Экологический анализ вторичного антропогенного загрязнения окружающей среды Саратовского регионау

УДК 502.7(471.44) М.В. Ларионов, Н.В. Ларионов

ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВТОРИЧНОГО АНТРОПОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

САРАТОВСКОГО РЕГИОНА

В статье представлены результаты исследований почв и модельных растений урбанизированных территорий Саратовского региона на предмет их вторичного техногенного загрязнения, включая тяжелые металлы, которые способны к биогенной миграции, аккумулируются в почвенной среде и растениях. Выявлено превышение ПДК по меди и свинцу.

Ключевые слова: окружающая среда, вторичное загрязнение, источники загрязнения, тяжелые металлы, биоиндикатор.

M.V. Larionov, N.V. Larionov ECOLOGICAL ANALYSIS OF SECONDARY ANTHROPOGENIC ENVIRONMENT POLLUTION IN SARATOV REGION

The results of research of the soils and model plants of the Saratov region urban territories for secondary technogenic pollution including heavy metals, which are capable of biogenic migration, accumulate in soil medium and plants are given in the article. Maximum Permissible Concentration excess of copper and lead is revealed.

Key words: environment, secondary pollution, pollution sources, heavy metals, bioindicator.

Введение. В настоящее время существующая система регионального мониторинга природных сред в Саратовской области, в которую входят такие службы, как ГУ «Саратовский областной центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды», Территориальный отдел водных ресурсов по Саратовской области, ГУ «Центр гигиены и эпидемиологии в Саратовской области», учитывает лишь объемы первичных антропогенных загрязнений окружающей среды и, следовательно, не позволяет дать комплексную оценку экологического состояния среды в данном регионе [1].

Из атмосферы техногенные загрязнители оседают на почвенный покров, загрязняя его, что ведет к снижению биопродуктивности фитоценозов. С почв ливневыми или талыми водами загрязняющие вещества, которые практически не учитываются региональными службами госмониторинга, смываются в поверхностные водоемы и грунтовые воды. Поступая в почвы и водные источники, загрязнители накапливаются и переходят от звена к звену трофической цепи «вода - почва - растение - животное - человек» [2-4].

Актуальность исследований связана с недостаточной изученностью вопросов комплексной экологической оценки техногенного воздействия на окружающую среду Саратовской области с учетом вторичного загрязнения.

Цель исследований, проведенных в 2002-2009 гг., состояла в совершенствовании системы комплексной экологической оценки техногенного воздействия на окружающую среду с учетом вторичного загрязнения.

Объекты и методы исследований. Район исследований состоял из территорий, находящихся в зоне техногенного воздействия промышленных предприятий (в 500 м и более от источников выбросов) и зоне влияния объектов теплоэнергетики (в 300 м и более от источников выбросов) урбанизированных районов Саратовской области (города Саратов, Балаково, Вольск, Энгельс, Балашов) и их окраин.

Отбор почвенных образцов в слое почвы 0-20 см и 20-40 см был проведен с пробных площадок в количестве 2876 и размером 10x10 см2 по стандартным методикам [2-3]. За период исследований обработано 27522 почвенных образца. В качестве биоиндикатора экологического состояния городских территорий выбран распространенный представитель моховидных - цератодон пурпурный - СегаЫоп purpureus (Hedw.) Brid. [2; 5; 8]. Всего лабораторному анализу подвергнуто 12680 образцов этого вида. Материалы исследований обработаны методом вариационной статистики с расчетом достоверности различий сравниваемых величин с применением компьютерной программы Microsoft Excel [7]. Достоверность отклонений каждой величины от средневзвешенной рассчитана с вероятностью 95 % (P < 0,05). Лабораторный анализ проб почв и модельных растений осуществлен в биохимической лаборатории Балашовского института (филиала) Саратовского госуниверситета имени Н.Г. Чернышевского.

Результаты исследований и их обсуждение. Частицы химических загрязнителей в выбросах объектов промышленности и теплоэнергетического комплекса области в основном имеют диаметр менее 10 мкм, что обусловливает длительное «время жизни» в атмосфере, а также значительную обогащенность наиболее интенсивно возгоняющимися тяжелыми металлами - Zn, Pb, Cd, ^. Климатические особенности Саратовской области обусловливают высокую интенсивность вторичного загрязнения окружающей среды. Именно выбросы в атмосферу являются основным источником загрязнения почв области [1].

Согласно результатам мониторинговых исследований, выпадение тяжелых металлов с атмосферными осадками продолжает увеличиваться, т.е. можно предположить реальную значимость вторичных загрязнений в формировании неблагополучной экологической ситуации в регионе (рис.).

Выпадение тяжелых металлов

Одними из главных источников загрязнения воздушного бассейна области тяжелыми металлами являются объекты теплоэнергетики и промышленности, расположенные в пределах крупнейших городов области: Саратова, Балакова, Энгельса, Балашова [4].

С целью изучения влияния этих выбросов на городские территории, расположенные в зонах влияния техногенного фактора, проведены анализы почв и особей С. ригригеив (Hedw.) ВМ в качестве биоиндикатора окружающей среды. Результаты исследований представлены в табл. 1.

Таблица 1

Содержание тяжелых металлов в почвах и растениях Сeratodon purpureus (Hedw.) В^.

района исследований

Показатель ^, M±mм Zn, M±mм Pb, M±mм Cd, M±mм

Региональный фон загрязнения почв, мг/кг почвы 28,6±1,1 35,2±1,2 12,5±0,4 0,2±0,003

Зона влияния объектов теплоэнергетики, мг/кг почвы 35,9±1,3 62,4±2,2 19,6±0,7 0,25±0,004

Превышение регионального фона, % 20,3 43,6 36,2 20,0

Зона влияния объектов промышленности в слое почвы 0-20 см, мг/кг почвы 42,7±1,4 54,1 ±1,6 30,4±0,9 0,3±0,005

С. purpureus, мг/кг воздушно-сухой массы 23,2±0,6 33,5±0,8 11,8±0,3 3,1±0,06

Уровень фитотоксичности (по В.Б. Ильину [5]) 15-20 150-200 10-20 5-10

Достоверность результатов P < 0,05

ПДК в фитомассе (по А. Кабата-Пендиас, Х. Пендиас [6]) 5,1 134,0 2,0 0,35

Проведенные исследования показали, что почвенный покров в зоне влияния объектов теплоэнергетики, которые присутствуют практически в каждом городском микрорайоне, загрязнен тяжелыми металлами. Концентрация Си выше региональных величин на 20,3 %, 7п - на 43,6, РЬ - на 36,2, Сс1 - на 20,0 %.

Выполненный лабораторный анализ фитомассы С. purpureus (Hedw.) ВМ свидетельствует о высоком содержании тяжелых металлов. Но их концентрация ниже уровня фитотоксичности, при котором наблюдается снижение биопродуктивности. Тяжелые металлы способны мигрировать в живые организмы и накапливаться в их биомассе, о чем свидетельствует превышение ПДК по Си и РЬ в фитомассе мхов.

В целом тяжелые металлы способны активно накапливаться в биомассе высших и низших растений, в телах беспозвоночных и позвоночных, в том числе домашних животных [5-6].

В табл. 2 отражены результаты исследований агробиологических характеристик почв в районе исследований.

Таблица 2

Агробиологические свойства почвы в районе исследований

Показатель Глубина взятия образца, см Гумус, % Токсичность почвы, % Биологическая активность

Окраины городов 0-20 20-40 IV) , 5 6 8 8,4 12,5 45,7

Зона влияния объектов 0-20 2,08 18,1 23,4

теплоэнергетики 20-40 1,75 29,6

Зона влияния объектов 0-20 1,52 25,9 11,2

промышленности 20-40 1,30 36,3

Из данных табл. 2 следует, что почвы в зонах влияния промышленности и объектов теплоэнергетики характеризуются низким содержанием гумуса, высокой токсичностью и низким уровнем биологической активности. С ростом глубины (до 40 см) содержание тяжелых металлов повышается, о чем свидетельствует рост показателя токсичности городских почв.

В результате выполненных исследований учтена совокупность основных потоков техногенных загрязнителей, что обеспечило определение их полного баланса в системе «производство - окружающая среда».

Была разработана схема перемещения основных потоков первичного и вторичного загрязнения окружающей среды с выделением источников и приемников загрязняющих веществ (табл. 3).

Таблица 3

Схема потоков первичных (+) и вторичных (++) техногенных загрязнителей с указанием источников

и приемников

Прием- ники ЗВ Источники загрязняющ их веществ

Производственные системы Нару- шенная ЛОР Загряз- ненный ПП Загрязненный РП Загрязненные ПВО Загрязненные ПВ Загрязненный АВ

ЛОР +

ПП + + ++ ++ ++ ++

РП ++ ++ ++

ПВО + + ++ ++ ++ (+) ++

ПВ + + ++ ++ ++

АВ + + ++

Примечание. ЗВ - загрязняющие вещества; ЛОР - литологическая основа рельефа; ПП - почвенный покров; РП - растительный покров; ПВО - поверхностные водные объекты; ПВ - подземные воды; АВ - атмосферный воздух.

Данная схема наглядно показывает, что необходимо инвентаризировать источники первичного и вторичного техногенного загрязнения среды.

Объектами такой инвентаризации в Саратовской области должны быть полигоны производственных и твердых бытовых отходов, отвалы, терриконы, участки нарушенных земель, накопители, шламохранилища, территории промышленно-транспортных зон с наиболее высоким уровнем загрязнения окружающей среды (города Саратов, Балаково, Вольск, Энгельс, Балашов). Эти объекты могут быть отождествлены на аэрокосмических снимках территории, либо установлены по снимкам загрязненности снежного покрова.

Заключение. Вторичное загрязнение техногенными выбросами в атмосферу проявляется в загрязнении почв и живых организмов. Это необходимо учитывать при внедрении комплексной системы мониторинга первичных и вторичных загрязнений природных сред, так как этот процесс имеет широкомасштабное и негативное влияние на систему «воздух - почва - растение - животное - человек» в условиях Саратовской области.

В структуре комплексного решения экологических проблем в регионе, связанных с мощным техногенным загрязнением экосистем, важным шагом является восполнение информационных пробелов в оценке состояния природной среды региональными службами государственного мониторинга.

При комплексной оценке экологического состояния окружающей среды необходимо изучение механизмов движения и накопления первичных и вторичных антропогенных загрязнителей, в особенности по приоритетным направлениям, таким, как токсические выбросы и отходы, рекультивация земель, водные объекты, атмосферный воздух, живые организмы.

Литература

1. О состоянии окружающей природной среды Саратовской области в 2009 году / В.А. Артамонов, А.А. Шин, С.А. Артемьев [и др.]. - Саратов, 2010. - 164 с.

2. Викторов С.В. Использование индикационных географических исследований в инженерной геологии. - М.: Недра, 1966. - С. 35-62.

3. ГОСТ 17.4.3.01-83 (СТ СЭВ 3847-82). Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб. -М.: Госкомитет СССР по стандартам, 1983. - 14 с.

4. Доклад о состоянии окружающей природной среды в Саратовской области в 2009 году / Госкомитет по охране окружающей среды Саратовской обл. - Саратов, 2010. - 192 с.

5. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение. - Новосибирск: Наука, 1991. - 151 с.

6. Кабата-Пендиас А., ПендиасХ. Микроэлементы в почвах и растениях. - М.: Мир, 1989. - 439 с.

7. Пузаченко Ю.Г. Математические методы в экологических и географических исследованиях. - М.: Академия, 2004. - 416 с.

8. Wehrmann J. Mineral - stofferhahrung von kieferhfestanden in Bayern // Z. Pflanzeherhahr., Dung. und Bo-

denkunde. - 1959. - Vol. 84. - P. 1-3.

---------♦-----------