Техногенное загрязнение почв тяжелыми металлами в г. Твери

Автор: Мейсурова Александра Федоровна

Журнал: Вестник Тверского государственного университета. Серия: Биология и экология @bio-tversu

Статья в выпуске: 2, 2017 года.

Бесплатный доступ

С помощью АЭС-ИСП-анализа в почвах г. Твери выявлено 17 тяжелых металлов (As, Cd, Co, Cr, Cu, Ga, Fe, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, Sn, V, W, Zn, Zr), представляющих три класса опасности. Средние и валовые концентрации для половины этих металлов (As, Cu, Fe, Cr, Zr, Ni, Zn) выше значений ПДК. Больше всего металлов с максимальными значениями концентраций обнаружено в пробах из Московского и Пролетарского районов города. Суммарные показатели загрязнения почв (Zc) в этих районах также достигают максимальных величин (23,28 и 22,81 соответственно). Минимальные концентрации металлов в почвах отмечены в пределах ООПТ, на которых представлены фрагменты естественных лесных массивов.

Еще

Загрязнение почв, аэс-исп-анализ, промышленные предприятия, автотранспорт, пдк, классы опасности, суммарный показатель загрязнения почв, тверь, памятники природы регионального значения, кларки элементов

Короткий адрес: https://sciup.org/146278249

IDR: 146278249

Текст научной статьи Техногенное загрязнение почв тяжелыми металлами в г. Твери

Введение. Почвы играют ключевую роль в механизмах поддержания устойчивости экосистем. Они являются средой обитания для большинства живых организмов, определяют структуру биоценозов и уровень биоразнообразия (Шамсутдинова и др., 2011). Однако способность аккумулировать в городских условиях разнообразные химические элементы и соединения оказывается опасной для биологических объектов (Mikhailova et al., 2013; Liu et al., 2016). Городские почвы депонируют в себе разные токсичные вещества, в том числе тяжёлые металлы (ТМ), к которым относят группу химических элементов со свойствами металлов и полуметаллов, имеющих значительный атомный вес или плотность. ТМ поступают с атмосферными осадками, аэрозольными выпадениями, а также с бытовыми и производственными отходами (Apostoae, Iancu, 2009; Wuana, Okieimen, 2011). Основными источниками загрязнения почв тяжелыми металлами являются промышленные и энергетические предприятия, автотранспорт, жилищно-коммунальное хозяйство (Савченко, 2011). В этой связи актуальны исследования, связанные с оценкой уровня техногенного загрязнения почв и выявлением участков, представляющих реальную экологическую опасность.

Особый интерес такие исследования представляют в городах, которые не в полной мере охвачены региональной сетью мониторинговых наблюдений. Они необходимы также в городах, где выявляется ограниченное число измеряемых параметров. К их числу принадлежит г. Тверь – административный и промышленный центр Тверской области. Общая площадь Твери составляет 152,22 км², а численность населения – 416 442 человек (Мейсурова, Нотов, 2012). В городе развито машиностроение, химическая, энергетическая и лёгкая промышленность, осуществляется производство строительных материалов. Все это определяет высокую антропогенную нагрузку на окружающую среду. В отдельных пробах почв из г. Твери регулярно регистрируется превышение предельно допустимых концентраций (ПДК) по цинку, ртути, хрому, свинцу (Государственный доклад …, 2016). Спектр определяемых в городе металлов ограничен. С учетом численности населения, площади и промышленной инфраструктуры число пунктов наблюдений является недостаточным. Последняя комплексная экологическая экспертиза в г. Твери проводилась более 20 лет назад (Тихомиров, Емельянова, 1994; Виноградова и др., 2006). Необходима современная оценка содержания тяжелых металлов в почвах г. Твери.

Цель настоящего исследования – оценка экологического состояния и уровня техногенного загрязнения металлами почв в г. Твери. Задачи: 1) определение сети пунктов изучения почв на основе анализа промышленной инфраструктуры города; 2) отбор проб почв; 3) определение и анализ содержания ТМ с помощью атомноэмиссионного спектрального анализа с индуктивно-связанной плазмой (АЭС–ИСП–анализ); 4) оценка уровня загрязнения почв ТМ на основе расчета суммарного показателя загрязнения (Zc); 5) картографирование полученных данных.

Методика. Исследования состояния почв в г. Твери провели в весеннее-летний период 2016 г. На основе данных о хозяйственной инфраструктуре г. Твери определили 19 пунктов отбора (ПО) проб почв, которые располагаются в разных районах города: в Центральном районе города – 3 ПО (ПО 1–3); в Заволжском – 6 (ПО 4–9); в Пролетарском – 5 (ПО 10–14); в Московском – 5 (ПО 15–19). Общая характеристика местоположения выбранных ПО почвенных проб в городе представлена в табл. 1.

сс У

Ю н

<и Н

PQ 5?

PQ У О

С 05

<и я

cd м

я о н

4) го я ГО

я я

»Й

О о ГО 2 < Я Я В о § g я Л X й У Я ³ * а

^м 5 о

’§ О ё 8 ч о а 5 о ч § 5 $^ § « о 8 Р-8 е ® я м • -2^6 2 2 ь О 2 S

“ О О ^ о о X о

« ° о 5 ч а Л 5 и 2 “ | |8 & м О Ы ГО

q 2 Я Я

< О « « О ° < g.^ g 8 В

S в ° О « Ь ?О 2 Я §• Я А &

| g

2 л 2 о 2

и Я м я 4) О

)Я

я 5

о о о

я я 4) о я

о я

ГО

о я го я

го

m Д' Ф Н

о я 4> М н

го

Я 4) Я

Я О Я о

го Я

го

я с

я & я о хо н

о ^йX' >я я

н «

< &

О0 PQ го 7

я О

я g ГО У

а С^

н 2 о ^Ао Й го ^н я

ГО н

О Я н Я о

£ о £ о го Q

я ™ Я X « 8

я & о н го го

& з

О V

а я s 1 & 0^0

О я я к д g )Я cd у 8 &

< £ 3. я я я

Я S я

& § « О в О О cd 14 Я Я о а у

□ нм го cd н

>я 4)

и ГО Я

Я Я о го

го

о 14 и 4) Я

о го о

о я я о я

го

)Я

го я я

о го

го го я о

5 & я я

cq ⁴

К о W 14 ^ 5

ГО

Я cd х| Й £ 1

У о О ^ о 2 О О

ГО °

5f я ^

ГО Я

>я 2

Я о

^и О н о 14

О В

S * |

2 ° 8 я X м Я О го

а го

Я го о я

М 4) го м 01 £-1 )Я у § о

8-0 м ^

Я д

О и &

к О а о

2 О

т о

ф ^ н и 3 ' ^ го

8- ^

М Го н я

ГО к 14 Я Я cd н о 4) я я 5

Я Я

го

cd я я я я

о м

а « о “

CI со

(N ^ Ш «П о о

40 «П

•П ГП

а « о “

cq cq

СП О in IZj о о

а Ч о м

40 40 СП СП

Ш о о 40 «П •П СП

в 2

* 04 eq ^t IZ) tz, о о 40

а .

о 3

* ®

'Г> ?Х1

^ ^'

о го

ri о

Tf ЧГ in in о о 40 in

•П си

в 4 и ^м

Tt 40)

г¹о Со

о о 40 Ш

•П си

о м

V0 г

о in Tf о о

в Ч

о м

г- cq СП ’“Г

О 04

V) rf о о

сП

я я

я о

о 4) S

1О

4) О

•s’ Я <0

4> Я я е

HI го*' и

& я

ВТ и

ГО

S' >9

У g

2 “

ГО * я К и й

• о

Ч 4> ^» Я

cq ri

5 м

го

Я Я я и

го" го

н го

^ Я

я я я го

я го го <

Я Я ю

я о in

я я

Я 40

>\ Я"

го Я м Я

« 5

ГО 14 Я О

ГО а 2

ГО о ЧП М X я . 4)

^ с

’—¹

СП

г~

сю

ЕЕГ

го X к CU ко

го ^

5 х о о я

я си

го

ГО

3 X о CU <0 Я н

о < о

с?

СУ & н о си 5 5

у си 5 о

Я СУ

Я ^ CU

£ Д Я

-н Я) * О

1 О о J х to Н и ,

О I | & О в 2 я

•• СУ О О а*»^ о 5 °

2 о к а Ь Р о Е S о £ 5 н о

8 | з у

- О 3

е в i § и ® S 5^3° 3 2 " о

CU ^ Я

я п н й н Ч си о су о в 5 д я о Н л Н

О й CU О и и к Си СУ о о

СО О су

з о

и О

Н Я

о о

ГО си н о

СУ

а S О

си о 2 < х °? О 2 ° я О

о Д & к О 2 я я я ^н

3 я

8 ей

си

и Я СУ си

СУ

Я о Я го си

го

си О Я О Я го & о

го

си ко

су ^

>я

X о си о И н

О я

о си я

5 X

X »х ей

to О 1

2 Е?

си

2 3'

я ко

го 2 5*

си <и

^ го я ч го о 3

о я го си

го

« 1 ¹ о Ь< о ^

§ У S 2 о д я о

5 D 5 я Я 5

н И “ S

пайУх-| s S о е « а О 2 3 й _л 1—।

л си е 2 х _г^м ко 2 ° = Т 5 i И1° о го G I )Я ^м 1 О о 2 х я О V V* в о я у Д о я ^ § о !^

О t a S' ^ v а О «

Я л о ^ _п5 я к о с g. а $ < О Ру хО ^ о 3 у 5 о 5 я Й я си О Й g ^я 2 к 2 х 9 о о си 2 2 н в

г; со

• '•

^ Н Н л

и я ^ о ^

^ п О < < I о я и ^м9 S ° * а 2 со » $" О ® Й у^ < cd ^

Я £ -е-О §. к

м с я н П

Я j Я М

”С = S 1Л

Й ^ 1 S 2 |

я '• ё 2

X Й § ? й

2 5 ° &

X я о я Я

О ГО Я о

о 2 я А В

CU О с_< СУ •<• й /-^

н я п х гг й 5 * я «С а <Т> ” ^

о 1 Г< О X О о V я я ® 2 ⁴§ й 2-0 й 3 2 1 н о Н g & h 5 ” з'^

о д 2 X Е ко ко

«| я s s s

в 5 ® ” 2

S я Н д го я

X X го

в 2 о *

- 40

со ^

UO ио о о 40 UO ио со

в ч о “

Ч" СО см ^^гЧ So

40 UO

а 4 о м

40 ^

СО СЧ

— СО •Tj К, О О 40 1П •П гг)

о «

СО ¹

— <п Ш О') о о 40 VO ио го

а и ,м

< 1 40 ио ио о Чио ио о о 40 ио ио СП

^а ч и _#я 41 Ч-Г* Г’ 04 СП ’ТГ ио о о 40 ио ио со

04 40 ^ U'^ о о 40 UO UO го

В 2

* 40 со СО

о о

40 UO

U0 СТ)

Я X .—I

си й ко

ГО СУ ^ £

CU ГО О н я « 5

>4 4) си

>Я

я о

1-1

г 3

КО Й

СУ V

Я ХО

о ко я о

S' g

з" ?■ о ^н г

KJ Го

£>£

ко о к

X си го

ко

о 40

Й о" о о >я

о S

^о

си

Я :

у с С G

го" я

CU го

го

1—¹

СП

ио

г-

g £ С ко

2 о п У )Я й о g & О о о

ан з 2 о 2

К са

и а х

2 ° Й

о ^ св со № о, Я нн Ю

Д о

А О ^ю

6 <О1 Я с ^ Й * 5 х О я у 3 5 | aj^S Я к Я

Я у

О X М АПН Н <0 О они О Я О у м м

В Я 8 а А я и у о 2 о а S я я

® А н н

A A 7 ^ Ий ^ О

Н Й О ко 5 о 3 оУ ^ О0 >5 § О а А о у 5 2 и м ^ О А о Н Q v

Й я я

Sy § &«к ’S § с 2 5 а я ^{С 1} ^ ‘о §

О о v 2

Св СО о

Й z? и .°, м 2 9 5 а * s 5 О я Я о

О 2 2

А о t_Z св й В

Й Г О

^ В О s ^ й

§5 о® So о ?й О 3g

У Я X Я г

Я 5 К § Н О

у g О о Л в

о О

& $ з а о 3 о

2 ^я У S я

м к ® х А

В 5 м 2 V

у у Я Н pq М

о м

40 00 СП тГ

СО ОО тГ ш 0 о 40 «О К) СП

бч

* м

^н 40

9 ^

2э 40

Tj СГ)

О й S и

О к

X св

Я PQ ^я о

о :<и X А

О ^

2 С

Образцы почв (ПО 1–19) отбирали по стандартной методике (ГОСТ 17.4.1.02-83, 2008; ГОСТ 17.4.4.02-84, 2008). Подготовку образцов почвы для определения металлов выполняли при помощи стандартных лабораторных процедур (Савченко, 2011). Определение содержания ТМ в пробах почв осуществили с помощью атомноэмиссионного спектрометра с индуктивно-связанной плазмой iCAP 6300 Duo (ПНД Ф 16.1:2.3:3.11-98, 2005). Полученные значения концентраций выявленных металлов выражали в мг/кг. Значения концентраций ТМ в пробах сравнивали с ПДК (ОДК) химических веществ в почве (ГН 2.1.7.2041-06, 2006; ГН 2.1.7.2511-09, 2009; Водяницкий, Ладонин, 2012).

Оценку суммарной степени загрязнения почв ТМ в городе провели по данным о величине суммарного показателя загрязнения (Zc) (Дабахова и др., 2005; Мотузова, 2007):

Zc = S Kc - (n-1), 1=1

где: n – число анализируемых металлов с Kc ＞ 1: Kc – коэффициенты техногенной концентрации, рассчитываемые следующим образом:

Кс = Кобщ./Кфон , где: Кобщ. - содержание металла в исследуемой почве; Кфон - содержание элемента в фоновой почве (кларковые значения) (Виноградов, 1956, 1957).

Категории уровня загрязнения почвенного покрова по суммарному показателю загрязнения почв металлами приняты следующие: допустимая 1–8; слабая 8–16; средняя 16–32; сильная 32–64; очень сильная 64–128.

Статистическую обработку данных и определение параметров (число проб конкретной выборки, среднее значение, стандартное отклонение, коэффициенты вариации и корреляции, t-критерий Стьюдента и др.) провели по стандартным методам математической статистики с использованием лицензионных программных продуктов Microsoft Office Excel 2013.

Результаты и обсуждение. С помощью АЭС-ИСП–анализа в пробах почв г. Твери (ПО 1–19) обнаружено 17 металлов, которые можно отнести к группе тяжелых (As, Cd, Co, Cr, Cu, Ga, Fe, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, Sn, V, W, Zn, Zr) (табл. 2). Следует отметить, что среди выявленных ТМ, в анализируемых почвах содержатся такие малоизученные металлы, как цирконий, олово, вольфрам, галлий (Позняк, 2011). Выявленные металлы представляют 3 класса опасности (ГН 2.1.7.2041-06, 2006; ГОСТ 17.4.1.0283, 2008; ГН 2.1.7.2511-09, 2009; Водяницкий, Ладонин, 2012). К первому классу опасности (высокоопасные) относят 4 ТМ (As, Cd, Pb, Zn,); ко второму (умеренноопасные) – 6 ТМ (Co, Cr, Cu, Mo, Ni, Sb,); к третьему (малоопасные) – 7 ТМ (Fe, Ga, Mn, Sn,V, W, Zr). Число и состав выявленных металлов по районам города примерно одинаковые. Только кадмий не был обнаружен в почвенных пробах Центрального и Заволжского районов города.

Количественный анализ показал, что почвы по уровню содержания ТМ характеризуются крайней неоднородностью. Значения среднего и валового содержания менее половины ТМ не превышают значения ПДК (Cd, Co, Mn, Mo, Sn, V) (табл. 2). Однако по другим металлам значения среднего и валового содержания металлов выше значений ПДК. Среди них металлы первого (As, Pb, Zn), второго (Sb, Ni, Cr, Cu) и третьего классов опасности (Fe, Ga, Zr). Данные металлы по уровню значений средних концентраций превышающих ПДК образуют следующий ряд:

As ＞ Cu ＞ Fe ＞ Cr, Zr ＞ Ni ＞ Zn.

На первом месте по уровню среднего содержания в почвах города находится мышьяк, представляющий первый класс опасности. Средняя концентрация мышьяка составляет 15,27 мг/кг, что превышает значение ПДК в 7,6 раза (ПДК по мышьяку 2 мг/кг) (табл. 2). Валовое содержание мышьяка в почвенных пробах повсеместно выше нормы. Значения концентраций варьируют от 8,50 до 29,88 мг/кг. Максимальные значения валовых концентраций мышьяка зарегистрированы в Пролетарском районе (ПО 11) – 13–15ПДК (29,88 мг/кг) (рис. 1).

На втором месте после мышьяка по уровню среднего содержания в почве находится медь, представляющая второй класс опасности. Ее средняя концентрация в городе составляет 17,40 мг/кг, что превышает значение ПДК в 5,8 раза (ПДК по меди составляет 3 мг/кг). Как и для мышьяка, валовое содержание меди в пробах повсеместно выше нормы. Значения концентраций металла варьируют от 7,20 до 35,68 мг/кг. Самый высокий уровень загрязнения почв медью в ПО 4 Заволжского района, где валовая концентрация металла в пробах составляет 12 ПДК (35,68 мг/кг) (рис. 2).

Среднее содержание малоопасного железа в почвах превышает значение ПДК в 4,77 раза (ПДК пожелезу 1000 мг/кг) и составляет 4768,43 мг/кг. Валовое содержание этого металла, как мышьяка и меди, повсеместно выше нормы. Значения концентраций металла варьируют от 2374,00 до 9768,00 мг/кг. Самые высокие значения валовых концентраций железа, как и мышьяка, выявлены в Пролетарском районе – ПО 11 (рис. 3). В пробах почв из этого района отмечены максимальные значения концентрации железа – 9,7ПДК (9678,00 мг/кг).

Значения валовых и средних концентраций ТМ в г. Твери, мг/кг

м оз

Различия в среднем содержании хрома и циркония, представляющие второй и третий классы опасности, в почвах города несущественны. Значения средних концентраций по хрому и цирконию выше ПДК в 2,6 раза (ПДК по хрому и цирконию составляет 6 мг/кг) и составляют 16,11 и 15,73 мг/кг соответственно. Однако в валовом содержании этих металлов имеется разница. Практически все почвенные пробы города с концентрацией хрома выше ПДК (ПО 1–8, 10–19), в то время как по цирконию таких проб меньше (ПО 1–4, 6, 10–13, 15–18) (рис. 4, 5). Значения концентраций металлов варьирует: по хрому от 4,12 до 30,52 мг/кг, по цирконию – от 2,82 до 34,50 мг/кг соответственно. Высокое валовое содержание этих металлов выявлено в Московском (ПО 15) и Центральном районах города (ПО 12), где зарегистрированы максимальные значения концентраций металлов (5– 6ПДК).

Среднее содержание никеля и цинка, представляющих второй и первый классы опасности, больше ПДК, но не выше 2 ПДК (ПДКпоникелю и цинку 4 и 23 мг/кг соответственно). Значения средних концентраций по никелю в городе равно 6,67 мг/кг; по цинку – 30,34 мг/кг. Валовое содержание этих металлов выше нормы в половине изученных проб: по никелю – 12 ПО; по цинку – 9 ПО. В почвенных пробах Пролетарского (ПО 11) и Московского районов города (ПО 15) зарегистрированы максимальные концентрации никеля (3,5ПДК) и цинка (4,2ПДК) (рис. 6, 7).

Р ис . 2 . Уровень загрязнения почв мышьяком в г. Твери, мг/кг: 1–19 – пункты отбора проб

Р ис . 3 . Уровень загрязнения почв медью в г. Твери, мг/кг: 1–19 – пункты отбора проб

Рис . 4 . Уровень загрязнения почв железом в г. Твери, мг/кг: 1–19 – пункты отбора проб

Рис . 5 . Уровень загрязнения почв хромом в г. Твери, мг/кг: 1–19 – пункты отбора проб

Р ис . 6 . Уровень загрязнения почв цирконием в г. Твери, мг/кг: 1–19 – пункты отбора проб

Рис . 7 . Уровень загрязнения почв никелем в г. Твери, мг/кг: 1–19 – пункты отбора проб

Р ис . 8 . Уровень загрязнения почв цинком в г. Твери, мг/кг: 1–19 – пункты отбора проб

Среди металлов, средние концентрации которых не превышают значения ПДК в городе, но имеют валовое содержание в отдельных пробах выше нормы – свинец (ПО 4, 15), олово (ПО 1, 6, 10–12, 15, 18) и галлий (ПО 1, 3, 10–13, 15, 17, 18) (табл. 2).

Таблица 3

Оценка степени химического загрязнения почвы в муниципальных районах г. Твери

5 н	Заволжский			Пролетарский			Центральный			Московский			S S
5 н	& О ²	‘о	о N	ч 4 О ³	о	N	Ч С-н О ³		N	Ч С-н О ³		N	S S
Cd	0,22	0,04	В в у В го К & В го в В © 5 S В © © ОО	0,30	0,06	В © В В В В © В в © © 00 гч ГД	0,20	0,04		0,35	0,07	в в © & В В В © © « в в © © 00 ^ СП см	5
As	14,51	2,9		16,46	3,29		15,78	3,16		14,34	2,87		5
Pb	15,98	1		6,96	0,43		7,11	0,44		13,29	0,83		16
Zn	30,79	0,62		32,11	0,64		18,61	0,37		39,83	0,8		50
Mo	0,23	0,08		0,26	0,09		0,17	0,06	В го Я & В © © 5 в	0,26	0,09		3
Co	–	–		0,04	–		–	–		0,01	–		30
Sb	3,86	9,65		4,36	10,9		3,57	8,92		4,68	11,69		0,4
Ni	7,11	0,09		6,3	0,08		5,65	0,07		7,6	0,09		80
Cu	19,21	0,19		17,56	0,18		16,4	0,16		16,45	0,16		100
Cr	15,26	0,08		14,95	0,07		14,97	0,07		19,26	0,1		200
V	10,04	0,07		3,32	0,02		10,25	0,07		14,65	0,1		150
Sn	0,36	0,01		0,25	0,01		0,17	0		0,21	0,01		40
Mn	113,69	0,13		156,74	0,17		152,91	0,17		162,1 1	0,18		900
W	5,78	5,78		10,62	10,62		5,08	5,08		10,72	10,72		1
Fe	4420,6 7	0,09		4442	0,09		5342,67	0,1		4868, 4	0,1		5100 0
Ga	1,64	0,11		2,95	0,2		2,58	0,17		2,7	0,18		15
Zr	17,72	0,09		13,02	0,07		18,76	0,09		13,41	0,07		200

Расчет суммарного показателя загрязнения почв (Zc) ТМ на основе расчетов превышения фона показал, что изученные районы в городе образуют следующий ряд (табл. 3):

Московский и Пролетарский р-ны ＞ Центральный р-н ＞ Заволжский р-н.

Верхний предел Zc отмечен в Московском и Пролетарском районах города – 23,28 и 22,81 соответственно, что соответствует среднему уровню загрязнения. Отметим, что в этих районах средние и валовые концентрации большинства металлов имеют максимальные значения (As, Cd, Co, Cr, Ga, Mn, Mo, Ni, Sb, V, W, Zn), в том числе тех, концентрации которых повсеместно выше ПДК (рис. 1–8). Величина Zc в Центральном районе составляет 15,15, что указывает на слабый уровень загрязнения почв. Допустимый уровень загрязнения почв отмечен в Центральном районе (Zc равен 1,85).

Анализ валового содержания ТМ в почвенных пробах и мест их отбора в районах с разным уровнем загрязнения (ПО 1–19) позволил определить в городе территории, представляющие наибольшую экологическую опасность и буферные участки, где отмечены минимальные валовые концентраций металлов в почве.

Самый высокий уровень загрязнения почв металлами зарегистрирован в ПО 10–11 Пролетарского района. В этих пробах отмечены самые высокие в городе значения валовых концентраций у более половины выявленных металлов (As, Co, Ga, Mn, Mo, Ni, Fe, Zr) (табл. 2). Вблизи ПО 10–11 функционирует одна из старейших в городе Тверская ТЭЦ-1, где в качестве органического топлива в разные периоды времени использовали различные виды органического топлива – торф, газ, мазут (Мейсурова, Нотов, 2012). Многие исследователи связывают повышенный уровень загрязнения почв мышьяком с ТЭС, отопительными печами и сгоранием топлива (Баярсайхан, 2009). Отмечается, что при сжигании различных видов топлива котельными установками, около котельных станций в почвах встречаются повышенные концентрации кобальта, свинца, цинка, никеля, меди, в меньшей степени марганца (Иванова, Черкасова, 2011). Общий вклад в загрязнение почв в результате деятельности ТЭС оценивается в 27% (Небольсин и др., 2004). Кроме того, в районе работают предприятия реального сектора (в частности машиностроения, химической и строительных отраслей), развит автотранспорт, который может выступать дополнительным источником загрязнения почв ТМ. Вклад в загрязнение почв от строительной промышленности и транспорта оценивается до 8 и 13% соответственно.

Несмотря на наличие в Пролетарском районе территорий (ПО 10–11) с высоким уровнем загрязнения почв ТМ, в нем имеется зона, которая менее подвержена загрязнению ТМ. Эта особо охраняемая природная территория (ООПТ) регионального значения (ПО 9 – памятник природы Первомайская роща). Она включает в себя фрагменты естественных лесных сообществ (Meysurova , Notov, 2016). В почвах из Первомайской рощи около половины зарегистрированных металлов (As, Ni, Cr, Mn, Fe, Ga, Zr) имеют самые низкие значения валовых концентраций в городе.

Рис . 9 . Значения суммарного показателя загрязнения почв по районам города Твери, с указанием ТМ, средние и валовые концентрации которых повсеместно выше ПДК: 1 – Заволжский; 2 – Московский; 3 – Пролетарский;

4 – Центральный районы

Высокий уровень загрязнения почв металлами отмечен в пробах из ПО 15 Московского района, вблизи магистрали с интенсивным движением, выходящей на федеральную трассу М-10. Из 17 выявленных металлов в почвенных пробах ПО 15, пять металлов (Cd, Zn, Sb, Cr, W) имеют максимальные значения валовых концентраций в городе, в том числе тех, которые выше ПДК (Zn, Sb, Cr). Источником загрязнения почв здесь является автотранспорт. ТМ поступают в окружающую среду в ходе работы самого автотранспорта, а также в результате износа шин, при истирании дорожных покрытий или использования асфальтобетона (Дабахов и др., 2005). Источником кадмия могут выступать смазочные и дизельные масла, некоторые детали двигателей, шасси и т.д. Продуктами износа покрытий кузовов являются никель и хром, а в результате истирания частей двигателя выделяется железо (Миронов Евгеньев, 1986). Следует отметить, что в почвенных пробах из ПО 15 зарегистрирован свинец с валовой концентрацией выше ПДК. Источником поступления свинца длительное время являлось использование этилированного бензина. Несмотря на то, что производство и оборот этилированного автомобильного бензина в России запрещено с 1 июля 2003 г., почва является депонирующей средой и до сих пор сохраняет полученные загрязнения (Набивач, 2010).

В Московском районе, как и в Пролетарском, выявлены территории, в почвенных пробах из которых зарегистрированы минимальные в городе валовые концентрации кадмия, свинца, цинка, молибдена, олова и меди. Такими объектами в районе являются ООПТ – Бобачевская (ПО 16) и Березовая рощи (ПО 19).

Среди ПО Центрального района, где Zc соответствует слабому уровню загрязнения, наибольшее валовое содержание металлов отмечено в пробах из ПО 12, который ближе всех расположен к ПО 11 в Пролетарском районе. Наименьшее число металлов (12 металлов), а также значения их валовых концентраций выявлено в месте традиционного отдыха горожан – парке Победа (ПО 14) (табл. 2).

В Заволжском районе, где величина Zc соответствует слабому уровню загрязнения, наибольшее валовое содержание металлов обнаружено в пробах из ПО 1, где вблизи работает крупное предприятие машиностроительной отрасли – ОАО «Тверской вагоностроительный завод». Продукцией этого предприятия являются несамоходные пассажирские железнодорожные и трамвайные вагоны, а также вагоны метро, багажных, почтовых и прочие специального назначения. В непосредственной близости располагаются предприятия других отраслей, а также магистраль с выездом на федеральную автомобильную дорогу М10. Пониженный уровень валового содержания металлов в почве, по сравнению с другими ПО Заволжского района, характерен для ПО 2, 5.

Заключение. С помощью АЭС–ИСП–анализа в почвах выявлено 17 ТМ (As, Cd, Co, Cr, Cu, Ga, Fe, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, Sn, V, W, Zn, Zr), которые представляют три класса опасности. Уровень содержания металлов в почвах характеризуются крайней неоднородностью. Более половины металлов имеют средние и валовые концентрации металлов выше значений ПДК (As, Cu, Fe, Cr, Zr, Ni, Zn). Максимальные значения концентраций для большинства металлов в почвах обнаружены в Московском и Пролетарском районах – в местах расположения промышленных предприятий и крупных магистралей с интенсивным автодвижением. Суммарный показатель загрязнения почв для этих районов имеет максимальные значения (23,28 и 22,81 соответственно). В почвах на территории ООПТ, в составе которых есть фрагменты естественных лесных сообществ, выявлены минимальные валовые концентрации металлов. В дальнейшем целесообразно продолжение мониторинговых исследований состояния почв г. Твери.

Об авторе

Мейсурова А.Ф. Техногенное загрязнение почв тяжелыми металлами в г. Твери / А.Ф.

Мейсурова // Вестн. ТвГУ. Сер.: Биология и экология. 2017. № 2. С. 324-342.

Список литературы Техногенное загрязнение почв тяжелыми металлами в г. Твери

Баярсайхан Г. 2009. Исследования загрязнения почвы на территории г. Улан-Батора//Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). № 3. С. 100-105.
Виноградов А.П. 1957. Геохимия редких и рассеянных элементов в почвах. М.: Изд-во Академии наук СССР. 237 с.
Виноградов, А.П. 1956. Закономерности распределения химических элементов в земной коре. Геохимия. № 1. С. 6-52.
Виноградова М.Г., Медведев А.Г., Артемьев А.А. 2006. Некоторые экологические проблемы г. Твери, связанные с загрязнением почвы токсичными веществами.//Современные проблемы науки и образования. №6. С. 72-73.
Водяницкий Ю.Н. Ладонин Д.В. 2012. Загрязнение почв тяжелыми металлами. М.: Изд-во МГУ. 305 с.
ГН 2.1.7.2041-06. 2006. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве. М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора. 15 с.
ГН 2.1.7.2511-09. 2009. Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве. М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора. 10 с.
ГОСТ 17.4.1.02-83. 2008. Охрана природы. Почвы. Классификация химических веществ для контроля загрязнения. М.: Стандартинформ. 4 с.
ГОСТ 17.4.4.02-84. 2008. Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа. М.: Стандартинформ. 7 с.
Государственный доклад о состоянии и об охране окружающей среды Тверской области в 2015 году. 2016. Министерство природных ресурсов и экологии Тверской области. 150 с.
Дабахов М.В., Дабахова Е.В., Титова В.И. 2005. Экотоксикология и проблемы нормирования. Н. Новгород: Изд-во ВВАГС. 165 с.
Иванова В.С., Черкасова О.А. 2011. Котельные станции как источник загрязнения почвы тяжелыми металлами//Вестник ВГМУ. Т. 10. № 4. С. 120-130.
Мейсурова А.Ф., Нотов А.А. 2012. Оценка состояния атмосферы в г. Твери с помощью Фурье-ИК спектрального анализа Hypogymniaphysodes//Вестн. ТвГУ. Сер. Биология и экология. Вып. 27. № 23. С. 129-143.
Миронов А.А., Евгеньев И.Е. 1986. Автомобильные дороги и охрана окружающей среды. Томск: Изд-во Том. гос. ун-та. 280 с.
Мотузова Г.В., Безуглова О.С. 2007. Экологический мониторинг почв. М.: Гаудеамус. 237 с.
Набивач В.М. 2010. Основы экологического нормирования и промышленной токсикологии. Днепропетровск: УГХТУ. 235 с.
Небольсин А.Н., Небольсина З.П., Алексеев Ю.В., Яковлева Л.В. 2004. Известкование почв, загрязненных тяжелыми металлами//Агрохимия. № 3. С. 48-54.
ПНД Ф 16.1:2.3:3.11-98. 2005. Количественный химический анализ почв. Методика выполнения измерений содержания металлов в твёрдых объектах методом спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. М. 2005. 30 с.
Позняк С.С. 2011. Содержание тяжелых металлов Pb, Ni, Zn, Cu, Mn, Zr, Cr, Co и Sn в дерново-подзолистых почвах Центральной зоны Республики Беларусь//Проблемы региональной экологии. № 6. С. 183-188.
Савченко О.В. 2011. Загрязнение почвы тяжелыми металлами в г. Владивостоке//Медицина труда и промышленная экология. № 7. С. 45-47
Тихомиров О.А., Емельянов А.Г. 1994. Картографирование и оценка современного экологического состояния города Твери//Экологическое состояние города Твери. Тверь: Изд-во Твер. гос. ун-та. 112 с.
Шамсутдинова Л.Р., Валиуллина, Ф.Ф. Хизбуллин, А.В. Королев, Прищепова Е.В. 2011. Оценка уровня опасности загрязнения почвы на примере территории ОАО «Уфахимпром»//Экология промышленного производства. № 3. С. 19-22.
Apostoae L., Iancu O.G. 2009. Heavy metal pollution in the soils of Iaşi city and the suburban areas (Romania)//Studia Universitatis Babeş-Bolyai, Geologia, 2009, Special Issue, MAEGS -16. P. 142-146.
Liu Z., Zhang Q., Han T., Ding Y., Sun J., Wang F., Zhu C. 2016. Heavy Metal Pollution in a Soil-Rice System in the Yangtze River Region of China//Environ. Res. Public Health. Vol. 13, Is. 63. 16 p.
Meysurova A.F., Notov A.A. 2016. Metal Contents in Lichens from Nature Reserves Adjacent to Urban Ecosystems//Journal of Applied Spectroscopy. Vol. 83. Iss. 5. P. 832-839.
Mikhailova Т.А., Shergina О.V., Kalugina O.V. 2013. Accumulation and migration of elements-pollutants in "soil-plant" system within urban territory//Natural Science. Is. 5. P. 705-709
Wuana R. A., Okieimen F.E. 2011. Heavy Metals in Contaminated Soils: A Review of Sources, Chemistry, Risks and Best Available Strategies for Remediation//Ecology. Vol. 2011 (2011), Article ID 402647, 20 p

Еще

Статья научная