MONITORING OF THE CONTENT OF HEAVY METALS IN THE SOIL OF ROADSIDE AREAS IN ULYANOVSK

МОНИТОРИНГ СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ ПРИДОРОЖНЫХ ТЕРРИТОРИЙ (НА ПРИМЕРЕ Г. УЛЬЯНОВСКА)

Научная статья

Казакова Н.А.¹, Садретдинова Л.Р.^2, *, Мухаметшин А.А.³

¹ ORCID: 0000-0001-9303-6333;

² ORCID: 0000-0003-3054-4896;

³ ORCID: 0000-0001-5979-8130;

^{1, 2, 3} Ульяновский государственный педагогический университет имени И.Н.Ульянова, Ульяновск, Россия

* Корреспондирующий автор (lilek1998sr[at]mail.ru)

Аннотация

В данной статье рассматривается содержание тяжелых металлов в почвах придорожных территорий на примере города Ульяновска, так как проблема постоянно растущего количества автомобилей обостряется из года в год. Соответственно, было изучено влияние автотранспорта на загрязнение почв по мере приближения к автодороге на расстоянии в 50 метров, 100 метров и 150 метров. На основе полученных данных был высчитан коэффициент концентрации тяжелых металлов в выбранном районе исследования, а также установлена их последовательность по мере влияния на почву, выявлены приоритетные загрязнители. В конце научной работы, резюмируя все полученные результаты, приведены рекомендации по экологическому мониторингу данных территорий.

Ключевые слова: тяжелые металлы, автодорога, транспорт, загрязнение, экологический мониторинг.

MONITORING OF THE CONTENT OF HEAVY METALS IN THE SOIL OF ROADSIDE AREAS IN ULYANOVSK

Research article

Kazakova N.A.¹, Sadretdinova L.R.^2, *, Mukhametshin A.A.³

¹ ORCID: 0000-0001-9303-6333;

² ORCID: 0000-0003-3054-4896;

³ ORCID: 0000-0001-5979-813;

^{1, 2, 3} I. N. Ulyanov Ulyanovsk State Pedagogical University, Ulyanovsk, Russia

* Corresponding author (lilek1998sr[at]mail.ru)

Abstract

As the problem of an ever-growing number of cars is worsening from year to year, the article sets to examine the content of heavy metals in the soils of roadside areas in the city of Ulyanovsk. Accordingly, the research analyzes the impact of motor vehicles on soil pollution at distances of 50 meters, 100 meters and 150 meters from the studied highway. On the basis of the obtained data, the study calculates the coefficient of concentration of heavy metals in the studied area, establishes their sequence as they affect the soil and identifies the main pollutants. In the conclusion of the article, the study summarizes all the obtained results and provides recommendations for environmental monitoring of these territories.

Keywords: heavy metals, highway, transportation, pollution, environmental monitoring.

Введение

В настоящее время транспорт является одним из ключевых источников загрязнения окружающей среды. Проблема обостряется тем, что количество автотранспорта беспрестанно растет, соответственно увеличивается и объем загрязняющих веществ, попадающих в атмосферу, которые, в результате, накапливаются, в том числе, и в почве в виде тяжелых металлов.

К тяжелым металлам относятся свыше 40 химических элементов таблицы Менделеева с атомными массами, превышающими 50 атомных единиц, или химические элементы с удельным весом выше 5 г/см3. Не все тяжелые металлы представляют одинаковую опасность для живых организмов. По токсичности и способности накопления более десяти элементов признаны приоритетными загрязнителями биосферы. Среди них выделяют: ртуть, свинец, кадмий, медь, олово, цинк, молибден, кобальт, никель [8].

Автотранспорт является специфическим источником загрязнения природной среды, состоящим из множества наземных точечных источников, сосредоточенных на различных автомагистралях. Транспортный поток превращается в постоянно действующий источник техногенного загрязнения. Зоны загрязнения окружающей среды, формируемые выбросами автотранспорта, характеризуются высокими значениями концентрации загрязняющих веществ и распространяются на большие территории. Техногенное воздействие на экосистему придорожной зоны приводит к загрязнению воздушной среды, изменению физико-химических свойств почвогрунтов, их переуплотнению, загрязнению поллютантами, в частности тяжелыми металлами, что вызывает повышение их фитотоксичности, приводящей к ухудшению условий произрастания зеленых насаждений [1].

При проектировании дорог, необходимо учитывать, что автомобильные дороги в зависимости от функционального назначения, характера обслуживаемых транспортных связей, размеров и состава движения, природных условий расположения, чувствительности территории к воздействиям, многочисленных иных факторов могут оказывать различное по видам, характеру и интенсивности воздействие на окружающую среду [10]. Одним из негативных воздействий является загрязнение почвы тяжелыми металлами.

Согласно данным Росстата, на 2016 год количество машин на 1000 человек в Ульяновской области составляет 270,9 автомобилей. Что означает наличие транспортных средств более чем у четверти населения области. А в 2010 году это число было равно лишь 196 автомобилям на 1000 человек.

Такой рост автотранспорта провоцирует увеличение количества выбросов 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 [7], [9]. Также, они, в свою очередь, способны накапливаться и мигрировать, а это ведет за собой отклонение от нормы в развитии и существовании растений, что оказывает, затем, влияние на человека.

Целью данной работы послужило изучение содержания тяжелых металлов в почвах придорожных территорий города Ульяновска, а именно участок возле автодороги М5 Урал. Автодорога М5 относится к IV категории дорог (обычные нескоростные) [6]. Расчетная интенсивность движения составляет от 200 до 2000 единиц в сутки (ед./сут.).

На основе этих данных становится возможным сформулировать рекомендации по мониторингу состояния почв на придорожных территориях.

Методы и принципы исследования

В основу работы были положены общепринятые в геохимии и почвоведении методы [2], [3], [5]. Определение концентрации тяжелых металлов в образцах почвы поводили в агрохимцентре г. Ульяновска на атомно-абсорбционном спектрофотометре. Оценка результатов проводилась по «Перечню ПДК и ОДК химических веществ в почве» (№6229-91, 1991). Статистический анализ полученных данных проводили с использованием общепринятых методов и пакета прикладных программ MS Excel for Windows (2013).

Во всех отобранных почвенных образцах методом атомно-адсорбционной спектроскопии были определены концентрации тяжелых металлов (Zn, Pb, Cu, Ni, Cd), которые относятся к разным классам опасности.

Для характеристики техногенного загрязнения тяжелыми металлами используется коэффициент концентрации, равный отношению концентрации элемента в загрязненной почве к его фоновой концентрации. О токсичности тяжелых металлов можно судить по тому, к какому классу опасности они относятся.

Согласно Постановлению главного санитарного врача РФ от 17.04.2003 353 (ред. от 25.04.2007) были введены классы опасности химических веществ [10, C.15; C. 46-55], которые приведены в таблице (табл. 1).

 

Таблица 1 – Классы опасности химических веществ

Класс опасности	Химическое вещество
1 – вещества высокоопасные	Мышьяк, кадмий, ртуть, селен, свинец, цинк, фтор, бенз(а)пирен
2 – вещества умеренноопасные	Бор, кобальт, никель, молибден, медь, сурьма, хром
3 – вещества малоопасные	Барий, ванадий, вольфрам, марганец, стронций, ацетофенол

 

Объектом исследования послужила почва придорожной территории возле автодороги М5 в Железнодорожном районе города Ульяновска. Пробы были взяты по отдалению от трассы: на 50 м, на 100 м и на 150 м (см. рис. 1) на глубине 0,5 м.

Исследование тяжелых металлов в почвах проводились с сентября по октябрь 2020 года. Результаты данной работы представлены на рисунке (см. рис. 2). Полученные значения измеряются в мг/кг.

Рис. 1 – Места отбора проб

   Основные результаты

 

Рис. 2 – Валовое содержание тяжелых металлов в почвах исследуемых территорий (мг/кг)

 

Наибольшую концентрацию тяжелых металлов в почве содержит участок территории, удаленный от трассы на 50 м. Содержание Cu на данной территории наибольшее и составляет 14,4 мг/кг, в то время как ПДК Cu составляет 55 мг/кг. На участке, удаленном на 100 м содержание Cu составляет 11,5 мг/кг, а на участке, удаленном на 150 м лишь 10,4 мг/кг. Из чего можно сделать вывод, что все полученные данные не превышают ПДК. В свою очередь, содержание Cu возрастает по мере приближения к автодороге. То же можно отметить и по отношению к остальным показателям тяжелых металлов.

Концентрация Zn на участке 50 м составляет 35,2 мг/кг. На участке 100 м – 33,4 мг/кг. На участке 150 м – 26,5 мг/кг. ПДК Zn составляет 100 мг/кг, в связи с чем, можно отметить, что превышения данного показателя не выявлено ни в одной из точек отбора.

Концентрация Ni на участке 50 м составляет 12,3 мг/кг, на участке 100 м – 8,3 мг/кг, на участке 150 м – 7,6 мг/кг, что также находится в пределах нормы, так как ПДК Ni составляет 85 мг/кг.

Концентрация Pb на участке 50 м составляет 10,2 мг/кг, на участке 100 м – 9,3 мг/кг, на участке 150 м – 3,4 мг/кг, в то время как ПДК Pb – 30 мг/кг. Соответственно, превышений не обнаружено.

Концентрация Cd на участке 50 м составляет 0,17 мг/кг, на участке 100 м – 0,09 мг/кг, на участке 150 м – 0,09 мг/кг. ПДК Cd составляет 1,0 мг/кг. Все результаты не превышают ПДК.

Для построения ряда накопления тяжелых металлов были рассчитаны показатель коэффициента концентрации (Кк).

Коэффициент концентрации

     (1)

где Су – содержание тяжелых металлов в почве конкретного участка, мг/кг; Сф – фоновое содержание тяжелых металлов в почвах.  

Таблица 2 - Содержание тяжелых металлов в почве участка автодороги М5 (212 км) Ульяновской области

Значение	Pb	Zn	Ni	Cu	Cd
К/к	0,68	0,93	1,00	0,55	0,29
фон	11,2	34	28	22	0,40
ПДК	30	100	85	55	1,0

 

Таким образом, максимально аккумулируются в почвах исследуемого участка Zn, Ni и Pb, которые являются приоритетными загрязнителями. Тяжелые металлы в почвенном покрове 212 километра трассы М5 образуют следующую последовательность: Ni ˃Zn ˃Pb˃Cu ˃Cd.

Заключение

Из анализа данных, приведенного выше, можно сделать вывод, что ни по одним показателям превышения ПДК не было замечено. Все показатели находятся в пределах нормы. При этом необходимо особое внимание уделять зонам максимальной техногенной нагрузки, таким как зоны придорожной полосы. 

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Бондаренко Е.В. Дорожно-транспортная экология: Учебное пособие для ВУЗов / Е.В. Бондаренко, Г.П. Дворников / под. ред. А. А. Цыцуры. – Оренбург: ГОУ ОГУ, 2004. – 113 с.
2. ГОСТ 17.4.2.01-81 Охрана природы. Почвы. Номенклатура показателей санитарного состояния (с Изменением N 1) : Сб. ГОСТов. – Москва : Стандартинформ, 2008. – 4 с.
3. ГОСТ 17.4.3.01-83 Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб: Сб. ГОСТов. – Москва : Стандартинформ, 2008. – 6 с.
4. ГОСТ 17.4.3.04-85 Охрана природы. Почвы. Общие требования к контролю и охране от загрязнения : Сб. ГОСТов. – Москва : Стандартинформ, 2008. – 4 с.
5. ГОСТ 17.4.3.05-86 Охрана природы. Почвы. Требования к сточным водам и их осадкам для орошения и удобрения : Сб. ГОСТов. – Государственный контроль качества воды. Сб. ГОСТов. – Москва : ИПК Издательство стандартов, 2001. – 3 с.
6. ГОСТ Р 52398-2005 Классификация автомобильных дорог. Основные параметры и требования : Сб. ГОСТов. – Москва : Стандартинформ, 2006. – С. 1-2.
7. Давыдова С. Л. Нефть и нефтепродукты в окружающей среде / С. Л. Давыдова, В. И. Тагасов: Учебное пособие. / М.: Изд-во РУДН. – 2004. – 163 с.
8. Казакова Н. А. Загрязнение почвы тяжелыми металлами / Н. А. Казакова // Вестник Ульяновской сельскохозяйственной академии. – 2009. – № 1(8). – С. 29-31.
9. Кочеткова К. В. Эколого-химические аспекты техногенного воздействия на почвенный покров урбанизированных территорий / К. В. Кочеткова, Р. Р. Фаизов, Е. В. Коровина и др. // Сборник материалов 50-й научно-технической конференции «Вузовская наука в современных условиях»: сборник материалов 50-й научно-технической конференции 25 – 30 января 2016 г. — Ульяновск: УлГТУ, 2016. – В 3 ч. Ч.3. – С. 11–13.
10. Рекомендации по учёту требований по охране окружающей среды при проектировании автомобильных дорог и мостовых переходов. – М.: Транспорт. – – 72 с.
11. СанПиН 2.1.7.1287-03. Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы. – Москва : Министерство здравоохранения РФ, 2003. – 15 с.
12. Шадрова С.В. Мониторинг тяжелых металлов в системе «вода-почва» реки Свияги в черте г. Ульяновска / С.В. Шадрова, Н.А. Казакова // В мире научных открытий. –2018. –Том 10, № 3-2. – С. 46-55.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Bondarenko E.V. Dorozhno-transportnaya ekologiya: Uchebnoe posobie dlya VUZov [Road transport ecology: a textbook for universities] / E.V. Bondarenko, G.P. Dvornikov / edit. by A. A. Cycury. – Orenburg: GOU OGU, 2004. – 113 p. [in Russian]
2. GOST 17.4.2.01-81 Ohrana prirody. Pochvy. Nomenklatura pokazatelej sanitarnogo sostoyaniya (s Izmeneniem N 1) [Protection of Nature. Soils. Nomenclature of indicators of sanitary condition (with Amendment N 1)] : Sb. GOSTov. – Moscow: Standartinform, 2008. – 4 p. [in Russian]
3. GOST 17.4.3.01-83 Ohrana prirody. Pochvy. Obshchie trebovaniya k otboru prob [Protection of Nature. Soils. General requirements for sampling]: Sb. GOSTov. – Moscow: Standartinform, 2008. – 6 p. [in Russian]
4. GOST 17.4.3.04-85 Ohrana prirody. Pochvy. Obshchie trebovaniya k kontrolyu i ohrane ot zagryazneniya [Protection of Nature. Soils. General requirements for control and protection against pollution] : Sb. GOSTov. – Moscow: Standartinform, 2008. – 4 p. [in Russian]
5. GOST 17.4.3.05-86 Ohrana prirody. Pochvy. Trebovaniya k stochnym vodam i ih osadkam dlya orosheniya i udobreniya [Protection of Nature. Soils. Requirements for waste water and their sludge for irrigation and fertilization] : Sb. GOSTov. – Gosudarstvennyj kontrol' kachestva vody. Sb. GOSTov. – Moscow: IPK standart publishing house, 2001. – 3 p. [in Russian]
6. GOST R 52398-2005 Klassifikaciya avtomobil'nyh dorog. Osnovnye parametry i trebovaniya [Classification of highways. Basic parameters and requirements] : Sb. GOSTov. – Moscow: Standartinform, 2006. – P. 1-2. [in Russian]
7. Davydova S. L. Neft' i nefteprodukty v okruzhayushchej srede: Uchebnoe posobie [Oil and Petroleum Products in the Environment: A Study Guide] / S. L. Davydova, V. I. Tagasov / M.: RUDN publishing house. – 2004. – 163 p. [in Russian]
8. Kazakova N. A. Zagryaznenie pochvy tyazhelymi metallami [Soil pollution with heavy metals] / N. A. Kazakova // Vestnik Ul'yanovskoj sel'skohozyajstvennoj akademii [Bulletin of the Ulyanovsk Agricultural Academy]. – 2009. – №1(8). – 29-31 p. [in Russian]
9. Kochetkova K. V. Ekologo-himicheskie aspekty tekhnogennogo vozdejstviya na pochvennyj pokrov urbanizirovannyh territorij [Ecological and chemical aspects of technogenic impact on the soil cover of urbanized areas] / K. V. Kochetkova, R. R. Faizov, E. V. Korovina et al. // Sbornik materialov 50-j nauchno-tekhnicheskoj konferencii «Vuzovskaya nauka v sovremennyh usloviyah»: sbornik materialov 50-j nauchno-tekhnicheskoj konferencii 25 – 30 yanvarya 2016 g. [Collection of materials of the 50th scientific and technical conference "University science in modern conditions": collection of materials of the 50th scientific and technical conference January 25 - 30, 2016]. — Ul'yanovsk: UlGTU, 2016. – in 3 parts. Part.3. – P. 11–13. [in Russian]
10. Rekomendacii po uchyotu trebovanij po ohrane okruzhayushchej sredy pri proektirovanii avtomobil'nyh dorog i mostovyh perekhodov [Recommendations for taking into account environmental protection requirements in the design of roads and bridge crossings]. – M.: Transport. – 1995. – 72 p. [in Russian]
11. SanPiN 2.1.7.1287-03. Sanitarno-epidemiologicheskie trebovaniya k kachestvu pochvy [Sanitary and Epidemiological Requirements for Soil Quality]. – Moscow: Ministerstvo zdravoohraneniya RF, 2003. – 15 p. [in Russian]
12. Shadrova S.V. Monitoring tyazhelyh metallov v sisteme «voda-pochva» reki Sviyagi v cherte g. Ul'yanovska [Monitoring of heavy metals in the water-soil system of the Sviyaga River within the city of Ulyanovsk] / S.V. Shadrova, N.A. Kazakova // V mire nauchnyh otkrytij [In the world of scientific discoveries]. –2018. –Vol 10, № 3-2. – P. 46-55. [in Russian]