показатели загрязнения почвы ТМ (2С) в однокилометровой зоне вокруг ОАО «ММУ» (Мелеуз) и ОАО ИЗТМ «Витязь» (Ишимбай) имели не высокие значения (2С=4.2; 5.6) и соответствовали допустимому уровню загрязнения. Показатели загрязнения почвы городской территории Благовещенска 2С=13.8 соответствовали слабому уровню загрязнения (табл. 2).

Общая заболеваемость населения средних городов республики возрастала в ряду: Ишимбай, Благовещенск, Мелеуз (80187, 102908, 107452 на 100 тыс. населения) 1. Показатели заболеваемости населения городов Благовещенск и Мелеуз превосходили среднереспубликанское значение на 20 и 25 %. Заболеваемость злокачественными новообразованиями изменялась от 230.3 (Ишимбай) до 263.2 (Благовещенск) и 264.8 (Мелеуз) на 100 тыс. населения (табл. 4). Следует отметить, что для всех городов не наблюдалось превышение республиканского показателя (278.5/100 тыс. населения) 1.

Экономика малых городов Башкортостана с населением от 20 до 60 тыс. человек (Ку-

мертау, Бирск, Дюртюли, Давлеканово) представлена предприятиями легкой и пищевой промышленности. Объемы валовых выбросов загрязняющих веществ от этих производств по городам составляли: 21.2; 8.9; 7.4; 6.1 тыс. т/ год (1.25; 1.27; 2.97; 1.49 т/га), соответственно (табл. 1). Вклад автотранспорта в общие выбросы достигал в среднем 64%.

Отбор проб почвы в г. Кумертау производили в центре городской территории. Обследованные участки представлены преимущественно выщелоченными суглинистыми черноземами, а также темно-серыми лесными почвами. Содержание ТМ (Си, 2д, N1, РЬ, СЮ в почвах г. Кумертау превышало соответствующие фоновые концентрации в 2.0—3.2 раза. Обнаружены повышенные концентрации меди, свинца, максимальное значение характерно для кадмия. Показатели загрязнения почвы городской территории Кумертау (2С = 8.6) соответствовали слабому уровню загрязнения (табл. 3).

Отбор проб почвы в гг. Бирск, Дюртюли, Давлеканово производили в центре городской территории. Обследованные участки представлены соответственно следующими разновидностями почв: темно-серыми лесными и выщелоченными типичными черноземами, черноземами типичными. Содержание ТМ (Си, 2д, N1, РЬ, СЮ в почвах г. Бирск превышало соответствующие фоновые концентрации в 1.2—

Концентрация ТМ и показатель общего загрязнения почв малых городов Башкортостана

Город Концентрация ТМ в почве городской территории, мг/кг Zc*

M±m Zn M±m M±m Pb M±m Cd M±m

Кумертау, центр города Фон 38±7 16 76±19 38 141±35 67 32±8 11 0.67±1.61 0.21 8.6

Бирск, центр города Фон 42±9 17 96±28 62 87±21 73 89±18 41 0.30±0.10 0.14 5.5

Дюртюли, центр города Фон 25±7 23 67±15 61 88±19 78 27±8 16 0.42±0.14 0.41 2.0

Давлеканово, центр города Фон 33±8 17 71±18 34 162±33 76 25±7 10 0.13±0.04 0.08 6.2

Таблица 4

Показатели суммарного загрязнения почв, общей и онкологической заболеваемости в городах РБ

Город Индекс загрязнения, Zc Заболеваемость на 100 тыс. населения

Общая Онкологическая

Крупные и средние города РБ

Уфа 8.1 85742 312.9

Стерлитамак 5.5 95316 304.1

Салават 2.8 71648 313.2

Мелеуз 4.8 107452 264.8

Ишимбай 5.6 80187 230.3

Благовещенск 13.8 102908 263.2

Малые города РБ

Кумертау 8.6 105203 394.8

Бирск 5.5 98364 233.0

Дюртюли 2.0 93820 231.9

Давлеканово 6.2 71098 248.3

2.5 раза; г. Дюртюли — в 1.1—1.7 раза; г. Дав-леканово — в 1.6—2.5 раза. Обнаружены повышенные концентрации меди, цинка и свинца, максимальные значения характерны для свинца. Показатели загрязнения почвы городской территории (2С) изменялись в интервале 2.0— 6,2 и соответствовали допустимому уровню загрязнения (табл. 3).

Анализ статических данных по общей заболеваемости населения малых городов Башкортостана показал изменение показателя от 71098 до 105203 на 100 тыс. населения 1. Данные по общей заболеваемости в г. Кумертау существенно (на 22%) превосходят среднереспубликанское показатель (85890/100 тыс. населения). При этом заболеваемость злокачественными новообразованиями изменялась от 231.9 (г. Дюртюли), 233.0 (г. Бирск) до 394.8 (г. Кумертау) на 100 тыс. населения (табл. 4).

Следует отметить, что только для г. Кумерта-уотмечено превышение республиканского показателя (278.5/100 тыс. населения) приблизительно на 42% 1.

Таким образом, проведены комплексные исследования опасности загрязнения тяжелыми металлами (Си, 2д, N1, РЬ, СЮ городских почв Башкортостана в зоне влияния машиностроительного комплекса, нефтеперерабатывающих, нефтехимических производств и предприятий электроэнергетики центральной части республики и в малых городах, где основным источником загрязнения выступает автомобильный транспорт.

Показатели загрязнения почвы ТМ крупных и средних городов республики соответствовали слабой загрязненности (Уфа, Благовещенск) и снижались до допустимого уровня (Салават, Стерлитамак, Ишимбай). Почвы ма-

лых городов соответствовали допустимому (Бирск, Дюртюли, Давлеканово) и слабому (Кумертау) уровню загрязнения.

Сопоставление масштаба выбросов в атмосферу загрязняющих веществ, степени загрязнения почвенного покрова городских территорий со статистическими данными по общей и онкологической заболеваемости не выявило однозначной связи. В крупных городах Башкортостана отмечен более низкий уровень

Литература

1. Курамшина Н. Г., Имашев У. Б. Геохимическое, эколого-социальное состояние основных техногенных зон Башкортостана. — Уфа: Гилем, 2013.- 236 с.

2. Kuramshina N. G., Kuramshin E. M., Nikolae-va S.V., Imashev U.B. // Journal of Geochemical Exploration.- 2014.- V.144.- Part B.- Pp. 237-241.

3. МУ 2.1.7.730-99. Гигиенические требования к качеству почвы населенных мест.- М.: ГКСЭН РФ, 1999.- 23 с.

4. Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П. Геохимия окружающей среды.- М.: Недра, 1990.- 335 с.

заболеваемости населения по сравнению со средними и малыми городами республики, где наблюдается значительное превышение республиканских показателей общей заболеваемости населения (Благовещенск — на 20%; Меле-уз — на 25%; Кумертау — на 22%) и заболеваемости злокачественными новообразованиями (Кумертау — на 42%).

References

1. Kuramshina N. G., Imashev U. B. Geokhimi-cheskoe, ekologo-sotsial'noe sostoyanie osnov-nykh tekhnogennykh zon Bashkortostana [Geochemical, ecological and social status of the main technological areas of Bashkortostan]. Ufa, Gilem Publ., 2013, 236 p.

2. Kuramshina N. G., Kuramshin E. M., Nikolae-va S.V., Imashev U.B. [Journal of Geochemical Exploration], 2014, v.144, part B, pp. 237-241.

3. MU 2.1.7.730-99. Gigienicheskie trebovaniya k kachestvu pochvy naselennykh mest [Hygienic requirements to the quality of the soil localities]. Moscow, GKSEN RF Publ., 1999, 23 p.

4. Saet Yu.E., Revich B.A., Yanin E.P. Geokhimiya okruzhayushhei sredy [Environmental Geochemistry]. Moscow, Nedra Publ., 1990, 335 p.