Некоторые особенности химического загрязнения почвенного покрова в городе Самаре Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

УДК 634.948:581.5

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ХИМИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВЕННОГО

ПОКРОВА В ГОРОДЕ САМАРЕ

© 2009 Н.В. Прохорова1, А.А. Лобачева2, Н.О. Рогулёва3, Н.А. Морозова3

1 Самарский государственный университет, г. Самара 2Самарский муниципальный институт управления, г. Самара 3Самарский областной университет Наяновой, г. Самара

Поступила 21.03.2009

В статье представлены результаты экспериментального изучения загрязнения почвенного покрова г. Самары нефтепродуктами и тяжелыми металлами.

Ключевые слова: химическое загрязнение, почвенный покров, Самара.

Экологическая ситуация в крупных промышленных городах складывается под воздействием целого комплекса факторов, существенной частью которого является техногенное загрязнение. Оно трансформирует химический состав природных сред города, как на уровне отдельных химических элементов, так и в отношении разнообразных по составу и сложности соединений. Такая трансформация негативным образом сказывается на функционировании живых организмов и экосистемы города в целом, снижается качество жизни горожан, ухудшается их здоровье [5]. Основные процессы распространения и перераспределения загрязнителей в городской среде происходит через атмосферные потоки, но главным депо для них выступает почвенный покров. Специфика промышленного производства (металлообработка, машиностроение,

нефтепереработка) в совокупности с автотранспортной составляющей позволяет предполагать, что в г. Самаре особого внимания заслуживает загрязнение почв тяжелыми металлами и нефтепродуктами, оценке качественной и количественной характеристике которого и были посвящены наши исследования.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Экспериментальные исследования

осуществлялись на территории г. Самары с 2000 по 2008 гг. Объектами изучения были выбраны почвы промышленных и придорожных зон, а также почвенный покров парковых насаждений. Модельными площадками служили: территория, примыкающая к периметру Куйбышевского нефтеперерабатывающего завода (КНПЗ); придорожные зоны по ул. Московское шоссе,

Прохорова Наталья Владимировна, доктор биологических наук, профессор кафедры экологии ботаники и охраны природы. Лобачева Анна Анатольевна, старший преподаватель кафедры управления городским хозяйством. Рогулёва Наталья Олеговна аспирант. Морозова Наталья Андреевна, аспирант.

E-mail ecology@ssu.samara.ru

Стара Загора и Демократическая; парк Металлургов, Загородный парк и парк им. Гагарина; участки в селитебной зоне г. Самары и загородный дачный участок (участки сравнения).

В зоне влияния КНПЗ в соответствии с направлением господствующих ветров выделяли три участка, первый из которых непосредственно примыкал к периметру предприятия, второй отстоял от него на 100 м, а третий - на 500 м. В качестве контроля использовали почвы участка в селитебной зоне Куйбышевского района г. Самары, отстоящего от завода на 2000 м, а также условно чистую почву «Терра Вита», приобретенную в торговой сети города. Оценивали качественный и количественный состав нефтепродуктов, накапливающихся в верхнем корнеобитаемом слое почвы. Для оценки техногенных потоков загрязнения, поступающих от автомагистралей, в определенных участках, в среднем отражающих условия в зоне влияния каждой из них, перпендикулярно полотну дороги закладывали эколого-геохимический профиль, длиной 100 м. Начиная с 1 м и далее через каждые 10 м до 100 м включительно от полотна дороги, отбирали почвенные образцы из слоя 0-10 см. В качестве контроля использовали почвы городского двора и загородного дачного участка. В почвенных образцах анализировали содержание тяжелых металлов и углеводородов. В почвах парковых насаждений изучали особенности аккумуляции тяжелых металлов.

Выбор пробных площадей для проведения полевых исследований, отбор почвенных образцов осуществляли общепринятыми методами. Количественное содержание кислоторастворимых форм (1н НЫ03) тяжелых металлов (Си, 2п, Со, N1, Сг, РЬ) в почвах определяли методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии, суммарное содержание углеводородов - методом ИК-спектроскопии, качественный и количественный анализ нефтепродуктов - методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Суммарное содержание углеводородов в почвах выявляли по общему количеству соединений, экстрагируемых гексаном.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В период исследований (2000-2004 гг.) суммарное содержание углеводородов в почвах пробных площадей в зоне влияния КНПЗ существенно отличалось и подвергалось заметной динамике. Минимальное их количество было выявлено в условно чистой почве «Терра Вита» (в среднем 109,0 мг/кг), что существенно меньше, чем в почвах контрольного участка. Среднее содержание суммы углеводородов закономерно снижалось по мере удаления пробных площадей от промплощадки КНПЗ (от 1789 до 635 мг/кг почвы). Для контрольной пробной площади этот показатель варьировался от 650 до 900 мг/кг в разные годы наблюдений. На рис.1 представлены хроматограммы определения углеводородов в экстрактах из образцов почв трех экспериментальных пробных площадей. Как следует из рисунка, наиболее сильно загрязнена углеводородами почва пробных площадей 1 и 2, для которых характерно преобладание углеводородов С16 и С17, здесь выявлены также

углеводороды с длиной алкильной цепи С18-С22 и даже С23-С29, которых практически нет в почвах пробной площади 3 и контроля. Для них характерно достоверно меньшее содержание углеводородов в почве, углеводороды с длиной алкильной цепи С16-С18 выявляются здесь на уровне предела обнаружения. Тяжелые углеводороды с длиной алкильной цепи более 29 атомов углерода вообще не были обнаружены в почвах района исследований.

Комплексный анализ экспериментальных данных показал, что в выбросах нефтеперерабатывающего предприятия (КНПЗ) преобладают нормальные углеводороды, основным депо которых на прилегающей к нему территории являются почвы. Углеводороды выявляются хроматографически в почвах всех изученных пробных площадей, но их суммарное содержание и фракционный состав зависят от расстояния до источника загрязнения. Особенно загрязнены углеводородами (1,8 ПДК) почвы в 100-метровой зоне, примыкающей к промплощадке КНПЗ.

Рис. 1. Хроматограммы экстрактов почв, отобранных с экспериментальных пробных площадей 1-3 в зоне влияния КНПЗ (июль 2000 г.)

Углеводородное загрязнение в зоне влияния КНПЗ приводит к существенной техногенной трансформации почв, проявляющейся в снижении их биологической активности и повышении фитотоксичности. Существующий там

растительный покров характеризуется обеднением видового и экоморфного состава, угнетением ростовых процессов, появлением видимых повреждений (хлорозы, некрозы), снижением жизненного состояния.

Комплексным фактором техногенной трансформации природной среды городов является автотранспорт. Город Самара - крупный промышленный центр с высокой степенью

обеспеченности автотранспортом и,

соответственно, развитой транспортной

инфраструктурой: автотранспортные магистрали федерального и областного значения, предприятия автосервиса, автозаправочные станции.

Установлено, что количественные характеристики автотранспортного загрязнения в целом по Самарской области находится в прямой зависимости от численности транспортных средств и объемов используемого топлива [4].

Важной химической и агрохимической характеристикой почв является их

гумусированность, но в условиях города почвы утрачивают естественные черты из-за техногенного

подавления процессов почвообразования. Поэтому существующие методы определения гумуса отражают не столько собственно гумусированность городских почв, сколько общее содержание органического углерода в них, в составе которого существенна техногенная составляющая (углеводороды топлива, смазочные масла и др.).

В почвах зоны влияния автотрасс в г. Самаре выявлена одна общая закономерность в накоплении органического углерода - максимальные показатели характерны для почв, отобранных на расстоянии 1 м от полотна дороги (от 4,5% на Московском шоссе до 5,3% на ул. Стара Загора). Относительно высокий показатель накопления углерода в непосредственной близости от полотна дорог свидетельствует об автотранспортном привнесении углеродсодержащих компонентов в почвы придорожных зон. Для более

аргументированного подтверждения этого вывода было проведено исследование суммарного накопления углеводородов в почвах, отобранных на расстоянии 1, 50 и 100 м от полотна каждой из автодорог, а также в городском дворе и на дачном участке (табл. 1).

Максимальное содержание суммы

углеводородов в почвах характерно для участков, непосредственно примыкающих к полотну дорог. По мере удаления от дороги показатель достоверно снижается. Городские дворы и почвы дачных загородных участков содержат в 2-2,5 раза меньше углеводородов, чем почвы придорожных зон, что подтверждает мнение о том, что углерод городских почв в значительной мере техногенен и большая его часть является результатом автотранспортного загрязнения (табл. 1).

Таблица 1. Суммарное содержание углеводородов в изучаемых почвах, мг/кг воздушно-сухой почвы

Вариант 1 м 50 м 100 м

Ул. Московское шоссе 921,0 750,0 700,0

Ул. Стара Загора 900,0 810,0 720,0

Ул. Демократическая 1000,0 710,0 620,0

Городской двор 380,0

Загородный дачный участок 450,0

1м 10м 20м 30м 40м 50м 60м 70м 80м 90м 100м

Расстояние от дороги

Рис. 2. Пространственное распределение РЬ в изучаемых почвах

Известно, что автотранспорт активно поставляет в окружающую среду не только углеводороды, пыль, окислы азота, углерода и серы, но и тяжелые металлы [3]. Исследования показали, что средние концентрации кислоторастворимых форм всех изученных элементов в почвах дачного участка и городского двора различаются незначительно на фоне их существенного варьирования в почвах придорожных зон. В качестве примера приведены данные по пространственному варьированию содержания РЬ, как наиболее «транспортно зависимого» загрязняющего элемента в почвах города Самары. В почвах двора и дачи его содержание составляет 12,7 и 14,0 мг/кг

соответственно, а в почвах придорожных зон оно изменяется от 7,7 до 54,0 мг/кг (рис. 2.). Подобная картина пространственного варьирования сохраняется и для всех других изученных тяжелых металлов.

ПДК кислоторастворимой формы РЬ для почв составляет 6 мг/кг [2]. Как видно из рис. 2, во всех почвенных образцах содержание РЬ значительно выше или сопоставимо с ПДК. Общий характер полученных кривых демонстрирует наиболее активное накопление РЬ городскими почвами на расстоянии 1 м от полотна всех изученных дорог. Сравнение полученных данных с установленным нами ранее региональным фоновым уровнем

содержания кислоторастворимого РЬ в почвенном покрове Самарской области (2 мг/кг) [1] показывает техногенное происхождение его в почвах города с коэффициентом техногенности от 3,85 до 18,2.

Анализ распределения тяжелых металлов в почвах эколого-геохимических профилей выявил несомненную зависимость от автотранспортного загрязнения в накоплении РЬ и Си, несколько слабее она прослеживается в отношении 2п, Cd и Сг. Накопление N1 демонстрирует связь с автотранспортным загрязнением только на ул. Демократической.

Распределение потенциально подвижных кислоторастворимых форм тяжелых металлов в почвенном покрове г. Самары рассматривали более широко. Для сравнительного анализа были привлечены данные для разных функциональных зон города - городских улиц с интенсивным движением автотранспорта, промышленных зон, крупных городских парков. По содержанию кислоторастворимых форм тяжелых металлов территории города с разной техногенной нагрузкой различаются несущественно. В самом общем плане можно сказать, что в почвах парков накапливается

несколько больше кислоторастворимых Сг, N1, в почвах городских автомагистралей (улицы) - РЬ, Си, 2п, в почвах промзон - Со.

Для оценки роли парковых насаждений в аккумуляции тяжелых металлов мы изучали накопление кислоторастворимых форм 2п, Си, РЬ, Cd, N1, Сг в почвенном покрове парка Металлургов, Загородного парка и парка им. Гагарина. В табл. 2 представлены данные о среднем содержании металлов в почвах этих парков в 2006-2008 гг. Весь период наблюдений максимальный уровень содержания всех изученных элементов был характерен для почв парка Металлургов, что объясняется суммированием техногенных потоков от металлургического завода и автотранспортных магистралей.

В техногенном прессе, который испытывают все исследуемые парки, значительная доля принадлежит автотранспортной составляющей, поэтому особый интерес представляет анализ обогащения парковых почв РЬ. На рис. 3. представлена динамика накопления

кислоторастворимого РЬ в парковых почвах г. Самары в 2006 и 2007 гг.

Таблица 2. Среднее содержание кислоторастворимой формы тяжелых металлов в почвах крупнейших парков г. Самары, мг/кг воздушно-сухой почвы

Парки гп Си РЬ са N1 Сг

Металлургов 45,56 27,62 23,39 1,92 27,85 21,23

Гагарина 32,32 20,12 15,73 0,99 19,48 15,28

Загородный 32,87 20,88 17,15 1,05 18,66 14,96

2006 г.

2007 г.

Июль Август Сентябрь Октябрь Июль Август Сентябрь Октябрь

Время отбора почв

— Парк Металлургов

- Парк Гагарина

- Загородный парк

Рис. 3. Динамика содержания РЬ в почвах парковых насаждений г. Самары

Во всех изучаемых парках уровень накопления РЬ в почвах превосходил ПДК (6 мг/кг). В целом его концентрации в парковых почвах были сравнимы со средними концентрациями в придорожных зонах. Только в июле и октябре 2007 г. концентрация РЬ в почвах парка Металлургов существенно возросла и достигла уровня концентраций, характерных для почв участков

придорожных зон, непосредственно примыкающих к полотну дороги (до 1 м).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Экспериментальные исследования, проведенные в период 2000-2008 гг., позволили дать количественную оценку техногенного загрязнения почвенного покрова различных функциональных

зон г. Самары нефтепродуктами и тяжелыми металлами. Подтверждена существенная роль автотранспорта в формировании техногенных потоков загрязнения городских почв, в составе которых выделяются углеводороды и кислоторастворимая форма РЬ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Матвеев Н.М., Павловский В.А., Прохорова Н.В. Экологические основы аккумуляции тяжелых металлов сельскохозяйственными растениями в лесостепном и степном Поволжье. - Самара: Самарский университет, 1997. 215с.

2. Нормативные данные по предельно допустимым уровням

загрязнения вредными веществами объектов окружающей среды. Справочный материал. Спб., 1993. 233с.

3. Прохорова Н.В. Эколого-геохимическая роль автотранспорта в условиях городской среды// Вестник Самарского государственного университета. Естественнонаучная серия. 2005. № 5 (39). С.188-199.

4. Экологическая ситуация в Самарской области: состояние

и прогноз. Тольятти, 1994. - 326с.

5. Экология города: Учебное пособие/ Под ред. В. В. Денисова. М.:ИКЦ «МарТ», Ростов н/Д: Издательский центр «МарТ», 2008. 832 с.

SOME SPECIALTIES OF CHEMICAL ONION OF SOILS PLATS AT SAMARA © 2009 N.V. Prochorova, A.A. Lobacheva, N.O. Roguleva, N.A. Morosova

Samara State University

At the article are introduced the results of experiment researching of destructors of soils of Samara by the oilproducts and hard metals.

Key words: chemical onion, soils plats, Samara.

Prochorova Natal'ya Vladimirovna Doctor of Biology, professor of department of ecology the botanics and protection of environment. Lobacheva Anna Anatol'evna senior teacher of department of managing of city culture. Roguleva Natal'ya Olegovna, graduate student. Morosova Natal'ya Andreevna, graduate student. E-mail ecology@ssu.samara.ru