РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ ГОРОДА НОВОЧЕРКАССКА
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ ГОРОДА НОВОЧЕРКАССКА
Аннотация
В статье приведены данные по исследованию присутствия тяжелых металлов в почвенном профиле парково-рекреационной зоны г. Новочеркасска на примере Александровского парка, зоны автотранспортной развязки проспекта Баклановского и санитарно-защитных зон промышленных предприятий: АО «ЭПМ-НЭЗ» и ООО ПК «НЭВЗ». Определено содержание в почве валовых и подвижных форм никеля, свинца и кадмия, являющихся приоритетными ТМ-загрязнителями для почв городов Ростовской области. Выявлены особенности их распределения на территории города. На основании проведенного сравнительного анализа фактического содержания металлов с их ОДК и ПДК, а также рассчитанных суммарных показателей загрязнения Zc, дана эколого-токсикологическая оценка состояния почв обследуемых участков г. Новочеркасска. Превышений ОДК и ПДК рассматриваемых тяжелых металлов в почве не установлено. По величинам Zc загрязнение исследуемых почв является допустимым. Эколого-токсикологическое состояние почв обследуемых участков г. Новочеркасска оценивается как удовлетворительное.
1. Введение
Экономика промышленных городов и регионов в основном определяется деятельностью предприятий, поэтому накопление тяжелых металлов (ТМ) в городских почвах является естественным результатом. В этой связи получение информации о содержании различных форм тяжелых металлов в почвах позволит оценить их экологическое состояние и представляется крайне важным для исследования. Анализ почв на тяжелые металлы проводят по двум критериям: валовому содержанию и присутствию подвижных форм соединений. По величине валового содержания устанавливают природные или техногенные аномалии. Однако валовое содержание тяжелых металлов в почвах не является достаточным показателем опасности их загрязнения и биодоступности.
По данным исследований, под воздействием промышленных предприятий и автотранспорта в почвах происходит накопление никеля, свинца и кадмия . В 2011–2015 гг. на кафедре экологии и природопользования Южного федерального университета проводились исследования по содержанию свинца, никеля и других тяжелых металлов в почвах городов Ростовской области. Сообщалось, что накопление ТМ в почвах г. Новочеркасска не превышало норму , . В 2020 году было изучено содержание тяжелых металлов в почвах окрестностей г. Новочеркасска, и оказалось, что имелись локальные участки, которые относились к умеренно опасной категории загрязнения . Поэтому мониторинг тяжелых металлов в почвах г. Новочеркасска является актуальной задачей. Загрязнение почв Pb, Ni, Cd представляет одну из наиболее важных современных экологических проблем, что объясняется их способностью аккумулироваться в почвах в высоких концентрациях и медленными процессами самоочищения, особенно в условиях высокой антропогенной нагрузки. Например, согласно известным данным, уменьшение концентрации ТМ в почвах в результате самоочищения в 2 раза в зависимости от типа почвы и свойств металла составляет для Cd – 13–110 лет, а для свинца 770–5900 лет при сохранении их токсических свойств .
Целью настоящей работы является исследование почв города Новочеркасска на содержание валовых и подвижных форм тяжелых металлов: Pb, Ni, Cd.
2. Методы и принципы исследования
Город Новочеркасск расположен на юго-западе России в Ростовской области и является одним из промышленных и экономических центров Дона.
Объектами для исследования были выбраны две территории г. Новочеркасска:
1 — область жилой застройки в зоне влияния промышленных предприятий;
2 — удаленная от промышленных объектов центральная часть города, включающая автотранспортную развязку и парковое пространство.
Точки отбора проб территории промышленного района находились в пределах санитарно-защитных зон (СЗЗ) предприятий. Заводы г. Новочеркасска — электродный (ЭПМ-НЭЗ) и электровозостроительный (НЭВЗ) — в соответствии с СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 относятся к предприятиям I и II класса опасности, у которых минимальные значения санитарно-защитной зоны составляют 500-1000 метров. В СЗЗ не допускается размещение объектов для проживания людей, коллективных или индивидуальных дачных и садово-огородных участков. Но в границы санитарно-защитных зон Новочеркасского электродного завода и Новочеркасского электровозостроительного завода попадают селитебные и рекреационные территории микрорайонов Соцгород, Октябрьский, Молодежный .
Для исследования почвы на содержание тяжелых металлов в промышленном районе были заложены реперные участки:
- реперный участок № 1 — на территории санитарно-защитной зоны АО «ЭПМ-НЭЗ»;
- реперный участок № 2 — на территории санитарно-защитной зоны ООО ПК «НЭВЗ».
В центральной части города были выбраны следующие реперные участки:
- реперный участок № 3 — Александровский парк;
- реперный участок № 4 — проспект Баклановский (автотранспортная развязка).
Местоположения точек отбора проб представлены на рисунке 1.
Рисунок 1 - Карта-схема отбора проб почв на территории г. Новочеркасска
- валовое содержание (с прокаливанием в муфельной печи при температуре 400-450 °С в течение двух часов и последующим кислотным разложением);
- подвижные формы соединений Ni, Pb, Cd в почвах извлекали ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН 4,8. Для этого брали соотношение почва/раствор 1/10 и настаивали в течение суток (метод Крупского и Александровой), взбалтывая суспензию до прекращения выделения углекислого газа .
Все конечные определения тяжелых металлов проводили на атомно-абсорбционном спектрометре «Квант-2мт». Для оценки совокупного действия поллютантов был рассчитан суммарный показатель загрязнения Zc по МУ 2.1.7.730-99
. В соответствии с методическими указаниями в расчет Zc входят только элементы, которые превышают фоновые концентрации. Элементы, концентрация которых не превышает фоновую, в расчёте не участвуют. Так как в МУ не прописано, какие именно и сколько загрязняющих веществ необходимо учитывать при расчете Zc, то нами был определен суммарный показатель загрязнения по трем исследуемым металлам, концентрация которых превышала фоновые значения.3. Основные результаты и их обсуждение
Исследование распределения тяжелых металлов в почвах конкретной местности выполняется, как правило, с целью определения их эколого-токсикологического состояния. Оценка загрязнения почв обычно проводится путём сравнения предельно допустимой концентрации (ПДК) или ориентировочно допустимого количества (ОДК) химического вещества с его фактическим содержанием. ПДК валового содержания для Ni в России отсутствует, а предельно допустимая концентрация Pb не может быть использована, так как ее значение (32 мг/кг) часто меньше фонового содержания свинца во многих почвах . ПДК кадмия в почве в России не разработана . Поэтому полученные в результате эксперимента данные по содержанию валовых форм тяжелых металлов в настоящей работе сопоставлялись только с ОДК. Значения ОДК были взяты для почв близких к нейтральным (суглинистым и глинистым) с pH более 5,5 . Точность оценки загрязненности почв ТМ повышается при учете фонового содержания химических элементов в почвах на сравнительно чистых участках. В качестве фона была выбрана особо охраняемая природная территория (ООПТ) Персиановская степь, которая считается условно-чистой зоной.
В таблице 1 представлены результаты определения валового содержания тяжелых металлов на исследованных реперных участках № 1, № 2, № 3, № 4.
Таблица 1 - Содержание валовых форм тяжелых металлов в почве
Точки отбора проб и ОДК | Валовое содержание элементов, мг/кг |
Zc | ||
Ni | Pb | Cd | ||
№1 | 35,1 | 69,0 | 0,5 | 3,8 |
№2 | 52,5 | 40,5 | 0,6 | 4,1 |
№3 | 28,5 | 36,0 | 0,3 | 1,7 |
№4 | 42,2 | 50,3 | 0,4 | 3,1 |
Фон | 24,0 | 33,0 | 0,22 | 1 |
ОДК | 80,0 | 130,0 | 2,0 | - |
Сравнивая полученные результаты анализа содержания тяжёлых металлов в почве с ОДК, можно сделать вывод о том, что в пробах, отобранных на территории г. Новочеркасска, тяжёлые металлы находятся в допустимых концентрациях.
Минимальное значение Zc наблюдается в почве, взятой для анализа в Александровском парке. Максимальное значение Zc характерно для почв, отобранных рядом с Новочеркасским электровозостроительным заводом. При Zc < 16 загрязнение считается допустимым, при 16 < Zc < 32 — умеренно опасным, при 32 < Zc < 128 — опасным, при Zc > 128 — чрезвычайно опасным . Почвы из всех мест отбора почвенных образцов относятся к допустимой категории загрязнения.
В таблице 2 представлено содержание подвижных форм тяжелых металлов в поверхностном слое почвы реперных участков и их ПДК .
Таблица 2 - Содержание подвижных форм тяжелых металлов в почве
Точки отбора проб и ПДК | Содержание подвижных форм элементов, мг/кг | ||
Ni | Pb | Cd | |
№1 | 0,28 | 0,45 | 0,065 |
№2 | 0,36 | 0,36 | 0, 074 |
№3 | 0,16 | 0,25 | 0,04 |
№4 | 0,22 | 0,55 | 0,06 |
ПДК | 4,0 | 6,0 | 0,2⁎ |
Примечание: * – данные по ПДК для подвижных форм кадмия отсутствуют. Рекомендуется исходить при оценке от 5–10 % валового содержания. Так как ПДК для валового содержания кадмия 2 мг/кг, то для подвижных форм можно использовать значение 0,2 мг/кг
Согласно полученным данным, наибольшее содержание подвижных форм свинца зафиксировано в зоне транспортной развязки. Такое распределение может быть связано с источником поступления элемента в почву. Металл может попадать в почву не только с атмосферными осадками, но и с транспортными выбросами выхлопных газов. Из таблицы 2 также следует, что наибольшую опасность в почве представляет кадмий (от 0,20 до 0,37 ПДК), т. е. по накоплению он ближе всех ТМ к ПДК.
4. Заключение
Уровень загрязнения тяжелыми металлами почв разных функциональных зон г. Новочеркасска увеличивается в ряду: парковые зоны < авторазвязки < промзоны. Превышений ОДК и ПДК исследуемых тяжелых металлов в почве не установлено. Поэтому эколого-токсикологическое состояние почв обследуемых участков г. Новочеркасска можно оценить как удовлетворительное.