CC BY
78
IK
О ^
m О ш
УДК 504.064
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ НА ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВЕННОГО
ПОКРОВА УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ
DOI: 10.24411/1816-1863-2019-11122
С. С. Воронич, кандидат технических наук, доцент кафедры химии и экотоксикологии,
ФГБОУ ВО «Московский государственный университет пищевых производств», s-v80@mail.ru,
Н. Н. Роева, доктор химических наук, профессор, зав.кафедрой химии и экотоксикологии,
ФГБОУ ВО «Московский государственный университет пищевых производств», roeva@mgupp.ru,
Н. Н. Гребенкин, кандидат технических наук, начальник управления создания инженерной инфраструктуры АО «Газпром», n.grebenkin@gmail.com, Д. А. Зайцев, старший преподаватель кафедры химии и экотоксикологии, ФГБОУ ВО «Московский государственный университет пищевых производств», А. Г. Хлопаев, соискатель, ФГБОУ ВО «Московский государственный университет пищевых производств», akhlopaev@mail.ru,
С. А. Янковский, кандидат химических наук, доцент, доцент кафедры химии и экотоксикологии,
ФГБОУ ВО «Московский государственный университет пищевых производств».
122
В крупных городах и урбанизированных территориях антропогенное воздействие становится преобладающим над естественными природными факторами почвообразования, что приводит к изменению рельефа, гидрографической сети, естественная растительность уничтожается, изменяются климатические характеристики и формируются специфические почвы и почвоподобные тела — городские почвы, функционирующие в окружающей среде населенных пунктов и обладающие как общими чертами профильного строения с зональными почвами, так и специфическими: отсутствием сложившейся системы генетических горизонтов в связи с молодостью профиля, преобладанием насыпного слоистого сложения антропогенного происхождения и др. В данной статье представлена оценка динамики химического состава почв на площадках мониторинга, заложенных в 2015 г., и расположенных вдоль основных автомагистралей радиального направления города Мытищи, Московской области, проводимая в дополнение к государственным программам экологического мониторинга с целью выявления особенностей ее загрязнения вблизи транспортных магистралей по следующим показателям: щелочно-кислотные условия почв, содержание органического углерода и нитратов, засоленность, обеспеченность почв элементами питания растений (калием и фосфором), тяжелые металлы, нефтепродукты и бенз(а)пирен.
In large cities and urbanized areas, the anthropogenic impact becomes predominant over the natural factors of soil formation, which leads to a change in topography, hydrographic network, natural vegetation is destroyed, climatic characteristics change and specific soils and soil-like bodies are formed — urban soils functioning in the environment of human settlements and having both common features of a profile structure with zonal soils, and specific ones: the absence the current system of genetic horizons due to the youthfulness of the profile, the predominance of the bulk layered addition of anthropogenic origin, etc. carried out in addition to the state programs of environmental monitoring in order to identify the features of its pollution near transport highways About the following indicators: alkaline-acid soil conditions, organic carbon and nitrate content, salinity, soil supply of plant nutritional elements (potassium and phosphorus), heavy metals, petroleum products, and benz(a)pyrene.
Ключевые слова: экология, выхлопные газы, мониторинг, почвенный покров, урбанизированные территории, тяжелые металлы, бенз(а)пирен.
Key words: ecology, exhaust gases, monitoring, soil cover, urbanized areas, heavy metals, benz(a)pyrene.
№1, 2019
Почвы на урбанизированных территориях выполняют разнообразные экологические функции — от использования для произрастания зеленых насаждений и сорбции в толще загрязняющих веществ с целью удерживания их от проникновения в подземные воды до регулирования газового состава атмосферного воздуха путем выделения и поглощения различных почвенных газов (метан, аммиак, СО2 и др.).
Однако в крупных городах и мегаполисах из-за чрезмерной концентрации на сравнительно небольших территориях населения, транспорта и промышленных предприятий почва подвергается коренному преобразованию с изменением ее кислотно-щелочного баланса в сторону подщелачивания, высокой загрязненностью тяжелыми металлами и нефтепродуктами, а также изменением ее физико-механических свойств почв, особенно из-за складирования твердых бытовых и промышленных отходов.
Так, кальцийсодержащий строительный мусор, пыль, цементная крошка и подобные материалы способствуют выщелачиванию почвы, соединения серы вызывают подкисление почв, а разложение, например пластика, ведет к высвобождению токсичных веществ и газов, которые замещают кислород в почвенном воздухе. Тяжелые металлы вовлекаются в биологический круговорот, передаются по цепям питания и вызывают целый ряд негативных последствий. При максимальном проявлении процесса химического загряз -нения почва теряет способность к продуктивности и биологическому самоочищению, происходит потеря экологических функций, изменяется состав, структура и численность микрофлоры и мезофауны. «Перегрузка» почвы тяжелыми металлами может полностью или частично блокировать течение многих биохимических реакций, в т.ч. уменьшать скорость разложения органического вещества.
К другим загрязнителям почвы, типичным для урбанизированных территорий, относятся:
• различные формы пестицидов, унаследованные от агроландшафтов и характерные в основном для новых городских территорий;
• органические отходы (жидкие стоки животноводческих комплексов, про-
мышленные органические отходы, сточные воды);
• соли (в первую очередь хлориды натрия и кальция, попадающие в почву из материалов, которыми посыпают дороги и тротуары) и противогололедные материалы (ПГМ) и реагенты (ПГР).
• радионуклиды;
• вещества, попадающие на почву с загрязненными атмосферными осадками [1—3].
Вследствие этого, для постоянного контроля качества почвы и обеспечения заинтересованных организаций и учреждений оперативной информацией об ее изменениях под влиянием хозяйственной деятельности человека или метеоусловий в российских м егаполисах и крупных промышленных центрах проводится экологический мониторинг почв, представляющий собой систему регулярных наблюдений за ее состоянием в определенных точках независимо от функциональной принадлежности земельного участка и формы собственности на него [4].
В 2015—2016 годах авторами настоящей статьи в дополнение к государственным программам экологического мониторинга почвы проводились собственные исследования с целью выявления особенностей ее загрязнения вблизи транспортных магистралей.
Задачей проводимого авторами исследования являлась оценка динамики химического состава почв на площадках мониторинга, заложенных в 2015 г., и расположенных вдоль основных автомагистралей радиального направления.
Для решения поставленной задачи авторами с июня по сентябрь 2016 года из верхнего, гумусового почвенного горизонта (0—10 см) повторно отбирались 37 проб в 4-х опорных пунктах с длиной профиля до 500 м. Исследования проводились по следующим адресам:
1) Московская область, г. Мытищи, Волковское шоссе, около СНТ «Борисов-ка»;
2) Московская область, г. Мытищи, м/р Строитель, около д. 24;
3) Московская область, г. Мытищи, Водопроводная аллея, около СНТ «Водоканал»;
4) Московская область, г. Мытищи, ул. Мира, Мытищинский ПКиО.
а>
о ^
о
О -1
IK
О ^
m О ш
Бенз(а)пирен/Вешаругепе
1
0,8 0,6 0,4 0,2
0
2015 -
f * t 1 Т ? t =4-
100 200 300 400 500 600 Расстояние от дороги, м/ Distance from the roadway, m
Нефтепродукты/Oil products
2000 1500 1000 500
0
2015 — 2016 -
10
4=
, -
100 200 300 400 500 600 Расстояние от дороги, м/ Distance from the roadway, m
Рис. Изменение среднего содержания бенз(а)пирена и нефтепродуктов (мг/кг) в почве в зависимости от удаленности от магистралей
На каждом профиле пробы отбирались выборочно в наиболее представительных точках (шаг опробования: 5, 10, 15, 30, 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400 и 500 м от дороги), где в 2015 году отмечались наибольшие изменения содержания загрязняющих веществ.
В целях усреднения результатов, а также исключения влияние случайных факторов локального механического загряз -нения пробы отбирались методом конверта с площадки со сторонами около 1—2 м. Их объем определялся конкретными потребностями аналитических работ и составлял в среднем около 500 г. После отбора пробы высушивались, дробились, пропускались через сито 1 мм, растирались в фарфоровой ступке и после квартования отправлялись в лабораторию МГУПП для выполнения аналитических исследований. Исследования проводились согласно:
• СП-11-102—97 «Инженерно-экологических изысканий для строительства»;
• ГОСТ 17.4.4.02—84 «Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб почвы для химического, бактериального и гельминтологического анализа» и в соответствии с [5—7]. Исследования 2015 года показали, что:
• кислотно-щелочная реакция водных вытяжек почвенных проб, по мере уда-
ления от дороги сначала резко падала до кислых значений, а потом постепенно возрастала обратно до слабощелочной;
• обеспеченность почв доступными соединениями фосфора и калия вблизи магистралей в основном очень высокая, значительно превосходящая потребность растений, особенно в пробах на расстоянии 5, 10 и 500 м от дороги;
• для распределения нитратов характер -но общее падение уровня значений при неравномерном распределении их по мере удаления от дороги. Результаты анализов верхнего слоя
почв профилей в 2016 году показали, что в зоне шириной 30 м происходит скачок содержания валовых концентраций многих тяжелых металлов (РЬ, Сё, Си, 2п, N1, Лб, Щ), тогда как в 2015 году повышенные значения были отмечены на расстоянии 5—10 м от дороги. Отмеченное в 2015 году для м ногих м еталлов повторное повышение значений на расстоянии 50— 100 м от д ороги, не было выявлено в 2016. Весовое содержание валовых форм тяжелых металлов в почве вблизи магистралей в большинстве своем не превышает установленные ПДК (ОДК) содержания в почвах.
Характер распределения тяжелых металлов за исследуемый период в целом практически не изменился, как и средний уровеньих значений.
Нефтепродукты и бенз(а)пирен в значительных количествах находятся в составе выхлопов, продуктов сгорания топлива или смазочных маслах. Поэтому при отсутствии поблизости других источников поступления нефтепродуктов повышен -ные их концентрации приурочены к придорожным зонам, с удалением от дорог они постепенно снижаются (рис.) [8].
Как видно на графиках бенз(а)пирен, как и нефтепродукты распределены довольно равномерно. Результаты анализов верхнего слоя почв профилей в 2015 году, показали, что в зоне шириной 50 м происходит постепенное снижение концентраций бенз(а)пирена и нефтепродуктов, зона повышенных концентраций прослеживается в интервале от 0 до 50 м от трассы. В 2016 году содержание бенз(а)пире-на немного увеличилось на расстоянии 150—300 м от дороги и немного упало на
расстоянии 350—500 м, содержание нефтепродуктов также немного выросло на расстоянии 150—400 м.
Таким образом, можно заключить, что за период с 2015 по 2016 год в распределении элементов в поверхностном слое почв с расстоянием от магистрали сохранились общие тенденции к постепенному умень-
шению содержания с удалением от дороги. Общий уровень значений остался в целом на прежнем уровне. Исчезновение скачка концентраций на расстоянии 500 м от дороги, отмеченного в 2015 году, может быть связано с некорректным отбором пробы либо временным локальным загрязнением участка.
Ф О Ф
О
О -1 S
Библиографический список
1. Воронич С. С. Мониторинг атмосферных загрязнений урбанизированных территорий. — М.: Наука, 2013. — 137 с.
2. Воронич С. С., Ломакин Г. В., Королев Я. С., Пахомов Д. Е., Разяпов А. З. Современные методы контроля загрязнения почв: Учебно-методическое пособие. — М.: ГУЗ, 2016. — 132 с.
3. Воронич С. С., Пахомов Д. Е., Назаров К. С., Роева Н. Н., Янковский С. А., Шадская Ю. С., Хло-паев А. Е., Орловская О. А. Городские почвы как специфический объект окружающей природной среды // Экологические системы и приборы, 2016, № 5, с. 3—15.
4. Воронич С. С., Гребенкин Н. Н., Зайцев Д. А., Хлопаев А. Г., Зайцева И. А. Мониторинг земель сельскохозяйственного назначения, подверженных негативному воздействию промышленных предприятий // Экологические системы и приборы, 2017, № 12, стр. 3—8.
5. Гребенкин Н. Н., Роева Н. Н., Воронич С. С., Зайцев Д. А. Основы количественного химического анализа объектов окружающей природной среды. Учебно-методическое пособие. — М.: ООО «Франтера», 2016. — 245 с.
6. Воронич С. С., Роева Н. Н., Хлопаев А. Г., Баранов А. Н., Жеребина Е. А., Орловская О. А. О значении пробоотбора в количественном химическом анализе объектов окружающей природной среды. Часть 2. Почвы // Экологические системы и приборы, 2014, № 7, стр. 3—9.
7. Воронич С. С., Роева Н. Н., Гребенкин Н. Н., Зайцев Д. А., Пахомов Д. Е. Спектральный анализ в атмосферном мониторинге молекулярных микрокомпонетов: аналитические возможности и перспективы // Экологические системы и приборы, 2015, № 01, стр. 4—9.
8. Роева Н. Н., Воронич С. С., Хлопаев А. Г., Зайцев Д. А., Воронич Н. С. Исследование динамики накопления подвижных форм тяжелых металлов, бен(а)пирена и нефтепродуктов в почвах урбанизированных территорий // Экология и промышленность России, 2018, Т. 22, № 8, стр. 39—44.
ESTIMATION OF THE INFLUENCE OF EXHAUST GASES ON THE ECOLOGICAL CONDITION OF SOIL COVER OF URBANIZED TERRITORIES
S. S. Voronich, candidate of technical Sciences, associate Professor of chemistry and ecotoxicology of FGBOU VO "MGUPP";
N. N. Roeva, doctor of chemical Sciences, Head. the Department of chemistry and ecotoxicology of FGBOU VO "Moscow state University of food productions" (FGBOU VO "MGUPP"); N. N. Grebenkin, candidate of technical Sciences, Head of Department of development of engineering infrastructure of AO "Gazprom";
D. A. Zajcev, senior lecturer of the Department of Chemistry and Ecotoxicology of FGBOU VO "MGUPP",
A. G. Khlopaev, assistant of the Department of Chemistry and Toxicology of FGBOU VO "MGUPP";
S. A. Yankovsky, candidate of technical Sciences, associate Professor of chemistry and ecotoxicology of FGBOU VO "MGUPP".
References
1. Voronich S. S. Monitoring atmosfernyh zagrjaznenij urbanizirovannyh territorij [Monitoring of atmospheric pollution in urban areas]. — M.: Nauka, 2013. — 137 s.
2. Voronich S. S., Lomakin G. V., Korolev Ja. S., Pahomov D. E., Razjapov A. Z. Sovremennye metody kontrolja zagrjaznenija pochv: Uchebno-metodicheskoe posobie [Modern methods of soil contamination control: Teaching manual.]. — M.: GUZ, 2016. — 132 s.
3. Voronich S. S., Pahomov D. E., Nazarov K. S., Roeva N. N., Jankovskij S. A., Shadskaja Ju. S., Khlopaev ^ A. E., Orlovskaja O. A. Gorodskie pochvy kak specificheskij obekt okruzhajushhej prirodnoj sredy // Je-¡5 kologicheskie sistemy i pribory [Urban soils as a specific object of the environment // Ecological Systems § and Devices], 2016, № 5, s. 3-15.
4. Voronich S. S., Grebenkin N. N., Zajcev D. A., Khlopaev A. G., Zajceva I. A. Monitoring zemel' sel'sko-O hozjajstvennogo naznachenija, podverzhennyh negativnomu vozdejstviju promyshlennyh predprijatij //
I— Jekologicheskie sistemy i pribory [Monitoring of agricultural lands subject to the negative impact of in-
dustrial enterprises // Ecological Systems and Devices], 2017, № 12, str. 3—8.
5. Grebenkin N. N., Roeva N. N., Voronich S. S., Zajcev D. A. Osnovy kolichestvennogo himicheskogo analiza obektov okruzhajushhej prirodnoj sredy. Uchebno-metodicheskoe posobie [Fundamentals of quantitative chemical analysis of environmental objects. Teaching manual]. — M.: OOO "Frantera", 2016. — 245 s.
6. Voronich S. S., Roeva N. N., Khlopaev A. G., Baranov A. N., Zherebina E. A., Orlovskaja O. A. O znachenii probootbora v kolichestvennom himicheskom analize obektov okruzhajushhej prirodnoj sredy. Chast' 2. Pochvy // Jekologicheskie sistemy i pribory [On the importance of sampling in the quantitative chemical analysis of environmental objects. Part 2. Soils // Ecological Systems and Devices], 2014, № 7, str. 3—9.
7. Voronich S. S., Roeva N. N., Grebenkin N. N., Zajcev D. A., Pahomov D. E. Spektral'nyj analiz v at-mosfernom monitoringe molekuljarnyh mikrokomponetov: analiticheskie vozmozhnosti i perspektivy // Jekologicheskie sistemy i pribory [Spectral analysis in the atmospheric monitoring of molecular micro-components: analytical capabilities and prospects // Ecological Systems and Devices], 2015, № 01, str. 4—9.
8. Roeva N. N., Voronich S. S., Khlopaev A. G., Zajcev D. A., Voronich N. S. Issledovanie dinamiki na-koplenija podvizhnyh form tjazhelyh metallov, ben(a)pirena i nefteproduktov v pochvah urbanizirovannyh territorij // Jekologija i promyshlennost' Rossii [Study of the dynamics of accumulation of mobile forms of heavy metals, ben (a) pyrene and petroleum products in the soils of urban areas // Ecology and Industry of Russia], 2018, T. 22, № 8, str. 39—44.
126
№1, 2019
