Оценка техногенного загрязнения почвы на примере промышленного города 

В статье отмечено, что динамика загрязнения почвы в промышленной зоне г. Темиртау остается не­благоприятной по отношению к почве в селитебной зоне. В радиусе воздействия крупных промыш­ленных объектов отмечены существенные превышения ПДК по ряду тяжелых металлов. Выявлено, что наиболее интенсивно почвы загрязнены веществами, относящимися к первому и второму классам опасности: свинцом, цинком, медью и никелем. Определено, что доля неудовлетворительных проб составила по свинцу 19,3 %, по цинку — 15,5 %, в то же время частота превышения ПДК по меди и никелю была 7,3 и 7,6 % соответственно. Содержание этих элементов в почвенном покрове превысило естественный уровень загрязнения исследуемой территории.

Для нормальной жизнедеятельности организма необходимы практически все химические эле­менты, и речь может идти лишь об их оптимальном количестве и пропорции. При больших концен­трациях могут быть токсичными практически все микроэлементы, вплоть до самых жизненно необ­ходимых, от которых в значительной мере зависит иммунобиологическая реактивность организма. С нарушением оптимальных пропорций микроэлементов в окружающей среде связывают многие эн­демические болезни, которые возникают в так называемых техногенных биогеохимических провин­циях [1, 2].

Для территории Центрального Казахстана, отличающегося разнообразием биогеохимической ситуации, важное практическое значение имеет исследование почвы регионов с неблагоприятным условием обитания. Почва в городах подвержена тем же вредным воздействиям, что и атмосферный воздух и гидросфера, поэтому повсеместно происходит значительная ее деградация.

Почва существенно отличается от других компонентов биосферы как по уровню организации и сложности строения, так и по осуществляемым ею функциям. Кроме того, почва играет особую роль глобального геохимического регулятора циклических массопотоков (ТМ) — загрязняющих элементов, обладающих высокими показателями техногенности и токсичности при высоких концентрациях [3].

За время исследования функциональных зон города выявлены широкие пределы колебаний со­держания химических элементов в исследуемых образцах почвы (табл. 1). Исходя из рекомендуемых пределов допустимых концентраций санитарных норм РК наблюдаем повышенное содержание прак­тически всех элементов (Co, Cr, Cu, Pb, Zn, Ni).

Эколого-геохимическое состояние почв города охарактеризовано коэффициентом концентрации (К_к) и коэффициентом опасности (К_о), определенными по формулам:

• К_к = С/Сф; где С — содержание элемента в пробе; Сф — фоновое содержание элемента;
• К_о = С/ПДК; где ПДК — предельно допустимые концентрации.

Почвенные образцы отбирались с глубины 0-15 см методом конверта. В пробах определяли со­держание 12 химических элементов (табл. 1).

Лабораторный контроль состояния почвенного покрова г. Темиртау позволяет констатировать его санитарно-гигиеническое неблагополучие, неблагоприятно влияющее на условия проживания населения.

При проведении эколого-гигиенического обследования почв была дана оценка химического за­грязнения почвы по 17 показателям, в том числе на тяжелые металлы. Для этого город подвергли ранжированию по техногенной нагрузке (включая автотранспортные развязки). Территория точек отбора за номерами №№ 1-5 — проспект Республики; улица Комсомольская; улица Металлургов; улица Пирогова; шестой микрорайон (центр города). Точки отбора в почвах зоны влияния транспорта закреплены за номерами №№ 6-10: в пригородной зоне: «Правый берег»; автомагистраль «Алматы-Астана»; территория промышленного предприятия ТОО «Алаш». Точка отбора № 11 - дачи города Темиртау.

Анализ имеющихся данных показал, что наиболее интенсивно почвы загрязнены веществами, относящимися к первому и второму классам опасности: свинцом, цинком, медью и никелем. Так, до­ля неудовлетворительных проб составила по свинцу 19,3 %, цинку — 15,5 %. В то же время частота превышения ПДК по меди и никелю была 7,3 и 7,6 %.

Динамика загрязнения почвы в промышленной зоне города остается неблагоприятной по отно­шению к почве в селитебной зоне. В радиусе воздействия крупных промышленных объектов отмеча­ются существенные превышения ПДК по ряду тяжелых металлов. Например, в зоне влияния про­мышленного комплекса «МитталСтилл» содержание тяжелых металлов — меди, цинка, свинца, ни­келя — составляет от 1,8 до 7,5 ПДК. В почвах, отобранных в зоне влияния автомагистрали «Алма-ты-Астана», зарегистрированы концентрации, превышающие нормативы по тяжелым металлам (свинца — от 2 до 10 ПДК, никеля — от 4,6 до 6,3 ПДК) в 100 % проб. В зоне влияния автомагистра­ли промышленного предприятия ТОО «Алаш» в 100 % случаях отбора проб содержание свинца, цин­ка, ванадия превышает норматив (от 1,3 ПДК до 1,7 ПДК).

Одним из самых загрязненных районов по всем перечисленным ингредиентам является район ТЭЦ-2, где в 40 % проб обнаружен свинец в количествах, превышающих ПДК, в 46 % проб — цинк, в 26,7 % — никель. Выявлено несколько территориальных участков города и пригородной зоны, где отмечается интенсивное загрязнение почвы, в том числе:

• в городе: проспект Республики (свинец — 2,3 ПДК, медь — 5,5 ПДК); улица Комсомольская (свинец — 2,5 ПДК); улица Металлургов (свинец — 2 ПДК, медь — 3,6 ПДК, цинк — 1,6 ПДК); ули­ца Пирогова (свинец — 2,9 ПДК); шестой микрорайон (медь — 7,5 ПДК, никель — 1,8 ПДК);
• в пригородной зоне: «Правый берег» (свинец — 3,9 ПДК, цинк — 1,8 ПДК); дачи (свинец —

6 ПДК, медь — 10 ПДК).

Высокое загрязнение почвы свинцом от выхлопных газов автотранспорта, достигающее от 2 до 10 ПДК, зарегистрировано на проспекте Республики.

По степени загрязнения нефтепродуктами наиболее загрязненным является район бывшего заво­да «Карбид», где среднегодовая концентрация составляет 735-737 мг/кг. Данные лабораторного кон­троля почвы на загрязнение ядохимикатами показывают их отсутствие в почве. 

Для оценки уровней загрязнения почвенного покрова отдельными тяжелыми металлами был проведен расчет коэффициентов концентрации каждого поллютанта по формулам, рекомендованным Московским научно-исследовательским институтом им. Ф.Ф.Эрисмана.

В качестве фоновых приняты минимальные значения, повторяющиеся наибольшее число раз в пределах исследуемой территории, которые для цинка составили 1,5 мг/кг, свинца — 5,0 мг/кг, ме­ди — 0,8 мг/кг, никеля — 1,0 мг/кг, кадмия -0,2 мг/кг, марганца — 2 мг/кг. Одной из причин накоп­ления цинка в почве является его способность сорбироваться минеральными и органическими ком­понентами, а также щелочная реакция среды.

Свинцом загрязнены территории всех районов города, причем критические концентрации тяго­теют к главным автомагистралям города. Содержание свинца в почвах колеблется в диапазоне 0,2-286,0 мг/кг.

Загрязнение почв соединениями меди — это результат поступления из индустриальных источ­ников. Возможно возникновение локальных аномалий меди в почвах в результате коррозии конст­рукционных материалов, содержащих сплавы меди (например, электрические провода, трубы). Для меди характерна локализация в верхнем слое почвы (10-15 см от поверхности), что отражает ее биоаккумуляцию, а также современное антропогенное влияние. Вариабельность концентрации меди на территории города составила 1,4-216,3 мг/кг.

Накопление никеля в почве в первую очередь может происходить за счет его способности сор­бироваться оксидами Mn, Fe и органическими формами. Никель обнаруживается в почвах города в концентрациях 0,2-11,9 мг/кг.

Фиксации кадмия в почве способствует сдвиг рН почвы в щелочную сторону. Диапазон концен­траций кадмия по городу составляет 0,2-1,42 мг/кг.

Поступающий из техногенных источников марганец обычно накапливается не в тонком поверх­ностном слое почв, а в подпочве. Причина низкого содержания марганца в верхних слоях почвы мо­жет заключаться в большом радиусе его рассеивания. Накопление марганца в почве может быть свя­зано с рН среды и большим количеством органических комплексов. Диапазон колебаний составляет до 1,0 мг/кг. 

Данные таблицы 2 показывают, что концентрация хрома и цинка выше ПДК только в точках усиленного техногенного загрязнения. Самый высокий коэффициент опасности у хрома — в 1,8 раза, у цинка — 1,4 раза, т.е. средняя концентрация этих металлов в исследуемых образцах превышает ПДК. Учитывая количественные содержания в отношении к санитарным нормам, видим, что практи­чески во всех точках отбора коэффициент опасности по ванадию, никелю, меди, кобальту и берил­лию меньше единицы. Это означает, что средняя концентрация этих элементов не превышает ПДК.

Общеизвестно, что фоновые содержания, характеризующие исходные количества химических элементов обследуемых территорий, считаются естественным уровнем загрязнения. Полученные данные показывают (табл. 2), что в почве районов № 1-4 в исследуемых образцах среднее содержа­ние свинца превышает фоновый уровень в 2,3-2,5 раза, цинка — в 1,4-1,9, хрома — в 3,5-5,7 раза. Самое высокое превышение фонового уровня идет по содержанию марганца в точках 4, 5, 6 — в 6,2; 7,5 и 10,5 раза соответственно. По всем обследованным образцам почвы наблюдается превышение фона по содержанию кобальта в 1,1-1,8 раза, меди — в 0,8-1,4 раза, ванадия — в 1,3-2 раза, никель распределен равномерно по всем исследуемым зонам, где превышение фонового уровня идет при­близительно в 2 раза. Исходя из данных таблицы 2 можем утверждать, что содержание этих элемен­тов в почвенном покрове превышает естественный уровень загрязнения исследуемой территории.

Вывод. Город Темиртау представляет собой новую биогеохимическую зону, которая может нега­тивно сказаться на состоянии здоровья населения. Для уменьшения территориальной миграции тяже­лых металлов необходимо продолжать мониторинг почвенного покрова для проведения упреждаю­щих мероприятий.

Список литературы

1. Дюсембаева Н.К., Мукашева М.А. Загрязнение почвы металлами как фактор риска возникновения нарушений репро­дуктивной функции организма // Гигиена, эпидемиология және иммунология. — 2004. — № 1-2. — С. 63-65.
2. Мукашева М.А. Оценка загрязнения городской территории по содержанию тяжелых металлов в почве // Гигиена, эпидемиология және иммунология. — 2004. -№ 3. — С. 26-29.
3. Мукашева М.А. Экологическое обоснование математической модели поведения тяжелых металлов в почве // Здоро­вье и болезнь. — 2004. — № 8 (36). — С. 56-59.