Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние промышленных предприятий и транспорта на содержание тяжелых металлов в почвах Правобережья г. Ульяновска

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Влияние промышленных предприятий и транспорта на содержание тяжелых металлов в почвах Правобережья г. Ульяновска"

На правах рукописи

Аванесян Наринэ Мельсиковна

ВЛИЯНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ И ТРАНСПОРТА НА СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ ПРАВОБЕРЕЖЬЯ

Г. УЛЬЯНОВСКА

Специальность: 03.02.08 - экология (биология)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

5 К:0Н 2014

005549464

Ульяновск - 2014

005549464

Работа выполнена на кафедре биологии, экологии и природопользования в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ульяновский государственный университет» Научный руководитель: Горбачев Владимир Николаевич

доктор биологических наук, профессор Официальные Тихомирова Елена Ивановна

оппоненты: доктор биологических наук, профессор ФГБОУ ВПО

«Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.», кафедра экологии, заведующая кафедрой Подольская Зоя Владимировна

кандидат химических наук, ФНПЦ ОАО «Научно -производственное объединение «Марс», отдел охраны труда и техники безопасности, ведущий инженер по охране окружающей среды

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия им. П.А. Столыпина», г. Ульяновск

Защита состоится «27» июня 2014 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.278.07 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ульяновский государственный университет» по адресу: г. Ульяновск, ул. Набережная реки Свияги, 106, корп.1, ауд.703.

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке Ульяновского государственного университета, на сайте ВУЗа http://www.ppo.ulsu.ru и на сайте Высшей аттестационной комиссии при Министерстве образования и науки Российской Федерации - http://vak.ed.gov.ru

Отзывы на автореферат направлять по адресу: 432017, г. Ульяновск, ул. Л. Толстого, 42, Ульяновский государств енный университет, Отдел послевузовского и профессионального образования.

Автореферат разослан г-£__2014 г.

Ученый секретарь /л

диссертационного совета, (J

кандидат биологических наук, доцент ^Jticeet^ с в цантелеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Урбанизация привела к формированию искусственных экосистем - природно-антропогенных территориальных комплексов (ПАТК), для которых характерно нарушение естественных связей между различными её компонентами, замена естественного режима функционирования на искусственно обусловленный. ПАТК необходимо рассматривать как целостную систему, для которой характерно специфическое взаимодействие всех природных и антропогенных компонентов окружающей среды. Среди этих компонентов почва является базовой составляющей, обеспечивая продуктивность данной системы и её биоразнообразие (Методические указания..., 2003).

Во многих регионах техногенное загрязнение почв достигло достаточно высокого уровня, чтобы представлять серьезную опасность для человека. Особенно сильное техногенное воздействие испытывают территории, прилегающие к крупным промышленным производствам. Как правило, любые техногенные явления и процессы, происходящие в пределах непосредственного воздействия промышленных производств, быстро отражаются на состоянии экосистем в целом. В сложившейся к настоящему времени системе природопользования функции почв изменились: почва стала приемником загрязненного поверхностного стока с территорий городов и промышленных зон (Обухов, Лепнева, 1989; Орлов и др., 1996; Шихова, 1997; Ермаков, 2003).

Загрязнение почв при любом характере использования территории прямо или косвенно формирует экологические условия обитания человека. В этой связи имеет большое значение выявление количественных характеристик миграции в природной среде техногенных тяжелых металлов (ТМ), в виде катионов активно сорбирующихся почвами, а также механизмов и форм их трансформации (Золотарева, 1994).

Главные промышленные источники загрязнения размещены, как правило, в городах, поэтому в Декларации МОП, принятой на 15 Международном конгрессе почвоведов (г. Акапулько, Мексика) в 1994 г., к числу приоритетных направлений отнесено изучение экологической обстановки на городских территориях (Декларация МОП..., 1995).

Сложность функциональной организации городской территории обуславливает необходимость комплексного анализа ее природной организации и хозяйственного использования.

Таким образом, оценка современного экологического состояния городских территорий под влиянием промышленных предприятий и транспорта является в настоящее время актуальной и своевременной задачей, решение которой позволит прогнозировать изменение геохимического и экологического состояния разных в функциональном отношении городских территорий (селитебные, промышленные, рекреационные) и служить основой для их рационального использования.

Цель работы: провести исследование влияния промышленных предприятий и транспорта на содержание тяжелых металлов в почвах Правобережья города Ульяновска.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: 1. Проанализировать существующие данные и материалы на тему влияния промышленных предприятий и транспорта на содержание тяжелых металлов в городских почвах.

2. Изучить пространственное размещение структурно-функциональных объектов Правобережья г. Ульяновска: промзоны (основных предприятий), селитебных зон, зеленых зон (парков).

3. Исследовать пространственные особенности содержания валовых и подвижных форм тяжелых металлов в почвах городской территории.

4. Составить карты-схемы уровня загрязнения почв кадмием, медью, цинком, свинцом применительно к структурно-функциональным объектам.

Научная новизна.

1. Впервые изучено влияние предприятий и транспорта на экологическое состояние почв Правобережья г. Ульяновска.

2. Исследовано соотношение подвижных и валовых форм тяжелых металлов в почвах г. Ульяновска, приуроченных к территориям с разной функциональной организацией (рекреационные, промышленные, селитебные) и подверженных разной степени антропогенной нагрузки.

3. Впервые составлены карты-схемы содержания тяжелых металлов (медь, цинк, свинец, кадмий) в почвах Правобережья.

Положения, выносимые на защиту:

1. Дифференциация промышленных структурно-функциональных объектов по уровню загрязнения почв тяжелыми металлами.

2. Соотношение подвижных и валовых форм тяжелых металлов в почвах города.

3. Карты-схемы содержания подвижных форм меди, цинка, кадмия и свинца в почвах г. Ульяновска.

Практическая значимость работы. Результаты исследований вошли в атлас геоэкологических опасностей городов Среднего и Нижнего Поволжья.

Материалы исследования используются: при чтении лекций в Ульяновском государственном университете по дисциплинам: экология урбанизированных территорий, патология почв, антропогенные почвы и экологический мониторинг земель. Также могут быть использованы: для экологического мониторинга и прогнозирования изменения эколого-геохимического состояния городской территории с учетом дифференциации на пространственно-функциональные зоны; для оценки влияния техногенных факторов на прилегающие территории города; при озеленении территории г. Ульяновска; при планировании городской территории; для разработки мероприятий по улучшению экологической обстановки.

Апробация работы. Основные положения диссертации были представлены и обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава УлГТУ (2007-2009), на 2-ой Международной научно-технической конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов» ЕЬРГГ 2005 (Тольятти, 2005), на первом Международном экологическом конгрессе (3-й Международной научно-технической конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов» ЕЬРГГ 2007) (Тольятти, 2007), на III Международной научно-практической конференции «Урбоэкосистемы: проблемы и перспективы развития» (Ишим, 2008), на 1-й Международной научно-практической конференции «Проблемы безопасности жизнедеятельности и промышленной экологии» (Ульяновск, 2007), на 1-й конференции молодых ученых медико-биологической секции Поволжской ассоциации государственных университетов (Ульяновск, 2007), а также на Всероссийской научной конференции II Ковалевские молодежные чтения на тему «Почва как базовый компонент наземных экосистем» (Новосибирск, 2013).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 научных работ, 3 из которых в изданиях рекомендованных ВАК РФ.

Личный вклад автора. Автор принимал непосредственное участие в постановке темы, разработке программы исследований, отборе почвенных образцов. Автором проведены лабораторные анализы, обработка и интерпретация полученных данных. Под руководством автора выполнены эколого-геохимические исследования в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы, ГК № П308 от 06 мая 2010 г.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация изложена на 147 страницах машинописного текста, состоит из введения, 4 глав, выводов и перечня условных обозначений, включает 16 рисунков, 10 таблиц и 13 приложений. Список литературы включает 212 наименований, в том числе 28 зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи работы, перечислены основные результаты исследований, приведена структура диссертации.

Глава 1. Обзор литературы

Представлен обзор отечественной и зарубежной литературы по влиянию промышленных предприятий и транспорта на экологическое состояние почвенного покрова городских территорий.

Глава 2. Объекты и методы исследований

Объектами исследования стали почвы Правобережной части города Ульяновска, относящиеся к зонам разной функциональной организации города и находящиеся под разной степенью антропогенной нагрузки. В Правобережье выделяют три административных района (северо-центральная часть города - Ленинский район, юго-восточная часть между р. Волгой и р. Свиягой - Железнодорожный район и западная часть города за р. Свиягой - Засвияжский район). Территория города расположена в лесостепной зоне. Почвенный покров в Правобережной части г. Ульяновска представлен следующими типами почв: в северной части серыми (Л2) и темно-серыми лесными (Л3), в западной и южной - черноземами выщелоченными (Чв), оподзоленными (Ч011) и темно-серыми лесными, в средней части вдоль р. Свияги -аллювиальными дерновыми насыщенными карбонатными (Акн).

Отбор проб проводился в селитебных, промышленных и парковых зонах (парк Победы, парк Юности, парк Винновская роща, парк Молодежный, экологический парк Черное озеро), а также вдоль автодорог. В качестве фоновых образцов были выбраны участки особо охраняемых природных территорий местного значения, испытывающие на момент проведения исследований минимальное техногенное воздействие. Пробы почв отбирались в летне-осенний период с двух глубин 0-5 и 525 см методом конверта. Отбор и подготовка проб почв для химического анализа проводились в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02-84, 17.4.3.01-83. Всего было заложено 84 площадки и отобрано 420 образцов почвы.

Аналитическая обработка материалов проводилась по общепринятым методикам (Аринушкина, 1970). Валовое содержание ТМ в почвах - методом химического разложения (Методические указания..., 1992), подвижные формы - в соответствии с

РД 52.18.289 - 90. Концентрации ионов ТМ в вытяжках проводили методом атомно-абсорбционной спектрометрии.

По результатам проведенных анализов составлены карты-схемы содержания тяжелых металлов в почве с помощью программы GeoLinc 2.0. Результаты анализов обрабатывались с помощью программы Microsoft Excel с вычислением среднего арифметического значения и доверительного интервала.

Глава 3. Экологические условия г. Ульяновска

В главе дана эколого-географическая характеристика территории г. Ульяновска, описание физико-географических, климатических условий, растительности и поверхностных вод.

Глава 4. Экологическое состояние почв г. Ульяновска

Оценка показателей общего геоэкологического состояния почв города.

Геоэкологическое состояние территории определяется уровнем геохимического загрязнения депонирующих сред, одними из которых являются почвы. Определение показателей геохимического состояния городских почв позволяет выявить приоритетные загрязнители, приуроченные к различным участкам городской территории. Как показали результаты исследований, рН почвы изученных участков изменяется от близкой к нейтральной до щелочной. Не выявлено достоверных различий кислотно-щелочных свойств почв изучаемых территорий (рН) как для разных глубин, с которых были отобраны образцы, так и для почв разных районов города.

Почвенный поглощающий комплекс насыщен обменными кальцием и магнием. Различий между насыщением обменными основаниями почвы на глубине 0-5 см и 5-25 см, а так же различий между их содержанием в почвах разных районов города не было выявлено. Данный факт объясняется сложной природно-функциональной организацией города и одновременным влиянием большого количества антропогенных факторов на всю территорию города, а соответственно и на отдельные депонирующие среды, к которым относится и городская почва.

Как показали результаты исследования, почвы города содержат среднее количество гумуса (3,7 %). Достоверных различий между содержанием гумуса на глубине 0-5 см и 5-25 см выявлено не было.

Результаты исследования почв парковых территорий показали, что по показателям химического состояния почвы близки к своим природным аналогам, то есть химические свойства почв претерпели незначительные изменения под действием антропогенной нагрузки. Почвы исследованных парков имеют реакцию среды от слабощелочной до щелочной в слое почвы 0-5 см и от нейтральной до щелочной в слое почвы 5-25 см. Почвы полностью насыщены обменными кальцием и магнием.

В почвах всех районов города в незначительном количестве присутствуют бикарбонаты, сульфаты и хлориды.

Содержание тяжелых металлов в почвах. Выявлены существенные отличия содержания подвижных и валовых форм ТМ на различных участках городской территории и разную степень антропогенного загрязнения, а также позволило определить приоритетные элементы-загрязнители, приуроченные к различным в функциональном отношении участкам городской территории. Наибольшую антропогенную нагрузку с максимальной аккумуляцией ТМ испытывают территории,

непосредственно примыкающие к крупным промышленным объектам и автомобильным дорогам (Горбачев, Аванесян, 2008). Приоритетными загрязнителями на территории города являются пыль, летучие органические соединения, оксиды азота, серы, углерода, твердые отходы. В табл. 1 представлены результаты определения валовых форм ТМ на участках городской территории, испытывающих наибольшую антропогенную нагрузку и характеризующихся превышением ПДК. Основными характеристиками, определяющими уровень загрязнения почв, являются степень трансформации и расположение почв относительно источников выбросов. Кроме этого, содержание ТМ в почвах во многом определяется и ветровым режимом.

Исследование содержания валовых форм ТМ в почвах города показало, что практически на всей территории Правобережья г. Ульяновска наблюдается превышение ПДК. По шкале Н.А. Черных (1995) проведена дифференциация загрязнения ТМ структурно-функциональных объектов: 1 класс 1-2 ПДК неудовлетворительная ситуация: промзона Московского шоссе, ОАО «Контактор» ул. Октябрьская - по цинку, вдоль автодороги садовых товариществ им. Карамзина - по кадмию. 2-3 ПДК является чрезвычайно опасным: ОАО «Контактор», промзона Московского шоссе, промзона Урицкого, ОАО «Автодетальсервис» - по свинцу, ЖБИ-1 - по цинку. При >3 ПДК ситуация катастрофическая: ОАО «Утес», КбЖД, ТЭЦ-1, ул. Октябрьская, ЖБИ-1 - по свинцу. Загрязнение ТМ 2 класса опасности >10 ПДК - ситуация катастрофическая: ОАО «Контактор» - по меди.

На отдельных участках городской территории, наиболее подверженных антропогенному воздействию (промышленные предприятия, перекрестки, автозаправочные станции, автостоянки и д.р.), накопление ТМ в поверхностном слое почвы происходит намного интенсивнее.

Таким образом, при высокой сорбционной способности городских почв загрязняющие вещества постепенно накапливаются в почве, превращая её в один из наиболее загрязненных объектов городской системы.

На территории Ленинского района расположены в основном мелкие предприятия, что связано с особенностями существующей застройки старого города, которая позволяет создавать только небольшие производственные участки. В районе есть лишь одна крупная производственная зона по ул. Урицкого. В Ленинском районе также расположены такие крупные предприятия, как ОАО «Контактор», ОАО «Утес», ОАО «Искра», которые значительно влияют на загрязнение городских почв ТМ. Предприятия ОАО «Контактор» и ОАО «Утес» расположены в центральной части города и окружены жилой зоной.

В Железнодорожном районе самые крупные источники загрязнения почв расположены по ул. Локомотивной и по проспекту Гая (табл. 1). Это такие предприятия, как ОАО «Волжские моторы», Ульяновское отделение КбЖД и др.

В Засвияжском районе расположено большое число мелких и средних предприятий (ОАО «Автодетальсервис», ТЭЦ-1 и др.), но особенно крупной здесь является промзона в районе Московского шоссе, где расположены такие предприятия, как ОАО «Ульяновский автомобильный завод», «Механический завод», Ульяновский завод тяжелых станков, ООО УНП «Вторчермет» и др.

Наиболее загрязненными в Ульяновске являются территории в зонах действия предприятий: по Си, Ъх\, РЬ - ОАО «Контактор»; по Си, Хп и Сс1 - садовые товарищества им. Карамзина; по Ъл и РЬ - промзона Московского шоссе; по Си и РЬ -ОАО «Утес» и частный сектор (4-й микрорайон); по РЬ - промзона по ул. Урицкого, Волжские моторы, ОАО «Автодеталь сервис», ТЭЦ-1, КБЖД (табл.1).

При расчете коэффициента опасности (Ко), по отношению к ПДК, характеризующая степень отрицательного воздействия предприятий на прилегающие территории была выявлена следующая закономерность (0-5 см);

по Си; ОАО Контактор > Октябрьская > Садовые товарищества, 4-й микрорайон > Волжские моторы > Утес > КбЖД, промзона Урицкого > промзона Московское шоссе > ТЭЦ-1, ЖБИ-1, ОАО «Автодетальсервис»;

по Ъа\ ЖБИ-1 > промзона Московское шоссе > Садовые товарищества им. Карамзина > ОАО Контактор > Октябрьская, 4-й микрорайон > ТЭЦ-1, ОАО «Автодетальсервис» > Утес > КбЖД > промзона Урицкого, ОАО «Волжские моторы»;

по РЬ: Утес > КбЖД > 4-й микрорайон > Октябрьская > ТЭЦ-1, ЖБИ-1 > промзона Московское шоссе > ОАО Контактор > ОАО «Автодетальсервис» > промзона Урицкого > Садовые товарищества им. Карамзина > ОАО «Волжские моторы»;

по С«1: Садовые товарищества им. Карамзина. Наиболее опасные предприятия по загрязнению Си и РЬ - ОАО Контактор, Ъп - ЖБИ-1, РЬ - Утес, 4-й микрорайон, ТЭЦ-1, ЖБИ-1, ОАО Контактор, С<1 — Садовые товарищества им. Карамзина.

В отношении количества стационарных источников загрязнения на единицу территории лидирует Засвияжский район (42,6%), второе место занимает Железнодорожный район (18%) и меньше всего источников расположено в Ленинском районе (9,1%)* (Голунков и др, 2004).

Накопление ТМ можно оценить по коэффициенту концентрации элементов относительно зонального фона (участки особо охраняемых природных территорий местного значения). Данные, приведенные в табл. 2, показывают отклонения содержания ТМ и позволяют оценить вклад промышленных предприятий в загрязнение городских почв. Расчет производился для каждой структурно-функциональной организации территории.

Практически все исследованные участки характеризуются повышенным содержанием ТМ. Содержание подвижных форм в процентном отношении от валовых колеблется в зависимости от глубины и разных в структурно-функциональном отношении зон г. Ульяновска: промышленных, селитебных, парковых. Содержание тяжелых металлов на глубине 0-5 см колеблется от 40 до 82 % подвижных форм. На глубине 5-25 см содержание составляет 42 - 87 % (рис. 1).

Непосредственно после выброса в атмосферу большая часть ТМ находится, как правило, в нерастворимых формах. Соотношение растворимых и нерастворимых форм зависит не только от природы конкретного металла и производственного цикла источника загрязнения (промышленного предприятия), но и от химического и дисперсного состава самих промышленных выбросов. Миграционная способность металлов зависит от множества факторов: рН среды, свойств почвенно-поглощающего комплекса, химической природы ионов, климатических факторов и веществ способных изменять электрохимические потенциалы.

На рис. 2 и 3 представлены концентрации подвижных форм ТМ в почвах парковых зон г. Ульяновска. Распространению выбросов промышленных предприятий города способствует преобладающее направление ветра, что отражается в распределении металлов в почвенном покрове городской территории.

" Общая сумма процентов менее 100%, так как не указан процент источников загрязнения Заволжского района г. Ульяновска (30,3%).

Таблица 1

Содержание валовых форм ТМ в почвах наиболее загрязненных участков __городской территории_

Наименование (и/или местоположение) объекта п Си, мг/кг Хп, мг/кг РЬ, мг/кг С<1, мг/кг

ЗАО «Контактор» 20 655,38±0,03 103,94±0,02 115,40±0,02 110,40±0,02 81,73±0,02 84,59±0,02 0,85±0.01 1,73±0,01

ОАО «Утёс» 20 36.08±0.01 332,89±0,01 66,58±0,02 67,50±0,02 143,70±0,02 56,17±0,02 0,49±0.01 0,58±0,01

Московское шоссе, промзона 60 27,72±0.02 29,46±0,02 163,39±0,02 219,93±0,03 85,76±0,07 78,48±0,08 0,38±0,01 0,45±0,01

Ульяновское отделение КбЖД 20 34,73±0.03 13,56±0,01 49.78±0,02 39,82±0,03 129,29±0,06 91,40±0,08 1.39±0.01 0,28±0,01

ТЭЦ-1 40 20.26±0.02 16,01±0,02 73,67±0,02 56,01±0,02 97,66±0,10 43,39±0,02 0,32±0,01 0,20±0,01

Ул. Октябрьская 20 151,08±0,03 24,38±0,03 85,85±0.02 69,71±0,01 115,39±0,02 305,50±0,02 0,29±0.01 0,47±0,01

ЖБИ-1 20 23.75±0.03 43,72±0,03 185,69±0,02 238,40±0,02 98,43±0.02 56,81±0,04 0,22±0.01 0,29±0,01

Ул. Урицкого, промзона 10 33,60±0.02 35,01±0,01 46.70±0.03 43,70±0,04 61,34±0,01 85,15±0,02 0,34±0.01 0,25±0,01

ОАО «Волжские моторы» 20 65,90±0,02 28,47±0,03 45.22±0.02 50,05±0,02 22.38±0.09 48,48±0,06 0,14±0,01 0,29±0,01

ОАО «Автодетальсервис» 20 20,6±0,01 13,67±0,02 76,21±0.02 42,59±0,01 71,49±0,07 25,76±0,07 0,37±0,01 0,29±0,01

Садовые товарищества ул. Карамзина (вдоль автодороги) 20 73,5±0,02 23,9±0,06 119,5±0.02 51,75±0,02 43,35±0,02 9,79±0,02 4,46±0,08 1,13±0,01

4-й микрорайон (частный сектор) 20 76,28±0,02 40,99±0,03 83,35±0,02 51,70^0,02 121,15±0,09 205,23±0,09 0,26±0.01 0,24±0,01

ПДК, мг/кг 55,0 85,0 30,0 3,0

Примечание: в числителе указаны значения для глубины 0-5 см, в знаменателе - для глубины 5-25 см, полужирным выделены концентрации превышающие ПДК, п -количество образцов почвы.

Как видно из приведенных рисунков (рис. 2, 3), концентрация подвижных форм ТМ в почвах парковой зоны колеблется в достаточно широких пределах как на глубине 0-5 см, так и на глубине 5-25 см. Несмотря на то, что парки находятся в городской черте вблизи к промышленным предприятиям, они остаются самыми незначительно загрязненными территориями, чего нельзя сказать о промышленных и селитебных зонах.

Таблица 2

Элементный состав геохимических аномалий в почвах г. Ульяновска

Территориальная Состав аномалий с

принадлежность участка коэффициентом концентраций

по отношению к местному фону

Ленинский район

Автодороги Си6,9 - 2П12 - РЬ14 - С(1] 4

Си4 5 - ТП\ п - РЬ2.5 - Сс12.7

Промзона Си2.5-2п,.о-РЬ,.2

Си7,4 -ЪЪ\2~ РЬ2,2

Селитебная зона Си) 4 — Сё]_5

С111.3 - Zn¡л - РЬ| 4 - С(1] 5

Железнодорожный район

Автодороги Си4,2 - гп,,2 - РЬ4,2 - С(18,з5

Сии-гп1А-РЬ2,,-Сд2.1

Промзона Си.б-РЬ,.,

Си,.6-РЬи

Селитебная зона Сиз,4 - 2П1,0 - РЬ7,з - Сс1],2

Си2.5 - гп,,2 - РЬ6.0 - Сф.о

Засвияжский район

Автодороги Си 1,6 - - рь4,9

Си^б-гпз.т-РЬз.т-Сс!,.;

Промзона Сии - 2п5.з - РЬ4,6 - С(11,0

Сиз^-гпт.о-РЬьб-Сф.б

Селитебная зона Сиг.з-гп^-РЬг.г-Сс!,.,

Си],5 - гт11,9 - РЬб.о - Сф,5

Примечание: в числителе указаны значения для глубины 0-5 см, в знаменателе - для глубины 5-25 см.

По результатам исследования содержания подвижных форм тяжелых металлов в почвах города Ульяновска составлены карты-схемы, показывающие результаты оценки геохимического состояния данной территории. По содержанию подвижных форм ТМ выделены зоны с разным уровнем загрязнения почв городской территории.

Как показали результаты исследований, почвы города повсеместно содержат подвижный свинец (рис. 4, 5), концентрация которого на исследованных глубинах превышает установленные нормативы (ПДК 6,0 мг/кг). Превышение содержания свинца в почвах города составляет: на глубине 0-5 см 1,1-28,2 ПДК; на глубине 525 см 1,1-17,7 ПДК.

Результаты исследований также свидетельствуют о том, что площадь почвы, загрязненной подвижным свинцом на глубине 0-5 см, превосходит площадь, загрязненную металлом на глубине 5-25 см (рис. 4,5). В целом наблюдается неравномерность распределения металла в верхнем гумусовом слое почв.

Ленинский район

Засвияжский район

100

Си гп РЬ Сс! Глубина 0 - 5 см

Глубина 5-25 см

Железнодорожный район

си гп РЬ се)

Глубина 0 - 5 см

Глубина 5-25 см

0 Пром зона □ Селитебная зона

Щ Парковая зона

Рис. 1. Соотношение подвижных и валовых форм тяжелых металлов в почве

г. Ульяновска

Особенно выражена неравномерность распределения свинца в почвах, приуроченных к разным в функциональном отношении участкам городской территории (жилая зона, промышленная территория, рекреация и т.д.). Анализ парковых территорий г. Ульяновска показал, что почвы парков незначительно загрязнены свинцом, содержание которого превышает ПДК.

Среднее содержание подвижного свинца в почвах парков составило: на глубине 0-5 см: - 12,99 мг/кг; на глубине 5-25 см - 8,80 мг/кг. Повсеместное загрязнение почв города свинцом объясняется поступлением этого элемента в окружающую среду автотранспортом.

Рис.2. Содержание подвижных форм ТМ в почве парковых зон г. Ульяновска на

глубине 0-5 см

и свинец ■ цинк

■ медь

■ кадмий

Парк Победы Парк Юности Парк Винновская роща Винновская роща (лес) Парк Молодежный ПДК ТМ в почве

■ кадмий ■ медь ш свинец ■ цинк Парк Победы Парк Юности Парк Винновская роща Винновская роща (лес) Парк Молодежный ПДК ТМ в почве

Максимальное накопление подвижного кадмия наблюдается в верхнем горизонте почв (0-5 см) (рис. 6). На территории города выявлены участки, на которых содержание подвижного кадмия превышает ПДК (0,5 мг/кг). Данные территории приурочены к участкам, где расположены крупные промышленные предприятия. В Ленинском районе - это территории, прилегающие к ОАО «Контактор», в Железнодорожном районе - садовые товарищества им. Карамзина (вдоль автодорог), Ульяновское отделение КбЖД. Причем в Железнодорожном районе превышение ПДК подвижного кадмия отмечается в основном в верхнем горизонте почвы на глубине 0-5 см. В Засвияжском районе не было выявлено почв, содержащих подвижный кадмий выше ПДК как на глубине 0-5 см, так и на глубине 5-25 см (рис. 6, 7). Концентрация подвижного кадмия в загрязненных почвах превышает в среднем в 1,4-7,2 ПДК.

В пробах почвы, отобранных на парковых территориях Правобережья г. Ульяновска, содержание подвижного кадмия не превышало ПДК и составило: на глубине 0-5 см - 0,20 мг/кг, на глубине 5-25 см - 0,239 мг/кг. Таким образом, парковые территории г. Ульяновска не являются загрязненными подвижным кадмием.

Практически все почвы города Ульяновска содержат подвижную медь выше ПДК (3 мг/кг) как на глубине 0-5 см, так и на глубине 5-25 см, что говорит о загрязненности городских почв данным элементом (рис. 8, 9). Отмечаются незначительные по площади участки городской территории, где содержание меди в почвах не превышает ПДК (парки, жилые зоны).

В целом, в почвах города содержание подвижной меди колеблется в очень широких пределах: в горизонте 0-5 см - от 2,5 мг/кг (что ниже ПДК) до 62,1 мг/кг (что превышает ПДК в 20,7 раза), в горизонте 5-25 см - от 4,12 мг/кг (что превышает ПДК в 1,37 раза) до 114,9 мг/кг (что превышает ПДК в 38,3 раза).

Максимальный уровень загрязнения почв подвижной медью наблюдается в Ленинском районе города и приурочен к территориям, расположенным вблизи таких крупных предприятий, как ОАО «Контактор» и ОАО «Утес». В Железнодорожном районе максимальное содержание подвижной меди наблюдается на участках, приближенных к Ульяновскому отделению КбЖД, ОАО «Волжские моторы», садовым товариществам им. Карамзина (вдоль автодорог). В Засвияжском районе максимальные уровни накопления меди в почвах фиксируются на участках, приближенных к ОАО «Гидроаппарат», УЗТС (Ульяновский завод тяжелых станков), ЖБИ-1 (промзона на Московском шоссе).

За исключением ОАО «Контактор» и ОАО «Утес», все остальные указанные предприятия относятся к территориям крупных промышленных зон города, где расположены и другие средние и крупные предприятия, которые загрязняют почвы подвижными формами меди.

На распространенность выбросов промышленных предприятий большое влияние оказывают преобладающие направления ветра. В городе Ульяновске это юго-западное направление, что отчетливо прослеживается в картах-схемах уровней содержания и распространения ионов металлов в почвенном покрове.

Исследование территорий парков правобережья г. Ульяновска показало, что почвы содержат подвижную медь в концентрациях, превышающих установленные нормативы.

Карта содержания подвижной формы свинца в почве (глубина 0-5 см) на территории г. Ульяновска Масштаб 1 : 60 ООО

№1 (.2 0.Э 0.6 0.) 0 1.2 2.4 3.« И.1

гинский-раиан

госк

Условные обозначения бласти распространения одвижной формы свинца (мгЛг) почве (глубина 0-5 см) менее 6 6-15 15-30

вш 30 -50

■■ 50 и более • Точки отбора проб почв □ Предприятия А Заправки /V Дороги

Железные дором /Ч/ Реки

Границ^! города

Гинский рай зн

ТЭЦ-Г

|й район ^

□ Кож.комбинат

□ Волханкаб -<46 А НефтебазаЬ

,1о.82

Карта содержания подвижной формы свинца в почве (глубина 5-25 см)| на территории г. Ульяновска Масштаб 1 : 60 ООО 11.1 1.2 0.9 0.6 0.3 0 1.2 2.4 3.6 Ш

37.48 58.59 »

Условные обозначения Эбласти распространения юдвижной формы свинца (мг/Кг) I почве (глубина 5-25 см) менее 6 6-15 15-30 р 30-50 ■ШВ 50 и более

• Точки отбора проб почв

0 Предприятия

1 Заправки /Чл" Дороги

Железные дороги Реки

. "Ч^"' Границы города_

Карта содержания подвижной формы кадмия в почве (глубина 0-5 см) на территории г. Ульяновска Масштаб 1 : 60 ООО

11.1 1.2 0.3 0.6 0.3 0 1.2 2.4 3.6 №1

Гинскии район

> ТЭЦ-1 ".2

¡асвияжский район □

п 072

УАЗ А*тодеталь<

. . 0-313 \ 0.243 к------•

Условные обозначения рбласти распространения подвижной формы кадмия (мпкг) б почве (глубина 0-5 см)

менее 0,5 ; 0,5-1,5

ЯВШ 1,5-2.5 ■■ 2,5 - 3,5 ¡^■1 3,5 и более

• Точки отбора проб почв О Предприятия Д Заправки Дороги

Железные дороги Реки

I ^ЧУ Границы города

& □ Волжанка • 0-12^ ефтеба5;

>0.046 1

нее--

ГОСК

Карта содержания подвижной формы кадмия в почве (глубина 5-25 см) на территории г. Ульяновска Масштаб 1 : 60 ООО

№1 1.2 0.9 0.6 0.3 О 12 2.4 5.6 №

гинскии район

5 ТЭЦ-1 1.142

¡асвияжский район ^

йз Автодетэльсер

к . 0.129 / \ 0.187 А-;--_--•/»:

Ф 0.280

К? 40__

Мэторн!

Условные обозначения области распространения подвижной формы кадмия (мгАг) в почве (глубина 5 - 25 см)

менее 0,5 ■■ °.5 -1

более 1 • Точки отбора проб почв □ Предприятия Д Заправки

Дороги

Железные дороги

Реки

Границы города

¡но^орожьыи район

□ Волжанка. 111А 7Ъ.089Не<Ие6азэЬ *

Г0СК

Карта содержания подвижной формы меди б почве (глубина 0-5 см) на территории г. Ульяновска Масштаб 1 : 60 ООО

Ш I.: 0.9 0.6 0.3 О 1.2 2.4 3.5 ш

Гинскии район

Д ТЭЦ-1 45 66 1

¡асвияжский район ]

йз Алтодеталь сер > ис

. 15.65 ( Л \ 8.56 А-- „ , АГ"—

Условные обозначения Области распространения подвижной формы меди (мгЛсг) в почв С; (глубина 0-5 см)

К 50 и более • Точки отбора проб почв О Предприятия А Заправки Дороги

Железные дороги Реки

УЧУ Границы города_

Карта с о держания подвижной формы меди в почве (тубина 5-25 см] на территории г. Ульяновска I

Масштаб 1 : 60 ООО

>1.1 I.! 0.3 О.е 0.3 О 1.2 2.4 3.« Ш

Гинскии район

У тэц-1 в.;

¡асвияжский район в □ о^*

УЯЗ А* то деталь;

. . 6.18 / X 7.14 А-.--- •

Условные обозначения

Области распространения подвижной формы меди (мгЛсг) в почве (глубина 5-25 см)

1ел1зн<ш>рож1 ыи раио|

ШШ 15-30 ШШ 30 - 50 ■■I 50 и более • Точки отбора проб почв О Предприятия А Заправки Дорога

Железные дорога /\/ Реки

УЧУ Границы города_

госк

Рис. 9. Карта-схема содержания подвижной меди в почвах Правобережья г. Ульяновска на глубине 5-25 см 19

Среднее содержание подвижной меди в почвах парков составило: на глубине 0-5 см -5,67 мг/кг; на глубине 5-25 см - 5,69 мг/кг. Повышенное содержание меди в почвах парков можно объяснить их близким расположением относительно крупных и средних промышленных предприятий города и автомобильных дорог.

Так как медь является одним из наименее подвижных в почве элементов, ее доступность растениям во многом зависит от процессов адсорбции и комплексообразования. Практически все минералы почв способны адсорбировать ионы меди. При рН 7-8 растворимость меди понижается, что способствует снижению подвижности меди в почвах и её аккумуляции и слабой миграции металла по профилю почвы. Это в свою очередь представляет опасность для растений, так как исследованные глубины являются корнеобитаемым слоем для большинства растений.

Таким образом, в условиях природно-техногенной организации г. Ульяновска свойства почв и факторы среды (в том числе и антропогенные) способствуют накоплению меди в почвах города.

Результаты проведенных исследований показали, что на территории города имеются аномалии, выраженные в содержании высокой концентрации подвижного цинка и значительном превышении ПДК (23 мг/кг) как на глубине 0-5 см, так и на глубине 5-25 см. Также были выявлены участки городской территории, где содержание цинка в почвах не превышает установленных нормативов. В целом превышение ПДК цинка в почвах города составляет: до 2,5 раза на глубине 0-5см и до 2,4 раз на глубине 5-25 см (рис. 10, 11).

Наименее загрязненными подвижным цинком оказались почвы Железнодорожного района (превышение наблюдается на прилегающих к территории таких крупных предприятий как ОАО «Волжские моторы» и ул. Железнодорожная, которая находится рядом со старым вокзалом). Также менее загрязненными являются почвы северо-западной части Ленинского района (превышение наблюдается у окрестностей предприятий ОАО «Контактор, ОАО «Утес»).

Почвы на территории Засвияжского района практически повсеместно загрязнены подвижным цинком. Наиболее загрязненные участки городской территории приурочены к окрестностям таких предприятий как ОАО «УАЗ», ЖБИ-1, ОАО «Гидроаппарат», ОАО «Автодетальсервис».

Почвы города Ульяновска имеют близкую к нейтральной и слабощелочную реакцию среды, среднее содержание гумуса, что способствует накоплению цинка в верхних гумусированных горизонтах почвы, несмотря на большую подвижность цинка по сравнению с другими ТМ. Растворимость и доступность цинка увеличивается только в области высоких значений рН вследствие образования растворимых цинк-органических комплексов и комплексных анионных форм цинк.

Анализ парковых территорий г. Ульяновска показал, что почвы парков не загрязнены подвижным цинком. Среднее содержание подвижного цинка в почвах парков составило: на глубине 0-5 см - 16,91 мг/кг, на глубине 5-25 см - 15,54 мг/кг. Но следует заметить, что почвы парка «Юность» содержат цинк в концентрациях, незначительно превышающих установленный норматив: на глубине 0-5 см -29,69 мг/кг, на глубине 5-25 см - 23,63 мг/кг.

Таким образом, основными характеристиками, определяющими степень загрязнения почв, являются степень трансформации, во многом определяемая особенностями использования, то есть территории городского ландшафта, и расположение почв относительно источников выбросов.

Карта содержания подвижной формы цинка в почве (глубина 0 ■ на территории г. Ульяновска Масштаб 1 : 60 ООО

Ш 1.2 0.9 О.е 0.3 0 1.2 2.4 3.6 №1

5 см)

НВ 55 и более • Точки отбора проб почв □ Предприятия к Заправки /'Ч/' Дороги

Железные дороги /Ч/ Реки

.^ЧУ Границы города_

Условные обозначения Области распространения подвижной формы ц^нка (мгЛ<г) в почве (глубина 0-5 см) менее 23

Карта содержания подвижной формы цинка в почве (глубина 5 - 25 см) на территории г. Ульяновска Масштаб 1 : 60 ООО

Ш 1.2 0.9 0.« 0.3 0 1.2 2.4 3.6 Ш

Условные обозначения Области распространения подвижной формы цинка (мгЛ<г) в почве (глубина 5-25 см) менее 23 23-30 30-40 ШвШ 40-55 ■■I 55 и более • Точки отбора проб почв □ Предприятия Д Заправки Дороги

Железные дороги /V Реки

А/ Грп»-У".>:-------

По результатам исследования содержания подвижных форм металлов в почвах города можно сделать вывод, что для изученных почв характерна медно-свинцово-цинковая геохимическая спецификация.

Выводы

1. Загрязнение почв города Ульяновска тяжелыми металлами связано в основном с их аэрогенным поступлением. Наиболее загрязненными оказались почвы промышленных зон и промышленных узлов, участки территорий, примыкающие к крупным автомобильным дорогам с интенсивным движением транспорта, а также жилые зоны, располагающиеся рядом с промышленными предприятиями.

2. Городские почвы характеризуются близкой к нейтральной и щелочной реакцией среды, почвы насыщены обменными кальцием и магнием, содержание гумуса — среднее. Почвы города являются в основном слабозасоленными (в Ленинском районе - не засоленными), тип засоления - хлоридный.

3. Выявлено, что практически на всей территории Правобережья г. Ульяновска наблюдается превышение ПДК валового свинца в 1,1-10,4 раза. На некоторых участках городской территории отмечается превышение ПДК валовых форм меди в 1,2-11,9 раза и цинка в 1,02-2,8 раза. Содержание валового кадмия в почвах города превышает ПДК в 1,5 раза.

4. Установлено, что для почв г. Ульяновска характерна медно-свинцово-цинковая геохимическая спецификация. Максимально наблюдаемое загрязнение почв подвижным кадмием составило до 1,4-7,2 ПДК (садовые товарищества им. Карамзина (вдоль автодорог), Ульяновское отделение КбЖД), подвижной медью до 20,7-38,3 ПДК (ОАО «Контактор», ОАО «Утес», на участках, приближенных к Ульяновскому отделению КбЖД, ОАО «Волжские моторы», садовые товарищества им. Карамзина (вдоль автодорог), ОАО «Гидроаппарат», УЗТС (Ульяновский завод тяжелых станков), ЖБИ-1), подвижным свинцом до 17,728,2 ПДК (повсеместно), подвижным цинком до 2,4-2,5 ПДК (ОАО «УАЗ», ЖБИ-1, ОАО «Гидроаппарат», ОАО «Автодетальсервис»). Почвы парковых территорий города не загрязнены подвижными кадмием и цинком, но содержание подвижной меди в них превышает ПДК в 1,9 раза, а свинца в 1,5-2,2 раза.

5. Составлены карты-схемы по содержанию ТМ по Правобережью г. Ульяновска, которые включают в себя 2 промзоны (Засвияжскую и Южную), 3 промузла, а также предприятия расположенные отдельно в жилой застройке, селитебную зону, автодороги.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в журналах, рекомендованных ВАК РФ:

1. Мхитарян (Аванесян) Н.М. Экологическая обстановка территориальных комплексов (на примере г. Ульяновска) // Изв. Самарского научного центра РАН. - 2005. - Т. 2. - С. 315 - 317.

2. Горбачев В.Н. Содержание тяжелых металлов в почвах г. Ульяновска / В.Н. Горбачев, Н.М. Аванесян // Безопасность жизнедеятельности. - 2008. -№ 3. - С. 30-33.

3. Завальцева O.A. Комплексная оценка эколого-геохимического состояния территории / O.A. Завальцева, Л.В. Коновалова, Н.М. Аванесян // Экология и промышленность России. - 2012. - Февраль. - С. 55 - 59.

Публикации в других изданиях:

4. Мхитарян (Аванесян) Н.М Законодательство о деятельности в экологической сфере // Материалы научного семинара: «Управление и обеспечение экологической безопасности на предприятиях Ульяновской области». -Ульяновск: УлГТУ,2006. - С. 28 - 33.

5. Аванесян Н.М. Оценка эколого-геохимического состояния городской территории / Н.М. Аванесян, O.A. Завальцева // Материалы I конференции молодых ученых медико-биологической секции Поволжской ассоциации государственных университетов. - Ульяновск: УлГТУ, 2007. - С. 86 - 87.

6. Аванесян Н.М. Исследование распределения тяжелый металлов в почвах промышленных районов правобережья г. Ульяновска / Н.М. Аванесян, В.Н. Горбачев // I Международный экологический конгресс: «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов ELPIT - 2007». - Тольятти, 2007. - Т. 1. - С. 141 - 145.

7. Аванесян Н.М. Загрязнение тяжелыми металлами почв Засвияжского района г. Ульяновска //41 НТК УлГТУ: «Вузовская наука в современных условиях». -Ульяновск:, 2007. - С. 159.

8. Аванесян. Н.М. Загрязнение почв тяжелыми металлами промышленных районов г. Ульяновска / Н.М. Аванесян, В.Н. Горбачев // I Международная конференция: «Проблемы безопасности жизнедеятельности и промышленной экологии». - Ульяновск: УлГТУ, 2007. - С. 16 - 18.

9. Горбачев В.Н. Проблема загрязнения почв тяжелыми металлами в г. Ульяновске / В.Н. Горбачев, Н.М. Аванесян, O.A. Завальцева // 42 НТК УлГТУ. - Ульяновск: УлГТУ, 2008. - С. 160.

10. Аванесян Н.М. Экологическое состояние почв и растений г. Ульяновска / Н.М. Аванесян, O.A. Завальцева // Материалы III международной научно-практической конференции: Урбоэкосистемы: проблемы и перспективы развития. - Ишим, 2008. - С. 65 - 67.

11. Аванесян Н.М. Исследование эколого-геохимического состояния почв г. Ульяновска // 43 НТК УлГТУ: «Вузовская наука в современных условиях». -Ульяновск: УлГТУ, 2009. - С. 156.

12. Завальцева O.A. Оценка современного экологического состояния почв города Ульяновска / O.A. Завальцева, ЖА. Антонова, Н.М. Аванесян // II Ковалевские молодежные чтения: «Почва как базовый компонент наземных экосистем». — Новосибирск: изд-во «Окарина», 2013. - С. 156 - 158.

13. Завальцева O.A. Проблема засоления почвы урбанизированных территорий (на примере города Ульяновска) / O.A. Завальцева, Н.М. Аванесян, Ж.А. Антонова // Региональный экомониторинг. - 2013. - № 2. - С. 32 - 37.

ООО «Арт-бюро». Адрес: 432017, ул. Федерации, д. 25. ИНН 7325041316 Тираж 120 экз. 2014 г.

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Аванесян, Наринэ Мельсиковна, Ульяновск

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФФЕСИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

04201460047

На правах рукописи

Аванесян Наринэ Мельсиковна

С

ВЛИЯНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ И ТРАНСПОРТА НА СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ ПРАВОБЕРЕЖЬЯ

Г. УЛЬЯНОВСКА

Специальность: 03.02.08 - экология (биология)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель доктор биологических наук, профессор В.Н. Горбачёв

Ульяновск - 2014

Оглавление

. Список^используемых сокращений...................................................................3

1 »Г'! г,»

Введение...^...............................................................................................................4

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ..........................................................................^..9"

1.1 Городская система и почвы (Современное состояние проблемы

загрязнения городских почв тяжелыми металлами).....................................9

| ' • 1,*Чг

1.2 ГеохИ!Ййч^ские особенности содержания и поведения тяжелых металлов в почвах...............................................................................................18

1.3 Нормирование содержания тяжелых металлов в почвах.....................26

1.4 Влияние тяжелых металлов на живые организмы................................30

2. ОБЪЯТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ............................................37

2.1 Почвенный покров Правобережья г. Ульяновска и виды землепользования города.................................................................................37 -

2.2 Территория исследования и основные источники техногенного воздействия на окружающую среду г. Ульяновска......................................38

2.3 Обггёк1гы й методы исследования...............................................................46

3. ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ Г. УЛЬЯНОВСКА.......50

3.1 Климатические условия...............................................................................50

3.2 Растительность......................................................................53

3.3 Поверхностные воды....................................................................................54

ч ! )

4. ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВ...............................................56

4.1 Оценка показателей общего геоэкологического состояния почв -города.....................................................................................................................56

4.2 Состав водной вытяжки городских почв.................................................63

4.3 СоАёр^свдше тяжелых металлов в почвах города............................66

Выводы..................................................Ошибка! Закладка не определена,107;

Литература..........................................................................................................109

ПРИЛОЖЕНИЯ.................................................................................................131

м | * Список используемых сокращений

ПДК - предельно-допустимая концентрация;

ОДК - ориентировочно допустимая концентрация;

ООПТ п- оЬоб^ охраняемая природная территория;

ПАТК - природно-антропогенный территориальный комплекс;

ППК - почвенный поглощающий комплекс;

ТМ - тяжелые металлы; ' ' ! 1

МОП - международная организация почвоведов; рН- показатель кислотно-основных свойств почв; ЕЬ - окислительно-восстановительный потенциал почв; - влаЬкнр<л>, %.

< Введение

. • V'!?*

1 I

1 4 1

Актуальность темы. Урбанизация привела к формированию искусственных экосистем - природно-антропогенных территориальных комплексов (ПАТК), для которых характерно нарушение естественных связей Цёкйу* различными её компонентами, замена естественного режима функционирования на искусственно обусловленный. ПАТК необходимо рассматривать как целостную систему, для которой характерно специфическое взаимодействие всех природных и антропогенных

компонентов окружающей среды. Среди этих компонентов почва является

ч ' 1! ' I

базовой составляющей, обеспечивая продуктивность системы и её биоразнообразие (Методические указания..., 2003). :

В настоящее время во многих регионах техногенное загрязнение почв достигло достаточно высокого уровня, чтобы представлять серьезную опасности- <дАя человека. Особенно сильное техногенное воздействие испытывают территории, прилегающие к крупным промышленным производствам. Как правило, любые техногенные явления и процессы, происходящие в пределах непосредственного воздействия промышленных йроизйёй,с,тв, , быстро отражаются на состоянии экосистем в целом. В сложившейся к настоящему времени системе природопользования функции почв изменились: почва стала приемником загрязненного поверхностного стока с территорий городов и промышленных зон (Обухов, Лепнева, 1989; Орлов II др., 1996; Шихова, 1997; Ермаков, 2003).

«Металлический пресс» на биосферу, обусловленный хозяйственной деятельностью человека, может вызвать техногенные геохимические, аномалии, размеры которых будут постоянно увеличиваться по мере того, как будут возрастать масштабы и интенсивность хозяйственной деятельности ЛЮДей'{]Цексрев, 1987).

I

Загрязнение почв при любом характере использования территории

I г

прямо или косвенно формирует экологические условия обитания человека. В

этой связй ' имеет большое значение выявление количественных характеристик миграции в природной среде техногенных тяжелых металлов;, имеющих катионную природу и активно сорбирующихся почвами, а также

механизмов и форм их трансформации (Золотарева, 1994).

• 1 "' »"V

, В '.на^трящее время загрязнение почв, растений и вод химическими элементами в крупных городах, и их окрестностях стало одной из наиболее актуальных экологических проблем. Главные промышленные источники загрязнения размещены, как правило, в городах, поэтому в Декларации МОП,

принятой на 15 Международном конгрессе почвоведов (г. Акапулько,

| Г. 5

Мексика) в 1994 г., к числу приоритетных направлений отнесено изучение экологической обстановки на городских территориях (Декларация МОП..., 1995).

Сложность функциональной организации городской территории обуславЛиЫеТ необходимость комплексного подхода и анализа её природной организации и хозяйственного использования.

Таким образом, оценка современного экологического состояния городских территорий под влиянием промышленных предприятий и транспйртр является в настоящее время актуальной и своевременной задачей, решение которой позволит прогнозировать изменение геохимического и экологического состояния разных в функциональном отношении городских1 территорий (селитебные, промышленные, рекреационные) и служить основой для их рационального использования.

< Цель' ! работы: провести исследование влияния промышленных предприятий и транспорта на содержание тяжелых металлов в почвах. Правобережья города Ульяновска.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: ' 1. ■ Проанализировать существующие данные и материалы на тему влияния промышленных предприятий и транспорта на содержание тяжелых металлов в городских почвах. " *'

2. Изучить пространственное размещение структурно-функциональных объектов на Правобережье г. Ульяновска: промзоны (основных предприятий), селитебных зон, зеленых зон (парков). 1 3. Йфл^дрвръ пространственные особенности содержания валовых и

подвижных форм тяжелых металлов в почвах городской территории.

/

4. Составить карты-схемы уровня загрязнения почв кадмием, медью, цинком, свинцом применительно к структурно-функциональным объектам. Научная новизна.

1. Впервые изучено влияние предприятий и транспорта - на экологическое состояние почв Правобережья г. Ульяновска.

2. Исследовано соотношение подвижных и валовых форм тяжелых металлЬв р »почвах г. Ульяновска, приуроченных к территориям с разной функциональной организацией (рекреационные, промышленные, селитебные) и подверженных разной степени антропогенной нагрузки.

3. Впервые составлены карты-схемы содержания тяжелых металлов

(медь, 1щнк, свинец, кадмий) в почвах Правобережья.

' ■ ! >

Положения, выносимые на защиту:

1. Дифференциация промышленных структурно-функциональных объектов по уровню загрязнения почв ТМ.

2. Соотношение подвижных и валовых форм тяжелых металлов в почвах

ГОрбД&. ■ ;

3. Карты-схемы содержания подвижных форм меди, цинка, кадмия и свинца в почвах г. Ульяновска.

Практическая значимость работы. Результаты исследований вошли в атлас геоэкологических опасностей городов Среднего и Нижнего Поволжья. Материалы исследования используются: - при чтении лекций в Ульяновском государственном университете по> дисциплинам: экология урбанизированных территорий, патология почв, антропогенные почвы, экологический мониторинг земель.

Также могут быть использованы:

- для экологического мониторинга и прогнозирования изменения экоЛогсьг^о^им ического состояния городской территории с учетом дифференциации её на пространственно-функциональные зоны;

- для оценки влияния техногенных факторов на природное окружение* * города;

- при озеленении территории г. Ульяновска, а также при планировании

I •

городской^ территории;

- для разработки мероприятий по улучшению экологической обстановки в городе.

Апробация работы. Основные положения диссертации были

преДСтав'Лрцы и обсуждались на ежегодных научно-технических

1 т '

конференциях профессорско-преподавательского состава УГТУ (2007-2009), на 2-ой Международной научно-технической конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов» ЕЬР1Т , 2005 (Тольятти, 2005), на первом международном экологическом конгрессе'(3-й Международной научно-технической конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов» ЕЬР1Т 2007) (Тольятти, 2007), на III международной научно-практической конференции «Урбоэкосистемы: проблемы и перспективы |зазвит^я>х (Ишим, 2008), на 1-й международной научно-практической конференции «Проблемы безопасности жизнедеятельности и промышленной экологии» (Ульяновск, 2007), на 1-й конференции молодых ученых медико-биологической секции Поволжской ассоциации государственных университетов (Ульяновск, 2007) и на всероссийской научной конференции II Ковалевские молодежные чтения на тему «Почва как базовый компонент наземных экосистем» (Новосибирск, 2013).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 научных работ, 3 из которых в изданиях рекомендованных ВАК РФ

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация изложена на Д47 страницах машинописного текста, состоит из введения, 4 глав, выводе^! й перечня условных обозначений; включает 16 рисунков, 10 таблиц и 13 приложений. Список литературы включает 212 наименований, в том числе 28 зарубежных авторов.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

! ' 1 .;<;-

,Чч

1.1. Городская система и почвы (Современное состояние проблемы

I [

загрязнения городских почв тяжелыми металлами)

, , Качество окружающей среды определяется соотношением двух

5 ' I Г » ■

составляющих: естественной емкостью ассимиляционного потенциала окружающей природной среды и уровнем антропогенной нагрузки на нее. Их баланс указывает на рациональное использование ассимиляционного потенциала (Шефер, 2001).

В ' 'результате техногенеза биосферы, связанного с высокой технофильностью некоторых химических элементов и другими антропогенными факторами, резко меняются локальные циклы ряда элементов с существенным преобразованием живого вещества. При этом

прослеживается четкая взаимосвязь между циклами макро- и « ^ *

I 1 »

микроэлементов, влиянием антропогенных факторов (Ермаков, 2003).

Города представляют собой специфические участки земной коры, где человек оказывает на неё наибольшее инженерное воздействие, и,

следовательно, территория каждого города представляет собой по существу

1 "

«сгусток» !ноосферы (Сергеев, 1978).

Городские территории характеризуются максимальными антропогенными нагрузками и одновременно отличаются высокими концентрациями реципиентов, включая человека. Значительные изменения

природной организации территории и преобладание на ней хозяйственных

" I ' I

функций определяют особенности геоэкологических оценок города и необходимость поликомпонентного изучения территории (Заиканов; Минакова, 2008).

Города полностью разрушают исходные природные комплексы. В городсйсщ ! ландшафте объединяются отрасли косвенного природопользования: обрабатывающая промышленность, теплоэнергетика,

трййспЭДуг^ бытовая деятельность населения - использующие природу как пространственный базис и место складирования или выброса отходов. Вместе с тем поддерживается определенное соотношение застроенных и заасфальтированных участков с элементами природного ландшафта (парки, скверы, газоны, водные объекты и т.п.) (Беляев, 2007).

Урботеш^огенез как разновидность преобразования территории для целей компактного проживания человека сопровождается не только геохимической трансформацией природных систем. Важным свойством урботехногенеза и его отличием от других видов техногенного вмешательства в геосферу является взаимодействие искусственных сложных технических комплексов как между собой, так и с теми изменениями среды, которые обусловлены совместной эволюцией человека, техники и исходной геосистемы (Волков, 2003).

Процессы урбанизации приводят к формированию природно-антропЬгеНнь1х комплексов, которые необходимо рассматривать как целостную систему. Для неё характерно специфическое взаимодействие всех природных и антропогенных компонентов окружающей среды, из которых почва является базовой составляющей, а преобладающим фактором почвообразования становится антропогенное воздействие, в результате чего формируются специфические типы почв и почвоподобных тел (Приваленко, Безуглова, 2003).

Деятельность человека в пределах крупных городов определяется существенной нагрузкой на природную систему и приводит к значительному и часто нёобратимому изменению состояния окружающей природной среды: рельефа и гидрографической сети, естественной растительности. Таким образом, формируется специфический тип городского микроклимата, а за счет увеличения площадей застройки и искусственных покрытий уничтожается, или сильно изменяется почвенный покров (Строганова и др., 1997).

г, ■ I : * ■

В приложении 1 представлена схема антропогенного воздействия на природное окружение города. '

В настоящее время городскими почвами называют антропогенно-измененные почвы, имеющие созданный в результате человеческой деятельности) поверхностный слой мощностью более 50 см, полученный

' I

перемешиванием, насыцанием, погребением или загрязнением материала урбаногенного происхождения, в том числе строительно-бытовым мусором (Строганова, Агаркова, 1992).

Микроморфологические исследования урбаноземов в прозрачных

! »

шлифах позволили сделать вывод о том, что для городских почв характерна гетерогенность, наличие генетически не связанных зон и микрозон, _ присутствие специфических минеральных новообразований, а также отсутствие современных процессов почвообразования (Прокофьева и др., 2001). ' ' ! ■ »

По мнению В.О. Таргудьяна (1983), практически все почвы зоны техногенеза относятся к аномальным по сравнению с их природными аналогами. Автор обращает внимание, что даже в условиях умеренного аэротехногенного воздействия в профиле почв отмечаются внутрипочвенные

' I )

изменения. При более интенсивном аэротехногенном воздействии почвы подвергаются внутрипочвенной трансформации как по особенностям -почвенно-геохимических процессов, так и по морфологии.

Городские почвы живут и развиваются под воздействием тех же

I ;

факторов ^почвообразования, что и естественные почвы, но антропогенный фактор здесь становится определяющим. К настоящему времени для городов и городских агломераций наиболее полно систематизированы эколого-геохимические данные, отражающие важнейшие особенности деятельности челбве^а'^ак геохимического фактора (Янин, 2003).

Город отличается от природных экосистем более интенсивным метаболизмом на единицу площади, большим притоком энергии извне"' -(поступающих главным образом в виде горючих ископаемых) и большими

потребностями в поступлении ^ веществ (пища, вода, минеральное сырье, другие материалы), более мощными и опасными с эколого-гигиенических позиций потоками отходов человеческой деятельности, а также ярко Выражёкн^ця разорванным циклом круговорота химических элементов (Сает, 1998; Hughes, 1974).

Как правило, город оказывает прямое или опосредованное воздействие на территории, значительно превосходящие его по площади. Именно в

городе наиболее проявлен закон развития системы за счет окружающей его

1 "

среды. Именно город характеризуется ярким выражением двух процессов техногенеза: концентрированием значительных масс химических веществ и их рассеиванием. (Янин, 2003).

Накопление и миграция веществ происходит водно-миграционным и воздуц1ж>>ми1£>ационным путями, а также в результате поглощения элементов растительностью. Наиболее мощные техногенные потоки загрязняющих веществ дают промышленные предприятия и магистральные автомобильные дороги. При этом геохимическое состояние территории определяется уровнем геохимического загрязнения депонирующих сред, к

I ;

каковым и относятся почвы, растительность, снежный покро�