Существенный вклад в деградацию почвенного покрова во всем мире вносит загрязнение тяжелыми металлами (ТМ). Они относятся к приоритетным загрязняющим веществам. Особенность загрязнения городских почв состоит в том, что в городах на относительно небольшой площади сосредоточено значительное количество различных источников загрязнения (промышленные предприятия, транспорт, бытовые отходы). Это обусловливает интенсивность и неоднородность состава почвенных загрязнений. Городские почвы, выполняя важные экологические функции и являясь универсальным очистителем природной среды, подвергаются значительно более интенсивным нагрузкам, чем естественные или используемые в сельском хозяйстве [3].
Согласно ГОСТу 17.4.1.02-83 химические элементы ранжированы на три класса опасности. На базе лаборатории мониторинга природных сред Поморского государственного университета было проанализировано валовое содержание химических элементов, относящихся к первому классу опасности - мышьяка, ртути, свинца и цинка в почвах промышленного, селитебного и лугового ландшафтов г. Архангельска. Почвы промышленного и селитебного ландшафта по классификации городских почв [2] относятся к 2 типам -урбанозёмам, антропогенно глубоко преобразованным почвам, и реплатнозёмам, искусственно созданным почвогрунтам. Почвы лугового ландшафта относятся к аллювиальным луговым, занятым луговой растительностью и используемым в качестве выгонов и сенокосов [5]. Определение валового содержания тяжёлых металлов в пробах почвенных образцов проводилось атомно-абсорбционным методом (таблица 1).
Превышения ПДК по ртути на всех типах ландшафтов не наблюдается. На 71% пробных площадей (ПП) селитебного ландшафта превышена ПДК свинца (1,1 - 6,0 ПДК), на 43% - ПДК цинка (1,1-3,5 ПДК). В почвах промышленного ландшафта превышение ПДК отмечается на 67% ПП по цинку (1,1 - 3,5 ПДК), на 86% ПП по свинцу (1,1 - 1,9 ПДК). Превышение ПДК по мышьяку наблюдается в луговом ландшафте на 60% ПП.
Таблица 1. Содержание элементов I класса опасности, мг/кг, в почвах различных ландшафтов г. Архангельска
|
Ландшафт |
Средневзвешенное содержание |
|||
|
мышьяк |
ртуть |
свинец |
цинк |
|
|
Промышленный |
<0,1 |
<0,1 |
2,9-112,2/28,0 |
13,7-164,4/71,4 |
|
Селитебный |
<0,1 |
<0,1 |
6,0-189,0/66,4 |
10,0-306,0/103,2 |
|
Луговой |
0,1-5,8/2.1 |
<0,1 |
2,0-8,4/5,4 |
14,5-94,9/54,6 |
|
Фон |
<0,1 |
<0,1 |
10,0 |
70,0 |
|
ПДК [4] |
2,0 |
2,1 |
32,0 |
87,0 |
|
Кларк [4] |
6 |
0,06 |
16 |
83,0 |
Для выявления локальных техногенных аномалий, связанных с выбросами предприятий и автотранспорта был рассчитан коэффициент концентрации (Кк), равный частному от деления концентрации элемента в почве урболандшафта к его концентрации в почве «фоновой» территории (таблица 2). В качестве почвы «фоновой» территории использовалась природная дерновая маломощная легкосуглинистая почва, сформировавшаяся на суходольном лугу в районе деревни Бабонегово, не испытывающая антропогенной нагрузки, и имеющая сходный с исследуемыми ландшафтами характер почвообразовательного процесса.
Таблица 2. Значение коэффициентов концентрации для почв различных ландшафтов г. Архангельска
|
Коэффициент концентрации (Кк) |
Ландшафт |
||
|
промышленный |
селитебный |
луговой |
|
|
мышьяк |
<1 |
<1 |
1,5-7,7 |
|
ртуть |
<1 |
<1 |
<1 |
|
свинец |
0,4-11,2 |
0,8-14,8 |
0,3-0,7 |
|
цинк |
0,3-2,3 |
0,7-5,2 |
0,6-1,1 |
На основе коэффициентов концентрации был рассчитан суммарный показатель загрязнения Zc = ∑Кс - (n-1), который оценивает суммарную загрязнённость почв. Для почв лугового ландшафта Zc составляет 3,8, для почв промышленного ландшафта - 2,8, для почв селитебного ландшафта -7,5. Это указывает на допустимую степень загрязнения почв исследованных урболандшафтов высокотоксичными поллютантами.
Особенности кумуляции и миграции химических элементов I класса опасности в разных типах почв урболандшафтов Архангельска были проанализированы на примере цинка и свинца. Накопление их в урбанозёмах промышленного и селитебного ландшафтов происходит гораздо интенсивнее, чем в реплантозёмах и в аллювиальных луговых почвах. Такое распределение объясняется большим содержанием в урбанозёмах гумуса (r = +0,67), способного аккумулировать ТМ и фосфат-ионов (r = +0,74), образующих с ТМ труднорастворимые соединения (таблица 3).
Таблица 3. Содержание ТМ, мг/кг, в разных типах почв ландшафтов г. Архангельска
|
|
Ландшафт |
||||
|
промышленный |
селитебный |
луговой |
|||
|
Тип почв |
реплантозём |
урбанозём |
реплантозём |
урбанозём |
аллювиальный луговой |
|
Свинец |
49,2 |
21,1 |
41,0 |
84,2 |
5,1 |
|
Цинк |
51,4 |
81,2 |
82,1 |
160,0 |
55,2 |
Исключение составляют реплантозёмы промышленного ландшафта, в которых содержание валового свинца в 2 раза выше, чем в урбанозё-мах. Данные почвенные образцы были отобраны на территории АЗС, которая в течение длительного времени была одним из основных стационарных источников антропогенного свинца. Сравнительно низкое содержание свинца и цинка в почвах лугового ландшафта, несмотря на высокое содержание органического углерода (3,1%) можно объяснить отсутствием антропогенных источников данных элементов, а для цинка активным поглощением его растительностью, так как данный ТМ является не только токсичным поллютантом, но и крайне необходимым микроэлементом.
Анализ миграции ТМ по почвенному профилю показал, что накопление валовых форм свинца и цинка в почвах селитебного и лугового ландшафта города Архангельска сходное, и, как правило, имеет гумусово-аккумулятивный характер. То есть максимальное количество этих поллютантов сосредоточено в верхних слоях наиболее богатых гумусом (усреднённый коэффициент корреляции rPb= +0,72, rZn = +0,87). Максимум накопления на большинстве исследованных почвенных разрезов находится в верхнем органогенном горизонте или, как в случае с луговыми почвами у которых первый горизонт - дернина, во втором, дерновом горизонте. Это обусловлено тем, что ТМ способны образовывать комплексно-гетерополярные соли с гумусовыми кислотами, когда металл входит в состав анионной части молекулы или, реагируя одновременно с двумя группами гумусовых кислот, комплексные соединения хелатного типа. И в том, и в другом случае, металл не способен к обменным реакциям. Выявлена так же корреляционная зависимость (rPb = +0,63, rZn = +0,67) между содержанием ТМ и фосфат-ионов. Это обусловлено тем, что ТМ со свободными фосфат-ионами образуют нерастворимые соли состава: Zn3 (PO4)2 , РЬ3(РO4)2, РЬАl3Н(ОН)6(Р04)2 и др. [1].
В распределении свинца и цинка по почвенному профилю промышленного ландшафта отмечено 2 максимума их накопления - гумусовый и иллювиальный. Однако зависимость содержания тяжёлых металлов от органического углерода не выявлена (rтм < +0,10), что можно объяснить его антропогенным происхождением. Здесь часть органического углерода может быть представлена, например, компонентами нефти или сажей, не влияющими на аккумуляцию ТМ. Но на накопление свинца и цинка влияет содержание фосфат-ионов (rPb = +0,60, rZn = +0,89).
Таким образом, по суммарному показателю загрязнения, наибольший уровень техногенного воздействия отмечается в почвах селитебного ландшафта, загрязнённых в большей степени свинцом и цинком, основными источниками которых являются бытовой мусор, свалки, транспорт. Наименьший уровень техногенного загрязнения наблюдается в почвах промышленного ландшафта, здесь основными поллютантами, как и в селитебном, являются цинк и свинец. Значительно меньшее содержание ТМ в этом ландшафте можно объяснить более «молодым» его «возрастом», а значит и меньшим временем антропогенного воздействия. Основным загрязнителем лугового ландшафта является мышьяк, который вероятно накапливается в результате использования пестицидов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
- Летувнинкас А. И Антропогенные геохимические аномалии и природная среда: Учебное пособие. - 2-е изд. - Томск: Изд-во НТЛ, 2005. -290 с.
- Почва, город, экология / Под общ. ред. Г.В. Добровольского. - М.: Фонд «За экономическую грамотность», 1997. - 320 с.
- Природный комплекс большого города (ландшафтно-экологический анализ) / Э.Г. Коломыц, Г.С. Розенберг, О.В. Глебова. - М.: Наука; МАИК «Наука/Интерпериодика», 2000. - 286 с.
- Черных НА. Экологический мониторинг токсикантов в биосфере: Монография. М.: Изд-во РУДН, 2003.-560 с.
- Яшин И.М. Основы ландшафтоведения (эколого-геохимические аспекты). - М.: Изд-во МСХА, 2004.-212 с.
Работа представлена на Международный экологический форум «Экология большого города», 18-20 марта 2009 г., Санкт-Петербург. Поступила в редакцию 13.02.2009.