Русское географическое общество

Воронежский государственный университет

Центр гигиены и эпидемиологии в Воронежской области

Медико-экологический атлас города Воронежа

 

На главную

страницу

Содержание

атласа 

Экогеохимическая оценка состояния почвенного покрова

(pH, подвижная сера, хлориды, нитраты, бенз(а)пирен)

(описание к картам 12-17)

 

Экогеохимическая оценка городской среды – одна из актуальных проблем современной урбоэкологии [1, 3, 4, 7]. В городских ландшафтах техногенное воздействие на почвенный покров  проявляется повсеместно, а под влиянием факторов промышленного и транспортного воздействия формируются городские геохимические аномалии.

Объектом экогеохимических исследований является территория города Воронежа. Выбор точек обследования обусловлен расположением промышленных и транспортных функциональных зон.

Для организации мониторинговых наблюдений в функциональных зонах г. Воронежа были выбраны ключевые участки, равномерно-разряжено распределённые по городской территории. При выборе территории для исследования учитывались: интенсивность движения по основным и дублирующим магистралям, «зрелости» внутрисистемных связей природной составляющей и перспективы трансформации функциональных зон.

Естественные ненарушенные почвы города, слабо затронутые антропогенной деятельностью (черноземы суглинистые различной мощности и дерново-лесные песчаные и супесчаные), фрагментарно сохранились участках лесопарковых зон и на окраинах города [3]. По классификации основных типов антропогенно преобразованных почв, исследуемая территория представлена урбаноземом [2, 7].

Предметом исследования являлся приповерхностный слой почвы различных функциональных зон города [13], в котором определялись рH водной и солевой вытяжки, содержание легкорастворимых солей, нитратов. Смешанные пробы отбирались в теплое время года (июнь 2018 г. и август 2019 г.) на участках, относящихся к промышленным и транспортным функциональным зонам. Опробование проводилось из верхнего слоя почвы на всю глубину от 0 до 20 см.

Анализ отобранных образцов почвы выполнен на базе аттестованной эколого-аналитической лаборатории факультета географии, геоэкологии и туризма Воронежского государственного университета [5] по стандартным методикам. В качестве фоновых участков выбирались территории, испытывающие минимальную антропогенную нагрузку. Ими стали особо охраняемые природные территории (ООПТ) регионального значения: садово-парковые ландшафты «Сквер «Дубрава», «Алые паруса», «Танаис», «Сквер Мемориальный», «Парк «Оазис».

Кроме того осуществлен анализ содержания 3,4-бен(а)пирена в городских почвах. Количественный химический анализ отобранных образцов проведен на базе лаборатории Воронежского филиала ФГБУ «Центр лабораторного анализа и технических измерений по Центральному федеральному округу».

Извлечение бенз(а)пирена выполняли методом жидкостной экстракции, экстрагентом служил н-гексан. Метод измерения основан на экстракции бенз(а)пирена из почв с последующим концентрированием, очисткой на колоночной хроматографии и регистрацией сигнала с использованием флуоресцентного детектора («Флюорат-02-2М»). Дешифрирование хроматограмм осуществлялось автоматически с применением программного обеспечения «МультиХром для Windows XP» с учетом требований, установленных международным стандартом [6].

Установлено, что в результате антропогенной деятельности химические свойства почв города Воронежа трансформировались и характеризуются значительной неоднородностью (таблица 1).

В особых условиях сформирован почвенный покров промышленной и транспортной зон. Здесь значение кислотности находится под влиянием мощных техногенных факторов. В результате значения показателя рН_вод в этих зонах самые высокие (рН _вод > 7). Полученные результаты совпадают с данными других авторов о повышенной щелочности почв Воронежа [8]. Смещение реакции среды обусловлено воздействием на почвенный покров техногенных выбросов, содержащих в своём составе большое количество щелочных компонентов.

В почвах промышленных функциональных зон среднее значение величины рН равняется 7,2 ед. рН при диапазоне измеряемых значений от 6,65 до 8,15, т.е. реакция среды нейтральная.

При этом усредненные значения водородного показателя фоновых участков имеют кислую реакцию (рН _вод = 5,85).

 

Таблица 1

Величина рН_вод и среднее содержание легкорастворимых солей (мг/кг)

В поверхностном (0-20 см) слое почв города Воронежа

В почвах транспортных функциональных зон  среднее значение величины рН_вод равняется 7,39 при диапазоне измеряемых значений от 6,12 до 8,33;  происходит накопление легкорастворимых солей.

Основными источниками солей являются противогололёдные реагенты. В состав применяемых на территории города смесей входят соли, содержащие хлориды, а их большая часть попадает в почву в результате таяния снега. Длительное применение противогололёдных реагентов вредит растительному покрову прилегающих территорий, разрушает дорожное покрытие и вредит здоровью населения [8].

Вынос питательных элементов из почвы с продукцией приводит к разрушению минеральной и органической составляющих, ухудшает её плодородие. Городские почвы не используются для производства сельскохозяйственной продукции, и основной вынос питательных элементов происходит при ежегодной уборке опавшей листвы.

Необходимость уборки на территории города определяется функциональным назначением объектов озеленения. Так, газоны не очищенные от осеннего листопада, хуже переносят зиму и быстро деградируют. По санитарным нормам обязательна уборка листвы на территории больниц и детских учреждениях.

В городских парках, бульварах и на центральных улицах уборка листвы важна не только по эстетическим, но и экологическим причинам: все городские зеленые насаждения в течение вегетационного периода получают сложный комплекс загрязнителей из воздуха, в том числе соединений тяжелых металлов, бенз(а)пирена, серы и т.д.

В исторических и ландшафтных парках, зеленых насаждениях ведомственных территорий могут быть зоны с естественным почвообразованием и уборка здесь не целесообразна. Также уборка листвы не проводится в городских лесах и лесопарках. Почвы этих территорий лучше других концентрируют элемент питания - подвижную серу.

В целом территория города Воронежа отличается высокой обеспеченностью подвижной серы. Высокие значения содержания выявлены в различных функциональных зонах города, для которых характерно естественное почвообразование.

Наибольшие содержание подвижной серы (свыше 16 мг/кг) установлено в лесопарковой зоне на ул. Ломоносова, в парке «Алые паруса» и районе мемориала «Песчаный лог». Среди всех промышленных функциональных зон высокими содержаниями подвижной серы отличаются ПФЗ «ТЭЦ-1» и «ТЭЦ-2».

К недостаточно обеспеченным подвижной серой (содержание менее 6 мг/кг) относятся урбаноземы, супесчаные и луговые почвы  левобережья города. Они занимают менее 14 % от всех исследованных почвенных образцов.

Содержание солей в почве города неоднородно. В промышленных функциональных зонах накопленные количества сульфатов и хлоридов незначительно превышают фоновые значения. В почвах транспортных функциональных зон концентрации солей отличаются большими значениями.

Основным источником сульфатов в почве города является образующаяся в результате сгорания серосодержащего топлива серная кислота. При  поступлении в почву может вызывать нежелательное увеличение почвенной кислотности.

Для промышленных функциональных зон установлена слабая корреляционная связь между величиной рН_вод и содержанием сульфатов (r=0,47) .

Наибольшие концентрации хлоридов характерны для транспортных функциональных зон. Содержания максимальны в почвах вблизи Чернавского моста, Вогрэссовского моста, Адмиралтейской площади, железнодорожного вокзала «Воронеж – Курский», железнодорожного вокзала «Придача», ул. 45 Стрелковой дивизии, ул. Матросова.

Городские техногенные аномалии нитратов в почве связаны с промышленными функциональными зонами: «ТЭЦ-1», «ТЭЦ-2», очистные сооружения «РВК-Воронеж» и «ЛОС», завод «ТМП», район нефтебазы «Терминал», «Стальмост», «ВАСО».

Определение значений плотного остатка позволяет определять степень деградации почв (таблица 2).

Таблица 2

Деградация почв промышленных (ПФЗ) и транспортных (ТФЗ)

функциональных зон города Воронежа

Аномалии с наибольшим содержанием плотного остатка (0,51%) характерны для почв транспортных функциональных зон на пересечении улицы Степана Разина и проспекта Революции, а также на участке «Аллеи Славы» на Московском проспекте.

Содержание нитратов в почвах города имеет мелкоочаговые проявления, а основные «очаги» сосредоточены в промышленном правобережье и на северной окраине города в зоне сельскохозяйственного пригородного освоения, которое может провоцировать поступление органики в почвенные горизонты.

При анализе концентраций в почве бенз(а)пирена отмечено, что его содержание в почвах варьирует в широких пределах от 0,005 до 0,36 мг/кг, в среднем составляя 0,023 мг/кг.

Расчет коэффициентов опасности показал, что в 27 % почвенных проб наблюдается превышение ПДК: 10 % проб характеризуется как слабо загрязненные, 10 % – сильно загрязненные и 3 % – очень сильно загрязненные. Наиболее загрязнены почвы, расположенные в непосредственной близости от крупных улиц и автомагистралей (таблица  3).

 

Таблица 3

Содержание бенз(а)пирена (мг/кг)

в почвах функциональных зон города Воронежа

* ПФЗ – промышленные функциональные зоны, ТФЗ – транспортные, СФЗ – селитебные, РФЗ – рекреационные.

 

Максимальные значения ПАУ обнаружены в квартале, ограниченном улицей Еремеева, Московский проспект и переулок Мельничный. Таким образом, выявленный эпицентр загрязнения на пересечении улиц Плехановская - Донбасская сместился вдоль Московского проспекта в сторону источников выделения 3,4-бенз(а)пирена: ПФЗ «Янтарь» и стоянки маневровых локомотивов железной дороги.

Вероятно, что максимальное значение ПАУ связано с многолетним сжиганием органических видов топлива: дизельного топлива для маневровых локомотивов и древесины для копчения сыров, подогрева воды в водонагревательных узлах («Титан») пассажирских вагонов.

Повышенные концентрации бенз(а)пирена обнаруживаются вблизи пересечения улично-дорожной сети: ул. Лебедева и Кулибина, ул. Полины Осипенко и Раисы Беляевой, ул. Димитрова и Илюшина, ул. Матросова и Краснознаменной, ул. Беговая и Московского проспекта. 

В некоторых районах наблюдается воздействие железнодорожного транспорта и его инфраструктуры. В районе железнодорожного моста и локомотивного депо «Отрожка» установлено превышение ПДК по бенз(а)пирену в 3,1 раза. 

Оценивая общий вклад углеводородов в загрязнение почв Воронежа в каждой из точек отбора проб, можно констатировать что пиковые вклады в загрязнение Воронежа бенз(а)пиреном приходятся на центр города, железнодорожные объекты и окрестность Воронежской ТЭЦ-1.

По результатам выполненных исследований можно сделать следующие выводы.

1. Антропогенное воздействие на почвы города привело к их деградации и формированию локальных геохимических аномалий. Основными техногенными источниками, воздействующими на экологическое состояние почв города Воронежа в поверхностных горизонтах, являются предприятия теплоэнергетики, железнодорожный и автомобильный транспорт. Дополнительно функциональная структура города в сочетании с ландшафтно-геохимическими условиями относится к важным факторам, определяющим уровень техногенного воздействия на почву.

3. Применение противогололедных реагентов способствует развитию антропогенного засоления и подщелачивания, а также общей деградации почв. Деградация почв транспортных функциональных зон выражается в неспособности к биодеградации нефтяных загрязнений и самовосстановлению.

2. Минимальные содержания бенз(а)пирена характерны для почв с более благоприятным водно-воздушным режимом, способствующим ускоренному разложению ПАУ.

3 Опасный уровень загрязнения характерен  для почв промышленных и транспортных функциональных зон города. Углеводородное загрязнение почв города существенно различается по компонентам.

4 Благоприятный водно-воздушным режим в почвах рекреационных и селитебных функциональных зон способствует ускоренному разложению бенз(а)пирена.

5.Распределение бенз(а)пирена в поверхностных горизонтах городских почв характеризуется наличием его техногенных аномалий с контрастностью до 18 значений ПДК.

6 Уровень загрязнения городских почв ПАУ контролируется функциональной принадлежностью территории, которая определяет уровень техногенной нагрузки. Степень загрязнения бенз(а)пиреном почв различных зон г. Воронежа увеличивается в ряду: рекреационная - селитебная - промышленная - транспортная зона.

 

Литература

 

1. Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов / М.А. Глазовская. – М.: Географический ф-т МГУ. – 2007. – 350 с.

2. Дабахов М.В. Особенности техногенной трансформации почв Нижнего Новгорода / М.В. Дабахов, Е.В. Дабахова, В.И. Титова // Агрохимический вестник. – 2011. – № 2. – С. 21-23.

3. Интегральная экологическая оценка состояния городской среды / С.А. Куролап, О.В. Клепиков, П.М. Виноградов и др.; под общ. ред. С. А. Куролапа, О. В. Клепикова. – Воронеж: Изд-во «Научная книга», 2015. – 232 с.

4. Касимов Н.С., Борисенко Е.Н. Становление и развитие учения о геохимических барьерах / Н.С. Касимов, Е.Н. Борисенко // Геохимические барьеры в зоне гепергенеза. - Москва, 2002. – С. 6-37.

5. Методы экологических исследований: учеб. пособие для вузов / Н.В. Каверина, Т.И. Прожорина, Е.Ю. Иванова и др. – Воронеж: Изд-во «Научная книга», 2019. – 355 с.

6. ПНД Ф 16.1:2:2.2:2.3:3.39-03. Методика выполнения измерений массовой доли бенз(а)пирена в пробах почв, грунтов, твердых отходов, донных отложений методом ВЭЖХ.

7. Середа Л.О. Эколого-геохимическая оценка техногенного загрязнения почвенного покрова промышленных городов / Л.О. Середа, С.А. Куролап, Л.А. Яблонских. – Воронеж: Изд-во «Научная книга», 2018. – 196 с.