CC BY
31
УДК 631.41
Д.В. Иванов, Р.Р. Шагидуллин, А.Б. Александрова, В.В. Маланин, А.А. Марасов, Э.Е. Паймикина, В.С. Валиев, Р.Р. Хасанов
Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, i.igonin@mail.ru
ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
В ПОЧВАХ Г. НИЖНЕКАМСКА
Исследован характер пространственного распределения тяжелых металлов (Cd, РЬ, Со, Си, №, 2п, Сг, Мп, Бе) в почвенном покрове г. Нижнекамска (Республика Татарстан), одного из крупнейших центров нефтехимической промышленности России. Показано, что наблюдаемый уровень загрязнения почв металлами формируется в результате атмосферных выбросов источников, расположенных на территории Нижнекамского промышленного узла, а также под влиянием автотранспортного загрязнения. Основные очаги загрязнения почв валовыми и подвижными формами металлов сосредоточены вблизи источников выбросов, а их форма и интенсивность находится в зависимости от параметров рассеивания выбросов. По валовому содержанию металлов в почвах существенных отклонений от региональных фоновых значений не выявлено, уровень загрязнения оценивается как «слабый». Наибольшую потенциальную опасность для почвенной экосистемы в границах единой санитарно-защитной зоны предприятий представляют подвижные формы металлов, в первую очередь соединения свинца, меди и цинка. В селитебной зоне Нижнекамска заметного изменения подвижности тяжелых металлов по сравнению с фоном не выявлено.
Ключевые слова: Нижнекамский промышленный узел; почвы; тяжелые металлы; загрязнение, подвижность.
Введение
Геохимическая оценка уровня загрязнения компонентов природной среды составляют сегодня неотъемлемую часть комплексных экологических исследований, проводимых на территории городов и населенных пунктов, а также входит в региональные системы экологического мониторинга. Перечень контролируемых при этом веществ определяется спецификой производства, учитывая состав основных и специфический примесей, присутствующих в выбросах в атмосферный воздух, а также качественный состав сточных вод, сбрасываемых в водные объекты.
Нижнекамский промышленный узел (НПУз), расположенный на территории Республики Татарстан (РТ), представляет собой одну из крупнейших в РФ агломераций нефтехимических и нефтеперерабатывающих промышленных предприятий. Уровень техногенной нагрузки на атмосферу и сопредельные природные среды в границах зоны воздействия предприятий НПУз (до 40 км) достаточно высок, что определяет негативное воздействие выбросов на все компоненты экосистем: растительный и животный мир, почвы, поверхностные воды. Результаты инвентаризации показывают, что выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух г. Нижнекамска включают 320 ингредиентов (Шагидуллин и др., 2016). Из
них приоритетному контролю должны подлежать 47, в том числе тяжелые металлы (ТМ) - кадмий, медь, цинк, хром.
В настоящее время Управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды РТ осуществляет систематические наблюдения за состоянием загрязнения атмосферного воздуха в г. Нижнекамске на стационарных постах наблюдений. В перечень определяемых на них веществ входят девять металлов (свинец, марганец, медь, цинк, никель, железо, кадмий, хром, магний). Последние (кроме кадмия), хотя присутствуют в составе выбросов в атмосферу в незначительных объемах, представляют не меньшую опасность для здоровья населения и состояния экосистем, чем основные примеси. В отличие от органических и других нестойких к разрушению веществ, металлы обладают способностью депонироваться в различных средах, долговременно сохраняя свои токсические свойства.
С учетом длительного (50 лет) периода функционирования НПУз значительный интерес представляет установление уровней накопления ТМ в почвах Нижнекамска и его промышленной зоны, находящихся в зоне воздействия атмосферных выбросов нефтехимических предприятий и других источников загрязнения, а также их пространственный анализ. Наибольшую значимость выяв-
ление очагов загрязнения металлами приобретает при определении перечня первоочередных природоохранных мероприятий, направленных на экологическую реабилитацию территорий и ликвидацию накопленного экологического ущерба.
Материалы и методы исследования
Методика отбора проб почв на территории Нижнекамска и зоны влияния НПУз описана нами ранее (Александрова и др., 2017). В 148 образцах гумусовых горизонтов почв был определен гранулометрический состав, содержание органического вещества, общих форм ТМ - Cd, Pb, Co, Cu, Ni, Zn, Cr, Mn (РД 52.18.191-89), а также подвижных их форм, извлекаемых ацетатно-аммонийным буфером с рН 4.8 (РД 52.18.289-90). Статистическая обработка данных проводилась в программе Sta-tistica 10.0.
При оценке уровня загрязнения почв г. Нижнекамска металлами в качестве нормативных использованы их региональные фоновые концентрации в почвах РТ (Региональные ..., 2015). Для этого рассчитывали коэффициенты концентрации (Кк) ТМ в почвах как отношение их фактического содержания к фоновому для соответствующих литогеохимических групп почв, отличающихся гранулометрическим составом.
Карты распределения ТМ в почвах построены на основе ГИС Map Info Professional 6.0.
Результаты и их обсуждение
Почвенный покров Нижнекамска отличает широкое типологическое разнообразие (Александрова и др., 2017). Так, для территории, примыкающей к промышленной зоне, характерны дерново-подзолистые почвы, которые занимают
участки лесных массивов по периметру НПУз, а также земель сельскохозяйственного назначения на окраинах г. Нижнекамска. Около 40% в структуре почвенного покрова представлено подтипами светло-серых и серых лесных почв, которые отличаются от дерново-подзолистых более тяжелым гранулометрическим составом. Небольшими массивами отмечены дерново-карбонатные опод-золенные, выщелоченные и типичные почвы, доля которых не превышает 5%. В селитебной зоне широкое распространение получили собственно урбаноземы, покрывающие придомовые территории, газоны, большую часть городских парков, садов и скверов, а также культуроземы частного сектора с мощным окультуренным горизонтом, образованные на участках распространения серых лесных и дерново-подзолистых почв. Для промышленной зоны характерны индустрио-земы и интруиземы, участие которых в структуре подстилающей поверхности в границах НПУз достаточно мало (Александрова и др., 2017).
Распределение исследуемых ТМ в почвах г. Нижнекамска определяется характером природных процессов почвообразования, на которые накладывается техногенная геохимическая составляющая. По результатам статистической обработки были получены средние (медианные) концентрации валовых и подвижных форм металлов и диапазоны их колебаний в почвах, а также показатели, характеризующие относительные уровни накопления (табл. 1.). Как важную закономерность, необходимо отметить более высокую вариабельность концентраций в почвах подвижных форм ТМ, что свидетельствует о наличии здесь территорий с повышенным уровнем содержания исследуемых элементов, присутствующих в гео-
Таблица 1. Показатели распределения металлов в почвах г. Нижнекамска
Показатели Cd Pb Со Cu Ni Zn Cr Mn
Валовые формы
Среднее содержание, мг/кг 0.31 12.2 9.4 21.5 44.7 51.9 26.2 803.3
Минимальное содержание, мг/кг 0.05 2.6 4.7 6.0 14.9 16.2 8.6 110.9
Максимальное содержание, мг/кг 1.08 208.1 15.0 102.3 82 210.1 53.9 2847.2
Кк ср. 1.0 1.2 1.0 1.1 1.1 1.2 1.0 1.2
Кк max. 2.2 17.3 1.3 4.7 1.8 4.2 1.7 4.0
Количество случаев превышения фона, % 13 26 4 21 27 30 13 43
Подвижные формы
Среднее содержание, мг/кг 0.08 1.1 0.23 0.3 0.8 4.4 0.4 41.6
Минимальное содержание, мг/кг 0.01 0.02 0.02 0.003 0.1 0.2 0.002 3.0
Максимальное содержание, мг/кг 0.51 18.3 1.76 7.7 3 98.8 2.22 237
Подвижность, % 29.8 8.9 2.6 1.4 1.9 5.8 1.6 6.4
Кк ср. 1.1 1.4 2.3 1.8 1.1 4.6 1.6 1.2
Кк max. 5.1 18.3 7.6 38.7 3.0 98.8 7.4 5.3
Количество случаев превышения фона, % 25 24 70 37 14 57 49 26
40
российский журннл ииой экологии
Таблица 2. Металлы в почвах функциональных зон г. Нижнекамска
Функциональные зоны Cd РЬ &1 № гп & Мп
Валовые формы, мг/кг
Селитебная 0.25 12.1 8.7 21.5 42.0 56.9 24.9 564.1
Промышленная 0.35 10.8 9.9 24.4 48.9 54.2 29.3 897.8
Рекреационная 0.33 15.3 9.2 18.3 38.7 43.1 22.5 878.2
Сельскохозяйственная 0.29 11.2 11.3 21.8 53.4 49.9 31.9 963.3
Подвижные формы, мг/кг
Селитебная 0.06 1.50 0.23 0.54 0.66 7.52 0.37 37.21
Промышленная 0.09 0.71 0.28 0.33 0.80 3.35 0.48 53.90
Рекреационная 0.09 1.09 0.20 0.20 0.71 3.27 0.34 34.48
Сельскохозяйственная 0.09 0.73 0.17 0.10 0.58 1.39 0.08 22.40
% подвижных форм
Селитебная 26.4 10.8 2.8 1.9 1.6 8.3 1.64 7.5
Промышленная 31.9 7.1 3.0 1.3 1.7 5.0 1.65 7.8
Рекреационная 28.2 8.9 2.4 1.4 2.2 5.0 1.73 4.3
Сельскохозяйственная 35.5 6.9 1.5 0.5 1.1 2.3 0.25 2.1
химически активных формах.
С целью выяснения характера распределения ТМ в почвах различных функциональных зон, аналитические данные были сгруппированы по типам землепользования, на основании чего были получены сведения о среднем содержании металлов в почвах селитебной, промышленной, рекреационной и сельскохозяйственной зон (табл. 2).
Рассмотрим показатели содержания и относительного накопления металлов в почвах г. Нижнекамска.
Кадмий
По данным 2-ТП (воздух), кадмий отсутствует в выбросах предприятий НПУз. Характер его пространственного распределения в почвах Нижнекамска и промышленной зоны модулируется в первую очередь природными геохимическими факторами. Если рассмотреть зависимость относительного накопления металлов в почвах от объемов их ежегодных выбросов в атмосферу предприятиями НПУз, на котором отражены средние коэффициенты концентрации металлов над фоновыми значениями, то можно увидеть, что Cd находится в самом начале ранжированного ряда (рис. 1).
Более 90% обследованной территории в границах санитарно-защитной зоны (СЗЗ) НПУз, а также городской черты имеют уровни содержания Cd 0.25-0.50 мг/кг (рис. 2), а среднее валовое содержание элемента в исследуемых почвах примерно в 1.5 раза ниже регионального фона. Кадмий относительно накапливается в почвах промышленной зоны (табл. 2), это подтверждается статистически достоверными различиями его содержания
в сравнении с другими функциональными зонами (р<0.05). Наличие участков с превышением фонового норматива может указывать на наличие здесь неучтенных источников эмиссии металла.
Количество случаев превышения фонового содержания для подвижных форм кадмия было почти в 2 раза выше, чем для валовых (табл. 1). Между функциональными зонами различия в содержании подвижного Cd были и статистически не значимы, за исключением селитебной зоны, которая по этому показателю может быть охарактеризована как «чистая» (табл. 2).
По степени подвижности (процентной доле от валового содержания) в исследуемых почвах
Сс1 РЬ № Си Со Мп Сг 7п
-Кквал ■ Кк подв Выбросы, т/год
Рис. 1. Взаимосвязь коэффициентов концентрации валовых (Кк вал) и подвижных (Кк подв) форм металлов с объемом годовых выбросов в атмосферу предприятиями НПУз
Рис.2. Распределение валовых форм металлов г. Нижнекамска
металлы образуют следующий убывающий ряд (табл. 1): Cd - РЬ - Мп - 2п - Со - N - Сг - Си. Среди металлов кадмий отличается максимальной подвижностью во всех функциональных зонах, и особенно на урбанизированных и аграрно освоенных территориях (табл. 2). В сельскохозяйственных ландшафтах доля подвижного Cd может возрастать в связи с внесением фосфорных удобрений (Алексеенко и др., 1992). В зоне влияния НПУз происходит накопление подвижных форм элемента в верхних горизонтах в соответствии с направлениями господствующих ветров (рис. 3). На участках, расположенных как внутри, так и за пределами СЗЗ НПУз, подвижность Cd достигает 40-50%, что оценивается как «очень высокая». Это означает, что большая часть соединений кадмия, элемента 1 класса опасности, присутствует в почвах в активной форме и представляет серьезный потенциальный риск, несмотря на то, что
валовое содержание в основном колеблется в пределах геохимического фона.
Свинец
Свинец в определенных количествах (около 14 кг/год) присутствует в составе выбросов предприятий НПУз. При эколо-го-геохимической оценке наряду с промышленной эмиссией необходимо учитывать вклад в накопление РЬ в почвах Нижнекамска автотранспортного загрязнения. Отказ от использования этилированного бензина существенно снизил опасность техногенного загрязнения свинцом депонирующих сред, однако систематический контроль его содержания в почвах и донных отложениях рек представляется нам актуальным.
Валовое содержание РЬ в почвах Нижнекамска в основном соответствует фоновым значениям (табл. 1). В пределах обследованной территории локализованы несколько зон аккумуляции свинца в почвах. Это, в частности, участок на въезде в город со стороны г. Казани, а также северо-восточная часть городской застройки (рис. 2).
Среднее содержание подвижных форм свинца в гумусовых горизонтах почв находилось на уровне или ниже регионального фона. Количество случаев превышения норматива было такое же, как и у валовых форм (табл. 1). Очаги загрязнения подвижным РЬ фиксируются в направлении рекреационной зоны пос. Красный Ключ, а также западнее промышленной зоны (рис. 3). Вероятнее всего, обе указанные аномалии обязаны здесь передвижным источникам загрязнения и связаны с повышенной интенсивностью дорожного движения на данных участках.
Анализируя данные об относительной подвижности РЬ в почвах, можно отметить, что они довольно тесно коррелируют с абсолютным содержанием его подвижных форм. В ранжированном ряду металлов свинец располагается на втором месте после кадмия (9%). Фактором роста подвижности являются сорбционные свойства почв, отраженные в их гранулометрическом составе: в песчаных почвах в районе п. Красный Ключ доля
в почвах
42
российский журннл прикладной экологии
Рис.3. Распределение подвижных форм металлов в почвах г. Нижнекамска
подвижных форм РЬ достигает 15-20%. Более высокая подвижность элемента в почвах селитебных ландшафтов подчеркивает техногенную природу его соединений (табл. 2).
Кобальт
Кобальт считается типичным микроэлементом, хотя и относится к веществам 2 класса опасности. Почвы РТ довольно часто обнаруживают дефицит кобальта, особенно подвижных форм, доступных растениям. Механизмы токсичности кобальта до конца не идентифицированы.
Характер распределения валовых и подвижных форм Со, а также его относительная подвижность указывают на то, что техногенные источники играют существенную роль в формировании геохимических аномалий элемента в почвах Нижнекамска (табл. 1, 2, рис. 2, 3). Среднее валовое содержание элемента соответствует региональ-
ным фоновым значениям для соответствующих литологических групп почв.
Очаги с аномальным содержанием (выше регионального фона для тяжелых почв -12 мг/ кг) валового кобальта ориентированы на северо-восток, восток и юго-восток от промышленной зоны и практически не затрагивают городскую застройку (рис. 2). Локальность и относительно небольшие площади фиксируемых аномалий могут быть связаны с параметрами рассеивания выбросов и атмосферными процессами, способствующими осаждению Со-содержащих примесей.
Среднее содержание подвижных форм кобальта в 2.3 раза выше фоновых значений. Количество случаев превышения норматива достигает 70%, и это максимальное значение среди всех изученных металлов (табл. 1). Расположение довольно обширной по площади зоны повышенных концентраций подвижного Со в южной части НПУз свидетельствует о том, что основная масса его соединений осаждается в непосредственной близости от источников эмиссии (рис. 3). Участки загрязнения почв подвижным кобальтом в основном находятся в границах СЗЗ НПУз. В зоне жилой застройки аномалии кобальта в почвах не обнаруживаются. Повышение содержания подвижных форм и, как следствие, рост относительной подвижности Со в почвах на юго-восточной окраине Нижнекамска можно связать с локальными источниками выбросов, в частности, с предприятиями строительной индустрии.
Медь
С геохимических позиций медь часто рассматривается как металл-индикатор природных об-становок миграции химических элементов. Ежегодно предприятия НПУз выбрасывают в атмосферу около 70 кг соединений меди. Такая масса выбросов не столь значительна, чтобы повлечь существенное накопление ^ в почвах и вызвать изменения в функционировании почвенных экосистем даже в импактных зонах. Картина рассеяния валовой меди показывает, что уровень нако-
пления данного металла в почвах, скорее всего, отражает многолетний эффект от эмиссии его соединений (рис. 2).
Валовое содержание меди в среднем составляет 21.5 мг/кг и находится на уровне регионального геохимического фона (табл. 1). Как минимум пять ареалов с повышенным относительно фона содержанием Си можно связать с деятельностью предприятий НПУз. Аномалии малоконтрастные (Кк менее 2), возможно, пока они находятся в стадии формирования и при развитии производственных мощностей предприятий будут усиливаться. Содержание меди в почвах растет по мере утяжеления их гранулометрического состава (г=0.69; р<0.05).
Аномалий подвижных форм металла существенно меньше: медь прочно связывается с органическим веществом почв и глинистыми минералами (рис. 3). В районе НПУз локализовано два очага загрязнения подвижной медью, еще один вытянутый в направлении доминирующих ветров ареал примыкает к южной части городской застройки. Среднее содержание подвижных форм меди соответствует фоновым значениям.
Распределение значений относительной подвижности меди в почвах довольно однообразно. Подвижность меди максимальна в почвах селитебной зоны Нижнекамска (табл. 2). Медь, как и свинец, подвижна в легких почвах под лесами, покрывающими террасу р. Камы на западе. Уменьшение подвижности меди, как показал корреляционный анализ, связано с возрастанием в почвах доли частиц <0.01 мм.
Никель
Валовое содержание никеля в почвах Нижнекамска в среднем равно 44.7 мг/кг, находясь на уровне фона для тяжелых по гранулометрическому составу почв II литологической группы (Региональные ..., 2015). Количество превышений фонового норматива по № составляет 27% (табл. 1). На карте выделяется три незначительных по площади слабоконтрастных очага, ориентированных на северо-восток от промышленной зоны (рис. 2), где содержание № в 1.5-1.8 раз выше фонового. Два из них расположенных на землях сельскохозяйственного назначения, что предопределяет необходимость особого контроля подобных аномалий.
У никеля хорошо выражено изменение содержания в пределах функциональных зон: в ряду рекреационная, селитебная, промышленная и сельскохозяйственная зоны его содержание возрастает статистически достоверно (р<0.05) (табл. 2).
Среднее содержание подвижных форм никеля
в почвах Нижнекамска не превышает фонового. Количество случаев превышения норматива не достигает 15%, а максимальная величина превышения - 3 раза. В ряду рассматриваемых металлов это наиболее низкое значение и оно определенно связано с уровнем эмиссии металла в атмосферу (рис. 1, табл. 1, 2). В год от предприятий НПУз вовлекается в атмосферные циклы миграции около 33 кг никеля.
Как и для меди, подвижные формы никеля в почвах несколько контрастнее распределены по отношению к природному фону. В основном аномалии металла в почвах находятся к югу от НПУз (рис. 3). В пределах селитебной зоны Нижнекамска заметных аномалий № не зафиксировано (табл. 2).
Если ориентироваться на величину относительной подвижности № в почвах (табл. 1), то выявленные по абсолютным значениям аномалии в определенной мере нивелируются, не подтверждая, но и не опровергая факт техногенного прив-носа элемента в результате аэрального массопе-реноса. Более того, к северо-востоку от городской застройки появляются природные аномалии в песчаных почвах боровой террасы р. Камы, где они связаны со слабой сорбционной способностью почв.
Цинк
Вместе с кадмием и свинцом цинк входит в группу загрязняющих веществ 1 класса опасности. Цинк в группе анализируемых металлов располагается на первом месте по валовым объемам выбросов в атмосферу (рис. 1) (около 4373 кг/год), поэтому контроль его содержания в компонентах окружающей среды является приоритетным.
Валовое содержание цинка в почвах Нижнекамска в среднем составляет 52 мг/кг, что соответствует фоновому. При этом в трети проанализированных проб отмечены превышения нормативов (табл. 1).
По периметру промышленной зоны расположено несколько очагов загрязнения почв цинком: три из них находятся севернее НПУз, два - в его южной части (рис. 2). Есть также небольшой по площади очаг на западной границе СЗЗ, захватывающий садовые участки между промзоной и городом. Непосредственно в городе таких ареалов три, и они могут быть связаны не только с атмосферными выпадениями, но и с другими видами антропогенной деятельности.
Зонирование территории показывает, что селитебная и промышленная застройки имеют повышенный уровень валового 2п по сравнению с рекреационной и сельскохозяйственной зонами (табл. 2). Еще один очаг загрязнения почв рас-
44
российский журнал приклний экологии
положен южнее городской черты, он совпадает с аномалиями кадмия и свинца. Фон здесь превышен более чем в 2 раза.
В отличие от валового, среднее содержание подвижных форм цинка в 4 раза превышает фоновые значения. Количество случаев превышения норматива достигает 60%, а максимальное превышение - 99 (!) раз (табл. 1, 2). Таким образом, накопление подвижных форм гп в 25 раз более контрастнее, чем валовых, что свидетельствует о техногенной природе форм его соединений в почвах в зоне влияния НПУз.
Абсолютное содержание подвижного цинка и его доля об общего содержания достигают максимума в почвах селитебной зоны, будучи примерно на одном уровне в промышленной и рекреационной зонах (при этом выше регионального норматива), и только в сельскохозяйственных почвах уровень гп выходит на фоновые значения (табл. 2).
На карте распределения подвижного цинка (рис. 3) выделяется шесть очагов загрязнения в непосредственной близости от промышленной зоны. В селитебной зоне можно выделить три небольших ареала в северной, центральной и южной частях Нижнекамска, где уровень содержания гп в 2-3 раза выше фонового.
Увеличение подвижности цинка и других исследуемых металлов в почвах, расположенных на участках в непосредственной близости от НПУз, в границах его ССЗ, может быть в значительной степени связано с мобилизацией определенной группы их соединений вследствие кислотных выпадений из атмосферы соединений серы, в меньшей степени углерода и азота, а также других неорганических и органических веществ, присутствующих в составе выбросов НПУз и имеющих кислотную природу. На это же указывает и практически однородная картина пространственного изменения содержания подвижных форм большинства ТМ в почвах селитебной застройки (рис. 3).
Корреляционный анализ показал наличие положительной достоверной связи относительной подвижности четырех металлов с содержанием сульфатов в водной вытяжке из почв: Cd 0.19, ^ 0.20, гп 0.31, Мп 0.28 (р<0.05). Как уже было отмечено, три из вышеперечисленных металлов -кобальт, марганец и цинк - присутствуют в составе выбросов НПУз. Кадмий, хотя и не фигурирует в отчетности предприятий по форме 2ТП-воздух, имеет большое сродство к сере,его миграционные циклы в значительной мере определяются присутствием в среде серосодержащих соединений. Отсюда следует три важных вывода: 1) уве-
личение степени подвижности и, соответственно, степени экологического риска от загрязнения тяжелыми металлами почв Нижнекамска определяется не столько их суммарными объемами атмосферной эмиссии предприятиями Нижнекамского промышленного комплекса, сколько иными техногенными факторами, определяющими обстановки миграции ТМ в почвах и сопредельных средах; 2) в черте селитебной застройки Нижнекамска, за пределами единой санитарно-защит-ной зоны НПУз, не происходит заметного изменения подвижности тяжелых металлов 1-3 классов опасности в результате воздействия атмосферных выбросов нефтехимических предприятий; 3) увеличение подвижности тяжелых металлов в почвах вероятностно обусловлено антропогенной эмиссией в атмосферу сернистых соединений. Содержание сульфатов в почвах санитарно-защитной зоны существенно выше, чем за ее пределами.
Хром
Валовое содержание хрома в почвах Нижнекамска в среднем ниже регионального фонового значения (табл. 1). При этом объемы выбросов металла в атмосферу довольно значительны -2171 кг/год.
Участки загрязнения почв хромом широкой полосой тянутся к северо-востоку от промышленной зоны и выходят на территории, используемые в сельском хозяйстве: фон здесь превышен примерно в 1.5 раза (рис. 2). На юге от НПУз ареал загрязненных почв не так значителен и охватывает участки, удаленные от источников эмиссии не более чем на 1-1.5 км. Два небольших по площади ареала с повышенным относительно фона уровнем располагаются вблизи границ селитебной зоны, где в почвах содержится 30-35 мг/кг валового хрома. Вероятнее всего, это небольшие природные аномалии, обусловленные геохимическим составом пород.
Среднее содержание подвижных форм хрома в почвах Нижнекамска соответствует фоновым значениям - 0.4 мг/кг. Почти в половине исследуемых образцов почв отмечено превышение норматива (табл. 1). Уровень содержания подвижных форм & хорошо коррелирует с объемом его выбросов в атмосферу (рис. 1). Хром является одним из малоподвижных элементов в зоне гипергенеза, так как прочно удерживается в составе почвенно-погло-щающего комплекса, а значительная часть металла сосредоточена в первичных минералах и слабо мобилизуется даже в кислых почвах. Поэтому любое заметное накопление подвижных форм & чаще всего обусловлено присутствуем в почвах соединений техногенного генезиса.
Взаимосвязь источников атмосферной эмис-
сии и накопления подвижных форм хрома наглядно иллюстрирует карта его распределения в почвах (рис. 3): «шлейф» с аномальным содержанием Сг вытянут на довольно большое расстояние в направлении к юго-востоку от промзоны. В дополнение к нему отметим два еще более контрастных очага, в центре которых коэффициент концентрации достигает максимальных значений в границах исследованной территории - 5.0-7.4.
Контуры аномалий, выделенных по относительному и абсолютному содержанию подвижных форм Сг, в целом совпадают. Не выделяемые по абсолютному содержанию, но более контрастные ареалы Сг по степени его подвижности, присутствуют в селитебной застройке. Два из них локализованы на ул. Химиков, третий - в районе автовокзала.
Марганец
Формы соединений марганца в почвах многообразны и обусловлены как его химическими свойствами, так и особенностями геохимии в окружающей среде. Марганец, как и большинство исследуемых металлов, более подвижен в кислой среде, а в нейтральных и щелочных почвах прочно фиксируется.
Валовое содержание Мп в почвах Нижнекамска в среднем составляет 800 мг/кг, что на 10% выше регионального фона. Объемы выбросов марганца в атмосферу предприятиями НПУз составляют 1256 кг/год (рис. 1). В этой связи Мп следует рассматривать в числе приоритетных металлов, подлежащих почвенному мониторингу в зоне влияния НПУз.
Перенос соединений марганца от источников выбросов аэральными потоками рассеяния идет в направлении господствующих ветров: на северо-восток, восток, юго-восток. Отдельные очаги загрязнения Мп присутствуют на юге и юго-западе от промышленной зоны (рис. 1). Много марганца содержится в почвах сельскохозяйственных угодий. В пределах городской черты очагов загрязнения не выявлено (табл. 2). Это касается не только валовых, но и подвижных его форм.
Среднее содержание подвижных форм марганца в почвах Нижнекамска соответствует фоновым значениям. Крупный очаг загрязнения Мп захватывает практически всю территорию НПУз и ориентирован с запада на восток. Еще три небольших очага присутствуют по периметру промышленной зоны (рис. 3). Природная аномалия элемента расположена в северо-восточной части города и локализована в супераквальном ландшафте левобережной поймы р. Камы, где Мп не только фиксируется в почвах в условиях периодической смены окислительно-восстановительного
режима при колебании уровня грунтовых вод в пределах почвенного профиля, но и имеет высокую подвижность в восстановительной среде гумусовых горизонтов аллювиальных почв.
Заключение
В промышленной зоне г. Нижнекамска современный уровень загрязнения почв металлами формируется в результате выбросов источников, расположенных на территории НПУз, а по отдельным элементам дополнительный пул поллю-тантов, аккумулированных в почвах, привносит автотранспортное загрязнение.
По валовому содержанию металлов существенных отклонений от фоновых значений не выявлено, уровень загрязнения оценивается как «слабый». По наличию контрастных очагов загрязнения среди металлов выделяются медь, цинк и марганец.
Подвижные формы ТМ представляют наибольшую потенциальную угрозу для стабильного функционирования почвенной экосистемы. Наиболее сильно относительное накопление подвижных металлов в почвах Нижнекамска выражено у свинца, меди и цинка. Количество очагов, в границах которых коэффициент концентрации металлов над фоном выше 2, составляет у кадмия - 1, свинца - 3, меди - 6, цинка - 7, марганца - 8. В селитебной зоне Нижнекамска, за пределами единой санитарно-защитной зоны НПУз, заметного изменения подвижности ТМне выявлено. В буферной зоне, отделяющей город от НПУз, ареалы загрязнения почв подвижными формами металлов также присутствуют, однако превышения фона в них выражены значительно слабее благодаря процессам «рассеивания» примесей, характерным для техногенных и природных форм соединений металлов.
Список литературы
1. Александрова А.Б., Иванов Д.В., Кулагина В.И., Ма-ланин В.В., Марасов А.А., Паймикина Э.Е., Хасанов Р.Р. Почвы г. Нижнекамска // Российский журнал прикладной экологии. 2017. №3. С. 22-27.
2. Алексеенко В.А., Добровольский В.В., Яншин А.Л., Алещукин Л.В., Безпалько Л.Е. Цинк и кадмий в окружающей среде. М.: Наука, 1992. 197 с.
3. Игонин Е.И., Шлычков А.П., Шагидуллин А.Р., Шаги-дуллин Р.Р. Оптимизация региональной системы мониторинга атмосферного воздуха на примере г. Нижнекамска // Российский журнал прикладной экологии. 2016. №3. С. 33-39.
4. РД 52.18.191-89. Методические указания. Методика выполнения измерений массовой доли кислоторастворимых форм металлов (меди, свинца, цинка, никеля, кадмия) в пробах почвы атомно-абсорбционным анализом.
5. РД 52.18.289-90. Методические указания. Методика выполнения измерений массовой доли подвижных форм металлов (меди, свинца, цинка, никеля, кадмия, кобальта,
российский журнал приклний экологии
хрома, марганца) в пробах почвы атомно-абсорбционным анализом.
6. Региональные нормативы «Фоновое содержание тяжелых металлов в почвах Республики Татарстан». Приказ Министерства экологии и природных ресурсов РТ от 30.12.2015 г №1134-к.
D.V. Ivanov, R.R. Shagidullin, A.B. Alexandro-va, V.V. Malanin, A.A. Marasov, E.E. Paimikina, V.S. Valiev, R.R. Khasanov. Spatial distribution of heavy metals in soils of Nizhnekamsk city.
The character of the spatial distribution of heavy metals (Cd, Pb, Co, Cu, Ni, Zn, Cr, Mn, Fe) in the soil cover of Nizhnekamsk city (the Republic of Ta-tarstan) one of the largest centers of the petrochemical industry in Russia is investigated. It is shown that the observed level of soil contamination with metals is formed as the result of atmospheric emissions of
sources located on the territory of the Nizhnekamsk industrial hub as well as under the influence of the road transport pollution. The main sources of the soil contamination by gross and mobile forms of metals are concentrated near the emission sources and their shape and intensity depend on the parameters of emissions dispersion. According to the gross content of metals in soils, there are no significant deviations from regional background values, the level of pollution is estimated as «weak». The most potential danger for the soil ecosystem within the boundaries of a single sanitary protection zone of enterprises is represented by mobile forms of metals, primarily compounds of lead, copper and zinc. In the residential zone of Nizhnekamsk there was no noticeable change in the mobility of heavy metals in comparison with the background.
Keywords: Nizhnekamsk industrial hub; soil; heavy metals; pollution; geochemical mobility.
