ВЛИЯНИЕ  АВТОТРАНСПОРТНОЙ  НАГРУЗКИ  НА  НАКОПЛЕНИЕ  ТЯЖЕЛЫХ  МЕТАЛЛОВ  В  ПОЧВАХ  Г.  АРХАНГЕЛЬСКА

Вишневая  Юлия  Сергеевна

аспирант, 
Северный  (Арктический)  федеральный  университет  имени  М.В.  Ломоносова,  РФ,  г.  Архангельск

E-mail:  Ujka23@yandex.ru

Попова  Людмила  Федоровна

д-р  биол.  наук,  канд.  хим.  наук,  доцент, 
Северный  (Арктический)  федеральный  университет  имени  М.В.  Ломоносова, 
РФ,  г.  Архангельск

E-mail: 

EFFECT  OF  TRAFFIC  LOAD  ON  THE  ACCUMULATION  OF  HEAVY  METALS  IN  SOILS  OF  ARKHANGELSK

Vishnevaia  Iuliia

postgraduate  student 
of  Northern  (Arctic)  Federal  university  named  after  M.V.  Lomonosov, 
Russia,  Arkhangelsk

Popova  Liudmila

doctor  of  Science,  Candidate  of  Science,  associate  professor 
of  Northern  (Arctic)  Federal  university  named  after  M.V.  Lomonosov, 
Russia,  Arkhangelsk

АННОТАЦИЯ

В  статье  рассмотрена  проблема  загрязнения  почвенного  покрова  города  Архангельска  тяжелыми  металлами  на  фоне  увеличения  автотранспортной  нагрузки.  Проведен  расчет  транспортной  нагрузки,  закладка  пробных  площадей,  отбор  проб  поверхностного  слоя  почв  и  определение  валового  содержания  тяжелых  металлов  (Pb,  Zn,  Cu,  Mn,  V,  Co,  Ni).  На  основе  шкал  экологического  нормирования,  произведена  оценка  загрязнения  почвенного  покрова  города  Архангельска.  Установлено  наличие  полиметаллического  загрязнения.  Рассмотрено  влияние  автотранспортной  нагрузки  на  содержание  тяжелых  металлов  в  почвенном  покрове.

ABSTRACT

The  article  deals  with  the  problem  of  soil  pollution  by  heavy  metals  due  to  increased  traffic  load  in  the  city  of  Arkhangelsk.  In  order  to  analyze  the  subject,  listed  works  were  carried  out  sampling  of  soils  mantle,  calculation  of  the  traffic  load  and  evaluation  of  total  content  of  heavy  metals  (Pb,  Zn,  Cu,  Mn,  V,  Co,  Ni)  in  the  test  areas  of  the  city  of  Arkhangelsk.  Based  on  environmental  load  rationing  scale,  soil  pollution  in  the  city  has  been  assessed.  Results  confirm  the  presence  of  polymetallic  soil  pollution.  Also,  has  been  considered  the  influence  of  traffic  load  on  the  content  of  heavy  metals  in  soil  mantle.

Ключевые  слова:  почвенный  покров;  тяжелые  металлы;  полиметаллическое  загрязнение;  автотранспортная  нагрузка.

Keywords:  soil  mantle;  heavy  metals;  polymetallic  pollution;  traffic  load.

Для  городских  почв  характерно  загрязнение  токсичными  веществами,  так  как  большинство  техногенных  выбросов  в  городскую  среду  аккумулируется  в  поверхностном  слое  почвы,  где  происходит  их  постепенное  депонирование.  Это  ведет  к  изменению  физико-химических  и  химических  свойств  субстрата  [5]. 

Существенный  вклад  в  деградацию  почвенного  покрова  во  всем  мире  вносит  загрязнение  тяжелыми  металлами  (далее  ТМ).  Они  относятся  к  приоритетным  загрязняющим  веществам  [12]. 

Почва  является  основной  средой,  в  которую  попадают  ТМ,  в  том  числе  из  атмосферного  воздуха  и  водной  среды.  Она  же  служит  источником  вторичного  загрязнения  приземного  слоя  атмосферного  воздуха  и  природных  вод.  Из  почвы  ТМ  усваиваются  растениями  и  почвенной  биотой  [3,  c.  6]. 

Автомобильный  транспорт  относится  к  одному  из  основных  источников  загрязнения  окружающей  среды  (в  том  числе  и  почвенного  покрова)  населенных  пунктов,  город  Архангельск  не  исключение.  Несмотря  на  то,  что  Архангельск  –  крупный  административный  и  промышленный  центр,  за  пятилетний  период  (2009–2013  гг.)  выбросы  загрязняющих  веществ  в  атмосферный  воздух  от  промышленных  источников  уменьшились  более  чем  на  50  %  (таблица  1).  Сокращение  выбросов  связано  с  переводом  филиала  ТГК-2  «Архангельская  ТЭЦ»  на  использование  в  качестве  топлива  природного  газа,  а  также  с  остановкой  в  апреле  2013  года  производства  ОАО  «Соломбальский  ЦБК»  и  закрытием  в  2013  г.  таких  предприятий  как  ОАО  «Северное  лесопильное  товарищество  лесозавод  №  3»  и  ОАО  «Лесозавод  №  2»  [4].  В  то  же  время  вклад  автотранспорта  в  суммарные  выбросы  загрязняющих  веществ,  наоборот  увеличился  с  35,4  %  в  2009  г.  до  64,9  %  в  2013  г. 

Таблица  1.

Выбросы  загрязняющих  веществ  в  атмосферный  воздух  в  г.  Архангельске  за  2009–2013  гг.  [4]

По  данным  УГИБДД  УМВД  России  по  Архангельской  области,  на  01  января  2014  г.  В  городе  Архангельск  зарегистрировано  116  166  шт.  транспортных  средств,  что  на  16  902  шт.  (17,0  %)  больше,  чем  в  предыдущем  году  и  на  38  498  шт.  (33,1  %)  больше,  чем  в  2009  году.  В  тоже  время,  за  последние  пять  лет  (2009–2013  гг.)  суммарные  выбросы  загрязняющих  веществ  от  автотранспорта  снизились  на  19,462  тыс.  т.,  что  обусловлено  изменением  методики  расчета  выбросов  от  передвижных  источников  [16]. 

Известно,  что  одним  из  компонентов  отработавших  газов  автотранспорта  являются  аэрозоли  и  различные  примеси,  в  том  числе  в  виде  твердых  частиц,  в  состав  которых  кроме  основных  компонентов  входят  соединения  ТМ,  содержащиеся  в  присадках  смазочного  масла,  либо  являющиеся  продуктами  изнашивания  деталей  двигателя.  В  атмосферу  в  составе  пыли  ТМ  могут  поступать  вместе  с  продуктами  изнашивания  тормозных  накладок  (Cu,  Pb,  Cr,  Ni,  Zn),  автомобильных  шин  (Zn,  Cd,  Cu,  Pb)  и  дорожного  покрытия  (Cd,  Pb)  [9]. 

В  составе  атмосферных  взвесей  в  процессе  сухого  (под  действием  сил  тяжести)  и  мокрого  (с  атмосферными  осадками)  осаждения  соединения  ТМ  поступают  на  поверхность  почвенного  покрова,  где  происходит  их  аккумуляция,  трансформация  и  перераспределение. 

Исследования  содержания  ТМ  в  почвах  г.  Архангельска  проводятся  систематически  с  1998  года,  однако  отдельно  влияние  автотранспортной  нагрузки  на  загрязнение  почв  ТМ  не  рассматривалось  [8,  13].  Анализ  данных  о  транспортной  нагрузке  и  валовом  содержании  ТМ  в  поверхностном  слое  почв,  позволяет  оценить  уровень  загрязнения  почвенного  покрова  данными  поллютантами  и  выявить  степень  влияния  автотранспорта  на  их  содержание.

Для  изучения  влияния  автотранспорта  на  загрязнение  почвенного  покрова  г.  Архангельска  ТМ  сначала  был  поставлен  экологический  эксперимент  по  учету  количества  автомобилей  на  улицах  города  (54  точки).  Учет  автотранспорта  и  расчет  автотранспортной  нагрузки  проводился  согласно  общепринятым  методикам  [15;  17;  18].  Затем  было  выбрано  15  точек  с  различной  интенсивностью  движения,  на  которых  летом  2014  года  были  заложены  пробные  площади  (далее  ПП)  для  отбора  почвенных  образцов  (рисунок,  таблица  2). 

Отбор  проб  из  поверхностного  слоя  почв  (0–20  см),  хранение  и  транспортировка  их  осуществлялись  в  соответствии  с  ГОСТ  17.4.4.02–84  [2]. 

Валовое  содержание  ТМ  (Co,  Ni,  Mn,  V,  Pb,  Zn,  Cu)  в  почвах  определяли  рентгенофлуоресцентным  методом  согласно  ПНД  Ф  16.1.42-04  [11]  с  использованием  оборудования  ЦКП  НО  «Арктика»  (САФУ)  при  финансовой  поддержке  Минобрнауки  РФ  (уникальный  идентификатор  работ  RFMEFI59414X0004). 

Оценку  загрязнения  почвенного  покрова  ТМ  проводили  как  по  санитарно-гигиеническим  показателям,  таким  как  ПДК  и  ОДК  (МУ  2.1.7.730-99  и  ГН  2.1.7.2511-09)  [1;  7],  так  и  по  биогеохимическим  критериям,  таким  как: 

1.   коэффициент  концентрации  (K_c)  –  показатель,  служащий  для  характеристики  и  выявления  локальных  техногенных  аномалий,  связанных  с  газопылевыми  выбросами  отдельных  промышленных  предприятий,  их  накоплением  в  урбанизированных  территориях,  вдоль  автотрасс  и  т.  д.: 

К_с  =  ,

где:  С  –  фактическая  концентрация  определяемого  компонента  в  почве; 

С₀  –  региональное  фоновое  содержание  этого  компонента. 

2.   суммарный  коэффициент  техногенного  загрязнения  (Z_c):

,

где:  К_с  –  коэффициент  концентрации  химического  вещества; 

n  –  число  анализируемых  элементов  загрязнителей  [10].

Рисунок.  Расположение  пробных  площадей  в  г.  Архангельске  (карту  выполнила  магистранка  ИЕНиТ  САФУ  Ларионова  М.В.)

Таблица  2.

Пробные  площади  г.  Архангельска  с  различной  автотранспортной  нагрузкой

Анализ  экспериментальных  данных  (таблица  3)  показал,  что  почвы  города  слабо  загрязнены  Zn,  Pb  и  Ni.  В  поверхностном  слое  почв  53  %  ПП  обнаружено  превышение  ОДК  свинца,  60  %  ПП  –  цинка  и  20  %  ПП  –  никеля,  при  этом  максимальные  из  наблюдаемых  концентраций  составили  2,2  ОДК,  2,5  ОДК  и  1,3  ОДК,  соответственно.  Данные  ПП  расположены  вблизи  крупных  транспортных  узлов  с  высокой  интенсивностью  движения.  Стоит  отметить,  что  все  отмеченные  максимальные  превышения  ОДК  Pb,  Zn  и  Ni  определены  на  ПП  №  13  (ул.  Краснофлотская),  которая  не  характеризуется  высокой  транспортной  нагрузкой,  однако  на  ней  есть  несанкционированные  стоянки  автотранспорта  (непосредственно  на  неизолированном  асфальтом  почвенном  покрове).

Таблица  3.

Валовое  содержание  ТМ,  мг/кг,  в  почвенном  покрове  г.  Архангельска  летом  2014  года

Уровень  содержания  других  поллютантов  менее  ПДК  (ОДК).  В  целом  почвенный  покров  города  согласно  санитарно-гигиенических  нормативов  по  степени  загрязнения  ТМ  относится  к  категории  «чистый».

Согласно  К_с  (таблица  4)  установлено,  что  отсутствует  загрязнение  (или  естественное  колебание  фона)  почвенного  покрова  г.  Архангельска  Сo  и  Mn  (К_с  <1,5),  однако  он  слабо  загрязнен  (1,5<К_с<3,0)  Cu  на  73%  ПП,  Zn  на  53  %  ПП,  Ni  на  20%  ПП,  V  на  13  %  ПП.  Отмечено  умеренное  загрязнение  (3,0<К_с<5,0)  почв  города  Cu  на  27  %  ПП,  Pb  и  Zn  на  7  %  ПП.  Сильное  (5,0<К_с<10,0)  и  очень  сильное  (К_с>10,0)  загрязнение  Pb  имеет  поверхностный  слой  почв  на  60  %  ПП  и  33  %  ПП,  соответственно.

Таким  образом,  вследствие  техногенно-антропогенного  воздействия  в  поверхностном  слое  почв  города  Архангельска  в  основном  накопливаются  Pb,  Zn,  Cu,  в  меньшей  степени  (на  2–3  ПП)  –  Ni  и  V.  Ряд  накопления  ТМ  в  проанализированных  почвах  города  Архангельска  выглядит  следующим  образом:  Co  <  Mn  <  V  <  Ni  <  Zn  <  Cu  <  Pb.

Таблица  4.

Коэффициент  концентрации  (K_c)  и  суммарный  коэффициент  техногенного  загрязнения  (Z_c)  ТМ  почвенного  покрова  г.  Архангельска

На  основе  коэффициентов  концентрации  рассчитан  суммарный  показатель  загрязнения  Z_c,  нормативно  закрепленный  в  МУ  2.1.7.730-99  и  широко  используемый  в  качестве  интегрального  показателя,  отражающего  общий  вклад  ТМ  в  загрязнение  почвенного  покрова.  Согласно  этому  показателю,  почвенный  покров  города  имеет  допустимый  уровень  загрязнения  ТМ  по  их  валовому  содержанию  (Z_c  =  3,2).  При  этом  следует  отметить,  что  самое  высокое  значение  коэффициента  Z_c  =  6,2  имеет  почва  ПП  №  13,  для  которой  характерна  низкая  транспортная  нагрузка  (1656  шт./сут.).  Это  может  быть  связано  как  с  наличием  несанкционированной  стоянки  автотранспорта  на  обочине,  которая  представляет  собой  неизолированный  асфальтом  почвенный  покров,  так  и  с  физико-химическими  особенностями  самой  этой  почвы. 

Корреляционный  анализ  показал  очень  слабую  связь  между  валовым  содержанием  ТМ  в  почвенном  покрове  и  транспортной  нагрузкой. 

В  целом,  исследования  показали,  что  в  проанализированных  почвах  происходит  накопление  ТМ.  Почвенный  покров  города  загрязнен  таким  металлами  как  Pb,  Cu,  Zn  и  Ni,  что  не  противоречит  ранее  проведенным  исследованиям  другими  учеными  в  1998–2009  гг.  [8;  13].  Однако  зависимости  между  валовым  содержанием  ТМ  и  транспортной  нагрузкой  не  выявлено.  Это  может  быть  обусловлено  тем,  что  аккумуляция  основной  части  загрязняющих  веществ  (в  том  числе  и  ТМ)  наблюдается  преимущественно  в  гумусовом  горизонте,  где  они  связываются  алюмосиликатами,  не  силикатными  минералами,  органическими  веществами  за  счет  различных  реакций  взаимодействия.  Поэтому,  состав  и  количество  удерживаемых  в  почве  элементов  зависят  не  только  от  уровня  техногенной  (транспортной)  нагрузки,  но  и  от  содержания  и  состава  гумуса,  кислотно-основных  и  окислительно-восстановительных  условий,  сорбционной  способности,  интенсивности  биологического  поглощения  и  гранулометрического  состава  самих  этих  почв  [3,  c.  8].

Кроме  этого,  валовое  содержание  ТМ  дает  не  полную  характеристику  экологического  состояния  почв.  Исследования  количественных  соотношений  геохимических  форм  металлов,  находящихся  в  загрязнённых  почвах,  позволяют  прогнозировать  процессы  закрепления  металлов  в  породах,  предсказывать  и  предупреждать  возможные  экологические  риски  вторичного  загрязнения  окружающей  среды.  Поэтому  в  почвенно-геохимическом  мониторинге  помимо  оценки  загрязнения  почв  ТМ  по  их  валовому  содержанию  необходимо  уделять  особое  внимание  накоплению  их  подвижных  форм,  которые  способны  переходить  из  твердых  фаз  в  почвенные  растворы,  поглощаться  живыми  организмами  и  загрязнять  грунтовые  воды  [6,  13,  14]. 

В  связи  с  этим,  необходимо  провести  ряд  физико-химических  исследований  отобранных  проб  для  более  глубокого  анализа  и  оценки  влияния  автотранспорта  на  загрязнение  ТМ  почвенного  покрова  г.  Архангельска. 

Список  литературы:

1. ГН  2.1.7.2511-09.  Ориентировочно  допустимые  концентрации  (ОДК)  химических  веществ  в  почве:  утв.  главным  государственным  санитарным  врачом  РФ  от  18.05.2009:  ввод.  в  действие  с  01.07.2009.  –  М.  2009.  –  12  с. 
2. ГОСТ  17.4.4.02-84.  Охрана  природы.  Почвы.  Методы  отбора  и  пробоподготовки  почв  для  химического,  бактериологического  и  гельминтологического  анализа.  Постановление  Госкомитета  СССР  по  стандартам  от  19.12.1984,  №  4731.  –  М.:  Стандарт  информ,  2008.  –  8  с.
3. Джувеликян  Х.А.,  Щеглов  Д.И.,  Горбунова  Н.  С.  Загрязнение  почв  тяжелыми  металлами.  Способы  контроля  и  нормирования  загрязненных  почв.  –  Издательско-полиграфический  центр  Воронежского  государственного  университета,  –  2009.  –  22  с.
4. Ежегодник  «Состояние  загрязнения  атмосферы  в  городах  на  территории  деятельности  Северного  УГМС  за  2009,  2010,  2011,  2012,  2013  гг.»:  сб.  /  Федеральная  служба  по  гидрометеорологии  и  мониторингу  окружающей  среды  (Росгидромет).  Северное  УГМС.  –  Архангельск,  2007,  2010,  2011,  2012,  2013,  2014.
5. Методические  указания  по  оценке  городских  почв  при  разработке  градостроительной  и  архитектурно-строительной  документации.  [Электронный  ресурс]  –  М.,  2003  –  URL:  http://standartgost.ru/g/pkey-14293850684/Методические_указания  (дата  обращения:  02.11.2015).
6. Минкина  Т.М.  Соединения  тяжелых  металлов  в  почвах  Нижнего  Дона,  их  трансформация  под  влиянием  природных  и  антропогенных  факторов:  дис.  …  д-ра.  биол.  наук.  −  Ростов-на-Дону,  2008.  –  172  с.
7. МУ  2.1.7.730-99.  Методические  указания:  Гигиеническая  оценка  качества  почвы  населенных  мест:  утв.  главным  государственным  санитарных  врачом  РФ  7.02.1999:  ввод.  в  действие  с  05.04.1999.  –  М.  1999.  –  20  с.
8. Никитина  М.В.  Эколого-химическая  оценка  загрязнения  тяжелыми  металлами  основных  урболандшафтов  г.  Архангельска:  дис.  …канд.  хим.  наук.  –  Архангельск,  2011.  –  174  с.
9. Панфилов  А.А.  Влияние  сезонных  условий  на  загрязнение  почвы  при  эксплуатации  автомобилей:  дис.  …  канд.  т.  наук.  –  Тюмень,  2006.  –  135  с.
10. Пилюгина  М.В.,  Попова  Л.Ф.,  Корельская  Т.А.  Экологический  биогеохимический  мониторинг:  критерии,  нормативы,  коэффициенты:  методические  рекомендации.  –  Архангельск:  Изд-во  ПГУ,  –  2007.  –  48  с.
11. ПНД  Ф  16.1.42-04.  Методика  выполнения  измерений  массовой  доли  металлов  и  оксидов  металлов  в  порошковых  пробах  почв  методом  рентгенофлуоресцентного  анализа.  Утвержден:  ФГУ  Федеральный  научно-методический  центр  анализа  и  мониторинга  окружающей  среды  МПР  России,  23.03.2004.  –  М.  2010.  –  13  с.
12. Пономарева  С.В.  Изменение  эколого-биологических  свойств  чернозема  обыкновенного  при  загрязнении  тяжелыми  металлами:  дис.  …  канд.  биол.  наук.  –  Ростов-н/Д.,  2008  –  200  с. 
13. Попова  Л.Ф.  Комплексная  эколого-химическая  оценка  и  нормирование  качества  почвенно-растительного  покрова  городских  экосистем  (на  примере  Архангельска):  дис.  …д-ра.  биол.  наук.  –  Архангельск,  2015.  –  396  с. 
14. Попова  Л.Ф.  Трансформация  соединений  тяжелых  металлов  в  почвах  Архангельска  //  Фундаментальные  исследования.  –  2014.  –  №  9–3.  –  С.  562–566.
15. Практикум  по  общей  и  сельскохозяйственной  экологии:  учебное  пособие  к  практическому  курсу  для  студентов  факультетов  агрономических  и  технологических  направлений  сельскохозяйственных  вузов,  слушателей  ДПО  и  ПК.  –  пос.  Персиановский,  ДонГАУ,  2008.  –  216  с.
16. Состояние  и  охрана  окружающей  среды  Архангельской  области  за  2009,  2010,  2011,  2012,  2013  гг.  Сборник  /  Агентство  природных  ресурсов  и  экологии  Архангельской  области  государственное  казенное  учреждение  Архангельской  области  «Центр  природопользования  и  охраны  окружающей  среды»;  отв.ред.  А.В.  Чулков.  –  Архангельск,  2010,  2011,  2012,  2013,  2014.
17. Федорова  А.И.,  Никольская  А.И.  Практикум  по  экологии  и  охране  окружающей  среды:  учебное  пособие  для  студ.  высш.  учеб.  заведений.  –  М.:  Гуманит.  изд.  Центр  ВЛАДОС,  2001.  –  288  с.
18. Чалышева  Л.В.  Школьный  экологический  мониторинг:  методическое  пособие.  –  Сыктывкар:  Изд-во  КРИРОиПК,  2001.  –  57  с.