CC BY
87
УДК 577.118:504.75.05
ВЛИЯНИЕ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ НА СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В БИОСУБСТРАТАХ ДЕТЕЙ
© 2011 г. А. В. Еремейшвили, А. Л. Фираго
Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова, г. Ярославль
Ярославль — крупный индустриальный центр Верхней Волги, градообразующей базой которого являются предприятия нефтехимической и химической промышленности, машиностроительного комплекса и др. [2, 3, 6, 8]. Наиболее неблагополучными в экологическом плане являются южные районы Ярославля [2, 8]. Южный промузел — это комплекс из полсотни предприятий и производств, широко использующих открытые установки; особенность южного промузла состоит в том, что он является основным загрязнителем атмосферы города, так как находится на пути преобладающего южного, юго-западного и западного переноса воздушных масс [2, 6] и расположен на самых высоких местных уровнях земной поверхности. Главные элементы южного промузла — предприятия ОАО «Славнефть-Ярославнефтеоргсинтез» и «Ярэнерго». Относительно крупными источниками загрязнения окружающей среды являются также промышленные объекты ОАО «Ярославский технический углерод», «Ярославский судостроительный завод», «Ярославский радиозавод», «Ярославский завод нефтяной тары», АООТ «Красные Ткачи» и ряд других предприятий [2, 6, 8].
Общепринятым инструментом для оценки степени химического загрязнения атмосферного воздуха является исследование почвы и снега [4, 7, 12, 15]. Содержание поллютантов в поверхностном слое почв населенных мест — это результат многолетнего воздействия загрязненного атмосферного воздуха [9, 15, 16], содержание их в снежном покрове — объективный показатель качества атмосферного воздуха в зимний период [7, 12].
В условиях значительной антропогенной нагрузки существенный вклад в загрязнение окружающей среды вносят тяжелые металлы, особенно в промышленных регионах [14, 17]. Как известно, детский организм в отличие от организма взрослого человека реагирует на допороговые концентрации вредных веществ, что определяет его чувствительность к действию химических факторов среды обитания [1,
5, 13, 17]. Таким образом, загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами в первую очередь представляет опасность для детского населения.
Исходя из этого целью нашего исследования являлось установление уровня загрязнения тяжелыми металлами ^п, Си, РЬ, Cd) почвенного и снежного покровов жилых районов Ярославля и населенных пунктов сельской местности Ярославской области с последующей оценкой влияния этого загрязнения на микроэлементный статус детей.
Методы
Для поперечного исследования были выбраны семь районов, из них три (1—3) располагаются в южной и два (4 и 5) в юго-восточной
Проведена оценка химического загрязнения атмосферного воздуха урбанизированной и сельской территорий с помощью исследования депонирующих сред - почвенного и снежного покровов. Содержание тяжелых металлов ^п, Си, РЬ, Cd) в образцах почвенного и снежного покровов определялось методом инверсионной вольтамперометрии.
В результате исследования было выявлено пространственное распределение в содержании тяжелых металлов на изучаемых территориях. Обнаружена положительная корреляционная связь между уровнями меди (в почвенном и снежном покровах), свинца (в снежном покрове) и интенсивностью движения автотранспорта. Установлено, что химический состав атмосферного воздуха оказывает влияние на формирование микроэлементного статуса детей.
Ключевые слова: загрязнение, тяжелые металлы, почвенный покров, снежный покров, биосубстраты детей.
частях Ярославля, а два (6 и 7) в Дмитриевском сельском поселении Даниловского района Ярославской области. Исследование проводилось с 2007 по 2010 год. На первом этапе была осуществлена оценка загрязнения тяжелыми металлами почвы, песка и снега из изучаемых районов. Пробы почвенного покрова и песка брались в летне-осенний период [10], пробы снежного покрова — в марте — апреле за две недели до снеготаяния [12]. Было отобрано и обработано 78 проб почвенного покрова, 117 проб снежного покрова, 20 проб песка — всего 215. Исследуемые образцы были отобраны в жилых районах населенных пунктов и на территориях дошкольных образовательных учреждений (ДОУ), расположенных в этих районах.
Отбор, подготовка проб и оценка уровня загрязнения тяжелыми металлами почвенного и снежного покровов проводились в соответствии с методическими рекомендациями [9, 10]. Содержание водорастворимых форм цинка (гп), меди (Си), свинца (РЬ) и кадмия (Cd) определяли методом инверсионной вольтамперометрии. Оценку уровня химического загрязнения почвенного и снежного покровов, а также песка и снега с игровых площадок ДОУ производили с помощью коэффициента концентрации химического вещества (Кс) и суммарного показателя загрязнения (гс) [10]. В качестве фона использовались образцы почвенного и снежного покровов неурбанизированных территорий Ярославской области.
На втором этапе работы нами было определено содержание цинка, меди, свинца и кадмия в волосах и ногтях детей в возрасте от 1 до 3 лет, проживающих в исследуемых районах и посещающих исследуемые ДОУ (район 1 — 33 ребенка; 2 — 29 детей; 3 — 28;
4 — 29; 5 — 25; 6 — 28 и 7 — 15 детей), для выявления влияния химического состава атмосферного воздуха на их микроэлементный статус. Выборка состояла из всех детей изучаемой возрастной группы в ДОУ, чьи родители согласились на участие в исследовании. Поскольку все обследуемые дети посещали ДОУ, они находились в сопоставимых условиях питания и медицинского обслуживания.
Корреляционный анализ (рассчитывался коэффициент корреляции Спирмена с использованием пакета прикладных программ Statistica 5.5) проводили для установления связи между содержанием в почвенном и снежном покровах тяжелых металлов и их концентрацией в биосубстратах детей, а также интенсивностью движения автотранспорта. Корреляции считались статистически значимыми при р < 0,05.
Результаты
Выстроив ранжированные ряды, основанные на значениях гс, мы определили территории, на которых почвенный и снежный покровы наиболее загрязнены тяжелыми металлами (рис. 1, 2). Для почвенного покрова возрастающий ранжированный ряд по уровню загрязнения тяжелыми металлами выглядит следующим образом: район 6 (гс = 10,9), 2 (гс = 11,9), 1 (гс = 13,2), 3 (гс = 17,9), 7 (гс = 19,3), 5 (гс = 30,9) и 4 (гс = 32,7).
Согласно оценочной шкале МУ 2.1.7.730-99 [10] и нашим данным в четырех (4, 5, 7, 3) исследуемых районах степень загрязнения почвенного покрова можно охарактеризовать как «умеренно опасную». Однако необходимо отметить, что высокий уровень суммарного загрязнения почвенного покрова в районах 4 и 5 был обусловлен высоким содержанием кадмия, определившим значение показателя. Полученный результат соотносится с данными о концентрации кадмия в биосубстратах детей, проживающих в исследуемых районах. В районах 4 и 5 было зарегистрировано наибольшее количество детей с избыточным содержанием кадмия (район 4
— в волосах у 63 %, в ногтях у 100 % детей, район
5 — в волосах у 80 %, в ногтях у 87 %), в среднем по остальным исследуемым районам повышенное содержание кадмия в волосах было отмечено у 49 %, в ногтях у 52 % детей. К вышеуказанным районам с «умеренно опасной» степенью загрязнения почвенного покрова относится район 7 — сельская местность Ярославской области; для почвы данного района был зарегистрирован высокий уровень суммарного загрязнения (гс = 19,3).
Рис. 1. Коэффициенты концентрации цинка, меди, свинца и кадмия для почвенного покрова исследуемых районов
Примечание для рис. 1 и 2. Величина гс < 16 соответствует «допустимой» категории загрязнения почв (снега); гс 16—32 — «умеренно опасной»; гс 32—128 — «опасной»; гс > 128 — «чрезвычайно опасной» категории [10, 12]; для фонового уровня значения Кс и гс = 1.
5 шжшдддддшш
Балл 0 2 4 6 8 10 12
Проведенный корреляционный анализ выявил наличие положительных корреляционных связей между концентрацией свинца (г = 0,57; р = 0,043), кадмия (г = 0,46; р = 0,034) в волосах и ногтях (г = 0,68; р < 0,001) детей, проживающих в районах исследования, и содержанием этих элементов в почве исследуемых районов.
По степени загрязнения снежного покрова тяжелыми металлами исследуемые районы могут быть ранжированы следующим образом: район 6 (2с = 3,2), 7 (2с = 3,7), 3 (2с = 11,5), 1 (2с = 11,9), 4 (2с = 12,2), 5 (2с = 12,3) и 2 (2с = 14,3). Таким образом, уровни загрязнения снежного покрова всех районов можно оценить как «допустимые». При сравнительной характеристике загрязнения снежного покрова городской и сельской территорий было выявлено, что уровни содержания тяжелых металлов в снеге Дмитриевского сельского поселения (районы
6 и 7) были значительно ниже, чем в Ярославле (районы 1—5). Статистически значимых корреляционных связей между содержанием тяжелых металлов в снежном покрове жилых районов и концентрацией их в биосубстратах обследуемых детей в настоящем исследовании обнаружено не было.
На территориях, расположенных на географически близких расстояниях (т. е. в случае городской среды
— находящихся в зоне влияния одних промышленных предприятий), было обнаружено сходное содержание изучаемых тяжелых металлов в почвенном (районы 1 и 2, 4 и 5) и снежном покровах (районы 1 и 2, 6 и 7). Близкими оказались и уровни 2с для снежного покрова среди районов 1—5 (Ярославль), однако в этом случае суммарный показатель загрязнения был сформирован благодаря вкладу различных тяжелых металлов.
При исследовании влияния выбросов автомобильного транспорта на загрязнение атмосферного воздуха районов отчетливой динамики изменения содержания изучаемых тяжелых металлов в депонирующих средах по мере удаления от полотна автодорог обнаружено не было. Однако нами было установлено, что содержание меди (г = 0,90; р < 0,001) и свинца (г = 0,81; р <
Рис. 2. Коэффициенты концентрации цинка, меди, свинца и кадмия для снежного покрова исследуемых районов
0,001) в почве жилой зоны районов исследования (10—100 м от дорожного полотна) положительно коррелирует с числом автотранспортных единиц, проходящих в единицу времени по расположенным в них автодорогам. При изучении снежного покрова выявлена положительная корреляционная связь между интенсивностью движения автотранспорта и содержанием меди в снеге (г = 0,77; р < 0,001). При сравнении концентраций тяжелых металлов между собой в изучаемых объектах окружающей среды наиболее значимые корреляции были выявлены между содержанием именно этих двух элементов — меди и свинца (в почвенном покрове: г = 0,54; р < 0,001; в снежном покрове: г = 0,38; р < 0,001).
Дополнительно была оценена степень загрязнения цинком, медью, кадмием и свинцом песка и снега на территориях постоянного пребывания детей — игровых площадках ДОУ. Полученные результаты свидетельствуют, что наиболее загрязнен тяжелыми металлами песок из районов 4 и 5, что, как и в случае почвенного покрова, обусловлено вкладом кадмия (таблица).
Коэффициенты концентрации химических элементов для песка и снежного покрова с игровых площадок исследуемых дошкольных образовательных учреждений
Район иссле- дования Песок (Кс) 2с Снежный покров (Кс) 2с
2п Си РЬ Cd 2п Си РЬ Cd
1 7,8 1,0* 1,0* 1,0 7,8 19,1 1,0* 2,4 1,0 20,5
2 11,6 1,1 1,0* 1,0 11,7 2,1 1,1 1,8 1,0 3,0
3 9,4 1,6 1,0* 1,0 10,0 1,5 1,3 2,4 1,0 3,2
4 4,9 1,5 2,4 9,6 15,4 2,0 4,0 1,0* 2,8 6,8
5 6,1 2,4 1,1 6,0 12,6 3,7 3,4 2,3 2,3 8,7
6 1,0* 1,0* 1,0* 1,3 1,3 1,7 3,4 3,7 4,6 10,4
7 8,0 2,3 2,3 1,0 10,6 1,0* 1,4 2,1 1,0 2,5
Фон 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
Примечание. * — значения Кс опытных образцов ниже фонового принималось равным 1.
В целом уровень загрязнения песка и снега с детских игровых площадок можно охарактеризовать
1 у 1111111111111111II
как «допустимый». Исключение составил район 1, где степень загрязнения снежного покрова оценивается как «умеренно опасная» [12], что, как видно из данных таблицы, явилось результатом высокого загрязнения снега цинком на территории данного ДОУ Значительная корреляционная связь была обнаружена между концентрацией кадмия в волосах детей (г = 0,87; р < 0,001) и содержанием его в песке с игровых площадок ДОУ, а также между концентрацией меди (г = 0,67; р = 0,009) и кадмия (г = 0,75; р =
0,002) в волосах детей и содержанием этих элементов в снежном покрове ДОУ
Обсуждение результатов
В целом степень загрязнения снежного покрова исследуемых районов (за исключением снежного покрова ДОУ района 1) можно охарактеризовать как «допустимую», уровень загрязнения почвенного покрова оценивается от «допустимого» до «умеренно опасного». Загрязнение снежного покрова в городских районах (1—5) было выше, чем в сельских (6 и 7), что, вероятно, является следствием большей антропогенной нагрузки, оказываемой на городской территории.
Наибольшее загрязнение почвенного покрова было зарегистрировано в районах 4 и 5, где оно было обусловлено высокими концентрациями кадмия, обнаруженными в пробах, что, вероятно, является результатом влияния располагающихся в них предприятий машиностроительного комплекса. Относительно высокий уровень загрязнения почвенного покрова был выявлен в районе 7, располагающемся в сельской местности области. Полученный результат может являться следствием более раннего воздействия, так как снежный покров из данного района оценивается, согласно нашим результатам, как один из наиболее чистых.
Установлено, что для исследуемых территорий характерно пространственное распределение загрязнения изучаемыми тяжелыми металлами. Некоторое сходство химического состава депонирующих сред, обнаруженное на располагающихся на географически близких расстояниях территориях, свидетельствует о сходных уровнях антропогенной нагрузки.
В настоящем исследовании также было выявлено, что содержание меди (почвенный и снежный покровы) и свинца (снежный покров) зависит от интенсивности движения автотранспорта, кроме того, содержание этих двух элементов коррелирует в почвенном [15, 18] и снежном покровах, что свидетельствует об их, возможно, общем источнике эмиссии в окружающую среду, подтверждая предположение о роли автотранспорта как источника поступления тяжелых металлов в атмосферу населенных пунктов [4, 11, 18].
Согласно нашим данным, химический состав атмосферного воздуха оказывает влияние на формирование микроэлементного статуса детей, что подтверждается обнаруженными положительными корреляциями между содержанием кадмия в почве, песке и снеге
из ДОУ и концентрации его в биосубстратах детей, а также между концентрацией свинца и меди в волосах детей и содержанием этих элементов в почвенном покрове района проживания и снежном покрове ДОУ соответственно.
Список литературы [References]
1. Barvinko N. G. Sostoyanie zdorov'ya detskogo sel'skogo naseleniya, prozhivayushchego v usloviyakh raznoi stepeni zagryazneniya vozdushnogo basseina [Health state of rural children living in conditions of air pollution different levels] // Ekologiya cheloveka. 2007. N 1. S. 34 — 38. [in Russian]
2. Belyaev V. A., Ivanova T. G. Sovremennoe sostoyanie i monitoring pochvennogo pokrova Yuzhnogo promyshlennogo uzla g. Yaroslavlya [Modern state and monitoring of soil covering of South industrial hub in Yaroslavl] // Estestvoznanie: issledovanie i obuchenie: materialy konferentsii «Chteniya Ushinskogo». Yaroslavl: Izd-vo YaGPU, 2010. Ch. 1. S. 138-145. [in Russian]
3. Bol'shakov A. M., Cherepov E. M., Akimova E. I.
0 kompleksnoi gigienicheskoi otsenke sostoyaniya okruzhayushchei sredy i ee vliyaniya na zdorov'e naseleniya oblasti [Complex hygienic assessment of environment state and its effect on regional population health] // Gigiena i sanitariya. 1999. N 2. S. 47-49. [in Russian]
4. Bocharov L. V., Ivanov Yu. V. Ekologo-geokhimicheskie metody otsenki zagryaznennosti atmosfery malykh gorodov (na primere g. Livny Orlovskoi oblasti) [Ecologogeochemical methods of assessment of atmospheric pollution in small towns (example of Livna, Orel region)] // Vestnik Voronezhskogo universiteta. Seriya Geologiya. 1997. N 4. S. 137-145. [in Russian]
5. Vel'tishchev Yu. V., Fokeeva V. V. Ekologiya i zdorov'e detei (ekotoksikologicheskoe napravlenie). K kontseptsii Respublikanskoi nauchno-prakticheskoi programmy [Ecology and child health (ecotoxicological trend)]. К концепции Республиканской научно-практической программы // Materinstvo
1 detstvo. 1992. N 12. S. 30-35. [in Russian]
6. Doklad o sostoyanii i okhrane okruzhayushchei sredy Yaroslavskoi oblasti v 2007-2008 godakh. Departament okhrany okruzhayushchei sredy i prirodopol'zovaniya Yaroslavskoi oblasti [Report on state and preservation of Yaroslavl region environment in 2007-2008. Yaroslavl Region Department of Environment Protection and Natural Resource Use]. Yaroslavl', 2010. 350 s. [in Russian]
7. Larina N. S., Kuranova M. N., Paletskikh N. S. Khimiko-ekologicheskii monitoring snegovogo pokrova goroda Tyumeni [Chemical-ecological monitoring of snow coat in Tumen] // Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya. 2006. N 11. S. 38-41. [in Russian]
8. Melyuk S. A., Luk'yanenko V. I. Sovremennoe ekologicheskoe sostoyanie Yaroslavskoi oblasti i zdorov'e naseleniya [Modern ecological state of Yaroslavl region and population health] // Materialy vtoroi nauch.-praktich. konferentsii «Aktual'nye problemy ekologii Yaroslavskoi oblasti». Yaroslavl: Izdanie VVO REA, 2002. Vyp. 2. T. 1. S. 29-36. [in Russian]
9. Metodicheskie rekomendatsii po otsenke stepeni zagryazneniya atmosfernogo vozdukha naselennykh punktov metallami po ikh soderzhaniyu v snezhnom pokrove i pochve [Guidelines on assessment of degree of settlements’ atmospheric air pollution with metals according to their content in snow coat and soil]: MR 5174-90. M.: IMGRE, 1990. 16 s. [in Russian]
10. Pochva, ochistka naselennykh mest, bytovye i promyshlennye otkhody, sanitarnaya okhrana pochvy. Gigienicheskaya otsenka kachestva pochvy naselennykh mest [Soil, refuse of population aggregates, domestic and industrial waste, soil sanitary protection. Hygienic evaluation of soil quality in population aggregates]: MU 2.1.7.730-99: vveden v deistvie s 05.04.1999. M.: Informatsionno-izdatel'skii tsentr Minzdrava Rossii, 1999. 23 s. [in Russian]
11. Rebrov V. G., Gromova O. A. Vitaminy, makro- i mikroelementy [Vitamins, major and minor elements]. M. GEOTAR-Media, 2008. 960 s. [in Russian]
12. Stepanova N. V., Khamitova R. Ya., Petrova R. S. Otsenka zagryazneniya gorodskoi territorii po soderzhaniyu tyazhelykh metallov v snezhnom pokrove [Evaluation of urban territory pollution according to heavy metals content in snow coat] // Gigiena i sanitariya. 2003. N 2. S. 18—21. [in Russian]
13. Chernaya N. L., Merkulova L. K., Melekhova G. V.
i dr. Ekopatogennyi risk v pediatrii [Ecopathogenic risk in pediatrics] // Materialy nauch.-praktich. konferentsii, posvyashchennoi 25-letiyu kafedry fakul'tetskoi pediatrii s propedevtikoi detskikh boleznei YaGMA. Yaroslavl, 1998.
S. 18—28. [in Russian]
14. Bityukova L., Shogenova A., Birke M. Urban geochemistry: a study of element distributions in the soils of Tallin (Estonia) // Environmental geochemistry and health. 2000. Vol. 22, N 2. P. 173-193.
15. Guney M., Onay T. T., Copty N. K. Impact of overland traffic on heavy metal levels in highway dust and soils of Istanbul, Turkey // Environmental monitoring and assessment. 2010. Vol. 164, N 1-4. P 101-110.
16. Kutle A., Orescanin V., Obhodas J, Valkovic V. Trace element distribution in geochemical environment of the island Krk and its influence on the local population // Journal of radioanalytical and nuclear chemistry. 2004. Vol. 259, N 2. P. 271-276.
17. Ljung K., Otabbong E., Selinus O. Natural and anthropogenic metal inputs to soils in urban Uppsala, Sweden
// Environmental geochemistry and health. 2006. Vol. 28, N 4. Р. 353-364.
18. Panichayapichet P., Nitisoravut S., Simachaya W. Spatial distribution and transport of heavy metals in soil, ponded-surface water and grass in a Рb-contaminated watershed as related to land-use practices // Environmental monitoring and assessment. 2007. Vol. 135, N 1-3. Р 181-193.
INFLUENCE OF ANTHROPOGENIC LOAD ON HEAVY METALS CONTENT IN BIOSUBSTRATES OF CHILDREN AGED 1-3 YEARS A. V. Eremeyshvili, A. L. Firago
Yaroslavl Demidov State University, Yaroslavl
Chemical pollution of atmospheric air of urban and rural sites has been estimated by using deposit environments - soil and snowpack. Heavy metals (Zn, Cu, Pb, Cd) concentrations in the soil and snowpack samples were measured by the anodic stripping voltammetry method. As a result of the research, spatial distribution of heavy metals in soil and snowpack of the investigated areas has been revealed. Positive correlations have been detected between the copper level (in soil and snowpack), the lead level (in snowpack) and the transport traffic volume. It has been established that chemical compounds of atmospheric air influenced the children’s trace element status.
Keywords: pollution, heavy metals, soil, snowpack, children’s biosubstrates
Контактная информация:
Еремейшвили Автандил Владимирович — кандидат биологических наук, доцент, декан факультета биологии и экологии Ярославского государственного университета им. П. Г. Демидова.
Адрес: 150048, г. Ярославль, ул. Советская, д. 14.
Тел. 8(4852) 47-82-98
E-mail: [email protected]
ЗЗ
