CC BY
31
УДК 504.064.2 DOI: 10.24412/1816-1863-2020-13033
ЗАГРЯЗНЕНИЕ БЕНЗ(А)ПИРЕНОМ ПОЧВ
О»
О
О -1
5 х
CD к
государственный университет», q
6
CD ы
о
■п
ЗАГРЯЗНЕНИЕ Н. В. Каверина, кандидат географических
наук, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение ГОРОДА ВОРОНЕЖА высшего образования «Воронежский
knataliy@mail.ru, Воронеж, Россия
Рассмотрены уровни содержания бенз(а)пирена в почвах Воронежа методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Исследовано современное состояние почвенного покрова го- Q рода Воронежа. Ландшафтно-геохимические условия и функциональное назначение территории н города отнесены к важным факторам, влияющим на уровни техногенного воздействия. Для ор- Q ганизации наблюдений в различных функциональных зонах Воронежа намечены ключевые Ь участки. Территории для наблюдения выбирались по типу застройки, транспортной нагрузки г> и степенью «зрелости» внутрисистемных связей природной составляющей. Впервые для Воро- р нежа выполнено геохимическое обследование почвенного покрова на содержание бенз(а)пире- и на, охватывающее всю территорию города. Установлены границы положительных геохимичес- е кие аномалии концентрации и построена изолинейная карта содержаний. Выявленные содер- ь жания бенз(а)пирена носят исключительно техногенное происхождение и являются результатом т хозяйственной д еятельности. Уровень загрязнения почв разных функциональных зон г орода уве- а личивается в ряду: рекреация < селитьба < промышленная < транспортная. Геохимическая об- s становка оценивается как экологически опасная в промышленной зоне левобережья и чрезвычайно ° опасная в транспортных зонах правобережья. Выявленные факты техногенного загрязнения почв .О свидетельствуют о потенциальной опасности мест для населения региона и необходимости со- о вершенствования системы мониторинга. Q
к
The content levels of benzo(a)pyrene in the soils of Voronezh are considered by high performance liquid О chromatography. The current state of the Voronezh city soil cover was investigated. The landscape- О geochemical conditions and the functional purpose of the city territory are attributed to important factors о influencing the levels of technogenic impact. Key areas for the organization of various functional zones w observations in Voronezh have been systematically identified according to the type of land use, traffic й load and the "maturity" degree of natural components intersystem connections. It is the first covering т the entire territory of the Voronezh city geochemical survey of the soil cover for the content of ben- q zo(a)pyrene. The boundaries of positive geochemical concentration anomalies are determined on the isolinear map. The revealed contents of benzo(a)pyrene are exclusively of technogenic origin as the result of economic activity. The level of soil pollution in different functional zones of the city increases in the following order: recreation < residential < industrial < transport. The geochemical situation is assessed as environmental hazard in the industrial zone of the left river bank and extremely dangerous in the transport zones of the right river bank. The revealed facts of technogenic soil contamination indicate the potential danger of places for the population in the city. This fact defines the necessity of develop the situation monitoring system.
Ключевые слова: почвенный покров, городская среда, геохимические аномалии, приоритетные загрязнители, полиароматические углеводороды (ПАУ), количественный химический анализ, предельно-допустимая концентрация (ПДК).
Keywords: soil cover, urban environment, geochemical anomalies, priority pollutants, polyaromatic hydrocarbons (PAHs), quantitative chemical analysis, maximum permissible concentration (MPC).
Введение
В городских экосистемах проблема загрязнения окружающей среды является одной из актуальных. Развитая промышленность и транспортная инфраструктуры обогащают депонирующие среды разнообразными загрязнителями, в том числе и полициклическими ароматическим углеводородам (ПАУ).
Геохимический мониторинг содержания ПАУ в почвах России осуществляется по веществу первого класса опасности —
бенз(а)пирену, который считается индикатором загрязнения окружающей среды и подлежит обязательному контролю на территории населенных пунктов. Для бенз(а)пирена установлен общесанитарный показатель ПДК, который составляет 0,02 мг/кг [2].
Исследованиям содержаний бенз(а)пир-на в почве уделяется все больше внимания. Распределению ПАУ в почвах горо-дов-миллионников России уделяется особое внимание [3—5]. Для почв города имеются лишь единичные научные работы по
33
о
т
I-
и
со О X
О ^
и а
О ^
О
о
и
Ш
IX
О ^
I-
и
и о
X
и о с
о
со ф
Ю ч;
О ^
и Ф т
О
оценкам рисков воздействия комплекса экологических факторов [1].
Целью данной работы являлась оценка уровня загрязнения почв Воронежа бенз(а)пиреном.
При этом решались следующие задачи: выделить функциональные зоны города, обеспечить репрезентативность отбора проб по ключевым участкам (5 х 5 м), выполнить количественный химический анализ образцов, установить степень техногенной нагрузки на почвы, выявить пространственное распределение и оценить экологическую опасность аномалий содержаний бенз(а)пирена.
Модели и методы
За последние д вадцать лет в городе Воронеже произошли существенные измене -ния в уровне техногенного воздействия и в характере использования городской территории. Промышленные функциональные зоны (ПФЗ) существенно сократились, плотность жилой застройки Воронежа возросла и сменилась высокоэтажной. Естественные экосистемы города преобразованы антропогенной деятельностью и находятся под техногенным прессингом. В городском озеленении происходит вынужденная замена естественных насаждений устойчивыми видами к загрязнению окружающей среды в условиях недостаточного увлажнения.
Для организации мониторинговых наблюдений на протяжении летних периодов 2018—2020 годов, в различных функциональных зонах Воронежа производился отбор образцов. Под наблюдением на-
ходились малоизмененные природные ландшафты, территории сельскохозяйственного назначения, лесные массивы и парковые рекреационные зоны, отнесенные нами к потенциально резервным территориям экологического планирования. Селитебные территории для наблюдения выбирались по типу застройки, транспортной нагрузки и степенью «зрелости» внутрисистемных связей природной составляющей (табл. 1).
В левобережной части города Воронежа выделено 49 ключевых участков. Они охватывают преимущественно транспортные и промышленные функциональные зоны: «ТЭЦ-1», «Стальмост», «Терминал», «ВШЗ», «Автоматика», «Воронежсель-маш», «ВАСО», «ЛОС», «Синтезкаучук», «Мостотрест», «Инжиниринг», «ВЗПП», «НИИЭТ», «НИИПМ», «Рудгормаш», «РАСКО».
В правобережной части города намечено 55 ключевых участков, большая часть из которых характеризует транспортные функциональные зоны (территория аэродрома, автомобильные дороги, перекрестки и развязки, железнодорожные станции и путепроводы).
В составе промышленных функциональных зон учитывались территории «ТЭЦ-2», «Тяжмехпресс», «АБЗ», «Мехза-вод», «РВК», «Ангстрем», «ВТРЗ», «Мол-вест», «КБХА», «РЕЛЭКС», «Янтарь», «Электросигнал», « Космос - Нефть- Газ», «Пивзавод», «Кондитерский завод», «ВМЗ», «Комбикормовый завод».
Особое внимание было уделено пром-зонам города, подвергшимся трансформа-
Таблица 1
Точки отбора проб почв в различных функциональных зонах города Воронежа
34
№ п/п Функциональная зона (ФЗ) Количество точек
1 Промышленная (П) 27
2 Транспортная (Т) 45
3 Селитебная (С), в том числе: 10
— жилая малоэтажная застройка до трех этажей; 6
— жилая среднеэтажная застройка до восьми этажей; 2
— жилая многоэтажная застройка девять этажей и выше 2
4 Рекреационная (Р), в том числе: 22
— зона лесных насаждений; 8
— зона зеленых насаждений общего пользования; 9
— зона особоохраняемых территорий 5
ции. Большая их часть использована под жилую застройку (микрорайоны высокой этажности) и в нежилую застройку (офисы, торговые и развлекательные центры) (табл. 2).
В местах трансформации функциональных зон распространены искусственно созданные техногенные поверхностные образования. Естественные ненарушенные почвы, слабо затронутые антропогенной деятельностью, сохранились на небольших участках лесопарковых зон и на окраинах города.
Отбор проб почв проводился в летнее время по равномерно-разряженной сетке на ключевых участках размером 25 м2, в соответствие с ГОСТ 17.4.3.01—83 и ГОСТ 17.4.4.02—84.
Для анализа почв на содержание 3,4-бенз(а)пирена использовалась жидкостная экстракции н-гексаном с последующей концентрацией и очисткой в хро-матографической колонке и автоматическим детектированием сигнала на приборе «Флюорат-02-2М». Погрешность измерения при доверительной вероятности Р = 0,95 составила 30 % во всем диапазо-
не измерений. Степень загрязнения ПАУ оценивалась по коэффициенту опасности бенз(а)пирена, рассчитанного как превышение его содержаний над ПДК.
Картографирование выполнено с применением программы MapInfo Pro на базе факультета географии, геоэкологии и туризма Воронежского государственного университета.
Результаты и обсуждение
В результате техногенного воздействия свойства почв Воронежа изменились и характеризуются значительной неоднородностью. Уровень загрязнения почв города бенз(а)пиреном колеблется от 0,005 до 0,36 мг/кг и составляет в среднем 0,023 мг/кг. Наиболее загрязнены почвы, расположенные в непосредственной близости от промышленных зон, центральных улиц и автомагистралей (табл. 3).
На основе полученных д анных о содержании бенз(а)пирена была построена карта содержаний (рисунок).
Расчет коэффициентов опасности показал, что в 27 % почвенных проб наблюдается превышение ПДК: 10 % проб
Таблица 2
О»
О
О -1 X х
CD
Г)
О
б
CD ы
О ^
0 Г)
1
о
Г)
Г) -I
тз
о
-I
CD
О-
Г> -I 03
О
О ТЗ О Ш
Г)
О
X
о
ы ш
Г) -I
оз О
Трансформация функциональных зон города Воронежа
№ п/п Наименование предприятия Адрес Современное функциональное назначение
1 Воронежский ремонтный трамвай-но-троллейбусный завод (ВРТТЗ) ул. 45-й Стрелковой дивизии Жилой комплекс «Цветной бульвар»
2 Воронежский мыловаренный завод («Финист») ул. Революции 1905 года Жилой комплекс «Финист»
3 Воронежгеология ул. 45-й Стрелковой дивизии Жилой комплекс «Смарт-Квартал»
4 Воронеж-пласт ул. Карпинского Жилой комплекс «Оазис дом»
5 Трамвайное депо ул. 9 января Жилой комплекс «Квартет»
6 Троллейбусное депо ул. Хользунова Жилой комплекс «Острова»
7 Воронежсельмаш ул. 9 января Жилой комплекс «Современник» Жилой комплекс «Гран При»
8 Энергия ул. Ворошилова
9 Мостозавод ул. Димитрова Жилой комплекс «Каскад»
10 Промтеплица Рабочий пр-т Многофункциональная общественно-деловая застройка
11 Воронежский завод электроннолучевые трубки (ВЭЛТ) Ленинский пр-т Торговый центр «Максимир»
12 Энергия ул. Ворошилова Жилой комплекс «Гран При»
13 Алюминиевый завод ул. Землячки Многофункциональная общественно-деловая застройка
14 Теплицы ЗАО «ВШЗ» ул. Ростовская Жилой микрорайон «ВШЗ»
15 Склады ООО «РВК-Воронеж» ул. Переверткина Жилой комплекс «Дельфин»
35
о
т
I-
и
со О X
О ^
и а О СР
О
а
и
Ф
IX
о
СР
I-
и
и о
X
и о с
о
со ф
Ю ч;
О ^
и Ф т X
О
Рис. Изолинейная карта содержания бенз(а)пирена в почвах Воронежа
Таблица 3
Содержание бенз(а)пирена (мг/кг) в почвах функциональных зон города Воронежа
Показатели Функциональные зоны (число проб)
ПФЗ* (27) ТФЗ (45) СФЗ (10) РФЗ (22)
Среднее 0,05 0,068 0,005 Менее 0,005
Мт 0,005 0,005 Менее 0,005 Менее 0,005
Мах 0,36 0,36 0,009 0,005
36
* ПФЗ — промышленные функциональные зоны; ТФЗ — транспортные; СФЗ — селитебные; РФЗ — рекреационные.
характеризуется как слабо загрязненные, 10 % — сильно загрязненные и 3 % — очень сильно загрязненные.
Максимальные значения бенз(а)пире-на обнаружены в квартале, ограниченном улицей Ереемеева, Московский проспектом и Мельничным переулком. Таким образом, выявленный в 2018 году эпицентр загрязнения на пересечении улиц Плехановская — Донбасская сместился вдоль Московского проспекта в сторону источников выделения бенз(а)пирена — ПФЗ «Янтарь» и стоянки маневровых локомотивов железной дороги.
Вероятно, что максимальное значение ПАУ связано с многолетним сжиганием органических видов топлива: дизельного топлива для маневровых локомотивов и древесины для копчения сыров, подогрева воды в водонагревательных узлах («Титан») пассажирских вагонов.
Повышенные концентрации бенз(а)пи-рена обнаруживаются вблизи пересечения улично-дорожной сети: ул. Лебедева и Кулибина, улиц Полины Осипенко и Раисы Беляевой, улиц Димитрова и Илюшина, ул. Матросова и Краснознаменной, ул. Беговая и Московского проспекта.
В некоторых районах наблюдается воздействие железнодорожного транспорта и его инфраструктуры. В районе железнодорожного моста и локомотивного депо «Отрожка» установлено превышение ПДК по бенз(а)пирену в 3,1 раза.
Некоторые положительные аномалии формируются под воздействием промышленных предприятий. Например, в районе переулка Ясного в зоне воздействия «ТЭЦ-2» установлены концентрации, превышающие ПДК в четыре раза.
Оценивая общий вклад углеводородов в загрязнение почв Воронежа в каждой из
точек отбора проб, можно констатировать что пиковые вклады в загрязнение Воронежа бенз(а)пирена приходятся на центр города, железнодорожные объекты и окрестность Воронежской ТЭЦ-1.
Максимальные значения концентраций нефтепродуктов характерны для автотрасс с высокой интенсивностью движения, перекресткам, остановкам общественного транспорта, территориям предприятий автомобильного транспорта и АЗС. При удалении от крупных магистралей вглубь селитебных функциональных зон концентрации нефтепродуктов снижаются в десятки раз, но так и остаются выше фоновых значений.
Заключение
Функциональная структура города в сочетании с ландшафтно-геохимически-ми условиями относится к важным факторам, определяющим уровень техногенного воздействия на почву. Минимальные содержания бенз(а)пирена характерны для почв рекреационных и селитебных функциональных зон с более благоприятным водно-воздушным режимом, способствующим ускоренному разложению ПАУ.
Опасный уровень загрязнения характерен для почв промышленных и транспортных функциональных зон города. Углеводородное загрязнение почв города существенно различается по компонентам. Степень загрязнения бенз(а)пиреном почв различных зон Воронежа увеличивается в ряду: рекреационная < селитебная < промышленная < транспортная зона.
Распределение бенз(а)пирена в поверхностных горизонтах городских почв характеризуется наличием его техногенных аномалий с контрастностью до 18 значений ПДК.
О) ^
о
О -1
х
а>
Г)
а
¡а
б
Ш ы
О ^
а
г> л
О г>
г>
-I
тз
о
-I
а>
О-
Г> -I 03
а
о ~о о ш
г> ^
о
X
о
ы
Г) -I
оз
а
Библиографический список
1. Применение геоинформационных технологий в региональных системах мониторинга окружающей среды и здоровья населения / О. В. Клепиков, Н. П. Мамчик, И. В. Колнет, С. А. Куролап, Т. В. Хорпякова // Вестник Удмуртского университета. Серия: Биология. Науки о земле. — 2018. — Т. 28. — № 3. — С. 249—256.
2. ГН 2.1.7.2041—06. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве: Гигиенические нормативы. — М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнад-зора. — 2006. — 15 с.
3. Когут М. Б., Шульц Э., Галактионов А. Ю., Титова Н. А. Содержание и состав полициклических ароматических углеводородов в гранулоденсиметрических фракциях почв парков Москвы // Почвоведение. — 2006. — № 10. — С. 1182—1189.
37
4. Кошелева Н. Е., Никифорова Е. М. Многолетняя динамика и факторы накопления бенз(а)пире-на в городских почвах (на примере ВАО Москвы) // Вестник Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. — 2011. — № 2. — С. 25—34.
5. Лодыгин Е. Д., Чуков С. Н., Безносиков В. А., Габов Д. Н. Полициклические ароматические углеводороды в почвах Васильевского острова (Санкт-Петербург) // Почвоведение. — 2008. — № 12. — С. 1494—1500.
SOIL CONTAMINATION WITH BENZO(A)PYRENE IN THE VORONEZH CITY
N. V. Kaverina, PhD (Geography),Voronezh State University, knataliy@mail.ru, Voronezh, Russia
References
1. Klepikov O. V., Mamchik N. P., Kolnet I. V., Kurolap S. A., Khorpyakova T. V. Primenenie geoinfor-macionnyh tehnologij v regionalnyh sistemah monitoringa okruzhayushej sredy i zdorovya naseleniya [Application of geoinformation technologies in regional systems of environmental monitoring and population health monitoring]. Vestnik Udmurtskogo universiteta. Seriya Biologiya. Nauki o zemle. — 2018. — Vol. 28. — No. 3. — P. 249—256 [in Russian].
2. GN 2.1.7.2041—06. Predelno dopustimye koncentracii (PDK) himicheskih veshestv v pochve [Maximum allowable concentration (MPC) of chemicals in the soil: Hygienic standards]. Moscow. Federalnyj centr gigieny i epidemiologii Rospotrebnadzora. — 2006. — 15 p. [in Russian].
3. Kogut M. B., Schultz E., Galaktionov A.Yu., Titova N. A. Soderzhanie i sostav policiklicheskih aromat-icheskih uglevodorodov v granulo-densimetricheskih frakciyah pochv parkov Moskvy [The content and composition of polycyclic aromatic hydrocarbons in granulo-densimetric fractions of soils in Moscow parks] // Pochvovedenie. — 2006. — No. 10. — P. 1182—1189 [in Russian].
4. Kosheleva N. E., Nikiforova E. M. Mnogoletnyaya dinamika i fak-tory nakopleniya benz(a)pirena v gorod-skih pochvah (na primere VAO Moskvy) [Long-term dynamics and factors of accumulation of ben-zo(a)pyrene in urban soils (on the example of the Eastern Administrative District of Moscow)] // Vestnik Moskovskogo universiteta. Ser. 17. Pochvovedenie. — 2011. — No. 2. — P. 25—34 [in Russian].
5. Lodygin E. D., Chukov S. N., Beznosikov V. A., Gabov D. N. Policik-licheskie aromaticheskie uglevo-dorody v pochvah Vasilevskogo ostrova (Sankt-Peterburg) [Polycyclic aromatic hydrocarbons in the soils of Vasilievsky Island (St. Petersburg)] // Pochvovedenie. — 2008. — No. 12. — P. 1494—1500 [in Russian].
38
№3, 2020
^
и a
О
О i_
X
a
i-
U ^
CD iX
О
I-
U
U О
X
и a с
0 т CD VO
a ^
и CD т X
1_
О
(D
