CC BY
78
УДК 504.53.054:631.4(470.42)
ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ ТЕРРИТОРИИ ГОРОДА УЛЬЯНОВСКА ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ
Б01: 10.24411/1816-1863-2019-12075
А. В. Маркова, аспирант,
ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный
университет», [email protected],
С. В. Ермолаева, доцент кафедры
биологии, экологии и природопользования,
кандидат биологических наук,
ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный
университет», [email protected],
А. П. Гончаренко, аспирант,
ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный
университет», [email protected]
О»
О
О -1 S
Во многих регионах техногенное загрязнение почв достигло достаточно высокого уровня, чтобы представлять серьезную опасность для человека. В связи с этим контроль за состоянием почв приобретает все большую значимость в рамках мероприятий по охране окружающей среды и здоровья человека.
Целью настоящего исследования является анализ степени загрязнения почвенного покрова города Ульяновска тяжелыми металлами: свинцом, кадмием, медью, цинком, никелем. Исследования были проведены в июле 2016 г. Объектом изучения послужили пробы почвы 4-х районов г. Ульяновска (Заволжский, Железнодорожный, Ленинский, Засвияжский). Всего было проанализировано 9 образцов почв.
Количественное содержание валовых и подвижных форм тяжелых металлов в почвах определяли методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии. Оценку эколого-геохимической ситуации в районе исследования осуществляли с использованием суммарного показателя загрязнения (ZC) по оценочной шкале.
Наиболее загрязнены тяжелыми металлами почвы Железнодорожного и Ленинского районов, менее загрязненными являются почвы Засвияжского района. В Заволжском районе зафиксированы самые низкие концентрации изучаемых тяжелых металлов.
In many regions, technogenic soil contamination has reached a rather high level to pose a serious danger to the population. In this regard, monitoring the state of soils is becoming increasingly important within the framework of the measures to protect the environment and human health.
The purpose of this study is to analyze the degree of soil contamination with heavy metals (lead, cadmium, copper, zinc, nickel) in the city of Ulyanovsk.
The investigations were carried out in July 2016. The object of study was soil samples from 4 districts of Ulyanovsk (Zavolzhsky, Zheleznodorozhny, Leninsky, Zasviyazhsky). In total, 9 soil samples were analyzed.
The quantitative content of gross and mobile forms of heavy metals in soils was determined by atomic absorption spectrophotometry. The assessment of the ecological and geochemical conditions in the study area was carried out applying the total pollution index (ZC) according to the scoring scale. The most contaminated with heavy metals are the soils of the Zheleznodorozhny and Leninsky Districts, the soils of the Zasviyazhsky District are less polluted. In the Zavolzhsky District, the lowest concentrations of the studied heavy metals are recorded.
Ключевые слова: техногенное загрязнение почв, оценка степени загрязнения, антропогенный фактор, токсичность, валовые и подвижные формы тяжелых металлов.
Keywords: technogenic contamination of soils, assessment of pollution degree, anthropogenic factor, toxicity, gross and mobile forms of heavy metals.
Хозяйственная деятельность человечества в течение последнего столетия привела к серьезному загрязнению нашей планеты разнообразными отходами производства. Антропогенный фактор занимает все большую позицию в загрязнении компонентов биосферы тяжелыми металлами. Основная часть поступающих в атмосферу веществ аккумулируется в поверхностном слое почвы и изменяет естественные процессы [1, 2]. Территории,
расположенные в непосредственной близости от промышленных предприятий, особенно сильно испытывают на себе техногенное воздействие. В большинстве случаев любые изменения техногенного характера, происходящие в пределах промышленного предприятия, сразу отражаются на всей экосистеме.
Из большого числа разнообразных химических веществ, поступающих в окружающую среду из антропогенных источ-
ст;
О (Г)
Рис. 1. Места расположения проб отбора почв
ников, особое место занимают тяжелые металлы (ТМ) [3].
Высокая катионная поглотительная способность почв способствует прочному удерживанию положительно заряженных ионов металлов. Вследствие чего частое поступление тяжелых металлов даже в небольших количествах приводит к значительному их накоплению в почве [5].
В настоящее время в условиях ухудшения качества среды обитания человека и потребляемой продукции, уменьшения количества здорового населения возрастает актуальность мониторинга почв города Ульяновска. Почва является неотъемлемой частью биосферы, от ее состояния зависит экологическая обстановка города. Таким образом, мониторинг экологического состояния почв очень важен в рамках мероприятий по охране окружающей среды и здоровья.
Материал и методы исследования. Исследования проводились в июле 2016 г. Объектами изучения послужили почвы 4-х районов г. Ульяновска — Заволжского, Железнодорожного, Ленинского, За-свияжского. Всего было проанализировано 9 образцов почв. Почвенные образцы для наилучшей оценки отбирались в случайно выбранных точках в пределах всей изучаемой площади. Для определения подвижных и валовых форм тяжелых металлов (Cd, Pd, Си, Zn, N1) в почвах использовали метод атомно-абсорбционной спектро-фотометрии. С помощью кислотной вытяжки анализировали валовую форму, а
подвижную форму определяли ацетатным буфером (рН = 4,8). По оценочной шкале и суммарному показателю загрязнения ^с) осуществляли оценку эколого-геохи-мической ситуации в городе. Для получения региональных фоновых концентраций тяжелых металлов анализировали почву из относительно чистой зоны, расположенной в 30 км к югу от г. Ульяновска.
В таблице 1 указаны наименования объектов и места расположения участков отбора проб почвы.
Из полученных данных видно, что проведенное исследование почв г. Ульяновска на содержание в них тяжелых металлов выявило различную степень их антропогенного загрязнения (табл. 2—6).
По содержанию в почве валовой и подвижной форм свинца наблюдается превышение фоновых концентраций во всех исследуемых участках, особенно существенно в почвах Железнодорожного и Ленинского районов. По сравнению с результатами, приведенными в 2008 г. в работе Горбачева В. Н. и Аванесян Н. М. «Содержание тяжелых металлов в почвах г. Ульяновска», концентрация свинца в почвах правобережья г. Ульяновска по нашим данным меньше.
По содержанию в почве валовой и подвижной форм кадмия наблюдается существенное превышение фоновых концентраций в Ленинском районе. По сравнению с исследованиями в 2008 г. не наблюдается существенных увеличений содержания кадмия в почвах. В Заволжском
районе наблюдается наименьшее содержание кадмия в почве.
Одним из самых часто встречаемых металлов при изучении проблемы загрязнения почв является цинк. Содержание
цинка значительно превышено в почвах Железнодорожного и Ленинского районов, относительно почв, отобранных в 30 км к югу от г. Ульяновска. Однако в сравнении с 2008 г. содержание цинка во всех пробах
О)
о
О -1
Таблица 1
Наименования объектов и места расположения участков отбора проб почвы
№ пробы Наименование объекта Место расположения участка отбора пробы
1 Заволжский район 500 м от Ульяновской ТЭЦ-2, Димитровградское шоссе (54.341922, 48.619554)
2 Заволжский район 75 м от президентского моста, улица Нахимова (54.336706, 48.525484)
3 Железнодорожный район 180 м от Татнефть АЗС, Ул. Локомотивная (54.286796, 48.362346)
4 Железнодорожный район 77 м от автомойки Ул. Локомотивная (54.273815, 48.332044)
5 Ленинский район 80 м от перекрестка ул. Карла Маркса и ул. Марата, ул. Карла Маркса (54.320629, 48.392187)
6 Ленинский район 146 м от перекрестка ул. Льва Толстого и ул. Железной Дивизии, ул. Льва Толстого (54.311885, 48.390013)
7 Засвияжский район 108 м от Лукойл АЗС ул. Московское шоссе (54.293111, 48.268544)
8 Засвияжский район 45 м от перекрестка ул. Московское шоссе и Зап. Бульвар, ул. Московское шоссе (54.307454, 48.323932)
9 Относительно чистая зона, для получения региональных фоновых концентраций тяжелых металлов в 30 км к югу от г. Ульяновска
Таблица 2
Содержание валовых и подвижных форм свинца
Форма № пробы
1 2 3 4 5 6 7 8 9
валовая форма (мл/кг) 6,1 8,9 30,0 16,9 51,6 13,1 10,5 15,2 2,2
подвижная форма (мл/кг) 0,35 0,38 3,9 2,67 5,65 1,38 1,13 1,58 0,22
(ацетатный буфер рН = 4,8)
Таблица 3
Содержание валовых и подвижных форм кадмия
Форма № пробы
1 2 3 4 5 6 7 8 9
валовая форма (мл/кг) 0,41 0,61 0,93 0,48 1,5 0,39 0,32 0,39 0,3
подвижная форма (мл/кг) 0,08 0,09 0,35 0,16 1,12 0,15 0,12 0,18 0,12
(ацетатный буфер рН = 4,8)
Таблица 4
Содержание валовых и подвижных форм цинка
77
Форма № пробы
1 2 3 4 5 6 7 8 9
валовая форма (мл/кг) 25,3 23,2 34,4 25,0 33,0 24,9 23,8 25,7 15,6
подвижная форма (мл/кг) 2,39 2,1 9,2 4,6 8,9 3,65 2,56 2,1 0,22
(ацетатный буфер рН = 4,8)
№2, 2019
X
I_
О О
Таблица 6
Содержание валовых и подвижных форм меди
Форма № пробы
1 2 3 4 5 6 7 8 9
валовая форма (мл/кг) 10,2 9,8 22,7 12,5 59,2 12,1 8,1 18,4 17,9
подвижная форма (мл/кг) 0,04 0,04 0,23 0,47 6,47 0,11 0,45 0,15 0,08
(ацетатный буфер рН = 4,8)
Таблица 5
Содержание валовых и подвижных форм никеля
Форма № пробы
1 2 3 4 5 6 7 8 9
валовая форма (мл/кг) 14,6 17,5 12,2 14,7 12,6 14,8 12,8 21,3 1,4
подвижная форма (мл/кг) 0,37 0,35 0,7 0,88 0,7 0,58 0,45 1,1 0,31
(ацетатный буфер рН = 4,8)
почв исследуемых районов значительно уменьшилось.
Во всех исследуемых районах валовая форма содержания никеля в почве превышает в 10 раз фоновую концентрацию.
Наибольшее содержание меди наблюдается в Ленинском районе и превышает валовую форму фоновой концентрации в три раза. В работе Аванесян Н. М. также наибольшее содержание меди обнаружено в Ленинском районе.
По ориентировочной оценочной шкале опасности загрязнения почв по суммарному показателю загрязнения ^с) почвы Заволжского района характеризуются как допустимые по категории загрязнения почв. Категория загрязнения почв Засви-яжского и Железнодорожного районов характеризуется как умеренно опасная, а почвы Ленинского района — опасная.
П Суммарный показатель загрязнения (мл/кг)
40 п
35 30 25 20 15 10 5 0
щ
гт
Проба Проба Проба Проба Проба Проба Проба Проба № 1 №2 №3 №4 №5 №6 №7 №8
Рис. 2. Степень загрязнения почв по суммарному показателю загрязнения
Проведенные нами исследования в 2016 г. выявили улучшение обстановки в отношении содержания валовых форм тяжелых металлов по сравнению с 2008 г., однако по-прежнему наблюдаются превышения содержания тяжелых металлов. Улучшение обстановки может быть связано с миграционной способностью тяжелых металлов, улучшением качества, используемого транспортом топлива и снижением промышленной активности.
Ленинский район отличается высокой плотностью застройки старого города. На ул. Урицкого присутствует одна крупная производственная зона. В Ленинском районе также расположены такие крупные предприятия, как ОАО «Контактор», ОАО «Утес», ОАО «Искра», которые значительно влияют на загрязнение городских почв ТМ. Предприятия ОАО «Контактор» и ОАО «Утес» расположены в центральной части города и окружены жилой зоной. Это объясняет причину того, что по ориентировочной оценочной шкале опасности загрязнения почв по суммарному показателю загрязнения ^с) наиболее загрязненной пробой почвы является проба почвы № 5.
В Железнодорожном районе промышленные предприятия, которые являются самыми крупными источниками загрязнения почв, расположены на ул. Локомотивной и на проспекте Гая.
В Засвияжском районе крупной производственной зоной является промзона на Московском шоссе, где расположены такие предприятия, как ОАО «Ульяновский автомобильный завод», «Механический
завод», Ульяновский завод тяжелых станков, ООО УНП «Вторчермет» и др.
Самые низкие концентрации большинства изучаемых тяжелых металлов были выявлены в пробах почв № 1 и 2, которые расположены в Заволжском районе г. Ульяновска. Низкая степень загрязнения почв промышленной зоны, несмотря на большую техногенную нагрузку, объясняется коротким сроком использования этих земель.
Наиболее загрязнены тяжелыми металлами пробы почв № 3 и 5, которые расположены в Железнодорожном и Ленинском районах соответственно, характеризующиеся достаточно высокими концентрациями большинства анализируемых элементов.
На повышенный уровень загрязнения почв селитебной зоны тяжелыми металлами могут влиять как возраст застройки и эксплуатации территории, так и специ-
фика антропогенного воздействия, которая заключается в интенсивном использовании автотранспорта. Такой уровень загрязнения приводит к увеличению заболеваемости населения, увеличению числа хронических заболеваний и нарушению сердечно-сосудистой системы у людей, проживающих на данной территории.
Выводы. Проведенные исследования показывают улучшение обстановки в отношении загрязнения почв тяжелыми металлами в г. Ульяновске, по сравнению с 2008 г., однако показатели по-прежнему превышают фоновые концентрации. Тяжелые металлы имеют множество путей поступления в организм человека, способны накапливаться в организме и вызывать неблагоприятные последствия для здоровья человека. Поэтому необходимо постоянно вести мониторинг содержания тяжелых металлов в окружающей среде.
Библиографический список
1. Терехина Е. А., Горбачев В. Н., Климентова Е. Г. Содержание тяжелых металлов в пахотных почвах Ульяновской области. Современные проблемы науки и образования. 2013. 328 с.
2. Гольдфейн М. Д. Основы экологии, безопасности жизнедеятельности и охраны окружающей среды. Учеб. пособие для студентов всех специальностей. Издательство Саратовского университета, 2000. 220 с.
3. Ступин Д. Ю. Загрязнение почв и новейшие технологии их восстановления. Учеб. пособие для вузов. Лань, 2009. 429 с.
4. Мотузова Г. В., Безуглова О. С. Экологический мониторинг почв. М., 2007. 237 с.
5. Кавеленова Л. М., Прохорова Н. В. Науки о Земле. Практикум по курсу «Почвоведение с основами геологии». Издательство Самарского университета, 2001. 64 с.
ESTIMATION OF SOIL POLLUTION WITH HEAVY METALS IN THE TERRITORY OF ULYANOVSK
A. V. Markova, Master student, [email protected], S. V. Ermolaeva, Ph. D. (Biology), Lecturer, [email protected], A. P. Goncharenko, Master student, [email protected], Ulyanovsk State University, Ulyanovsk, Russia
References
1. Terekhina Ye. A., Gorbachev V. N., Klimentova Ye. G. Soderzhaniye tyazhelykh metallov v pakhotnykh pochvakh ul'yanovskoy oblasti. [The content of heavy metals in arable soils of the Ulyanovsk Region]. Sovremennyye problemy nauki i obrazovaniya. 2013. P. 328. [in Russian]
2. Gol'dfeyn M. D. Osnovy ekologii, bezopasnosti zhiznedeyatel'nosti i okhrany okruzhayushchey sredy. [Fundamentals of Ecology, Life Safety and Environmental Protection]. Ucheb. posobiye dlya studentov vsekh spetsial'nostey. [Textbook for students of all specialties] Izdatel'stvo Saratovskogo Universiteta, 2000. P. 220. [in Russian]
3. Stupin D. Yu. Zagryazneniye pochv i noveyshiye tekhnologii ikh vosstanovleniya. [Soil pollution and the latest technologies for their recovery]. Ucheb. posobiye dlya vuzov. [Textbook for higher students]. Lan', 2009. P. 429. [in Russian]
4. Motuzova G. V., Bezuglova O. S. Ekologicheskiy monitoring pochv. [Ecological monitoring of soil]. Moscow, 2007. P. 237. [in Russian]
5. Kavelenova L. M., Prokhorova N. V. Praktikum po kursu "Pochvovedeniye s osnovami geologii" [Workshop on the course "Soil with the fundamentals of geology"]. Izdatel'stvo Samarskogo universiteta, 2001. P. 64. [in Russian]
