Оценка химического загрязнения почв водоохранных зон малых рек города Хабаровска

Малые реки на городских территориях осуществляют сток поверхностных вод с местных водосборов в средние и крупные реки и водоемы, оказывая влияние на их гидрологический, биологический и биохимический режимы (6, 8). Количество и состав выносимых с водами малых водотоков взвешенных и растворенных веществ природного и техногенного происхождения зависят от степени урбанизации территории – преобразованности ландшафта, почвенного покрова, характера промышленного производства, масштабов жилищного строительства и многих других факторов. В условиях роста и индустриального развития больших городов отношение к малым рекам зачастую не отвечает даже элементарным экологическим требованиям.

В полной мере это относится к водоохранным зонам малых рек, где происходит наиболее тесный контакт компонентов окружающей среды (почв, растительности, урбо-техногенных объектов) с поверхностным стоком с водосборов. В то же время водоохранные зоны призваны выполнять целый ряд защитных функций по отношению к самим водотокам и прибрежным участкам земель с их природными комплексами [1, ст. 65]. Однако несанкционированные сбросы в русла сточных вод промпредприятий, загрязнение прибрежных зон отходами автосервиса (нефтепродуктами, маслами, мазутом и др.), захламление свалками бытовых и строительных отходов, уничтожение древесной растительности создают на малых реках высокую экологическую напряженность. В последнее время в больших городах России осуществляется ряд мер по мониторингу и улучшению экологического состояния малых рек [6, 8].

Особенно важное значение придается состоянию почв и их способности выполнять присущие им в природной обстановке экологические функции [7]. С участием почв происходит формирование и функционирование растительного покрова, микроклимата, накопление влаги в почвенной толще, задержка загрязняющих веществ почвенным поглощающим комплексом. Регулируя баланс и химический состав почвенных и подземных вод, почвы прибрежных участков малых рек осуществляют важную средообразующую роль и поэтому включаются в структуру экологического каркаса города [9]. Однако загрязненные почвы перестают выполнять свои экологические функции и даже сами становятся источником загрязнения для окружающей среды. Поэтому для водоохранных зон малых рек устанавливается специальный режим с целью предотвращения загрязнения, засорения и истощения поверхностных вод, предусматривающий систему мер по запрету и (или) ограничению в них хозяйственной деятельности. Согласно Водному кодексу Российской Федерации [1, ст. 65, п. 4] устанавливается ширина водоохранных зон рек не менее 100 м для водотоков длиной от 10 до 50 км и не менее 50 м при длине реки до 10 км. Для малых рек и их участков, зарегулированных в коллекторы, водоохранные зоны не устанавливаются согласно [1, ст. 65, п. 10].

Однако вопреки природоохранному законодательству хозяйственное освоение прибрежных участков малых рек г. Хабаровска продолжает оказывать негативное влияние на их экологическое состояние. Водоохранный режим для большинства малых рек города не установлен – отсутствует или не всегда учитывается градостроительной документацией, регламентами местных природоохранных учреждений. В ходе интенсивной застройки территории города стоки мелких ручьёв и части русел малых рек были зарегулированы в коллекторы или полностью погребены. Прибрежные территории малых рек в восточной агломерации города были распаханы, а при производстве мелиоративных работ искусственно изменено положение русел. В расходах некоторых водотоков стали преобладать сточные воды над природными. К настоящему времени (в основном по данным Дальги-дромета) выявлено загрязнение водоохранных зон рр. Полежаевки, Ситы, Правой Березовой и Левой Березовой, Красной Речки, Гнилой пади и других техногенными веществами [16]. На протяжении многих лет отмечается критическое состояние самих водотоков г. Хабаровска, уровни загрязненности их вод характеризовались в разные годы как умеренно загрязненные, загрязненные и грязные (3, 4 и 5 классы качества) [3]. Наиболее характерными токсикантами сточных вод, сбрасываемых предприятиями города в малые реки, являются органические вещества, азотсодержащие соединения, фосфаты, нефтепродукты, соединения тяжелых металлов, железа, фенолы.

С учетом вышеизложенного цель настоящей работы состояла в исследовании содержания наиболее приоритетных загрязняющих веществ в почвах и почвогрунтах водоохранных зон малых рек г. Хабаровска и определении уровня их загрязнения.

Материалы и методы

В течение 2013–2017 гг. проведены исследования почв и почвогрунтов в прибрежных зонах малых рек г. Хабаровска (рр. Березовая, Черная и Красная Речка).

Все три малые реки впадают или непосредственно в р. Амур (Красная Речка) или в его озерно-проточную систему (рр. Черная и Березовая). Естественное питание рассматриваемых рек нару- шено, а местами отсутствует, русла частично зарегулированы в коллекторы и используются для разгрузки ливневых стоков.

Водосбор р. Березовой расположен в северной части города, где река дренирует обширную холмисто-увалистую поверхность Воронежских, Львовских, Ореховской и др. высот. Почвенный покров водосбора до освоения территории был представлен в основном бурыми отбеленными суглинисто-глинистыми почвами и в меньшей степени – буроземовидными суглинисто-слабощебнистыми почвами [9]. В настоящее время территория водосбора полностью освоена, почвы изменены в результате многолетнего рекреационного, сельскохозяйственного и огородного использования, строительства многоэтажных жилых и коттеджных районов, прокладки автодорог и перешли в категорию агро- и урбопочв. Среди буроземов широко распространены природно и техногенно эродированные варианты.

Водосбор р. Красная Речка расположен в южной части города. Истоки и участки ее верхнего течения и левых притоков находятся за пределами городской черты в предгорьях хр. Малый Хехцир, а на городской территории речка дренирует аккумулятивные поверхности приамурских террас. Почвы водосбора р. Красная Речка представлены в предгорной части буроземами слабо- и сильно нарушенными на суглинисто-щебнистых элювиально-делювиальных отложениях склонов. Поверхность низкой приамурской террасы с комплексом природных буро-отбеленных оглеенных и гидроморфных луговых глеевых почв перекрыта различными техногенными грунтами, на которых сформированы урботехноземы [9].

Малые водотоки р. Черная и ее главный приток руч. Гнилая Падь дренируют территорию Железнодорожного и частично Индустриального районов Хабаровска и восточные предместья города. Основная часть водосбора расположена на равнинной заболоченной поверхности 2-й надпойменной террасы р. Амур. Прибрежные участки этих речек чаще всего представляют собой заболоченные поймы с иловато-дерново-глеевыми и иловато-торфянисто-глеевыми почвами, поверхность которых местами перекрыта отвальными и привозными грунтами для различных видов строительства.

В результате отложения переносимых с речными водами твердых частиц природного и техногенного происхождения на дне русел сформировались глинисто-иловатые донные осадки.

На 25 опорных площадках (рис. 1), расположенных в прибрежных зонах вдоль выбранных для исследования малых рек, были отобраны пробы

Рис. 1. Расположение площадок отбора почвенных образцов в прибрежных зонах малых рек г. Хабаровска

Светло-серым цветом выделены территории плотной городской застройки, темно-серым – территории промышленных предприятий и объектов транспортной инфраструктуры. Русла малых рек с прилегающими водоохранными зонами показаны утолщенными линиями. Цифрами в пунсонах обозначены номера площадок отбора почвенных проб.

1 – р. Березовая, правый берег в районе с. Матвеевки; 2 – р. Левая Березовая-1, левый берег вблизи автодорожного моста по Федоровскому шоссе в районе ТЭЦ 3; 3 – р. Левая Березовая-1, правый берег вблизи автодорожного моста по Федоровскому шоссе в районе ТЭЦ 3; 4 – р. Левая Березовая-2, левый берег вблизи базы отдыха «Аризона»; 5 – р. Левая Березовая-2, правый берег вблизи базы отдыха «Аризона»; 6 – р. Левая Березовая-3, исток и верхнее течение в районе ул. Ясной; 7 – р. Левая Березовая-3, левый приток в районе ул. Связной; 8 – р. Левая Березовая-3, левый берег в 500 м ниже Хабаровского завода ЖБИ № 4; 9 – р. Левая Березовая-3, правый берег в 500 м ниже Хабаровского завода ЖБИ № 4; 10 – р. Правая Березовая, 1-й левый приток от устья, вблизи автодорожного моста по Березовскому шоссе; 11 – р. Правая Березовая, 2-й левый приток от устья, вблизи автодорожного моста по Березовскому шоссе; 12 – р. Правая Березовая, в месте пересечения ее коллектора Воронежским шоссе; 13 – р. Черная, правый приток в верхнем течении южнее Южного промузла; 14 – р. Черная в районе тепличного комплекса (ул. Донская, 2а); 15 – левый приток р. Черная в районе мостового перехода через автодорогу по ул. Донской; 16 – руч. Гнилая Падь в районе ул. им. Карла Маркса, 144; 17 – руч. Гнилая Падь в районе пер. Промышленного, 8; 18 – руч. Гнилая Падь в районе ул. Горького, 61; 19 – р. Полежаевка в южной части с. Тополево, в районе пер. Производственного, 7; 20 – р. Черная Речка, мелиоративная сеть в районе с. Тополево, пер. Центральный; 21 – р. Красная Речка, ее левый приток в районе «Хабаровское ЛПУМГ Газпром трансгаз Томск»; 22 – р. Красная Речка, ее левый приток в районе ул. Нагорной, 92; 23 – р. Красная Речка, ее левый приток в районе с. Ильинки, ул. Совхозной 31; 24 – р. Красная Речка, левый приток в районе ул. Яблоневой (с. Ильинка); 25 – р. Красная Речка в районе ул. Наречной, 10

Fig. 1. Location of soil sampling sites in the coastal areas of small rivers of Khabarovsk

The areas of dense urban development are marked in light grey color, dark grey – the territory of industrial enterprises and transport infrastructure. Thick lines show beds of small rivers in the adjacent water protection areas. The figures in pansong indicate numbers of sampling sites.

1 – Berezovaya River, right bank near the village of Matveevka; 2 – Levaya Berezovaya River-1, left bank near the road bridge on the Fedorovsky highway near Power plant 3; 3 – Levaya Berezovaya River-1, right bank near the road bridge on the Fedorovsky highway near Power plant 3; 4 – Levaya Berezovaya River-2, left bank near the recreation camp «Arizona»; 5 – Levaya Berezovaya River-2, right bank near the recreation camp «Arizona»; 6 – Levaya Berezovaya River-3, source and upper current near Yasnaya street; 7 – Levaya Berezovaya River-3, left tributary in Svyaznaya street; 8 – Levaya Berezovaya River-3, left bank 500 m below the Khabarovsk plant of reinforced concrete constructions № 4; 9 – Levaya Berezovaya River-3, right bank, about 500 m below the Khabarovsk plant of reinforced concrete constructions № 4; 10 – Levaya Berezovaya River-1, the first left tributary from the river mouth, near the road bridge on Berezovsky highway; 11 – Pravaya Berezovaya River, 2nd left tributary from the mouth, near the road bridge on Berezovsky highway; 12 – Pravaya Berezovaya River, at the place where it is crossed by Voronezhsky highway; 13 – Chernaya River, a tributary in the upper reaches to the south from the industrial center; 14 – Chernaya River, near the greenhouse complex (Donskaya str., 2A); 15 – Left tributary of the Chernaya River near the bridge across the road in Donskaya Street; 16 – Gnilaya Pad’ stream in Karl Marx Street, 144; 17 -– Gnilaya Pad’ stream in Promyshlenny lane, 8; 18 -– Gnilaya Pad’ stream in Gorky street, 61; 19 – Polezhaevka River in the southern part of the village of Topolevo, in Proizvodstvenny lane, 7; 20 – Chernaya Rechka Rive, drainage network in the village of Topolevo, Tsentralny lane; 21 – Krasnaya Rechka River and its left tributary near the «Khabarovsk LPUMG Gazprom transgaz Tomsk»; 22– Krasnaya Rechka River and its left tributary in Nagornaya street, 92; 23 – Krasnaya Rechka River and its left tributary, near the village of Ilyinka, Sovkhoznaya Street 31; 24 – Krasnaya Rechka River, a left tributary in Yablonevaya street (v. Ilyinka); 25 – Krasnaya Rechka River, near Narechnaya street, 10

почв и почвогрунтов методом «конверта» на глубину 0–20 см согласно [13, 14, 18]. На 4 площадках дополнительно отобраны пробы поверхностных вод и донных отложений (пробоотборником «Burkle»).

Анализ отобранных проб почв, почвогрунтов, донных отложений и поверхностных вод осуществлялся в аккредитованной лаборатории ФГБУ ЦАС «Хабаровский» с использованием следующей аппаратуры: анализатор жидкостей «Анион 4100» – для определения реакции почвенной среды (pH солевой вытяжки) и содержания нитратной формы азота; жидкостный хроматограф Waters 2475 – для определения содержания бенз(а)пирена; анализатор жидкости «Флюорат-02-2М» для определения нефтепродуктов; ртутный газоанализатор ААС «КВАНТ-2 АТ» – для измерения концентраций ртути; эмиссионный спектрометр Agilent 720 ICP-ОES для определения валового содержания тяжелых металлов – Cd, Pb, Zn, As (I класс химической опасности), Cu и Ni (II класс опасности).

Содержание химических веществ в почвах и почвогрунтах оценивали в соответствии с [2, 4, 10, 11, 15, 17]. Из-за отсутствия показателей местного геохимического фона г. Хабаровска для оценки суммарного показателя загрязнения (ZC) исследованных почвенных проб были приняты фоновые содержания валовых форм тяжёлых металлов и мышьяка для дерново-подзолистых почв суглинистого и глинистого состава в соответствии с [18].

Результаты и обсуждение

Общей природной чертой почти всех почв прибрежных зон малых рек г. Хабаровска является тяжелый и (или) близкий к нему гранулометрический состав (преобладают глины и суглинки). Несмотря на наличие антропогенных включений, это обеспечивает относительно высокую обменно-поглотительную способность почвенного поглощающего комплекса по отношению ко многим химическим веществам. В то же время почвы исследованных участков водоохранных зон существенно различаются по геохимическим условиям. В первую очередь это относится к реакции почвенной среды. Так, прибрежные почвы р. Красная Речка (южная часть Хабаровска) отличаются наиболее низкими значениями pH почвенного раствора, что свидетельствует о преобладании кислой реакции среды (табл. 1). В почвах р. Черной и ее притока руч. Гнилая Падь (центральная и восточная части города) отмечается заметное подщелачивание почвенной среды, по-видимому, вследствие многолетнего техногенного влияния промышленных комплексов заводов «Дальэнергомаш», им. Горького, ЖБИ-1 и др. В прибрежных почвах р. Березовой (северный район Хабаровска) наряду со слабокислыми и кислыми почвами встречаются и слабощелочные (влияние интенсивного многоэтажного жилищного строительства). Во всех отобранных пробах исследованных почв отмечено низкое содержание нитратов – их уровень даже не превысил 0,1 ПДК.

Средние содержания большинства исследованных токсикантов (табл. 1) имеют максимальные значения в почвах водоохранных зон р. Чёрной. Наиболее высокими значениями здесь отличаются содержания бенз(а)пирена, нефтепродуктов, свинца и цинка.

Превышения ПДК для бенз(а)пирена обнаружены в водоохранных зонах рр. Берёзовой и Чёрной (в 3 и 4 пробах соответственно). Следует отметить, что в России содержание нефтепродуктов в почвах не нормируется, рекомендуемый допустимый уровень составляет 1000,0 мг/кг [12]. Содержание нефтепродуктов выше этого уровня (почти в 2 раза) определено только в одной пробе, отобранной в водоохраной зоне р. Чёрной. Для цинка превышения ПДК наблюдались в водоохранных зонах рр. Березовой и Чёрной (по одной пробе). Несмотря на высокие содержания в почвах свинца, превышений ОДК для этого элемента не обнаружено. Обнаружено незначительное превышение ОДК для никеля в одной пробе, отобранной в прибрежной зоне р. Красная Речка. Для остальных металлов (кадмий, ртуть, медь) превышения ПДК и ОДК не обнаружены, хотя отмечены наибольшие содержания кадмия и ртути в почвах бассейна р. Березовой, меди – в прибрежных почвах р. Черной.

Для оценки степени загрязнения почв мышьяком в России приняты два основных норматива согласно [10, 15]. Однако эти значения в большинстве случаев превышают содержание мышьяка в почвах природных и селитебных территорий. Практика экологической оценки загрязнения почв мышьяком в соответствии с зарубежными нормами показывает, что установленные допустимые концентрации мышьяка не могут быть абсолютными при разных условиях. Так, по данным зарубежных источников, рекомендованных в [17], допустимые концентрации мышьяка в почвах водоохранных зон определены на уровне 10 мг/кг. Содержание мышьяка в 16 из 25 проб исследованных прибрежных почв г. Хабаровска незначительно превысило эту ориентировочно допустимую норму. Более существенные превышения по мышьяку имеются только в двух пробах, отобранных в бассейне р. Берёзовой. Кроме этого, наблюдается отчетливая тенденция превышения ПДК мышьяка в почвах с кислой реакцией среды (pH<5,5).

Содержание загрязняющих веществ в почвах и почво-грунтах водоохранных зон малых рек г. Хабаровска, мг/кг

Content of pollutants in soils and soil-grounds of the Khabarovsk small rivers water protection zones, mg/kg

Table 1

№ № площадок*		щ & i-Q СО	Содержание токсикантов, мг/кг										ZC**
			3 Й Э S и	6 & 3 И	и с	со				2		2
Бассейн р. Берёзовой
1		5,0	2,0	17,1	<0,005	20,9	0,22	0,028	58,5	14,0	11,3	6,9	3,25
2		5,1	0,5	31,2	<0,005	16,7	0,2	0,112	46,4	9,8	12,9	5,4	2,47
3		4,2	˂0,5	7,3	<0,005	17,9	0,23	0,027	51,4	9,5	11,8	5,3	1,96
4		4,3	0,5	23,3	0,032	17,1	0,25	0,023	50,9	11,0	12,7	5,7	2,33
5		7,0	1,0	4,9	<0,005	12,4	0,2	0,019	34,8	9,1	8,9	5,4	0,81
6		7,4	3,09	99,9	0,035	43,3	0,73	0,032	200,9	26,1	45,9	17,8	19,1
7		5,7	1,6	164,5	˂0,005	16,8	0,23	0,026	51,3	9,4	12,9	7,0	2,68
8		4,3	0,5	67,1	˂0,005	13,0	0,24	0,024	44,4	11,0	12,8	5,6	1,80
9		5,2	˂0,5	2,3	˂0,005	24,5	0,26	0,03	130,1	11,1	12,3	6,5	5,1
10		5,3	1,99	20,9	<0,005	24,4	0,3	0,031	49,7	10,5	11,9	8,3	4,4
11		4,3	0,67	9,4	<0,005	22,1	0,32	0,029	62,1	12,9	13,7	6,1	3,90
12		4,1	-	4,1	0,051	15,1	0,36	0,021	47,4	12,9	12,6	10,0	5,1
Значения по бассейну	Средние	5,2	1,17	51,3	0,0136	20,4	0,3	0,034	69,0	12,3	15,0	7,5	4,4
	Min	4,1	˂0,5	2,3	<0,005	12,4	0,2	0,019	34,8	9,1	8,9	5,3	0,81
	Max	7,4	3,09	37,7	0,051	43,3	0,73	0,112	200,9	26,1	45,9	17,8	19,1
Бассейн р. Чёрной
13		6,1	˂0,5	149,0	<0,005	25,2	0,46	0,027	70,1	16,5	21,6	6,2	6,0
14		5,8	11,8	78,0	0,052	16,7	0,4	0,064	67,6	28,4	12,8	5,4	5,4
15		6,9	9,8	224,9	0,031	60,5	0,33	0,076	147,0	22,8	16,2	5,7	9,5
16		7,2	3,0	465,0	0,037	22,5	0,2	0,03	66,2	13,1	14,5	5,8	2,9
17		7,4	2,5	1925,0	0,057	115	0,35	0,055	301,8	28,4	24,1	7,5	18,0
18		5,2	7,8	62,0	<0,005	18,6	0,23	0,028	51,4	15,4	26,7	2,9	1,81
19		4,2	5,8	<5	<0,005	16,0	0,21	0,023	49,1	11,7	16,3	5,1	1,78
20		5,3	1,8	23,8	0,005	21,4	0,31	0,029	70,3	18,2	21,9	8,7	5,8
Значения по бассейну	Средние	6,0	5,4	366,6	0,025	37,0	0,31	0,042	103,0	19,3	19,3	5,9	6,4
	Min	4,2	˂0,5	<5	<0,005	16,0	0,2	0,023	49,1	11,7	12,8	2,9	1,78
	Max	7,4	11,8	1925	0,057	115	0,46	0,076	301,8	28,4	26,7	8,7	18,0
Бассейн 1				р. Красная Речка (верхнее течение в районе с. Ильинки)
21		3,9	0,66	15,4	<0,005	17,5	0,38	0,025	55,5	11,8	15,3	7,2	4,4
22		3,6	1,1	31,4	<0,005	21,1	0,29	0,012	26,8	6,0	8,7	5,1	1,55
23		3,5	1,4	2,1	<0,005	33,5	0,33	0,027	29,9	6,7	9,2	8,1	4,4
24		3,3	1,2	3,3	<0,005	34,7	0,5	0,044	65,2	19,7	47,3	7,5	8,7
25		3,3	1,4	4,3	<0,005	35,1	0,43	0,045	50,1	13,9	16,7	6,8	6,1
Значения по бассейну	Средние	3,5	1,15	11,3	<0,005	28,4	0,39	0,03	45,5	11,6	19,4	6,9	5,0
	Min	3,3	0,66	2,1	<0,005	17,5	0,29	0,012	26,8	6,0	8,7	5,1	1,55
	Max	3,9	1,4	31,4	<0,005	35,1	0,5	0,045	65,2	19,7	47,3	8,1	8,7
ПДК		-	130	1000	0,02	-	1,0	2,1	-	-	-	2	норма -<16
ОДК при pH < 5,5		-	-	-	-	65	1,0	-	110	66	40	5
ОДК при pH > 5,5		-	-	-	-	130	2,0	-	220	132	80	10