DISTRIBUTION OF HEAVY METALS IN THE SOILS OF NOVOCHERKASSK
DISTRIBUTION OF HEAVY METALS IN THE SOILS OF NOVOCHERKASSK
Abstract
The article provides data on the study of heavy metals in the soil profile of the park and recreational area of Novocherkassk, using the example of Alexandrovsky Park, the Baklanovsky Avenue motorway junction area, and the sanitary protection zones of industrial enterprises: JSC ‘EPM-NEP’ and LLC PK ‘NEVP’. The content of gross and mobile forms of nickel, lead and cadmium in the soil was determined, which are priority heavy metal pollutants for soils in the cities of Rostov Oblast. The specifics of their distribution in the city were identified. Based on a comparative analysis of the actual content of metals with their APC and MPC, as well as the calculated total pollution indicators Zc, an ecological and toxicological assessment of the state of the soils of the surveyed areas of Novocherkassk was given. No exceedances of the APC and MPC for the heavy metals under consideration were found in the soil. Based on the Zc values, the contamination of the studied soils is acceptable. The ecological and toxicological condition of the soils of the studied areas of Novocherkassk is assessed as satisfactory.
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.