Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

ОСОБЕННОСТИ КУМУЛЯЦИИ И МИГРАЦИИ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ I КЛАССА ОПАСНОСТИ В ПОЧВАХ УРБОЛАНДШАФТОВ Г. АРХАНГЕЛЬСКА

Попова Л.Ф., Пилюгина М.В.

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:

  1. Летувнинкас А. И Антропогенные геохимические аномалии и природная среда: Учебное пособие. - 2-е изд. - Томск: Изд-во НТЛ, 2005. -290 с.
  2. Почва, город, экология / Под общ. ред. Г.В. Добровольского. - М.: Фонд «За экономическую грамотность», 1997. - 320 с.
  3. Природный комплекс большого города (ландшафтно-экологический анализ) / Э.Г. Коломыц, Г.С. Розенберг, О.В. Глебова. - М.: Наука; МАИК «Наука/Интерпериодика», 2000. - 286 с.
  4. Черных НА. Экологический мониторинг токсикантов в биосфере: Монография. М.: Изд-во РУДН, 2003.-560 с.
  5. 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.


Библиографическая ссылка

Попова Л.Ф., Пилюгина М.В. ОСОБЕННОСТИ КУМУЛЯЦИИ И МИГРАЦИИ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ I КЛАССА ОПАСНОСТИ В ПОЧВАХ УРБОЛАНДШАФТОВ Г. АРХАНГЕЛЬСКА // Фундаментальные исследования. – 2009. – № 4. – С. 86-88;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=4577 (дата обращения: 17.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074