Профильное распределение массовых концентраций и запасов свинца и кадмия в урбопочвах Курска

Тяжелые металлы, которые поступают в почву, накапливаются в её толще, особенно в верхнем гумусовом горизонте, и медленно удаляются при выщелачивании и эрозии. Первый период удаления половины от начальной концентрации тяжелых металлов сильно изменяется в различных элементах и занимает чрезвычайно продолжительный период времени: для Zn- 70-510 лет; Cd- 13- 110 лет; Си - 310-1500 лет; РЬ - 770-5900 лет (Самсонова и др., 1988; Химия тяжелых металлов... 2006; Ягодина и др., 1989).

В условиях техногенеза сформировалась особая группа антропогенно измененных почв. К этой группе относятся городские почвы, изучение которых привлекает внимание современных экологов и почвоведов (Строганова, 1992; Герасимова и др., 2003).

К основным источникам загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами относятся заводы по переработке аккумуляторных батарей, автомобильный транспорт, предприятия черной и цветной металлургии, машиностроения (Строганова, 1992; Герасимова и др., 2003).

В качестве объекта исследования были выбраны городские почвы, функционирующие под лесопарковыми насаждениями и под травянистой растительностью. Пробы отбирались на шести участках, расположенных в разных районах города: парк «Боева дача», микрорайон «Волокно», СНТ «Химик», Горелый лес, ул. Пучковка, ул. 2-я Рабочая. В качестве контроля использовали почвы косимого участка Стрелецкой степи Центрального черноземного биосферного заповедника им. В.В. Алехина, а также участок заповедника, находящийся под лиственным лесом (Неведров и др., 2016).

Площадь каждого исследуемого участка составляла около 5 га. Определение концентраций подвижных форм тяжелых металлов проводилось методом инверсионной вольтамперометрии на анализаторе ТА-4. Подвижные формы ТМ извлекались ацетатно-аммонийным буфером (pH-4,8).

В ходе анализа данных по содержанию свинца в почвах под травянистым фитоценозом на участке СНТ «Химик» превышения ПДК не выявлено, содержание свинца находится в пределах фонового значения по Курской области. Однако на данном участке зафиксировано превышение ПДК по кадмию на глубине 0-20 см в 6 раз, на глубине 20-40 см в 1,5 раза, на глубине 40-60 см в 1,9 раза. Для свинца и кадмия характерно накопление в аккумулятивно-гумусовом горизонте, о чем и свидетельствуют наиболее высокие концентрации металла в поверхностных горизонтах (0-20 см) (Рисунок 3.8).

Пространственное распределение свинца и кадмия в урбаноземе участка СНТ «Химик»

Рис. 3.8. Пространственное распределение свинца и кадмия в урбаноземе участка СНТ «Химик»

Исследуемый участок в районе «Ул. 2-я Рабочая» имеет чистые почвы относительно содержания свинца и кадмия. Концентрации металлов в поверхностных горизонтах выше фоновых значений. Содержание свинца снижается с глубиной. Кадмий накапливается в аккумулятивно-гумусовом и иллювиальном горизонтах, наибольшие концентрации на глубине 80-100 см (Рисунок 3.9).

Пространственное распределение свинца и кадмия в урбаноземе участка «Ул. 2-я

Рис. 3.9. Пространственное распределение свинца и кадмия в урбаноземе участка «Ул. 2-я

Рабочая»

Содержание свинца в почвах на участке по ул. Пучковка превышает ПДК в 1,5 раз на глубине 0-20 см. Содержание кадмия в поверхностном горизонте ниже фонового значения и в пределах нормы по всему профилю. Свинец концентрируется преимущественно в верхней части почвенного профиля урбано- зема, кадмий - в срединной части (Рисунок 3.10).

Пространственное распределение свинца и кадмия в урбаноземе участка по ул

Рис. 3.10. Пространственное распределение свинца и кадмия в урбаноземе участка по ул.

Пучковка

Проанализировав результаты, полученные с контрольного участка, отметили, что содержание свинца на участке «ЦЧЗ им. проф. В.В. Алехина» (косимый участок) не превышает ПДК. Количество подвижного свинца значительно выше в эллювиально-иллювиальной зоне профиля чернозема типичного. Содержание кадмия на данном участке превышает ПДК на глубине 20-40 см в 1,5 раза, что скорее всего обусловлено воздействием сельскохозяйственных сенокосных машин (Рисунок 3.11).

Пространственное распределение свинца и кадмия в черноземе типичном косимого

Рис. 3.11. Пространственное распределение свинца и кадмия в черноземе типичном косимого

участка ЦЧЗ им. В.В. Алехина

При изучении профильного распределения концентраций подвижных форм ТМ в почвах, функционирующих под лесопарковыми массивами, были отмечены некоторые особенности поведения свинца и кадмия. Почва исследуемого участка лесопарка микрорайона оказалась чистой по содержанию свинца, но загрязнена кадмием по всей глубине профиля. Содержание кадмия на глубине 0-20 см превышает ПДК в 9 раз, на глубине 20-40 см - в 2 раза, на глубине 40-60 см - в 4,8 раз, на глубине 60-80 см - в 2 раза. Наибольшие концентрации ТМ зафиксированы в гумусово-аккумулятивном горизонте.

Пространственное распределение свинца и кадмия в серой лесной почве лесопарка

Рис. 3.12. Пространственное распределение свинца и кадмия в серой лесной почве лесопарка

«Волокно»

Содержание как свинца, так и кадмия в почвах участка парка «Боева дача» соответствует санитарным нормам, но заметно превосходит фоновые значения. Зафиксированы снижения концентраций подвижных форм ТМ вниз по почвенному профилю (Рисунок 3.13). На данном участке отсутствуют застройки и хозяйственная деятельность человека, однако «Боева дача» ландшафтно не защищена от поверхностного городского стока, поэтому, скорее всего и отмечаются явные превышения над фоном.

Пространственное распределение свинца и кадмия в серой лесной почве парка

Рис. 3.13. Пространственное распределение свинца и кадмия в серой лесной почве парка

«Боева дача»

Содержание свинца на участке Горелый лес не превышает ПДК. Для кадмия характерно превышение ПДК на глубине 0-20 см в 1,1 раза, на глубине 2040 см - в 1,9 раза. В поверхностном горизонте содержание ТМ выше фонового уровня. Для изучаемых металлов на участке Горелый лес характерно накопление в гумусово-аккумулятивном горизонте почвы (Рисунок 3.14). Загрязнение кадмием обусловлено нахождением урочища в непосредственной близости с поомышленными и военными объектами.

Пространственное распределение свинца и кадмия в серой лесной урочища

Рис. 3.14. Пространственное распределение свинца и кадмия в серой лесной урочища

Горелый лес

Превышений предельно допустимых значений массовых концентраций подвижных свинца и кадмия на участке «ЦЧЗ им. проф. В.В. Алехина (лес)» не обнаружено. Содержание кадмия выше фонового уровня по области (Рисунок 3.15).

Пространственное распределение свинца и кадмия в черноземе типичном на участке «ЦЧЗ им. проф. В.В. Алехина (лес)»

Рис. 3.15. Пространственное распределение свинца и кадмия в черноземе типичном на участке «ЦЧЗ им. проф. В.В. Алехина (лес)»

Для чернозема типичного характерны эллювиально-иллювиальные процессы накопления изучаемых металлов, что обусловлено микроклиматическими и фитоценотическими условиями лесного сообщества - обилие влаги и подкисление почвенного раствора увеличивает мобильность ТМ и способствует их миграции вниз по профилю.

В почвах, развивающихся под лесными биоценозами, наблюдается отчетливый рост подвижности кадмия и свинца в глубине почвенного профиля (40- 80 см), расположена корнеобитаемая зона древесных форм, которые в процессе своей жизнедеятельности выделяют эксудаты (органические кислоты), мобилизующие ТМ.

В настоящее время для проведения экологической оценки качества почвенного покрова фиксируют содержание химических элементов в поверхностном горизонте почвы и сравнивают их с нормативами ПДК, относя почву к категории либо соответствующей, либо не соответствующей нормам. Применение данного подхода объясняется расположением корнеобитаемой зоны растений именно в поверхностных горизонтах. Существует так называемый ресурсный подход в оценке качества почв, который учитывает не массовые концентрации загрязняющего вещества только в поверхностном горизонте, а запасы элемента в метровой толще почвы на единицу площади, то есть объемные концентрации. Его используют как дополнительный критерий, учитывающий специфику почвы как природного объекта (Смагин и др., 2008, Смагин, 2004)).

В нашей работе мы провели расчет запасов элементов в изучаемых почвах и сравнили его с запасами так называемого ПДК г/м2, полученного расчетным путем пересчета общепринятых ПДК в единицу измерения г/м2. Для пересчета взяли среднюю плотность минеральных почв 1,5 г/см3 (1500 кг/мЗ) (Таблица 3.7).

Из данных, приведенных в таблице, видим, что ни в одном из участков не обнаружено превышения расчетного норматива ПДК г/м2 по свинцу. Это говорит о том, что исследуемые участки почв, согласно ресурсному подходу Сма- гина, не загрязнены свинцом.

Таблица 3.7

Запасы свинца и кадмия в почвах г. Курска, отличающихся по гранулометрическому составу и типу продуцируемого сообщества (мг/м2)

Глубина отбора проб

Лесные биоценозы

Луговые биоценозы

Легкие почвы

Тяжелые почвы

Легкие почвы

Тяжелые почвы

Парк «Боева дача»

Горелый лес

Микрорайон «Волокно»

ЦЧЗ им. нроф.

В .В. Алехина (лес)

У л. 2-я Рабочая

У л. Пучковка

СНТ «Химик»

ЦЧЗ им. нроф.

В .В. Алехина(косимый участок)

Свинец

0-100

347

549,8 |

1423,4

246

2436,6

2441

578,2

773,4

ПДК мг/м2

5520

Кадмий

0-100

71,8

493,8 |

2275,6

162,8

94,4

204

1262,2

318,4

ПДК мг/м2

460

Запасы кадмия превышают расчетный норматив в почвах следующих участков: лесопарк Волокно в 4,9 раза, СНТ Химик в 2,7 раза, Горелый лес в 1,1 раза. В остальных участках ресурсного загрязнения почвенного профиля не обнаружено.

Таким образом, почвы г. Курска испытывают техногенную нагрузку. В местах сосредоточения промышленных предприятий обнаружены превышения ПДК подвижных форм свинца и кадмия в поверхностных горизонтах. Концентрации свинца достигают 9,1 мг/кг, а кадмия 4,5 мг/кг. Повсеместно концентрации ТМ превосходят фоновое значение. Почвы, функционирующие под травянистыми фитоценозами, обладают большим запасом тяжелых металлов, чем почвы под древесно-кустарниковыми насаждениями, так как часть запасов элементов в лесных фитоценозах сосредоточена в древесине, что хорошо наблюдается на примере обследованных нами участков ЦЧЗ им. В.В. Алехина. Запасы ТМ в почвах, продуцирующих травянистую растительность, сосредоточены преимущественно в поверхностных горизонтах и убывают вниз по профилю. Запасы почв лесопарков и лесов сосредоточены как в поверхностных горизонтах, так и в эллювиально-иллювиальной морфофункциональной зоне почвенного профиля.

Согласно традиционному подходу в оценке качества почв выявлены не соответствующие нормам по содержанию подвижного кадмия участки: СНТ «Химик», микрорайон Волокно, урочище Горелый лес. Эти же участки являются загрязненными кадмием согласно ресурсному подходу Смагина. В случае со свинцом в выводах наблюдались некоторые расхождения. Так, по традиционной методике почвы в районе улицы 2-я Рабочая загрязнены свинцом, но если брать в учет объемные концентрации элемента, то превышения ПДК г/м2 не обнаружено.

Из вышесказанного следует, что для экологической оценки качества почвенного покрова в условиях города помимо традиционной методики, включающей только исследования поверхностного горизонта, необходимо проводить анализ профильного распределения поллютантов и оценивать их запасы в метровой толще почвы на единицу площади. Такой подход дает наиболее полное представление об экологической ситуации в городской среде.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >