Scientific journal

Fundamental research

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

Экологические проблемы городов связаны с чрезмерной концентрацией на сравнительно небольших территориях населения, транспорта и промышленных предприятий, с формированием антропогенных ландшафтов, очень далеких от состояния экологического равновесия. В пределах урбанизированных территорий коренному преобразованию подвергаются все природные компоненты, в том числе почвы и растительный покров, которые относятся к депонирующим средам и выступают универсальными индикаторами качества городов [2, 8, 15]. Среди специфических поллютантов в городах приоритетные позиции занимают тяжелые металлы (ТМ). Прежде всего, представляют интерес те металлы, которые в наибольшей степени загрязняют окружающую природную среду и являются опасными с точки зрения их биологической активности и токсических свойств. К ним относятся: свинец, ртуть, кадмий, цинк, висмут, кобальт, никель и т.д. [8, 14]. В связи с ростом промышленного производства, увеличением интенсивности транспортных потоков возросла актуальность проблемы загрязнения природных компонентов урбанизированных территорий свинцом. По степени воздействия на живые организмы свинец относится к классу высокоопасных химических элементов [1, 2, 3, 9, 11-14]. Несмотря на то что Биробиджан является сравнительно молодым и небольшим по размерам городом, существенную долю в структуре производства составляют промышленность и автотранспорт, уровень воздействия на окружающую природную среду которых ежегодно увеличивается, что способствует загрязнению природных компонентов свинцом.

Поэтому анализ распределения свинца в системе почва-растительность для определения экологического состояния рассматриваемых природных компонентов с последующим районированием территории города по уровню загрязнения является целью данного исследования.

Материалы и методы исследования

Биробиджан относится к средним городам Дальнего Востока, является административным центром Еврейской автономной области, по набору выполняемых функций его можно считать полифункциональным образованием. Многоотраслевая промышленность (ТЭЦ, стройиндустрия, легкая промышленность) и автотранспорт являются ключевыми источниками поступления свинца в городскую среду. Промышленная зона города размещена без учета розы ветров, и большую часть года шлейф промышленных газов и аэрозолей проходит через жилые кварталы. Уровень автомобилизации в городе в 2009 г. составил 272 автомобиля на 1000 жителей. В транспортной структуре преобладают импортные автомобили с большим сроком эксплуатации, что приводит к значительному поступлению поллютантов в окружающую природную среду. В зоне воздействия автотранспорта находится значительная часть городской территории – 182,47 км2, что составляет 91,2 % от общей площади Биробиджана [6].

К источникам токсичного металла относятся и так называемые «несанкционированные свалки», содержащие отработанные аккумуляторы, потерявшие потребительские свойства провода и кабели, лакокрасочные покрытия (особенно выпущенные в прошлые десятилетия), изделия из хрусталя, свинцовых стекол, глазированную керамику, паяные изделия, в том числе и консервные жестяные банки т.д.

Основными объектами изучения являются городские почвы и древесная растительность, которые обладают не только повышенной аккумулирующей способностью по отношению к загрязнителям, тем самым, оказывая неблагоприятное воздействие на живые организмы, но и могут свидетельствовать о состоянии урбанизированной территории в целом.

При систематизации почв г. Биробиджана использованы классификации почв по степени их антропогенной преобразованности, опубликованные в работах М.Н. Строгановой с соавторами [12]. В Биробиджане 40 % территории занято хемогенно-преобразованными почвами, к ним относятся интруземы (районы автозаправок, вдоль автомагистралей, газоны), индустриземы (промышленные зоны), а также искусственно-созданные поверхностно-гумусированные почвоподобные образования (так называемые техноземы) [4, 5]. Занимают эти почвы в основном промышленные, транспортно-селитебные районы (т/с). Видовой состав деревьев и кустарников однотипный и представлен: елью сибирской, сосной обыкновенной, тополем душистым, осиной обыкновенной, березами плосколистной и желтой, бархатом амурским, ивой Шверина и росистой, кленом мелколистным, ясенем маньчжурским, шиповником даурским, сиренью амурской, ильмом японским и низким.

Исследования проводились в течение семи лет (2003-2009 гг.) на 60 пробных площадках размером 10*10 м. [5] (рис. 1). Образцы изучаемых почв и органов растений для определения в них свинца отбирались в конце лета (с целью определения микроэлемента за длительный период времени). Химический анализ проводился совместно с ФГУЗ «ЦГиЭ ЕАО» методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии.

Рис. 1. Карта-схема расположения экспериментальных площадок в г. Биробиджане

Показателями загрязнения природных компонентов свинцом являются ПДК и фоновый уровень. В качестве эталонов сравнения использовались фоновые аналоги почв, растений и снега, собранные на крайнем северо-западе города (Индустриальный район) с учетом розы ветров, планировочной структуры и геохимических особенностей территории.

Результаты исследования и их обсуждение

Выявлено, что накопление свинца в депонирующих средах зависит от множества факторов: типа почв и их приуроченности к определенным функциональным зонам, реакции среды, видового состава деревьев и их физиологических особенностей [2, 8].

Концентрация свинца в почве и растительности с 2003 г. по 2009 г. выросла на 20 %, несмотря на то что выбросы данного элемента от промышленных источников снизились на 30 %. Это можно объяснить тем, что учтены не все промышленные (особенно мелкие частные предприятия), а также мобильные источники загрязнения. Так, в 2003 году в почве в среднем по городу отмечалось содержание свинца – 47,1 мг/кг; в 2009 – 65,2 мг/кг; в растительности в 2003 – 5,6 мг/кг, в 2009 – 8,3 мг/кг (рис. 2 а,б).

Рис. 2а. Концентрация свинца в почве на территории г. Биробиджан

Рис. 2б. Концентрация свинца в листовой пластине растительности на территории г. Биробиджан

Превышение ПДК свинца отмечено в преобразованных почвах, особенно в тех, в которых произошли хемогенные нарушения (изменения) свойств и строения профиля вследствие интенсивного химического загрязнения. В рассмотренных ранее категориях почв наблюдается превышение ПДК свинца от 1,5 до 15 раз, а относительно фонового уровня от 2 до 20 раз.

В зависимости от степени преобразованности почв показатели кислотности значительно меняются: от 4 до 8,6 единиц рН (табл. 1). Выявлено, что накопление свинца в почвенных горизонтах зависит от показателя кислотности. В верхнем почвенном горизонте свинец накапливается более интенсивно, особенно в нейтральной и щелочной среде (район городской свалки, новостроек, частных секторов и др.). Так, концентрация свинца в поверхностном горизонте (до 5 см) составляет от 10 до 80 мг/кг, на глубине от 5 до 15 см – от 5 до 47 мг/кг. Почва прочно связывает свинец, что предохраняет от загрязнения грунтовые воды и растительность, но в этом случае сама почва постепенно становится все более загрязненной, что может способствовать разрушению ее органического вещества.

Увеличение свинца в почве способствует его накоплению в органах растений. Концентрация элемента в дендрофлоре зависит от физиологических особенностей растений и типа почв (табл. 2).

Так, способность к аккумуляции свинца выше у ивы, особенно коры, у тополя душистого происходит в основном накопление в листовой пластине, аналогично у берез плосколистной, желтой. У растений, произрастающих на естественных непреобразованных почвах, содержание свинца достигает самой высокой отметки до 4 мг/кг. Более высокие концентрации свинца (до 25 мг/кг) характерны для растительности на техногенно-загрязненных территориях.

Кроме того, при расчете средней концентрации свинца в аккумулирующих средах определена зависимость их влияния друг на друга:

Корреляция между накоплениями свинца в почве и растительности есть, но слабая (рис. 3). Полного совпадения контуров аномалий в рассматриваемых природных компонентах не наблюдается, так как содержание свинца в почвах обычно отражает многолетнее загрязнение, а в растениях (особенно в листве) – современную ситуацию данного вегетационного периода и тенденцию поступления свинца в биоту.

Таблица 1

Зависимость накопления свинца в почве от реакции среды, типов почв и функционального зонирования территории города

Таблица 2

Содержание свинца в коре и листьях дендрофлоры г. Биробиджана

Таким образом, особенности накопления свинца в почвенном покрове и урбодендрофлоре определили общую экологическую ситуацию в городе по загрязнению этим токсичным микроэлементом (рис. 4).

Для определения экологического состояния городской среды использовалась классификация А.Н. Кочурова (1997) [7]. В целом экологическая ситуация в Биробиджане по загрязнению свинцом природных компонентов удовлетворительная (умеренно-опасная). Однако особо напряженные ситуации сложились в зонах главных автомагистралей, промышленных центров и железной дороги. Слабо загрязнены свинцом рекреационные зоны, северо-западная территория (фоновая), а также некоторые участки селитебных районов.

Рис. 3. Корреляция накопления свинца между компонентами депонирующей среды

Рис. 4. Экологическое состояние г. Биробиджан по накоплению свинца в природных компонентах

Заключение

Анализ распределения свинца в системе почва-растительность на территории г. Биробиджан показал, что в техногенно-преобразованных почвах города содержание свинца в поверхностных горизонтах (0-5 см) закономерно превышает таковое в нижележащих горизонтах (5-15 см). В почвах природного фона напротив содержание свинца увеличивается с глубиной. В результате биогеохимических исследований установлено, что содержание тяжелых металлов сильно изменяется в зависимости от вида растений и его приуроченности к определенным функциональным зонам. Так, способность аккумуляции тяжелых металлов выше у ивы (любого вида), особенно коры. У тополя душистого накопление загрязнителей происходит в основном в листовой пластине, аналогично у берез плосколистной, желтой. В целях устойчивого развития урбанизированных территорий и в целом региона необходимо формирование региональной экологической политики как неотъемлемого звена общей концептуальной парадигмы России. Основная задача экологической политики направлена на оптимальную организацию территории, понимаемую как благоприятное сочетание природных и природно-антропогенных комплексов, «которое обеспечивало бы динамическое равновесие с учетом долгосрочных перспектив развития хозяйства и сохранения условий жизни людей». Достичь такого равновесия можно в процессе экологического планирования территории [10]. В качестве конструктивного метода при планировании урбанизированной территории необходимо использовать геомониторинг, применение которого позволит дать экологическую оценку городской среды и на основании этого принять решения по улучшению комфортности проживания городского населения, Важно ежегодно проводить контроль за загрязнением почвы, растительности, особенно на территориях, прилегающих к промышленным комбинатам, автомагистралям. Кроме того, следить за загрязнением снежного покрова (определить места складирования), так как с его таянием поллютанты поступают на поверхность ландшафта.

Рецензенты:

Мирзеханова З.Г., д.г.н., профессор, заведующая лабораторией оптимизации регионального природопользования, ФГБУН «Институт водных и экологических проблем Дальневосточного отделения Российской академии наук», г. Хабаровск;

Бочарников В.Н., д.б.н., профессор, ведущий научный сотрудник лаборатории экологии и охраны животных, зав. группой геоинформационных основ оценки биоразнообразия, ФГБУН «Тихоокеанский институт географии Дальневосточного отделения РАН», г. Владивосток.

Работа поступила в редакцию 29.07.2014.