Содержание свинца, цинка, никеля и кадмия в почвах города Биробиджана и оценка их влияния на здоровье населения

Проблема загрязнения городской среды тяжелыми металлами продолжает оставаться актуальной в связи с расширением их потребления и ростом числа источников поступления. Долгое время в России и за рубежом основными загрязняющими веществами окружающей среды считались пыль, угарный и углекислый газы, окислы серы, азота, нефтяные углеводороды, пестициды, радиоактивные вещества. Несмотря на это тяжелые металлы всегда оставались ведущей группой загрязняющих веществ, которые представляли научный и практический интерес для оценки экологического состояния загрязненных территорий, так как работа промышленных предприятий и автотранспорта связана с выбросом в атмосферу огромных количеств токсичных веществ, в том числе и тяжелых металлов [2, 5, 9 и др.]. Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами оказывает значительное отрицательное влияние на химический состав почв, пищевые свойства растительности, качество питьевой воды. Попадая в почву тяжелые металлы, вступают во все процессы, происходящие в ней. Затрагиваются все главные функции, которые выполняет почва, а также они попадают во все основные циклы миграции, происходящие в биосфере. Важность понимания проблемы загрязнения почв тяжелыми металлами определяется также в том, что почвы являются природным накопителем тяжелых металлов в окружающей среде и основным источником загрязнения сопредельных сред, включая растения [11]. Поскольку почвенный покров представляет собой систему менее динамичную и более буферную, чем атмосферный воздух и водоёмы, а также обладает свойством аккумулировать вещество, то его загрязнение можно использовать как индикатор загрязнения приземных слоёв воздуха.

Интенсивность загрязнения среды тяжелыми металлами увеличивается в районах с высокой

плотностью населения, где развита промышленность и производственная инфраструктура. Город Биробиджан – столица Еврейской автономной области (ЕАО) – не относится к числу таких больших городов Дальнего Востока, как Владивосток, Хабаровск, Благовещенск, Комсомольск-на-Амуре, имеет относительно малую численность населения, высокую степень озеленения. Значительный вклад в загрязнение атмосферного воздуха города Биробиджана, как и в большинстве городов Сибири и Дальнего Востока, вносит ТЭЦ, работающая на высокозольном буром угле, и автомобильный транспорт. Биробиджанская ТЭЦ расположена в центре города, строилась без учета «розы ветров» и не имеет санитарно-защитной зоны [10]. Зона рассеивания загрязняющих веществ, поступающих от ТЭЦ, приходится практически на всю территорию города. Вклад автотранспорта в суммарное загрязнение атмосферы ЕАО составляет 40,2%, в г. Биробиджане же он достигает 54% [4]. Загрязнение окружающей среды в г.Биробиджане тяжелыми металлами практически не изучено. Наблюдения проводятся лишь только за основными примесями: пылью, сернистым ангидридом, диоксидом азота, оксидом углерода, фенолом, формальдегидом и бенз(а)пиреном. Для исследования были выбраны четыре металла: Pb, Cd, Ni и Zn. Свинец, как часто контролируемый элемент, главным источником поступления которого в окружающую среду многие годы был и еще продолжает оставаться автотранспорт. Кадмий и никель, как элементы, свидетельствующие об общем техногенном прессе на окружающую среду. Цинк, как металл, указывающий в целом на уровень антропогеннотехногенного воздействия на среду.

Цель исследования: изучить содержание и закономерности распределения тяжелых металлов (Pb, Zn, Ni, Cd) в почвах г. Биробиджан и оценить их влияние на здоровье населения города с помощью суммарного показателя загрязнения Z с .

Площадь г. Биробиджана 150 км2, население около 75,4 тыс. человек. Столица ЕАО расположена в долине р. Бира. В административном отношении город деления не имеет, но территориально разделен на 3 планировочных района: Северный, Центральный, Заречье. Эти районы разделены между собой железной дорогой и рекой Бира. В центральном районе находятся основные предприятия, учреждения и организации, жилой фонд города. Город Биробиджан нельзя строго разделить на зоны по видам использования территории: промышленная и селитебная зоны сомкнулись между собой.

В г. Биробиджане остро стоит проблема оценки и прогноза загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами. Исследования, проводимые ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в ЕАО» в Биробиджане, не имеют системности, а полученные данные не публикуются. Поэтому довольно сложно судить об источниках и степени загрязнения среды тяжелыми металлами. Однако анализ источников загрязнения окружающей среды города по данным Комитета природных ресурсов ЕАО показал, что основными источниками поступления тяжелых металлов являются автотранспорт, топливно-энергетический комплекс и в меньшей степени промышленные предприятия (табл. 1).

Таблица 1. Источники поступления тяжелых металлов в окружающую среду г. Биробиджана

Источники поступления	Названия источников поступления
Автотранспорт и автотранспортные предприятия	МУП Биробиджанское пассажирское АТП, МУП «Спецавтохозяй-ство», ГУП ДРСУ-1, БДРСУ, АЗС (Советская – Широкая, пр. 60-летия – Советская, Волочаевская – Миллера, Советская – шоссе Бир/Хаб, Пионерская 69), ОГУП Грузавтотранс, НГЧ-2.
Предприятия топливно– энергетического комплекса	ТЭЦ, котельные (улицы: Тихонькая 1, Школьная 18, Косникова 42, Косникова 30, Биршоссе 5, Дружбы 24, К. Маркса 19 («Зима»), Пархоменко 29, Дружбы 16 (КЭЧ), Кубанская 11, Магнитная 1 и др.),Склад нефтепродуктов (Советская, 125).
Промышленность	АО «Дальсельмаш», ТОО «Агросантехмонтаж», АО «Кондитер», АООТ «Трансстрой», Дистанция гражданских сооружений, ОАО Завод силовых трансформаторов.

Руководствуясь заключением о том, что основными источниками загрязнения окружающей среды г. Биробиджана являются автотранспорт и ТЭЦ, мы отобрали 40 проб почв как вдоль автомобильных дорог, на перекрестках, у автомобильных заправок и в районе теплоэлектроцентрали, т.е. в местах значительных антропогенно–техногенных нагрузок на биотические компоненты экосистем, так и в районах с относительно низким уровнем загрязнения. Станции отбора проб показаны на рис. 1. Пробы почв отбирались согласно ГОСТу 17.4.4.02-84 [3]. Подготовку и анализ почвенных проб на содержание Pb, Zn, Ni и Cd (проводили по ГОСТу 17.4.3.01-83 (СТ СЭВ 3847-82) и ГОСТу 17.4.3.03-85 (СТ СЭВ 4469-84) [6]. Определение тяжелых металлов проводилось методом атомно– абсорбционной спектрофотометрии (на атомноабсорбционном спектрофотометре «Shimadzu AA-6601F» в режиме пламенного анализа). Выполнив первичную обработку данных мы получили диапазоны концентраций и средние значения (табл. 2). Как видно, средние концентрации металлов значительно ниже ПДК. В зависимости от дозы металла и величины получаемого ущерба А.И. Обухов и Л.А Ефремова [8] предложили классификацию почв по загрязнению (табл. 3).

Согласно полученным данным, максимальная концентрация Pb (7,7 мг/кг, что составило 24% от ПДК) в почве зарегистрирована у ТЭЦ (ст. 17). Минимальные концентрации Pb обнаружены в районе Биробиджан-2 (ст. 35), Городского парка культуры и отдыха (ГПКиО) (ст. 33) и составляли 0,13 мг/кг. Согласно Обухову и Ефремовой [8], содержание Pb в почве у ТЭЦ (ст. 17) высокое. Однако на большей части обследованных территорий концентрации Pb имеют средний уровень.

Рис. 1. Карта – схема станций отбора проб почв

В почвах районов, расположенных на значительном удалении от центра города, выявлено низкое содержание данного металла. Для цинка наибольшая концентрация (16,03 мг/кг, что составило около 70% от ПДК) в почве отмечена на перекрестке ул. Шолом-Алейхема и Швейного переулка (ст.16), минимальная (0,7 мг/кг) в пос. Тукалев-ский (ст. 34). Содержание Cd в почвах не превышает 0,03 мг/кг, что значительно ниже ПДК.

Максимальные концентрации (0,03 мг/кг) Cd в почве зарегистрированы на перекрестке ул. Советской и пр. 60 лет СССР (ст. 6) и на ул. Пионерской, ост. «Детская больница» (ст.15). Станции 6 и 15 находятся вдоль автомагистралей, которые имеют в этих районах крутые повороты, что способствует торможению автотранспорта, истиранию шин и других трущихся частей, содержащих тяжелые металлы. Минимальные концентрации (0,0093 мг/кг) Cd содержат почвы п. Аремовский (ст.40). По классификации Обухова и Ефремовой почвы г. Биробиджана имеют очень низкое или низкое содержание Cd. Изучение содержания Ni в почвах показало, что максимальная его концентрация (0,6 мг/кг – 15% от ПДК) выявлена в районе ул. Советская, ост. автобуса «Сельхозтехника» (ст. 5). В районе этой станции на момент исследования находилась крупная автомобильная заправочная станция «НК-Альянс». Здесь же была расположена стоянка большегрузных машин, предназначенных для сдачи в аренду с целью перевозки грузов. Минимальная концентрация Ni (0,1 мг/кг) в почве зарегистрирована в ГПКиО (ст. 33). Концентрации Ni в почвах столицы ЕАО достигают среднего уровня содержания.

Согласно классификации А. И. Обухова и Л.А. Ефремовой [8] почвы г. Биробиджана имеют слабый уровень загрязнения Pb (5-10 мг/кг), Zn (20-50 мг/кг), Ni (5-10 мг/кг) и Cd (0,5-1,0 мг/кг). При мониторинге загрязнения почв тяжелыми металлами принято сравнивать их концентрации с фоновыми [1 и др.]. В настоящее время информации о фоновых концентрациях тяжелых металлов в почвах г. Биробиджана нет. В ходе исследований были установлены условно фоновые концентрации, полученные вычислением средних из минимальных значений. Для Pb условно фоновая концентрация в почвах г. Биробиджана составляет 0,13 мг/кг, для Zn – 1,7 мг/кг, для Cd – 0,01 мг/кг, для Ni – 0,32 мг/кг. Средние концентрации Pb и Zn в почвах превышают условно фоновые концентрации в 24 и 2 раза соответственно. По содержанию Ni и Cd в почвах превышения не обнаружено.

Таблица 2. Средние значения, ПДК, диапазоны концентраций свинца, цинка, никеля, кадмия в почвах г. Биробиджана, мг/кг

Показатели	Тяжелые металлы
	Pb	Zn	Ni	Cd
диапазоны концентраций	0,13-7,7	0,7-16,0	0,1-0,6	0,006-0,03
средние значения	3,1	3,1	0,3	0,01
ПДК	32	23	4	2

Таблица 3. Классификация почв по содержанию и степени загрязнения тяжелыми металлами, мг/кг воздушно-сухой почвы [8]

Уровни содержания и загрязнения	Pb	Cd	Zn	Ni
содержание
очень низкое	<0,2	>0,02	>1,0	>0,2
низкое	0,2-0,5	0,02-0,05	1-2	0,2-0,5
среднее	0,5-1,5	0,05-0,1	3-5	0,5-1,5
высокое	1,5-5,0	0,1-0,5	5-20	1,5-5,0
загрязнение
слабое	5-10	0,5-1,0	20-50	5-10
среднее	10-50	1,0-3,0	50-100	10-50
высокое	50-100	3-5	100-200	50-100
счень высокое	>100	>5	>200	>100

Таким образом, проведенное исследование показало, что концентрации Pb, Zn, Cd и Ni в почвах находились в пределах нормы и не превышали ПДК. Тяжелые металлы интенсивно накапливаются в районах придорожных полос, автозаправок, автопарков, возле гаражей и автомастерских, а также в центральных и промышленных районах города. Низкие концентрации Pb, Zn, Ni и Cd зарегистрированы в почвах на окраинах города, городском парке культуры и отдыха, в районах с невысокой плотностью автомобильного движения.

Поступая в почву тяжелые металлы, попадают в пищевую цепочку, в конце которой стоит человек. Поэтому важным является рассмотрение влияния тяжелых металлов на организм человека. Попадая в организм человека, поллютанты неравномерно распределяются между разными органами и тканями. Большинство микроэлементов накапливается в печени, костной и мышечной тканях. Известно, что цинк концентрируется в поджелудочной железе, кадмий – в почках. В организме микроэлементы могут находиться как в связанном состоянии, так и в виде свободных ионных форм [12]. Оценка уровня химического загрязнения почв как индикатора неблагоприятного воздействия на здоровье населения проводится по показателям, разработанным при сопряженных геохимических и геогигиенических исследованиях окружающей среды городов. Такими показателями являются:

• 1.    коэффициент концентрации химического вещества (К с ), который определяется отношением его реального содержания в почве (С) к фоновой концентрации (С ф )

  K

  
  

• 2.    суммарный показатель загрязнения (Z с ). Суммарный показатель загрязнения почв равен сумме коэффициентов концентраций химических элементов и выражается следующей формулой

C

C ф

n

z =y к

c i=1

где n - число суммируемых элементов [7].

Анализ распределения геохимических показателей дает пространственную структуру загрязнения территорий и воздушного бассейна с наибольшим риском для здоровья населения. Оценка опасности загрязнения почв комплексом металлов по показателю Zс, отражающему дифференциацию загрязнения воздушного бассейна городов проводится по оценочной шкале, приведенной в табл. 4. Градации оценочной шкалы разработаны на основе изучения показателей состояния здоровья населения, проживающего на территориях с различным уровнем загрязнения почв [7]. Процентный вклад, каждого рассмотренного металла, в суммарный показатель загрязнения представлен на рис. 2. Результаты расчётов коэффициентов концентрации химических веществ и суммарного показателя загрязнения представлены в табл. 5. Таким образом, суммарное загрязнение почвы тяжелыми металлами в г. Биробиджане составляет всего 0,41, что позволяет отнести исследуемую территорию к категории допустимого уровня загрязнения почв.

Таблица 4. Оценочная шкала опасности загрязнения почв по суммарному показателю загрязнения (Z с )

Категория загрязнения почв	Величина Z с	Изменения показателей здоровья населения в очагах загрязнения
допустимая	< 16	Наиболее низкий уровень заболеваемости детей и минимальная частота встречаемости функциональных отклонений
умеренно опасная	16-32	Увеличение общей заболеваемости
опасная	32-128	Увеличение общей заболеваемости, числа часто болеющих детей, детей с хроническими заболеваниями, нарушениями функционального состояния сердечно-сосудистой системы
чрезвычайно опасная	> 128	Увеличение заболеваемости детского населения, нарушение репродуктивной функции женщин (увеличение токсикоза беременности, числа преждевременных родов, мертворождаемости, гипотрофий новорожденных)

Таблица 5. Коэффициенты концентрации химических веществ (К с ) и суммарный показатель загрязнения (Z_с) почв г. Биробиджана тяжелыми металлами

Металл	Коэффициент концентрации химического вещества (Кс)	Суммарный показатель загрязнения (Z с )	Оценка суммарного показателя загрязнения (Z с )
свинец	0,1	0,41	> 16 (категория загрязнения почвы допустимая)
цинк	0,2
никель	0,1
кадмий	0,01

Рис. 2. Процентное содержание металлов в суммарном показателе загрязнения (Z_с)

Свинец

Выводы: полученные в данном исследовании результаты, показали, что в почвах г. Биробиджана содержание свинца, цинка, никеля и кадмия находятся в допустимых пределах, что способствует наиболее низкому уровню заболеваемости населения.