Загрязнение почв курской агломерации тяжелыми металлами

Проведение оценки экологического состояния городских почв и организация мониторинга концентраций тяжелых металлов

Современные почвы городских территорий подвержены интенсивным техногенным нагрузкам. Они представляют отдельную группу почв, явно отличающихся от фоновых почв. Для почв мегаполисов характерны: сдвиг реакция среды в сторону подщелачивания, пониженный окислительно-восстановительный потенциал, повышенное содержание органического вещества, общего азота, калия и фосфора, а также аккумумляция загрязняющих веществ, включая и тяжелые металлы, (Васильев, 2011; Никифорова, Кошелева, 2007). Почвы города содержат большое количество чужеродного субстрата, чужеродных образований, включений и артефактов (Герасимова и др., 2003, Прокофьева и др., 2014). Применение противогололедных солевых средств в городах приводит к засолению почв весной, что вызывает стресс у растений, включая их гибель (Аналитический доклад..., 1998; Зубкова, Карпачевский, 2001; Зубкова, 2016; Соколова и др., 2006).

Городские почвы выполняют значимые экологические функции. Они являются мощным комплексным геохимическим барьером с большой емкостью накопления антропогенных поллютантов, хотя предел этой емкости пока не определен. К малоизученным в городских почвах относятся процессы сорбции, десорбции, трансформации и миграции веществ. Следует учесть, что эти процессы усложняются и другими антропогенными факторами, такими как привнос карбонатной пыли, применение противогололедных средств, кислотными дождями и др., поэтому экологический мониторинг почв города актуален (Герасимова и др., 2003); Кошелева и др., 2015). К актуальным задачам относится и поиск закономерностей перехода элементов (ТМ) из неподвижного состояния в легкодоступные для растений и микроорганизмов формы. Этой проблемой занимались многие отечественные и зарубежные исследователи (Кошелева и др., 2015; Никифорова, Кошелева, 2007; Imperato et all, 1988; Linde et all, 2007; Sillanpaa, 1972; Wong et all, 2006). Однако и в настоящее время нет единого мнения по этому вопросу. С одной стороны, отмечаются пропорциональные связи между валовыми и подвижными формами некоторых элементов (Васильев, 2011; Кве- ситадзе и др., 2005; Минкина и др., 2009; Морозова, Прохорова, 2007; Falta et all, 2008), с другой стороны (Морозова, Прохорова, 2007; Прокофьева и др., 2014; Wong et all, 2006) не обнаружено пропорциональных связей для никеля и хрома.

В почвах городов исследователи постоянно фиксируют превышения ПДК по таким металлам, как свинец, кадмий, цинк, ртуть и др. (Дубовик, Сердюков, 2014; Лебедовский и др., 2010; Неведров и др., 2015; Соколова и др., 2006).

В настоящее время актуальность мониторинговых исследований городских почв обусловлена появлением новых малоизученных свойств, как например, абиотическая каталитическая активность, связанная с высокими концентрациями ТМ и их комплексов с органическими соединениями почвы (Зубкова, 2013). Высокая плотность населения в городах позволяет рассматривать почвы мегаполисов как один из природных факторов риска здоровью населения (Квеси- тадзе и др., 2005). Поэтому мониторинговые исследования необходимы для разработки практических рекомендаций, технологий и моделей их детоксикации для формирования комфортной городской среды и предупреждения экологических катастроф (Квеситадзе и др., 2005).

Цель представленной работы - определить содержание тяжелых металлов в почвах г. Курска, выделить районы повышенного риска здоровью человека, установить соотношения между их валовыми и подвижными формами и предложить математические модели расчета подвижных форм тяжелых металлов.

Исследовали почвы г. Курска. Пробы поверхностного слоя почв отбирались в трех административных округах города в южной агропромышленной зоне (микрорайон Волокно Сеймский административный округ- САО), в северо- западном микрорайоне (Центральный административный округ - ЦАО) и на востоке города (Железнодорожный административный округ - ЖДАО) (Рисунок 3.1).

Исследуемые области на карте функционального зонирования г. Курска

Рис. 3.1. Исследуемые области на карте функционального зонирования г. Курска

Во всех округах располагается значительное количество автомагистралей и действующих или прекративших производство промышленных объектов. Ведущей отраслью промышленности Курска является машиностроение. Его доля в общем объеме промышленного производства составляет более 35%. Развито производство электрооборудования - 20,4%, химическое производство - 14,3%, производство резиновых и пластмассовых изделий 11,9%.

Исследования проводили весной 2015 г. Всего было отобрано 65 смешанных проб почвы в поверхностном 20 см слое в трех повторностях.

Определение физических и химических свойств почв проводили по стандартным методикам: pH, содержание гумуса, содержание азота, фосфора и калия, количество обменных оснований, агрегированность, гранулометрический состав, водный режим, плотность сложения.

Определение валовых (ВФ) и подвижных форм (ПФ) ТМ (Pb, Cd, Zn, Си, Ni) проводили методом инверсионной вольтамперометрии на анализаторе ТА-4. Пробоподготовка и анализ проб выполнены в соответствии с методиками МУ 31-04/04. Отбор проб почвы осуществлялся согласно ГОСТ 28168-89. Статистическая обработка данных производилась средствами пакета STATGRAPHICS Plus for Windows 2.1. Подвижные формы ТМ извлекались вытяжкой ацетатно-аммонийного буфера рН=4,8, валовые - путем мокрого озоле- ния азотной кислотой.

Оценку степени опасности загрязнения почвы химическими веществами проводили по каждому веществу. Использовали следующие показатели:

• коэффициент опасности вещества -

который отражает кратность превышения ПДК, чем значительнее Ко превышает единицу, тем опаснее загрязнение (Глебова и др., 2012; СанПиН 4266-87, 1987);

• коэффициент концентрации является показателем, разработанным при интеграции геохимических исследований окружающей среды, определяется отношением фактической концентрации исследуемого вещества в почве (Сф) в мг/кг к региональному фоновому значению (СфОП) и выражается формулой

(Глебова и др., 2012; СанПиН 4266-87, 1987).

В качестве показателя оценки степени полиэлементного загрязнения почв использовали сразу несколько различных суммарных коэффициентов, среди которых был классический суммарный показатель загрязнения или коэффициент Саета (Zc):

Критические значения, характеризующие суммарное загрязнение Zc по степени опасности, имеют следующие диапазоны: Zc < 16 - низкий уровень; 16 < Zc < 32 - средний умеренно опасный; 32 < Zc < 64 - высокий опасный; 64 < Zc < 128- очень высокий очень опасный, Zc > 128- максимальный чрезвычайно опасный (Сает и др., 1990; Водяницкий, 2010; Регионы и города..., 2014).

Использовался коэффициент суммарного загрязнения почв с учетом поправочного коэффициента токсичности (Zct):

где Кп - коэффициент токсичности (Водяницкий 2010).

Отметим, что коэффициент токсичности таких металлов, как Zn, Pb, Cd, (Кт) =1,5; коэффициент токсичности меди (Кт) = 1 (Водяницкий 2010).

Также использовали показатель Zct, применяемый при экологической оценке загрязненных почв США (Водяницкий 2010), в модификации российского ученого Ю.Н. Водяницкого. Этот комплексный показатель суммарного загрязнения ZcT(r) почв учитывает среднее геометрическое коэффициентов концентраций (Кс) и токсичность (К-г) загрязняющих элементов:

ZCT(r) = nx[( Kclx КТ1)( Кс2 х КТ2) х........х (Кспх Ктп)]1/2 - (п-1) (3.5).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >