CC BY
45
ПРИКЛАДНАЯ ЭКОЛОГИЯ / APPLIED ECOLOGY Оригинальная статья / Original article УДК 550.424.4; 543.2; 504.054
http://dx.doi.org/10.21285/2227-2925-2018-8-2-132-144
МОНИТОРИНГ ЗАГРЯЗНЕНИЯ СНЕЖНОГО ПОКРОВА г. ЧИТЫ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ
© Е.А. Бондаревич, Н.Н. Коцюржинская, О.А. Жиляева, Г.Ю. Самойленко, К.И. Климович, С.А. Игумнов
Читинская государственная медицинская академия Минздрава России, 672000, Российская Федерация, г. Чита, ул. Горького, 39а.
Определены формы нахождения цинка, кадмия, свинца и меди в снежном покрове г. Читы. По вычисленным эколого-геохимическим и санитарно-гигиеническим показателям выявлено, что территория города характеризуется средним и высоким уровнем загрязненности снежного покрова. Основная нагрузка токсичными ионами приходится на пылевую фракцию снега. По величине пылевой нагрузки Pn наиболее неблагополучными являлись центральная (более 12 ткм2сут.) и восточная (более 7 ткм2сут.) части г. Читы. Это связано, вероятно, с высокой антропогенной нагрузкой и преобладающим направлением воздушных масс. Кроме того, большое значение имеют рельеф и климатические факторы, усиливающие задержку пыли и токсичных веществ при формировании плотного смога. Вычисленный средний суммарный показатель нагрузки изученных металлов из пылевой фракции (Zp = 76,295) соответствует низкому уровню загрязнения, однако имелись и аномалии, где отмечался высокий уровень этого показателя. Доля водорастворимых форм поллютантов не превышает в среднем 0,3% от общего количества тяжелых металлов. По среднему значению суммарного показателя нагрузки (ZC) доля водорастворимых форм составила 10,9%. Однако опасность этого загрязняющего фактора высока, и при вычислении коэффициента зараженности необходимо талую воду разбавлять чистой водой в 84 раза для рыбохозяйственных целей и в 15 раз -для хозяйственно-питьевого использования. Для всех форм поллютантов основными источниками поступления в окружающую среду являются предприятия теплоэнергетики и автотранспорта. Значительное накопление токсичных элементов в снежном покрове города Читы связано с неудачным расположением основных промышленных предприятий, рельефом территории и специфическими климатическими условиями.
Ключевые слова: снежный покров, эколого-геохимические критерии, тяжелые металлы.
Формат цитирования. Бондаревич Е.А., Коцюржинская Н.Н., Жиляева О.А., Самойленко Г.Ю., Климович К.И., Игумнов С.А. Мониторинг загрязнения снежного покрова г. Читы тяжелыми металлами // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2018. Т. 8, N 2. С. 132-144. DOI: 10.21285/2227-29252018-8-2-132-144
MONITORING OF POLLUTION OF SNOW COVER THE CITY OF CHITA WITH HEAVY METALS
© E.A. Bondarevich, N.N. Kotsyurzhinskaya, O.A. Zhilyaeva, G.Y. Samoilenko, S.A. Igumnov, K.I. Klimovich
Chita State Academy of Medicine
39a st. Gorkogo, Chita-city, 672000, Russia
The forms of zinc, cadmium, lead and copper in the snow cover of Chita were determined. According to the numerical ecological-geochemical and sanitary-hygienic indicators, it was revealed that the city territory is characterized by an average and high level of pollution of snow cover. The main load of toxic ions accounts for the dust fraction of snow. By the dust load Pn the most unfavorable were Central (more than 12 t * km2 * day.) and East (more than 7 tkm2day.) part of the city of Chita. This is probably due to the high anthropogenic load and the predominant direction of air masses. In addition, the relief and climatic factors that increase the retention of dust and toxic substances in the formation of dense smog are of great importance. The calculated average total load of the studied metals from the dust fraction (Zp = 76,295) corresponds to the low level of pollution, but there were also anomalies where there was a high level of this indicator. The share of water-
soluble forms of pollutants does not exceed an average of 0.3% of the total amount of heavy metals. By the average value of the total load index (ZC) the share of water-soluble forms was 10.9%. However, the danger of this polluting factor is high, and when calculating the coefficient of contamination, it is necessary to dilute the melt water with clean water 84 times for fishing purposes and 15 times for economic and drinking use. For all forms of pollutants, the main sources of environmental revenues are thermal power and motor transport enterprises. A significant accumulation of toxic elements in the snow cover of Chita is associated with an unsuccessful location of the main industrial enterprises, the terrain of the territory and specific climatic conditions.
Keywords: snow cover, ecological and geochemical criteria, heavy metals
For citation: Bondarevich E.A., Kotsyurzhinskaya N.N., Zhilyaeva O.A., Samoilenko G.Y., Igumnov S.A., Klimovich K.I. Monitoring of heavy metals pollutants in the snow cover of the Chita-city. Izvestiya Vuzov. Pri-kladnaya Khimiya iBiotekhnologiya [Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology]. 2018. vol. 8, no 2, pp. 132-144. (in Russian) DOI: 10.21285/2227-2925-2018-8-2-132-144
ВВЕДЕНИЕ
Мониторинг снежного покрова по накоплению поллютантов в настоящее время считается одним из интегральных показателей загрязненности атмосферного воздуха. Подобные наблюдения проводятся на территориях с устойчивым снежным покровом в осенне-зимний период года, что связано с активной миграцией из атмосферных аэрозолей тяжелых металлов и наличием у снега развитой внутренней поверхности, способной выступать в качестве сорбента. Кроме того, анализ снежного покрова позволяет определить преобладание направления миграции и состава загрязнителей. Дальность распределения по видам загрязнений позволяет уточнить его источники и степень их отрицательного влияния на окружающую среду. Ряд авторов [1-5] считают снежный покров более объективным, стабильным и репрезентативным объектом анализа для оценки степени загрязненности атмосферы.
Тяжелые металлы являются признанными приоритетными загрязнителями окружающей среды, что связано с их высокой миграционной способностью, склонности к биоаккумуляции и биомагнификации, политропности.
На урбанизированных территориях эмиссия металлов, прежде всего, связана с продуктами сгорания топлива, отходами металлообрабатывающей промышленности, выбросами и отходами других отраслей производств и отработанных транспортных газов. Загрязнение соединениями тяжелых металлов сопряженных сред урбанизированной территории г. Читы является одной из актуальнейших проблем, что связано с геохимией региона и мощным антропогенным воздействием.
Для городских условий г. Читы характерны следующие особенности. Город расположен в межгорной Читино-Ингодинской впадине, с востока и юга окруженной хребтом Черского. Это приводит к формированию над городом в зимний период года зоны с безветренной погодой и мощной температурной инверсией. На дне котловины происходит выхолаживание и конденсирование атмосферных аэрозолей и пыли, а над
куполом смога температура выше, и этот слой воздуха затрудняет обмен воздушных масс и не позволяет ему рассеиваться. В результате над Читой в зимний период формируется густой смог, связанный с выбросами теплоэлектростанций, автотранспорта, котельных и частного сектора, и наибольшую плотность достигает при сильных морозах (ниже минус 35-40 °С). В результате при выпадении снега и изморози происходит активное перемещение пыли и поллютантов из атмосферы в снежный покров. И хотя количество осадков за весь зимний период составляет не более 5-7% от их годовой суммы (15-20 мм), количество поступающих загрязнителей в нем выше, чем в другие сезоны года.
Цель работы - изучить содержание некоторых тяжелых металлов ^п, Cd, Pb, в снежном покрове г. Читы и определить степень его загрязненности.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Для оценки уровня загрязненности различных участков снежного покрова г. Читы были выбраны контрольные точки отбора (рис. 1.). Пробоотбор проводили в период максимального снегонакопления в конце декабря -январе, что связано со сдуванием снега в конце января и феврале, и оттепелями в этот же период. Всего было отобрано 25 проб в 2014-2015 гг. и 16 проб - в 2015-2016 гг. Для отбора «фоновой» пробы был выбран участок у с. Засопка, находящийся с наветренной стороны от городской территории, на западном склоне горы Ти-товская сопка.
Отбор проб снежного покрова проводился в соответствии с «Методическими рекомендациями по геохимической оценке загрязнения территории городов химическими элементами» (1982) [6] и «Руководству по контролю загрязнения атмосферы» (1989) [7], «Методическими рекомендациями по оценке степени загрязнения атмосферного воздуха населенных пунктов металлами по их содержанию в снежном покрове и почве» (1990) [8]. В связи с маломощным снежным покровом, характерным для региона, отбор проводили пластиковыми совками (без
снятия 1,5 см снега у почвы) в полиэтиленовые пакеты. Проба формировалась смешиванием керна снега из нескольких близлежащих площадок, общий вес пробы составлял 4-5 кг. Плавление проб проводили при комнатной температуре непосредственно перед анализом.
В качестве химических индикаторов степени загрязнения снежного покрова были выбраны ионы цинка, кадмия, свинца и меди, так как они не подвергаются трансформации при таянии снега. Тяжелые металлы в талой воде определяли после фильтрования без озоления и концентрирования, объем фильтрата составлял 1 мл1.
Для определения твердой фазы талой воды каждая проба отфильтровывалась (объем воды 1 л) через бумажный фильтр «синяя» (предварительно промытый раствором HNO3 (х.ч.)) и высушенный при 100-105 °С до постоянной массы. Отделенная пылевая фракция на бумажном фильтре высушивалась до постоянной массы. По результатам взвешивания фильтра на аналитических весах определяли массу твердого осадка (с точностью до 0,0001 г). Далее фильтры с твердыми частицами подвергали мокрому озолению в кварцевых тиглях в присутствии 2-2,5 мл концентрированной HNO3 (х.ч.) и 0,5-1 мл 30%-го раствора Н2О2 (х.ч.) с использованием программируемой двухкамерной печи для пробоподготовки «ПДП-Аналитика» (производитель «ТомьАналит»), согласно методике из методических указании МУ 31-17/06 (2011)2. Озоление проводили до получения светлого осадка, не имеющего угольных включений. Золу растворяли в 1 мл концентрированной HCOOH (муравьиной кислоте) (ч.д.а.), объем минерализата доводили до 10 мл дистиллированной водой. Концентрацию ионов Zn2+, Cd2+, Pb2+ и Cu2+ определяли методом инверсионной вольтамперометрии на анализаторе «ТА-Универсал», методом стандартных добавок с использованием трехэлектродной электрохимической ячейки. В качестве рабочего (индикаторного) выступал амальгамный электрод, вспомогательным и электродом сравнения - хлорсеребряный, заполненный 1 М раствором KCl. Пробу каждого образца анализировали в 3-х параллельных опытах в 2-х кратной повторности. Статистическая обработка результатов проводилась программами TA-Lab и
MC Excel 2010 методами описательной статистики. Кластерный анализ методом Варда проведен в программе PAST 3.0 [9].
Эколого-геохимические критерии оценки состояния атмосферного воздуха. Ориентировочная оценка загрязнения воздушного бассейна проводилась по результатам исследования снежного покрова. Геохимическими исследованиями установлены количественные связи между содержанием металлов в атмосферном воздухе и выпадением их на территории городов, что фиксируется в виде аномалий в снежном покрове. Согласно методическим рекомендациям [5-8, 12] оценка опасности загрязнения снежного покрова металлами проводилась с использованием ряда геохимических и санитарно-гигиенических показателей: пылевой нагрузки (Pn), общей нагрузки загрязнения (Pq6uj), коэффициента относительного увеличения общей нагрузки элемента (Кр), суммарного показателя нагрузки (Zp), коэффициента опасности (Ко), коэффициента концентрации (Кс), суммарного показателя загрязнения снежного покрова (Zc).
Количественная характеристика газопылевых природных и техногенных выбросов, осажденных на снежном покрове, определяется с помощью показателя пылевой нагрузки загрязнения на единицу площади за определенный срок:
Р = 10 Гп s•t,
где Pn - масса пыли в пробе, кг; S - площадь шурфа, км2; t - время, от начала снегостава до отбора пробы, сут.
Общая нагрузка загрязнения по i-тому микроэлементу определяется как произведение концентрации i-того элемента на пылевую нагрузку:
Р г = с • Р
1 общ. W 1п-
Фоновая нагрузка по i-тому микроэлементу определяется как произведение фоновой концентрации i-того элемента на пылевую фоновую нагрузку: Рф = Сф-РПф.
Робщ. для условно растворенных форм тяжелых металлов в снегу рассчитывали исходя из общего содержания металла в объеме талого снега, собранного с единицы площади: р = —
г°бЩ. st,
где C - концентрация металла в фильтрате талой воды, мг/л; V - объем растаявшего снега, л,
1Методическое указание 31-03/04. Количественный химический анализ проб природных, питьевых и сточных вод. Методика выполнения измерений массовых концентраций цинка, кадмия, свинца и меди методом инверсионной вольтамперометрии на анализаторах типа ТА. ПНД Ф 14.1:2:4.222-06. Томск: центр ризогра-фии и копирования ЧП Тисленко, 2011. 24 с.
2Методическое указание 31-11/05. Количественный химический анализ проб почв, тепличных грунтов, илов, донных отложений, сапропелей, твердых отходов. Методика выполнения измерений массовых концентраций цинка, кадмия, свинца, меди марганца, мышьяка, ртути методом инверсионной вольтамперометрии на анализаторах типа ТА. Томск: центр ризографии и копирования ЧП Тисленко, 2005. 47 с.
Е.А. Бондаревич, Н.Н. Коцюржинская, О.А. Жиляева и др.
собранного с площади S, м2; t - время экспозиции снежного покрова, начиная с начала снегопада, сут.
При расчете нагрузки загрязнения определяется коэффициент относительного увеличения общей нагрузки элемента как отношение общей нагрузки загрязнения к фоновой:
Кр —
^общ.
Суммарный показатель нагрузки ^р) представляет собой сумму превышений коэффициентов, относительного увеличения общей нагрузки элементов, и рассчитывается по формуле
П тт
1КР
(п - 1),
где п - число учитываемых элементов.
Коэффициент опасности исследуемых веществ (КО) определяется отношением фактического уровня содержания контролируемых веществ в покровных отложениях (С) к предельно допустимой концентрации (ПДК): Кп =
с
ПДК.
Сумма ^ называется коэффициентом загрязнения (заражения) и рассчитывается по формуле
ГК —
■ + ■
- +
ПДК1 ■ ПДК^ ПДКП '
и этот показатель позволяет оценить поступление тяжелых металлов с талыми водами в водоемы и степень опасности таких вод [13].
Коэффициент концентрации химического элемента (Кс) рассчитывается по отношению реального (аномального) содержания загрязнителя в природном объекте (С) к его фоновому уровню (Сф) в аналогичном объекте:
Кс = ±.
Сф
Суммарный показатель загрязнения равен сумме коэффициентов концентраций химических элементов, содержание которых превышает фоновые значения, и выражен следующей формулой:
^с— Г
n iKc(i)-(n-1),
где п - число учитываемых аномальных элементов.
Оценка загрязнения снега тяжелыми металлами по соответствующим показателям, отражающим распределение содержания токсикантов в воздушном бассейне города Читы, проводилась по оценочным шкалам (табл. 1):
Таблица 1
Уровни загрязнения почв и снежного покрова [6, 8]
Table 1
Levels of soil pollution and snow cover [6, 8]
с
с
с
1
2
n
Уровень Суммарный показатель загрязнения почв Суммарный показатель загрязнения снежного покрова Выпадение пыли ^п), кгкм-2сут.-1 Суммарный показатель нагрузки (Zp)
Низкий 8-16 32-64 < 1000 100-250
Средний 16-32 64-128 1000-5000 250-450
Высокий 32-128 128-256 5000-10000 450-850
Очень высокий > 128 > 256 >10000 > 850
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Цинк, кадмий, свинец и медь - микроэлементы, сопутствующие активной промышленной и хозяйственной деятельности на урбанизированных территориях и повышение их концентрации может с высокой долей вероятности указывать на степень загрязненности территории. Выбор этих элементов обусловлен доступностью методики определения и результатами проведенных авторами в 2014-2015 гг. по загрязнению растительных объектов и почвы данными поллютантами.
Тяжелые металлы поступали в снежный покров из многих подвижных и стационарных источников: выбросы пыли с автодорог и нарушенных участков в окрестностях города, автотранспорт, ТЭЦ и др. Все источники загрязнения содержали как условно растворимые, так и нерастворимые формы изучаемых микроэлементов. В связи с особенностями рельефа и
климата г. Читы их миграция на сопредельные малонаселенные и незаселенные районы происходит ограничено, а формирующийся купол смога аккумулирует выбросы, и переводит их в приземной слой атмосферы. Все выше перечисленные факторы, совместно с выхолаживанием (средняя температура воздуха января составляет -25,5 °С) приводят к изменению химического состава снежного покрова и талой воды и представляют опасность поступления тяжелых металлов в живые организмы, что в свою очередь негативно сказывается на здоровье населения.
При районировании территории города нами выделены следующие направления распределения загрязнителей в условиях урбанизированной территории Читы: центральная, восточная, западная, южная и северная части (рис. 1).
Рис. 1. Схема расположения пунктов сбора проб снега. Название пунктов сбора снега по секторам: Центр: 1 - студгородок ЧГМА; 2 - окр. Телецентра (возле объездной автодороги); 6 - Ж/д вокзал; 7 - у входа в Читинский техникум ж/д транспорта; 8 - у входа в Забайкальский институт потребительской кооперации. Восток: 22 - мкр. Сосновый бор, ул. Гагарина - ул. Славянская, возле объездной автодороги; 23 - мкр. Сосновый бор, ул. Украинский бульвар, д. 21; 24 - лыжная база «Высокогорье», лесной массив; 25 - поселок Антипиха, двор ДОС 791; 26 - территория спортивного комплекса ВО Российской армии, 27 - лесной массив в окр. спорткомплекса ВО РА. Запад: 11 - 6 мкр., двор д. 7; 6 - 12 - 6 мкр., пустырь возле просп. Маршала Жукова;
14 - гора Титовская сопка, северо-восточный склон, ул. Московский тракт;
15 - окр. оз. Кенон (западный берег, в районе Института ж/д транспорта);
16 - Газозаправочная станция в пос. ГРЭС; 17 - Проф. училище № 1, ул. К. Маркса, д. 1;
18 - окраина с. Засопка; Юг: 19 - 15-тый км автодороги на пос. Молоковка; 20 - мост через р. Никишиха, у поста ГАИ; 21 -территория «Читинского хладокомбината»; Север: 9 - северный берег оз. Кенон, у ул. Рахова; 10 - мост через р. Читинка, у пос. Каштак (у Каштакского кольца); 13 - лесной массив возле Тц «Макси»
Fig. 1. Scheme of location of snow sampling points. The name of the collection points of snow across sectors: Center: 1-campus CHGMA; 2-OCD. TV center (near the bypass road); 6-Railway station; 7-at the entrance to the Chita College of railway transport; 8 - at the entrance to
the TRANS-Baikal Institute of consumer cooperation. East: 22-MD. Sosnovy Bor, St. Gagarin St., Slavic, near bypass road; 23 - MD. Pine forest, Ukrainian Boulevard street, 21; 24 - ski base "Highlands", forest; 25 - the village of Antipikha, the yard DOS 791; 26 - the territory of the sports complex in the Russian army; 27 - forest in the ROC. Sports Complex in RA. West: 11 - 6 MD., yard d. 7; 6 - 12 - 6 MD. the vacant lot near Marshala Zhukova Ave.; 14-mount Titovskaya Sopka, North-Eastern slope, Moskovsky trakt street;
15-OCD. oz. Kenon (West Bank, near the Institute of railway transport);
16-gas Station in the village. GRES; 17-Prof. school № 1, K. Marx str., 1;
18 - edge of village Zatopka; The South: 19 - 15-th km of the road to village Molokovka; 20 - the bridge across the river Nikiticha, at the post of GAI; 21 -the territory of "Chita cold storage facility»; North: 9 - North shore of oz. Kenon, street rakhova; 10-bridge over the river Chitinka, from the village Kashtak (Kashtakskiy ring); 13 - forest area near the shopping center "Maxi»
Таблица 2
Фоновые концентрации тяжелых металлов в снежном покрове
Table 2
Background concentrations of heavy metals in snow
Элемент Фоновый участок Класс
Фильтрат талой воды, мгдм-3 Пылевая фракций снега, мгдм-1 опасности [14]
Zn 0,024 1,8 1
Cd 0,014 0,27 1
Pb 0,010 3,1 1
Cu 0,00021 14 2
Таблица 3
Загрязнение пылевой фракции снежного покрова г. Читы
Table 3
Contamination of the dust fraction of the snow cover of the Chita-city area
Элементы Содержание, мг/кг Кс Кр Робщ, кг-км^-сут1
Zn 82,465 45,814 49,6001 0,658
382 - 0,55 212,222 - 0,306 229,413 - 1,186 3,045 - 0,016
Cd 0,743 2,753 3,525 0,007
4,5 - 0,096 24,815 - 0,556 35,968 - 0,274 0,071 - 0,0005
Pb 59,797 19,289 21,748 0,497
236 - 2,1 76,129 - 0,677 100,968 - 1,227 1,642 - 0,017
Cu 93,811 6,701 8,532 0,881
422 - 0,55 30,143 - 0,677 21,434- 0,012 2,213 - 0,0012
Основная масса слаборастворимых форм тяжелых металлов, в основном техногенного происхождения, отмечалась в твердой фазе снега, где определяемые концентрации были во много раз выше, чем в фоновой пробе (табл. 2).
Так, среднее превышение содержания (КС) соединений Zn составляет 45,814 раз, Cd -2,753, РЬ - 19,289, Си - 6,701 (табл. 3). Величина интегрального суммарного показателя загрязнения ^С) для пылевой фракции составил в среднем 81,02, что характеризует средний уровень загрязненности снежного покрова города (см. табл. 1, 3). Величина ZC варьирует в переделах 1,45-230,24 и в большинстве исследуемых проб его уровень определяется как средний, а в пяти - высокий.
Аномальные превышения Кр тяжелых металлов над «фоновыми» значениями отмечены для центральной и восточной частей города и транспортных путей (железнодорожные пути и автодороги), где коэффициент относительного увеличения общей нагрузки достигает для 2п - 229,4, Cd - 3,53, РЬ - 21,75, Си - 8,5, что относится к низкому уровню загрязнения (см. табл. 1).
Показатель общей нагрузки (Робщ.) в пределах городской территории варьирует в широких пределах для всех исследованных тяжелых металлов, и по средним значениям убывает в
ряду: Си > 2п > РЬ > Cd (табл. 3).
Разделение городской территории по секторам позволяет изучить влияние климатогео-графических и орографических факторов на распределение загрязнителей, их разноса и ареала накопления.
По величине суммарного показателя загрязнения (2с) районы исследования распреде лились следующим образом: северный сектор Читы характеризуется высоким уровнем загрязнения снежного покрова (табл. 4), центральная и восточная часть имеет средний, а западная и южная - низкий уровень. По усредненным значениям величины суммарного показателя загрязнения (2с = 75,98) городская территория имела в наблюдаемые сезоны средний уровень загрязненности снежного покрова (см. табл. 1).
Средний по городу суммарный показатель нагрузки (2р = 76,295) соответствует низкому уровню загрязнения (см. табл. 1). Существенно более высокие значения этот показатель принимает для участков со значительным техногенным воздействием (у ТЭЦ-2 2р = 207,2; у крупных автомагистралей, на территории студенческого городка медицинской академии - 2р = 289,398). Полученные данные соответствуют средним показателям и в других городах Сибири [11].
Таблица 4
Зональные показатели загрязнения пылевой фракции снежного покрова г. Читы
Table 4
The zonal indicators of pollution particulate fractions of snow cover of the Chita-city area
Ед. изм. Сектора города
Центр Восток Запад Север Юг
Zn мгкг-1 82,063 65,735 10,86 203,78 56,457
305,5 - 11 167 - 0,55 23 - 1,8 382 - 8,9 146 - 8,2
Cd мгкг-1 1,566 0,255 1,574 - -
6,7 - 0,15 1,5 - 0,22 4,5 - 0,27
Pb мгкг-1 56,775 57,13 37,44 104,18 40,033
94 - 5,2 236 -6 79 - 2,1 176-9,2 85 - 4,1
Cu мгкг-1 76,725 148,375 43,82 109,86 14,06
222 - 16 422 - 0,55 165 - 14 220 - 30,3 42 - 0,18
Zc 76,91 64,48 30,67 152,86 43,95
213,58-6,93 161,5,27 63,71 - 1,45 269,16- 12,69 90,11 - 4,88
ZP 101,21 76,29 37,89 139,82 20,54
289,39 - 15,97 215,13 - 3,56 80,68 - 4,13 257,79 -2,08 32,59 - 4,45
Pn кг/км2 с ут. 12359 7641 6961 5238 3771
18219 - 6219 9844- 1531 64563 - 1875 8250 - 1938 6844- 1750
Распределение секторов загрязнения по 2о и 2Р согласуется с расположением крупных источников загрязнения окружающей среды в г. Чите - предприятий теплоэнергетики, железной дороги и крупных автомагистралей, а также с розой ветров в этот период года. Формирующийся при сильных морозах смог усиливает аккумуляцию снегом микроэлементов и пыли, что наиболее хорошо прослеживается в переносе ксенобиотиков с северо-западного направления (ТЭЦ-2) в центральную и частично в восточную часть городской территории.
Степень пылевого загрязнения характеризовалась следующими особенностями: центральная часть города, с коэффициентом Рп свыше 12,3 ткм2сут. как район с очень высоким уровнем запыленности, районы восточного, северного и западного направлений имели высокий, а площадки, расположенный в южной части средний уровень (см. табл. 1, 4).
Максимальные показатели выпадения пыли фиксировался вблизи автодорог и нарушенных природных территорий, с лугово-степ-ным типом растительности. Напротив, в восточной и южной части города, где расположены участки светлохвойной тайги, коэффициент имел минимальные значения.
Содержание растворенных форм тяжелых металлов в снежном покрове. Растворимые формы тяжелых металлов, поступающие в окружающую среду в виде свободных ионов или комплексных соединений, более опасные
токсиканты, чем твердофазные выпадения. Это связано с их быстрым включением в биогеохимические циклы, активной биомагнификацией и биоаккумуляцией, что негативно отражается на экологической ситуации в регионе и на здоровье населения. Особенно опасными
ксенобиотиками являются кадмий и свинец, которые действуют как тиольные яды и необратимо денатурируют и ингибируют белки и ферменты, вызывая множественные нарушения метаболизма.
По средним значениям коэффициента концентрации наибольшую опасность представляют ионы цинка (КС^п2+) = 12,76) и свинца (КС(РЬ2+) = 12,75), этот показатель для Си2+ имеет величину значительно ниже (4,2), однако и этот микроэлемент представляет опасность. Содержание ионов кадмия имело наименьшее значение КС (2,9) (табл. 5). Для коэффициента относительного увеличения общей нагрузки по меди рассчитано значение 4,14, для остальных элементов этот показатель имеет более низкие и близкие значения (табл. 5). Величина суммарного показателя нагрузки ^р) находятся в пределах 2,086 -18,902, при усредненном значении 9,97, что соответствует низкому уровню загрязнения территории (см. табл. 1).
Общая нагрузка по микроэлементам (Робщ.) выявила, что больше всего со снегом перемещается ионов меди и цинка, свинца несколько меньше. Кадмия выпадает незначительное количество (табл. 5).
Таблица 5
Загрязнение фильтрата снежного покрова г. Читы ионами тяжелых металлов
Table 5
Contamination of the filtrate snow cover of the Chita-city area heavy metal ions
Металлы Содержание мг/дм3 Kc Kp Робщ, КГКМ-2-СуТ 1
Zn 0,409 12,762 1,449 0,129
2,5 - 0,019 18,75 - 0,329 6,659 - 0,009 0,477 - 0,003
Cd 0,00072 2,982 1,536 0,001
0,0024 - 8,6 • 10-5 11,429 - 0,305 8,968 - 0,191 0,01 - 0,0002
Pb 0,202 12,755 1,786 0,093
1,2 - 0,0088 85,714- 0,636 7,051 - 0,155 0,162 - 0,003
Cu 0,046 4,205 4,139 0,155
0,19 - 0,0024 19 - 0,28 19,393 - 0,025 0,437 - 0,0009
Таблица 6
Зональные показатели загрязнения фильтрата снега тяжелыми металлами
Table 6
The zonal indicators of leachate contamination of snow by heavy metals
Ед. изм. Зона города
Центр Восток Запад Север Юг
Zn мгк г-1 0,2295 1,012 0,0199 0,675 0,077
0,58 - 0,035 2,5 - 0,017 0,029 - 0,0079 1,5 - 0,075
Cd мгк г-1 0,0006 - 4•10-4 - 1,87 • 10-4
0,0024 - 0,001 9•10-4 -8 •Ю-5 3•10-4 -6 •Ю-5
Pb мгк г-1 0,208 0,037 0,028 0,83
0,58 - 0,035 0,095 - 0,02 0,083 - 0,008 1,2 - 0,46
Cu мгк г-1 0,048 0,0063 0,018 0,16 -
0,095 - 0,002 0,012 - 0,004 0,045 - 0,007 0,19 - 0,13
Zc 10,38 44,79 5,09 76,98 7,28
20,01 - 3,39 109,95 - 1,63 9,43 - 1,17 112,36- 30,75
Zp 10,09 9,38 11,55 12,25 3,47
16,62 - 2,08 18,90 - 5,43 16,91 - 6,19 17,23 - 3,64
Доля водорастворимых ионов тяжелых металлов, определенных в талой снеговой воде в среднем составила 0,302% от суммы загрязнителей в пробах. По выделенным районам исследования наибольшая массовая доля от суммы ионов тяжелых металлов в пылевой фракции и талой воде отмечено в восточном направлении (0,528%), наименьшая в западном (табл. 6). Эта особенность отражает характер переноса пыли, выхлопных газов и иных аэрозолей, которая имеет тенденцию к распределению в зависимости от орографии территории (на востоке города проходит хребет Черского, на западе и северо-западе расположена Чи-тино-Ингодинская котловина), и направление ветра.
Очень низкое содержание водорастворимых форм тяжелых металлов является малоинформативным показателем, так как с пылью в урбоэкосистему поступает достаточно большое их количество, а способность растворятся при
изменении рН растворов, комплексообразова-телей и прочих факторов делают их не менее опасными.
Сравнение данных по величине суммарного показателя нагрузки показало, что в среднем в условиях Читы доля водорастворимых форм 10,9%. Однако в западном направлении доля максимальна и составила 23,4%, а в северном наименьшая - 8,05% (табл. 7). Характер распределения направлений по уровню загрязнения, характеризующегося коэффициентом суммарного показателя нагрузки, может быть объяснено тем, что в этих зонах находятся крупные источники загрязнения - ТЭЦ-1 (юг) и ТЭЦ-2 (северо-запад). По абсолютному значению 2Р наиболее загрязненными являются северное направление и центр города, то есть те районы, где наиболее интенсивное автомобильное движение и наибольшее количество предприятий и организаций.
Абсолютное количество тяжелых металлов является, по мнению некоторых авторов [12], показателем, который не позволяет оценить среднее поступление этих поллютантов в течение ряда лет и степень их опасности для экосистем. Также отсутствуют величины ПДК химических веществ для снега, так как это образование является сопряженной средой между атмосферой, почвой и поверхностными водами. В то же время снежный покров является индикатором загрязнения связанных с ним сред. Так талые воды участвуют в питании рек и озер, хотя для Забайкалья более значимым является дождевое питание. Тем не менее, используя значения ПДК для вод различного назначения, возможно, прогнозировать опасность поступающей талой
воды. Учитывая, что значения ПДК металлов для воды рыбохозяйственных водоемов3 и хозяйственно-питьевого и культурно-бытового пользования4 различаются на несколько порядков, сопоставление концентраций в снеге проводили с каждым из этих регламентов (табл. 8). Практический интерес величины коэффициента загрязнения, и его суммы для ряда поллютан-тов, заключается в том, что бы оценить, во сколько раз необходимо разбавить поступающие талые воды, чтобы уменьшить их загрязненность до нормативных показателей. Так для рыбохозяйственных целей воду в среднем нужно разбавлять чистой водой в 84 раза (табл. 8), а для хозяйственно-питьевого использования в среднем в 15 раз.
Таблица 7
Относительное распределение суммарной нагрузки загрязнения снежного покрова тяжелыми металлами в пылевой и водорастворимой формах в разных секторах
Table 7
The relative distribution of the total load of pollution of snow cover heavy metals in dust and water soluble forms in different sectors
Сектора города
Центр Восток Запад Север Юг г. Чита
Zp 101,21 76,29 37,89 139,82 20,54 76,29
289,4 - 15,9 215,1 - 3,6 80,7 - 4,1 257,8- 2,1 32,6 - 4,5 289,4- 2,1
Zp 10,09 9,38 11,55 12,25 3,47 9,35
16,6 - 2,1 18,9 - 5,4 16,9 - 6,2 17,2 - 3,6 18,9 - 2,1
Zp (фильтрат), % 9,97 10,95 23,36 8,05 14,45 10,92
5,4 - 11,5 8,1 - 60,4 17,3 - 59,9 6,3 - 63,6 6,1 - 50
Таблица 8
Коэффициенты зараженности тяжелыми металлами (водорастворимые формы) снежного покрова Читы С ПДК3, в мг/дм3; 2ПДК4, в мг/дм3)
Table 8
Heavy metal contamination coefficients (water-soluble forms) of snow cover of the Chita-city area (1 PC 3, in mg / dm3; 2 MPC 4, in mg/dm3)
Zn Cd Pb Cu (зараженности)
Ko1 28,290 0,047 24,349 31,148 83,834
Ko2 0,283 0,234 14,609 0,031 15,157
ПДК1 0,01 0,005 0,006 0,001 -
ПДК2 1 0,001 0,01 1 -
3Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных
объектов рыбохозяйственного значения, Федеральное агентство по рыболовству, приказ № 20 от 18 января 2010 г. Зарегистрировано
в Минюсте РФ 9 февраля 2010, № 16326. 4Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. Гигиенические нормативы ГН 2.2.5.1315-03 (с изменениями на 16 сентября 2013 г.).
12
18 24
30 36
1-:
60 66 72 78 Е4 90 96
Рис. 2. Кластерная дендрограмма построенная методом Варда по суммарному показателю нагрузки (Zp), суммарному показателю загрязнения (Zc) и показателю пылевой нагрузки (Pn) для секторов в г. Чите (коэффициент корреляции 0,6925)
Fig. 2. The cluster dendrogram constructed by ward method for total load (Zp), total indicator of pollution (ZC) and the indicator of the dust load (Pn) sectors in the city of Chita (correlation coefficient
0,6925)
Сопоставление данных по направлениям исследования снежного покрова в условиях г. Читы проводили кластерным анализом (рис. 2). Дендрограмма позволяет оценить степень сходства (различия) по уровню загрязненности в зависимости от географического положения территорий. Наиболее загрязненные - центр города и его восточные окраины - образовали единую ветвь кластера, с близкими значениями дистантного расстояния. Менее загрязненное северное направления значительно ниже связано с этой ветвью. Западная и южная части города образовали дифференцированную ветвь, с небольшой дистанцией. Эти направления оказались суммарно наименее загрязненными (рис. 2).
ВЫВОДЫ
1. По степени загрязненности пылевой фракции снега урбанизированная территория Читы характеризуется средним и высоким уровнем загрязнения. По степени загрязнения пылевой фракции снега урбанизированная территория Читы характеризуется средним и высоким
уровнем. По суммарному показателю загрязнения исследованные зоны города можно расположить в следующей убывающей последовательности: северная > центральная > восточная > южная > западная части.
2. По степени загрязненности талой снеговой воды водорастворимыми формами тяжелых металлов территория города характеризуется низким уровнем. Доля водорастворимой фракции поллютантов в снежном покрове города оказалось в среднем равна 10%.
3. Характер загрязнения снежного покрова и размещение зон в условиях г. Читы напрямую зависит от географического положения территории, особенностей ее рельефа и преобладающего направления движения воздушных масс. Высокий уровень запыленности приземного слоя воздуха является негативным фактором, оказывающим основное влияние на миграцию тяжелых металлов в снежный покров из почвы. Комплекс физико-географических и техногенных факторов усиливают это отрицательное влияние, ухудшая экологическую обстановку
Комплекс физико-географических и техногенных факторов усиливают это отрицательное влияние, ухудшая экологическую обстановку краевого центра. Высокая степень загрязненности тяжелыми металлами пылевой фракции вероятно связано с характером сжигаемого топлива, особенно на предприятиях теплоэнергетики, потребляющие бурый уголь, который богат поллютантами. Кроме того, одним из возможных
1. Воронкова И.П., Чеснокова Л.А. Содержание токсичных микроэлементов в сопряженных средах // Гигиена и санитария. 2009. N 4. С. 17-19.
2. Гарипова С.А., Лобачев А.Л., Лобачева И.В., Ревинская Е.В. Определение содержания тяжелых металлов в жидкой фазе снега рентге-нофлуоресцентным методом // Вестник СамГУ. 2011. Вып. 5 (86). С. 129-135.
3. Даукаев Р.А., Сулейманов Р.А. Мониторинг загрязнения снежного покрова Уфы // Гигиена и санитария. 2008. N 5. С. 26-28.
4. Дорогова В.Б., Бурмаа Б., Энхцэцэг Ш. и др. Загрязнение свинцом окружающей среды в Улан-Баторе и состояние здоровья детей // Гигиена и санитария. 2008. N 4. С. 8-9.
5. Смирнова С.М., Долин В.В. Тяжелые металлы в снежном покрове г. Николаева / Збiрник наукових праць 1нституту геожмп навколишнь-ого середовища. К.: 1ГНС, 2011. Вип. 19. С. 115124.
6. Методические рекомендации по геохимической оценке загрязнения территории городов химическими элементами / Сост. Б.А. Ре-вич, Ю.Е. Сает, Р.С. Смирнова, Е.П. Сорокина. М.: ИМГРЭ, 1982. 112 с.
7. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. РД 52.04.186-89 (утв. Госкомгидро-метом СССР 01.06.1989, Главным государственным санитарным врачом СССР 16.05.1989).
8. Методические рекомендации по оценке
источников поступления ксенобиотиков являются аэрозоли, образующиеся при подземных пожарах в Черновском буроугольном бассейне [13]. Пожары локализуются западнее основного стационарного источника загрязнения воздуха города - ТЭЦ, и их влиянием можно объяснить повышение концентрации поллютантов в пылевой фракции в западном направлении.
КИЙ СПИСОК
степени загрязнения атмосферного воздуха населённых пунктов металлами по их содержанию в снежном покрове и почве. № 5174-90 / Сост. Б.А. Ревич, Ю.Е. Сает, Р.С. Смирнова. М.: ИМГРЭ, 1990. 9 с.
9. Hammer 0., Harpe D. A. T., Ryan P. D. PAST: Paleontological Statistics Software Package for Education and Data Analysis // Palaeonto-logia Electronica. 2001. V. 4, N 1. P. 9.
10. Экологическая геохимия: словарь-справочник / авт.-сост.: Т. А. Трифонова, Л. А. Шир-кин. Владим. гос. ун-т. Владимир: Ред. издат. комплекс ВлГУ, 2005. 140 с.
11. Dust pollution of snow cover in the industrial areas of Tomsk city (Western Siberia, Russia) [Electronic resource] / A. V. Talovskaya [et al.] // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2016. V. 33 : Contemporary Issues of Hy-drogeology, Engineering Geology and Hydrogeoe-cology in Eurasia. [012024, 5 p.]. Title screen. Режим доступа: http://earchive.tpu.ru/han-dle/11683/33984 (дата обращения: 30.08.2017).
12. Степанова Н.В., Хамитова Р.Я., Петрова Р.С. Оценка загрязнения городской территории по содержанию тяжёлых металлов снежном покрове // Гигиена и санитария. 2003. N 2. С. 18-21.
13. Филенко Р.А. Современное минерало-образование в фумарольной зоне поздемных пожаров на Черновском буроугольном месторождении // Минералогия техногенеза. 2014. N 15. С. 232-238.
REFERENCES
1. Voronkova I.P., Chesnokova L.A. Soderzhanie toksichnyh mikroehlementov v so-pryazhyonnyh sredah [The content of toxic trace elements in the conjugate media]. Gigiena i sani-tariya [Hygiene and Sanitation]. 2009, no. 4. pp. 1719. (in Russian).
2. Garipova S.A., Lobachev A.L., Lobacheva I.V., Revinskaya E.V. Opredelenie soderzhaniya tyazhelyh metallov v zhidkoj faze snega rentgeno-fluorescentnym metodom [Determination of the heavy metals in liquid phase of snow by X-ray fluorescence method]. Vestnik SamGU [Vestnik of SSU]. 2011, vol. 5 (no. 86). pp. 129-135. (in Russian).
3. Daukaev R.A., Sulejmanov R.A. Monitoring zagryazneniya snezhnogo pokrova Ufy [Monitoring
of snow cover pollution Ufa]. Gigiena i sanitariya [Hygiene and Sanitation]. 2008, no. 5. pp. 26-28. (Russian).
4. Dorogova V.B., Burman B., Enkhtsetseg S. et al. Zagryaznenie svincom okruzhayushchej sredy v Ulan-Batore i sostoyanie zdorov'ya detej [Environmental lead pollution in Ulaanbaatar and children's health]. Gigiena i sanitariya [Hygiene and Sanitation]. 2008, no. 4. pp. 8-9. (in Russian).
5. Smirnova S.M., Dolin V.V. Tyazhelye metally v snezhnom pokrove g. Nikolaeva [Heavy metals in snow cover of Nikolayiv city]. Zbirnik nau-kovih prac' Institutu geohimii navkolishn'ogo seredovishcha [Proceedings of the Institute of Environmental Geochemistry]. Kiev, 2011, i. 19. pp. 115-124. (in Russian).
6. Revich B.A., Saet Y.E., Smirnova R.S., So-rokina E.P. Metodicheskie rekomendacii po ocenke stepeni zagryazneniya atmosfernogo vozduha naselyonnyh punktov metallami po ih soderzhaniyu v snezhnom pokrove i pochve [Guidelines on the assessment of the degree of air pollution settlements metals on their content in the snow cover and soil]. Moscow, Institute of Mineralogy, Geochemistry and Crystal Chemistry of Rare Elements Publ., 1982. 112 p. (in Russian).
7. Rukovodstvo po kontrolyu zagryazneniya atmosfery. RD 52.04.186-89 (utv. Goskomgi-drometom SSSR 01.06.1989, Glavnym gosudar-stvennym sanitarnym vrachom SSSR 16.05.1989) [Manual control of air pollution. RD 52.04.186-89 (app. USSR State Committee 01.06.1989, the Chief State Sanitary Doctor of the USSR 16.05.1989)]. 615 p. (in Russian).
8. Revich B.A., Saet Y.E., Smirnova R.S. Metodicheskie rekomendacii po ocenke stepeni zagryazneniya atmosfernogo vozduha naselyonnyh punktov metallami po ih soderzhaniyu v snezhnom pokrove i pochve [Guidelines on the assessment of the degree of air pollution settlements metals on their content in the snow cover and soil]. Moscow, Institute of Mineralogy, Geochemistry and Crystal Chemistry of Rare Elements Publ., 1990. 9 p. (in Russian).
9. Hammer 0., Harpe D. A. T., Ryan P. D. PAST: Paleontological Statistics Software Pack-
Критерии авторства
Бондаревич Е.А., Коцюржинская Н.Н., Жиляева О.А., Самойленко Г.Ю., Климович К.И., Игумнов С.А. выполнили экспериментальную работу, на основании полученных результатов провели обобщение и написали рукопись. Бондаревич Е.А., Коцюржинская Н.Н., Жиляева О.А., Самойленко Г.Ю., Климович К.И., Игумнов С.А. имеют на статью авторские права и несут равную ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ Принадлежность к организации
Евгений А. Бондаревич
Читинская государственная медицинская академия Минздрава России К.б.н., доцент bondarevich84@mail.ru
Наталья Н. Коцюржинская
Читинская государственная медицинская академия Минздрава России
age for Education and Data Analysis // Palaeonto-logia Electronica, 2001. Vol. 4, № 1. - P. 9.
10. Trifonova T. A., Shirkin L. A. Ehko-logicheskaya geohimiya [Environmental Geochemistry]. Vladimir: Ed-izdat. complex VlSU Publ., 2005. 140 p. (Russian).
11. Dust pollution of snow cover in the industrial areas of Tomsk city (Western Siberia, Russia) [Electronic resource] / A. V. Talovskaya [et al.] // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. - 2016. - Vol. 33: Contemporary Issues of Hydrogeology, Engineering Geology and Hydro-geoecology in Eurasia. - [012024, 5 p.]. — Title screen. - Свободный доступ из сети Интернет. Режим доступа: http://earchive.tpu.ru/han-dle/11683/33984 (accessed: 30.08.2017)
12. Stepanova N.V., Hamitova R.YA., Petrova R.S. Ocenka zagryazneniya gorodskoj territorii po soderzhaniyu tyazhyolyh metallov snezhnom pokrove [Assessment of pollution of the urban area on the content of heavy metals snowpack]. Gigiena i sanitariya [Hygiene and sanitation]. 2003, no. 2. pp. 18-21. (in Russian).
13. Filenko R.A. Sovremennoe mineraloobra-zovanie v fumarolnoj zone podzemnyh pozharov na Chernovskom burougolnom mestorozhdenii [Modern fumarole mineralization in the area subterranean fires on Chernovskoye brown coal deposit]. Mineralogiya tekhnogeneza [Mineralogy technogenesis]. 2014, no. 15. pp. 232-234.
Contribution
Bondarevich E.A., Kotsyurzhinskaya N.N., Zhi-lyaeva O.A., Samoilenko G.Y., Igumnov S.A., Klimovich K.I.carried out the experimental work, on the basis of the results summarized the material and wrote the manuscript. Bondarevich E.A., Kotsyurzhinskaya N.N., Zhilyaeva O.A., Samoilenko G.Y., Igumnov S.A., Klimovich K.I. have equal author's rights and bear equal responsibility for plagiarism.
Conflict of interest
The authors declare no conflict of interests regarding the publication of this article.
AUTHORS' INDEX Affiliations
Evgeniy A. Bondarevich
Chita State Academy of Medicine Candidate of Biological Sciences, Associate Professor
bondarevich84@mail.ru
Natalia N. Koczurshinskay
Chita State Academy of Medicine Candidate of Biological Sciences, Associate
К.б.н., доцент, зав. кафедрой nata_nik_k@mail.ru
Ольга А. Жиляева
Читинская государственная медицинская академия Минздрава России Кандидат культурологии, доцент ol--zh@yandex.ru
Галина Ю. Самойленко
Читинская государственная медицинская академия Минздрава России Ассистент кафедры химии и биохимии
Кирилл И. Климович
Читинская государственная медицинская академия Минздрава России Студент
Сергей А. Игумнов
Читинская государственная медицинская академия Минздрава России Студент
Поступила 20.10.2017
Professor
nata_nik_k@mail.ru
Olga A. Zhilyaeva
Chita State Academy of Medicine
Candidate of Culturology, Associate Professor
ol--zh@yandex.ru
Galina Yr. Samoilenko
Chita State Academy of Medicine Assistant of the Department of Chemistry and Biochemistry
Kirill I. Klimovich
Chita State Academy of Medicine Student
Sergey A. Igumnov
Chita State Academy of Medicine Student
Received 20.10.2017
