Оценка загрязнения почв тяжелыми металлами в зависимости от удаленности автодорог



Почва является наиболее объективным и стабильным индикатором антропогенного загрязнения, в отличие от воздуха и воды. Почва может отражать более точный уровень загрязняющих веществ и их распределение. В статье рассмотрены закономерности содержание подвижных форм тяжелых металлов на различном расстоянии от автомагистрали в сравнении с ПДК. Показано, что верхний слой почв, прилегающих к автомагистрали, загрязнен тяжелыми металлами в количествах близких и превышающих предельно допустимые концентрации, что указывает на негативное влияние выбросов автомобильного транспорта.

Ключевые слова: почвенный покров, загрязнение почв, тяжелые металлы, цинк.

Загрязнение почвенного покрова в крупных городах является одной из основных проблем охраны окружающей среды. Почва является наиболее объективным и стабильным индикатором антропогенного загрязнения, в отличие от воздуха и воды [1]. Почва может отражать более точный уровень загрязняющих веществ и их распределение. Одним из сильнейших по действию и наиболее распространенным химическим загрязнителем являются тяжелые металлы [2, 3].

Транспортный комплекс в настоящее время является одним из мощных источников загрязнения окружающей среды. Наибольший вклад в загрязнения города Алматы вносит автотранспорт, выбросы которого составляют более 80 % [4, 5].

Так статистические данные Казгидромета о состоянии окружающей среды показывают увеличение выбросов в атмосферу загрязняющих веществ от передвижных источников по сравнению с предыдущими годами [6]. Это связано, с одной стороны, с увеличением количества транспортных средств в городе, с другой, говорит о необходимости более тщательно контролировать их техническое состояние. Так по данным комитета по статистики МНЭ РК общий объем легковых автомобилей в городе составляет 456 966 штук (весна 2017г), при этом автомобили в возрасте старше 10 лет составили 60 % от общего объема автопарка страны [7].

Такой рост автотранспорта, в городе провоцирует пробки, стоя в которых автомобили резко увеличивают выброс в атмосферный воздух загрязняющих веществ, что в свою очередь приводит к увеличению выбросов в атмосферу различных тяжелых металлов и тем самым к ухудшению качества почв [8,9].

В связи с этим возникла необходимость оценить состояние проблемы загрязнения почвенного покрова в крупнейшем городе Казахстана, который развивается особенно стремительно.

Целью данного исследования является оценка уровня загрязнения почв города Алматы, в зависимости от места расположения от основных дорог. При этом были поставлены задачи, сравнить различные территории на содержания тяжелых металлов и определить среднее содержание в верхнем 10 см слое почвы.

Материалы и методы исследования

Объектом исследования является состояние загрязнения почв города Алматы. Основными методами исследования выбраны физико-статистический, сравнительно — аналитический, математическая обработка эмпирических данных.

В качестве исходных данных использовались материалы по загрязнению почв городов Казахстана за 2013 -2015гг и 2017–2018гг [6].

Результаты исследования

В зависимости от загруженности участка улицы разными видами автотранспорта, расположения промышленных предприятий, источников теплосети, магистральных улиц, рельефа территории и т. д., выделены стационарные точки наблюдения города. Представленные пункты являются центром мониторинга загрязнения природной среды: парковая зона КазНУ; АХБК; проспект Абая и проспект Сейфулина (автомагистраль); ВАЗ; роща Баумана; Аэропорт; мкр-н Дорожник.

Необходимо отметить, что к числу приоритетных загрязнителей атмосферы, поступающих в городскую среду с отработавшими газами автомобилей, относится свинец. Как правило его добавляют в низкокачественный бензин для повышения качества, а как известно тетраэтил (метил) свинец представляет опасность для здоровья человека. Такой бензин называют «этилированным», в других странах его точное название leaded gasoline (бензин, содержащий свинец) [10,11].

По различным оценкам в результате сжигания жидкого топлива в атмосферу выбрасывается от 180 до 260 тысяч тонн свинцовых частиц, а этот показатель намного превосходит естественное поступление свинца, например при извержении вулканов.

Такой высокоактивный свинец хорошо «впитывается» в почву вдоль основных дорог, попадая в дальнейшем в растения [8].

Рассмотрим, какова закономерность распространения свинца по районам города Алматы [12], за период с 2013–2015 гг (рис. 1).

Рис. 1. Содержания свинца (в мг/кг) в различных регионах города за 2013–2015 гг.

Так из рисунка 1 видно, что в 2013г на всех постах уровень содержания свинца в почвах выше по сравнению с 2014 и 2015гг. Исключение составляет посты № 6 и 7, где уровень свинца, наоборот, с каждым годом растет.

Поскольку главным источником свинца, является автотранспорт, работающий на бензине, то наиболее высокий уровень загрязнения приходится на посты под номером 3 и 4 [12].

При дальнейшем изучении содержания тяжелых металлов в отобранных образцах почвы, прилегающей вдоль автомагистралей, показало следующие концентрации (рис 2,3).

Так как наиболее загрязнёнными оказались посты № 3 и 4, было интересно проследить изменение концентрации цинка, свинца и меди в почвенных образцах непосредственно от дороги и на расстоянии 50 и100 метров.

Рис. 2.Содержание подвижных форм тяжелых металлов на различном расстоянии от автомагистрали в сравнении с ПДК на посту № 3

В результате полученных данных выявлено, что содержание тяжелых металлов в отобранных образцах почвы, очень высоко и находится выше допустимых концентраций. Так количество свинца у дороги в точке 3 и 4 превышало ПДК почти в 3 раза, с последующим понижением до 42 мг/кг. Изменение концентраций содержания свинца мало изменяется в зависимости от времени года, так как главный его источник автотранспорт [13].

Если обратиться к цинку, то его содержание в почвах несколько ниже и на расстоянии 100 м от дороги практически не превышает ПДК. Загрязнение почв таким тяжелым металлом как медь, также вызывает опасение, при ПДК со значение 3, концентрация меди может достигать до 9 мг/кг.

Кроме того, если сравнивать посты на точках 3 и 4, то можно наблюдать разницу в концентрации тяжёлых металлов и их степени содержания в зависимости от удаления автодороги. Так пост № 3 находится в центре города на пересечении улиц Сейфулина и Абая, где в течении суток проходит огромный поток автомашин. Поэтому и концентрации всех исследуемых тяжёлых металлов значи-тельно выше. Но при удалении от дороги на расстояние 50 и 100 м, наблюдается последовательное снижение данных загрязнителей. На посту № 4, который находится в районе ВАЗа, концентрации всех исследуемых ТМ значительно ниже, но при удалении от дороги на расстояние 50 метров, не происходит значительного снижения, а в некоторых случаях как с цинком и свинцом наблюдается незначительное повышение. Скорее всего это связано с тем, что пост № 4 находится в нижней части города, где тяжёлые металлы с талыми водами смываются в более низкие участки от магистрали. Известно, что подвижные формы тяжелых металлов быстро мигрируют и хорошо переносятся поверхностными водами [14–15].

Заключение

Присутствие в почвах высоких концентраций тяжелых металлов ярко отражает степень техногенного загрязнения урбанизированной территории. Проведенные исследования показали, что верхний слой почвы, находящийся ближе к автодорогам, загрязнен тяжелыми металлами, которые превышает предельно допустимые концентрации.

Самыми загрязненными районами, ПДК которых превышает допустимые нормы, являются регион ВАЗа, и перекресток улиц Абая и Сейфулина, где наблюдается высокая проходимость автотранспорта.

В результате исследования выявлена определенная закономерность в распределении тяжелых металлов в зависимости от расстояния до источника загрязенения. Так концентрации некоторых ТМ на посту № 4, несколько повысились при удалении от дороги в отличии от поста № 3, где идет закономерное снижение концентраций.

Литература:

1. Алексеев Ю. В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. Л.: Агропром-издат, 1987. 142с
2. Бычинский В. А. Экологическая геохимия: тяжелые металлы в почвах в зоне влияния промышленного города / В. А. Бычинский, Н. В. Вашукевич. — Иркутск: Изд-во Иркутского Государственного университета, 2009. — 160 с.
3. Добровольский Г. В., Никитин Е. Д. Экология почв. Учение об экологических функциях почв. — М: МГУ, 2006. — 268 с.
4. Комплексная программа по снижению загрязнения окружающей среды города Алматы на 2009–2018 годы.:Утверждена Решением XVII-й сессии Маслихата города Алматы IV-го созыва от 24.04.2009. № 187. — Алматы, 2009.
5. Статистический сборник // Транспорт и связь в Республике Казахстан за 2006–2010 гг. — Астана, 2011.
6. Информационный бюллетень о состоянии окружающей среды Республики Казахстан за 2013–2015 г // Министерство охраны окружающей среды Республики Казахстан, Казгидромет. — Алматы, 2013–2015.
7. Комитет по статистике МНЭ РК https://zero.kz/catalog/64741_sait-komiteta-po-statistike-mne-rk
8. Давыдова С. Л., Тагасов В. И. Нефть и нефтепродукты в окружающей среде: Учеб. пособие. М.: Изд-во РУДН, 2004. 163 с
9. Кочеткова К. В., Фаизов Р. Р., Коровина Е. В., Давыдова О. А., Гусева И. Т. Эколого-химические аспекты техногенного воздействия на почвенный покров урбанизированных территорий // сборник материалов 50-й научно-технической конференции «Вузовская наука в современных условиях» . — Ульяновск: УлГТУ, 2016. — В 3 ч. Ч.3.– С 11–13.
10. [10]. Сотникова М. В. Анализ и прогнозирование выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от автотранспортного комплекса // Экология и промышленность России. 2008. Июль. С. 29–31.
11. [11]. Xiuxia Li Distribution of the heavy metal in urban soils // Journal of Chemical and Pharmaceutical Research, 2014, 6(6):2260–2263
12. [12]. Даулбаева А. Н. Динамика распределение свинца в почвах города Алматы // Вестник КазНИТУ. 2016. № 6 (118) С. 400–403
13. Chen, T. et. al. (2005) Assessment of heavy metal pollution in surface soils of urban parks in Beijing, China. Chemosphere, 60, 542–551.
14. Rizo, O. D. et al. (2011) Assessment of heavy metal pollution in urban soils of Havana city, Cuba. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 87, 414–419. Doi: 10.1007/s00128–011–0378–9
15. Manta, D. S. et al. (2002) Heavy metals in urban soils: a case study from the city of Palermo (Sicily), Italy. Science of the Total Environment, 300, 229–243