CC BY
54
ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ И РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ.
БИОТЕХНОЛОГИИ PROBLEMS IN ECOLOGY AND RATIONAL NATURE MANAGMENT. BIOTECHNOLOGIES
УДК 502.1:631.4
DOI: 10.25686/2306-2827.2020.1.75
ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ
г. ЙОШКАР-ОЛЫ
И. И. Митякова, Р. Р. Иванова, Д. В. Терентьев
Поволжский государственный технологический университет, Российская Федерация, 424000, Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3 E-mail: [email protected]
Анализируется экологическое состояние почв г. Йошкар-Олы. Для этого были отобраны 45 смешанных почвенных образцов в различных функциональных зонах города. Оценка состояния почвы осуществлялась по гранулометрическому составу, рН, содержанию нефтепродуктов и фитотоксичности. Результаты исследования показали, что на городской территории преобладают легкосуглинистые почвы со слабощелочной реакцией, сла-бозагрязнённые нефтепродуктами. Экотоксикологическое состояние обследованных почв, оцененное по ИТФ, в основном соответствует 5 классу - норма, только на пяти объектах почвы оцениваются как слаботоксичные (6 класс опасности). В работе использовались методы химического, физико-химического анализа и биотестирования.
Ключевые слова: загрязнение; биотестирование; нефтепродукты; рН; гранулометрический состав.
Введение. Городские почвы являются неотъемлемой частью городской среды, поэтому проблема изучения экологического состояния городских почв является актуальной. Почвенный покров выполняет функции биологического поглотителя, разрушителя и нейтрализатора различных загрязнений.
Нефть и нефтепродукты становятся повсеместными загрязнителями урбанизированных и природных территорий. Поступая в окружающую среду, они оказывают негативное влияние на все компоненты экосистемы, нарушают экологиче-
ское состояние почвенного покрова, наблюдается интенсивная трансформация морфологических и физико-химических свойств почв [1], отмечается изменение цветовых характеристик почвенного профиля в сторону преобладания серо- и тёмно-коричневых оттенков, ухудшается структура почвы [1]. В нефтезагрязнён-ных почвах из-за обволакивания нефтью почвенных частиц уменьшается доступность для растений элементов минерального питания из-за нарушения миграции их подвижных форм [2].
© Митякова И. И., Иванова Р. Р., Терентьев Д. В., 2020.
Для цитирования: Митякова И. И., Иванова Р. Р., Терентьев Д. В. Оценка экологического состояния почв г. Йошкар-Олы // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. 2020. № 1 (45). С. 75-89. DOI: 10.25686/2306-2827.2020.1.75
К угнетению и гибели растений приводят даже невысокие концентрации нефтепродуктов в почве. Прекращение роста растений наблюдается обычно при содержании в почве нефти 3500 мг/ кг. Другой особенностью действия нефтяного загрязнения почвы на растения является его очень большая длительность из-за медленного самоочищения загрязнённых почв. По литературным данным, период восстановления растительности на почвах при их сильной степени загрязнения может составлять до 10 - 20 лет и более [3].
Проблеме загрязнения почв городов нефтепродуктами в последние годы уделяется всё больше внимания [4-8]. Так, изучая почвенный покров г. Красноярска Р.А. Шарафутдинов и др. [7] установили, что уровень загрязнения почв нефтепродуктами в среднем составляет 230 мг/кг, что ниже, чем в Москве (235 мг/кг), но выше, чем в Санкт-Петербурге (180 мг/кг). Большинство почв г. Омска [6] имеют умеренное и умеренно опасное загрязнение, содержание нефтепродуктов в почве придорожных территорий превышает фоновые значения в 20-66 раз.
Проблема экологического состояния городской среды актуальна и для г. Йошкар-Олы как промышленно развитого города. Но за последние годы особенно уве-
личилось давление на компоненты городской среды со стороны быстро развивающегося автопарка. Источниками поступления нефтепродуктов в городские почвы и грунты являются проливы топлива в местах автостоянок, автозаправок и стоки дождевых и талых вод.
Поэтому целью работы явилось комплексное изучение экологического состояния почв городской территории и создание карты загрязнения почв города нефтепродуктами.
Объектом исследования послужили почвы города Йошкар-Олы на территории центральных и окраинных улиц, жилых районов, промышленной зоны, АЗС и автомоек, дворов в жилых массивах и зоны отдыха. В качестве контроля мы использовали почвы лесопарковой зоны (лесопарк «Дубовая роща»). Исследования проводились в августе-сентябре 20172019 гг., обследовано более 45 объектов.
Материал и методика исследований. Для разделения территории города на квадраты мы воспользовались схемой опробования почв, использованной в работе Е.А. Гончарова [9]. Точки координат, указанных на карте, были соединены с образованием квадратов. Всего на обследуемой территории получилось 45 квадратов размером 1х1 км (рис. 1).
Рис. 1. Карта-схема территории г. Йошкар-Олы с сеткой объектов исследования
В каждом квадрате была отобрана смешанная проба почвы. Отбор проб почвы проводили в соответствии с ГОСТ Р 53123-2008 (ИСО 10381-5:2005)1. Смешанные образцы почв отбирали из поверхностного слоя (0-20 см).
Почва - сложная многокомпонентная система, поэтому при оценке её экологического состояния мы применили комплексный подход. Были использованы методы химического, физико-химического анализа и биотестирования. Так, Т.В. Бардина [10] и др. считают, что при экологической оценке городских почв нужно учитывать данные не только химических анализов, но также биотестирования и биоиндикации, которые предоставляют оперативную информацию о наличии загрязняющих веществ в почве и позволяют дать комплексную оценку действия токсикантов, что подтверждают исследования и других авторов [11].
Гранулометрический состав почвенных образцов определяли на лазерном анализаторе размеров частиц Analysette 22 MicroTec Plus; показатель рН - потенциометрическим методом на иономере И-160; содержание нефтепродуктов - гравиметрическим методом согласно ПНДФ 16.1:2:2.2:2.3:3.64-102.
Токсичность почв изучалась методом биотестирования с использованием тест-объекта редиса сорт «Красный с белым кончиком» согласно Методике выполнения измерений всхожести семян и длины корней проростков высших растений для определения токсичности техногенно-загрязнённых почв3. Цифровой материал
1 ГОСТ Р 53123-2008 (ИСО 10381-5:2005). Качество почвы. Отбор проб. Часть 5. Руководство по изучению городских и промышленных участков на предмет загрязнения почвы.
2 ПНДФ 16.1:2:2.2:2.3:3.64-10. Методика измерений массовой доли нефтепродуктов в пробах почв, грунтов, донных отложений, илов, осадков сточных вод, отходов производства и потребления гравиметрическим методом.
3 Методика выполнения измерений всхожести семян и длины корней проростков высших растений для определения токсичности техногенно-загрязненных почв. ФГУП «УНИИМ». М-П-2006 (ФР.1.39.2006.02264).
обработан на компьютере с использованием прикладных программ Excel и Statistika.
Результаты и их обсуждение. Гранулометрический состав почвы оказывает большое влияние на процессы почвообразования. Он определяет многие физические свойства почвы: водопроницаемость, вла-гоёмкость, количество доступной влаги, то есть водно-воздушный и тепловой режимы.
М.Н. Строганова и др. [12] отмечают, что слоистость городских почв по гранулометрическому составу имеет важное почвенно-геохимическое значение в качестве экранирующего и капиллярно-прерывающего барьеров.
Результаты гранулометрического анализа почвы представлены в табл. 1.
Как показывает анализ данных табл. 1, по гранулометрическому составу почвы г. Йошкар-Олы варьируют от супесчаных до среднесуглинистых, в лесопарке «Дубовая роща» почвы тяжелосуглинистые. При этом на долю супесчаных почв приходится около 25 %, легкосуглинистых - 57 %, среднесу-глинистых - 15 %, тяжелосуглинистых -3 %; легкосуглинистые и среднесуглини-стые почвы в сумме составляют 72 %.
Проследить чёткую закономерность изменения гранулометрического состава на территории города невозможно, так как почвы представляют собой, как правило, насыпные грунты.
Таким образом, установлено, что на территории города преобладают легко- и среднесуглинистые почвы. Поскольку лёгкие суглинки характеризуются наибольшей буферностью по сравнению с песчаными и супесчаными почвами, то можно сделать заключение, что почвы города обладают хорошей устойчивостью к загрязнению.
Реакция почвы оказывает большое влияние на скорость и направленность происходящих в ней химических и биохимических процессов, влияет на развитие растений и почвенных микроорганизмов. В природных условиях рН почвенного раствора колеблется от 3 (в сфагновых торфах) до 10 (в солонцовых почвах). Чаще всего кислотность не выходит за пределы 4-8.
Таблица 1
Гранулометрический состав почвы исследуемых объектов
№ квадрата Объект Доля частиц (%) разного размера, мм Название почвы по гранулометрическому составу
1-0,25 0,250,05 0,050,01 0,010,005 0,0050,001 <0,001 <0,01
1 ул. Школьная 4,6 18,9 48,3 6,4 15,9 5,9 28,2 легкосуглинистая
2 ул. Транспортная 1,2 19,5 57,2 8,0 10,2 3,9 22,1 легкосуглинистая
3 ул. Серова 0,5 22,4 56,6 7,7 9,5 3,3 20,5 легкосуглинистая
4 ул. Фестивальная 0 4,3 64,4 10,4 15,8 5,1 31,3 среднесуглини-стая
5 ул. Димитрова 0 10,1 58,7 10,5 15,5 5,2 31,2 среднесуглини-стая
8 ул. Водопроводная 0 13,8 61,8 8,4 11,9 4,1 24,4 легкосуглинистая
9 ул. Советская 6,2 23,4 50,9 7,4 9,2 2,9 19,5 супесчаная
10 Лесопарк «Дубовая роща» 0,9 16,4 39,3 4,3 17,4 21,7 43,4 тяжелосуглинистая
11 ул. Васильева, Й.Кырли 8,6 27,8 40,7 6,8 12,1 4,0 22,9 легкосуглинистая
12 ул. Й.Кырли 6,8 21,6 47,7 7,6 12,1 4,2 23,9 легкосуглинистая
13 ул. Красноармейская 0 7,9 68,9 8,5 10,9 3,8 23,2 легкосуглинистая
17 ул. Красноармейская 25,7 24,8 34,2 5,6 7,3 2,4 15,3 супесчаная
19 ул. Медицинская 15,7 35,2 34,4 4,8 7,3 2,6 14,7 супесчаная
20 ул. Прохорова, Васильева 0 13,2 53,0 9,1 18,8 5,9 33,8 среднесуглини-стая
21 ул. Строителей 0,4 15,9 57,6 7,4 14,2 4,5 26,1 легкосуглинистая
22 ул. Машиностроителей, Суворова 21,7 28,6 34,5 5,5 7,7 2 15,2 супесчаная
26 ул. Кирова 12,0 26,7 40,1 6,4 11,1 3,7 21,2 легкосуглинистая
29 ул. Крылова, Машиностроителей 3,8 27,7 44,0 8,4 12,9 3,2 24,5 легкосуглинистая
31 ул. К. Маркса 7,2 30,9 40,6 6,2 11,6 3,5 21,3 легкосуглинистая
33 ул. К. Маркса 27,7 20,5 36,3 5,2 7,8 2,5 15,5 супесчаная
37 ул. Крылова 0 15,1 61,3 8,1 12,0 3,5 23,6 легкосуглинистая
38 ул. Крылова 1,9 19,6 52,3 8,7 13,2 4,3 26,2 легкосуглинистая
40 ул. К. Маркса 4,6 24,8 50,2 6,6 10,8 3,0 20,4 легкосуглинистая
41 ул. Голикова, Луначарского 0,2 20,4 54,9 8,4 12,0 4,1 24,5 легкосуглинистая
42 ул. Луначарского 16,2 18,4 45,7 6,7 9,7 3,3 19,7 супесчаная
43 ул. Крылова 0 15,4 54,2 9,1 16,0 5,3 30,4 среднесуглини-стая
44 д. Б. Чигашево 0 14,1 56,1 8,6 16,3 4,9 29,8 легкосуглинистая
45 д. Б. Чигашево, Кокшайский тракт 23,5 26,6 35,8 4,8 6,9 2,4 14,1 супесчаная
По основным физико-химическим показателям почвы города значительно отличаются от своих природных аналогов. Величина кислотности корнеобитаемого слоя городских почв колеблется в широких пределах, но преобладают почвы с нейтральной и слабощелочной средой. В большинстве случаев реакция среды у городских почв выше, чем у зональных. Высокую щёлочность городских почв большинство авторов связывает с попаданием в них через поверхностный сток и дренажные воды преимущественно хлоридов кальция и натрия, а также других солей, которыми посыпают тротуары и дороги зимой. Другой причиной является высвобождение кальция под действием осадков из различных обломков, строительного мусора, цемента, кирпича и пр., имеющих щелочную реакцию. Практически повсеместно наблюдается постепенное уменьшение величины рН с глубиной [13]. Многие исследователи также отмечают сдвиг реакции почвенной среды городских почв в сторону подщелачивания и нейтрализации [10, 14]. Наши исследования подтверждают вывод об изменении кислотности почвы в городе в сторону подщелачивания реакции среды.
На рис. 2 представлены данные по исследованию реакции среды (рН) городских почв. Установлено, что рН почвы варьирует от 6,95 до 7,90, на контроле рН - 4,89. Анализ показал, что 75 % исследованных образцов почвы имеют слабощелочную, 6 % - щелочную, 17 % -нейтральную реакцию.
В лесопарке «Дубовая роща» под естественной древесной растительностью (квадрат 10) реакция среды среднекислая. Таким образом, на территории г. Йошкар-Олы преобладают почвы со слабощелочной реакцией среды.
Загрязнение почв нефтепродуктами приводит к глубокому изменению практически всех основных характеристик почвы, а нередко и к формированию новых свойств. Основная причина - химический состав нефти, которая представляет собой
смесь нескольких десятков индивидуальных веществ [14].
Рост содержания нефтепродуктов в почве урбанизированных территорий отмечают многие исследователи. Данная проблема актуальна и для г. Йошкар-Олы, поэтому отобранные пробы почвы были исследованы на содержание в них нефтепродуктов.
Результаты исследования содержания в почвенных образцах нефтепродуктов представлены на рис. 3. Анализ данных, представленных на рис. 3, показал, что содержание нефтепродуктов в почвах города колеблется от 15,9 мг/кг на ул. Медицинская до 470,5 мг/кг на ул. Строителей.
Содержание нефтепродуктов в почве разных зон города различается, степень загрязнения почвы нефтепродуктами характеризуется неравномерностью, различия между минимальным и максимальным содержанием достигают 30 раз. Обобщив результаты собственных исследований и данные Р.Р. Ивановой и др. [15], мы определили среднее содержание нефтепродуктов в почве в разных функциональных зонах города (табл. 2).
Из табл. 2 видно, что наибольшее содержание нефтепродуктов в почвах на территории АЗС и автомоек - 676,66 мг/кг, затем в убывающем порядке следуют промышленная зона (251,34 мг/кг), городские улицы (161,78 мг/кг) и дворовые территории (168,08 мг/кг). Содержание нефтепродуктов в почвах территории АЗС и автомоек в 2,5 - 4 раза выше, чем на других территориях города.
Наши данные согласуются с литературными источниками. Аналогичные уровни содержания нефтепродуктов в почве городов получены другими исследователями. Так, в городах Самарской4, Волгоградской, Московской областей, Беларуси в среднем по территории содержание нефтепродуктов варьируется от 5 до 5100 мг/кг и более [1, 16, 18].
4 Загрязнение почв городов Самарской области [электронный ресурс]: электронные данные. Режим доступа: http://pogoda-sv.ru/publications/488/
Рис. 2. Кислотность почвы г. Йошкар-Олы
Содержание нефтепродуктов, ллг/кг
Рис. 3. Содержание нефтепродуктов в почвах г. Йошкар-Олы
Таблица 2
Содержание нефтепродуктов в почве разных зон г. Йошкар-Олы, мг/кг
Показатель Городские Дворовые Промышленная Территории АЗС
улицы территории зона и автомоек
Среднее значение, % 161,78 168,08 251,34 676,66
Стандартная ошибка 14,94 67,95 44,68 88,66
Стандартное отклонение 99,07 179,78 126,36 217,18
Минимальное значение, % 15,87 37,5 93,2 381,53
Максимальное значение, % 470,5 537,5 464,6 881,8
Для оценки степени загрязнения почв города Йошкар-Олы нефтепродуктами была использована шкала, предложенная В.С. Хомич: первый уровень менее 5 мг/кг соответствует естественному фону, характерен для почвы на значительном удалении от городов и автодорог. Второй уровень 5-50 мг/кг формируется под влиянием регионального загрязнения. Третий уровень 50-250 мг/кг наиболее часто встречается в городах, четвёртый 250-1000 мг/кг - на придорожных полосах. Пятый (1000-5000 мг/кг) и шестой (более 5000 мг/кг) уровни загрязнения
Оценка степени загрязнения почв
почв характерны для локальных источников загрязнения среды нефтепродуктами [16].
При сопоставлении результатов своих исследований с данной градацией было установлено, что почвы г. Йошкар-Олы по степени загрязнения их нефтепродуктами в основном относятся к слабозагрязнён-ным, среднее загрязнение наблюдается на улицах Советская, Васильева, Й. Кырли, Комсомольская, Кремлёвская, Первомайская, Строителей и региональный фон отмечен на улицах Фестивальная, Медицинская, Крылова (табл. 3).
Таблица 3
г. Йошкар-Олы нефтепродуктами
Номер квадрата Объект Содержание нефтепродуктов, мг/кг Степень загрязнения
1 ул. Школьная 126,5 слабозагрязненные
2 ул. Транспортная 148,2 слабозагрязненные
3 ул. Серова 169,5 слабозагрязненные
4 ул. Фестивальная 33,3 региональный фон
5 ул. Димитрова 115,7 слабозагрязненные
6 ул. Подольских Курсантов, Анциферова 130,4 слабозагрязненные
7 ул. Пролетарская, Осипенко 225,0 слабозагрязненные
8 ул. Водопроводная 219,5 слабозагрязненные
9 ул. Советская 354,2 среднезагрязненные
10 Лесопарк «Дубовая роща» 189,6 слабозагрязненные
11 ул. Васильева, Й. Кырли 278,3 среднезагрязненные
12 ул. Й. Кырли 211,9 слабозагрязненные
13 ул. Красноармейская 59,42 слабозагрязненные
14 ул. Комсомольская, Кремлевская, Первомайская 433,0 среднезагрязненные
15 ул. Красноармейская, Советская, Пролетарская 166,6 слабозагрязненные
16 ул. Эшкинина 99,4 слабозагрязненные
17 ул. Красноармейская 178,2 слабозагрязненные
18 ул. К. Либкнехта, З. Космодемьянской 88,9 слабозагрязненные
19 ул. Медицинская 15,87 региональный фон
20 ул. Прохорова, Васильева 61,96 слабозагрязненные
21 ул. Строителей 470,5 среднезагрязненные
22 ул. Машиностроителей, Суворова 161,4 слабозагрязненные
23 Ленинский пр-т, ул. Зарубина 200,0 слабозагрязненные
24 Ленинский пр-т, ул. Советская, Волкова 195,2 слабозагрязненные
25 ул. Эшкинина, б-р Чавайна 66,2 слабозагрязненные
26 ул. Кирова 138,8 слабозагрязненные
27 ул. Мира, б-р Данилова 89,9 слабозагрязненные
28 ул. З. Космодемьянской 90,1 слабозагрязненные
29 ул. Машиностроителей 70,5 слабозагрязненные
Окончание таблица 3
Номер квадрата Объект Содержание нефтепродуктов, мг/кг Степень загрязнения
30 ул. Машиностроителей, Строителей 238,2 слабозагрязненные
31 ул. Строителей 197,5 слабозагрязненные
32 ул. Панфилова 145,5 слабозагрязненные
33 ул. К. Маркса 114,4 слабозагрязненные
34 Ленинский пр-т 99,4 слабозагрязненные
35 ул. Лебедева, Героев Сталинградской битвы 209,3 слабозагрязненные
36 ул. З. Космодемьянской, Ленинградская 87,9 слабозагрязненные
37 ул. Крылова 238,2 слабозагрязненные
38 ул. Крылова 117,8 слабозагрязненные
39 ул. Строителей 279,9 слабозагрязненные
40 ул. К. Маркса 284,1 слабозагрязненные
41 ул. Голикова, ул. Луначарского 190,7 слабозагрязненные
42 ул. Луначарского 115,2 слабозагрязненные
43 д. Б. Чигашево, ул. Крылова 38,4 региональный фон
44 д. Б. Чигашево 98,9 слабозагрязненные
45 д. Б. Чигашево, Кокшайский тракт 64,6 слабозагрязненные
По результатам проведённых исследований была составлена карта загрязнения почв г. Йошкар-Олы нефтепродуктами (рис. 4).
Для таких загрязнителей, как нефтепродукты, ПДК в настоящее время не установлены и, скорее всего, не будут установлены в силу того, что входящие в состав нефти и нефтепродуктов органические соединения одновременно являются и неспецифическими органическими соединениями любой почвы [17].
Органические соединения в почве представлены широким спектром неспецифических и специфических веществ. Под фоном предлагаем понимать наличие в любой незагрязнённой почве неспецифических органических соединений и специфических - гумуса. При оценке степени загрязнения почв нефтепродуктами в качестве допустимого уровня используют величину, равную 1000 мг/кг почвы, хотя её обоснование отсутствует. Вопрос нормирования нефтепродуктов в почве до
настоящего времени остаётся открытым [18].
Нормативы допустимого содержания нефти в почве должны разрабатываться для конкретного региона и для конкретного типа почв на основе большого количества данных о воздействии нефтепродуктов на различные компоненты экосистем и на здоровье человека [19]. Сравнивая полученные данные с рекомендуемым допустимым уровнем - 1000 мг/кг, мы видим, что превышения этого показателя в почвах г. Йошкар-Олы не отмечено.
Результаты исследований по совокупности признаков (содержание в почве нефтепродуктов, рН почвы) были подвергнуты кластерному анализу (рис. 5).
В первый кластер вошли объекты с содержанием нефтепродуктов от 138,8 до 470,5 мг/кг. Во второй кластер от 15,87 до 145,5 мг/кг. В обоих кластерах выделяются группы с более высокой и более низкой степенью загрязнения почвы нефтепродуктами.
Экспликация
Содержание нефтепродуктов, мг/кг Градация степени загрязнения почв Цвет
менее 5 естественный фон
5...50 региональный фон
50...250 слабозагрязненные
250...1 000 среднезагрязненные
1 000...5 000 сильнозагрязненные
более 5 000 очень сильнозагрязненные
Рис. 4. Карта загрязнения почв г. Йошкар-Олы нефтепродуктами
Рис. 5. Дендрограмма сходства почв по содержанию нефтепродуктов и рН, построенная способом
Варда по матрице нормированных данных
В первом кластере выделяются две группы: слабозагрязнённые почвы с содержанием нефтепродуктов от 138,8 до 238,2 мг/кг и среднезагрязнённые почвы с содержанием нефтепродуктов от 278,3 до 470,5 мг/кг. Кластер среднезагрязнённых почв охватывает улицы Й. Кырля, Строителей, Первомайскую, Комсомольскую, Кремлёвскую, К. Маркса, Советскую - главные улицы, соединяющие микрорайоны города, с большими транспортными потоками, на многих из них располагаются автозаправки, автомойки, автостоянки возле административных зданий, офисов и магазинов. В кластер слабозагрязнённых почв с содержанием нефтепродуктов от 138,8 до 238,2 мг/кг вошли улицы Транспортная, Серова, Пролетарская, Осипенко, Зарубина, Лебедева, Героев Сталинградской битвы, Крылова и др. Реакция почвенной среды в первом кластере в основном 7,3-7,55, слабощелочная.
Второй кластер включает более 50 % обследованных территорий с колебаниями содержания нефтепродуктов от 15,87 до 145,5 мг/ кг. В нём выделились два кластера: один соответствует региональному фону, другой - слабозагрязнённой почве. Кластер регионального фона включает бульвары Данилова и Чавайна, ул. Медицинскую, Школьную, З. Космодемьянской, Фестивальную и др., то есть это большей частью окраинные территории, где нет автостоянок, автомоек, автозаправок и автотранспортные потоки невелики. В кластер, соответствующий слабозагрязнён-ной почве, вошли объекты на улицах Машиностроителей, Красноармейской, Панфилова, К. Маркса, Ленинском проспекте, Подольских курсантов, Эшкинина, это также основные улицы, соединяющие микрорайоны города, с большими транспортными потоками. Реакция почвенной среды во втором кластере в основном 7,45-7,9, более сдвинута в щелочную.
Анализ токсичности проб почв улиц города проводился с помощью метода биотестирования. Результаты расчёта ин-
декса токсичности фактора (ИТФ) по контролируемым показателям биотестирования представлены в табл. 4.
Оценка класса токсичности проводилась согласно шкале [13].
Исследования показали, что по степени токсичности почвы города в основном соответствуют V классу токсичности -норма, то есть признаков нарушений у тест-объекта не выявлено. Почва шести объектов соответствует IV классу - низкая токсичность (ул. Луначарского, Б. Чи-гашево, Крылова, Кокшайский тракт, Серова, Фестивальная).
При сопоставлении выделенных кластеров с гранулометрическим составом, рН почвы и индексом токсичности фактора отмечено, что наиболее высокая степень загрязнения нефтепродуктами отмечается в почвах с рН 7,34-7,45 (слабощелочные почвы), содержанием физической глины 19,5-20,4 % (легкосуглинистые почвы), V - VI класс токсичности по ИТФ - «норма» - «стимуляция», но чёткой зависимости между показателями не выявлено.
При сопоставлении классов токсичности почвы и степени загрязнения почвы нефтепродуктами чёткой зависимости не выявлено, что подтверждается также корреляционным анализом (табл. 5).
Корреляционный анализ показал, что содержание нефтепродуктов не влияет на индекс токсичности, прямой зависимости не выявлено. Обнаружена зависимость между показателями рН и содержанием физической глины, связь обратная, коэффициент корреляции - 0,66, т. е. чем ниже содержание физической глины, тем выше значение рН. Также выявлена связь между содержанием физической глины и ИТФсредн., коэффициент корреляции 0,37, т. е. чем выше значение физической глины, тем выше показатель ИТФ.
Для оценки надёжности выборочного коэффициента корреляции вычислялась его ошибка (табл. 6) и критерий существенности (табл. 7).
Таблица 4
Оценка токсичности почвы по ИТФ
Объект ИТФ по ИТФ ИТФ Среднее Класс
энергии по длине по длине значение токсичности
роста корешков проростков ИТФ по ИТФсредн
ул. Школьная 1,24 1,0 1,0 1,08 V (норма)
ул. Транспортная 1,08 0,92 0,74 0,91 V (норма)
ул. Серова 1,04 0,81 0,72 0,86 IV (низкая токсичность)
ул. Фестивальная 1,16 0,77 0,72 0,88 IV (низкая токсичность)
ул. Димитрова 1,36 1,07 1,29 1,24 VI (стимуляция)
ул. Водопроводная 1,20 0,81 1,00 1,0 V (норма)
ул. Советская 1,28 0,81 1,00 1,03 V (норма)
ул. Васильева, ул. Й.Кырли 1,16 0,85 1,14 1,05 V (норма)
ул. Й.Кырли 0,76 0,92 1,14 0,94 V (норма)
ул. Медицинская 1,28 0,65 1,00 0,98 V (норма)
ул. Прохорова, ул. Васильева 1,32 1,04 1,14 1,17 VI (стимуляция)
ул. Кирова 1,08 0,85 1,14 1,02 V (норма)
ул. Машиностроителей 1,12 0,85 1,14 1,04 V (норма)
Ледовый дворец, ул. К. Маркса 1,40 0,92 0,86 1,06 V (норма)
ул. Крылова 1,08 1,00 1,00 1,03 V (норма)
ул. Голикова, ул. Луначарского 1,24 0,62 1,00 0,95 V (норма)
ул. Луначарского 0,68 0,77 0,86 0,77 IV (низкая токсичность)
д. Б. Чигашево, ул. Крылова 1,00 0,81 0,86 0,89 IV (низкая токсичность)
Кокшайский тракт, д. Б. Чигашево 1,08 0,74 0,86 0,89 IV (низкая токсичность)
Таблица 5
Корреляционная матрица показателей
Содержание нефтепродуктов, мг/кг рН Содержание физической глины, % ИТФсредн.
рН 0,03 1 - -
Содержание физической глины, % -0,06 -0,66 1 -
ИТФсредн. 0,09 0,07 0,37 1
Таблица 6
Ошибка коэффициента корреляции
Содержание нефтепродуктов, мг/кг рН Содержание физической глины, % ИТФсредн.
рН 0,15 - - -
Содержание физической глины, % 0,15 -0,66 0,18 -
ИТФсредн. 0,15 0,07 0,15 0,14
Таблица 7
Оценка критерия существенности коэффициента корреляции
Содержание нефтепродуктов, мг/кг рН Содержание физической глины, % ИТФсредн.
рН 0,16
Содержание физической глины, % -0,40 -3,61
ИТФсредн. 0,60 0,47 2,65
Проанализировав полученные данные, можно отметить, что коэффициенты корреляции между показателями содержание физической глины и рН, содержанием физической глины и ИТФсред. являются существенными и достоверными, поскольку Ъ.факт. .теор. (ч\теор. в нашем случае составляет 1,97, поскольку количество измерений равно десяти).
Выводы
1. По гранулометрическому составу почвы г. Йошкар-Олы варьируют от супесчаных до среднесуглинистых, в лесопарке «Дубовая роща» - тяжелосуглинистые. На территории города преобладают почвы легко- и среднесуглинистые, характеризующиеся наибольшей буфер-ностью по сравнению с песчаными и супесчаными почвами.
2. На территории города почвы характеризуются нейтральной и слабощелочной средой. В лесопарке «Дубовая роща», на целинных почвах реакция среды среднекислая.
3. Содержание нефтепродуктов в почвах города колеблется в больших пределах от 15,9 мг/кг на ул. Медицинская до 470,5 мг/кг на ул. Строителей. Самое высокое содержание нефтепродуктов в почвах отмечено на территории АЗС и автомоек - 676,66 мг/кг, затем в убывающем порядке следуют промышленная зона
(251,34 мг/кг), городские улицы (161,78 мг/кг) и дворовые территории (168, 08 мг/кг).
4. По степени загрязнения нефтепродуктами почвы г. Йошкар-Олы в основном относятся к слабозагрязнённым, среднее загрязнение наблюдается на улицах Советская, Васильева, Й. Кырли, Комсомольская, Кремлёвская, Первомайская, Строителей и региональный фон отмечен на улицах Фестивальная, Медицинская, Крылова. Превышения содержания нефтепродуктов по сравнению с допустимым уровнем - 1000 мг/кг в почвах г. Йошкар-Олы не наблюдается.
5. По степени токсичности почвы г. Йошкар-Олы относятся, как правило, к
V классу токсичности, что соответствует норме, на двух улицах класс токсичности
VI - стимуляция тест-функции, на пяти улицах - токсичность низкая (IV), угнетение тест-функции тест-объекта.
6. Методом кластерного анализа выявлено два кластера распределения содержания нефтепродуктов в почве г. Йошкар-Олы - в первый кластер вошли объекты с содержанием нефтепродуктов от 138,8 до 470,5 мг/кг; во второй - от 15,87 до 145,5 мг/кг. В обоих кластерах выделяются группы с более высокой и более низкой степенью загрязнения почвы нефтепродуктами.
Список литературы
1. Захаров А.В., Житин Ю.И. Влияние нефти и нефтепродуктов на свойства почвы // Вестник Воронежского гос. ун-та. 2008. № 1-2 (16-17). С. 25-28.
2. Хазиев Ф.Х., Тишкина Е.И., Киреева Н.А. Влияние нефтяного загрязнения на некоторые компоненты экосистемы // Агрохимия. 1988. № 2. С. 56-61.
3. Назаров А.В. Влияние нефтяного загрязнения почвы на растение // Вестник Пермского университета. 2007. Вып. 5(10). С. 134-141.
4. Иванов В.С., Черкасова О.А. Загрязнение почв г. Витебска сульфатами, нитратами и нефтепродуктами // Вестник ВГМУ. 2011. Т. 10. № 4. С. 111-119.
5. Вишневская Ю.С., Попова Л.Ф. Влияние автотранспорта на содержание углеводородов нефтепродуктов в почвах селитебного ландшафта г. Архангельска // Universum: Химия и биология: электрон. науч. журн. 2016. № 4 (22).
6. Ловинецкая С.Б., Синдирева А.В., Еремеева В.Г. Анализ факторов, влияющих на загрязнение нефтепродуктами почв придорожных территорий // Омский научный вестник. 2015. № 2. С. 274-277.
7. Содержание нефтепродуктов в почвенном покрове г. Красноярска / Р.А. Шарафутдинов, А.Р. Митев, А.А. Романов и др. // Вестник Крас-ГАУ. 2018. № 6. 269-293.
8. Зубкова А.Д., Степанова Н.Ю., Абросимов И.А. Содержание полициклических ароматических углеводородов и нефтепродуктов в почвах г. Казани // Вестник НЦ БЖД. 2018. № 4. С. 80-86.
9. Гончаров Е. А., Пигалин Д. И., Шур-ков Н.Г. Эколого-геохимическая оценка почвенного покрова городских ландшафтов // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. 2015. № 1 (25). С. 87-97.
10. Биологическая оценка токсичности городских почв в почвенно-экологическом мониторинге / Т. В. Бардина, М. В. Чугунова, Л. П. Капелькина и др. // Экология урбанизированных территорий. 2014. № 2. С. 87-91.
11. Девятова Т. А. Биодиагностика техногенного загрязнения почв // Экология и промышленность России. 2006. Январь. С. 36-37.
12. Почвы Москвы и экология города. Монография / М.Н. Строганова, А.Д. Мягкова, Т.В. Прокофьева и др. М.: ПАИМС, 1998. 166 с.
13. Тригуб В.И. Городские почвы как особый вид почв // Ученые записки Таврического национального ун-та им. В.И. Вернадского. Серия «География». 2011. Т. 24 (63). № 2, часть 1. С. 321-325.
14. Мониторинг экологического состояния городской почвы промзоны методами биодиагностики / Т.В. Бардина, М. В. Чугунова, А. О. Герасимов и др. Эл. ж. «Живые и биокосные системы». Издательство: Южный федеральный университет (Ростов-на-Дону), 2017. Режим доступа eLIBRARY ID: 34990919
15. Иванова Р.Р., Терентьев Д.В., Воскресенский В.С. Содержание нефтепродуктов в почве на разных территориях г. Йошкар-Олы // Современные проблемы медицины и естественных наук: сб. статей Всерос. науч. практ. конф. Йошкар-Ола: Марийский гос. ун-т, 2018. Вып. 7. С. 424-428.
16.Хомич В.С. Загрязнение почв нефтепродуктами в Беларуси // Природные ресурсы. 2005. № 2. С. 43-53.
17. Особенности нормирования нефтепродуктов в почвенном покрове / А. А. Околелова,
B.Ф. Желтобрюхов, А.П. Тарасов и др. // Фундаментальные исследования. 2015. № 12-2.
C. 315-319.
18. Околелова А.А., Безуглова О.С., Кастери-на Н.Г. Нефтепродукты в почве. Терминология и проблемы учета // Живые и биокосные системы. 2013. № 4. С. 5.
19. Башаркевич И.Л., Вараева К.В., Сама-ев С.Б. Экология большого города // Альманах. Вып.8. М.: «Прима - М», 2003. 247 с.
Статья поступила в редакцию 12.11.2019 Принята к публикации 16.01.20.
Информация об авторах
МИТЯКОВА Ирина Ивановна - кандидат биологических наук, доцент кафедры экологии, почвоведения и природопользования, Поволжский государственный технологический университет. Область научных интересов - экология, почвоведение. Автор 70 научных публикаций, в том числе одной монографии и одного учебника.
ИВАНОВА Руфина Риммовна - кандидат биологических наук, доцент кафедры экологии, почвоведения и природопользования, Поволжский государственный технологический университет. Область научных интересов - экология, экологическая оценка состояния окружающей среды. Автор 100 научных публикаций, в том числе одной монографии.
ТЕРЕНТЬЕВ Дмитрий Валерьевич - магистрант, Поволжский государственный технологический университет. Область научных интересов - экология, охрана окружающей среды. Автор трёх научных публикаций.
UDC 502.1:631.4
DOI: 10.25686/2306-2827.2020.1.75
THE ASSESSMENT OF YOSHKAR-OLA SOILS' ECOLOGICAL STATE
I.I. Mitiakova, R. R. Ivanova, D. V. Terentev Volga State University of Technology, 3, Lenin Sq., Yoshkar-Ola, 424000, Russian Federation E-mail: [email protected]
Keywords: pollution; biotesting; oil products; pH; granulometric composition.
ABSTRACT
Introduction. Soil is a universal indicator of environmental health. The assessment of its ecological state is a source of information on the health of ecosystem at large. The study of ecological state of urban soils is of topical importance as the conglomeration ofpopulation in the cities, urban land expansion, and the increase of negative impact on the urban ecosystem are typical for the present-day world. Urban soils make an integral part of the city, they ensure the viability of the natural-anthropogenic complex and have influence on the environmental comfort of people. The goal of the research is to make a comprehensive study of ecological state of urban soils and to generate a map of Yoshkar-Ola soil pollution with oil products. Material and methods of research. The area of the city was divided into 45 squares, the size of each square was 1x1 km. In accordance with GOST P 53123-2008 (ISO 10381-5:2005), a composite sample was taken from a surface layer (0-20 cm) in each square. A comprehensive approach with the use of the methods of chemical and physico-chemical analyses and biotesting was used to assess the ecological state of the soil. A digital material was computer processed using the common mathematical methods of statistics and conventional applied programs Excel and Statistika. Results. The authors determined that light and middle loamy soils with neutral and slightly alkaline Ph predominated in Yoshkar-Ola. Such soil is of better buffering capacity in comparison with sandy and clay sandy soil which contributes to enhancement of biological potency and pollution resistance. By the extent of oil pollution, Yoshkar-Ola soils are mainly weakly polluted. Besides, the authors found that the soils were unevenly polluted. No exceedence of the allowable level (1000 mg/kg) was found. By the phytotoxicity, Yoshkar-Ola soils mainly belong to V class which corresponds to the norm. Based on the research findings, a map of Yoshkar-Ola soil pollution with oil products was generated. Conclusion. Light and middle loamy soils with neutral and slightly alkaline Ph prevail in the city. There is no phytotoxicity in most part of the soil. In the city, soil pollution with oil products is uneven. The content of oil products is mainly low, no exceedence of the allowable level was found. The ecological state of Yoshkar-Ola soils may be considered to be a satisfactory one.
REFERENCES
1. Zakharov A.V., Zhitin Iu. I. Vliyanie nefti i nefteproduktov na svoystva pochvy [The influence of oil and oil products on the soil properties]. Vestnik Voro-nezhskogo gos. un-ta [Bulletin of Voronezh State University]. 2008. No 1-2 (16-17). Pp. 25-28. (In Russ.).
2. Khaziev F. Kh., Tishkina E. I., Kireeva N. A. Vliyanie neftyanogo zagryazneniya na nekotorye komponenty ekosistemy [The influence of oil pollution on some components of ecosystem]. Agrokhimiya [Agrochemistry]. 1988. No 2. Pp. 56-61. (In Russ.).
3. Nazarov A.V. Vliyanie neftyanogo zagryazneniya pochvy na rastenie [The influence of oil pollution on plants]. Vestnik Permskogo universiteta [Bulletin of Perm University]. 2007. Iss. 5(10). Pp. 134-141. (In Russ.).
4. Ivanov V. S., Cherkasova O. A. Zagryaznenie pochv g. Vitebska sul'fatami, nitratami i nefteproduk-tami [Vitebsk soil pollution with sulphates, nitrates, and oil products]. Vestnik VGMU [Bulletin of Vitebsk Medical State University]. 2011. Vol. 10. No 4. Pp. 111-119. (In Russ.).
5. Vishnevskaia Iu.S., Popova L. F. Vliyanie avtotransporta na soderzhanie uglevodorodov nefteproduktov v pochvakh selitebnogo landshafta g. Ar-hangel'ska [The influence of motor transport on the content of oil products hydrocarbons in the soils of residential landscape in Arkhangelsk]. Universum: Khimiya i biologiya: elektron. nauch. Zhurn [Universum: Chemistry and Biology: e-scientific journal]. 2016. No 4 (22). (In Russ.).
6. Lovinetskaia S.B., Sindireva A.V., Ere-meeva V.G. Analiz faktorov, vliyayushchikh na zag-ryaznenie nefteproduktami pochv pridorozhnykh terri-toriy [The analysis of factors which influence the pollution of soil road-side area with oil]. Omskiy nauch-nyy vestnik [Omsk Scientific Bulletin]. 2015. No 2. Pp. 274-277. (In Russ.).
7. Sharafutdinov R.A., Mitev A.R., Romanov A.A. et al. Soderzhanie nefteproduktov v pochvennom pokrove g. Krasnoyarska [Oil products content in the soil cover of Krasnoyarsk]. Vestnik KrasGAU [Bulletin of Krasnoyarsk State
Agrarian University]. 2018. No 6. Pp. 269-293. (In Russ.).
8. Zubkova A.D., Stepanova N.Iu., Abrosi-mov I.A. Soderzhanie politsiklicheskikh aromatich-eskikh uglevodorodov i nefteproduktov v pochvakh g. Kazani [The content of polycyclic aromatic hydrocarbons and oil products in Kazan soil]. Vestnik NTs BZhD [Bulletin of Scientific Center for Health and Safety]. 2018. No 4. Pp. 80-86. (In Russ.).
9. Goncharov E. A., Pigalin D. I., Shurkov N.G. Ekologo-geokhimicheskaya otsenka pochvennogo pokrova gorodskikh landshaftov [Ecological and geo-chemical assessment of soil cover of urban landscapes]. Vestnik Povolzhskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta. Ser.: Les. Ekologiya. Prirodopol'zovanie [Vestnik of Volga State University of Technology. Ser.: Forest. Ecology. Nature Management]. 2015. No 1 (25). Pp. 87-97. (In Russ.).
10. Bardina T.V., Chugunova M.V., Kapelki-na L.P. et al. Biologicheskaya otsenka toksichnosti gorodskikh pochv v pochvenno-ekologicheskom monitoringe [Biological assessment of toxic level of urban soils in the soil- ecological monitoring]. Ekologiya urbanizirovannykh territoriy [The Ecology of Urban Land]. 2014. No 2. Pp. 87-91. (In Russ.).
11. Deviatova T. A. Biodiagnostika tekhnogen-nogo zagryazneniya pochv [Biodiagnostics of soil technogenic pollution]. Ekologiya i promyshlennost Rossii [Ecology and Industry of Russia]. 2006. Yan-var. Pp. 36-37. (In Russ.).
12. Stroganova M.N., Miagkova A.D., Prokofe-va T.V. et al. Pochvy Moskvy i ekologiya goroda. Monografiya [Moscow soil and ecology of the city. Monograph.]. Moscow: PAIMS, 1998. 166 p. (In Russ.).
13. Trigub V.I. Gorodskie pochvy kak osobyy vid pochv [Urban soil is particular kind of soils.]. Uchenye zapiski Tavricheskogo natsional'nogo un-ta im. V.I. Vernadskogo. Seriya «Geografiya». [Transactions of V.I. Vernadsky Taurida National University.
Series "Geography"]. 2011. Vol. 24 (63). No 2, Part 1. Pp. 321-325. (In Russ.).
14. Bardina T.V., Chugunova M.V., Gerasi-mov A.O. et al. Monitoring ekologicheskogo sostoyaniya gorodskoy pochvy promzony metodami biodiagnostiki [Monitoring of ecological state of urban soil of the industrial park through biodiagnostics]. El. zh. «Zhivye i bio-kosnye sistemy» [E-journal "Live and Bioinert Systems"]. Yuzhnyy federalnyy universitet (Rostov-on-Don), 2017. URL: eLIBRARY ID: 34990919 (In Russ.).
15. Ivanova R. R., Terentev D. V., Voskresen-skii V. S. Soderzhanie nefteproduktov v pochve na raznykh territoriyakh g. Yoshkar-Oly [Oil products content in different districts of Yoshkar-Ola]. Sov-remennye problemy meditsiny i estestvennykh nauk: sb. statey Vseros. nauch. prakt. konf., Vyp. 7. Mariyskiy gos. un-t. Yoshkar-Ola [Current problems of medicine and natural sciences: collected papers of Russian scientific and practical conference,Issue 7., Mari State University, Yoshkar-Ola]. 2018. Pp. 424-428. (In Russ.).
16. Khomich V. S. Zagryaznenie pochv nefte-produktami v Belarusi [Soil pollution with oil products in Belarus]. Prirodnye resursy [Natural Resources]. 2005. No 2. Pp. 43-53. (In Russ.).
17. Okolelova A. A., Zheltobriukhov V. F., Tara-sov A.P. et al. Osobennosti normirovaniya neftepro-duktov v pochvennom pokrove [The particularities of oil products rating in soil cover]. Fundamentalnye issledovaniya [Fundamental Research]. 2015. No 122. Pp. 315-319. (In Russ.).
18. Okolelova A. A., Bezuglova O. S., Kasterina N. G. Nefteprodukty v pochve. Terminologiya i problemy ucheta [Oil products in soil. Terminology and problems of account]. Zhivye i biokosnye sistemy [Live and Bioinert Systems]. 2013. No 4. P. 5. (In Russ.).
19. Basharkevich I. L., Varaeva K. V., Samaev S. B. Ekologiya bol'shogo goroda [Large city ecology]. Almanakh [The Almanac]. Iss. 8. Moscow: Prima - M, 2003. 247 p. (In Russ.).
The article was received 12.11.19.
Accepted for publication 16.01.20.
For eitation: Mitiakova I. I., Ivanova R. R., Terentev D. V. The Assessment of Yoshkar-Ola Soils' Ecological State. Vestnik of Volga State University of Technology. Ser.: Forest. Ecology. Nature Management. 2020. No 1 (45). Pp. 75-89. DOI: 10.25686/2306-2827.2020.1.75
Information about the authors
Irina I. Mitiakova - Candidate of Biological Sciences, Associate Professor of the Chair of Ecology, Pedology and Nature Management, Volga State University of Technology. Research interests - ecology, pedology. The author of 70 scientific publications, including one monograph and one study guide.
Rufina R. Ivanova - Candidate of Biological Sciences, Associate Professor of the Chair of Ecology, Pedology and Nature Management, Volga State University of Technology. Research interests - ecology, environmental assessment of environmental health. The author of 100 scientific publications, including one monograph.
Dmitrii V. Terentev - Master's student, Volga State University of Technology. Research interests - ecology, environment preservation. The author of three scientific publications.
