Features of technogenic heavy metals accumulation in soils of cities in Middle and Lower Volga region.pdf Главными компонентами формирующейся в условиях урбанизации экосистемы являются почвы. Почвы, в отличие от воздушной и водной сред, испытывают более сильное воздействие урбанистического прессинга, быстро поглощают из окружающей среды поллю-танты и очень медленно их трансформируют [1, 2]. Почвы в городах развиваются под воздействием тех же факторов почвообразования, что и природные почвы, но техногенный фактор здесь оказывает первоочередное влияние. Хозяйственная деятельность человеческого общества в крупных и малых городах приводит к существенному и часто необратимому изменению почвенного покрова [3, 4]. В результате градостроительного освоения территорий окружающая среда, и почвы в частности, подвергаются значительному техногенному давлению, заключающемуся в том числе в дополнительном поступлении разного рода поллютантов [4]. Приоритетными загрязнителями в городских условиях Среднего и Нижнего Поволжья являются тяжелые металлы как результат увеличения общего количества транспортных средств, постоянно расширяющейся транспортной и промышленной инфраструктуры, замусоривания значительных территорий [5]. Это обусловливает интенсивность и неоднородность почвенных загрязнений. Цель исследований заключалась в изучении содержания тяжелых металлов техногенного происхождения в почвенном покрове городов Среднего и Нижнего Поволжья с развитой транспортной инфраструктурой и высоким уровнем промышленного производства. Работа выполнена в 2005-2011 гг. Объекты и методы исследований. Полевые исследования почв производились методом прикопок глубиной до 20-40 см [6, 7]. Метод прикопок является практичным в городских условиях при мониторинге почвенного покрова еще и потому, что техногенные тяжелые металлы депонируются и накапливаются в основном в верхних почвенных горизонтах [7, 8]. Для закладки пробных площадей в районе исследований были выбраны участки со сформированным почвенным профилем. Пробоотборы были приурочены к относительно равновесным почвам, а не ежегодно обновляемым грунтам, с целью большей статистической достоверности и объективности результатов [8]. В каждом городе района исследований было заложено по 10 пробных площадей в зоне влияния антропогенных источников выделения химических загрязнителей и на определенном удалении от них, по основным направлениям среднегодовой розы ветров, с целью изучения распространения предполагаемых следов загрязнителей. Пробные площади обязательно закладывались в трех главных функциональных зонах городов: промышленных, селитебных и рекреационных. Полевые исследования носили характер экспедиционных работ. Пробные площади закладывались в соответствии с общепринятыми методиками биохимических исследований почв [9-11]. Размер каждой пробной площади составил 2500 м2 (50 х 50 м2). В качестве контрольного (фонового) района исследовались участки сохранившихся природных разнотравных степей и широколиственного леса (пойменная дубрава) Балашовского района Саратовской области с минимальной антропогенной нагрузкой, в которых заложены 4 пробные площади. Определение содержания тяжелых металлов в почвенных вытяжках осуществлялось методом пламенной спектрометрии [7]. Экологический анализ уровня опасности загрязнения городских почв комплексом тяжелых металлов проведен по суммарному показателю химического загрязнения (Zc), предложенному СанПиН 4266-87 и отражающему наглядную дифференциацию химического загрязнения почвенного покрова в пределах урбанизированных территорий [12]. Суммарный показатель загрязнения почв (Zc) вычислялся по наиболее распространенным тяжелым металлам, показавшим высокие концентрации в почвах района исследований, по следующей формуле [7, 8]: ^ = (Kcl +... + Kcn) - (n-1), где n - число определяемых суммируемых поллютан-тов, Kci - коэффициент концентрации i-го компонента загрязнения. Коэффициент концентрации (Kci) поллютанта определялся как отношение фактического (среднестатистического) содержания определяемого вещества в почве (С) (в мг/кг почвы) к его региональному фоновому значению (Сф^: Kc = С / Сф,. Результаты и их обсуждение. Валовое содержание тяжелых металлов в почвенной среде является фактором емкости, отражающим потенциальную опасность загрязнения почв, растений, инфильтрационных и поверхностных вод. Средневзвешенные показатели концентраций тяжелых металлов в почвенном покрове условно-фонового участка природных лесостепных и степных экосистем (пробные площади № 1-4) свидетельствуют об их высокой аккумулирующей способности (табл. 1). Полученные и статистически обработанные результаты лабораторного анализа образцов природных почв из контрольных пробных площадей позволили установить следующий ряд тяжелых металлов: Mn > Zn > Cu > Pb. Средневзвешенные показатели концентраций тяжелых металлов в почвенном покрове г. Балашова свидетельствуют об их высокой аккумулирующей способности. Содержание этих поллютантов (исключение - Ni) превышает региональный фон, у Zn и Cu содержание в почвах выше установленных для них ПДК (табл. 2). Элементный состав тяжелых металлов в почвах города представляет следующий ряд поллютантов, оказывающих максимальное техногенное воздействие на санитарно-экологическое качество почв: Mn > Zn > Cu > Pb > Ni. На территории г. Саратова выявлены высокие концентрации тяжелых металлов в почвах, значительно превышающие их фоновые значения (исключение -Ni). У 6 элементов (Pb, Zn, Mn, Cu, Hg, Cd) концентрации выше предельно допустимых значений (табл. 3). Т а б л и ц а 1 Средневзвешенное содержание тяжелых металлов в естественных ненарушенных почвах в контроле (2005-2011 гг.) Значение М+т на ПП № 1-4, мг/кг воздушно-сухой почвы Pb Zn Mn Cu М+т 25,4±1,1 49,9+1,5 651,6+26,3 29,6+0,82 Фон 11,2 34,0 688,6 22,0 ПДК 32,0 55,0 1500,0 33,0 Примечание. Курсивом выделено значение М+т, превышающее региональный фон. Т а б л и ц а 2 Средневзвешенное содержание тяжелых металлов в почвах г. Балашова Саратовской области (2005-2011 гг.) Значение М+т на ПП № 1-10, мг/кг воздушно-сухой почвы Pb Zn Mn Ni Cu М+т 31,1+1,2 76,9+2,5 1181,0+26,4 17,5+0,68 53,9+1,6 Фон 11,2 34,0 688,6 28,2 22,0 ПДК 32,0 55,0 1500,0 20,0 33,0 Примечание. Курсивом выделено значение М+т, превышающее региональный фон; жирным шрифтом выделено значение М+т, превышающее установленный гигиенический норматив (ПДК). Т а б л и ц а 3 Средневзвешенное содержание тяжелых металлов в почвах г. Саратова (2005-2011 гг.) Значение М+т на ПП № 1-10, мг/кг воздушно-сухой почвы Pb Zn Mn Ni Cu Hg Co Cd М+т 112,0+4,5 187,8+6,6 2097,0+53,9 19,0+0,80 91,6+2,4 4,6+0,20 41,8+1,2 4,1+0,11 Фон 11,2 34,0 688,6 28,2 22,0 0,39 11,2 0,40 ПДК 32,0 55,0 1500,0 20,0 33,0 2,1 50,0* 2,0* Примечание. Курсивом выделено значение М+т, превышающее региональный фон; жирным шрифтом выделено значение М+т, превышающее установленный гигиенический норматив (ПДК/ОДК); * ОДК. Элементный состав тяжелых металлов в почвах г. Саратова выглядит следующим образом: Mn > Zn > Pb > Cu > Co > Ni > Hg > Cd. В почвенной среде г. Саратова в период исследований отмечен высокий рост концентраций тяжелых металлов как на участках относительно сохранившегося естественного покрова, так и в техногенных грунтах. Это связано с увеличением числа автотранспортных средств и восстановлением прежних мощностей промышленных предприятий. На территории г. Сердобска происходит значительное антропогенное рассеивание тяжелых металлов, средневзвешенное содержание которых превышает региональный фон: в 1,7 раза - по V, в 2,4 раза - по Pb, в 1,6 раза - по Zn и в 3,9 раза - по Co (табл. 4). По Zn также отмечено незначительное превышение ПДК. Т а б л и ц а 4 Средневзвешенное содержание тяжелых металлов в почвах г. Сердобска Пензенской области (2006-2011 гг.) Значение М+т на ПП № 1-10, мг/кг воздушно-сухой почвы V Pb Zn Co М+т 134,6+4,5 27,1+0,7 55,0+1,2 43,9+1,3 Фон 77,4 11,2 34,0 11,2 ПДК 150,0 32,0 55,0 50,0* Примечание. Курсивом выделено значение М+т, превышающее региональный фон; жирным шрифтом выделено значение М+т, превышающее установленный гигиенический норматив (ПДК); * ОДК. Таким образом, элементный состав почвенной среды г. Сердобска имеет следующий вид: V > Zn > Co > Pb. Средневзвешенное содержание тяжелых металлов в почвах г. Кузнецка является достаточно высоким: концентрации большинства металлов выше фоновых величин (кроме Fe и Sb, у Sb фоновый показатель не определен), что отражено в табл. 5. Sb, Pb, Zn и Co накапливаются в почвенном покрове г. Кузнецка в количествах, превосходящих установленные гигиенические нормативы для почв населенных мест: Sb - 1,3 ПДК, Pb - 1,5 ПДК и Co -2,0 ОДК. Элементный состав тяжелых металлов в почвенном покрове г. Кузнецка выглядит следующим образом: Fe > Cr > Zn > Co > Pb > Sb. Высокие средневзвешенные показатели содержания тяжелых металлов (Pb - 1,5 ПДК, Zn - 1,6 ПДК, Cu -1,9 ПДК) в почвах г. Камышина указывают на то, что они интенсивно деградируют (табл. 6). Результаты, представленные в табл. 6, позволили составить следующий возрастающий ряд тяжелых металлов, загрязняющих почвенный покров г. Камышина: Zn > Cu > Pb > Sb > Cd. Т а б л и ц а 5 Средневзвешенное содержание тяжелых металлов в почвах г. Кузнецка Пензенской области (2006-2011 гг.) Значение М+т на ПП № 1-10, мг/кг воздушно-сухой почвы Sb Fe Pb Zn Cr Co М+т 5,98±0,20 33193,1+669,2 49,1+1,5 108,8+1,5 118,1+1,6 101,7+1,5 Фон - 33591,9 11,2 34,0 96,9 11,2 ПДК 4,5 - 32,0 55,0 - 50,0* Примечание. Курсивом выделено значение М+т, превышающее региональный фон; жирным шрифтом выделено значение М+т, превышающее установленный гигиенический норматив (ПДК/ОДК); * ОДК. При вычислении средневзвешенных показателей концентраций тяжелых металлов в почвенной среде г. Волжского получены результаты, представленные в табл. 7. Т а б л и ц а 6 Средневзвешенное содержание тяжелых металлов в почвах г. Камышина Волгоградской области (2006-2011 гг.) Значение М+т на ПП № 1-10, мг/кг воздушно-сухой почвы Pb Zn Cd Sb Cu М+т 47,3+1,2 86,8+1,6 1,8+0,06 3,6+0,14 62,8+1,3 Фон 11,2 34,0 0,4 - 22,0 ПДК 32,0 55,0 2,0* 4,5 33,0 Примечание. Курсивом выделено значение М+т, превышающее региональный фон; жирным шрифтом выделено значение М+т, превышающее установленный гигиенический норматив (ПДК); * ОДК. Т а б л и ц а 7 Средневзвешенное содержание тяжелых металлов в почвах г. Волжского Волгоградской области (2006-2011 гг.) Значение М+т на ПП № 1-10, мг/кг воздушно-сухой почвы Pb Zn Sb Ni Cu Hg Cd М+т 134,3+2,1 193,5+2,5 3,3+0,08 27,3+1,2 110,5+2,3 2,7+0,06 3,6+0,11 Фон 11,2 76,8 - 28,2 45,3 0,39 0,40 ПДК 32,0 55,0 4,5 20,0 33,0 2,1 2,0* Примечание. Курсивом выделено значение М+т, превышающее региональный фон; жирным шрифтом выделено значение М+т, превышающее установленный гигиенический норматив (ПДК/ОДК); * ОДК. Максимально загрязнены почвы города металлами Pb, Zn, Ni, Cu, Hg и Cd. Концентрации этих поллютан-тов превышают установленные гигиенические нормативы: у Pb - 4,2 ПДК, у Zn - 3,5 ПДК, у Ni - 1,4 ПДК, у Cu - 3,3 ПДК, у Hg - 1,3 ПДК и у Cd - 1,8 ПДК. Таким образом, максимально аккумулируются в почвах г. Волжского Pb, Zn и Cu, которые являются приоритетными загрязнителями почв в данном урбанизированном районе. Тяжелые металлы в почвенном покрове г. Волжского образуют следующую последовательность: Zn > Pb > Cu > Ni > Cd > Sb > Hg. Средневзвешенное содержание тяжелых металлов в почвах г. Инзы Ульяновской области (2006-2011 гг.) Значение М+т на ПП № 1-10, мг/кг воздушно-сухой почвы V Pb Zn Cr М+т 171,7+1,9 30,2+1,1 93,6+1,4 202,8+2,6 Фон 77,4 11,2 34,0 96,9 ПДК 150,0 32,0 55,0 - Примечание. Курсивом выделено значение М+т, превышающее региональный фон; жирным шрифтом выделено значение М+т, превышающее установленный гигиенический норматив (ПДК). Т а б л и ц а 9 Средневзвешенное содержание тяжелых металлов в почвах г. Димитровграда Ульяновской области (за период 2006-2011 гг.) Значение М+т на ПП № 1-10, мг/кг воздушно-сухой почвы V Pb Zn Ni Cu Cr М+т 212,5+3,4 141,8+2,9 129,9+3,2 16,9+0,78 170,5+3,3 247,4+5,8 Фон 77,4 11,2 34,0 28,2 22,0 96,9 ПДК 150,0 32,0 55,0 20,0 33,0 - Примечание. Курсивом выделено значение М+т, превышающее региональный фон; жирным шрифтом выделено значение М+т, превышающее установленный гигиенический норматив (ПДК). Техногенное загрязнение почвенной среды г. Инзы обусловлено высокими концентрациями V, Pb, Zn и Cr. В целом по городу выявлено высокое содержание тяжелых металлов в почвенном покрове (табл. 8). Наибольшее загрязняющее влияние оказывают V (1,1 ПДК) и Zn (1,7 ПДК). Все четыре металла депонируются в городских почвах в концентрациях выше их фоновых значений. Техногенные тяжелые металлы в почвах г. Инзы образуют следующий состав: Cr > V > Zn > Pb. Средневзвешенные показатели содержания тяжелых металлов в почвах г. Димитровграда являются достаточно высокими (табл. 9). Т а б л и ц а 8 Большинство металлов, за исключением Ni, аккумулируются в верхних почвенных горизонтах в количествах, превышающих их фоновые значения. V, Pb, Zn и Cu превышают ПДК в 1,4, 4,4, 2,4 и 5,2 раза соответственно. Элементный состав тяжелых металлов почв г. Ди-митровграда имеет следующий вид: Cr > V > Cu > Pb > Zn > Ni. Таким образом, почвы урбанизированных районов Среднего и Нижнего Поволжья значительно загрязнены тяжелыми металлами техногенного происхождения. Приоритетными поллютантами, активно аккумулирующимися в городских почвах в повышенных концентрациях, являются свинец, медь и цинк (рис. 1). Ниже, чем в контроле, концентрации свинца выявлены в гг. Балашове (Саратовская область), Сердобске (Пензенская область) и Инзе (Ульяновская область). Во всех этих городах среднестатистическое содержание свинца в почвах не превышало ПДК. В остальных городах содержание свинца превышало контрольный показатель и ПДК. Максимальные концентрации свинца приходятся на гг. Саратов, Волжский, Димитровград. Меньшие, чем в контроле, следовые концентрации меди обнаружены в гг. Балашове, Сердобске, Кузнецке, Инзе. В других урбанизированных районах концентрации меди значительно превосходили контрольный показатель. Максимум аккумулированной в почвенной среде меди пришлось на гг. Димитровград, Волжский, Саратов. Высокие концентрации (> ПДК) цинка выявлены во всех исследованных городах. Лишь в г. Сердобске цинк накапливается в меньших в сравнении с контролем количествах. Наибольшие концентрации цинка зарегистрированы в гг. Волжском, Саратове и Димит-ровграде. мг/кг 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 V •А/.* # # л? & # ^ «У С?

Скачать электронную версию публикации