Мониторинг эколого-геохимического состояния почвенного покрова города Воронежа

Автор: Середа Людмила Олеговна, Яблонских Лидия Александровна, Куролап Семен Александрович

Журнал: Природные системы и ресурсы @ns-jvolsu

Рубрика: Экология и природопользование

Статья в выпуске: 2 (12), 2015 года.

Бесплатный доступ

Почвенный покров г. Воронежа является одним из важнейших аккумуляторов загрязняющих веществ, а также индикатором очагов техногенного загрязнения. Из-за высокого темпа строительных работ, функционирования и развития инфраструктуры города происходит нарушение почвенного покрова. В статье представлены основные результаты эколого-геохимического исследования почвенного покрова г. Воронежа, его характеристика, свойства горизонтов различных типов почв. По результатам работы составлена обзорная почвенная карта г. Воронежа. Нами отмечены некоторые тенденции накопления загрязняющих веществ в почвенном покрове в зависимости от функционально-планировочных условий города. Так, накопление цинка происходит в почвах с щелочной реакцией почвенной среды и низким содержанием гумуса. Наиболее низкие концентрации свинца отмечаются в слабокислых почвах в зоне рекреации.

Еще

Почвенный покров, геохимическая оценка, урбаноземы, почва, тяжелые металлы, нефтепродукты, гумус, функциональная зона

Короткий адрес: https://sciup.org/14967461

IDR: 14967461   |   DOI: 10.15688/jvolsu11.2015.2.8

Текст научной статьи Мониторинг эколого-геохимического состояния почвенного покрова города Воронежа

DOI:

Из-за высокого уровня антропогенной нагрузки на почвенный покров урбанизированных территорий эколого-геохимическая оценка почв города становится одной из актуальных задач для мониторинга городской среды [10; 12]. Нефтепродукты и тяжелые металлы являются ха-

рактерными загрязняющими веществами развитых городов. Они сохраняются в почве многие годы, представляют угрозу для населения и городской биоты, а также являются индикаторами промышленно-транспортного загрязнения городской среды за длительный период [5; 8; 9].

Многочисленные строительные работы, развитие и функционирование городской инфраструктуры, кислотные осадки способствуют нарушению почвенного покрова г. Воронежа. Для оценки состояния почвенного покрова нами были проведены эколого-геохимические исследования на территории города. Согласно ГОСТ 17.4.3.01-83 и ГОСТ 17.4.4.0284 [3; 4] было отобрано 75 образцов почв: 20 точек в жилой зоне (в том числе 7 – в центральной исторической части города, 6 – в кварталах с современной многоэтажной застройкой и 7 – в частном секторе (преимущественно одноэтажная застройка), 18 точек в промышленной зоне, 14 точек в зоне рекреации, 17 точек – в транспортной зоне. Было выбрано 6 фоновых точек – на территории п. г. т. Рамонь, СТ «Северный бор» и санатория им. Горького – с естественным ненарушенным почвенным горизонтом. Точки отбора образцов почв отмечены на рисунке 1.

На базе эколого-аналитической лаборатории факультета географии и геоэкологии Воронежского государственного университета были проведены специальные исследования почвенных образцов с применением следующих методов анализа: для определения тя- желых металлов – вольтамперометрический метод исследования (на анализаторе ТА-4); нефтепродуктов – метод хлороформ-гексановой экстракции; содержания гумуса – метод И.В. Тюрина, актуальной кислотности – потенциометрический, методы биотестирования [по проросткам растений-индикаторов: кресс-салат (Lepidium sativum) и овес посевной (Avena sativa), определение фитотоксическо-го эффекта].

Для анализа эколого-геохимической ситуации в городе нами была составлена обзорная карта почвенного покрова на основе классификации городских почв Г.В. Добровольского [8] (см. рис. 2). Эта классификация была разработана для почв городов средней полосы России. При составлении картосхемы учитывались следующие факторы: рельеф города, показатели состояния почвенного покрова (гранулометрический состав, содержание органического углерода, кислотность, содержание тяжелых металлов и др.), уровень техногенной нагрузки, характер застройки, промышленно-транспортная и социальная инфраструктура.

Для г. Воронежа характерен контрастный рельеф: правобережная часть города распо-

Рис. 1. Точки отбора образцов почвы на территории города

Рис. 2. Обзорная почвенная карта города Воронежа

лагается на холмистом плато с абсолютными отметками от 100 до 160 м, а левобережная – в пониженной плоскоравнинной местности, которая постепенно переходит в речную террасу [2]. Такое расположение города способствовало формированию разных типов почв, которые испытывают различный уровень техногенной нагрузки. По гранулометрическому составу они также неоднородны – от песков и супесей (в основном на левом берегу) до тяжелых суглинков (в правобережной, более возвышенной части города).

Почвенный покров города нами был условно разделен на естественные ненарушенные, естественно-антропогенные поверхностно-преобразованные (естественные нарушенные) и антропогенные глубокопреобразован-ные урбаноземы.

В почвенном покрове г. Воронежа превалируют урбаноземы. Они образуют крупные ареалы в промышленной и транспортных зонах города. Для правобережной части города с интенсивной застройкой и высоким уровнем техногенной нагрузки свойственны урбаноземы плакоров и суглинистых пологих склонов. В эту группу почв можно отнести: а) индустриземы – почвы промышленно-ком- мунальных зон (ОАО «Электросигнал», ОАО «Завод по выпуску тяжелых механических прессов» и др.); б) культуроземы – почвы парковых зон (Кольцовский сквер, парк «Орленок» и др.); в) экраноземы – экранированные почвы, формирующиеся городскими магистралями под асфальтобетонным покрытием (наиболее «загруженные» улицы: Московский проспект, ул. Плехановская, проспект Труда, Кольцовская и др.); г) интруземы (территории заправочных станций и автомобильных стоянок); д) реплантоземы – почвы селитебных территорий.

На территории левого берега в основном распространены дерново-лесные песчаные и супесчаные почвы надпойменных террас, которые залегают вместе с их антропогенно-преобразованными аналогами в промышленной зоне (ОАО «ВАСО», ОАО «Воронежсин-тезкаучук», ТЭЦ-1, ОАО ХК «Мебель Черноземья» и др.).

Лишь небольшая часть площади города занята почвами, слабо затронутыми антропогенной деятельностью, в основном под городскими лесами и лесопарковыми зонами в черте города (участки Шиловского леса, Правобережное лесничество УОЛ ВГЛТА, Цент- ральный парк культуры и отдыха «Динамо», Ботанический сад ВГУ и др.).

Оценка состояния почвенного покрова города проведена нами с учетом природных особенностей и функционально-планировочной структуры города. Исследования содержания гумуса в образцах показали, что значительная часть городских почв относится к малогумусным (рис. 3). Почвы с более высоким количеством гумуса залегают в рекреационной и жилой зонах: парк «Орленок» (4,3–4,5 %), частный сектор в Советском и Левобережном районах (4,5–5,0 %). Нами отмечено, что высокое содержание гумуса обнаруживается и в почвах промышленной зоны: ул. Кривошеина, 11 (6,5 %), ул. Дорожная, 15 (9,5 %), ул. Волгоградская, 48 (6,1 %) и др.

Результаты исследования актуальной кислотности показали изменение реакции среды от слабокислой до слабощелочной. Для урбаноземов в промышленной и транспортной зонах города свойственны более высокие показатели актуальной кислотности, чем для почв в рекреационной и жилой зонах (рис. 4).

Подщелачивание городских почв обусловлено поступающей пылью с автомагистралей, использованием противогололедных реагентов в зимний период.

В задачи нашей работы также входило определить в поверхностном слое городских почв валовое содержание и подвижные формы тяжелых металлов (свинца, кадмия, меди, цинка, марганца). Анализ загрязнения показал следующее: наиболее распространенными тяжелыми металлами являются свинец и цинк. Высокие уровни загрязнения отмечены в ряде точек в промышленных и транспортных зонах города (перекресток Московского проспекта и ул. Хользунова, ул. 9 Января – ул. Антонова-Овсеенко, ул. Димитрова – ул. Волгоградская, ул. Богдана Хмельницкого, 35 и др.). Это обусловлено большим количеством автотранспорта, увеличивающимся с каждым годом, а также промышленными выбросами с заводов города. Наименьшее загрязнение почвы тяжелыми металлами отмечается преимущественно в спальных микрорайонах, удаленных от промышленных объектов и крупных автодорог.

Рис. 3. Среднее содержание гумуса (%) по функциональным зонам г. Воронежа:

Здесь и далее в рис. 4, 5: СП – современная многоэтажная застройка, ЧС – частный сектор, ЦИ – смешанная застройка центральной исторической части города

Рис. 4. Среднее значение актуальной кислотности по функциональным зонам г. Воронежа

Нами отмечены некоторые тенденции накопления тяжелых металлов в почвах города. Например, накопление цинка происходит в почвах с щелочной реакцией почвенной среды и низким содержанием гумуса: ул. Саврасова – ул. Заслонова, Московский проспект – ул. Хользунова и др. Низкие концентрации свинца отмечаются в слабокислых почвах в зоне рекреации: парк «Алые паруса», СОК «Олимпик», а более высокие концентрации – в щелочных почвах: ул. Димитрова – ул. Волгоградская, ул. Ильюшина, 12б и др. (см. табл. 1).

Проанализировав загрязнение почвенного покрова г. Воронежа нефтепродуктами, мы отметили, что наибольшие концентрации наблюдаются вблизи наиболее интенсивных по грузопотокам перекрестков города и в зонах промышленного влияния: ул. Ильюшина, 12б (1 916,7 мг/кг), ул. Димитрова – ул. Волгоградская (1 673,3 мг/кг), Московский проспект – ул. Хользунова (1 240,0 мг/кг) и др. В рекреационной зоне и центральной исторической части города отмечены минимальные уровни загрязнения (рис. 5). Проведенные ранее исследования указывают, что в почве транспортных зон г. Воронежа отмечается превышение ОДК (ориентировочно-допустимые концентрации) (300 мг/кг) по нефтепродуктам (в 3 раза), особенно в левобережной части города [7].

Наиболее низкие концентрации (менее 200 мг/кг) нефтепродуктов отмечены в зонах

Таблица 1

Содержание тяжелых металлов в некоторых мониторинговых точках

№ пункта

Пункт мониторинга

Функциональная зона

Концентрация ЗВ (мг/кг)

Свинец (валовое содержание)

14

ул. Богдана Хмельницкого, 35

промышленная

42,1

7

ул. Димитрова – ул. Волгоградская

транспортная

58,3

55

ул. Маршала Одинцова, 11

рекреация

0,9

Цинк (валовое содержание)

14

ул. Богдана Хмельницкого, 35

промышленная

131,0

24

Московский проспект – ул. Хользунова

транспортная

119,0

4

парк Авиастроителей (ул. Полины Осипенко)

рекреация

2,5

Медь (подвижная форма)

42

ул. Ворошилова, 30

жилая ЦИ

4,2

14

ул. Богдана Хмельницкого, 35

промышленная

12,0

17

СОК «Олимпик»

рекреация

0,0

Марганец (подвижная форма)

47

ул. Саврасова – ул. Заслонова

транспортная

1 712,0

13

ул. Землячки, 1

промышленная

825,0

17

СОК «Олимпик»

рекреация

78,8

Рис. 5. Среднее содержание нефтепродуктов (мг/кг) по функциональным зонам г. Воронежа

рекреации города: парке «Алые паруса» (166,7 мг/кг), парке «Дельфин» (170,0 мг/кг), ул. Дарвина (120,0 мг/кг) и др.

Анализ загрязненности почвы с помощью биотеста на проростках кресс-салата (Lepidium sativum) и овса посевного (Avena sativa) показал следующее: для почв в промышленной зоне города характерен высокий уровень фитотоксичности. Качественными показателями морфологических изменений тест-растений под влиянием загрязнения почвы являлись энергия прорастания, всхожесть семян, длина корешка, высота растений, общая биомасса (табл. 2).

Высокая всхожесть и хорошее развитие проростков овса и кресс-салата позволяют сделать вывод, что почвы, залегающие в зоне рекреации и фоновых точках, не подвергаются загрязнению. В образцах почв промышленной и транспортной зон города уменьшилась длина корневой системы, проростки стали более тонкие и короткие. Сильное техногенное загрязнение привело к резкому снижению таких качественных показателей тест-объектов, как энергия прорастания, всхожесть, рост и развитие проростков. Более чувствительным тест-растением оказался овес, напротив, кресс-салат оказался более вынослив, так как наблюдалась хорошая всхожесть семян.

Высокий уровень загрязнения почвенного покрова в транспортной зоне возникает из-за большого количества заторов и пробок на дорогах города, которые связаны с увеличивающимся количеством автотранспорта и малоэффективной дорожно-транспортной сетью города (отсутствием дублирующих автомобильных дорог, транспортных развязок), дефицитом парковочных мест, что подтверждает ранее проведенные исследования [1; 11].

Для предотвращения негативных последствий влияния антропогенной деятельности необходим постоянный почвенный мониторинг, который позволит своевременно выявить изменения состояния почв города, оценить эти изменения, а также осуществить прогноз и выработку рекомендаций о предупреждении и об устранении последствий техногенного загрязнения.

Список литературы Мониторинг эколого-геохимического состояния почвенного покрова города Воронежа

  • Воронеж: среда обитания и зоны экологического риска/С. А. Куролап . -Воронеж: Истоки, 2010. -207 с.
  • Воронеж: экономико-географическое исследование/Г. Т. Гришин . -Воронеж: Изд-во Воронеж. гос. ун-та, 1986. -224 с.
  • ГОСТ 17.4.3.01-83. Охрана природы: почвы. Общие требования к отбору проб. Введ. 01.07.84. -М.: Изд-во стандартов, 1984. -29 с.
  • ГОСТ 17.4.4.02-84. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического и гельминтологического анализа. Введ. 1984-12-19. -М.: Госстандарт, 1984. -20 с.
  • Добровольский, Г. В. Экология почв. Учение об экологических функциях почв/Г. В. Добровольский, Е. Д. Никитин. -2-е изд., уточн. и доп. -М.: Изд-во Моск. ун-та, 2012. -412 с.
  • Иванова, Л. О. Оценка загрязнения почвенного покрова города/Л. О. Иванова, В. В. Синегубова//Экологическая оценка и картографирование состояния городской среды/под ред. С. А. Куролапа, О. В. Клепикова. -Воронеж: Цифровая полиграфия, 2014. -С. 124-125.
  • Назаренко, Н. Н. Биоиндикация почвы транспортных зон г. Воронежа/Н. Н. Назаренко, И. И. Корецкая, И. Д. Свистова//Вестник Воронежского государственного университета. Серия «География. Геоэкология». -2015. -№ 1. -С. 46-50.
  • Почва, город, экология/под ред. Г. В. Добровольского. -М.: Фонд за экономическую грамотность, 1997. -320 с.
  • Сает, Ю. Е. Город как техногенный субрегион атмосферы/Ю. Е. Сает, Б. А. Ревич, Р. С. Смирнова//Биогеохимическое районирование и геохимическая экология. -М.: Наука, 1985. -С. 133-165.
  • Эколого-биологическое состояние и функции почв в условиях химического загрязнения/под ред. С. И. Колесникова, К. Ш. Казеева, В. Ф. Валькова. -Ростов н/Д: Росиздат, 2006. -385 с.
  • Comparative soil sampling in the Dornach site (Switzerland) for soil three-dimensional pollution description/S. P. Theocharopopoulos //The science of the total environment. -2001. -№ 1-2. -P. 63-72.
  • European soil sampling gudelines for soil pollution studies/S. P. Theocharopopoulos //The science of the total environment. -2001. -№ 1-2. -P. 51-62.
Еще
Статья научная