Особенности накопления тяжелых металлов в почвах промышленных и рекреационных зон города Ульяновска

Город Ульяновск является одним из крупнейших промышленных центров Приволжского Федерального округа с населением 624 тыс. человек, что определяет остроту экологических проблем на его территории, среди которых выделяется и является недостаточно изученным техногенное загрязнение природных сред. Крупные металлообрабатывающие и машиностроительные предприятия, автотранспорт, энергетика, строительная индустрия поставляют в атмосферу, природные воды, почвенный покров города разнообразные продукты техногенеза, в том числе и целый комплекс тяжелых металлов. Выпадая на земную поверхность, они накапливаются в верхних горизонтах почв, изменяют их химический состав, включаются в природные и техногенные циклы миграции, загрязняя все функциональные зоны города [3, 4]. Известно, что распределение тяжелых металлов в промышленных и рекреационных зонах городов очень динамично, а особенности их аккумуляции могут существенно различаться в зависимости от природно-климатических и техногенных условий [5].

Условия и методы исследования. Наши исследования проводились в 2010 г. в рекреационных и промышленных зонах 4 городских районов г. Ульяновска: Ленинском, Засвияжском, Железнодорожном и Заволжском. В Заволжском районе сравнивали особенности накопления тяжелых металлов в почвах ЗАО «Авиастар-СП» и парка Прибрежный, в Железнодорожном районе – ЗАО «Ульяновский моторный завод» и парка Винновская роща, в Ленинском районе – ОАО «Контактор» и парка

им. А. Матросова, в Засвияжском районе – ОАО «Ульяновский автомобильный завод» и парка семьи Ульяновых. В качестве фоновой территории использовали относительно чистую зону, расположенную вдали от населенных пунктов и проезжей части, почвенные характеристики которой в целом соответствуют почвам района исследований.

ОАО «УАЗ» специализируется на производстве малотоннажных автомобилей повышенной проходимости, это одно их крупных предприятий машиностроительного комплекса России по производству двигателей различной модификации для грузовых, пассажирских и многоцелевых автомобилей повышенной проходимости марки «ГАЗ» и «УАЗ». ЗАО «Авиастар» выпускает современные пассажирские и грузовые самолеты. ОАО «Контактор» специализируется в производстве автоматических выключателей, электроаппаратуры специального назначения, низковольтных комплектных устройств. Все эти предприятия являются техногенными источниками тяжелых металлов для территории г. Ульяновска.

Для получения объективной картины распределения тяжелых металлов в почвенном покрове района исследований на территории парков и промзон было заложено по 1 пробной площади, на каждой из которых общепринятыми в почвоведении и биогеохимии методами были отобраны средние почвенные образцы из слоя 0-15 см [1]. Количественное определение содержания валовых и подвижных форм тяжелых металлов (Pb, Сu, Zn, Ni, Cd) осуществляли атомно-абсорбционным методом. Валовую форму определяли из кислотной вытяжки, подвижные формы – из вытяжки с 1М HNO3 и ацетатным буфером с pH=4,8. Для оценки эколого-геохимической ситуации в районе исследований использовали суммарный показатель загрязнения почв (Zc) рассчитываемый по формуле: Zc=Σkci ^ (n^1), где kci – коэффициент концентрации i-го загрязняющего вещества, равный частному от деления его концентрации в загрязненной и фоновой почвах; n – число определяемых элементов в пробе. Оценку степени опасности загрязнения почв комплексом металлов по суммарному коэффициенту (Zc) осуществляли с помощью ориентировочной оценочной шкалы опасности загрязнения почв. При подсчете Zc руководствовались методическими указаниями по оценке степени опасности загрязнения почвы химическими веществами [2].

Результаты исследования. Полученные в ходе исследований аналитические данные позволили установить городской фоновый уровень содержания пяти тяжелых металлов (Ni, Cu, Zn, Pb, Cd) в почвенном покрове района исследований, а также их средние концентрации в промышленных и рекреационных зонах города (табл. 1).

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

Валовые формы тяжелых металлов в почвах промышленных зон г. Ульяновска превосходят региональные фоновые концентрации: по Pb и Ni в – 10 раз, по Cd – в 4 раза, по Zn – в 1,5 раза, по Cu – в 1,3 раза. Для большинства из них валовые концентрации выше, чем в парковых зонах. Исключением является Ni, более высокое содержание которого выявлено в почвах городских парков. Сходным образом распределяются и подвижные формы тяжелых металлов в почвах изучаемых функциональных зон города (табл. 1). При этом следует отметить отсутствие превышений ПДК как для валовых, так и для подвижных форм тяжелых металлов в почвах промышленных зон и парков. В табл. 2 представлены результаты анализа содержания валовых и подвижных форм тяжелых металлов в почвах конкретных парков и промзон, объединенных парами по соответствующим районам г. Ульяновска.

Как следует из табл. 2, содержание валовых и подвижных (1М HNO 3 ) форм анализируемых тяжелых металлов в парковых почвах достаточно сходно, но по валовым формам несколько большими концентрациями Zn, Ni, Cu характеризуется парк семьи Ульяновых, а Pb и Сd – парк Винновская роща. Почвы последнего отличается и относительно большими концентрациями обеих подвижных форм тяжелых металлов.

В почвах промышленных зон контрастность содержания всех изучаемых форм тяжелых металлов существенно выше. Максимальными концентрациями по всем формам большинства тяжелых металлов характеризуется ОАО «Контактор». Близкими к нему показателями по Zn (вал и подвижные формы) и Ni (подвижные формы) отличается ЗАО «Ульяновский моторный завод». Фоновые показатели по содержанию валового Pb, Cd, Ni, Zn превышены в почвах всех изучаемых промышленных и парковых зон, но особенно существенно в почвах ОАО «Контактор» и ЗАО «Ульяновский моторный завод». По содержанию валовой Cu парковые почвы практически не превышают фоновый уровень, а среди промышленных зон превышением данного показателя характеризуются только ОАО «Контактор» и ЗАО «Ульяновский моторный завод». По содержанию подвижной формы тяжелых металлов, выявляемой из кислотной вытяжки (1М HNO3), фоновый уровень в почвах всех парков и промзон превышен по Pb, Cd, Zn, Ni. Причем по подвижному Ni фоновые концентрации превышены на 1-2 порядка. Фоновое содержание подвижной Cu незначительно превышено в парках Винновская роща и им. А. Матросова, а также в почвах ОАО «Контактор» и ЗАО «Ульяновский моторный завод». Фоновые показатели подвижных форм металлов, выявляемые ацетатным буфером, были превышены во всех парках и промзонах по Pb, Zn, Ni c максимальным уровнем для ОАО «Контактор» и ЗАО «Ульяновский моторный завод». На этом фоне наиболее слабо загрязнены подвижными Pb и Ni почвы Прибрежного парка. Фоновый уровень подвижного Cd в парковых почвах практически не достигнут, в почвах промзон определенные превышения выявлены только в почвах ОАО «Контактор» и ЗАО «Ульяновский моторный завод». Именно для этих территорий установлено превышение по подвижной Cu, особенно значимое (в 72 раз) для почв ЗАО «Ульяновский моторный завод». ПДК по валовому Pb (32 мг/кг) достигнуты или превышены в почвах ЗАО «Ульяновский моторный завод» и ОАО «Контактор», по валовой Cu (55 мг/кг) – только в почвах ОАО «Контактор». Содержание остальных элементов не превосходит ПДК.

Таблица 2. Среднее содержание валовых и подвижных форм тяжелых металлов в почвах отдельных парков и промзон г.Ульяновска

Таким образом, самые низкие концентрации большинства изучаемых тяжелых металлов были выявлены в почвах промзоны ЗАО «Авиастар-СП», которой по расположению в Заволжском районе г. Ульяновска соответствует парк Прибрежный, также характеризующийся относительно низкими концентрациями анализируемых форм тяжелых металлов. Наиболее загрязнены тяжелыми металлами почвы промзоны ЗАО «Ульяновский моторный завод», которому по расположению в Железнодорожном районе г. Ульяновска соответствует парк Винновская роща, характеризующийся достаточно высокими концентрациями большинства анализируемых элементов. Близкими к ним показателями отличается пара ОАО «Контактор» и парк им. А. Матросова в Ленинском районе г. Ульяновска. В табл. 3 представлены суммарные показатели загрязнения почв парковых и промышленных зон г.Ульяновска валовыми формами тяжелых металлов.

Известно, что почвенный покров на территории металлообрабатывающих и машиностроительных предприятий практически всегда имеет повышенный уровень содержания тяжелых металлов, но конкретная ситуация может существенно различаться. Среди анализируемых промышленных зон уровень опасного загрязнения (Z c =32-128) был выявлен только для почв ОАО «Контактор». Почвы ЗАО «Ульяновский моторный завод» характеризовались умеренным уровнем загрязнения почв (Z c =16-32). Почвенный покров ОАО «УАЗ» и ЗАО «Авиастар-СП» по содержанию валовых форм тяжелых металлов имел допустимый уровень загрязнения (Z c < 16). Наибольшее экологическое значение имеют эколого-геохимические характеристики парковых зон, как наиболее посещаемых жителями города, в том числе и детьми. Анализ полученных данных показал, что почвы всех изученных парков г. Ульяновска характеризуется умеренным уровнем загрязнения валовыми формами тяжелых металлов. При этом почвы парка семьи Ульяновых и

Прибрежного парка по суммарному показателю загрязнения превосходят показатели промзон (ОАО «УАЗ» и ЗАО «Авиастар-СП»), расположенных в соответствующих им административных районах города.

Таблица 3. Суммарный показатель загрязнения почв парковых и промышленных зон г.Ульяновска тяжелыми металлами

Известно, что почвенный покров на территории металлообрабатывающих и машиностроительных предприятий практически всегда имеет повышенный уровень содержания тяжелых металлов, но конкретная ситуация может существенно различаться. Среди анализируемых промышленных зон уровень опасного загрязнения (Z c =32-128) был выявлен только для почв ОАО «Контактор». Почвы ЗАО «Ульяновский моторный завод» характеризовались умеренным уровнем загрязнения почв (Z c =16-32). Почвенный покров ОАО «УАЗ» и ЗАО «Авиастар-СП» по содержанию валовых форм тяжелых металлов имел допустимый уровень загрязнения (Z c < 16). Наибольшее экологическое значение имеют эколого-геохимические характеристики парковых зон, как наиболее посещаемых жителями города, в том числе и детьми. Анализ полученных данных показал, что почвы всех изученных парков г. Ульяновска характеризуется умеренным уровнем загрязнения валовыми формами тяжелых металлов.

При этом почвы парка семьи Ульяновых и Прибрежного парка по суммарному показателю загрязнения превосходят показатели промзон (ОАО «УАЗ» и ЗАО «Авиастар-СП»), расположенных в соответствующих им административных районах города.

Выводы: проведенные исследования позволили выявить экологически значимое полиметаллическое загрязнение почв промышленных и парковых зон г. Ульяновска. Особую тревогу вызывает достаточно высокий уровень загрязнения почвенного покрова крупных городских парков, наиболее посещаемых жителями города. Интенсификация работы промышленных предприятий и прогрессивный рост автотранспортной нагрузки определяют необходимость организации постоянного экологического мониторинга не только промышленных зон, но и рекреационных территорий г.Ульяновска.