Тяжелые металлы в почве индустриального, рекреационного и селитебного назначения в городе Уфе

Автор: Белан Лариса Николаевна, Амирова Зарема Канзафаровна, Валиуллина Алсу Ульфатовна, Шамсутдинова Лейсан Рифовна, Хакимова Алия Альфридовна

Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc

Рубрика: Землепользование

Статья в выпуске: 6-1 т.17, 2015 года.

Бесплатный доступ

В работе приведены результаты изучения загрязнения тяжелыми металлами 1 класса опасности почвенного покрова 5 районов г. Уфы, различающихся техногенной нагрузкой. Проведено ранжирование городской территории в зависимости от токсической нагрузки на основе экспериментальных данных мониторинга 1996-2007 г.г. Определено валовое содержание тяжелых металлов (кадмия, ртути, свинца, цинка, хрома и токсичного металлоида - мышьяка). Установлено превышения ПДК РФ по содержанию свинца в индустриальной зоне (до 4 ПДК), цинка - на пересечении транспортных магистралей (до 6 ПДК), и повсеместное превышение содержания хрома (до 3 ПДК). Заложена основа создания экологической карты г. Уфы, предложены контрольные точки отбора проб для продолжения работ по мониторингу ТМ в городских почвах.

Еще

Городская почва, загрязнение, тяжелые металлы, г. уфа

Короткий адрес: https://sciup.org/148204215

IDR: 148204215

Текст научной статьи Тяжелые металлы в почве индустриального, рекреационного и селитебного назначения в городе Уфе

Причиной загрязнения городских почв токсичными тяжелыми металлами (ТМ) является техногенное воздействие, накладываемое на естественный геохимический фон. Как обязательный компонент расчета риска для здоровья человека и оценки влияния на окружающую среду, содержание тяжелых металлов исследуется повсеместно, в том числе и в почве крупных промышленных городов. Вклад их в токсичность почвы составляет до 34,8% [1-4]. При загрязнении почвы ТМ ухудшается структура, водный режим, увеличивается плотность, уменьшается общая пористость почв. В результате загрязнений происходит угнетение растений, что способствует водной эрозии и дефляции почв. При максимальном химическом загрязнении почва утрачивает свои экологические функции [5, 6].

Почвы г. Уфы, расположенного в регионе Южного Урала имеют повышенный геохимический фон [7, 8]. Загрязненность почв г. Уфы ТМ изучена недостаточно, и выводы работ разных лет указывают на «мозаичность» содержания ТМ в почве Уфы [9, 10]. Установлено, что содержание валовых форм основных металлов не превышает ПДК, находятся на уровне ПДК по Pb и Ni (0,7 и 0,9 ПДК валовых форм соответственно) в северной части г. Уфы, и по Мn - в центральной (1,2 ПДК по подвижной форме). Установлено, что если суммарное загрязнение максимально в северной

Шамсутдинова Лейсан Рифовна, заведующая лабораторией Хакимова Алия Альфридовна, научный сотрудник части г. Уфы, затем следует центральная и южная, торастворимые формы металлов выше в южной и по снижению - в северной и центральной частях г.Уфы. Авторы характеризуют содержание подвижных форм ТМ в почве г. Уфы по от «допустимого» до «умеренно-опасного» уровня[10]. Для г. Уфы фоновые значения предложены для Cu - 10 мг/кг, Zn - 70, Pb - 2,6 и Cd - 0,2 мг/кг. По данным работы [9] индекс загрязнения районов г. Уфы ТМ составляет: в Орджоникидзевском - 5,1-34,3, в Калининском - 7,0-24,7, в Ленинском - 5,0-27,5, в Кировском - 7,0-16,3, в Октябьском - 6,0-14,9, в Советском - 6,3-15,2, в Демском - 5,2-10,8 мг/кг.

В работах Госгидромета исследованы почвы Уфы в районе УМПО (0-5 км) и до 15 км в южном направлении. Установлено, что наиболее загрязненная ТМ зона находится в пределах 1 км. Среднее содержание Hb и Ni превышали ПДК и ОДК до максимальных значений 2 ПДК Pb и 2 ОДК Ni. Средние массовые доли Cu превышали фоновые в 3 раза. Отдельные участки загрязнены до 2 ОДК Cu и 5 Ф Cd. Почва исследованного района отнесена к «допустимой» категории, отдельные участки - к «умеренноопасным»[11].

Цель работы: изучение динамики содержания валовых форм ТМ в почвах г. Уфы и оценка уровня их загрязнения.

Работами Башкиргеологии в 2000-2001 г.г. показано, что валовое содержание Cu и Hg, а также подвижных форм Co, Cr и Cu не превышет соответствующих ПДК и ОДК. Особенно загрязнен район БОС ОАО «Уфахимпром»: до 3 ПДК валовой и подвижных форм Pb, отмечен опасный уровень загря-нения по Ni в северной части г. Уфы, выявлены области с повышенным содержанием Zn (Сергиевское кладбище) [12]. Очевидно, что различия, полученные в работах исследователей, вызваны неоднородностью самой матрицы - почвенного покрова, изменений, происходящих в почве под действием атмосферных осадков, воздействия дорожного строительства, обновления почвы парков и газонов и т.д. В связи с этим мониторинг почвенного покрова города остается актуальным для оценки накопления ТМ, контроля соответствия допустимого содержания токсичных ТМ, выявления локальных экстремальных загрязнений, планирования ландшафтного дизайна и инженерных изысканий.

Объекты и методы исследования. Объектом исследования являлись пробы поверхностного слоя почвы г. Уфы в Кировском, Демском, Ленинском, Советском, Октябрьском, Орджоникидзев- ском, Калининском районах и близлежащих территорий (Уфимский и Благовещенский районы). Пробы были отобраны в течение весенне-летнего периода, с конца апреля до конца сентября 1994 г. Образцы отобраны с учетом требований ГОСТ 17.4.01-83 «Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб». Использованы стандартные метода подготовки проб. ТМ (Pb, Zn, Cd, Hg) определялись методом атомно-адсорбционной спектрофотометрии с атомизацией в пламени воздух-ацетилен на приборе «Carl Zeiss Jena» марки AAS-3.

Результаты исследований. Описание точек отбора, тип использования земель участка отбора проб и валовое содержание токсичных металлов в пробах почвы приведены в табл. 1.

Таблица 1. Содержание ТМ в почве районов г. Уфы (слой 0-0,5 см, мг/кг)*

Место отбора проб	тип	Свинец	Кадмий	Ртуть	Цинк	Хром
1	2	3	4	5	6	7
Кировский район
1. Трамвайное кольцо "Зеленая роща"	с/т	10,16	0,32	0,016	-	145,0
2. Пересечение улиц Валиди/ Воровского	т	11,53	0,92	0,098	234,0	534,0
3. Южный водозабор	в/о	5,84	0,75	0,014	-	188,0
4. Пляж "Золотые пески"	р	7,11	0,47	0,78	-	313,0
Демский район
5. ул. Колпинская, роддом	с	3,07	<0,1	0,022	55,0	187,0
6. Демский водозабор	в/о	4,83	0,74	0,023	66,0	291,0
Ленинский район
7. Песесечение улиц Красина и Гафури	с/т	3,04	0,77	0,014	-	104,0
8. За мостом через р. Белую на Затон	т	21,37	0,78	0,075	235,0	161,0
9. Пляж "Сафроновская пристань"	р	6,07	0,19	0,036	142,0	280,0
10. Железнодорожный вокзал	т	16,24	0,34	0,029	-	144,0
11. Комбинат строительных материалов	п	15,89	1,40	0,020	1,80	170,0
12. Школа №22 (Нижегородка)	с	30,24	0,66	0,042	83,0	169,0
13. Фанерно-плиточный комбинат	п	12,83	0,72	0,073	51,0	176,0
14. Стадион УФПК	с	27,68	0,70	0,028	658,0	173,0
Советский р		айон
15. Пересечение ул. Мингажева и бул. Ибрагимова	п	1,56	0,76	0,021	-	182,0
16. Парк им. Якутова	р	13,47	0,92	0,029	50,0	176,0
Октяб	рьский район
17. Пересечение пр. Октября и ул. им. 50 лет СССР	с/т	11,86	0,41	0,038	203,0	132,0
18. Сипайлово, пересечение ул. Гагарина и М. Рыльского	с/т	4,18	0,74	0,006	3,7	132,0
Орджоникидзевский район
19. Парк им. Калинина	р	25,03	1,00	0,028	197,0	196,0
20. Детсад в п. Тимашево	с	16,92	0,69	0,028	-	178,0
21. Коллективный сад №12, поворот на п. Тимашево	р	22,16	0,97	0,092	22,0	173,0
22. Левый берег р. Чернушки, старая свалка ОАО "Химпром"	п	8,43	1,46	0,099	159,0	130,0
23. СЗЗ ОАО "Уфахимпром", полигон ГО	п	15,18	0,55	0,030	123,0	163,0
24. Свалка, за битумными ямами	п	3,67	0,49	0,026	74,0	157,0
25. Коллектиный сад №6, Степановский поворот	р	5,67	1,45	0,043	-	230,0
26. Территория городской свалки	п	13,59	1,07	0,048	-	135,0
27. Цех №5 ОАО "Уфахимпром"	п	4,71	0,30	0,063	59,0	130,0
28. Цех №19 ОАО "Уфахимпром"	п	35,76	0,42	0,099	175,0	219,0

1	2	3	4	5	6	7
29. АБК ОАО "Уфахимпром", корпус 200	п	10,80	0,83	0,058	51,0	157,0
30. У заводоуправления ОАО "Уфахимпром"	п	9,49	0,62	0,095	96,0	172,0
31. База оборудования ОАО "Уфахимпром"	п	138,48	0,12	0,400	9,5	155,0
32. Цех №31 ОАО "Уфахимпром"	п	11,52	1,58	0,182	151,0	108,0
33. Правый берег р. Чернушки на территории ОАО "Уфахимпром"	п	7,61	0,37	0,062	-	112,0
34. БОС ОАО "Уфахимпром"	п	8,65	0,54	0,052	-	214,0
35. Магазин "Ресурс" на СЗЗ ОАО "Уфахим-пром"	п	22,48	0,44	0,430	199,0	136,0
36. Адм. здание тр. БНЗС, ул. Горького	с	6,02	0,29	0,008	-	69,0
37. Промплощадка ОАО "Уфаворгсинтез" (север)	п	7,21	0,34	0,025	-	145,0
38. Промплощадка ОАО "Уфворгсинтез" (юг)	п	3,05	-	0,023	-	186,0
39. Территория ТЭЦ-4	п	7,66	0,53	0,022	135,0	185,0
40. Территория ОАО "Уфанефтехим"	п	6,79	0,74	0,023	-	202,0
41. Территория ТЭЦ-3	п	9,39	1,46	0,019	-	187,0
42. Территория ОАО УНПЗ	п	14,72	1,05	0,045	99,0	194,0
43. Между городской свалкой и д. Казанка	п	20,25	0,87	0,026	122,0	217,0
Калининский район
44. Парк нефтяников	р	2,42	3,77	0,031	70,0	118,0
45. Шакша, у. Сельская, д. 4	с	3,67	1,03	0,022	-	179,0
46. Северный водозабор	в/о	5,17	0,74	0,020	103,0	134,0
47. УМПО, около здания отдела кадров	п	14,14	0,80	0,089	-	145,0
48. Инорс, ул. Цымлянская, д. 24	с	3,64	0,79	0,016	77,0	133,0
49. УМПО, у таксопарка	п	16,61	0,97	0,029	24,0	216,0
50. Территория ТЭЦ-2	п	31,95	0,30	0,069	179,0	137,0
Уфимский район
51. Территория аэропорта, с северо-запада	т	20,58	0,63	0,019	-	217,0
52. Территория аэропорта, с юга	т	2,54	0,76	0,021	-	404,0
Благовещенский район
53. Изякский водозабор	в/о	10,43	0,46	0,014	62,0	222,0
ПДК		30,0	2,0	2,1	220,0	90,0

Примечание: * использование земель: c- селитебная, с/т - селитебно-транспортная, т -транспортная, п -промышленная, р - рекреационная, в/о - водоохранная

As обнаружен в 9 пробах, в том числе 14 мг/кг в водоохранной зоне, селитебно-транспортной - 11,0 мг/кг и от 11,0 до 115 мкг в промзоне на территории ОАО Уфахимпром» и городской свалки. Максимальные значения отдельных токсикантов обнаружены: 4,4 ПДК Pb - на территории ОАО «Уфахимпром», 1,9 ПДК Cd в парке Нефтяников, расположенный в северной промышленной части г. Уфы, 3 ПДК Cr на территории стадиона, расположенного вблизи фанерно-плитного комбината, 6 ПДК Cr зарегистрировано на пересечении крупных улиц Валиди-Воровского, в зоне возможного влияния завода «Уфимкабель». По результатам исследований рассчитаны средние значения для почвы районов г. Уфы (табл. 2).

На территории г. Уфы не выявлено значительного загрязнения Cd и Hg, однако с учетом появления повышенного риска загрязнения окружающей среды в связи с широким использованием осветительных приборов нового поколения, требуется организация мониторинга загрязнения ртутью. На всей территории г. Уфы выявлены пробы с превышением ПДК Cr, среднее содержание в 2 раза превышет ПДК, максимальное - в 6 раз. Высокая токсичность этого металла создает предпосылки для углубленного исследования причин повышенного загрязнения почвы в г. Уфе. Особое внимание следует уделить водоохранным зонам, относительно блигополучным по другим исследуемым компонентам. Установлено превышение ПДК содержания Pb в промзоне, на территории ОАО «Уфахимпром» в 4,3 раза. Превышение по допустимому содержанию Zn в почве установлено в местах напряженного транспортного движения и в зоне влияния деревообрабатывающего предприятия. Загрязнение Zn максимально в селитебной зоне и в транспортных потоках города и превышает уровень промышленных зон. Значительный уровень Cd и Cr в рекреационных зонах также требует определения источников загрязнения, реабилитации почвенного покрова, очистку пляжей. Одной из причин загрязнения возможно использование песка, намываемого в реке Белая, вблизи промзон г. Уфы.

Данные исследования почвенного покрова г. Уфы сопоставлены с данными по крупным промышленным городам. Так, исследование почв парков Праги и центра металлургии Остравы в

Чехии показало, что в Праге преимущественным компонентом является Pb (86 мг/кг) и Cu (28

мг/кг), в Остраве эти уровни ниже (41 и 18 соответственно).

Таблица 2. Содержание металлов в почве районов г. Уфы (среднее, мг/кг)

Место отбора проб	число проб	Свинец	Кадмий	Ртуть	Цинк	Хром
Кировский район	4	8,66	0,62	0,23	234	295
Превышение ПДК	3	3,7	-	-	1,06	3,27
Демский район	2	3,95	0,74	0,02	60,5	239
Превышение ПДК	1	-	-	-	-	2,66
Ленинский район	8	16,67	0,69	0,04	195,1	172,1
Превышение ПДК	1	-	-	-	-	1,91
Советский район	2	7,52	0,84	0,03	50,0	179,0
Превышение ПДК	1	-	-	-	-	1,99
Октябрьский район	2	8,02	0,58	0,02	103,35	132
Превышение ПДК	1	-	-	-	-	1,47
Орджоникидзевский район	25	17,41	0,76	0,08	111,43	166,0
Превышение ПДК	1	-	-	-	-	1,84
Калининский район	7	11,09	1,20	0,04	90,60	151,71
Превышение ПДК	1	-	-	-	-	1,69
Среднее по г.Уфе	50	10,47	0,73	0,07	120,72	190,69
Превышение ПДК	9
ПДК		32	2	2,1	220	90
Фон г. Уфы [9]		2,6	0,2	-	70	-

Таблица 3. Содержание ТМ по типам использования почвы (среднее), мг/кг

Использование земель	с	п	в/о	р	с/т	т
число проб	n=5	n=27	n=4	n=7	n=5	n=5
Pb	16,32	17,51	6,57	11,70	7,05	14,45
Cd	0,64	0,75	0,67	1,25	0,51	0,69
Hg	0,03	0,08	0,02	0,15	0,02	0,05
Zn	265,33	100,49	77,00	96,20	103,35	234,50
Cr	177,20	162,93	208,75	212,29	116,40	292,00

Максимально допустимые уровни превышены в Праге (Pb) и по Cd - в Остраве. Причина - последствия применения этилированного бензина [13]. Исследования в городах Великобритании [14] и в Гонконге [15] показали, что основными источниками ТМ в почве городов является транспорт. Это особенно касается Zn, входящего в состав вулканизаторов шин, установлено, что в местах вынужденного снижения скорости (старт/ торможение) концентрация ТМ повышена. Исследования, проведенные в различных городах связывают повышенное загрязнение в почвенного покрова ТМ с большим количеством работающих промышленных предприятий и высокой степенью транспортной нагрузки. Так, при исследовании загрязнения жилой зоны Северного административного округа (САО) г. Москвы при анализе 247 образцов почвы из слоя 0-0,2 м установлено увеличение среднего содержания Zn, Cd и Pb за 2009-2010 г.г., и в 2-3 раза превышение среднего показателя, установленного для всей территории г. Москвы. Для САО характерно поверхностное загрязнение Zn [16, 17].

Таблица 4. Сравнение содержаний валовых форм ТМ в почвенном покрове САО г. Москвы и г. Уфы, средние значения, мг/кг

Показатель	г. Уфа	САО г. Москва
Zn	120,7	124,78
Cd	0,73	0,77
Pb	10,47	43,92

Как следует из табл. 4, среднее валовое содержание Zn и Cd практически одинаково в двух городах, содержание свинца в уфимских почвах ниже, чем в САО г. Москва и существенно ниже значений, установленных в почве г. Праги. Однако, учитывая высокую способность к биоаккумуляции, стабильность ТМ в окружающей среде и возможность прямого ингаляционного воздействия загрязненных аэрозольных и пылевых частиц на человека эти уровни являются элементами повышенного риска.

Список литературы Тяжелые металлы в почве индустриального, рекреационного и селитебного назначения в городе Уфе

Panagos, P. Contaminated Sites in Europe: Review of the Current Situation Based on Data Collected through a European Network/P. Panagos, M. Van Liedekerke, Y. Yigini, L. Montanarella//Journal of Environmental and Public Health. 2013. Article ID 158764, 11 pages.
Eusoils. Data Collection on Contaminated Sites 2011. http://eusoils.jrc.ec.europa.eu/library/data/eionet/2011_Contaminated_Sites.htm, 2012.
Abrahams, P.W. Soils: their implications to human health//Science of the Total Environment. 2002.Vol. 291(1-3) P. 1-32.
Lado, L.R. Heavy metals in European soils: A geostatistical analysis of the FOREGS Geochemical database/L.R. Lado, T. Hengl, H.I. Reuter//Geoderma. 2008. Vol.148(2). P.189-199.
Колесников, С.И. Экологические функции почв и влияние на них загрязнения тяжелыми металлами/С.И. Колесников, К.Ш. Казеев, В.Ф. Вальков//Почвоведение. 2002. №12. С. 1509-1514
Черных, Н.А. Экокологические аспекты загрязнения почв тяжелыми металлами/Н.А. Черных, Н.З. Малищенко, В.Ф. Ладонин. -М.: Агроконсалт, 1999. 176 с.
Большаков, В.А. Микроэлементы и тяжелые металлы в почвах//Почвоведение. 2002. № 7. C. 844-849.
Опекунова, М.Г. Тяжелые металлы в почвах и растениях Южного Урала. Экологическое состояние/М.Г. Опекунова, Н.В. Алексеева-Попова, И.Ю. Арестова//Вестник СПбГУ. Сер.7. 2002. №1. С. 37-45.
Пожидаева, Р.Х. Экологическое состояние почвенно-растительного покрова г. Уфы и пути его улучшения/Р.Х. Пожидаева, E.H. Санникова, P.A. Фаткуллин//Экологические проблемы современности. Часть I. -Уфа, 2006. С. 11-22.
Даукаев, P.A. Эколого-гигиеническая оценка загрязнения тяжелыми металлами окружающей среды в городе Уфе/P.A. Даукаев, В.О. Красовский//Вестник Тверского государственного университета. 2008. № 7. С. 185-188.
Загрязнение почв РФ токсическими веществами промышленного происхождения в 2002 году. Ежегодник. -СПб., 2003. С. 28-29.
Информационный отчет «Гидрологическая съемка с геоэкологическими исследлованиями для составления схематических карт» ООО «Башкиргеология». Книга 1. 2006. С. 135-142.
Galushkova, L. Urban Soil Contamination by Potentially Risk Elements/L. Galushkova, O, Boruvka, D. Drabek//Soil&Water Res. 2011.Vol. 6(2) P. 55-60.
Charlesworth, S. A comparative study of heavy metal concentration and distribution in deposited street dust in a large and small urban area: Birmingham and Coventry, West Midlands, UK/S. Charlesworth, M. Everett, R. McCarthy et al.//Environ. International. 2003. Vol. 29. P. 563-573.
Li, X. Heavy metal contamination og urban soils and street dust in Hong Kong Apply/X. Li, C. Poon, P. Liu//Geochemistry. 2001. Vol. 16. P. 1361-1368.
Доклад «О состоянии окружающей среды в городе Москве в 2010 году». -М., 2010. 135 с.
Мельникова, А.Д. Изучение содержания тяжелых металлов и бенз(а)пирена в почвах Северного адмистративного округа Москвы/А.Д.Мельникова, П.А. Васильева, Д.М. Хомяков//АгроЭкоИнфо (электронный журнал). 2011. №2.
Даукаев, P.A. Эколого-гигиенические аспекты загрязнения почв тяжелыми металлами в условиях промышленного комплекса/Р.А. Даукаев, Р.А. Сулейманов//Башкирский экологический вестник. 2007. № 2. С.35 -37.
Отчет о НИР «Разработка экологической программы г. Уфы» Этап 1. «Оценка экологической ситуации. Книга 2. -НИИБЖД, 2001. С. 65-70.

Еще

Статья научная