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.
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.