Содержание 3,4-бенз(а)пирена в почвах техногенно загрязненных территорий

Бенз(а)пирен, являющийся соединением из группы полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), относится к супертоксикантам. Установлено, что многие представители этого класса органических веществ являются канцерогенами и (или) мутагенами [9]. Так, из 16 соединений этой группы, подлежащих определению по рекомендации Агентства по охране окружающей среды США (ЕРА US) в пробах окружающей среды, наиболее распространенным является нафталин, а наиболее токсичным 3,4-бенз(а)пирен. Последний обладает ярко выраженными канцерогенными, мутагенными и тератогенными свойствами, входит в число наиболее опасных загрязнителей атмосферного воздуха всех крупных городов. При этом вклад металлургической промышленности в распространение данного вещества достигает 40%, а до 26% приходится на бытовое отопление, 16% – на химическую промышленность, кроме того, поллютант содержится в выхлопах автомобилей, табачном дыме, продуктах сгорания и т.д. В процессе охлаждения горячих газов, содержащиеся в них ПАУ, конденсируются и оседают на поверхность почвы в зоне выбросов на расстоянии нескольких километров. При этом большая их часть уносится на дальние расстояния в виде аэрозолей. Пре- красным адсорбентом для ПАУ являются сажевые частицы, на 1 см2 сажевой поверхности которой могут разместиться более одной тысячи молекул ПАУ.

Известно, что интенсивное развитие промышленности в мире привело к накоплению в природных биоценозах значительных количеств токсичных веществ этого класса, что, в свою очередь, обусловило развитие исследований в области охраны окружающей среды. Сведений о процессах накопления 3,4-бенз( а )пирена в объектах окружающей среды, т.е. в структурных единицах агроэкосистем, в условиях Красноярского региона практически нет.

В свете сказанного актуальным является исследование формирования уровней содержания 3,4-бенз( а )пирена в антропогенно загрязненных почвах под влиянием различных источников и особенностей конкретных метеоусловий.

Цель исследований – оценка степени загрязнения 3,4-бенз( а )пиреном почв сельскохозяйственных угодий Красноярского края и Республики Хакасия, расположенных в зонах влияния крупных промышленных предприятий.

Объект и методы исследования. Объект исследования – почвы сельскохозяйственных территорий, находящиеся в зоне воздействия выбросов трех индустриальных гигантов: КрАЗа, Красноярской ТЭЦ-3, СаАЗа.

Почвенные образцы отбирались на землях сельскохозяйственного назначения, как в тепличных хозяйствах, так и на открытых участках, используемых для выращивания овощных культур, а также пастбищах, сенокосах. Отбор образцов проводился согласно ГОСТ 17.4.3.01-83[4], ГОСТ 17.4.4.02-84[5]. Содержание 3,4-бенз(а)пирена определяли в соответствии МУ 4.1.1274-03, на высокоэффективном жидкостном хроматографе российского производства «Стайер» [6].

Результаты исследования и их обсуждение. Роза ветров (рис. 1) в Красноярске расположена таким образом, что 70% времени преобладают ветры юго-западного и западного направления.

Районы г. Красноярска, расположенные с наветренной стороны, считаются самыми чистыми. Это – Ветлужанка, Северо-Западный, Академгородок. Наиболее загрязнены территории правобережной части города – ул. Свердловская, Черемушки, пос. Шинников. От пыли Красноярска страдают не только горожане, но и жители близлежащих районов. Ветер, как правило, выносит городскую пыль к Кузнецовскому плато, в сторону с. Атаманово и г. Железногорска. Горы, примыкающие с восточной стороны, образуют здесь естественный барьер, поэтому вся пыль оседает в основном в этом районе. Ореол распространения пылевого облака от краевого центра достигает 10,856 км2, тогда как сам Красноярск занимает только 300 км2[2].

□ сз Пс Псв Пз □О-(безветрие) Пв Пюз ПЮ Пюв

Рис.1. Роза ветров по г. Красноярску по данным 2009 – 2010 гг. [11]

Установлено повышенное содержание 3,4-бенз(а)пирена в почвах сельскохозяйственного назначения на расстоянии 1–20 км от источника загрязнения – (г. Красноярска) по розе ветров. Во всех образцах почвы этой зоны концентрация 3,4-бенз(а)пирена превышала ПДК [1]. Наиболее высокие концентрации этого со- единения в почвах обнаружены в 5-километровой зоне (0,25–1,0 мг/кг, или 1,5–50 ПДК) факельных выбросов по розе ветров. Со смещением от источников загрязнения в противоположную розе ветров сторону концентрации поллютанта снижаются до 0,02–0,05 мг/кг. Однако в 3–5 км от г. Красноярска (д. Кубеково) концентрации 3,4-бенз(а)пирена в почвах остаются в пределах 2–3,5 ПДК. Как показано нами ранее, в почвах тепличных хозяйств (д. Песчанка) концентрация привысила значение ПДК в 10–50 раз [1].

В почвах огородов частного сектора г. Красноярска (районы Николаевки, Песчанки) содержание поллютанта составляет 0,0045–0,418 мг/кг. По-видимому, это связано не столько с источником загрязнения – печным отоплением, сколько с плохим перемешиванием воздуха (число безветренных дней в г. Красноярске составляет 70–100 дней в году). В такие дни над городом повисает серая туча, водяные пары впитывают в себя пылевые частицы вместе с находящимися на них поллютантами. Последние могут с дождевыми осадками попадать в почву, далее в растения [11]. Иными словами, имеет место ситуация, когда загрязнение воздуха, воды и почвы может приводить к попаданию канцерогенных полициклических углеводородов в растительные продукты.

В почвах обследованных нами территорий площадью 316 га, прилегающих к Саянскому АЗ, который был введен в действие значительно позже Красноярского АЗ, установлен процесс накопления (кумуляции) 3,4-бенз(а)пирена. Здесь концентрации изучаемого углеводорода в среднем составляют 0,0274 мг/кг, варьируя от 0,004 (фоновое значение – с. Субботино) до 0,043 мг/кг.

Оценка уровня химического загрязнения почв как индикатора неблагоприятного воздействия на здоровье населения проводится по показателям, разработанным при сопряженных геохимических и геогигиени-ческих исследованиях окружающей среды городов с действующими источниками загрязнения. Такими показателями являются: коэффициент концентрации химического вещества (К_с ). К_с определяется отношением фактического содержания определяемого вещества в почве (С_i ) в мг/кг почвы к региональному фоновому (С_f _i ):

К_с =C_i /C_f _i.

Для оценки уровня степени химического загрязнения почв использовались следующие критерии гигиенической оценки: предельно допустимая концентрация (ПДК), или ориентировочно допустимая концентрация (ОДК) химических веществ в почве. При этом опасность загрязнения тем выше, чем:

• 1)    фактическое содержание компонентов загрязнения почвы превышает величину ПДК (выражется коэффициентом К_о = С/ПДК, т.е. опасность загрязнения тем выше, чем больше К_о превышает единицу);

• 2)    чем выше класс опасности контролируемого вещества, его персистентность, больше его растворимость в воде, подвижность в почве, а также глубина загрязненного слоя;

• 3)    чем меньше буферная способность почвы, которая зависит от механического состава, содержания органического вещества, кислотности почвы. При этом, чем меньше содержание гумуса, значение pH почвы и легче механический состав, тем опаснее ее загрязнение химическими веществами.

При загрязнении почв одним веществом органического происхождения его опасность определяется исходя из его ПДК (табл. 1,2) [8,12,13]. Значение ПДК 3,4-бенз(а)пирена для почвы составляет 0,02 мг/л [13].

Предельно допустимые концентрации (ПДК) 3,4 -бенз( а )пирена в почве и допустимые уровни их содержания по показателям вредности (выдержка) [13]

Таблица 1

Наименование вещества	Форма содержания	ПДК вещества мг/кг почвы с учетом фона	Уровни показателей вредности (К1 – К4) и максимальный из них – (К мах ), мг/кг				Класс опасности
			Транслокационный (К1)	Миграционный		Общесанитарный
				Водный	Воздушный (К3)	(К4)
				(К2)
Бенз(а)пирен	Валовая	0,02	0,2	0,5	-	0,02	1

Анализ распределения геохимических показателей, полученных в результате изучения почв по регулярной сети, дает пространственную структуру загрязнения территорий и позволяет выделить зоны риска для здоровья населения [8].

Таблица 2

Класс опасности вещества	Категория загрязнения почвы при разных значениях ПДК
	> 5 ПДК	от 2 до 5 ПДК	от 1 до 2 ПДК
1	Очень сильная	Очень сильная	Слабая
2	Очень сильная	Сильная	Слабая
3	Сильная	Средняя	Слабая

Критическая оценка степени загрязнения почвы органическими веществами [8]

В свою очередь, оценка почв сельскохозяйственного использования проводится в соответствии с принципиальной схемой, приведенной в таблице 3

Принципиальная схема оценки почв сельскохозяйственного использования, загрязненных химическими веществами [12]

Таблица 3

Категория загрязнения	Характеристика загрязненности	Возможное использование	Предлагаемые мероприятия
Допустимая	Содержание веществ в почве превышает фоновое, но ниже ПДК	Использование без ограничений под любые культуры	Снижение уровня воздействия источников загрязнения. Осуществление меро-приятий по снижению доступности токсикантов для растений (известкование, внесение органических удобрений и т.п.)
Умеренно опасная	Содержание химических веществ превышает их ПДК при лимитирующем обще-санитарном, водном и воздушном миграционных показателях, но ниже допустимого уровня по транслокационному показателю	Использование под любые культуры при условии контроля качества с.-х. продукции	Мероприятия, аналогичные категории 1. При наличии веществ с лимитирующим водным или воздушным миграционным показателем проводится контроль содержания этих веществ в зоне дыхания сельскохозяйственных рабочих и в воде местных источников
Высокоопасная	Содержание веществ превышает их ПДК при лимитирующем транслокационном показателе вредности	Использование под технические культуры. Использование под сельскохозяйственные культуры ограничено с учетом растений кон-центраторов	1.    Кроме мероприятий, указанных для категории 1, обязательный контроль содержания токсикантов в растениях – продуктах питания и кормах. 2.    При необходимости выращивания растений – продуктов питания рекомендуется их перемешивание с продуктами питания, выращенными на чистой почве. 3.    Ограничение исполь-зования зеленой массы на корм скоту с учетом растений – концентраторов
Чрезвычайно опасная	Содержание веществ в почве выше их ПДК по всем показателям вредности	Использовать под технические культуры или исключить из с.-х. использования. Лесозащитные полосы	Мероприятия по сни-жению уровня загряз-нения и связыванию токсикантов в почве. Контроль содержания токсикантов в зоне дыхания с.-х. рабочих и воде местных водоисточников

По результатам проведенных исследований и в соответствии с нормативными документами, вышеуказанной схемой были произведены следующие расчеты.

Коэффициент концентрации химического вещества составил 50 К..с;

(К_с )= 0,0206/0,0005= 50, где C_i =0,025, C_f _i=0,0005;

К_о = С/ПДК, в нашем случае составило от

К..о = 0,0206/0,02=1,03, до К..о = 1,0455/0,02=52,3, то есть в пределах 1,03–52,3 К..о.

Это позволило установить следующее. Содержание 3,4 бенз (а )пирена повышено не только в почвах пригородной зоны г. Красноярска, а также в почвах частного сектора г. Красноярска и на полях сельскохозяйственных предприятий, расположенных в зоне Саянского алюминиевого завода. Физико-химические свойства этого поллютанта (гидрофобность, высокая сорбционная способность и стабильность), способствующие его аккумуляции в природных экосистемах, а также токсичное, мутагенное, тератогенное и канцерогенное воздействие на живые организмы, послужило причиной выделения 3,4 бенз (а )пирена в категорию приоритетных загрязняющих веществ.

В соответствии с МУ 2.1.7.730-99 [10] почвы огородов частного сектора, расположенных в районах Николаевка, Песчанка г. Красноярска, попадают под категорию опасных и высокоопасных по содержанию рассматриваемого поллютанта. Они регламентированы для выращивания только технических культур. Следовательно, овощи и зеленные культуры, полученные на этих почвах, опасны для здоровья.

Таким образом, установлено влияние близости крупных промышленных предприятий-загрязнителей – алюминиевых заводов и ТЭЦ, метеоусловий на степень загрязнения почв 3,4-бенз (а) пиреном. Впервые дана оценка степени загрязнения этим веществом почв сельскохозяйственных угодий на территории Красноярского края и Республики Хакасия по категориям опасности. Обоснована необходимость: 1) лабораторного контроля растительной продукции, произведенной на этих землях, попадающих под категорию умеренноопасных; 2) контроль со стороны надзорных органов продукции, выращенной на землях, с категорией опасных и высоко опасных.