Эколого-геохимическое состояние природных сред территории города Томска

Е.Ю. Пасечник

ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПРИРОДНЫХ СРЕД ТЕРРИТОРИИ ГОРОДА ТОМСКА

Представлены результаты исследования эколого-геохимического состояния атмосферного воздуха, снегового, почвенного покрова и природных вод территории г. Томска. Выявлены наиболее загрязненные участки природной среды и источники их загрязнения. Для оценки экологического состояния проводился анализ широкого спектра микроорганизмов, которые являются наиболее чуткими индикаторами загрязнения.

В настоящее время одной из важнейших мировых проблем является охрана окружающей среды. Особенно сложно защитить от антропогенного воздействия природный ландшафт в городах. Томск является старинным индустриальным городом, и в нем отсутствуют четко обособленные промышленная, жилая и зеленая зоны, поэтому на его территории загрязнение природных сред имеет комплексный характер.

Цель данной статьи - изучение эколого-геохи-мического состава атмосферного воздуха, снегового и почвенного покрова, поверхностных и подземных вод территории г. Томска.

Автором было отобрано порядка 300 проб снегового и почвенного покрова, атмосферного воздуха, природных вод; их химический и микробиологический анализы произведены в лаборатории НПЦ «Вода» ИГНД ТПУ.

Известно, что от экологического состояния атмосферного воздуха, почвенного и снегового покрова зависит состояние гидросферы. Для г. Томска это имеет большое значение, т.к. на его территории расположено множество родников, которые используются жителями в качестве источников питьевой воды. Многие из них, если не большинство, находятся в экологически неблагоприятных районах, не имеют соответствующего оборудования и подвержены различного рода загрязнению: и химическому, и бактериальному. В связи с положительным отношением к родникам очень важно своевременно информировать население о качестве воды конкретных источников.

Отбор снега, почвенного покрова и атмосферного воздуха проводился вдоль дорог, на пересечении главных автомагистралей, поблизости от промышленных предприятий, в селитебных районах старой и новой застройки. Все пробы отбирались в точках, имеющих строгую картографическую привязку к местности. Схема представлена на рис. 1.

При исследовании микрофлоры природных сред использовались классические методики, принятые в микробиологии [1, 2]. Определяли общее количество гетеротрофной микрофлоры, сапрофиты, нитрифицирующие, денитрифицирующие, сульфатредуцтрующие, нефтеокисляющие и углеводородокисляющие микроорганизмы. Максимальное количество изученных микроорганизмов выявлялось в местах скопления автотранспорта, на пересечении главных автомагистралей города и в людных местах.

Микробный состав воздуха различен по количеству и качеству микробов в зависимости от места проведения анализа (рис. 2). Максимальное количество сапро-

фитов обнаружено в атмосферном воздухе в районах НПЦ «Полюс» и пос. Свечного. Наиболее чистым по содержанию сапрофитов оказался воздух в Академгородке, окруженном массивом леса, и на коммунальном мосту через Томь. Максимальным количеством гетеро-трофов отличались пробы воздуха, отобранные в пос. Степановка, на пересечении пр. Ленина и ул. Бе-ленца. Наиболее чистым по содержанию гетеротрофов является атмосферный воздух Академгородка и пос. Свечной. В пробах атмосферного воздуха в районах Томского домостроительного комбината и магазина бытовой техники в Академгородке «Академия» обнаружен Proteus vulgaris, который при попадании в организм может вызывать воспаление по типу кишечной инфекции. В большом количестве проб, которые отбирались в самых оживленных участках города, были обнаружены актиномицеты и плесневые грибы, что свидетельствует о запыленности атмосферного воздуха в этих местах. Максимальным количеством нефтеокисляющих микроорганизмов отличается атмосферный воздух районов г. Томска с самым большим скоплением автотранспорта.

Анализ растворимой и твердой фаз снежного покрова на различные химические элементы дает возможность не только устанавливать ареалы распространения их повышенных концентраций и выявлять источники поступления, но и в целом прогнозировать влияние техногенных процессов на окружающую среду.

Наиболее чуткими индикаторами загрязнения являются показатель рН, содержание сульфатов, азотистых соединений и хлора [3]. Снеговым покровом также хорошо фиксируются зоны воздействия оксидов азота и серы.

Максимальное содержание SO42- выявлено в снегу на площади Транспортной (т. № 31) и на автобусной остановке у пос. Свечной (т. № 9). Также высоким содержанием SO42- характеризуется снег в районах ДСК (т. № 3), Кирзавода на ул. Нахимова (т. № 32) и свалки бытовых отходов на ул. Д. Бедного (т. № 39).

Для условий Сибири характерна слабокислая величина рН снеговых осадков (5,5-6,0) [4]. На территории города величина pH колеблется в широких пределах. Ее минимальное значение (4,6) зафиксировано на пересечении ул. Киевской и Сибирской (т. № 51), а максимально высокое (8) - в двух точках: в районе ДСК (т. № 4) и завода «Эмальпровод» (т. № 4). Поэтому можно сделать вывод о «слабощелочном» характере атмосферных осадков в большей части города.

Рис. 2. Микробиологический состав некоторых точек атмосферного воздуха

Рис. 1. Схема точек отбора проб

• отбор проб из реки Ушайки ^ отбор проб из родников

34 Отбор проб атмосферного воздуха, снегового и почвенного покрова

Максимальное высокое содержание иона Cl- установлено в районах: коммунального моста (т. № 19) - 63 мг/л, АЗС на трассе Томск-Богашово (т. № 1) - 24,5 мг/л, площади Транспортной (т. № 31) - 18,55 мг/л, АЗС на ул. Сибирской (т. № 46) - 17,5 мг/л. Это может быть связано со скоплением автотранспорта в этих местах.

Максимальное содержание NH4+ зарегистрировано в районе железнодорожной станции Томск-2 (т. № 8) и пос. Свечной (т. № 9). Влияние выбросов котельных и свалок бытовых отходов также сказывается на содержании NH4+. На ул. Д. Бедного, к юго-западу от котельной, NH4+ = 0,7 мг/л, к северо-востоку - 1 мг/л, на свалке увеличивается до 1,5 мг/л.

В снеге постоянно присутствуют гетеротрофные, сапрофитные, нефтеокисляющие и денитрифицирующие микроорганизмы. Сульфатредуцирующие бактерии встречаются эпизодически.

Особенно высокое содержание гетеротрофов, са-профитов и нефтеокисляющих бактерий отмечено в нескольких точках: в северной и северо-восточной частях города: район станции Томск-2 (т. № 8), участок проспекта Комсомольского от площади Кирова до ул. Сибирской (т. № 40, 41, 47), и в восточной части города в районе ул. Д. Бедного (т. № 36, 38, 39). В местах выгула собак снег содержит большое количество сапрофитной микрофлоры, в числе которой часто встречаются условно-патогенные микроорганизмы рода Pseudomonas и вида Proteus vulgaris. Также способствуют накоплению бактерий в снегу мусорные свалки, даже если они оборудованы контейнерами.

Распространению бактерий могут способствовать выбросы котельных (т. № 37 и 38). Важную роль играет роль направление ветра: в снегу с северо-восточной стороны (т. № 38) в 15 м от котельной содержание микробов почти в 100 раз больше, чем на том же расстоянии с югозападной стороны (т. № 37). Менее всего в снегу были распространены бактерии, окисляющие толуол. Особенно высокой активностью к окислению ароматических углеводородов и жидкой нефти отличались пробы снега, отобранные по обочинам автомагистралей, но без визуально заметного загрязнения нефтью.

Максимальным количеством содержания сапрофитов в почве отличаются несколько точек в центральной части города - район ДСК, на пересечении ул. Киевской и Карташова, на пересечении пр. Ленина и ул. Беленца. Также почва содержит большое количество сапрофитной микрофлоры в местах выгула собак. Максимальное количест-

Микробиологический

Автором был произведен анализ воды из наиболее популярных у населения города родников. Отбор проб родниковой воды проводился в летнюю межень.

во гетеротрофов выявлено на площади Новособорной, на ул. Никитина, 5, на пересечении пр. Ленина и пер. 1905 года и на ул. Московский тракт.

В систематическом плане микрофлора почв была представлена различными родами и видами бактерий, плесневых грибов, актиномицетов и дрожжей. В пейзаже также иногда встречалась типичная воздушная микрофлора. Почва является типичным местом обитания плесневых грибов и актиномицетов. Максимальное количество плесневых грибов содержится в пробах, взятых в районе стадиона «Труд», ул. Никитина, 5, ул. Московский тракт и коммунального моста через р. Томь. Максимальным количеством актиномицетов отличается площадь Новособорная, окрестности моста через р. Томь и пересечение ул. Киевской и ул. Карташова. В некоторых точках плесневые грибы и актино-мицеты отсутствуют, что свидетельствует об антропогенном загрязнении почв.

Река Ушайка протекает через весь г. Томск и вбирает в себя как поверхностные стоки с городской территории, так и выпуски от различного рода объектов. Воды р. Ушайки относятся к 4-му классу качества воды. Основным источником загрязнения рр. Томь и Ушайка является сброс через систему ливневой канализации неочищенных хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод (микрорайон Макрушинский, ул. Учебная, ул. Московский тракт, северо-восточный промузел, ул. Угрюмова) [5].

Анализ проб воды, отобранных равномерно по реке Ушайке от д. Протопопово до места впадения в р. Томь, показал ухудшение качества воды по химическим показателям от створа к створу.

В соответствии с санитарно-гигиеническими требованиями для поверхностных вод удовлетворительным качеством по микробиологическим показателям могут считаться воды р. Ушайки только в районе д. Протопо-пово (табл. 1). Тем не менее, по количеству органо-трофной микрофлоры в реке наблюдаются процессы самоочищения, которые выражаются изменением количества микробов от створа к створу.

Максимальным содержанием гетеротрофов и нефтеокисляющих микроорганизмов отличаются воды р. Ушайки у пос. Степановка. Максимальное содержание гетеротрофов наблюдается в пробе воды, отобранной в районе золоотвала. Минимальным содержанием практически всех изученных групп микроорганизмов отличаются воды реки в районе д. Протопопово.

Т а б л и ц а 1

состав вод реки Ушайки

По химическому составу родниковые воды нейтральные или слабощелочные, за исключением родника № 1.2 в Михайловской роще, гидрокарбонатные, иногда хлоридно-гидрокарбонатные (родник Дальний

Место отбора проб Г етеротрофы, кл/мл Сапрофиты, кл/мл Нефтеокисляющие, кл/мл Сульфатредуцирующие, балл

д. Протопопово 1 330 105 150 8

пос. Степановка 25 360 5 600 6 620 13

мрн. Восточный 8 200 4 640 2 590 15

Золоотвал 430 60 860 5 200 8

ул. Киевская 1 200 8 927 4 140 12

пр. Ленина 2 915 1 980 1 080 8

Ключ), с различными взаимоотношениями кальция и магния.

Микробиологический состав родниковой воды представлен в табл. 2. Практически во всех изученных родниках присутствуют мезофильные сапрофиты, которые являются показателями фекального загрязнения. В родниках на ул. Сычова, 40 и на проходной ГРЭС-2 обнаружен Proteus vulgaris. Максимально высоким количеством психрофильных сапрофитов выделяется родник на ул. Ивановского. По общему количеству гетеротрофной микрофлоры родники отличаются в меньшей мере. Необычайно высоким содержанием нефтеокисляющих бактерий выделяются родники Михайловской рощи, Академический № 2 и на ул. Аркадия Иванова, большой. В 1/3 родников выявлены суль-фатредуцирующие и денитрифицирующие микроорганизмы в количестве от 10 до 1000 кл/мл и максимальной интенсивностью развития до 12 баллов. В 50%

Микробиологический состав родю

родников присутствуют нитрифицирующие бактерии. Высоким содержанием этих бактерий отличаются родники на ул. Ивановского, в пер. Чехова и пер. Тихом. В некоторых родниках присутствуют железоокисляющие микроорганизмы. Как правило, они развиваются на водопроводных трубах и переводят закисное железо в окисное.

Наряду с автохтонной (присущей водным средам) микрофлорой была выявлена также и аллохтонная микрофлора, представленная плесневыми грибами, актиномицетами и окрашенными формами азотфикси-рующих бактерий. Типичным местом обитания этих микроорганизмов является почва, наличие их в воде родников может указывать на почвенное загрязнение. Плесневые грибы и актиномицеты присутствуют в небольшом количестве и поэтому не оказывают влияния на качество воды, но указывают на наличие заиления каптажных устройств.

Т а б л и ц а 2

вой воды на территории г. Томска

№ пробы Месторасположение, название и шифр родника Физиологические группы бактерий

Мезофильные сапрофиты Психрофильные сапрофиты ы ф о £ о р е т е и Нефтеокисляю- щие Сульфатре- дуцирующие Денитрифи- цирующие -е и- еи фщ & 2 Я § Железоокис- ляющие

Нормальное содержание микроорганизмов в чистой воде, кл/ мл

10-100 40-500 800+45 460+57 30+5 90+23 200+45

Содержание микроорганизмов в родниковой воде, кл/мл

1 Пер. Тихий, Дальний ключ 110 870 1040 0 100/8 10 1 000 0

2 Пер. Чехова 30 160 340 0 100/12 10 1 000 240

3 Ботанический сад, основной источник 90 260 4 060 0 100/9 10 100 700

4 Ботанический сад, дополнительный 280 830 1 430 0 100/9 100 100 0

5 Ул. Аркадия Иванова, большой 240 330 1 200 280 000 0 0 100 0

6 Ул. Аркадия Иванова, маленький 180 290 320 80 0 0 100 50

7 Стадион Буревестник 100 410 290 140 10 0 10 0

8 Ул. 19-й Гвардейской Дивизии 80 950 340 420 10 0 0 20

9 Водонасосная станция ГРЭС-2 Протей 270 180 40 0 0 0 0

10 Михайловская роща; 1.1 30 510 270 120 0 10 100 0

11 Михайловская роща; 1.2 0 80 510 180 000 0 10 10 0

12 Михайловская роща; 1.3 20 70 620 160 000 0 10 10 0

13 Ул. Ивановского 12 500 23 100 60 100 0 0 1 000 0

14 Академгородок, Академический, № 1 250 270 940 50 0 10 0 370

15 Академгородок, Академический, N° 2 30 150 520 150 000 0 0 0 0

16 Ул. Сычова, 40 Протей Протей 1 640 210 0 10 0 10

В представленной работе дана комплексная оценка эколого-геохимического состояния атмосферного воздуха, почвенного и снегового покрова, а также природных вод территории г. Томска. Наибольшее внимание уделено природным водам как особо уязвимому компоненту природного ландшафта.

Природные среды зачастую загрязнены и химически, и бактериально. Максимально загрязненными являются

центральная и восточная части города. Основными источниками загрязнения природной среды механическими взвесями, по результатам исследования снегового покрова, являются центральные улицы города, район ГРЭС-2, дома частного сектора с печным отоплением.

Большому загрязнению подвергаются поверхностные воды. Экологическое состояние р. Ушайки ухудшается по мере протекания ее через г. Томск.

Пройдя через все природные среды, загрязняющие вещества в конечном итоге попадают в подземную гидросферу. Сравнивая результаты экологического мониторинга родников с результатами прошлых лет [6, 7], об их экологическом состоянии можно сказать, что оно не улучшилось, а для некоторых родников даже ухудшилось. Например, к таким родникам можно отнести Академический N 1, который раньше счи-

тался очень чистым. Причина ухудшения экологического состояния этого родника - смена каптажного устройства. Недалеко от него был обнаружен другой родник с более совершенным каптажным устройством, его вода является более чистой по содержанию микробов, несмотря на то, что в ней содержится большое количество карликовых форм нефтеокисляющих бактерий.

ЛИТЕРАТУРА

1. РодинаА.Г. Методы водной микробиологии (практическое руководство). М.; Л.: Наука, 1965. 363 с.

2. Романенко В.И., Кузнецов С.И. Экология микроорганизмов пресных водоемов. Л.: Наука, 1974. 186 с.

3. ГерасимовВ.Я. и др. Окончательный отчет Обь-Томской и Таганской партий 1996-1974 гг. Томск, 1974.

4. Вильденберг Е.В., Барышев С.В. Газобиохимическая съемка по снежному покрову и приземному воздуху на Илекском валу // Нефтяная про-

мышленность. Сер. неф. геогр. и бур. 1984. № 10. С. 11-13.

5. Экологический мониторинг: Состояние окружающей среды Томской области в 2004 г. / Гл. ред. А.М. Адам. Томск: Дельтаплан, 2005. 204 с.

6. Наливайко Н.Г. Микрофлора подземных вод города Томска как критерий их экологического состояния: Дис. ... канд. геол.-минер. наук.

Томск, 2000.

7. Шварцев С.Л. Общая гидрогеология. М.: Недра, 1996. 423 с.

Статья представлена научной редакцией «Биология» 11 ноября 2007 г.