Загрязнение почвенного покрова г. Могилева тяжёлыми металлами

УДК 502.521:504.5

В. М. Феденя, канд. г.-м. наук, В. И. Матвеева, канд. с.-х. наук,

В. А. Рыбак, канд. техн. наук, В. В. Валентейчик, М. В. Грищенко,

В. В. Крусь, Т. Н. Сочнева ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА Г. МОГИЛЕВА ТЯЖЁЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

Рассмотрена структура, интенсивность и масштабы химического загрязнения почвенного покрова территории г. Могилева и прилегающих территорий для перспективной застройки. Установлены приоритетные загрязнители, проведено ранжирование территории по степени загрязнения. Изложены представления авторов по улучшению организации контроля за состоянием загрязнения городских почв.

В городской среде почвенный покров является одним из главных компонентов природной среды, выполняющий ряд весьма важных функций: пространственный базис для размещения хозяйственных, транспортных, социальных и других объектов; средство производства и предмет труда; компонент биосферы, обеспечивающий устойчивое функционирование биоэкосистем городских территорий.

Совокупность всех этих функций обуславливает главную социальную функцию городских почв - комфортность проживания человека. При этом необходимо признать, что почвенный покров города является экраном поглощения и накопления токсичных веществ, осаждающихся из воздуха, попадающих в него с твердыми промышленными и бытовыми отходами. В почвенной среде токсичные вещества частично разлагаются и теряют свою активность, другая часть, наоборот, взаимодействуя друг с другом и с почвенным поглощающим комплексом, увеличивает химическую активность, усиливая свою токсичность.

Экологическое значение техногенного загрязнения почв своеобразно и не всегда совпадает с загрязнением других природных сред. Почвы являются промежуточным звеном в загрязнении сопредельных природных сред, прежде всего поверхностных и подземных вод, растительности и атмосферного воздуха. Почва не включается непосредственно в

биохимические циклы человеческого организма как используемый для дыхания воздух и употребляемая в пищу растительность. В связи с особой значимостью почвенного покрова в формировании экологически безопасной природной среды города охрана земель от загрязнения является одной из наиболее важных социальных эколого-экономических задач.

Современный хозяйственный комплекс г. Могилева является главным фактором негативного воздействия на природную среду. В городе преобладает техногенное загрязнение почв через газовоздушные выбросы промышленных предприятий и транспортных средств. Однако структура и интенсивность загрязнения почв города не всегда коррелирует с существующими в настоящее время источниками и уровнями выбросов в атмосферу загрязнителей. Содержание загрязнителей в почвах - отражение длительного и меняющегося во времени и пространстве антропогенного воздействия на этот компонент природной среды.

До 1997 г. загрязнение почв шло преимущественно за счет специфических выбросов предприятий (метанол, сероуглерод, сероводород и др.). В общем объеме выбросов 28-32 % приходилось на долю промышленных предприятий, 10-15 % - предприятий теплоэнергетики, 25-59 % - транспорта (без учета индивидуальных транспортных средств).

В настоящее время суммарный уровень загрязнения формируется, в основном, за счет традиционных загрязнителей, выбрасываемых автотранспортом, и ТЭЦ.

В 2004 г. с выбросами от стационарных источников в атмосферу поступило 10,427 т тяжелых металлов.

В среднем за 2004 г. автотранспортом г. Могилева было израсходовано 35455 т различных видов топлива, что составляет 54,5 % от их общего потребления по городу. Среди промпред-приятий, загрязняющих почвы города, заметна роль ОАО «Могилёвхимволок-но», РУП завод «Могилёвлифтмаш», УЭРП «Могилёвский автомобильный завод им С. М. Кирова», ОАО «Могилёвский ремзавод».

Почвенный покров территории г. Могилева и его экологическое состояние были объектом внимания многих исследователей. Изучение почв города проводилось для решения как научных, так и практических задач. Впервые геохимическое обследование почв г. Могилева было выполнено в 1989-1990 гг. группой специалистов аналитического центра Института минералогии и геохимии редких элементов АН СССР под руководством Ю. П. Соткова. Карта загрязнения почв города, составленная в 1992 г. по результатам этих исследований, до настоящего времени используется в различных разработках.

В 2001-2002 гг. в рамках проекта «Анализ городских ландшафтов и территориального деления для рационального планирования и управления городской средой» Белорусским государственным университетом совместно с федеральным институтом технологий в Лозане (ЕРБЬ, Швейцария) проведено изучение степени загрязнения почв г. Могилева тяжелыми металлами, по результатам анализа 189 почвенных проб [4].

В 2003 г. геохимическое обследование почвенного покрова г. Могилева было проведено Государственным учреждением «Республиканский центр радиационного контроля и мониторинга

окружающей среды» (РЦРКМ) Департамента гидрометеорологии, которое выполнялось в рамках Национальной системы мониторинга окружающей среды Республики Беларусь на основании от-б ор а и анализа 56 почвенных проб [6].

В 2002-2004 гг. в рамках выполнения программы работ «Производство комплексных геофизических работ по созданию основы геолого-эколо-гического картирования масштаба 1:50000 Могилевского промрайона (Могилевский объект)» геофизической экспедицией РУП «Белгеология» было осу ществлено геохимическое обследование почвенного покрова г. Могилева. На исследуемой нами территории было отобрано 427 почвенных проб.

Проведенные геохимические исследования, выполненные различными организациями, свидетельствуют о сложном экологическом состоянии почвенного покрова г. Могилева. Структура загрязнителей многопланова и обусловлена в большей степени спецификой хозяйственного комплекса. Неоднозначность трактовки результатов, по нашему мнению, обусловлена различными методическими подходами и отдельными недоработками в решении поставленных задач, которые сводятся к следующему:

- при проведении геохимических обследований почв не изучалось состояние загрязнения почв промышленных площадок предприятий и санитарнозащитных зон;

- малочисленная база данных РЦРКМ Департамента гидрометеорологии дает только ориентировочную информацию о состоянии химического загрязнения почв г. Могилева;

- более многочисленная база данных о содержании тяжелых металлов в почвах г. Могилева, сформированная геофизической экспедицией РУП «Бел-геология», привязана преимущественно к дорожной сети города. Неравномерность отбора проб по территории и своеобразность методики проведения аналитических работ создаёт существенные труд-

ности для проведения оценки загрязненности почвенного покрова;

- нестандартизованность методик аналитических (лабораторных) работ также вносит определенные сложности в трактовку полученных результатов.

В 2005 г. в рамках разработки «Территориальная схема охраны окружающей среды г. Могилева и Могилевского района» нами было проведено изучение и оценка состояния химического загрязнения почвенного покрова г. Могилева. Объектами внимания были территории: Могилева в современных границах (площадь 10774 га); пригородных зон Могилевского района, перспективных для расширения границ областного центра (площадь 4000 га).

Структура изучаемых загрязнителей включала валовые формы следующих металлов: Сё, Сг, Си, Мп, N1, РЬ, 2п. Выполненный нами статистический анализ данных по концентрациям тяжелых металлов в точках наблюдений РЦРКМ, БГУ, Геофизической экспедиции показал невозможность их совместного использования для построения сводных полей концентраций, что, прежде всего, объясняется существенными различиями в методиках проведения аналитических (лабораторных) работ. Только методика, применяемая РЦРКМ, соответствует утвержденным нормативно-методическим документам [7]. Некоторые недостатки в размещении точек отбора проб не позволяют использовать в полной мере каждый результат в отдельности. Это и недостаточное количество точек на территориях промышленных узлов, санитарнозащитных зон предприятий, окраинных территориях, и малочисленность точек наблюдений РЦРКМ, и приуроченность данных Геофизической экспедиции преимущественно к улично-дорожной сети города.

При подготовке к исследованиям нами было принято решение: проводить аналитические работы по той же методике, что и РЦРКМ, и использовать данные последнего обследования РЦРКМ за

2003 г. совместно с собственными данными. Для построения объединенной нерегулярной сетки отбора проб средствами ГИС был выполнен пространственный анализ данных БГУ, РЦРКМ, Геофизической экспедиции с построением статистических поверхностей для каждого из учитываемых загрязнителей в отдельности и выявлением особых точек этих поверхностей (локальных минимумов, максимумов, седловых точек). Был также выполнен анализ геоморфологических особенностей территории с выявлением зон с условиями, способствующими накоплению загрязнителей (пойменных территорий, днищ долин малых и временных водотоков, локальных бессточных понижений). Все статистические поверхности и при предварительном анализе, и в последующем строились отдельно для правобережной и левобережной частей города, что связано с учетом роли Днепра как существенного барьера для миграции загрязняющих веществ.

В результате новые точки отбора проб размещались: вблизи проектируемой городской черты и береговой линии Днепра, в зонах сгущения особых точек предварительных статистических поверхностей, в зонах с условиями накопления загрязняющих веществ таким образом, чтобы не дублировать наблюдения РЦРКМ. С учетом финансовых условий выполнения работ было размещено 186 точек, так что вместе с 56 точками РЦРКМ, находящимися в пределах городской черты, объединенная сетка состояла из 242 точек (152 точки на правом и 90 точек на левом берегу Днепра).

Обработка всех полученных данных геохимического анализа с построением статистических поверхностей по кригинг-методу для концентраций отдельных металлов и для 2С выполнялась в среде ГИС с помощью специально разработанного комплекса программ таким образом, чтобы классификация степени загрязнения соответствовала положениям [7].

Принятый нами подход к построению сетки точек отбора почвенных проб и используемые средства пространственного анализа позволяют рассчитывать на получение достаточно достоверной картины пространственных тенденций распределения загрязнений почвенного покрова тяжелыми металлами по всей территории г. Могилева. Оконтуривание отдельных пятен и выявление незначительных по площади участков загрязнений требуют дополнительных детальных обследований.

Все приводимые ниже зональные статистики имеют оценочный характер и получены нами по результатам анализа статистических поверхностей совместно с картой использования территорий из Генерального плана города Могилева.

Проведенные поэлементные исследования показали (табл. 1), что промышленный комплекс города и, особенно, автотранспорт оказывают негативное воздействие на загрязнение почвенного покрова города.

Табл. 1. Загрязнение почвенного покрова функциональных зон г. Могилёва и прилегающих территорий

Функциональная зона Площадь, га 7п еа РЬ N1 Мп ей Площадь загрязненных земель

Общественная и жилая многоквартирная застройка 1543,8 8,8 21,6 8,2 0,0 0,2 0,8 31,7

Жилая усадебная застройка городского типа 2360,3 16,6 22,0 7,0 0,0 0,2 0,7 32,1

Жилая усадебная застройка сельского типа 350,1 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

Промышленная и коммунально-складская застройка 2309,7 6,9 7,1 7,1 0,0 1,7 0,0 20,9

Озелененные территории общего пользования 1309,4 12,2 28,3 8,6 0,0 0,0 0,3 39,1

Озелененные территории специального назначения 386,6 7,5 4,6 4,2 0,0 0,0 0,0 13,8

Пойменные территории 531,9 34,4 36,8 8,7 0,0 0,0 0,0 53,0

Магистральные и основные улицы и дороги 667,0 10,8 18,4 7,4 0,0 0,1 0,6 29,7

Железная дорога общего пользования 298,4 3,4 5,7 17,5 0,0 1,9 0,1 25,3

Инженерные сооружения 12,0 40,5 40,0 12,3 0,0 0,0 0,0 54,9

Сельскохозяйственные земли 2602,3 0,4 0,1 0,2 0,0 0,0 0,0 0,6

Лесной массив 1148,8 5,4 2,3 12,5 0,0 0,0 0,0 18,1

Открытый ландшафт 988,2 6,2 7,6 10,2 0,0 0,0 0,0 20,4

Прочие 152,5 0,0 0,0 25,3 0,0 0,0 0,0 25,3

Всего 14661,1 7,3 10,6 6,3 0,0 0,3 0,2 19,3

Все изучаемые тяжелые металлы в разной степени интенсивно накапливаются в почвах города. Наиболее приоритетным среди них является кадмий, газовоздушные выбросы которого связаны с работой теплоэнергетики и автотранспорта [3]. При воздействии его на человека поражается ряд важных систем: дыхательная и кровеносная систе-

ма, желудочно-кишечный тракт, костная ткань и другие органы [1]. Среднее содержание элемента 0,5 мг/кг почвы при минимальном значении 0,02 и максимальном - 1,8. Дифференциация почвенного покрова территории города по загрязнению этим металлом выглядит следующим образом: 19,7 % территории, где содержание кадмия не превышает двух

фоновых значений, не загрязнена, что позволяет считать их как не загрязненными или несущественно загрязненными, эти земли приурочены, в основном, к сельскохозяйственным пригородным зонам; 69,7 % территории допустимо загрязнено. Эти почвы являются резервом ближайшего загрязнения, так как содержание кадмия в них приближается к параметру предельно-допустимых нагрузок. Распространены они преимущественно на территориях промышленной и коммунально-складской застройки, а также в густонаселенных зонах многоквартирной застройки с густой транспортной сетью. Чрезвычайно опасно загрязненные почвы, где содержание загрязнителя находится в пределах ПДК -Ктах, составляют 10,6 % территории города и приурочены, в основном, к центру города и пойме р. Днепр, которая является зоной аккумуляции этого элемента, смываемого с территории водосбора бассейна реки.

Установлено загрязнение почвенного покрова г. Могилева цинком. Накопление его в почве связано с работой автотранспорта, объектов теплоэнергетики и металлургии [3]. Негативное воздействие его на здоровье человека связано с поражением дыхательных путей, желудочно-кишечного тракта,

кожного покрова [1]. Среднее содержание этого загрязнителя в почвах составляет 49,9 мг/кг почвы при минимальном значении 6,2 и максимальном -512,0. Дифференциация территории города по степени загрязнения цинком такова: 53,2 % площади не загрязнено, распространены они, в основном, на сельскохозяйственных землях прилегающих территорий, в жилой усадебной застройке, где техногенное воздействие на почвенный покров наименьшее. Около 40 % территории города имеет допустимую степень загрязнения и представляет резерв ближайшего загрязнения земель, так как содержание цинка в них приближается к параметрам ПДК.

Наиболее загрязнены эти земли в зонах городских застроек, транспортных магистралей и поймах городских рек.

Чрезвычайно опасно загрязненные цинком почвы (содержащие от ПДК до Ктах), составляют 7,3 % территории города. Распространены они в пойме р. Днепр. Наличие чрезвычайно опасных ареалов загрязнения отмечено в зонах расположенного в пойме водозабора Днепровского, приуроченного к локальному понижению Кировского водозабора.

Установлено загрязнение почв города свинцом. Накопление его в почвах связано с выбросами в атмосферу продуктов сгорания топлива, особенно при использовании автотранспорта на этилированном автобензине [3]. Негативное воздействие свинца на здоровье человека проявляется, в первую очередь, на состоянии нервной системы, составе крови, обменных и эндокринных реакциях, желудочно-кишечном тракте, сердечнососудистой системе [1]. Среднее содержание его в почвах составляет 15,4 мг/кг почвы с колебаниями от 1,8 до 227,3. Отмечается дифференциация почвенного покрова по степени загрязнения: на 87 % изучаемой территории содержание свинца не превышает двух фонов, что позволяет считать эти земли как незагрязненные или слабозагрязненные, на площади 6,7 %, где содержание загрязнителя находится в пределах от двух фонов до ПДК -допустимо загрязненные и на территории 6,3 % - чрезвычайно опасно загрязненные [2]. Накопление этого загрязнителя в почвах выше допустимого уровня отмечается на территориях всех функциональных зон, однако наибольшее распространение они имеют в пойме р. Днепр, вдоль транспортных магистралей, особенно в правобережной и центральной части города.

Марганец также является фактором загрязнения почвенного покрова изучаемых объектов. Интенсивность этого вида загрязнения выражена значительно слабее по сравнению с другими поллютантами.

Среднее содержание его в отобранных почвенных пробах составляет 342,1 мг/кг почвы при минимальном значении 20,5 и максимальном - 3170,0. В 64,1 % почвенных проб содержание этого загрязнителя превышало фоновое значение и только в двух точках, расположенных на территории металлургического завода, несколько превышало ПДК.

Дифференциация территории по степени загрязнения почв марганцем выражена слабо: 80,4 % территории почвенного покрова имеет содержание марганца менее двух фоновых значений, что свидетельствует об их несущественном загрязнении, на 19,3 % изучаемой площади содержание загрязнителя находится в пределах от двух значений фонов до величины ПДК, что определяется как допустимый уровень. Загрязненные марганцем почвы, у которых содержание этого металла выше ПДК, отмечены на площади 0,3 % и приурочены к территории металлургического завода. Наличие площадей с допустимым уровнем загрязнения марганцем свидетельствует о значительных потенциальных возможностях формирования почв, загрязненных этим металлом.

Загрязнение почв никелем связано с выбросами в атмосферу при металлургическом производстве, в машиностроении, электроэнергетике [3] и других производств. Металлический никель и его соли оказывают весьма негативное воздействие на здоровье человека, поражая дыхательную, кровеносную систему, вызывая изменение в составе крови, нарушая метаболизм клеток, формируя раковые заболевания [1].

Средний уровень содержания его в почвах города составляет 6,4 мг/кг при минимальном 1,3 и максимальном 54,3. В настоящее время загрязненных почв этим металлом не установлено. Однако превышение фоновых значений содержания никеля в 85,5 % отобранных проб свидетельствует о начальной стадии развития процесса загрязнения почв

этим металлом, который имеет некоторую дифференциацию по территории: 91,2 % площади почв имеют содержание никеля, не превышающее двух фоновых величин, что позволяет считать их как несущественно загрязненные; на площади 8,8 % изучаемой территории накопление никеля находится на уровне от двух фоновых величин до ПДК - допустимо загрязненные почвы. Эти площади приурочены к узлу предприятий: ОАО «Могилевский электромеханический завод», РПУП «Могилевский завод «Стромма-шина», завод «Электродвигатель», ОАО «Вольт».

Накопление меди в почве обусловлено газовоздушными выбросами в атмосферу в металлургическом производстве и машиностроении [3]. При хронической интоксикации медью и ее солями возникают функциональные расстройства нервной системы, нарушение функций печени и почек, изменение состава крови [1].

Среднее содержание этого загрязнителя в отобранных почвенных пробах составляет 10,4 мг/кг при минимальном 2,6 и максимальном 53,8. Однако в 17,4 % проб содержание меди превышает фоновые величины, а в 3 % - выше ПДК. Дифференциация почвенного покрова по содержанию меди выглядит следующим образом: 98,1 % почв несущественно загрязнены - содержание меди не более двух фоновых значений; 1,7 % - допустимо загрязнены - содержание меди находится в пределах двух фоновых значений до ПДК, 0,2 % почв опасно загрязнены, содержание меди находится в пределах от Ктах до ПДК. Допустимо опасные почвы следует рассматривать как ближайший резерв формирования загрязненных медью почв.

Накопление меди в почвах города формируется под воздействием ряда предприятий: РПУП «Могилевский завод «Строммашина», завод «Электродвигатель», ОАО «Могилевский металлургический завод».

Исследованиями установлено, что

хром не является фактором загрязнения почвенного покрова изучаемых объектов: содержание его в отобранных почвенных пробах не превышает фоновых значений.

Показатель суммарной оценки загрязнения почвенного покрова является

одним из очень важных индикаторных показателей безопасности условий проживания человека в населенном месте. Он обобщает действия всего комплекса загрязнителей на экологическое состояние почвенного покрова и дает оценку степени их загрязнения (рис. 1).

Рис. 1. Карта суммарного загрязнения почвенного покрова г. Могилёва тяжелыми металлами

Установлено, что на территории г. Могилева площадь загрязненных почв составляет 22,8 %, уровень их загрязнения невелик: 2с = 1,8, что позволяет на основании существующих нормативов [2] считать почвенный покров города как несущественно загрязненным.

Приоритетными загрязнителями являются: кадмий, которым загрязнено 10,6 % городской территории, цинк - 7,3 % и свинец - 6,3 %.

Загрязненные почвы в большей степени сосредоточены в пойме реки Днепр

- зоне их аккумуляции с водосбора реки, а также в зонах жилой застройки. Прилегающие территории Могилевского района, перспективные для расширения границ города, в целом экологически благополучны, однако имеющиеся на них несанкционированные свалки различных отходов являются фрагментарными очагами загрязненных почв.

Включение в городскую черту прилегающих территорий Могилевского района как перспективных для его расширения не усложняет состояние загрязнения почв города, однако требует очистки их от мусора.

Обобщая исследования по изучению и оценке состояния загрязнения почвенного покрова территории г. Могилева, необходимо признать, что городские земли республики, занимающие менее 1 % территории страны и выполняющие весьма ответственную социальную функцию -место проживания % численности населения страны, - должны быть составной частью Республиканской Программы наведения порядка на земле. В связи с этим считаем, что в каждом промышленном центре должна осуществляться программа контроля экологического, геохимического, санитарно-гигиенического состояния почвенного покрова. Автоматизированная база данных об экологическом состоянии городских почв должна формироваться по разработанной для каждого города сетке отбора проб, перечню контролируемых показателей, методам их определения, параметрам фоновых значений загрязнителей, установленных для почв города. Это обеспечит единый подход к изучению динамики экологического состояния почвенного покрова городов и его сравнительной оценке. Исследования РЦРКМ Департамента гидрометеорологии, прово-

димые на городских почвах, формируют весьма малочисленную базу данных, на основании которой не представляется возможным сделать оценку степени загрязнения почв и дифференциацию ее по территории города.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Вредные вещества в промышленности. Неорганические и элементоорганические соединения. - Л. : Химия, 1977. - 607 с.

2. Инструкция 2.1.7.11-12-5-2004. Гигиеническая оценка почвы населенных мест. - Минск,

2004. - 38 с.

3. Выбросы тяжелых металлов в атмосферу: опыт оценки удельных показателей / С. В. Какарека [и др.]. - Минск : Ин-т геологических наук НАНБ, 1998. - 158 с.

4. Марцинкевич, Г. И. Оценка загрязнения почвенного покрова г. Могилева тяжелыми металлами / Г. И. Марцинкевич, А. Д. Шкарубо, И. Л. Усова // Вестн. БГУ. - Серия 2 : Химия, биология, география. - 2005. - № 1. - С. 86-91.

5. Сборник методик выполнения исследований, допущенных к применению в деятельности лабораторий экологического контроля предприятий и организаций Республики Беларусь. - Минск,

2005. - Ч. 2. - 310 с.

6. Справочно-статистические материалы по состоянию окружающей среды и природоохранной деятельности в Республике Беларусь (на 1 января 2005 г.). - Минск : БелНИЦ «Экология», 2005. - 60 с.

7. Гигиенические нормативы 2.1.7.121-2004. Перечень предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно допустимых концентраций (ОДК) химических веществ в почве. - Минск, 2004. - 28 с.

Республиканское научно-исследовательское унитарное предприятие РУП «Бел НИЦ «Экология» Материал поступил 21.10.2006

V. М. Fedenia, V. I. Matveeva, V. A. Rybak,

V. V. Valenteichik, M. V. Grishchanko,

V. V. Krus, T. N. Sochneva

Chemical pollution of Mogikv’ city land

Republic Scientific-Research Unitary Enterprise RUE «Bel NIC «Ecology»

The structure, intensity and dimensions of chemical pollution of top-soil of area of Mogikv and suburb are considered. The priority pollutants are determined; the ranging of territory by pollution level is done. In the article author’s opinions for improvement of control of pollution of city’s soil are considered.