1. Введение

С каждым годом возрастает техногенная нагрузка на наземные экосистемы биосферы. В связи с развитием промышленности увеличивается содержание токсичных соединений и тяжелых металлов в депонирующих средах. Особо остро стоит проблема загрязнение почвенного покрова урбоэкосистем в связи с его способностью накапливать поллютанты различного генезиса [12].

Тяжелые металлы и металлоиды не подвергаются биологической или физико-химической деградации, они в течение многих лет аккумулируются в педосфере [3], а также несут опасность для здоровья населения путем ингаляционного, перорального и накожного поступления в организм [11]. Особая проблема загрязнения почв тяжелыми металлами заключается в том, что они способны включаться в биогеохимические процессы, в результате которых изменяется их миграционная способность. Результатом этого является поступление ТМ в смежные экосистемы и нарушение их устойчивости [2].

В то же время многие элементы, относящиеся к тяжелым металлам и металлоидам, играют жизненно важную роль в биологических системах и только при повышении концентрации в средах или в организмах проявляется их токсичное воздействие [1].

Существует множество путей поступления соединений тяжелых металлов в почву. К естественным относят эрозию и разрушение материнских пород. Эти процессы приводят к загрязнению почв литогенными тяжелыми металлами и металлоидами. Антропогенное загрязнение почв тяжелыми металлами связано с их аэрогенным и гидрогенным переносом от промышленных предприятий, тепловых электростанций и транспорта [5]. Еще одним техногенным источником являются отвалы промышленных отходов [10].

Хабаровск является крупным административным и промышленным центром Хабаровского края. Условия почвообразовательных процессов на территории города складываются различно, чему способствуют геохимические особенности материнских пород. В г. Хабаровске и прилегающих к нему территориях значительные площади занимают аллювиальные засоленные почвы. Однако верхние слои почвенного покрова урбанизированной экосистемы г. Хабаровска подвержены высокой антропогенной нагрузке. Таким образом, исследования особенностей распределения тяжелых металлов в почвах Хабаровска являются достаточно актуальными в настоящее время.

Целью данной работы было проанализировать содержание V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, As, Cd, Pb в почвенном покрове различных районов г. Хабаровска. Большинство исследуемых элементов принадлежат к первым трем классам опасности и обладают высокой токсичностью и биохимической активностью.

2. Методы и принципы исследования

Естественные почвы территории г. Хабаровска и его окрестностей представляют собой бурые лесные (бурозёмы, бурозёмовидные) и луговые (дерновоглеевые и глеевые) почвы. Большая их часть в районе города в разной степени нарушена или заменена антропогенными предпочвенными образованиями [6], [9].

В работе исследовали содержание тяжелых металлов (V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, As, Pb) в почвенном покрове с различной степенью техногенной нагрузки. В ходе работы были определены валовые содержания металлов, а также их подвижные формы.

Отбор почвенного покрова проводили в пяти различных участках г. Хабаровска: ТЭЦ-1, Парк Северный, АО «ННК-Хабаровский НПЗ», Студенческий городок Педагогического института ТОГУ (ПИ ТОГУ) пер. Студенческий 36. В качестве фоновой пробы использовали образцы, отобранные на территории с наименьшей антропогенной нагрузкой — Воронежские высоты «Эко парк» (рис. 1). Фоновый участок был выбран из расчета максимальной удаленности от города и минимального антропогенного воздействия. Кроме того территория Эко-парка расположена в стороне от господствующих направлений ветра. Известно, что на розе ветров для Хабаровска в 2018 г. доминировали два румба: северо-восточный (С-В) и юго-западный (Ю-З).Отобранные пробы почвы высушивали на воздухе при комнатной температуре. Для определения валового содержания тяжелых металлов в пробах почвы разрушали силикатную матрицу и переводили элементы в растворимое состояние. Разложение проводили открытым способом с использованием смеси кислот (HNO3+HF).

Подвижные формы металлов получали экстракцией навесок проб почвы аммонийно-ацетатным буфером (pH 4.8) [11]. Затем определяли содержание валовых и подвижных форм тяжелых металлов методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на приборе ELAN-9000 фирмы Perkin Elmer (США) в лаборатории физико-химических методов исследования Института тектоники и геофизики им. Ю.А. Косыгина ДВО РАН.

Для санитарно-гигиенической оценки почвенного покрова рассчитывали суммарный показатель загрязнения. Zc, который представляет собой сумму коэффициентов концентрации (Kc) токсикантов (загрязнителей): [4],

Коэффициент концентрации (Kc) рассчитывается по формуле: [LATEX_FORMULA]\mathrm{K}_{\mathrm{C}}=\mathrm{Ci} / \mathrm{C}_{\text {фон}}[/LATEX_FORMULA], где Ci — фактическое содержание элемента; Сфон. — фоновые значения.

3. Основные результаты

Результаты исследований содержания подвижных и валовых форм металлов представлена в табл.1. Нормирование содержания некоторых ТМ (Mn, Co, Ni, Cu, Zn, As, Pb) осуществляется по концентрации их подвижных форм.

Анализ содержания ванадия, общего хрома, кобальта, никеля, мышьяка показал, что их концентрация в городских почвах не превышает нормативных значений. Однако сравнение их валовых концентраций с таковыми в почвах с наименьшей антропогенной нагрузкой (точка Фон) показывает значительное накопление этих металлов в городском почвенном покрове.

Установлено, что распределение других исследуемых элементов в почвах различной техногенной нагрузки не равномерно. Так, накопление марганца происходило в почвах на территории парка Северный. Превышения ПДК его валовой и подвижной форм в этой точке отбора было в 6,4 и 3,9 раза соответственно.

Повышенными содержаниями свинца характеризуются пробы почв, отобранных в районах города с повышенной антропогенной нагрузкой (ТЭЦ-1, АО «ННК-Хабаровский НПЗ», студенческий городок ПИ ТОГУ). В работе [7] показано, что свинец вносит наряду с марганцем и никелем максимальный вклад в загрязнение почвы от теплоэлектроцентрали г. Хабаровска. Максимальная концентрация установлена в пробе почвы парка Северный (44,361 мг/кг). Вероятно, это связано с плотной сетью автодорог и повышенной плотностью транспорта. В результате анализа изотопных составов Pb исследователями было установлено, что основными источниками свинца в верхнем слое придорожных почв является дорожное покрытие и выхлопные газы от транспортных средств [5], [13].

Накопление подвижных форм цинка в большей степени происходило в почве, отобранной на территории нефтеперерабатывающего завода (142,989 мг/кг), превышение ПДК было более чем в 6 раз. Высоким содержанием цинка характеризуется почва в районе ТЭЦ-1 (4 ПДК) и студенческого городка ПИ ТОГУ (1,4 ПДК). Для меди отмечена одна точка с превышением ПДК, район АО «ННК-Хабаровский НПЗ» (1,5 ПДК).

Источником поступления цинка и меди в поверхностные горизонты почвы могут служить износ шин и тормозных накладок [5]. В исследованиях содержания ТМ и мышьяка проводимых на территории г. Хабаровска показано, что присутствует техногенное загрязнение почв преимущественно цинком и свинцом при относительно высоком региональном фоне мышьяка [6].

Из Постановления Правительства [8] следует, что, одной из характеристик указывающих на ухудшение качества окружающей среды является суммарный показатель содержания в почве загрязняющих веществ равный или превышающий значение 30. В нашем исследовании суммарный показатель загрязнения подвижными формами тяжелых металлов и мышьяка значительно превышал таковой для валового содержания исследуемых элементов. Исходя из полученных данных, можно сделать вывод о том, что загрязнение городской среды г. Хабаровска тяжелыми металлами наиболее интенсивно происходит на территории промышленных предприятий. Значения Zc достигали показателя «очень высокий» (178,776) в пробах почвы, отобранных в районе АО «ННК-Хабаровский НПЗ». В пробах почвы, отобранных в районе парка Северный и ТЭЦ-1 суммарные показатели соответствовали уровню «высокий» (110,221 и 67,418 соответственно). Вероятно, что в этих районах формируются условия, увеличивающие миграционную активность исследуемых элементов.

В соответствии с постановлением Правительства, можно говорить об ухудшении экологической обстановки на исследуемых территориях. Данные территории находятся под высокой техногенной нагрузкой в связи со спецификой их использования.

Таким образом, проанализировав экологическую ситуацию в г. Хабаровске по интегральным показателям, можно выделить районы с наибольшим загрязняющим влиянием на окружающую среду. В почвенном покрове на территории АО «Хабаровский нефтеперерабатывающий завод» и ТЭЦ-1 происходит интенсивное накопление токсичных химических соединений. Включаясь в биогеохимические процессы, тяжелые металлы способны мигрировать в соседние экосистемы, а также включаться в трофические цепи. Учитывая, что обозначенные промышленные предприятия расположены на территории города вблизи жилых микрорайонов, можно говорить о непосредственном влиянии тяжелых металлов на здоровье городского населения.

Принимая во внимание вышесказанное, становится необходимым проведение мероприятий по детоксикации почвенного покрова. Это возможно на основе данных периодического мониторинга почвы и непосредственно связанных с ней экосистем, снежного покрова, атмосферного воздуха и водных объектов.

4. Заключение

По результатам можно сделать выводы о том, что антропогенная нагрузка оказывает большое влияние на химический состав почвенного покрова различных участков города Хабаровск. Наибольшим уровнем накопления исследуемыми элементами характеризуется почва вблизи АО «ННК-Хабаровский НПЗ» и ТЭЦ-1. Также присутствует значительное загрязнение почвы в парке «Северный», обусловленное непосредственной близостью автодорог. Выявлены участки с высоким показателем химического загрязнения по отдельным металлам: марганец — парк «Северный» и цинк — АО «ННК-Хабаровский НПЗ».

The additional file for this article can be found as follows: