Тяжелые металлы в почвенно-растительном покрове г. Улан-Удэ

Возрастающая деградация окружающей природной среды густонаселенных и промышленно освоенных районов России начинает приобретать необратимый характер. Во многих городах России экологическая ситуация близка к критической, особенно сильное техногенное воздействие на природную среду и население выявлено в крупных промышленных городах [1]. Одной из основных концепций экологического исследования городов является эколого-геохимическая, развивающаяся на основе теории геоэколо- гии и геохимии окружающей среды. Эта концепция базируется на анализе депонирующих (аккумулирующих) сред – снега, почв, вод, донных осадков и живых организмов, химический состав которых отражает длительное загрязнение и происходящую под его влиянием трансформацию городских ландшафтов [2].

Почвенный покров города – это своеобразный биогеохимический барьер. Техногенные продукты выпадают на городские ландшафты, накапливаясь в верхних горизонтах почв, изме- няют их химический состав и включаются в природные и техногенные циклы миграции. Ореолы в почвах городов более устойчивы, чем в воздухе, снеге, растениях и животных. Почвы аккумулируют поллютанты в течение всего периода техногенного воздействия. Поэтому геохимическая индикация почв и картографирование – один из основных методов оценки экологического состояния городов. По эффекту воздействия на городские почвы ТМ являются биохимически активными веществами. Контрастные аномалии ТМ представляют угрозу для биоты и человека, они влияют на щелочнокислотные свойства почв и содержание гумуса, определяющие устойчивость почв к загрязнению этими элементами [3].

Растение – чуткие биоиндикаторы техногенного изменения состояния городской среды. Они испытывают негативное воздействие разнообразного числа поллютантов: оксидов серы, азота и углерода, ТМ, фтористого водорода, углеводородов и др. Поэтому растительный покров – это первый экран на пути осаждения загрязненных атмосферных веществ. Биогеохимическая индикация и оценка состояния городской среды основаны на способности растений аккумулировать загрязняющие вещества вблизи техногенных источников и на путях миграции токсичных элементов [4].

Город Улан-Удэ, расположенный в степных и лесостепных ландшафтах межгорной котловины, имеет промышленную специализацию. В нем сосредоточены заводы авиационный, стекольный, ЛВРЗ, ЗММК, предприятия пищевой и легкой промышленности. Теплоэнергетика города представлена двумя большими ТЭЦ и многочисленными котельными. Техногенное влияние на город оказывает также автомобильный и железнодорожный транспорт. Население города, а также расположенные вокруг города сельскохозяйственные земли и садово-огородные хозяйства испытывают постоянное воздействие промышленных предприятий и автотранспорта.

Задача: определить содержание ТМ (свинца, кадмия, цинка и меди) в почвенно-растительном покрове городских ландшафтов.

Эколого-геохимические исследования проводились в период 1999-2001 гг. на территории г. Улан-Удэ, которая была разбита на 30 ключевых участков, выбор которых был произведен с целью выявления в пределах города зон с различной степенью воздействия промышленных и транспортных эмиссий с учетом «розы ветров». Каждый ключевой участок имеет площадь 100 м2, где методом конверта отбирали образцы почв в 0-5-сантиметровом слое в 8 точках, из них составлялся один смешанный образец; образцы растений – путем среза надземной массы в период массового цветения растений – доми-нантов. Таким образом, данные на участках наблюдений представлены усредненными аналитическими данными из 480 образцов почв и 182 растительных образцов.

Анализ определения свинца (Pb) в почвах показал очень широкую амплитуду колебания его количества – от 13,0 до 51,0 мг/кг почвы. Наибольшие значения Pb отмечены: 43-й кв. ПК и О (1,2 ПДК); пос. Аршан (1,2 ПДК); 113-й кв. (1,2 ПДК); Верхняя Березовка (1,3 ПДК); Горсад (1,3 ПДК); пос. Вахмистрово (1,4 ПДК); пос. Новая Комушка (1,7 ПДК); 2-ой километр Спиртзавод-ской трассы (1,7 ПДК).

В отличие от почв травянистый растительный покров территории города накапливает свинец в большом количестве. Наиболее высокие показатели его были зарегистрированы у растений доминантов: у осоки твердоватой – з-д «Электромашина» (27 ПДК), пос. Тальцы (26 ПДК); у пырея ползучего – кол. сад «Ранет» (24 ПДК); у ромашки аптечной – пос. Стеклозавод (40 ПДК) и 2-й километр Спиртзаводской трассы (34 ПДК); у полыни венечной – пос. Аршан (31 ПДК), кол. сад «Ранет» (46 ПДК), 9-й километр Спиртзаводской трассы (35 ПДК) и пос. Исток (44 ПДК).

Столь высокое количество свинца в растениях обнаружено вблизи промышленных предприятий и особенно вдоль автострад.

Количество кадмия (Cd) в 0-5-сантиметром слое почвы колеблется в пределах 0,26 – 2,9 мг/кг, где степень вариабельности достигала 54 %. При величине ПДК кадмия в почвах, равном 3 мг/кг, следует считать, что его содержание на территории города находится в безопасных пределах, хотя на некоторых участках приближается к значению предельной концентрации: пос. Верхняя Березовка – 2,9; Горсад – 2,7; пос. Эр-хирик – 2,7 мг/кг.

А в растительном покрове города, как и в случае со свинцом, обнаружено высокое содержание кадмия 1,1–3,3 мг/кг. Естественно скармливать животным траву с газонов, а растения – с придорожных участков при значениях ПДК, равных 0,3 мг/кг не рекомендуется. Наибольшие значения кадмия были зарегистрированы на участках: у осоки твердоватой – Верхняя Березовка (6 ПДК), пос. Тулунжа (8 ПДК); у пырея ползучего – пос. Степной (6 ПДК), ст. Дивизионная (6 ПДК), пос. Забайкальский (6 ПДК); у полыни горькой – ст. Дивизионная (7 ПДК), парк Орешкова (9 ПДК), 43-й кв. ПК и О (6 ПДК); у ромашки аптечной – пос. Степной (8 ПДК), Лысая Гора (9 ПДК) и у полыни венечной – пос. Аршан (7 ПДК), 43-й кв. ПК и О (8 ПДК), кол. сад «Ранет» (9 ПДК), пос. Забайкальский (11 ПДК), пос. Тулунжа (8 ПДК), пос. Исток (8 ПДК).

Высокий рост содержания кадмия, вероятно, связан с тем, что основным источником поступления его в почвенно-растительные комплексы являются дизельное топливо, которое широко используют маршрутные такси, а также износ автошин.

Cреднее содержание цинка (Zn) в почвах г. Улан-Удэ находится в пределах 6,7–82 мг/кг, при степени вариации – 56%. Большие количества цинка были отмечены на участках: пос. Ту-лунжа, Стеклозавод, 2-й километр Спиртзавод-ской трассы, где их значения приближаются к значению ПДК.

Несмотря на довольно низкое содержание цинка в почве, как и в случае со свинцом и кадмия, в надземных органах растений наблюдаются высокие его концентрации. Наибольшие количества цинка были зарегистрированы на следующих участках: у осоки твердоватой – пос. Тулунжа (1,3 ПДК); у пырея ползучего – пос. Забайкальский (1,1 ПДК); у полыни горькой – кол. сад “Тепловик” (1,2 ПДК); у ромашки аптечной – пос. Стеклозавода (3 ПДК), Лысая гора (2 ПДК), Спиртзаводская трасса, 2-й километр (2 ПДК), пос. Восточный (2 ПДК), у полыни венечной – пос. Вахмистрово (2 ПДК), пос. Исток (2,2 ПДК). Данные свидетельствует о наличии загрязнении этим элементом.

В растительности высокие показатели меди (Cu) были зарегистрированы у пырея ползучего – пос. Аршан, Драмтеатр им. Бестужева и пос. Эрхирик; у ромашки аптечной – пос. Новая Ко-мушка; у полыни венечной – пос. Сотниково. Показатели количества меди выше предела ПДК и составляют всего 8% всех участков. Относительно высокие показатели содержания цинка и меди в растительности позволяют сделать вывод, что загрязнение, возможно, происходит в результате сжигания древесины (сравнительно высок жилой индивидуальный сектор в городе), мусора и отходов.

По результатам данной работы сделаны следующие выводы:

• 1.    В почвенном покрове территории г. Улан-Удэ наблюдается обнаружено значительное содержание ТМ, особенно на участках вдоль автомобильных трасс и вблизи промышленных предприятий. Только на территории пос. Сокол содержание свинца и кадмия значительно ниже величины ПДК.

• 2.    Количество свинца в растениях всех ключевых участков повышенное.

• 3.    Неблагополучная обстановка на территории г. Улан-Удэ наблюдается и по кадмию, значения которого выше его фонового значения. Относительно высокие его количества зафиксированы на Верхней Березовке, территориях гор-сада, Эрхирика, Тулунжи. В растительных образцах на всех ключевых участках отмечено его высокое содержание, превышающее ПДК от 2 до 11 раз.

• 4.    Содержание цинка в почвенном покрове обнаружено в пределах допустимого уровня, а в отдельных участках в растительном покрове – в количестве, превышающем величину ПДК во много раз, – в пос. Стеклозавод, Исток, Энергетик, Восточный, Эрхирик, Вахмистрово.

• 5.    Медь в почвах города находится в количестве, не превышающем значение ее ПДК. В растительном покрове (в 8% случаев) отмечены ее высокие показатели. Высокое количество меди обнаружено в почвах территорий пос. Аршан, Эрхирик, Сотниково, Исток, на территории драмтеатра им. Н.А. Бестужева.

• 6.    Экологически неблагополучными в отношении ТМ, особенно свинца и кадмия, являются центральная часть города – горсад, район Русского драмтеатра им. Н.А. Бестужева, 43-й кв. ПК и О, пос. Стеклозавод, Исток, Эрхирик, Заречный, Сотниково, Вахмистрово, Верхняя Березовка, то есть зона интенсивного автомобильного движения.