CC BY
108
Л
УДК 502 + 577.1
Н.В. Ларионов, М.В. Ларионов
ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ КАК ФАКТОР ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПОЧВЫ УРБОЭКОСИСТЕМ
САРАТОВСКОГО РЕГИОНА
В статье отражены результаты исследований почв урбосистем Саратовской области на предмет различных типов их загрязнения, в том числе тяжелыми металлами, которые являются подвижной формой загрязнителей, активно накапливаются в пограничных средах и живых организмах. Отмечено превышение ПДК по свинцу, цинку, меди.
Ключевые слова: почвенная среда, урбоэкосистема, мониторинг, загрязнение, тяжелые металлы.
N.V. Larionov, M.V. Larionov
HEAVY METALS AS A FACTOR OF ТEXNOGENIC INFLUENCE ON THE URBAN ECOSYSTEMS SOILS
IN SARATOV REGION
THE results of the soils research in Saratov region urban systems concerning different types of their pollution including by heavy metals which are a mobile form of pollutants and are actively accumulated in adjacent mediums and living organisms are given in the article. Maximum Permissible Concentration excess of lead, zinc, copper is mentioned.
Keywords: soil medium, urban ecosystem, monitoring, pollution, heavy metals.
По данным Управления Роснедвижимости по Саратовской области, земельный фонд области составляет 10124 тыс. га. Площади земель населенных пунктов и земель промышленности, транспорта, связи составляют 365,9 (3,6 % от общей площади) и 208,6 тыс. га (2,1 %) соответственно.
В условиях урбанизированной среды Саратовской области одним из ведущих факторов ухудшения качественного состояния почвенного покрова является его техногенное загрязнение вредными химическими веществами, главными из которых являются тяжелые металлы, содержащиеся в выбросах и отходах (в том числе, в отходах нефтепродуктов) промышленных предприятий (химической и нефтехимической отраслей, металлургии, обрабатывающей промышленности, теплоэнергетики и коммунального хозяйства) и выбросах транспорта [4]. Это является одной из главных причин проявления в настоящее время серьезной экологической проблемы деградации почвенных экосистем в городских условиях.
Внедрение комплексной программы мониторинга за динамикой содержания тяжелых металлов в почвах урбосистем Саратовской области является актуальной, так как в последнее десятилетие значительно увеличились объемы отходов 1-, 2- и 3-го классов опасности, содержащих тяжелые металлы, в результате общего роста производства в различных отраслях экономики и увеличения количества транспортных средств: в 2008 году образовалось около 3,8 млн тонн промышленных отходов, что на 0,9 млн тонн больше в сравнении с 2001 годом; выбросы от транспорта по сравнению с 2001 годом выросли на 36,3 % и в 2008 году составили 225,3 тыс. т. Наибольшее количество отходов и выбросов (около 67 %) образуется в крупнейших промышленных городах Саратове, Балакове и Энгельсе [4].
Тяжелые металлы, содержащиеся в выбросах отработанных газов автомобилей, антропогенно рассеиваются и оседают в почву, значительно загрязняя примыкающие к дорожным полотнам территории.
Роль тяжелых металлов двойственна. С одной стороны, эти элементы необходимы для нормального протекания физиологических процессов у живых организмов, а с другой - при повышенных концентрациях
они токсичны. Наибольшую опасность представляют лабильные формы, характеризующиеся высокой биохимической активностью, способностью накапливаться в природных средах, а также к активной биогенной миграции между пограничными средами [1, 5, 9].
Исследования уровня техногенного загрязнения тяжелыми металлами почв урбосистем Саратовской области осуществлены в период с 2002 по 2009 год.
Поскольку область значительно вытянута с запада на восток, географически ее территорию делят на три региона, согласно гидрографичекому районированию по бассейнам основных рек: западный (бассейн р. Дон), центральный (бассейн р. Волга), восточный (бассейн Камыш-Самарских озер) [4]. Поэтому район мониторинговых исследований - городские территории - располагался во всех трех регионах области: западном (гг. Балашов, Ртищево, Аркадак), центральном (гг. Саратов, Балаково, Энгельс) и восточном (гг. Ершов, Новоузенск, пос. Дергачи).
Отбор почвенных образцов для последующего лабораторного анализа проведен в селитебной зоне (фоновое содержание тяжелых металлов), в 100 м от промышленных объектов, в 300 м от производственных объектов (селитебная зона), в 100 м от автодорог (селитебная зона), на заложенных пробных площадках методом случайной выборки [5, 7, 10]. Их площадь составляла 10x10 м2. С каждой площадки отбирали не менее 5-10 индивидуальных образцов. Согласно стандартным методикам и методическим рекомендациям, отбор индивидуальных образцов проведен в количестве не менее 5-10 проб с каждой пробной площадки и массой 0,6-0,8 кг [7, 10]. Размер отбора индивидуального образца, в пределах пробной площадки, составлял 10x10 см2, глубина отбора почвогрунтов - 0-15 см. Общее количество заложенных пробных площадок -2674 шт. Всего подвергнуто лабораторному анализу 24325 проб почвогрунтов.
Концентрации тяжелых металлов в почвах определялись методом масс-спектрометрии с индуктивносвязанной плазмой на приборе «Agilent 7500а» [11]. Навески почв массой 0,5 г разлагали азотной кислотой, разбавленной водой в соотношении 1:1, в микроволновой печи с сегментированным роторным автоклавом среднего давления. Разложение проводилось в течение 30 мин при мощности микроволнового излучения мощностью 750 Вт при температуре 200 °C. После разложения остаток почвы переносился в мерную колбу емкостью 100 мл, объем доводился до метки 5 %-й азотной кислотой. Уровень загрязнения почв тяжелыми металлами оценивался в соответствии с требованиями ГН 2.1.7.2041-06 и ГОСТ 17.4.3.06-86 [2, 3].
Комплексное лабораторное исследование проб почв выполнено в биохимической лаборатории Бала-шовского филиала СГУ имени Н.Г. Чернышевского.
Полученные результаты, обработанные современными методами вариационной статистики, соответствуют 95%-му уровню доверия (P < 0,05) [6].
Почвы исследуемых районов характеризуются слабощелочной реакцией, средним содержанием гумуса и средневыраженной карбонатностью. В почвах урбосистем гумусированность ниже (в среднем на 68,5 %), а карбонатность выше (на 36,4 %), чем в прилегающих зонах.
В ходе мониторинговых исследований выявлено, что в почвах изучаемых территорий содержится порядка 34 тяжелых металлов, большинство из которых относится к 1 (чрезвычайно опасному) и 2 (высокоопасному) классам опасности. Наибольшая концентрация у 8 из них (Pb, Hg, Zn, Mn, Ni, Co, Cu, Cd) отмечена в почвах исследуемых городских территорий, что отражено в таблице 1.
Таблица 1
Средневзвешенное содержание тяжелых металлов в почвах селитебных зон урбосистем, дифференцированно по регионам Саратовской области (2002-2009 гг.)
Наименование населенного пункта Поллютант, мг/кг
Pb Hg Zn Mn Ni Co Cu Cd
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Западный регион
г. Балашов 54,5 0,14 156,2 179,8 41,5 18,3 43,7 0,6
г. Аркадак 44,1 0,08 109,7 98,5 26,8 14,5 21,4 0,5
г. Ртищево 49,5 0,04 87,3 110,1 34,6 16,4 20,2 0,6
В среднем по гг. региона 49,3±1,6 0,09± 0,002 117,7±2,0 112,8±2,1 31,0±0,6 16,4±0,3 28,4±0,4 0,6±0,02
Окончание табл. 1
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Центральный регион
г. Саратов 234,2 4,58 358,5 580,6 165,1 242,6 169,4 14,6
г. Энгельс 96,9 0,69 166,3 191,2 87,5 78,0 68,0 7,6
г. Балаково 110,4 1,23 226,4 220,5 107,6 125,1 95,8 3,4
В среднем по гг. региона 147,2±3,8 2,2±0,05 250,4±4,5 330,8±4,9 120,1 ±3,2 148,6±2,4 110,1 ±2,2 4,9±0,08
Восточный регион
г. Ершов 98,6 0,05 96,3 114,5 35,6 14,9 19,0 1,1
г. Новоузенск 56,1 0,03 57,3 77,0 46,2 15,6 46,5 0,5
пос. Дергачи 36,0 0,03 76,6 45,0 26,3 16,2 25,9 0,7
В среднем по гг. региона 63,6±1,3 0,04± 0,0008 76,7±1,6 78,9±1,5 36,0±0,4 15,6±0,2 30,5±0,3 0,7±0, 03
В среднем по гг. области 80,6±1,9 0,20±0,03 146,8±4,3 145,6±2,2 45,0±1,1 15,0±0,4 27,3±0,6 0,24± 0,04
Достоверность результатов Р < 0,05
ПДК* 32,0 2,1 110,0 150,0 35,0 50,0 23,0 5,0
Примечание: |____| - превышение уровня ПДК; *значение ПДК тяжелых металлов в почве приведено по ги-
гиеническим нормативам ГН 2.1.7.2041-06 [2], Е. Л. Паниковой и А. Ф. Перцовской [8].
Почвенный покров в пределах урбанизированных территорий центрального региона Саратовской области является максимально загрязненным тяжелыми металлами. Средневзвешенное (фоновое) содержание тяжелых металлов в почвенной среде городов Саратова, Балакова и Энгельса существенно выше регионального (по свинцу, цинку, меди, кадмию), в остальных вариантах (в малых городах и поселках западного и восточного регионов области) - несколько ниже.
Достаточно высокой фоновой концентрацией, превышающей ПДК, характеризуются Pb, Zn, Си на городских территориях западного региона. Фоновые концентрации по Pb, Нд, Zn, Mn, N Со и Си значительно превышают ПДК в городах центральной части области. Фоновое содержание РЬ, N и Си выше установленных гигиенических нормативов в пределах урбоэкосистем восточной части области. В целом в области фоновые концентрации РЬ, Zn, N и Си отличаются превышением установленных для этих элементов ПДК.
Содержание выявленных металлов в почве на разных участках исследованных городов сильно варьирует, что связано с особенностями пространственного рассеивания по территориям этих элементов в зависимости от удаленности от источников техногенных выбросов и отходов.
В таблице 2 представлена динамика содержания тяжелых металлов с выявленными максимальными концентрациями в почвенной среде на выбранных объектах исследований по годам.
Таблица 2
Динамика содержания тяжелых металлов в районе исследований, дифференцированно по объектам
исследований (2002-2009 гг.)
Объект исследо- вания Средневзвешенное содержание по объектам исследований, мг/кг
Пол- лютант 2002 г. 2003 г. 2004 г. 2005 г. 2006 г. 2007 г. 2008 г. 2009 г.
1 РЬ 57,5±1,5 66,0±1,7 78,4±1,8 85,2±2,1 80,6±2,0 93,1±2,3 85,7±2,2 98,4±2,4
2 247,3±10,4 375,2±13,2 336,4±13,8 342,9±13,5 404,5±14,9 589,0±15,6 667,6±16,3 657,3±16,6
3 78,6±1,7 117,7±1,9 138,2±2,1 131,5±2,3 162,8±2,5 115,9±1,8 176,3±2,6 192,4±2,5
4 86,5±1,6 115,3±1,8 148,9±2,0 133,7±2,1 131,2±2,3 226,5±2,6 287,1 ±3,3 205,6±2,4
Окончание табл. 2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 179,8±5,7 195,6±6,3 216,8±7,1 235,5±7,0 258,2±7,4 220,8±6,6 255,7±6,8 265,2±6,9
2 464,5±14,7 545,9±15,6 432,6±13,4 675,2±15,8 848,9±17,5 961,3±18,8 1168,4±19,4 1236,5±19,8
3 203,7±5,6 246,3±5,9 267,9±6,1 298,4±6,4 232,9±6,2 351,7±6,7 383,8±7,2 372,6±7,0
4 357,1 ±7,5 326,7±7,2 343,2±7,4 378,5±7,8 418,0±8,2 550,9±8,6 516,5±8,3 603,7±8,9
1 Си 34,3±0,7 39,2±0,9 35,2±0,6 36,7±0,5 39,4±1,0 37,0±0,6 44,5±1,1 48,4±1,3
2 138,2±1,8 124,6±1,7 102,3±1,5 161,9±2,2 243,1 ±2,8 225,6±2,7 259,4±3,0 283,5±3,4
3 36,9±0,8 47,1±1,2 45,5±1,1 49,6±1,3 62,4±1,5 55,3±1,4 57,0±1,3 61,4±1,5
4 78,6±1,4 88,3±1,6 97,5±1,7 104,4±2,1 107,9±2,2 105,2±2,0 115,6±2,3 124,3±2,6
Р < 0,05*
Примечание: 1 - контроль (фоновое содержание тяжелых металлов в селитебной зоне); 2 - в 100 м от промышленных объектов; 3 - в 300 м от промышленных объектов (селитебная зона); 4 - в 100 м от автодорог (селитебная зона); * - достоверность результатов.
Из таблицы 2 следует, что в Саратовском регионе максимально антропогенным загрязнением почв тяжелыми металлами характеризуются городские территории, непосредственно примыкающие к промышленным объектам (на расстоянии 100 м) и автомобильным дорогам. Среди исследованных загрязнителей наивысшей аккумулирующей способностью в условиях урбанизированной среды области обладают свинец, цинк и медь. Содержание этих металлов во всех исследованных объектах значительно превышает ПДК, в том числе и фоновое, которое выше гигиенических нормативов в среднем в 1,5-3 раза, что достаточно велико для фоновых концентраций данных загрязнителей.
Таким образом, анализ результатов мониторинговых исследований показал, что, учитывая стандартные рекомендации МУ 2.1.7.730-99 по экологической классификации уровней воздействия вредных неорганических веществ в трансформацию почв населенных пунктов, степень антропогенного фонового загрязнения почвенного покрова урбанизированных территорий Саратовской области тяжелыми металлами к настоящему времени оценивается как критическая и соответствует максимальной IV (очень сильной) категории техногенной модификации почвенной среды [6].
Сложившаяся серьезная экологическая ситуация требует принятия неотложных природоохранных мер. Решить проблему мощного техногенного загрязнения почв в условиях урбанизированной среды Саратовской области можно заменой «грязного» топлива на топливо, отвечающее современным экологическим стандартам, для транспорта, малоотходных и безотходных технологий в промышленности, особенно в крупнейших городах (Саратов, Балаков, Энгельс), являющихся индустриальными центрами области, где сосредоточена подавляющая доля «грязных» производств. В зонах непосредственного влияния стационарных источников загрязнения, учитывая биогенную активность тяжелых металлов и невозможность их микробной деградации, как и в случае органических соединений, рекомендуется снимать верхний, загрязненный слой почвы для вывоза, например, на объекты строительства, для подсыпки к грунту под будущими дорожными полотнами.
Литература
1. Вальков, В.Ф. Влияние загрязнения тяжелыми металлами на фитотоксичность чернозема / В.Ф. Вальков, С.И. Колесников, К.Ш. Князев // Агрохимия. - 1997. - № 6. - С. 50-55.
2. Гигиенические нормативы ГН 2.1.7.2041-06. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве. - М.: Минздрав России, 2006. - 68 с.
3. ГОСТ 17.4.3.06-86 Охрана природы. Почвы. Общие требования к классификации почв по влиянию на них химических загрязняющих веществ. - М.: Гидрометеоиздат, 2000. - 36 с.
4. Доклад о состоянии окружающей природной среды в Саратовской области в 2008 году / Госкомитет по охране окр. ср. Саратовской обл. - Саратов: ВП, 2009. - 188 с.
5. Ковальский, В.В. Методы определения микроэлементов в органах и тканях животных, растений и почвах / В.В. Ковальский, А.Д. Голобов. - М.: Колос, 1969. - 272 с.
6. Любимов, В.Б. Математические методы в биологии и экологии / В.Б. Любимов, К.В. Балина. - Брянск: БГУ, 2005. - 81 с.
7. Методические указания МУ 2.1.7.730-99. Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест. -М.: Санэпидиздат, 1999. - 26 с.
8. Паникова, Е.Л. Схема гигиенического нормирования тяжелых металлов в почве / Е.Л. Паникова, А.Ф. Перцовская // Химия в с.х. - 1982. - № 3. - С. 12-14.
9. Donald, C.M. Competition among crop and pasture plants Advan / C.M. Donald. - Agron, 1963. - V. 15. -P. 1-118.
10. Ladonin, D.V. Effect of Ionic Strength on the Sorption of Cadmium and other Heavy Metals by Humic Acids / D.V. Ladonin, S.E. Margolina // Zeszyty Problemowe Postepow Nauk Rolniczych. - Krakow, 1997. - Z. 448 b. - P. 169-173.
11. U.S. Environmental Protection Agency // Kerr Environmental Research Laboratory. - Ada, Oklahoma, 1994. - August. - P. 72-113.
'--------♦-------------
УДК 631.436 В.Д. Тихова, М.П. Сартаков
ТЕРМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГУМИНОВЫХ КИСЛОТ ТОРФОВ СРЕДНЕГО ПРИОБЬЯ
Приведены результаты анализа гуминовых кислот, выделенных из торфов различного ботанического состава, выполненного с использованием современных приборов синхронного термического анализа. Ключевые слова: торф, гуминовая кислота, термический анализ, Среднее Приобъяе.
V.D. Tikhova, M.P. Sartakov THERMAL CHARACTERISTICS OF THE PEAT HUMUS ACIDS IN THE MIDDLE PRIOBYE
The results of the humus acids analysis allocated from peat of various botanical structures made with use of modern devices of the synchronous thermal analysis are given.
Keywords: peat, humus acid, thermal analysis, Middle Priobye.
Введение
Методы термического анализа использовались и ранее для исследования гуминовых кислот (ГК) [1]. Но проведение таких исследований было связано с невосполнимой потерей большого количества образца. Современные приборы синхронного термического анализа позволили существенно увеличить информативность данного метода и сократить расход ГК приблизительно в 100 раз без ущерба для результатов анализа. Цель данной работы - показать новые возможности данного метода на примере анализа ГК, выделенных из торфов различного ботанического состава.
Объекты и методы исследования
Образцы отбирались из поверхностных слоев торфа Нефтеюганского, Октябрьского и Белоярского районов Ханты-Мансийского АО.
Выделение ГК проводили по стандартной методике [2]. Ботанический состав исследованных торфов приведен в таблице 1.
