Тяжелые металлы в почвах на территории памятника природы "Городской парк культуры и отдыха города Саратова"

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках государственного задания в сфере научной деятельности (проект № 1757) и гранта Президента РФ для поддержки молодых российских ученых (проект МК-5424.2015.5).

Оценка состояния окружающей среды в районах расположения особо охраняемых природных территорий, в том числе на урбанизированных территориях, включает осуществление контроля санитарного состояния почв. Основным источником поступления загрязняющих веществ в почвы являются в этом случае микрочастицы из аэрозольных выбросов от функционирования предприятий и транспорта, переносимые на близлежащие территории.

Рекреационные зоны урбанизированных территорий создаются и развиваются для достижения благоприятного состояния экосистем и призваны улучшать комфортность проживания городского населения. В процессе углубления урбанизации многие рекреационные зоны испытывают активное антропогенное воздействие, а экологическое и санитарно-гигиеническое состояние компонентов их экосистем могут претерпевать значительные трансформации.

Цель работы: анализ эколого-геохимического и санитарно-гигиенического состояния почвенного покрова по результатам определения концентраций ряда тяжелых металлов (ТМ) на территории одной из основных зон отдыха города

Саратова – «Городского парка культуры и отдыха им. А.М. Горького», включенного в перечень особо охраняемых территорий Саратовской области в качестве памятника природы.

ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В начале XIX века исследуемая территория оказалась внутри городской черты. Участок был покрыт лесом, его пересекали два крупных оврага с постоянными водотоками. После войны 1812 г. выполнено обустройство, в том числе высадка дубов, перепланировка аллей, сооружение шести плотин в оврагах с созданием прудов. Доступная для посещения местными жителями усадьба по существу представляла собой один из первых общественных садов страны.

В 1935 г. территория была обустроена и открыта как городской парк культуры и отдыха. Выполнены озеленительные и строительные работы, очистка и углубление прудов, проведены противомалярийные мероприятия. При дальнейшем развитии парка были созданы общественные зоны и места развлечений. В настоящее время на территории городского парка сохранены естественные ландшафты и функционирует городок аттракционов «Лукоморье».

«Городской парк культуры и отдыха имени А.М. Горького» паспортизирован в качестве памятника природы ландшафтно-ботанического профиля [1]. Особо охраняемые объекты – старовозрастные экземпляры дуба черешчатого и каскад прудов. Парковая дубрава из высокоствольного черешчатого дуба имеет возраст более 200 лет и представляет собой самый значительный по площади (5,4 га) массив высокоствольного корен- ного дубового леса на юго-востоке Европейской России [2]. Сохранилось около 500 единиц старовозрастных дубов высотой до 25 м при толщине ствола до 1 м и более. Административно парк расположен в Октябрьском районе г. Саратова на площади 18,7 га.

Объект исследования – почвенный покров Городского парка культуры и отдыха Саратова – расположен в центральной части города в пределах Приволжской котловины. Для почвенного покрова парка характерны культуроземы, которые отличаются большой мощностью гумусового горизонта и перегнойного слоя разной мощности, развиваются на нижней иллювиальной части почвенного профиля исходной природной почвы [3]. Данный почвенный комплекс развивается на маломощных верхнечетвертичных элювиальноделювиальных отложениях, которые в свою очередь перекрывают песчано-глинистые отложения волжской террасы раннехвалынского возраста.

В процессе работ отобрано 20 проб почв (рис.) с глубин 0-20 см, согласно ГОСТ 17.4.4.02-84 [4]. Во всех образцах определено валовое содержание ТМ (свинец, цинк, медь, никель) и мышьяка на рентгенофлуоресцентном спектрометре «Спек-троскан МАКС».

Для определения экологически опасных уровней концентраций ТМ в почвенном покрове выполнено сравнение между фактической концентрацией каждого элемента с его предельно (ПДК) или ориентировочно допустимой концентрацией (ОДК), выраженное через коэффициент опасности Ко [5], рассчитанный по формуле:

Ко = Ci / ПДК (ОДК), где

Ci – валовое содержание ТМ в образце; ПДК (или ОДК) – предельно или ориентировочно допустимая концентрация валового содержания ТМ.

Для оценки санитарно-гигиенического состояния почвенного покрова, согласно МУ 2.1.7.73099 [5], определены коэффициенты концентрации Кс и суммарные коэффициенты загрязнения Zc по формулам:

Кс = Сi/Cфi, где

Ci – фактическое содержание определяемого вещества в почве, Cфi – региональное фоновое содержание вещества.

Zc = ∑ (Kсi + … + Kcn) – (n–1), где n – число определяемых суммируемых веществ; Kci – коэффициент концентрации i-го компонента загрязнения.

Значения региональных фоновых содержаний ТМ приняты по работе [6] и составляют: As – 2,5 мг/кг, Cu – 17 мг/кг, Pb – 8,3 мг/кг, Zn – 29 мг/кг, Ni – 26,9 мг/кг.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Определенные концентрации ТМ в почвах территории Городского парка, расчеты коэффициентов опасности Ко, коэффициентов концен- трации (Кс) ТМ и суммарных коэффициентов загрязнения почв (Zc) иллюстрируются таблицей.

По мышьяку и свинцу почвенный покров всей территории парка загрязнен. При этом максимальные значения коэффициента опасности по данным элементам свойственны почвам в северо-восточной части территории. Большая часть почв на территории парка не обнаруживает загрязнения цинком, исключение составляет относительно небольшой участок территории на северо-востоке. По меди и никелю превышений нормативных показателей не выявлено.

Полученные данные положены в основу построения схемы площадного распределения значений суммарного показателя загрязнения Zc (рис.).

Для оценки степени химического загрязнения почв по суммарному коэффициенту загрязнения используются следующие категории [9]: <16 – допустимое загрязнение, 16-32 – умеренноопасное, 32-128 – опасное, >128 – чрезвычайно опасное.

Анализ площадного распределения значений суммарного показателя загрязнения свидетельствует об опасном химическом загрязнении почвенного покрова северо-восточной части парка. Почвы с умеренно-опасным загрязнением образуют сплошной контур в южной и западной частях парка, а также локальные участки в его восточной, центральной и северной частях. Допустимый уровень загрязнения выявлен в северозападной и центральной частях парка.

ВЫВОДЫ

• 1.    Выявлено загрязнение почв территории «Городского парка культуры и отдыха» г. Саратова по валовому содержанию ТМ и мышьяка. Ряд геохимических элементов по концентрациям выглядит следующим образом: Zn>Pb>Ni>Cu>As, а по превышению над ПДК As>Pb>Zn>Ni>Cu. Анализ площадного распределения значений коэффициента опасности показал, что почвенный покров на всей территории загрязнен по мышьяку и свинцу. Загрязнение почв цинком обнаружено в северо-восточной части парка. По меди и никелю превышений нормативных показателей не выявлено.

• 2.    По суммарному показателю загрязнения ТМ и мышьяком почвенный покров парка относится к категориям от допустимого до опасного загрязнения. Опасное загрязнение фиксируется в северо-восточной части парка.

• 3.    Геоэкологическое состояние почв важнейшей рекреационной зоны города по загрязнению ТМ и мышьяком оценивается как неудовлетворительное. Вывод сам по себе очень тревожный и для его подтверждения требуется постановка дополнительных специальных исследований. Из потенциальных источников почти повсемест-

• Таблица. Результаты определений концентраций ТМ и мышьяка (мг/кг) и расчетов санитарно-гигиенических показателей

  Точки опробования		Определяемый элемент					Zc
  		As	Си	Pb	Zn	Ni
  1	C	19,59	38,22	91,63	166,0	56,80	24,96
  	Ко	9,80	0,29	2,86	0,75	0,71
  	Kc	7,84	2,25	11,04	5,72	2,11
  2	C	22,17	45,58	107,80	168,5	56,43	28,45
  	Ко	11,09	0,35	3,37	0,77	0,71
  	Kc	8,87	2,68	12,99	5,81	2,10
  3	C	15,64	31,30	64,59	135,7	52,40	18,51
  	Ко	7,82	0,24	2,02	0,62	0,66
  	Kc	6,26	1,84	7,78	4,68	1,95
  4	C	22,75	36,59	115,80	237,4	55,06	31,44
  	Ко	11,38	0,27	3,62	1,08	0,69
  	Kc	9,10	2,15	13,95	8,19	2,05
  5	C	21,23	42,02	95,31	160,1	55,19	26,01
  	Ко	10,62	0,32	2,98	0,73	0,69
  	Kc	8,49	2,47	11,48	5,52	2,05
  6	C	47,12	27,35	294,30	333,4	48,25	65,21
  	Ко	23,56	0,21	9,20	1,52	0,60
  	Kc	18,85	1,61	35,46	11,50	1,79
  7	C	26,61	21,04	147,80	696,4	52,76	51,66
  	Ко	13,31	0,16	4,62	3,17	0,66
  	Kc	10,64	1,24	17,81	24,01	1,96
  8	C	36,04	44,62	211,80	1430,0	65,59	90,31
  	Ко	18,02	0,34	6,62	6,50	0,82
  	Kc	14,42	2,62	25,52	49,31	2,44
  9	C	26,56	43,06	137,0	545,8	59,18	46,68
  	Ко	13,28	0,33	4,28	2,48	0,74
  	Kc	10,62	2,53	16,51	18,82	2,20
  10	C	21,37	46,06	102,60	239,8	66,54	30,36
  	Ко	10,69	0,35	3,21	1,09	0,83
  	Kc	8,55	2,71	12,36	8,27	2,47
  11	C	15,40	23,56	57,53	100,0	56,24	16,02
  	Ко	7,7	0,18	1,80	0,45	0,70
  	Kc	6,16	1,39	6,93	3,45	2,09
  12	C	13,45	47,10	45,58	103,0	59,13	15,39
  	Ко	6,73	0,36	1,42	0,47	0,74
  	Kc	5,38	2,77	5,49	3,55	2,20
  13	C	13,18	42,23	41,97	109,6	59,54	14,80
  	Ко	6,59	0,32	1,31	0,50	0,74
  	Kc	5,27	2,48	5,06	3,78	2,21
  14	C	15,69	22,03	67,64	119,0	54,90	17,87
  	Ко	7,85	0,17	2,11	0,54	0,69
  	Kc	6,28	1,30	8,15	4,10	2,04
  15	C	15,26	21,56	57,13	120,1	46,93	16,13
  	Ко	7,63	0,16	1,78	0,55	0,59
  	Kc	6,10	1,27	6,88	4,14	1,74
  16	C	21,96	16,81	83,74	118,9	49,99	21,82
  	Ко	10,98	0,13	2,62	0,54	0,62
  	Kc	8,78	0,99	10,09	4,10	1,86
  17	C	12,92	26,95	42,39	77,0	42,36	12,1
  	Ко	6,46	0,20	1,32	0,35	0,53
  	Kc	5,17	1,59	5,11	2,66	1,57

Таблица. Результаты определений концентраций ТМ и мышьяка (мг/кг) и расчетов санитарно-гигиенических показателей (окончание)

18	C	21,78	36,29	110,70	136,5	54,85	26,93
	Ко	10,89	0,27	3,46	0,62	0,69
	Kc	8,71	2,13	13,34	4,71	2,04
19	C	15,64	43,59	62,30	206,0	56,87	21,54
	Ко	7,82	0,33	1,95	0,94	0,71
	Kc	6,26	2,56	7,51	7,10	2,11
20	C	20,41	40,01	95,12	190,7	64,20	26,94
	Ко	10,21	0,30	2,97	0,87	0,80
	Kc	8,16	2,35	11,46	6,58	2,39
ПДК [7]		2	–	32	–	–
ОДК [8]		–	132	–	220	80
Региональный фон Сф [6]		2,5	17	8,3	29	26,9

Рис. Схема площадного распределения значений суммарного коэффициента загрязнения (Zc) почв (составлено на основе основного чертежа планировки территории района ГПКиО [10]): 1 – зона зеленых насаждений общего пользования,

2 – зона особо охраняемых природных территорий, 3 – пруды, 4 – точки опробования. Категории загрязнения: не заштрихованы участки с допустимым загрязнением, 5 – умеренно-опасная, 6 – опасная.

ного загрязнения почвенного покрова парка ТМ можно предполагать воздействие выбросов поллютантов от расположенного в нескольких сотнях метров к юго-востоку от границ парка

крупного предприятия «Саратовский завод приборных устройств». Установление источников загрязнения почв мышьяком требует специальных исследований.