Оценка антропогенного загрязнения почвы урбанизированной территории на примере города Благовещенска

Полный текст

ВВЕДЕНИЕ

Развитие промышленности и транспорта привело к загрязнению окружающей среды различными химическими веществами. Основной удар принимают на себя почвы. Городские почвы ‒ не только среда обитания растений, микроорганизмов, но и уникальный сорбент разнообразных загрязняющих веществ, в частности токсичных химических элементов. Хотя городские почвы не представляют интерес как начальное звено пищевых цепей, они являются потенциальным источником вторичного загрязнения поверхностных и грунтовых вод, пылевого загрязнения атмосферного воздуха. Тяжелые металлы (ТМ) составляют значительную долю в составе аэрозольных частиц воздуха. Будучи тонкодисперсными, эти частицы могут проникать в легкие и кровь человека, накапливаться в разных органах. Возможно и прямое воздействие загрязненных почв на здоровье населения (особенно детей) за счет непосредственного контакта и поступления частиц почвы и грунтов в организм (в частности на игровых площадках) [32, 33]. Поступление частиц почвы в организм детей сейчас рассматривается в качестве одного из значимых механизмов воздействия окружающей среды на их здоровье [26]. Установлено, что в организм детей в возрасте от 1 года до 4 лет в процессе их обычной деятельности (игры, прогулки и т. п.) в среднем попадает 24-26 мг почвы в день [23].

Установлено, что существует экспоненциальная зависимость между уровнем ТМ в крови человека и их содержанием в городских почвах [28]. Доказано, что высокий уровень свинца в крови приводит к замедлению физического развития детей и проблемам со слухом, изменению нейроповеденческих характеристик [24, 25].

В последнее время как в России, так и за рубежом активно ведется эколого-геохимическое изучение почв городской агломерации [9, 12, 13, 21, 22, 31]. На сегодняшний день в основном исследуется загрязнение территорий крупных промышленных центров России [8, 16]. Дальневосточные же города со сравнительно низкой плотностью населения остаются вне зоны комплексного экологического исследования. Дальневосточные города, в большей мере считающиеся малопромышленными из-за незначительного количества предприятий или их малой мощности, тем не менее зачастую позиционируются в первой десятке самых загрязненных городов по разным показателям¹. Кроме того, природные экосистемы Дальневосточного региона испытывают интенсивный антропогенный прессинг, обусловленный высокой пирогенной составляющей, а также трансграничным переносом поллютантов с территории соседнего Китая [7].

Один из старейших городов русского Дальнего Востока ‒ Благовещенск, административный центр Амурской обл., расположен в пойме двух крупных рек Амура и Зеи. Это единственный административный центр России, находящийся на государственной границе. Геохимическими исследованиями территории Благовещенска в разные годы занимались многие специалисты [4, 15, 18, 20, 21].

В большинстве случаев эти исследования сводились к определению валового содержания химических элементов в почвенных пробах. Было установлено цинк-кадмий-свинцовое загрязнение почвенного покрова г. Благовещенска. Однако валовое содержание элементов не позволяет судить о закономерностях их геохимического поведения в почве и возможностях перехода в сопредельные природные среды. Современное исследование почв урболандшафтов должно включать не только определение валового содержания поллютантов, но и форм их нахождения с установлением доли подвижных форм и особенностей их распределения. Использование показателей подвижности позволит прогнозировать увеличение потока ТМ из почв в другие среды, например при выпадении кислотных дождей и в иных экстремальных ситуациях, в частности при наводнениях. Расположение Благовещенска в междуречье главных водных артерий Дальнего Востока – Амура и Зеи – накладывает на экологическое состояние почвенного покрова города определенные рамки. Зона бассейна Среднего Амура ‒ это огромный регион, охватывающий территории России и Китая. На экосистемы крупных водотоков крайне отрицательно влияет загрязнение промышленными, муниципальными и ливневыми стоками. Ситуацию усугубляют наводнения, периодически происходящие в бассейне Зеи и приводящие к частичному подтоплению Благовещенска. По многолетним наблюдениям, в левобережной части бассейна Амура наводнения наблюдаются раз в четыре года, при этом раз в 9-25 лет они принимают катастрофический характер [10], затапливая часть территории Благовещенска и приводя к поднятию уровня грунтовых вод. В результате этих процессов в воды Амура дополнительно попадают разнообразные загрязняющие вещества. Последнее наводнение в 2013 г. стало одним из самых сильных и продолжительных.

Цель данной работы – изучение степени подвижности тяжелых металлов в почвах Благовещенска, определение элементов, имеющих высокий риск мобилизации, и выделение районов повышенного риска для здоровья человека.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Источники загрязнения атмосферного воздуха и почв на территории города − работающая на буром угле Благовещенская ТЭЦ, золоотвал, отопительные котельные коммунального хозяйства, печное отопление частного жилого сектора, заводы “Амурский металлист”, судостроительный, строительных материалов, железобетонных изделий, мельзавод, ЗАО “Асфальт”, мясокомбинат, спичфабрика, опытно-промышленный завод (обогатительная фабрика) ОАО “Покровский рудник”, полиграфический центр “Приамурье”, железнодорожный и автомобильный транспорт и др. К основным источникам загрязнения отнесены Благовещенская ТЭЦ, котельные предприятия коммунального хозяйства, а также автотранспорт.

В соответствии с функциональным назначением территорий и специализацией источников загрязнения в Благовещенске выделены следующие функциональные зоны: селитебная, промышленная, транспортная, рекреационная. В качестве фона была выбрана территория равнины в междуречье заповедного урочища Мухинка, расположенная в 38 км северо-восточнее города, которая не подвергается техногенным и пылевым выбросам, характерным для города. Урочище Мухинка представляет собой смешанный лес с преобладанием сосны (Pinus silvestris L.), поэтому и на территории города почвенные пробы отбирали в зоне произрастания сосен. Было отобрано 34 пробы с различных территорий: около промышленных предприятий, газонов вдоль автомобильных и железных дорог, благоустроенных скверов, дворов жилых домов (рисунок).

Рисунок. Карта фактического материала опробования почв на территории г. Благовещенска. 1 – селитебная территория; 2 – территория промышленных предприятий, 3 – Государственная граница России с Китаем; 4 – железная дорога, 5 – ТЭЦ; 6 – заводы, производственные базы; 7 – котельные, работающие на буром угле; 8 – места отбора проб городских почв и их номера. Врезки: роза ветров (вверху слева), карта-схема Амурской области (вверху справа).

Отбор почв производился точечным способом методом конверта из верхнего слоя 0-10 см. Из 5 точечных проб составляли объединенную пробу весом примерно 1 кг. Обработка проб почвы последовательно включала просушивание при комнатной температуре, ручное измельчение крупных агрегатов и просеивание через сито с размером ячейки 1 мм.

Определение физических и химических свойств почв проводили по стандартным методикам: кислотность почв (рН) в водной и солевой вытяжках потенциометрическим методом с помощью иономера ЭВ-74²; подвижные формы фосфора и калия³; обменные катионы кальция и магния методом их вытеснения 1 М раствором уксуснокислого аммония; органическое вещество⁴.

Валовое содержание ТМ (Cd, Pb, Zn, Cr, Cu, Ni, Co, Mn) в почвенных образцах определяли после разложения почвы смесью концентрированных кислот: фтористоводородной, азотной и соляной с последующим растворением в горячем растворе 1 М соляной кислоты. Подвижные формы металлов экстрагировались последовательно водой (фракция I) и ацетатно-аммонийным буфером рН=4.8 (фракция II).

Для извлечения фракции I почву и бидистиллированную воду в соотношении 1:10 встряхивали на ротаторе в течение 1 часа. Раствор центрифугировали, отделяли супернатант и концентрировали его упариванием в 10 раз. Водорастворимая фракция тяжелых металлов (F1) наиболее доступна для растений. Состав соединений ТМ, ответственный за содержание ионов ТМ в водной вытяжке, достаточно сложный. Его составляют три основные группы соединений: а) собственно легкорастворимые соединения ТМ; б) труднорастворимые соединения ТМ, растворяющиеся в воде в соответствии со своими произведениями растворимости; в) растворимые в воде комплексные соединения ТМ с различными органическими и неорганическими лигандами [11].

Для получения фракции II, или специфически сорбированной, пробы обрабатывали раствором ацетатно-аммонийного буфера с рН 4.8 в соотношении почва:раствор – 1:10 в течение 1 часа при непрерывном встряхивании. Раствор ацетатно-аммонийного буфера предназначен для выделения наиболее подвижных и легко мобилизуемых (адсорбированных на различных сорбентах, а также карбонатных форм) металлов [1].

Измерение концентраций Cu, Zn, Mn, Cr, Ni, Co, Pb и Cd проводили на атомно-абсорбционном спектрофотометре Hitachi-180-50, iCE-3000 Series в пламени ацетилен-воздух, на ААС “Анналист 400” в филиале ЦЛАТИ по ДФО − ЦЛАТИ по Амурской области (Аттестат аккредитации № РОСС RU.0001.511649) и методом инверсионной вольтамперометрии (анализатор вольтамперометрический ТА-4).

Результаты анализов сведены в базу данных, которая обрабатывалась с использованием программы Statistica (7.0).

Химический состав почв на фоновой территории характеризовали кларками концентрации КК = Сф/К и рассеяния элементов КР = К/Сф, где Сф – среднее валовое содержание металла в почве, мг/кг; К – кларк элемента в верхней части континентальной земной коры, мг/кг [5, 29, 36].

Геохимические индексы почв г. Благовещенска выражали формулой, в числителе которой – концентрирующиеся элементы с их коэффициентами накопления КК, в знаменателе – деконцентрирующиеся с коэффициентами рассеяния КР. Накопление и рассеяние ТМ на территории Благовещенска по сравнению с фоном оценивали путем расчета коэффициентов для почвы: КK = Сm/Сф и КР= Сф/Сm, где Сф, Сm – средние валовые концентрации элемента в фоновых образцах и образцах почв городской территории соответственно.

Рассчитывали коэффициент опасности элемента К_о = Сi/ПДК, который отражает кратность превышения валовой концентрации элемента в почве по сравнению с предельной допустимой концентрацией (ПДК).

Для оценки степени полиэлементного загрязнения почв ТМ использовали показатель суммарного загрязнения Zс [19]:

Zc=ΣКс_i – (n-1),

где Zс – суммарный показатель загрязнения; Кс_i – коэффициенты концентраций элементов; n – число химических элементов с Kс_i>1. Коэффициент концентрации Кс_i элемента определяли по формуле: Кс_i = Сi/Сф, где Сi и Сф – соответственно валовое и фоновое содержание определяемого элемента в почве.

Значения, характеризующие суммарное загрязнение Zс по степени опасности, имеют следующие диапазоны: Zс<16 – низкий уровень; 16< Zс < 32 – средний, умеренно опасный; 32< Zс < 64 – высокий, опасный; 64< Zс < 128 – максимальный, чрезвычайно опасный [19].

Использовали также экологический показатель суммарного загрязнения Zcт (с учетом поправочного коэффициента токсичности), рассчитанный по формуле:

Zcт = Σ (Кс_i×Кт_i) – (n – 1),

где Кт_i – коэффициент токсичности i элемента. Значения коэффициентов токсичности исследуемых элементов были использованы согласно [3]. Для Zn, Pb, Cr, Ni, Cd Кт равен 1.5, для Cu и Co – 1, для Mn – 0.5.

Был рассчитан также индекс Zcт(г), который объединяет два критерия загрязненности: среднее геометрическое коэффициентов концентраций (Кс) и токсичность тяжелых элементов (Кт) [3]:

Zст(г) = n[(Кс₁ × Кт₁)(Кс₂ × Кт₂) ×…× (Кс_n ×Кт_n) ]^1/n – (n – 1).

Рассчитывали фактор подвижности для каждого элемента по формуле:

MF = ((F1+F2)/ Сm)×100%,

где F1 и F2 – концентрация элемента в водорастворимой и специфически сорбированной фракциях соответственно, а Сm – среднее валовое содержание поллютанта.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты физико-химической характеристики городских почв приведены в табл. 1. Широкий диапазон представленных значений, вероятно, обусловлен различным хозяйственным использованием городских территорий и разной степенью загрязнения мест отбора проб.

Таблица 1. Физико-химические свойства почв Благовещенска

Согласно данным табл. 1, рН водный верхнего слоя почв (0-10 см) варьировал от 5.3 до 8. Для почв промышленной зоны характерна слабощелочная реакция среды (рН 7.5), в рекреационной и селитебной зонах значения рН соответственно 6.8 и 6.6. Смещение рН в верхних слоях городских почв в щелочную область по сравнению с фоновой территорией происходит за счет карбонатных техногенных включений (бетона, цемента и др., которые разрушаются и выветриваются в условиях города). Наиболее кислая реакция среды характерна для почв, отобранных в урочище Мухинка и на менее загрязненных участках города. Это связано с тем, что продукты распада хвои сосны имеют кислую реакцию.

В почвах Благовещенска по сравнению с фоновой территорией увеличивается содержание органического вещества (в среднем 7.7% при колебаниях от 2.5 до 16.1%). На содержание органического вещества в городских почвах оказывают влияние привозные грунты, содержащие большое количество торфа, выбросы в атмосферу сажи, коммунально-бытовой мусор и опад растительного покрова. Низкое содержание органического углерода встречалось как в сильно нарушенных почвах, так и в почвах некоторых газонов и парков.

Наибольшие концентрации подвижных форм фосфора и калия как типичных биогенных элементов достигали 723 и 642 мг/кг соответственно. В естественных ненарушенных почвах (фон) содержание биогенных элементов составило около 70 мг/кг.

Обменные катионы кальция и магния характеризуют поглотительную способность почв. В составе обменных катионов преобладал кальций (от 4.8 до 177 ммоль/100 г почвы), содержание магния – от 0.3 до 3.9 ммоль/100 г почвы.

Таким образом, по сравнению с фоновой территорией в Благовещенске отмечалось подщелачивание почв, увеличение содержания органического вещества, обменных оснований и подвижных форм биогенных элементов, что связано с бόльшей техногенной нагрузкой на городские почвы. Однако, в целом в исследованных почвах наблюдали нормальные условия для развития растений и микроорганизмов [17].

Данные по валовому содержанию химических элементов в почвах Благовещенска и на фоновой территории приведены в табл. 2.

Таблица 2. Значения коэффициентов опасности (Ко) и концентрации валовых форм металлов в почвах Благовещенска и фоновой территории

Примечания. m – cреднее, min –минимум, max – максимум.

В поверхностном горизонте фоновых почв выделены группы: с околокларковыми концентрациями – Cd (КР=1) и рассеивающиеся элементы – Cu_1.7, Co_1.9, Pb_1.9, Zn_2.4, Cr_3.4, Ni_3.6, Mn_9.7 (см. табл. 2). Сильное рассеяние большинства ТМ, вероятно, обусловлено их низким содержанием в почвообразующих отложениях.

По сравнению с фоновой территорией почвы города характеризовались повышенными концентрациями ТМ. Валовая концентрация Cu варьировала в диапазоне от 10 до 72 мг/кг при среднем значении 25.1 мг/кг, что в 2.8 раза выше фонового содержания. Диапазон колебаний валовых концентраций Pb в почве Благовещенска варьировал от 19.5 до 311 мг/кг, превышая фоновый показатель (8.9 мг/кг) в 2.2-35 раз.

Средние значения валовых содержаний Zn, Mn, Cr, Ni, Co, Cd превышали фон в 3.3, 7.8, 2.3, 1.6, 1.5, 5.1 раза соответственно. Таким образом, в почвах города накапливаются 4 элемента, для которых КК > 3.0: Mn_7.8, Pb₇, Cd_5.8 , Zn_3.3 (см. табл. 2). Аккумуляция Cu, Ni, Co, Cr не столь велика (КK 1.5-2.8). Высокие концентрации ТМ в городских почвах ‒ результат их долгосрочного накопления, а специфика источников выбросов и состав поступающих в окружающую среду загрязняющих веществ обусловили дифференциацию уровней накопления ТМ в поверхностных слоях городских почв.

В городских почвах наибольшей вариабельностью отличаются Zn (Сv=129%), Pb (Сv=92%), Cd (Сv=259%), т.е. элементы с высокими КК.

Исходя из представлений о том, что при нормальном распределении показатели среднего значения и медианы примерно равны, полученные данные свидетельствуют о неравномерном распределении изученных элементов на территории города (табл. 3).

Таблица 3. Числовые характеристики валовых содержаний ТМ в почвах Благовещенска (мг/кг)

Практически для всех элементов среднее арифметическое значение концентраций выше, чем медиана. Наибольшую асимметрию имеют массивы данных по содержанию кадмия и цинка, что объясняется наличием отдельных проб с высоким содержанием кадмия и цинка (7.8 и 739 мг/кг соответственно).

Кроме того, причиной отмеченного неравномерного распределения изученных элементов в почвах Благовещенска, возможно, могут быть и достаточно часто встречающиеся образцы с низкими содержаниями ТМ, характерными, как правило, для искусственных почвогрунтов легкого гранулометрического состава.

Функциональные зоны города слабо различаются уровнями содержания ТМ в почвах (см. табл. 3). Особенность Благовещенска − вкрапленная локализация предприятий промышленности и топливно-энергетического комплекса по территории города. Поэтому разделить воздействие промышленных выбросов от выбросов энергетических предприятий, малых топливных установок, частного печного отопления, автотранспорта трудно из-за наложения сфер их влияния. Кроме того, наличие крупных рек Амура и Зеи способствует возникновению локальных конвекционных перемещений воздушных масс, влияющих на перераспределение поллютантов.

Наибольшее загрязнение ТМ характерно для почв промышленной зоны – Сd_9.8, Pb_9.7, Mn_8.9, Zn_4.9, Cu_2.9. Особенно наглядно это проявилось для кадмия и свинца. В промышленной зоне накопление этих элементов обусловлено их наличием в химическом составе выбросов предприятий разных отраслей. Локализация аномалий ТМ в городских промзонах отмечена во многих работах [6, 30, 35, 38]. Почвы транспортных зон и жилой застройки загрязнены слабее. Так, в урботехноземах и урбаноземах (собственно) транспортной зоны аккумулируются Pb_6.5, Сd_5.6, Mn_5.5. Очевидно, что загрязнение придорожных почв связано с воздействием автотранспорта. В селитебной зоне ТМ в почву поступают как при выпадении поллютантов с техногенными выбросами промышленности и автотранспорта, так и при применении различных торфо-компостных смесей при разбивке газонов, поэтому здесь также высоки уровни накопления Мn и Pb.

Высокое содержание ТМ в рекреационных зонах города обусловлено их близким расположением к автодорогам с активным транспортным движением ‒ Mn_9.3, Pb_6.6, Zn_3.2, Cu_3.1.

В Благовещенске преобладают почвы с концентрацией ТМ ниже ПДК⁵ и ОДК⁶ (см. табл. 2). В гумусово-аккумулятивном горизонте почв города средние значения К_о<1. Наименьший коэффициент опасности среди ТМ зафиксирован для меди.

Превышение ПДК для почв по Mn отмечено только в урботехноземах (т. 22 в районе судостроительного завода), где концентрация Mn составила 1647 мг/кг (ПДК 1500 мг/кг). В этой же точке содержание Cd превышает ОДК в 3.9 раза, что, вероятно, обусловлено техногенным загрязнением почвы, связанным с выбросами завода ”Амурский металлист”. В 1.2-2.2 раза превышена ОДК для почв по Cr в урбаноземах Благовещенска (т. 2, 15, 18, 24), что отражает специфику сталеплавильного производства (т. 2), а также мелких предприятий по деревообработке и производству мебели (т. 24 – район спичфабрики), где Cr выщелачивается из красок и пропитанной ими древесины [2]. Максимальное содержание Cr (200 мг/кг) отмечено в урбаноземах т. 18, что, возможно, обусловлено влиянием полигона бытовых отходов (по розе ветров). Максимальная концентрация Zn зафиксирована в индустриоземах т. 10 (Белогорье, силикатный завод) − 739 мг/кг, что превышает ОДК для почв в 3.4 раза. Повышенные концентрации Zn отмечены в урботехноземах промышленной зоны (до 165 мг/кг). Источниками накопления Zn на данных территориях могут быть промышленные выбросы, коррозия металлических частей зданий и автотранспортное загрязнение. На урботехноземы набережной р. Амура (т. 3), где содержание Zn в почве составляет 191 мг/кг, оказывают влияние находящийся рядом электроаппаратный завод и пылевые потоки с Северо-Западного Китая [14].

Максимальные валовые концентрации Pb зафиксированы в индустриоземах т. 24 − 177 мг/кг и т. 10 – 311 мг/кг с превышением ОДК в 1.3 и 2.4 раза соответственно. Концентрация Pb в гумусовых горизонтах связана с образованием стабильных Pb²⁺-органических комплексов [1, 34]. В Благовещенске Pb попадает в почву при сгорании жидкого топлива, разрушении аккумуляторных пластин и частично с отходами предприятий деревообрабатывающей промышленности (т. 24) (Pb₃O₄– свинцовый сурик, пигмент красок) [2]. Концентрации Cu и Ni в урбаноземах Благовещенска не превышают ОДК для почв.

По суммарному показателю загрязнения Zc установлено, что 33% исследованных площадок Благовещенска имеют низкий, не опасный уровень загрязнения (табл. 4). Средний, умеренно опасный уровень загрязнения (Zс = 16-32) выявлен на 49% пробных площадок, расположенных в промышленной и транспортной зонах, а также в Первомайском парке, где источниками загрязнения почв ТМ являются нефтебаза и котельные. Опасный уровень загрязнения почв ТМ (Zс = 32-128) отмечен в 6 точках, наибольший уровень которого достигает в точках 24 (Zс = 51), 10 (Zс = 61), 22 (Zс = 123).

Таблица 4. Суммарные показатели загрязнения почв на территории Благовещенка

Примечания. m – cреднее, min –минимум, max – максимум.

Таким образом, уровень загрязнения исследованных почв Благовещенска невысок, Zc<32 имеют 82% площади, высокое содержание ТМ выявлено только на отдельных участках. Несколько повышенные концентрации ТМ приурочены в основном к промышленным зонам, а высокими уровнями загрязнения характеризуются локальные места.

Расчеты суммарного показателя загрязнения верхнего слоя почвенного покрова Благовещенска с учетом коэффициента токсичности ТМ свидетельствуют о том, что почвы города в основном относятся к категории “умеренно опасные” − 54.6% (см. табл. 4). Повышение суммарного коэффициента обусловлено тем, что 5 элементов из 8 изучаемых относятся к I классу опасности.

Значения показателя суммарной техногенной загрязненности почв Zcт(г) – промежуточные между значениями показателей Zcт и Zc (см. табл. 4). Уменьшение Zcт(г) происходит за счет математического нивелирования наиболее высоких величин Кс Cd, Pb и Zn.

Согласно комплексному показателю суммарного загрязнения, учитывающего среднее геометрическое коэффициентов Кс и токсичность тяжелых металлов, только 6.1% почв города относятся к категории опасных, остальные почвы – к категории умеренно опасных и неопасных (см. табл. 4). В опасные попадают почвы в окрестностях спичфабрики, Белогорья и судостроительного завода, т.е. в них происходит накопление химических веществ антропогенного происхождения в количествах, представляющих опасность для живых организмов. Опасная ситуация создается тогда, когда химические вещества в почве накапливаются в составе подвижных соединений, которые могут переходить в состав атмосферы или гидросферы, а затем поступать в живые организмы или непосредственно усваиваться растениями на месте загрязнения. Поэтому информативным показателем загрязнения почв ТМ являются содержание подвижных соединений ТМ в почвах и доля подвижных форм от валового содержания. В табл. 5 приведены данные по концентрации подвижных форм металлов в почвах Благовещенска.

Таблица 5. Концентрации подвижных форм металлов в почвах Благовещенска

Примечания. m – cреднее, min –минимум, max – максимум.

Водорастворимая фракция ТМ считается более агрессивной, характеризующей степень подвижности элементов в почве, их миграционную активность в ионной форме и часто используется для оценки возможных масштабов загрязнения гидросферы. На долю этой фракции в урбаноземах Благовещенска приходится от 0 до 5.3 % от валового количества Cu, Zn, Cr, Mn, Ni, Со, Pb и Cd. Доля водорастворимого Pb на площадке около ЗАО “Асфальт” достигает 3.3% от его валового содержания, Сd на набережной р. Амура в селитебной зоне – 5.26%. Согласно гигиеническим нормативам⁷, для водорастворимой фракции урбаноземов Благовещенска наблюдается превышение ПДК_в Mn (0.1 мг/дм³) в 2-22 раза практически для всех мест отбора проб (см. табл. 5). Превышение ПДК_в Ni (0.02 мг/дм³) в 1.5-16 раз отмечено на 88 % исследованных площадок, а по Pb и Со – в половине исследованных образцов, отобранных в черте города.

Средние значения содержаний подвижных форм Cu, Zn, Cr, Mn, Ni, Pb и Cd, извлекаемых водной вытяжкой, в верхнем почвенном горизонте превысили фон в 2-10 раз. Исключение составляет Co, содержание которого в фоновой водной вытяжке выше.

Специфически сорбированная фракция ТМ, выделенная экстрагированием ацетатно-аммонийным буфером (рН 4.8), характеризует резервный запас подвижных форм элементов и их биологическую доступность. В эту фракцию входят металлы, специфически сорбированные и бывшие в составе труднорастворимых соединений. Под специфически сорбированными ионами ТМ, входящими в состав твердофазных соединений, понимается вся их совокупность, удерживаемая почвенными компонентами за счет связей, отличных от ионных [11].

В вытяжку ацетатно-аммонийным буфером из почв переходит в среднем в 3-175 раз больше подвижных форм ТМ, чем в водорастворимую фракцию.

Для гумусовых горизонтов фоновых незагрязненных почв доля подвижных соединений, извлекаемых ацетатно-аммонийным буфером, составляет в среднем (в %) для Сu – <0.01, Zn – 1.9, Mn – 15.8, Cr – <0.02, Ni – <0.02, Co – <0.02, Pb – <0.02, Cd − <0.002. Из табл. 5 видно, что подвижность соединений ТМ в городских почвах в несколько раз выше, особенно сильно это проявляется для кадмия, цинка, свинца. По степени извлечения подвижных форм соединений, относящихся к фракции II, изученные ТМ в почвах Благовещенска составляют следующий ряд: Cd > Zn > Mn > Pb> Ni > Co > Cu > Cr.

Сравнение полученных данных с ПДК подвижных форм ТМ показывает (см. табл. 5), что превышение ПДК зафиксировано для Pb, Mn, Zn, в основном это участки промышленной и транспортной зон. Для Cu, Ni и Cr превышений ПДК не отмечено.

Таким образом, Pb, Mn, Zn либо поступают в почву в виде более подвижных соединений, либо трансформируются в них при загрязнении почв ТМ. Тогда как Cu, Ni и Cr в почвах представлены в основном менее подвижными соединениями.

Опасность загрязнения почв подвижными формами ТМ можно оценить с помощью использования нормативов оценки риска включения ТМ в пищевые цепи [27], соотнося суммы концентраций подвижных фракций элемента (водорастворимой, ацетат-аммонийной), выраженных в % от его валового содержания со шкалой рисков включения ТМ в пищевые цепи. Эти фракции считаются наиболее опасными, поскольку способны быстро переходить в почвенные растворы и включаться в миграцию по пищевым цепям [37]. Шкала рисков включения ТМ в пищевые цепи имеет следующую градацию: риск отсутствует – менее 1%, низкий – 1-10%, средний – 10-30%, высокий – 30-50%, очень высокий риск – более 50% [27].

По сравнению с фоновыми в городских почвах на 21% увеличилась подвижность Cd, на 11% – Zn, на 6% – Pb и на 1-4% – Cu, Co, Cr, Ni. Подвижность Mn уменьшилась на 9% (табл. 6). Наибольшую опасность представляют Cd и Zn, которые, согласно нормативам оценки риска, имеют средний риск включения металла в пищевые цепи. Повышенная мобильность Cd, Zn и Pb может способствовать загрязнению экосистем трансграничной р. Амура за счет поднятия уровня грунтовых вод на территории города.

Таблица 6. Суммарное содержание подвижных форм тяжелых металлов в фоновых и городских почвах Благовещенска (% от валового содержания)

Таким образом, при оценке опасности загрязнения городских почв необходимо учитывать не только валовые концентрации, но и содержание подвижных форм поллютантов.

ВЫВОДЫ

1. Техногенное воздействие на окружающую среду в Благовещенске привело к изменению физико-химических свойств почв: подщелачиванию почвенного покрова, увеличению содержания органического вещества, обменных оснований, подвижных форм биогенных элементов. Валовые содержания изученных ТМ в почвах Благовещенска превышают их концентрации в почвах фоновой территории урочища Мухинка и характеризуются пространственной неоднородностью распределения поллютантов в верхнем слое почв. Наиболее высокие почвенные концентрации ТМ приурочены в основном к промышленным зонам.
2. Уровень загрязнения исследованных почв Благовещенска невысок (Zc<32), крайне высокое содержание ТМ выявлено только в отдельных точках. Для почв Благовещенска наиболее характерно загрязнение кадмием, цинком, марганцем, свинцом, медью и в меньшей степени – кобальтом, никелем и хромом.
3. В городских почвах по сравнению с фоновой почвой увеличилась подвижность металлов. Наибольшую опасность среди изученных элементов представляют Cd, Pb и Zn, мобильность которых соответствует среднему риску включения в пищевые цепи. Это может привести к загрязнению тяжелыми металлами экосистем трансграничной р. Амура при поднятии уровня грунтовых вод на территории Благовещенска из-за его подтопления водами р. Зеи.

Примечания:

¹ Государственный доклад “О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2005 году”. М.: Изд-во АНО Центр международных проектов, 2006. 500 с.

Государственный доклад “О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2010 году”. М.: МПР РФ, 2011. 571 с.

Государственный доклад “Об охране окружающей среды и экологической ситуации в Амурской области за 2015 год”. Благовещенск, 2016. 283 с.

² ГОСТ 26483-85. Почвы. Приготовление солевой вытяжки и определение ее pH по методу ЦИНАО. М.: Изд-во стандартов, 1985. 6 с.

³ ГОСТ Р 54650-2011. Почвы. Определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО. М.: Стандартинформ, 2013. 8 с.

⁴ ГОСТ 26213-91. Почвы. Методы определения органического вещества. М.: Изд-во стандартов, 1992. 6 с.

⁵ ГН 2.1.7.2041-06. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве. М.: Изд-во стандартов, 2006. 7 с.

⁶ ГН 2.1.7.2042-06. Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве. М.: Изд-во стандартов, 2006. 27 с.

⁷ ГН 2.1.5. 1315-03. Гигиенические нормативы. Предельно допустимые концентрации химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. http://docs.cntd.ru/document/901862249 (дата обращения 24.06.2019).

Об авторах

В. И. Радомская

Автор, ответственный за переписку.
Email: radomskaya@ascnet.ru
Россия, пер. Релочный, 1, Благовещенск, 675000

Н. А. Бородина

Email: borodina53@yandex.ru
Россия, пер. Релочный, 1, Благовещенск, 675000

Список литературы

Дополнительные файлы

Доп. файлы

Действие

1. JATS XML

Скачать

2. Рисунок. Карта фактического материала опробования почв на территории г. Благовещенска. 1 – селитебная территория; 2 – территория промышленных предприятий, 3 – Государственная граница России с Китаем; 4 – железная дорога, 5 – ТЭЦ; 6 – заводы, производственные базы; 7 – котельные, работающие на буром угле; 8 – места отбора проб городских почв и их номера. Врезки: роза ветров (вверху слева), карта-схема Амурской области (вверху справа).

Скачать (686KB)

Метаданные