CC BY
53
УДК 504.64.2
DOI: 10.24411/1728-323X-2020-14113
ТРАНСФОРМАЦИЯ ГОРОДСКИХ ПОЧВ ПОД ВЛИЯНИЕМ ТЕХНОГЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
Н. В. Каверина, к. г. н,
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Воронежский государственный университет», knataliy@mail.ru, Воронеж, Россия
Основные истоки проблем территорий занимаемых городами кроются в концентрации производственных мощностей, неуклонном росте населения и, как следствие, количества транспорта. Это сочетание неизбежно порождает комплекс вопросов социального и экономического характера. Финансовые кризисы ухудшают благосостояние городов, что в свою очередь влияет на их инфраструктуру, качество жизни и здоровье населения [1, 5].
Промышленные города за счет производств концентрируют вещества природного и техногенного происхождения, которые на местах могут формировать локальные и даже региональные геохимические аномалии в различных компонентах ландшафта. Среди всех взаимосвязанных компонентов окружающей среды особое место принадлежит почвам, как депонирующей, аккумулирующей среде.
На примере крупнейшего промышленного центра Центрально-Черноземного региона — города Воронежа — выполнен почвенный геоэкологический мониторинг. Выделены основные источники техногенного загрязнения города: промышленные зоны, энергетические объекты, транспорт, предприятия коммунальной сферы.
Крупные предприятия, загрязняющие почвенный покров Воронежа, сосредоточены в промышленных зонах Советского, Коминтерновско-го и Левобережного районов. Целью настоящего исследования являлось выявление устойчивых техногенных аномалий.
Почвенные образцы исследовались на базе собственной эколого-аналитической лаборатории факультета, а также в лаборатории Федеральной службы по надзору в сфере природопользования (Росприроднадзор).
Картографирование выполнено с применением программы MapInfo Pro на базе факультета географии, геоэкологии и туризма Воронежского государственного университета.
The main sources of the problems of the territories occupied by cities lie in the concentration of production capacities, the steady growth of the population and, as a result, the amount of transport. This combination inevitably gives rise to a complex of social and economic issues. Financial crises worsen the well-being of cities, which in turn affects their infrastructure, quality of life and public health.
Industrial cities at the expense of production concentrate substances of natural and man-made origin, which locally can form local and even regional geochemical anomalies in various components of
Введение
Проблемы ландшафтно-геохимической организации территории города Воронежа кроются в его сложном историческом прошлом. В годы Великой Отечественной войны на территории города шли ожесточенные бои. С июля 1942 по январь 1943 года правобережье Воронежа было оккупировано противником, который его активно грабил и уничтожал. К моменту освобождения от города осталось не более пяти процентов зданий.
До настоящего времени в Воронеже звучит эхо войны. Послевоенные постройки из шлакоблоков — это значительная часть ветхого жилого фонда города. При реконструкции старых районов строители регулярно находят мины, снаряды и бутылки с зажигательной смесью, состоящей из белого фосфора и сероуглерода.
Городской ландшафт правого берега фактически сформирован на руинах и остатках зданий. Так, при строительстве ЖК «Финист» на улице Революции 1905 года, при сносе производственных корпусов мыловаренного завода обнаружены остатки фундамента и часть здания трубочного завода товарищества «В. Г. Столль и К» существовавшего на этом месте ранее.
Озеленение Воронежа и его пригородов быстро растущими и пылящими тополями тоже результат послевоенного периода. Замена зеленых насаждений новыми устойчивыми и неприхотливыми видами — это длительный процесс, требующий тщательно проработанных решений.
В настоящее время Воронеж по индексу качества городской среды занимает всего лишь двенадцатое место среди пятнадцати городов миллионников России, существенно уступая лидеру (г. Москва) по качеству озеленения и развитию улично-дорож-ной сети. Эта оценка была дана Министерством строительства и жилищно-коммунального хозяйства (Минстрой России) во исполнение Указа Президента РФ от 7 мая 2018 года № 204 «О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации на период до 2024 года» и национального проекта «Жилье и городская среда».
Работы по оценке воздействия на окружающую среду в Воронеже выполняются регулярно для новых и реконструируемых объектов строительства. Нормативными документами регулируются взаимоотношения в природных и техногенных системах. Обязательным этапом инженерно-экологических изысканий является получение достоверных данных об экологическом и геохимическом состоянии почвенного покрова. Условием достоверности полученных материалов является информация об источниках загрязнения окружающей среды, фактические данные о региональных фоновых значениях наиболее распространенных загрязнителей.
the landscape. Among all the interconnected components of the environment, a special place belongs to soils, as a depositing, accumulating medium.
In the case study of the largest industrial center of the Central Black Earth Region — the city of Voronezh — soil geoecological monitoring was carried out. The main sources of technogenic pollution of the city are highlighted: industrial zones, energy facilities, transport, utilities.
Large enterprises that pollute the soil cover of Voronezh are concentrated in the industrial zones of the Soviet, Kominternovsky and Levoberezhny Districts. The purpose of this study was to identify persistent technogenic anomalies.
Soil samples were studied on the basis of the faculty's own ecological-analytical laboratory, as well as in the laboratory of the Federal Service for Supervision of Nature Management.
Mapping was carried out using MapInfo Pro software at the Faculty of Geography Geoecology and Tourism of Voronezh State University.
Ключевые слова: почвенный покров, аномалии, приоритетные загрязнители, химический анализ, предельно-допустимая концентрация (ПДК), ориентировочная допустимая концентрация (ОДК), суммарный показатель загрязнения.
Keywords: soil cover, anomalies, priority pollutants, chemical analysis, maximum permissible concentration (MPC), approximate permissible concentration (APC), total pollution indicator.
Модели и методы
Воронеж — сложный для изучения объект, в современной ландшафтной и функциональной структуре которого преобладают антропогенные (техногенные) составляющие, сочетающиеся с природными комплексами [3]. Территория города представляет собой слабо организованный набор функциональных зон, формировавшийся длительный исторический период [2].
Город Воронеж разделен Воронежским водохранилищем на правобережную и левобережную часть. Для каждой части характерны различные типы почв. Левобережная часть в основном представлена дерново-лесными песчаными и супесчаными почвами. На правобережье преобладают черноземы суглинистые различной мощности. В результате интенсивного освоения территории покров города изменился и представлен антропогенно -преобразованными почвами — урбаноземами.
В настоящее время в России отсутствуют единые критерии диагностики почв урбанизированных ландшафтов. Нами использована классификация преобразованных почв и предложенная на ее основе почвенная карта Воронежа [4].
Оценка кислотно-основных свойств почв, наряду с почвенной текстурой, осуществляется при инженерно-экологических изысканиях. Для оценки кислотности почв используют две группы показателей водородного показателя. По ГОСТ 17.5.4.01—84 производится измерение рН водной вытяжки (актуальной кислотности почв). Обменную кислотность определяют по ГОСТ 26489—85 и выражают в единицах рН солевой вытяжки (1М KCl).
Обменный аммоний в почве наиболее доступен для растений. Его экстракция из почвы осуществляется раствором KCl (2 %) по ГОСТ 26489—85.
Почвенные образцы исследовались на содержания индикаторов техногенного загрязнения — тяжелых металлов (ТМ). Приготовления почвенных вытяжек для определения валового содержания металлов проводилось по общепринятым методикам с последующим приборным анализом на атомно-абсорбционном спектрометр «СПЕКТР-4» и на вольтамперометрическом анализаторе «ТА-4».
Погрешность измерения при доверительной вероятности Р = 0,95 составила от 15 до 30 % по всем диапазонам измерений. Степень загрязнения ТМ оценивалась по коэффициенту концентрации (Кс), рассчитанного как превышение содержаний над ПДК (ОДК). Выделение аномалий выполнено по расчеты суммарных показателей загрязнения (Zc).
Результаты и обсуждение
По реакции рН почвы города можно отнести к слабокислым, нейтральным и слабощелочным (табл. 1). Значения изменяются в широком диапазоне, который существенно различается по функциональным зонам.
На правобережье города почвы промышленных территорий сохранили слабощелочные значения рН, которые демонстрируют тенденцию к снижению до нейтральных показателей. Кислотность почв левобережья уменьшилась и достигла щелочной реакции среды.
Относительным показателем, характеризующим плодородие почвенного покрова, является содержание обменного аммония. Его содержание в почвах города не однородно, но 1,2 раза ниже фоновых значений. Недостаток внимания или просто отсутствие контроля над плодородием городских почв не позволяет своевременно реагировать на неблагоприятные уровни содержания элементов питания. В долгосрочной перспективе это приведет к угнетению растительной составляющей городского ландшафта.
Под влиянием подщелачивания городские почвы трансформируются, а способность к миграции ряда тяжелых металлов снижается. Это в свою очередь приводит к их накоплению в различных формах (табл. 2).
Исследованные элементы по-разному выделяются в городских почвах. Наибольшее концентрирование характерно для свинца. Его концентрации в почвах промышленных территорий были наибольшими по сравнению с остальными. В транспортных функциональных зонах его концентрации ожидаемо были максимальными на центральных улицах с интенсивным движением.
Для почв Воронежа характерен дефицит микроэлементов — меди и цинка. В этой связи обнаружение высокие концентрации в почвах транспортных и промышленных зон позволяет говорить о техногенных источниках их образования. Источником выделения меди и цинка в
* ПФЗ — промышленные функциональные зоны, ТФЗ — транспортные, СФЗ — селитебные, РФЗ — рекреационные.
Таблица 2 Содержание тяжелых металлов (мг/кг) в поверхностном (0—20 см) слое почв города Воронежа
Показатель Свинец Кадмий Медь Цинк Никель
Промышленные функциональные зоны
Среднее 69,3 1,27 23,83 14,37 7,42
min 3,04 0,12 2,96 0,38 0,2
max 453 8,02 93,02 123,80 14,22
Транспортные функциональные зоны
Среднее 17,73 0,17 17,00 70,60 9,68
min 0,79 0,03 4,13 0,61 1,17
max 48,6 0,72 45,71 210,3 16,6
Рекреационные функциональные зоны
Среднее 7,7 0,06 6,39 11,01 5,52
min 0,59 0,02 0,42 0,26 1,99
max 18,73 0,15 14,02 36,86 8,65
Селитебные функциональные зоны
Среднее 14,52 0,18 11,83 6,15 6,11
min 0,00 0,00 3,32 1,98 2,25
max 40,50 0,44 26,70 10,42 10,2
промышленных зонах могут быть химические и механические процессы обработки металлов, а загрязнение придорожных почв связано с влиянием техники.
Промышленные территории города «богаты» кадмием: средние концентрации в почвах функциональных зон превышают ПДК.
На основе полученных данных была построена карта суммарных показателей загрязнения почв города Воронеж (рис. 1).
Расчет суммарных показателей загрязнения (2е) относительно предельно допустимых концентраций позволяет сравнить степени загрязнения почв различных городов.
Как и множество других промышленно развитых городов почвенный покров в Воронеже содержит избыточные концентрации металлов, что позволяет выделять контрастные участки, которые тяготеют к техногенным источникам. Например, ТЭЦ влияют на окружающую среду, формируя поля концентрации в радиусе 5—10 км.
Отдельные геохимические аномалии, выделенные на карте города, формируют пеструю картину, которая часто не отражает реальную оценку состояния среды.
Распре деление элементов во многом определяется ландшафтно-геохимическими условиями. Аномалии содержания металлов наиболее оче-
Таблица 1
Показатели и содержания в поверхностном (0—20 см) слое почв города Воронежа
Показатель ПФЗ* ТФЗ СФЗ РФЗ фон
рНвод ед рН
Среднее 7,49 7,39 6,5 6,01 6,74
min 6,65 6,12 5,0 5,2 —
max 8,15 8,33 7,86 7,21 -
рНсол ед рН
Среднее 7,29 7,12 6,02 5,73 6,55
min 6,68 6,24 3,86 4,21 —
max 7,66 8,14 7,49 7,17 —
Обменный аммоний, мг/кг
Среднее 9,78 9,59 9,88 9,13 12,21
min 2,50 2,50 2,5 2,49 —
max 23,66 27,86 26,9 15,28 —
Рис. 1. Суммарное загрязнение почв Воронежа (по Тс)
видны с наветренной стороны источников выделения загрязняющих веществ. Они активно накапливаются во временных пересыхающих водотоках и в ложбинах стока неочищенных дождевых и талых вод.
Заключение
В поверхностных горизонтах почв Воронежа происходят процессы подщелачивания почвенного покрова, изменяется величина показателя
рН. Это в свою очередь влияет на растворимость тяжелых металлов, концентрирует их. Загрязнения тяготеют к центрам геохимических аномалий в промышленной и транспортной функциональных зонах.
Недостаток элементов питания на фоне избыточного техногенного воздействия неизбежно приводит к деградации почвенного покрова в городе. В свою очередь это влияет на растительные ассоциаций на территории города.
Библиографический список
1. Глазовская М. А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов / М. А. Глазовская. — М.: Географический ф-т МГУ. — 2007. — 350 с.
2. Касимов Н. С., Власов Д. В. Тяжелые металлы и металлоиды в почвах российских городов // Вестник Московского государственного университета. Серия 5: География. — 2018. — № 3. — С. 14—22.
3. Медико-экологический атлас города Воронежа / С. А. Куролап, О. В. Клепиков, П. М. Виноградов и др.; Русское географическое общество, Воронежский государственный университет, Центр гигиены и эпидемиологии в Воронежской области. — Воронеж, 2019. — Электронный ресурс: http://www.geogr.vsu.ru/atlas.htm.
4. Середа Л. О., Яблонских Л. А., Куролап С. А. Мониторинг эколого-геохимического состояния почвенного покрова города Воронежа // Вестник Волгоградского государственного университета. Сер. Естественные науки. — 2015. — № 2. — С. 66—72.
5. Kosheleva N. E., Vlasov D. V., Korlyakov I. D., Kasimov N. S. Со^аттайоп of urban soils with heavy metals in Moscow as affected by building development // Sci. Total. Environ. — 2018. — 636 (5). — Р. 854—63.
TRANSFORMATION OF URBAN SOILS UNDER TECHNOGENIC IMPACTS
N. V. Kaverina, Ph.D. in Geography, Voronezh State University, knataliy@mail.ru, Voronezh, Russia References
1. Glazovskaya M. A. Geochemistry of natural and man-made landscapes. Moscow: Geograficheskij f-t MGU, 2007. P. 350 [in Russian].
2. Kasimov N. S., Vlasov D. V. Heavy metals and metalloids in the soils of Russian cities. Moscow: Vestnik Moskovskogo Un-viersiteta, Seriya Geografiya, 2018, 3, pp. 14—22. [in Russian].
3. Kurolap S. A., Klepikov O. V., Vinogradov P. M. Medical and ecological atlas of Voronezh Russian Geographical Society, Voronezh State University, Center for Hygiene and Epidemiology in the Voronezh Region. Voronezh, 2019. Electronic resource: http://www.geogr.vsu.ru/atlas.htm.
4. Sereda L. O., Yablonskih L. A., Kurolap S. A. Monitoring of the ecological and geochemical state of the soil cover of the city of Voronezh. Vestnik Volgogradskogo Universiteta, Seriya Estestvennye nauki, 2015, No. 2, P. 66—72.
5. Kosheleva N. E., Vlasov D. V., Korlyakov I. D., Kasimov N. S. Contamination of urban soils with heavy metals in Moscow as affected by building development. Science of the Total Environment. 2018. Vol. 636. P. 854—863.
