Экологическая ситуация в городе Ульяновске с позиций загрязнения его почвенного покрова тяжелыми металлами

Урбанизация огромных территорий во всем мире приводит к существенной техногенной трансформации природных сред, что негативным образом сказывается на экологической ситуации в крупных промышленных городах, существенной частью которой является химическое загрязнение. Тяжелые металлы занимают особое положение среди других техногенных загрязняющих веществ, поскольку, почти не подвергаясь физикохимической или биологической деградации, они накапливаются в поверхностном слое почв, изменяют их природные свойства, активно включаются в миграционные процессы, в течение длительного времени остаются доступными для корневого поглощения растениями. Через водные и воздушные потоки загрязнения, через пищевые цепи они отрицательно воздействуют на здоровье людей и животных [2, 4].

Город Ульяновск представляет собой один из крупнейших промышленных центров Приволжского Федерального округа. Высокая плотность селитебной зоны, развитое промышленное производство, транспортная составляющая, сложность природных ландшафтов, в пределах которых расположен город, определяют остроту экологических проблем на его территории. В их сложном комплексе выделяется и остается недостаточно изученным техногенное загрязнение природных сред, существенную долю в котором занимают тяжелые металлы [1, 5, 6]. До последнего времени комплексного изучения эколого-геохимических особенностей почвенного покрова на территории г. Ульяновска не проводилось, что и послужило основанием для наших исследований.

Условия, объекты и методы исследования. Экспериментальные эколого-геохимические

исследования на территории г. Ульяновска были начаты в 2010 г. и продолжались в апреле и июле 2011 г. Объектами изучения служили почвы рекреационных (парковых) и промышленных зон в 4-х районах г. Ульяновска. В качестве модельных площадок были выбраны следующие экологически сопряженные пары промышленных и рекреационных территорий города: в Заволжском районе – ЗАО «Авиастар-СП» и парк Прибрежный, в Железнодорожном районе – ЗАО «Ульяновский моторный завод» и парк Винновская роща, в Ленинском районе – ОАО «Контактор» и парк им. А. Матросова, в Засвияжском районе – ОАО «Ульяновский автомобильный завод» и парк семьи Ульяновых. Для получения региональных фоновых концентраций тяжелых металлов анализировали почву из относительно чистой зоны, расположенной в 30 км к югу от г. Ульяновска. Типологические характеристики фоновых почв в целом соответствовали исходным городским почвам.

Оценивали уровни содержания валовых и подвижных форм тяжелых металлов, накапливающихся в верхнем слое изучаемых почв, а также сезонную динамику их накопления. Почвенные образцы были отобраны по общепринятым в почвоведении и биогеохимии методикам из слоя 0-15 см [3]. Количественное содержание валовых и подвижных форм тяжелых металлов (Pd, Cd, Zn, Ni, Cu) в почвах определяли методом атомноабсорбционной спектрофотометрии. Валовую форму анализировали из кислотной вытяжки, подвижные формы – из вытяжки с 1М НNO₃ и ацетатным буфером (рH=4,8). Оценку экологогеохимической ситуации в районе исследования осуществляли с использованием суммарного показателя загрязнения ( Z C ) по оценочной шкале [3].

Результаты исследования и их обсуждение. В табл. 1 представлены данные о содержании валовых и подвижных форм Pb, Cd, Zn, Ni, Cu в верхнем слое почв изучаемых промышленных и рекреационных зон г. Ульяновска в апреле и июле 2011 г.

Таблица 1. Среднее содержание валовых и подвижных форм тяжелых металлов в почвах рекреационных и промышленных зон г. Ульяновска

Валовое содержание Pb, Cd, Zn, Ni и Cu в течение всего периода исследований в почвах промышленных зон города достоверно превышало фоновые концентрации, но не достигало уровня ПДК. Особенно значимые превышения фона были выявлены для Pb (в 10 раз) и Ni (в 6-7 раз), менее значимые – для Cd (в 3 раза) и Zn (в 2 раза). Содержание Cu в почвах промышленных зон было близким к фону. Подобная закономерность в целом была характерна и для почв городских парков. Валовое содержание в них Pb, Cd, Zn и Ni достоверно и значимо превышало фоновые значения, несколько уступало фону только содержание Cu (табл. 1). В целом среднее содержание валовых форм соответствующих тяжелых металлов в почвах промзон и парков было сходным, но для Pb, Cd и Cu отмечена тенденция более активного накопления в почвах промышленных территорий (менее чем в 2 раза) по сравнению с парками.

Концентрации кислоторастворимых подвижных форм тяжелых металлов в почвах промзон и парков достоверно превышали фоновые значения. Особенно высокими превышениями фона в этих почвах отличались Ni (в 25 раз) и Pb (в 9-12 раз); менее выраженными были значения для Zn (в 4-5 раз), Cd и Cu (в 2-3,5 раза). Сравнение концентраций по почвам промзон и парков, как и в случае валовых форм, показало определенное сходство между ними, но тенденция более высокого накопления металлов в почвах территорий промышленных предприятий сохранилась. Это особенно проявилось в отношении Cu, содержание которой в парковых почвах было в 2 раза ниже (табл. 1). Следует отметить, что по этой подвижной форме металлов в почвах парков и промзон г. Ульяновска были превышены ПДК Ni (в 2 раза) и Cu (в 3-6 раз). Содержание подвижного Zn достигало уровня ПДК (23 мг/кг почвы) [3].

Закономерности распределения концентраций подвижных форм металлов, определяемых из вытяжки на ацетатном буфере, совпали с таковыми для кислоторастворимых подвижных форм. Максимальные концентрации были выявлены в почвах промзон, более низкие – в почвах парков, но и те, и другие достоверно превосходили фоновые показатели. Особенно значимо превосходило фон содержание Zn (в 17-30 раз), Cu (7-24 раза) и Pb (в 8-21 раз), минимально – Cd. Причем содержание подвижного Cd этой формы в почвах парка было несколько ниже фонового показателя. Кроме того, по данной форме тяжелых металлов почвы промзон в большей степени отличались от почв парков по сравнению с валовыми и кислоторастворимыми подвижными формами.

Для всех исследуемых форм тяжелых металлов в почвах промзон и парков не выявили существенных сезонных различий в уровнях накопления (табл. 1). Полученные данные подтверждают существующее мнение об относительном постоянстве физико-химических свойств почв в течение вегетационного периода, а определенная динамика показателей может быть связана с особенностями климатических условий, влияющих на интенсивность миграции элементов, а также с интенсификацией деятельности основных техногенных источников тяжелых металлов [6].

Для оценки степени опасности загрязнения почвы тяжелыми металлами рассчитывали коэффициенты концентрации (K C ) и суммарный показатель загрязнения (Z C ) для их валовых форм в соответствии с общепринятыми методиками [3]. В табл. 2 представлены суммарные показатели загрязнения почв рекреационных и промышленных зон г. Ульяновска за ноябрь 2010 г. в сравнении с апрелем и июлем 201 1г.

Таблица 2. Суммарный показатель загрязнения почв парковых и промышленных зон г. Ульяновска тяжелыми металлами

Анализ их сезонной динамики показал, что по промышленным зонам уровень опасного загрязнения (Zc=32-128) был выявлен только для почв ОАО «Контактор» в ноябре 2010 г., но к лету 2011 г. он снизился в 2 раза и стал умеренно опасным (Zc=16-32). Почвы ОАО «УАЗ», ЗАО «УМЗ» характеризовались умеренно опасным уровнем загрязнения почв (Zc=16-32). Загрязнение почвенного покрова ЗАО «Авиастар-СП» по содержанию валовых форм тяжелых металлов имел допустимый уровень загрязнения (Zc<16) в ноябре 2010 г., который повысился весной и летом 2011 г. до умеренно опасного уровня. Изучение динамики суммарного показателя загрязнения парковых почв показал, что в 2010 г. они отличались умеренно опасным уровнем загрязнения (Zc от 16 до 22), а в 2011 г. – в основном характеризовались допустимым уровнем загрязнения (Zc<16). Исключением из этого правила был только парк им. А. Матросова, для почвы которого весь период наблюдений выявлялось умеренно опасное загрязнение, что, очевидно, связано с активным влиянием окружающих его автотрасс.

Выводы: эколого-геохимические исследования, осуществленные на территории г. Ульяновска в период 2010-2011 гг., показали, что для почвенного покрова его промышленных и рекреационных (парковых) зон характерна определенная стабильность экологической ситуации по динамике накопления валовых и подвижных форм тяжелых металлов. Суммарный показатель загрязнения изучаемых почв варьировал в пределах допустимого и умеренно опасного уровня. Значимых превышений ПДК по валовым и подвижным формам металлов не было выявлено (за исключением подвижной Cu), но уровень загрязнения городских почв по большинству анализируемых элементов существенно превышал фоновые показатели, что наиболее заметно проявилось в отношении Pb, Ni, Zn и Cu в промышленных зонах. Среди полученных результатов наибольшую тревогу вызывает относительно высокий уровень накопления в почвах промышленных зон и парков потенциально подвижных (1M HNO3) и подвижных (ацетатный буфер pH=4,8) форм тяжелых металлов, свидетельствующий о доступности их для растений и других живых организмов, что опосредованно может сказываться на здоровье населения г. Ульяновска.