CC BY
57
© Гальченко С.В., Ляпкало A.A., Федоренко A.B., Цурган А.М., 2001 УДК 614.77:631.48(470.313)
ОЦЕНКА УРОВНЯ И СТЕПЕНИ ОПАСНОСТИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ПОЧВ ГОРОДА РЯЗАНИ
С.В.Гальченко, А.А.Ляпкало, А.В.Федоренко, А.М.Цурган
Рязанский Государственный медицинский университет имени академика И.П.Павлова Центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, г. Рязань
В работе приведена оценка уровня и степени опасности загрязнения тяжелыми металлами поверхностного слоя почв г. Рязани на разном удалении и направлении от завода “Рязцветмет”.
Загрязнение тяжелыми металлами (ТМ) окружающей среды городов существенно ухудшает экологическое состояние территорий, вызывает изменение химического состава всех компонентов экосистемы, отрицательно сказывается на здоровье населения. Технологические выбросы от стационарных и передвижных источников загрязнения окружающей среды поступают в атмосферу, а затем, выпадая на земную поверхность, накапливаются в верхних горизонтах почв, вновь включаются в природные и техногенные циклы миграции [14]. Вовлекаясь в биологический круговорот, тяжелые металлы передаются по пищевым цепям и вызывают целый ряд негативных последствий на различных ступенях, в том числе и организме человека, как конечном звене любой экологической цепи [9]. Кроме того, возможно поступление ТМ в организм человека при ингаляции атмосферного воздуха, содержащего аэрозоли почвы, которая выступает как вторичный источник его загрязнения. В литературе накоплено достаточно материала о неблагоприятном вли-
янии тяжелых металлов на организм человека, особенно беременных женщин и детей [1, 2, 4, 7, 11, 13].
В связи с этим оценка загрязнения городских почв тяжелыми металлами представляет собой весьма важную экологическую задачу. В настоящей работе впервые приводятся результаты оценки загрязнения тяжелыми металлами поверхностного слоя почв г. Рязани.
Материалы и методы
По данным литературы загрязнение территории городов тяжелыми металлами, как правило, неравномерно. На городском фоне выделяются их техногенные аномалии, приуроченные к промышленным зонам города, в которых концентрация цинка, свинца, кадмия, никеля и других металлов возрастает в несколько раз [1, 9, 11, 14]. На территории г. Рязани выделено несколько промышленных зон. На состояние и степень загрязнения городской среды тяжелыми металлами наибольшее влияние оказывает юго-восточная промышленная зона, так как здесь со-
средоточены предприятия цветной металлургии, нефтехимии и теплоэнергетики, в технологических выбросах которых содержатся значительные количества тяжелых металлов. Крупнейшим источником загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами является завод “Рязцветмет” [5], на котором в качестве сырья для получения продукции используются оловянносвинцовые концентраты, получаемые из полиметаллических руд.
Для оценки уровня загрязнения почв г. Рязани использовались данные, полученные при мониторинговом обследовании почв города, проведенном Верхне-Волжским отделением Росгидромета [3]. В поверхностном слое почвы изучено валовое содержание 11 наиболее распространенных ТМ: РЬ, Мп, Сг, N1, V, Мо, 5п, Сс1, Си, Zn, Со, считающихся приоритетными при проведении мониторинга среды. В качестве эталонов сравнения использовались показатели фонового валового содержания ТМ в серых лесных почвах со слабой кислой и нейтральной реакцией (для Ъп, Сс1, РЬ, Со, N0, а также их содержание в пробах, взятых с территории, расположенной на расстоянии 30 км от г. Рязани. Всего отобрано 110 проб, по восьми румбам от основного стационарного источника загрязнения окружающей среды - завода “Рязцветмет”. Радиус отбора проб составил 0,2-15 км. Отбор проб проводился согласно ГОСТ 28168 - 89 [10]. Определение валового содержания исследуемых химических элементов проводилось методом атомно-абсорбционного анализа.
Оценка уровня химического загрязнения почв как индикаторов неблагоприятного воздействия на население проводилась по показателям, разработанным при сопряженных геохимичес-
ких и геогигиенических исследованиях окружающей среды городов. Такими показателями являются: коэффициент концентрации химического вещества (К.), который определяется отношением его реального содержания в почве (С) к фоновому (Сф): К = С/Сфи суммарный показатель загрязнения (Zc), для определения которого использовалась формула: Z = S¡ КсК— (n -1), где Кт-коэффициент токсичности элемента, п
- число суммируемых элементов [6, 12].
Значения суммарного показателя и коэффициента концентрации химического элемента определялись и анализировались в точках на различном расстоянии от завода по восьми основным румбам. Для оценки степени опасности загрязнения почвы при полиэлемен-тном загрязнении использовались предельно допустимые концентрации (ПДК) наиболее токсичных элементов: свинца, кадмия и цинка, относящихся к первому классу опасности [6, 8].
Результаты и их обсуждение
Результатами выполненных исследований было установлено, что доля проб со значениями Zc более 128, соответствующих “чрезвычайно опасному” и “опасному” уровням загрязнения, уменьшается с удалением от источника загрязнения, а доля проб со значениями Zc от 16 до 32 (“допустимое” и “умеренно опасное” загрязнение), напротив - увеличивается (рис. 1). На расстоянии 0,2-2 км от завода в почвах сформировалась четко выраженная по интенсивности загрязнения техногенная геохимическая аномалия очагового типа, пространственная структура которой постепенно уменьшается от центра (источника) к периферии. Качественный состав, распределение и валовое содержание большей части обнаруженных элементов в аномалии нерав-
С
О о
5 ** ж
х зс
Ь ф
X эг
% £ ш!
9 «
100%
00%
60%
20%
■Н "1 1* щ : 1 Одр 16 И Г£Г 1££ п/ч
1 1- 11 ' Ши! 8 и* ОС — ШтШт Ш \
III 1 . ЯбопееШ
Рис. I. Значение поверхностно!^ слоя почв и© валшоуу ссщержашю ш рашшчиом раеетшимм от заводе %
N
5
С;
1ВД
ш
т
т
т
I
II
СВ В Ю6 Ю ЮЗ 3 сэ
Нщшжшт ш жжмш
16
О от 16 до 3:2 рог 32 до Ш&яэеШ
Рис, 2. Процентная доля значений /л. по основным румбам
от завода
номерно: от фонового (Со, №) до превышения фонового в десятки и сотни раз п, Бп, Сг,). Из отобранных в этом районе геохимических проб в 62,5% из них содержание цинка и в 59,4% проб содержание свинца превышает ПДК. Помимо этих элементов в комплексном спектре площадного загрязнения имеют значение также хром, медь, олово, кадмий, ванадий и другие элементы.
На расстоянии 0,2-2 км от завода по степени снижения коэффициента концентрации элемента (К,), обнаружение в почве ТМ можно расположить в следующем порядке: Ъп / 38,4 > Бп / 24,3 > РЬ/13 > Сг /10,6 > Си/7,1 > У/2,3
> Мп/2,1 >Сс1/2>Мо/1,5>№/0,6>Со / 0,3. Выявленная нами геохимическая аномалия в почве на незначительном удалении от завода обусловлена высоким содержанием в выбросах пяти элементов: 7л\, Бп, РЬ, Сг и Си. Содержание таких элементов в почве, как V, Мп, Сс1, Мо, №, Со незначительно отличается от фонового (К,от 2,3 до 0,3).
С увеличением расстояния от завода (3-5 км) качественный состав загрязняющих веществ в почве несколько меняется. Так, почти в 2 раза уменьшается концентрация в пробах олова и в 2,5 раза свинца. Полученные данные свидетельствуют о том, что ТМ неодинаково ведут себя в атмотехногенных потоках. Выявленное нами увеличение содержания кадмия в почве с удалением от источника, видимо, связано с тем, что этот металл, как и все элементы с низкими кларками, находится в техногенных выбросах в виде аэрозолей суб-микронной фракции и переносится на значительные расстояния от источника загрязнения. Кроме того, город -сложная техногенная система, на его территории могут находиться и другие источники эмиссии этого металла. Вместе с тем, на расстоянии 3-5 км от заво-
да доля проб почвы с превышением ПДК токсикантов первого класса опасности остается достаточно высокой. Так, содержание свинца в 58%, цинка в 45,8% проб почвы превышает ПДК. По средним значениям Кс на указанном расстоянии от завода обнаруженные металлы распределились следующим образом: Zn/16,8 >Сг/8,9 > Си/6,7 > РЬ / 4,6 > Мп = С6 / 3,3 > 8п/2,3 >У/1,6
> Мо/1,1 >№/0,5>Со/0,3.
На значительном удалении от завода, на расстоянии 7-10 км, влияние техногенных выбросов на накопление в почве ТМ значительно снижается. Однако сохраняется достаточно высокая концентрация Сг и Сс1. Большинство же из определяемых элементов имеют значения К, в пределах от 2,0 до
0,3. Продолжает оставаться достаточно высокой доля проб почвы с превышением ПДК свинца и цинка, которая составила соответственно 37,5 и 18,8 %. Выявленное высокое содержание свинца на отдаленной территории от завода указывает на наличие других источников этого металла в окружающей среде. Вероятно, что в накоплении свинца в почве играют роль автотранспортные выбросы. Г еохимический ряд ТМ, согласно средним значениям К. на расстоянии 7-10 км от завода, имеет следующий вид: Сг /4,7 > Сс! / 4 > Си / 3 >7л\12,5 > РЬ /2,1 > Мп /1,7 > Мо /1,6 > V /1,5 > 8п /1,3 > N1 /0,6 > Со /0,3-
Использованный нами метод отбора проб почвы на различном расстоянии от источника по румбам, позволяет определить изменения суммарного показателя загрязнения в зависимости от господствующего направления ветров и особенностей поведения металлов в атмосферном воздухе и процессов их переноса.
Анализ диаграммы (рис. 2), позволяет сделать вывод о том, что техно-
генная геохимическая аномалия ТМ в почвах на расстоянии 0,2-2 км пространственно ориентирована с юго-за-пада и юга на север, что свидетельствует о вкладе в загрязнение почв не только процессов переноса, но и, прежде всего, подфакельных выбросов. Значения Хс во всех отобранных пробах (на расстоянии от 0,2 до 10 км) в северном, юж'ном и юго- западном направлениях находятся в пределах от 32 и более 128, что соответствует “опасному” и “чрезвычайно опасному” уровням загрязнения.
В северном направлении располагаются жилой массив, прилегающий к Театральной площади, микрорайон Кальное и земли сельскохозяйственного использования. Наименьшие значения (до 32), имеют пробы почвы к северо-западу от завода, то есть большая часть почв территории города в данном направлении характеризуется по уровню загрязнения как “допустимое” и “умеренно опасное”. На расстоянии 10 км к северо-западу от завода “Рязцветмет” находится второе “пятно” очень высоких уровней загрязнения почвы, которое захватывает микрорайоны Недостоево и Семчино. Формирование данной геохимической аномалии, видимо, связано с влиянием источников северо-западного промуз-ла и подлежит дальнейшему исследованию
Выводы
1. Уровень загрязнения поверхностного слоя почв города ТМ по суммарному показателю загрязнения (2с), определенного по их валовому содержанию, имеет высокую вариабельность и определяется расстоянием от источника, направлением атмотехно-генного переноса загрязняющих веществ, соответствующего “розе вет-
ров” , а также от их химической природы.
2. В почвах города наиболее активно накапливаются 6 элементов: свинец, кадмий, цинк, хром, олово и медь.
3. Содержание в почве свинца и цинка, относящихся к первому классу опасности, в отдельных точках в несколько раз превышают ПДК; доля проб почвы с “опасным” содержанием цинка уменьшается в зависимости от расстояния от источника загрязнения, а свинца - остается достаточно высокой по всем направлениям и с удалением от источника загрязнения уменьшается незначительно.
4. В большинстве проб почв валовое содержание марганца, никеля, молибдена, ванадия и кобальта не превышает фонового, что свидетельствует об отсутствии загрязнения почв города данными элементами.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бурлакова Т.П.. Свинцовое загрязнение окружающей среды г. Саранска и его влияние на здоровье населения // Человек и окружающая среда: Материалы межрегион. науч. конф. -Рязань, 1998. -С.52-58.
2. Гигиенические критерии состояния окружающей среды. Свинец. - М.: ВОЗ, 1980. - 193 с.
3. Ежегодник загрязнения почв (и снежного покрова) токсикантами промышленного происхождения территории деятельности Верхне-Волжского УГМС за 1995 год. -Н. Новгород: Изд-воВВУГМС, 1996. - 5 с.
4. Жаркова Н.С. Особенности раздельного действия малых концентраций аэрозолей свинца и мышьяка на организм // Человек и окружающая среда: Материалы межрегион. науч. конф. -Рязань, 1997. - С.157-159.
5. Мажайский Ю.А., Евтюхин
В.Ф. и др. Завод “Рязцветмет” как потенциальный источник загрязнения окружающей природной среды //Человек и окружающая среда: Материалы межрегион. науч. конф. - Рязань, 1998. -С.190-194.
6. Методические указания для определения тяжелых металлов в почве и снежном покрове в городах - М.: Почвенный ин-тим. В.В.Докучаева, 1999.
- 32 с.
7. Мякишев И.А., Александров A.B. и др. Некоторые аспекты влияния загрязнения воздушного бассейна города на состояние здоровья населения // Человек и окружающая среда: Материалы межрегион. науч. конф. - Рязань, 1999. С.90-93.
8. Ориентировочно допустимые концентрации тяжелых металлов и мышьяка в почвах с различными физикохимическими свойствами (валовое содержание мг/кг): Дополнение №1 к перечню ПДК и ОД К № 6229-91.
9. Почва, город, экология / Под ред. Г.В.Добровольского. - М.: Фонд “За экономическую грамотность”, 1997.-320 с.
10. Почвы. Отбор проб: ГОСТ 28168-
89.
11. Ревич Б.А. Загрязнение окружающей среды населенных мест России тяжелыми металлами и проблемы оценки состояния здоровья населения // Оценка риска загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами: интегрированные подходы, теоретические разработки и конкретные примеры: Материалы Всерос. конф. - М.., 2000. -
С. 97.
12. Руководство по санитарно-химическому исследованию почвы (Нормативные материалы) - М.: ГК Санэ-пиднадзора РФ, 1993. - 130 с.
13. Цинк и его соединения. - М.: Медицина, 1985. - 85с. - Сер. Научные обзоры советской литературы по токсичности и опасности химических веществ.
14. Экогеохимия городских ландшафтов / Под ред. Н.С.Касимова - М.: Изд-во МГУ, 1995.-336 с.
SUPERFICIALLY GROUND OF CITY AN RYAZAN BY HEAVY METALS
S.V.Galtchenko, A.A.Lyapkalo,
A.V.Fedorenko, A.M.Tcurgan
In work brought evaluation of level and degrees of danger of soiling shallow superficially ground g.Ryazan By heavy metals on different removing and direction from the plant “Ryaztsvetmet”.
