Содержание нефтепродуктов в почвенном покрове г. Красноярска

Введение . В настоящее время при проведении экологического мониторинга почвам урбанизированных территорий уделяется недостаточно внимания, несмотря на то, что их экологические функции не менее значимы, чем в естественных ландшафтах. Именно они обеспечивают долговременное депонирование поступающих из атмосферы загрязняющих веществ, предотвращают или замедляют их проникновение в грунтовые воды, способствуют микробиологической деструкции поллютантов.

Среди наиболее распространенных загрязняющих веществ, характерных для урбанизированных территорий, нефтепродукты (НП) занимают одну из лидирующих позиций. Это обуславливает необходимость обеспечения контроля их содержания для установления потенциала самоочищения почв. Кроме того, знание текущих уровней загрязнения имеет важное значение и при определении ущерба, причиненного в результате хозяйственной деятельности почвам как объекту охраны окружающей среды.

Цель работы . Анализ содержания нефтепродуктов в почвенном покрове г. Красноярска, являющегося крупным промышленным центром.

Объекты, методы и результаты исследований . Исследования выполнялись в период 2015–2017 гг. Отбор и подготовка почвенных проб осуществлялись в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02-84 в интервалах глубин 0–10 и 10– 15 см. Определение содержания НП выполнено флуори-метрическим методом, согласно ПНД Ф 16.1:2.21-98, с использованием анализатора жидкости «Флюорат-02-2М» [1].

Ферментативную активность исследуемых почв определяли по активности фермента уреазы экспресс-методом Т.В. Аристовской (по скорости разложения карбамида), считающимся достаточно информативным и, кроме того, в должной степени апробированным для почв урбанизированных территорий [2]. Исходная навеска пробы составляла 50 г, содержание мочевины – 0,25 г, регистрация рН выполнялась в автоматическом режиме через каждые 15 минут при помощи многопараметрического измерителя Multi 340i. Контрольной точкой измерения времени являлся момент увеличения рН на 1,5 единиц от исходной.

Общее количество исследованных проб почв составило 264, из них 198 отобраны в пределах левобережной части города и островов Татышев, Отдыха.

С учетом интенсивности антропогенной нагрузки и функциональной организации территории почвы отнесены к трем зонам: селитебной, производственной, ландшафтно-рекреационной.

В качестве фоновых значений концентрации нефтепродуктов приняты значения, полученные для 12 образцов подзолов (иллювиально-гумусовых), отобранных в центральной части Гремячей гривы, и 16 образцов тёмносерых почв, отобранных на расстоянии 3 км северозападнее от деревни Замятино. Фоновые участки выбраны в силу их высокой облесённости (возраст большинства деревьев, по данным дендрохронологического анализа, превышает 68 лет) и недоступности для автомобильного транспорта, что, по нашему мнению, исключает возможность загрязнения почв ГСМ. Практически во всех фоновых пробах содержание нефтепродуктов находилось на уровне <40 мг/кг, лишь в одном случае составило 55 мг/кг сухой массы.

Для оценки уровня степени загрязнения почв НП в качестве «сигнального» критерия рассматривалась концентрация 1,0 г/кг, несмотря на недостаточность ее обоснования [3–6]. По литературным данным, можно опираться на следующие примерные показатели: массовые доли НП в почвах до 100 мг/кг – фоновые, экологической опасности для среды они не представляют. Загрязненными считают почвы, содержащие свыше 500 мг/кг НП. Массовые доли от 500 до 1000 мг/кг соответствуют умеренному загрязнению, от 1000 до 2000 – умеренно опасному загрязнению, от 2000 до 5000 мг/кг – опасному, а свыше 5000 мг/кг – очень сильному загрязнению почв [7].

Содержание НП в почвах города Красноярска характеризуется очень высокой вариабельностью в пределах каждой функциональной зоны. Это связано как с точечным характером загрязнения, так и с особенностями самих городских почв: резкой неоднородностью структуры почвенного покрова. Урбанозёмы, культурозёмы, рекреа-зёмы, реплантозёмы, конструктозёмы, псамозёмы – все они, помимо характерных свойств, могут иметь совершенно различный возраст, следовательно, разную экспозицию, приводящую к вариациям уровня накопления НП (некрозёмы не были охвачены исследованиями).

Кроме того, городская среда отличается огромным разнообразием субстрата, что определяет отличие сорбционных свойств почвенных горизонтов, оказывая значительное влияние на полноту извлечения НП растворителем.

Тем не менее в почвах различных функциональных зон средние концентрации различаются незначительно, что объясняется сопоставимой интенсивностью поступления НП. Сравнительный максимум их содержания ожидаемо характерен для почв промышленных зон (табл. 1).

Таблица 1

Функциональная зона	Содержание нефтепродуктов, мг/кг
	Среднее	Минимальное	Максимальное
Производственная	265	60	2300
Ландшафтно-рекреационная	110	< 40	240
Селитебная	125	< 40	320
Фоновые участки	< 40	< 40	55

Распределение концентраций нефтепродуктов в почвах различных функциональных зон

Тем не менее даже здесь средняя концентрация НП не превышает 265 мг/кг. Лишь на одном участке Советского района, который соответствует производственной функциональной зоне, содержание НП находилось на уровне 2300±391 мг/кг, что соответствует среднему уровню загрязнения. Также в Советском районе, в районе авторынка «777» по ул. Ястынская, выявлено содержание НП на уровне 1180±200 мг/кг, соответствующее низкому уровню загрязнения.

Несомненно, это не указывает на выявленный нами абсолютный максимум возможных концентраций, но демонстрирует общую картину загрязнения почв города НП.

По сравнению с другими городами России, средние уровни загрязнения почв Красноярска нефтепродуктами ниже, чем Москвы (235 мг/кг), и примерно равны уровням Санкт-Петербурга (180 мг/кг).

Распределение средних и максимальных концентраций НП в почвах различных районов города демонстрирует схожую картину (табл. 2).

Наиболее высокие средние значения НП в почвах характерны для Советского, Центрального, Свердловского районов. Наименьшие значения характерны для Кировского района, а также для ландшафтно-рекреационных территорий – островов Отдыха и Татышев. Значительные ограничения на въезд и передвижение автотранспорта по территории последнего является причиной наименьшего уровня накопления НП.

В то же время в пределах центральной части о. Та-тышев, в непосредственной близости от Октябрьского моста, выявлены концентрации НП на уровне 190–240 мг/кг, что указывает на автотранспорт как на основной их источник. Максимальное содержание НП приурочено к верхнему 5-см слою техногенного рекультивационного горизонта, а на глубине более 20 см она составляет менее 40 мг/кг (табл. 3). В целом картина демонстрирует наиболее типичный аккумулятивный характер распределения НП в почвах Красноярска.

Таблица 2

Район	Содержание нефтепродуктов, мг/кг
	Среднее	Минимальное	Максимальное
Советский	185	<40	2300
Центральный	175		420
Октябрьский	120		310
Железнодорожный	155		280
Кировский	115		180
Свердловский	165		240
о.Татышев	65		160
о.Отдыха	115		210
Среднее	138,7

Распределение концентраций нефтепродуктов в почвах различных районов г. Красноярска

Таблица 3

Распределение нефтепродуктов в профиле реплантозёма гетерогенного высокогумусного супесчаного

В наших исследованиях в 96 % случаев наибольшая концентрация НП выявлялась именно в верхнем почвенном горизонте. Это указывает на то, что вертикальная миграция при существующем объеме поступающих НП не способна обеспечить в большинстве случаев значимые концентрации НП на глубине свыше 30 см.

Говоря об иных источниках НП в почвах города, следует заметить, что к ним стоит отнести ряд материалов, повсеместно встречающихся в виде включений – гудрон, асфальт и пр. При аналитической обработке как современных, так и погребенных почвенных горизонтов, содержащих фрагменты асфальтовой крошки, выявляемая концентрация НП почти всегда превышала 120 мг/кг. Выполненное нами отдельное растворение в гексане фрагментов асфальта подтвердило возможность перехода в раствор части материала, при этом в гексановом элюате наблюдалась интенсивная полоса поглощения 1600 см-1, соответствующая ароматическим соединениям.

Варьирование концентраций НП в почвах города подвержено сезонной динамике. Наибольшее содержание НП отмечается в летний период (конец мая, начало июня), наименьшее – в зимний, что в целом соответствует выявленной динамике [8]. Однако указанная закономерность характерна лишь для участков, на которых осуществляется накопление снега, удаляемого с проезжей части, автостоянок, придомовых территорий. Таким образом, загрязненный снеговой покров после таяния обеспечивает частичное перемещение НП в почву, что является причиной летнего максимума их концентрации. В течение лета и осени происходит, вероятно, их перераспределение, дегазация, частичная деструкция.

При рассмотрении влияния НП на почвы следует опираться на биогеохимические принципы и оперировать не просто концентрациями НП, а выявлять пороговые значения, при которых начинается деструктивное воздействие на экосистемы.

В этом отношении представляет интерес сопоставление концентраций НП в почвах с показателем уровня их уреазной активности, который успешно используется в оценке экологического состояния нефтезагрязненных почв [9].

Уреазная активность в пробах почв, отобранных в парковой зоне, на участках с хорошо развитым напочвенным покровом и повышенным содержанием нефтепродуктов (вплоть до максимума в 240 мг/кг), варьирует от 3,5 до 6,5 и может считаться высокой.

Можно предположить, что загрязнение почв нефтепродуктами в определенной степени стимулирует уреазную активность, так как известно, что активность уреазы прямо зависит от содержания органического углерода в почве [10].

Для примера: скорость разложения мочевины в фоновых подзолах иллювиально-гумусовых составляла 4,5–5,5 ч.

Однако повышенные концентрации нефтепродуктов в почвах, лишенных растительного покрова, как показали проведенные исследования, не приводят к увеличению уреазной активности. Псамозёмы типичные, содержащие НП на уровне 2300 мг/кг, демонстрируют низкую уреазную активность 9,5 ч. При этом псамоземы типичные, содержащие от 80 до 120 мг/кг НП, практически лишенные растительного покрова, также демонстрируют низкую уреазную активность (9 ч).

Таким образом, в городских почвах уреазная активность определяется большим количеством параметров. По результатам изучения 264 проб, сила связи между содержанием в почве НП и уреазной активностью средняя (r=0.52).

Высокая корреляция (r=0,72) выявлена между показателями уреазной активности почвы и рН водной вытяжки. Такая высокая зависимость уреазной активности почв от их кислотно-щелочных условий в данном случае вполне объяснима – под действием перманентной техногенной нагрузки, которую испытывают урбанизированные территории, характер почвенного раствора изменяется в щелочную сторону, вплоть до 10 единиц рН.

С увеличением рН до нейтральных и слабощелочных значений биологическая активность возрастает, а затем наблюдается тенденция к ее снижению. Отмеченный факт не противоречит известному для ненарушенных почв, когда максимальная активность ферментов проявляется в узком интервале значений рН [11].

Исходя из полученных результатов, можно предположить, что такой параметр, как рН водной почвенной вытяжки, является весьма удобным показателем оценки качества городских почв. Уровень рН, в значительной степени смещенный в щелочную область, является отражением техногенного загрязнения (засоление, поступление солей щелочных и щелочноземельным металлов вместе с аэрозольными выпадениями от топливосжигающих установок). Учитывая полученные нами ранее результаты [12], можно заметить, что в указанных случаях будет иметь место комплексное загрязнение, связанное с повышенным содержанием хлоридов, солей тяжелых металлов, а также неблагоприятными общими физическими свойствами почв.

Заключение . Для 83 % обследованных почв Красноярска характерно содержание НП в диапазоне 100– 500 мг/кг, что соответствует уровню повышенного фона. Усредненные значение концентраций НП в почвах производственной зоны составили 265 мг/кг, для ландшафтнорекреационной и селитебной – 110 и 125 мг/кг соответственно. Наибольший уровень загрязнения нефтепродуктами характерен для почв производственной зоны, где он достигает допустимого и сильного уровня. Варьирование концентраций НП в городских почвах подвержено сезонной динамике, максимальные уровни характерны для периода май-июнь.

Уровни биологической активности почв ландшафтнорекреационных зон указывают на то, что большинство из них на сегодняшний день обладает средней или высокой потенциальной способностью к самоочищению. При этом изменение активности амилазы имеет более плотную связь с таким параметром, как рН водной вытяжки, комплексно отражающим уровень загрязнения почв (r=0,72), нежели с содержанием нефтепродуктов (r=0,52).