CC BY
45
УДК 631.46
ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ПОЧВ НА ТЕРРИТОРИИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ОБЪЕКТОВ МОСКВЫ
А.О. Макаров, аспирант (научныйруководитель А.С. Яковлев, д.б.н.) МГУ имени М.В. Ломоносова, e-mail: [email protected]
Для почв двух железнодорожных объектов, расположенных в ЦАО города Москвы, определены показатели содержания целого ряда токсикантов. Использование t-критерия позволило выявить достоверные различия между почвами железнодорожных объектов и почвами прилегающих (фоновых) территорий по содержанию загрязняющих веществ. Кроме того, при помощи F-теста (распределение Фишера) в этих почвах выявлены зоны накопления тяжелых металлов, нефтепродуктов и бенз(а)пирена в пределах каждого из объектов. Установлено, что в непосредственной близости от железнодорожного полотна происходит увеличение содержания токсических веществ.
Ключевые слова: железнодорожные объекты, почва, тяжелые металлы, органические загрязнители, суммарный показатель загрязнения.
ASSESSMENT OF SOIL POLLUTION IN THE TERRITORY OF RAILWAY OBJECTS IN MOSCOW CITY
A.O. Makarov
For soils of two railway objects, located in the Central administrative district of the city of Moscow, specified levels of a number of toxicants. Using a t-test revealed significant differences between the soils of railway objects and soils adjacent («background») territories on the content of polluting substances. In addition, using the F-test (distribution of Fisher) identify the zone of accumulation of heavy metals, petroleum products and benzo(a)pyrene in these soils within each of the objects. It is established, that in the immediate vicinity of the railway there is an increase of content of toxic substances.
Keywords: railway objects, soil, heavy metals, organic pollutants, a summary indicator of pollution.
Воздействие железнодорожного транспорта на окружающую среду обусловлено строительством и эксплуатацией железных дорог, производственно-хозяйственной деятельностью и сжиганием топлива. Наиболее распространенными загрязнителями территорий предприятий железнодорожной отрасли являются органические вещества и продукты их сгорания (нефть, нефтепродукты, мазут, топливо, смазочные материалы, полициклические ароматические углеводороды) и тяжелые металлы (железо, марганец, свинец, медь, цинк, кобальт и др.) [1, 2]. Основная причина загрязнения нефтепродуктами - их утечка из цистерн, неисправных котлов, при заправке колесных букс. Тяжелые металлы попадают в почвы прижелезнодорожных пространств при перевозке в открытых вагонах и перегрузке различных руд, удобрений, истирании проводов и рельсов и при сгорании жидкого и твердого топлива на стационарных и передвижных источниках. При этом особенно интенсивное загрязнение почв нефтепродуктами [3] и тяжелыми металлами [4] происходит в непосредственной близости от железнодорожного полотна - в зоне от 0 до 20 м (когда, например, углеводородное сырье проникает между шпалами в слой из песка и щебня, что приводит к уплотнению насыпи, ухудшению отвода атмосферных осадков и приводит к деформации или просадкам пути) [3, 5]. Тяжелые металлы накапливаются в поверхностном слое почвы, а нефтепродукты могут проникать на большую глубину.
Детальных исследований загрязненности как полос отвода железных дорог, так и территорий предприятий железнодорожного транспорта (локомотивные и вагонные депо, железнодорожные и промывочные станции, пункты подготовки пассажирских вагонов и т.д.) в пределах мегаполиса еще не проводилось.
Цель исследований - оценка загрязненности нефтепродуктами, бенз(а)пиреном и тяжелыми металлами
почв железнодорожных объектов «Белорусский вокзал» (территория грузового двора «Москва-Товарная-Смоленская») и «Три вокзала» (участок от Ленинградского и Ярославского вокзалов до Николаевского путепровода), расположенных в Центральном административном округе города Москвы.
Территории «Белорусский вокзал» (Пресненский район) и «Три вокзала» (Красносельский район) включают самые разнообразные объекты, в том числе локомотивные депо, трансформаторные подстанции, механические мастерские, ангары, склады, гаражи, здания вагономоечной машины, платформы, павильоны, административные здания, служебные помещения и др. Таким образом, значительная часть железнодорожных объектов занята щебеночными, асфальтобетонными покрытиями и застройкой. Площадь озелененных участков, распределенных по территориям объектов крайне неравномерна, составляет около 10% общей площади объектов.
Разрезы, выполненные на территории «Белорусский вокзал», позволили диагностировать экстремально химически загрязненные почвы хемоземы и техногенные поверхностные образования [6]. Для всех почв характерны включения строительного и бытового мусора в профиле, включая верхние горизонты.
На территориях «Белорусский вокзал» и «Три вокзала» (площадь 35,8 и 111 га соответственно) в октябре 2010 г. и августе-сентябре 2011 г. проводили отбор почвенных проб (растительную подстилку в анализ не включали). Также отбирали пробы почв на фоновых территориях - участках, прилегающих к изучаемым железнодорожным объектам и расположенных на различном удалении от них.
В Пресненском районе был отобран 41 почвенный образец, в Красносельском - 73. Пробоотбор проводили с площадок размером 1 х 1 м методом «конверта», глубина
отбора составляла 0-10 см. Критерии для выбора мест при заложении пробных площадок - равномерность распределения по территориям железнодорожного объекта, различная удаленность от железнодорожного полотна [7].
В лабораторных условиях в смешанных пробах было измерено валовое содержание тяжелых металлов (мышьяк, кадмий, ртуть, свинец, цинк, медь, никель, марганец), бенз(а)пирена и нефтепродуктов. Перечень измеряемых показателей загрязнения определяли в соответствии с нормативно-методическими документами [8], а также результатами ранее проведенных исследований [3, 4].
На основе данных содержания загрязняющих веществ в почвах железнодорожных объектов рассчитан суммарный показатель загрязнения почв Zc по формуле (1):
Zc = Kci + ... + Kci + ...+ Kcn - (n - 1), где n - число определяемых загрязняющих веществ; Kci -коэффициент концентрации i-го загрязняющего вещества, равный кратности превышения содержания данного вещества над фоновым значением. Для расчета Zc использовали только сведения о содержании тяжелых металлов.
В качестве величин фонового и предельно допустимого содержания загрязняющих веществ в почвах и уровней загрязнения применяли значения, приведенные в федеральных нормативно-методических документах [7].
Статистическая обработка результатов исследований проведена в программах MS Excel 2010, Statistica (версия 6.0). При этом достоверность различий между загрязнением почв железнодорожных объектов и почв фоновых территорий оценивали при помощи t-критерия
(распределения Стьюдента), а выделение зон преимущественной аккумуляции загрязняющих веществ в почвах в пределах каждого объекта проводили при помощи Е-теста (распределение Фишера).
Результаты измерения содержания загрязняющих веществ в почвах Белорусского вокзала, представленные в таблице 1, выявляют повышенные (более ПДК) концентрации токсических веществ. При этом самые значительные уровни загрязнения - 4 (высокий) и 5 (очень высокий) - обнаружены для бенз(а)пирена, нефтепродуктов и свинца. Средние величины содержания токсикантов в почвах соответствуют 1 (допустимому) уровню загрязнения - для нефтепродуктов, ртути, никеля и марганца, 2 (низкому) уровню загрязнения для мышьяка, меди, цинка, свинца и кадмия, 5-му (очень высокому) - для бенз(а)пирена (рис. 1). Величина суммарного показателя загрязнения почв Ъ варьирует от допустимой (<16) до чрезвычайно опасной категории (>128), составляя в среднем 42 (рис. 2), что соответствует категории «опасная».
Определение концентрации токсических веществ в почвах объекта «Три вокзала» выявило схожие с объектом «Белорусский вокзал» закономерности: повышенное содержание бенз(а)пирена, мышьяка, меди, цинка, свинца и кадмия и, в среднем, соответствующее допустимому уровню загрязнения содержание нефтепродуктов, ртути, никеля и марганца (табл. 2, рис. 3). Средняя величина суммарного показателя загрязнения почв Ъс составляет 48, что так же, как и в случае с объектом «Белорусский вокзал», соответствует опасной категории (рис. 2).
1. Содержание загрязняющих веществ в почвах объекта «Белорусский вокзал»
Характеристика Загрязняющие вещества
нефтепродукты бенз(а)-пирен As Hg Cu Zn Pb Cd Ni Mn
Объем выборки 38
Min, мг/кг 25 0,0062 2,24 0,01 13,95 42,75 8 0,15 3,94 40,75
Max, мг/кг 5049,00 11,89 11,46 0,62 657,25 792,25 654,5 1,34 97,00 611,25
Среднее арифметическое, мг/кг 851,03 0,57 4,97 0,18 67,02 200,11 84,96 0,52 13,10 234,84
Медиана, мг/кг 169,50 0,18 4,65 0,14 38,38 152,88 41,88 0,46 9,62 209,88
Дисперсия, мг2/кг2 2094460,42 3,62 3,82 0,025 11616,52 27220,32 14016,06 0,08 254,48 12405,75
Стандартное отклонение, мг/кг 1447,23 1,90 1,95 0,16 107,78 164,99 118,39 0,27 15,95 111,38
Рис. 1. Уровни загрязнения почв железнодорожного объекта «Белорусский вокзал», рассчитанные по средним значениям содержания загрязняющих веществ
Рис. 2. Средние значения величины Z( для железнодорожных объектов и фоновых территорий
2. Содержание загрязняющих веществ в почвах объекта «Три вокзала»
Характеристика Заг рязняющие вещества
нефтепродукты бенз(а)-пирен As Hg Cu Zn Pb Cd Ni Mn
Объем выборки 70
Min, мг/кг 25,0 0,03 2,06 0,01 9,75 15,50 6,25 0,11 3,33 77,50
Max, мг/кг 3630,0 3,89 11,28 0,92 1562,50 610,00 322,75 6,26 100,00 810,00
Среднее арифметическое, мг/кг 551,2 0,47 5,46 0,21 90,17 190,86 73,95 0,72 13,99 245,76
Медиана, мг/кг 265,4 0,25 4,94 0,14 48,63 175,00 55,50 0,48 11,12 231,25
Дисперсия, мг2/кг2 500711,3 0,42 4,00 0,04 36354,02 13115,47 3992,49 0,74 151,18 11085,3
Стандартное отклонение мг/кг 707,6 0,65 2,00 0,19 190,67 114,52 63,19 0,86 12,30 105,29
Рис. 3. Уровни загрязнения почв объекта «Три вокзала», рассчитанные по средним значениям содержания загрязняющих веществ
3. Содержание загрязняющих веществ в фоновых почвах, расположенных вблизи объекта «Белорусский вокзал»
Характеристика Загрязняющие вещества
нефтепродукты бенз(а)пирен As Cu Zn Pb Cd
Объем выборки 3
Min, мг/кг 200 0,004 0,30 14,3 51 17 0,2
Max, мг/кг 2600 0,032 0,90 76 210 52,6 3,8
Среднее арифметическое, мг/кг 1133,3 0,016 0,48 35,3 115,7 37,0 1,4
Медиана, мг/кг 86,0 0,0120 0,4 15,6 86,0 41,5 0,2
Дисперсия, мг2/кг2 6980,33 0,0002 0,10 1242,79 6980,33 331,80 4,38
Стандартное отклонение мг/кг 83,55 0,0144 0,32 35,25 83,55 18,216 2,09
4. Содержание загрязняющих веществ в фоновых почвах, _расположенных вблизи объекта «Три вокзала»_
Характеристика Загрязняющие вещества
нефтепродукты бенз(а)пирен As Cu Zn Pb Cd
Объем выборки 3
Min, мг/кг 100,00 <0,001 0,20 11,00 19,00 6,40 0,20
Max, мг/кг 400,00 0,0100 1,00 40,00 94,00 185,00 0,40
Среднее арифметическое, мг/кг 233,33 0,0050 0,55 27,17 64,67 90,13 0,30
Медиана, мг/кг 200,00 0,0050 0,41 30,50 81,00 79,00 0,25
Дисперсия, мг2/кг2 23333,33 0,0000 0,17 218,58 1606,33 8067,45 0,01
Стандартное отклонение мг/кг 152,75 0,0050 0,42 14,78 40,08 89,82 0,09
5. Значимость различий в содержании токсикантов в почвах железнодорожных объектов и соответствующих фоновых территорий
Показатель Железнодорожный объект
«Белорусский вокзал» «Три вокзала»
Нефтепродукты
Бенз(а)пирен
Цинк
Медь
Кадмий
Свинец
Мышьяк
Суммарный показатель за-
грязнения Ъс
Примечание: 1 1 - различие достоверно; 1_- различие не достоверно
Величины содержания загрязнителей в почвах обоих железнодорожных объектов сопоставляли со сведениями о загрязненности почв прилегающих к этим объектам фоновых территорий (табл. 3 и 4). Результаты этого сопоставления, приведенные в таблице 5 и на рисунке 2, показывают статистически достоверные различия почв железнодорожных объектов и фоновых территорий по содержанию целого ряда загрязняющих веществ. Так, почвы Белорусского вокзала достоверно отличаются от исследуемых фоновых почв повышенным содержанием свинца и мышьяка, а почвы Трех вокзалов содержат значительно больше нефтепродуктов, бенз(а)пирена, цинка, меди, кадмия и мышьяка, чем соответствующие фоновые почвы (табл. 5).
В пределах объектов «Белорусский вокзал» и «Три вокзала» выделены зоны (локализации) повышенной/пониженной концентрации загрязняющих веществ относительно удаленности от железнодорожного полотна (измеряли расстояние от площадки пробоотбора почв до ближайшего полотна). Установлены относительные накопления нефтепродуктов, бенз(а)пирена, свинца и меди в почвах зоны 0-12 м для объекта «Белорусский вокзал». Повышенное содержание цинка обнаружено в зоне 25-56 м. По содержанию кадмия, мышьяка, а также по величине суммарного показателя загрязнения почв Ъс не выделяются статистически значимо различающиеся
зоны повышенных/пониженных значений. Кроме того, определена зона повышенного содержания нефтепродуктов не только вблизи железнодорожного полотна, но и на максимальном (47-56 м) для данного объекта удалении.
В почвах объекта «Три вокзала» локализации повышенной концентрации загрязняющих веществ (нефтепродуктов, бенз(а)пирена, меди, кадмия) приурочены к участкам, непосредственно прилегающим к железнодорожному полотну. Подобная картина отмечается и для суммарного показателя загрязнения почв Ъс. По содержанию цинка, свинца и мышьяка территория объекта не дифференцирована.
Таким образом, почвы исследуемых железнодорожных объектов города Москвы подвергаются существенной техногенной нагрузке и значимо отличаются от почв прилегающих территорий, условно обозначенных фоновыми, по содержанию ряда тяжелых металлов и органических загрязнителей. Указанная нагрузка складывается из «общегородской», характерной для всех функциональных зон мегаполиса, ощутимой составляющей которой служат выбросы автомобильного транспорта, и «специфической», о чем также свидетельствуют локализации токсикантов в почвах вблизи железнодорожного полотна.
Литература
1. Никифорова Е.М., Лазукова Г.Г. Геохимическая оценка загрязнения тяжелыми металлами почв и растений городских экосистем Перовского района Москвы // Вестник Московского ун-та, Сер. 5, География, 1991, № 3. - С. 4453.
2. Павлова Е.И. Экология транспорта: учебник для вузов. - М.: Транспорт, 2000. - 248 с.
3. Каверина Н.В. Геоэкологическая оценка воздействия железнодорожного транспорта на экосистемы прилегающих территорий. Дисс. к.г.н. - Воронеж: ВГУ, 2004. - 198 с.
4. Казанцев И.В. Экологическая оценка влияния железнодорожного транспорта на содержание тяжелых металлов в почвах и растениях полосы отвода: Автореф. дисс. к.б.н. - Тольятти, 2008. - 18 с.
5. Калинин В.К., Сологуб Н.К., Казаков А.А. Общий курс железных дорог. Учеб. для сред. ПТУ. 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1986. - 304 с.
6. Герасимова М.И., Строганова М.Н., Можарова Н.В., Прокофьева Т.В. Антропогенные почвы. Генезис, география, рекультивация. - Смоленск: Ойкумена, 2003. - 270 с.
7. Методические рекомендации по выявлению деградированных и загрязненных земель // Сборник нормативных актов «Охрана почв». - М.: Изд-во РЭФИА, 1996. - С. 174-196.
8. ГОСТ 17.4.1.02.83 «Охрана природы. Почвы. Классификация химических веществ для контроля загрязнения». - М.: Изд-во стандартов, 1984. - 8 с.
