CC BY
173
УДК : 546.3 : 351.777
СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВЕ Г. ЧЕЛЯБИНСКА
А.И. Семенов, А.В. Кокшаров, Ю.И. Погодин
Управление Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Челябинской области, Челябинск, Россия
Изучение содержания тяжелых металлов в почве г. Челябинска проведено по данным регионального информационного фонда социально-гигиенического мониторинга (РИФ СГМ) за 2014 г. В мониторинговых точках определяли фактическое содержание валовых и подвижных форм марганца, цинка, кадмия, ртути, свинца, мышьяка, меди, никеля. Установлено превышение значений фонового содержания в г. Челябинске - свинца (валовая форма) в 1,7 раз, цинка (валовая форма) в 2,6 раз и подвижной формы в 1,4 раза, ртути (валовая форма) в 3,0 раза. Превышение других металлов отмечено в отдельных районах города.
Ключевые слова: загрязнение почвы, валовые и подвижные формы загрязнителей -марганец, цинк, кадмий, ртуть, свинец, мышьяк, медь, никель
THE CONTENT OF HEAVY METALS IN CHELYABINSK SOILS Semyenov A.I., Koksharov A.V., Pogodin Yu.I.
Management Agency of Rospotrebnadzor (Chelyabinskay oblast), Chelyabinsk, Russia
The study of heavy metals in the soil of Chelyabinsk conducted according to the Regional Information Fund social and hygienic monitoring (SHM RIF) for 2014. The monitoring points are determined by the actual content of total and mobile forms of manganese, zinc, cadmium, mercury, plumbum, arsenic, copper, nickel. Excess of values of background content in Chelyabinsk -plumbum (total form) of 1,7 times, zinc (total form) of 2,6 times and mobile forms of 1,4 times, mercury (total form) of 3,0 times. Excess other metals noted in some areas of the city. Key words: soil pollution, total and mobile forms of pollutants - manganese, zinc, cadmium, mercury, plumbum, arsenic, copper, nickel
Почва играет исключительную роль в жизни человека, являясь главным элементом биосферы, где происходит миграция и обмен всех экзогенных химических веществ нашей планеты. Почва является трехагрегатной, полидисперстной и структурно гетерогенной системой, в состав которой входят твердая, жидкая и газообразная составляющая. Одновременно на состояние почвы оказывает влияние входящая в ее состав органоминеральная система. Все перечисленное способствует улавливанию и концентрированию токсических веществ. Загрязняющие вещества способны аккумулироваться в почве из воздуха и в результате поступления с водой, а также в результате естественного обратного процесса диффузии химических веществ. В то же время почва является наиболее активным природным объектом, способным разрушать и рассеивать токсические вещества [2].
Результаты обследования почв учитываются при определении и прогнозировании степени их опасности для здоровья и условий проживания людей в населенных пунктах, профилактике инфекционных и неинфекционных заболеваний, схем районной планировки охраны водосборных территорий.
Целью исследования явилось определение содержания валовых и подвижных форм тяжелых металлов (ТМ) в почвах 7-ми районов г. Челябинска: Центральном, Калининском, Курчатовском, Советском, Тракторозаводском, Металлургическом, Ленинском, подверженных различной степени техногенного воздействия.
Задачи:
1. исследовать накопления ТМ почвами по районам г. Челябинска;
2. сопоставить полученные фактические значения с фоновым содержанием ТМ в городе.
Материалы и методы. В рамках СГМ осуществляется наблюдение за содержанием вредных компонентов в почве в 14 мониторинговых точках семи районов г. Челябинска. Отбор проб и проведение химического анализа выполнено на базе Аккредитованного Испытательного лабораторного центра ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Челябинской области». Санитарно-химическая оценка почвы проведена по содержанию кадмия, марганца, меди, мышьяка, никеля, ртути, свинца, цинка.
Результаты и их обсуждение. Исследуемые тяжелые металлы подразделены на три класса опасности - таблица 1.
Таблица 1
Классы опасности химических веществ-загрязнителей почвы районов г. Челябинска
Классы опасности Химическое загрязняющее вещество
1 Мышьяк, Кадмий, Ртуть, Свинец, Цинк
2 Никель, Медь
3 Марганец
По данным О.Я. Соколовой и соавт. (2006), основными источниками антропогенного поступления ТМ в природную среду являются предприятия промышленности: тепловые электростанции, металлургические заводы, транспорт [8]. Так, ведущими отраслями промышленного производства в г. Челябинске являются: металлургическое производство и производство готовых металлических изделий (Предприятия группы «Мечел», ОАО «Челябинский электрометаллургический комбинат», ОАО ЧТПЗ, ОАО «ЧЦЗ»), производство и распределение электроэнергии, газа и воды (ОАО «Фортум» - филиалы: «ТЭЦ-1», «ТЭЦ-2», «ТЭЦ-3», «ЧГРЭС»). Согласно информации Главного управления внутренних дел Челябинской области, Управления ГИБДД в г. Челябинске на 01.01.2015 зарегистрировано 406590 единиц транспортных средств.
В почвенных образцах определяли содержание валовых (кислоторастворимых) и подвижных (водорастворимых) форм ТМ. Общую загрязненность почвы характеризует валовое количество ТМ, которое является фактором емкости, отражающим потенциальную опасность загрязнения растительной продукции, инфильтрационных и поверхностных вод. В
свою очередь, доступность элементов для растений определяется их подвижными формами [6,8].
Загрязнение городской среды свинцом происходит главным образом за счет выбросов автомобильного транспорта (этилированный бензин) - 60,0 %, предприятий цветной металлургии - 22,0 %, производства железа, стали, ферросплавов - 11,0 % и др. [5,8]. Фоновое содержание свинца в почве г. Челябинска составляет 20 мг/кг. Значение фактической концентрации свинца превышает фоновую концентрацию в Советском (в 2,2 раза), Калининском (в 1,4 раза), Тракторозаводском (в 1,9 раза), Металлургическом (в 3,5 раза), Центральном (в 1,1 раз) районах и в среднем по г. Челябинску (в 1,7 раз), рис. 1. Превышение валового содержания ПДК по свинцу (ГН 2.1.7.2041-06 - 32,0 мг/кг) зарегистрировано в Советском, Тракторозаводском и Металлургическом районах города. ПДК для подвижной формы свинца (6,0 мг/кг) не превышена.
80 70 60 50 40 30 20 10 0
69,9
44 / \
38,4 / \ 33 7
А4 ч у Ч 28 \ ■
\ 16,6 . 22,5
г 5,1 5,8 7
0,5__А — 2,1 —А— 2,9 4 -*----*-- __0,4 --*- 2,5 -*- 2,7 -▲
—■ -Свинец (валовая форма)
Свинец (подвижная форма)
Рисунок 1. Содержание свинца в почве г. Челябинска (мг/кг)
Основным источником поступления цинка в окружающую среду являются выбросы цинковых плавильных предприятий (60,0 %), при производстве железа, стали, сплавов (13,0 %), в результате сжигания отходов (17,0 %) и древесины (6,0 %) [8]. Фоновое содержание цинка в почве г. Челябинска - 80 мг/кг. Значение фактической концентрации цинка превышает фоновую концентрацию в Курчатовском (в 1,3 раза), Советском (в 2,0 раза), Калининском (в 2,4 раза), Тракторозаводском (в 3,6 раза), Металлургическом (в 5,1 раза), Ленинском (в 1,5 раза), Центральном (в 1,9 раза) районах и в среднем по городу (в 2,6 раза). Превышение ОДК по валовому содержанию цинка (ГН 2.1.7.2511-09 - 220 мг/кг) отмечается в Тракторозаводском и Металлургическом районах. Превышение ПДК по подвижной форме цинка (ГН 2.1.7.2041-06 - 23,0 мг/кг) зарегистрировано в Калининском, Тракторозаводском, Металлургическом, Центральном районах и в целом по городу, рис. 2.
450 400 350 300 250 200 150 100 50 0
407,1
Л
285,5
^ Л / ч ...
194,^ \ 204
162,8 \ 118 7 153,5 -----
106,5
*Г9 Х20,2 " — А 49 5 ^^1,2 49,5 — 19 — 24,7 *32,5
■Цинк (валовая форма)
•Цинк (подвижная форма)
Рисунок 2. Содержание цинка в почве г. Челябинска (мг/кг)
Основными источниками поступления меди являются: сжигание топлива (22,0 %), производство железа, стали, ферросплавов (11,0 %) и др. [8]. Фоновое содержание меди в почве г. Челябинска - 50 мг/кг. Значение фактической концентрации меди превышает фоновую концентрацию в Тракторозаводском районе в 1,4 раза. Превышения ПДК по подвижной форме меди (ГН 2.1.7.2041-06 -3,0 мг/кг) в районах города не зарегистрировано, рис. 3.
80 70 60 50 40 30 20 10 0
27,8
0 к-
68,7
Ж
/ \
40,7
/
\
40,3
36,7
40,8
41,8
0,2 -к-
0 -к-
0 -к-
0 ~к~
0 -к~
0 -к~
0,03 —к
■Медь (валовая форма)
\\еУ
• Медь (подвижная форма)
Рисунок 3. Содержание меди в почве г. Челябинска (мг/кг)
Уровень загрязнения почвы никелем зависит от почвообразующих процессов и техногенного воздействия. Фоновое содержание никеля в почве г. Челябинска - 50 мг/кг. Значение фактической концентрации никеля превышает фоновую концентрацию в Тракторозаводском районе в 1,1 раз. Превышения ПДК по подвижной форме никеля (ГН 2.1.7.2041-06 - 4,0 мг/кг) в районах города не зарегистрировано, рис. 4.
Рисунок 4. Содержание никеля в почве г. Челябинска (мг/кг)
Основными источниками поступления марганца в г. Челябинске являются предприятия металлургии. Фоновое содержание марганца в почве г. Челябинска - 800 мг/кг. Значение фактической концентрации марганца превышает фоновую концентрацию в Металлургическом районе в 1,3 раза. Превышения ПДК по подвижной форме марганца (ГН 2.1.7.2041-06 - 500,0 мг/кг) в районах города не зарегистрировано, рис. 5.
1200 1000 800 600 400 200 0
,-ЛА
1021,8
754,2
641,2 537,5 667,5 ___ ШГ V564,2 553,3 6//,1
яг' ■ ■
134,8 99
33 h- 56,2 -*- 75,5 -*- --*- -А - 50,8 —А- 78,3 -*- 75,4 -▲
■ Марганец (валовая форма)
> Марганец (подвижная форма)
Рисунок 5. Содержание марганца в почве г. Челябинска (мг/кг)
По данным В.И. Архангельского и соавт. (2012) эксплуатация промышленных предприятий и современных тепловых электростанций сопровождается образованием пылегазовых выбросов, содержащих более 40 токсичных соединений, включая как вышеуказанные, так и мышьяк, ртуть, кадмий и др. [1].
Фоновое содержание кадмия в почве г. Челябинска - 1,0 мг/кг. Значение фактической концентрации кадмия превышает фоновую концентрацию в Металлургическом районе в 2,2 раза. Превышение ОДК по валовому содержанию кадмия (ГН 2.1.7.2511-09 - 2,0 мг/кг) также отмечается в Металлургическом районе, рис. 6.
2,5
1,5
0,5
1,9 2,2 А
1,4 , 1,7 1,5 ..••• .......; / / .......у...... % 1,8 ...........у
9" V / / / / \ \ \ \
/ \ \ \ \ 0,5
0,04 0,2 _ --- 0,3 0 1 0,06 0,1 _ \ 0 1 * 0,1 _ \ 0,03 - 0,06
V* л ^л л О-*
— Кадмий Мышьяк
л о-**
V**
- Ртуть
2
1
0
Рисунок 6. Валовое содержание кадмия, мышьяка, ртути в почве г. Челябинска (мг/кг)
Фоновое содержание мышьяка в почве г. Челябинска - 5,0 мг/кг. Значение фактической концентрации мышьяка в районах города не превышает фоновую концентрацию, рис. 6.
Фоновое содержание ртути в почве г. Челябинска - 0,02 мг/кг. Значение фактической концентрации ртути в районах города превышает фоновую концентрацию в Курчатовском (в 2,0 раза), Советском и Калининском (в 3,0 раза), Тракторозаводском и Металлургическом (в 5 раз), Ленинском (в 1,5 раза), Центральном (в 2,5 раза) районах и в целом по городу (в 3,0 раза), рис. 6.
Оценка опасности загрязнения почв комплексом ТМ по суммарному показателю загрязнения (2С) представлена в таблице 2.
Уровень загрязнения почвы тяжелыми металлами во всех районах г. Челябинска в санитарно-химическом отношении имеет допустимую категорию.
Таблица 2
Классификация районов г. Челябинска по суммарному показателю загрязнения (гс) (МУ 2.1.7.003-97)
№ Район Суммарный показатель загрязнения ( ) Категория загрязнения Возможные изменения показателей здоровья населения
1- Металлургический 12,1 Допустимая Наиболее низкий
уровень заболеваемости детей и минимальная частота встречаемости функциональных отклонений.
2. Тракторозаводский 7,9 Допустимая
3. Калининский 2,7 Допустимая
4. Советский 2,9 Допустимая
5. Курчатовский -0,4 Допустимая
6. Ленинский -0,7 Допустимая
7. Центральный 1 1,4 Допустимая ]
Подводя итог, можно сделать вывод:
1. Проанализировано содержание валовых и подвижных форм тяжелых металлов в мониторинговых точках 7-ми административных районов г. Челябинска.
2. Отмечено превышение валового содержания ПДК по свинцу в Советском, Тракторозаводском и Металлургическом районах города.
3. Установлено превышение ОДК по валовому содержанию цинка в Тракторозаводском и Металлургическом районах. Превышение ПДК по подвижной форме цинка зарегистрировано в Калининском, Тракторозаводском, Металлургическом, Центральном районах и в целом по городу.
4. Превышение ОДК по валовому содержанию кадмия отмечается в Металлургическом районе.
5. Превышение фоновых содержаний отмечено:
- по свинцу (Советский, Калининский, Тракторозаводский, Металлургический, Центральный районы и в среднем по г. Челябинску);
- по цинку (Курчатовский, Советский, Калининский, Тракторозаводский, Металлургический, Ленинский, Центральный районы и в среднем по городу);
- по меди (Тракторозаводский район);
- по никелю (Тракторозаводский район);
- по марганцу (Металлургический район);
- по кадмию (Металлургический район);
- по ртути (Курчатовский, Советский, Калининский, Тракторозаводский, Металлургический, Ленинский, Центральный районы и в целом по городу).
6. Уровень загрязнения почвы тяжелыми металлами во всех районах г. Челябинска в санитарно-химическом отношении имеет допустимую категорию.
Список литературы:
1. Архангельский, В.И. Гигиена. Compendium: учебное пособие / В.И. Архангельский, П.И. Мельниченко. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2012. - 392 с.
2. Большаков, А.М. Общая гигиена: учебное пособие / под ред. А.М. Большакова, В.Г. Май-мулова. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2006. - 736 с.
3. ГН 2.1.7.2041-06. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве : утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 19 января 2006 г..
4. ГН 2.1.7.2511-09. Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК)химических веществ в почве : утв. постановлением Главного государственного санитарного врача РФ от 18 мая 2009 г. № 32.
5. Иванов, В.П. Общая и медицинская экология: учебник / В.П. Иванов, О.В. Васильева, Н.В. Иванова; под общ.ред. В.П. Иванова. - Ростов н/Д: Феникс, 2010. - 508 с.
6. Морозова, Н.А. Аккумуляция тяжелых металлов в почвах и растениях урбосреды / Н.А. Морозова, Н.В. Прохорова // Университет им. В.И. Вернадского. - 2007. - № 4(10), Т. 1. -С. 77-81.
7. МУ 2.1.7.003-97. Контроль за загрязнением почвы. Центр государственного санитарно-гигиенического надзора в Челябинской области, 1997. - 16 с.
8. Соколова, О.Я. Влияние техногенного воздействия на содержание валовых и подвижных форм тяжелых металлов в почвах / О.Я. Соколова, А.В. Стряпков, С.В. Антимонов, С.Ю. Соловых // Вестник ОГУ. - 2006. -№ 2, Т. 2. - С. 35-42.
