Распределение тяжелых металлов в почвах и растительности городских экосистем Калининградской области

УДК 631.4

Л. Ю. Станченко

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ

И РАСТИТЕЛЬНОСТИ ГОРОДСКИХ ЭКОСИСТЕМ КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ

Выявлены особенности концентрирования некоторых тяжелых металлов (ТМ) в верхнем горизонте почв, листьях клена и тополя в городах Калининграде и Светлогорске. Установлена зависимость между физико-химическими особенностями верхнего аккумулятивного горизонта почв, структурой городских ландшафтов, концентрацией и распределением ТМ в верхнем почвенном горизонте. Корреляции между аналогичными параметрами и концентрацией ТМ в листьях изученных древесных пород не обнаружено.

Some peculiarities of heavy metals concentrations in the accumulating layer of the urban soils and leafs of Acer platanoides and Popu-lus alba are presented. Dependence between physical and chemical features, geochemical structure of landscapes, concentration and distri-

Вестник Российского государственного университета им. И. Канта. 2009. Вып. 1. С. 81 — 85.

82

&

bution of heavy metals is established. Correlation between similar parameters and concentration of heavy metals in leaves is not found out.

Ключевые слова: геохимия городских ландшафтов, концентрация тяжелых металлов.

В 2005 — 2007 гг. автором проводились почвенно-геохимические исследования ландшафтов городов Калининграда и Светлогорска. Сетевым методом [2] отбирались лито- и биогеохимические пробы в почвах и древесной растительности. Определение тяжелых металлов проводилось на спектрографе ДФС-458С в аттестованной и аккредитованной лаборатории ГГП «Севкавгеология» в г. Ессентуки. Полученные данные позволили выделить спектр приоритетных элементов (Ои, Zn, Pb, Оо, №, Мп, Ог), содержание которых в исследованных объектах превышает условно фоновые значения.

По методике В. А. Алексеенко [1], основанной на учёте таксономических уровней, были выделены природно-антропогенные комплексы и проанализированы некоторые почвенно-геохимические особенности аккумулятивного слоя почвенного покрова изученных городов.

С учетом особенностей техногенной миграции элементов в изученных городах выделили девять функциональных зон: промышленных, селитебных мало- и многоэтажных, агроселитебных; зон, занятых военными ведомствами, зон рекреации и отдыха, пустырей, лугов и огородов, кладбищ. На втором уровне (с объединением городских ландшафтов по особенностям сообществ растений) были выделены ландшафты с преобладанием трех типов растительных сообществ: травянистой, декоративной древесно-кустарниковой и садовой древесно-кустарниковой. На третьем уровне (в соответствии с показателями окислительновосстановительной обстановки в почве) выделили два типа ландшафтов: окислительные и восстановительные. На четвертом уровне (с учетом геоморфологических особенностей ландшафтов) было выделено четыре группы: элювиальные, трансэлювиальные, трансаккумулятивные, транссупераквальные. На пятом уровне почвы городов подразделялись в соответствии с щелочно-кислотными условиями на четыре типа: со слабокислой реакцией почвенного раствора, нейтральной, близкой к нейтральной и слабощелочной.

Для выявления зависимостей концентраций и распределения ТМ от физико-химических параметров почв анализировались величина рН, емкость катионного обмена (ЕКО), общий углерод (С0бщ) и скелет почвы (рис. 1).

Наибольшее влияние на распространенность ТМ в аккумулятивном почвенном слое оказывает рН. Фоновые значения рН раствора дерново-подзолистых почв составляют 4 — 6. Диапазон колебаний рН в почвах Калининграда 3,9 — 7,9 (73,6 % всех почв имеют слабощелочную и щелочную реакцию), Светлогорска — 5,0 — 7,5 (75 % почв имеют нейтральную и близкую к нейтральной реакцию). Подщелачивание почв приводит к формированию в слое 0—10 см щелочного геохимического барьера, на котором концентрируются поллютанты, в том числе РЬ, Zn, Ог, №, образующие в этих условиях слаборастворимые карбонаты.

Распределение тяжелых металлов в почвах и растительности города

30

20

25

10

15

0

5

83

Ъ Ъ Ъ Ъ Ъ Ъ О О ъ /<ъ /<ъ /р /р /р /$>/$>/$> /$>

э — элювиальный ландшафт; тэ — трансэлювиальный; та — трансаккумулятивный; тса — транссупераквальный

Рис. 1. Изменение физико-химических параметров верхнего (0 — 10 см) горизонта почв Калининграда в разных элементарных ландшафтах

В целом эколого-геохимические показатели поверхностного аккумулятивного слоя городских почв, а именно: облегченный механический состав (более 65 % почв имеют скелетную часть >10 %), невысокое содержание гумуса (от 1 до 2,5 %), небольшие величины ЕКО (3 — 19 мг/ экв. на 100 г почвы) — не указывают на серьезную трансформацию основных зональных параметров, но свидетельствуют об относительно низкой депонирующей способности почв, а карбонитизация и возникновение щелочного барьера в аккумулятивном слое ведут к накоплению металлов, что сопровождается трансформацией почвенногеохимической структуры урбоэкосистем [3; 4].

Максимальные концентрации ТМ приурочены как к селитебным и промышленным зонам, так и к зонам рекреации (рис. 2), что связано со значительным взаимопроникновением функциональных зон.

Приоритетны для верхнего слоя почв РЬ, 2п, Си, N1. Распределение указанных элементов в составе почвенных аномалий образует убывающий ряд: РЬ>2п>Си>№ (табл. 1). Почвы городов отнесены в основном к умеренно-опасному уровню загрязнения (табл. 2). Содержание ТМ в листьях изменяется в зависимости от вида растений и их приуроченности к определенным функциональным зонам, а аномалии менее контрастны, чем в почвах.

Основные древесные породы исследуемых городов по-разному реагируют на одинаковые дозы техногенного поступления ТМ. Листья тополя активнее, чем листья клена, концентрируют почти все микроэлементы. Ассоциация техногенных элементов в листьях основных пород деревьев (клен, тополь) в Калининграде представлена рядом, в котором почти во всех геохимических ландшафтах превалируют 2п, РЬ, N1, Со, Си, Мп. Распределению указанных элементов в составе золы листьев тополя отвечает убывающий ряд: 2п>Сг>РЬ>№>Со>Си>Мп; а для листьев клена — Мп >РЬ>2п>Си>Сг>Со>№. В Светлогорске в листьях древесных растений преобладают Мп, Си и Сг.

ЕКО, мгэкв./100 гр почвы

скелет, %---------рН

С общ., %

84

мг/кг

Цп ІМШІМп І^^ИСг

-Полиномиальный

Рис. 2. Динамика концентраций тяжелых металлов в верхнем (0 — 10 см) слое почв Калининграда по функциональным зонам в элювиальных ландшафтах

Таблица 1

Геохимическая характеристика почв Калининграда (А) и Светлогорска (Б) по показателю Ъс

Показатель А Б

Э Э Э Э Э ТЭ ТСА

1. Ассоциация химических элементов РЬ

2. Среднее значение Zс 21,0 23,9 23,9 23,9 23,9 18,8 28,7

Таблица 2

Категории загрязнения верхнего слоя (0—10 см) почв и соотношение площадей по показателю суммарного загрязнения 2е

Категория Пределы колебаний Zc Площадь городской территории, %

Калининград Светлогорск Калининград Светлогорск

1. Допустимая 11,9 — 15,7 8,9 — 14,8 1,7 16,0

2. Умеренно опасная 16,2 — 29,4 17,0—29,9 96,2 77,7

3. Опасная 32,9—44,6 36,8—67,3 1,8 3,8

4. Чрезвычайно опасная 129,1 — 133,4 160,2—381,7 0,3 0,5

Распределение тяжелых металлов в почвах и растительности города

&

Выполненное исследование позволяет более полно учитывать природные и техногенные условия формирования геохимических особенностей городских ландшафтов. Преобладание элювиальных ландшафтов сказывается на общей миграции металлов — максимальные концентрации отмечены в подчиненных трансаккумулятивных и транссуперак-вальных комплексах. Аккумуляция ТМ в автономных и транзитных ландшафтах вызвана техногенным прессингом, связанным с воздействием автотранспорта, промышленных и муниципальных источников загрязнения. Градостроительные особенности исследованных городов определяют пространственное распределения металлов. Выявлена дифференциация в их содержании в почвах в зависимости от типа и этажности селитебной застройки. Почвы селитебной многоэтажной зоны содержат больше свинца, цинка, никеля, меди, чем почвы селитебной малоэтажной зоны.

Список литературы

1. Алексеенко В. А. Экологическая геохимия: учебник. М.: Лотос, 2000.

2. Методические рекомендации по геохимической оценке загрязненных территорий городов химическими элементами. М.: ИМГРЭ, 1982.

3. Салихова Е. В., Савостина О. А. Экологические аспекты состояния городской среды Калининграда // География на рубеже веков: сб. науч. тр., посвященный 30-летию образования географического факультета в КГу. Калининград: Изд-во КГУ, 2001.

4. Салихова Е. В., Савостина О. А., Виноградова О. Л. Трансформация основных свойств урбаноземов Калининграда // Вестник КГу. Сер. Экология региона Балтийского моря. 2003, № 1. С. 98—102.

Об авторе

85

Л. Ю. Станченко — ассист., РГу им. И. Канта.