Содержание тяжелых металлов в почвах и грунтах природно-антропогенных комплексов позиционного района космодрома «Восточный»

2 БЕЗОПАСНОСТЬ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА

И.А. Алексеев1, А.В. Алехнович2, Т.А. Меределина1, Л.П. Карацуба1, Е.А. Щипцова1, А.А. Круглов2

Содержание тяжелых металлов в почвах и грунтах природно-антропогенных комплексов позиционного района космодрома «Восточный»

1 ФГБОУ ВПО «Благовещенский государственный педагогический университет», г. Благовещенск 2 ФГБУ ГНЦ ФМБЦ им. А.И. Бурназяна ФМБА России, г. Москва

I.A. Alekseev1, A.V. Alekhnovich2, T.A. Meredelina1, L.P. Karatsuba1, E.A. Shehiptsova1, A.A. Kruglov2

The content of heavy metals in soil and groung of natural-anthropogenic complexe and launching area of the cosmodrome "Vostochny"

1 Blagoveschensk State Pedagogical University, Blagoveschensk 2 Federal Medical Biophysical Center, Moscow

Ключевые слова: космодром «Восточный», среда обитания, почва, тяжелые металлы, фоновое содержание, поверхностные грунты.

Проведены исследования валового содержания тяжелых металлов в грунтах антропогенных объектов в пределах позиционного района объектов космодрома «Восточный», позволяющие определить общие тренды и специфику влияния деятельности человека на ландшафтно-геохимическую среду в ходе эксплуатации объекта. Определено, что валовое содержание в грунтовых антропогенных комплексах таких элементов, как медь, цинк, хром, никель, кобальт, в целом соответствует общей картине их присутствия в грунтах южной равнинной части Амурской области и не превышают ориентировочно допустимых концентраций для данного типа почв с учетом кларка, за исключением цинка. Получены материалы предварительного изучения валового содержания компонентов почвы, которые являются частью массива исходных данньх для проведения санитарно-гигиенического и экологического мониторинга функционирования как инфраструктурных, так и основных объектов космодрома, что позволит разработать и реализовать меры по снижению антропогенного влияния на окружающую среду и здоровье населения.

Key words: cosmodrome "Vostochny", habitat, soils, heavy metals, background content, surface soils.

The researches have identified the gross content of heavy metals in soils of anthropogenic objects within the launching area of the cosmodrome "Vostochny", objects for determining the general trends and specifics of the impact of human activity on the landscape-geochemical environment in the course of the facility operation. It was determined that the gross content of elements such as copper, zinc, chromium, nickel, cobalt, in the soil of the anthropogenic complexes is consistent with the gross content of these metals in soils in the South part of Amur region, except for zinc. For the given type of soils, the concentration of heavy metals stays within the maximum limit allowed. The preliminary study of the samples showed the gross content of the soil components, that data was applied for environmental and hygiene monitoring of the infrastructure and the main facilities operation at the Cosmodrome. That will suggest development and implementation of measures, prone to reduce anthropogenic impact on the environment and human health.

Изучение содержания концентраций пол-лютантов, включая тяжелые металлы, в экологических системах окружающей среды важно для выявления их источников и определения мер по предотвращению негативного воздействия на здоровье человека. Не вызывает сомнения, что во многих промышленных регионах ухудшение показателей здоровья населения так или иначе связано с влиянием неблагоприятных факторов среды обитания [11].

При анализе поступления и содержания загрязняющих, потенциально опасных для биотических систем химических элементов и соединений необходимо учитывать и местную специфику их фонового содержания в генетических горизонтах почв, грунтовых и поверхностных водах, определенную характером и геохимическими особенностями коры выветривания [5; 7]. Формируя геохимические аномалии, величина содержания тяжелых металлов может быть значительно повышенной в пределах локальной территории и без участия антропогенных источников, лишь только из-за особенностей состава гипергенных минералов, но чаще тяжелые металлы и их соединения мигрируют в ландшафт-но-геохимические обменные системы в результате антропогенно обусловленных процессов [7]. Размеры области загрязнения почв зависят от мощности и продолжительности существования источников, равно как от их пространственного расположения (высота выбросов), физических свойств (температура выходящих аэрозолей), а также климатических особенностей региона.

На территории Амурской области завершается строительство первой очереди объектов космодрома «Восточный» — космического ракетного комплекса «Союз-2». Для организации медико-гигиенического и экологического мониторинга и производственного контроля до начала строительства и на различных его этапах проводилось изучение фонового, доэкс-плуатационного, уровня содержания тяжелых металлов в грунтах антропогенных и природно-антропогенных объектов, в генетических горизонтах почв природных комплексов и окультуренных горизонтах огородных почв.

Цель исследования — изучение показателей фонового содержания тяжелых металлов до начала функционирования космодрома «Восточный» в рамках осуществления космической деятельности, а также определение степени

возможного влияния технологических процессов космодромов и космической деятельности на окружающую среду и состояние здоровья человека.

Материалы и методы

Исследования проводились на территории позиционного района объектов космодрома «Восточный», расположенных в центральной части Амурско-Зейской равнины. Объекты космодрома локализованы в пределах слабовсхолмленных и холмисто-увалистых поверхностей 1—Ш надпойменных террас р. Зея с абсолютными высотами от 272 до 166 м в краевой, восточной части Амурско-Зейской равнины [1]. При этом наиболее удаленный от русла р. Зеи объект космодрома находится в 32,4 км, близкий — в 8,5 км [8; 10].

Климатические условия территории, от которых зависят особенности аккумуляции и деструкции органических соединений, минеральных компонентов, режима их миграции, определяются ее нахождением в пределах резко континентальной области с чертами мус-сонности умеренного климатического пояса. Рельеф территории характеризуется значительным уровнем эрозионного расчленения речными долинами и долинообразными понижениями с широким развитием аккумулятивно-денудационных и эрозионно-аккумулятивных процессов. В большинстве случаев отрицательные формы рельефа подвергаются заболачиванию, причем заболачиваются не только днища долинообразных понижений, но и кот-ловинообразные понижения на водоразделах.

Материнские породы, обусловившие повышенную фоновую величину содержания железа и никеля, представлены мелкими песками и песками средней крупности и плотности, прослоями суглинков и супесей мощностью до 2 см. Особенности почвенного покрова определяются также тем, что анализируемая территория находится в зоне несплошного распространения многолетнемерзлых грунтов с температурами в пределах ±2 °С с глубиной сезонного промерзания не более 2 м. Буроземы, подбуры и бурые лесные типичные, оподзоленные, глеевые почвы занимают 90% всей территории позиционного района объектов космодрома [1—3; 9; 10].

Антропогенные трансформации ландшафтов позиционного района объектов космодрома

имеют значительную специфику и дифференциацию, определенные тем, что в пределах территории размещалась часть наземных, полуподземных и подземных объектов 27-й дивизии РВСН. При этом в пределах данной территории функционировали 3 котельные и 4 бойлерные установки, производились хранение и заправка транспорта горюче-смазочными материалами. После ликвидации 27-й дивизии РВСН значительные антропогенные трансформации структуры ландшафтов связаны с подрывом и рекультивацией подземных шахтных пусковых установок, разграблением наземной, полуподземной и подземной инфраструктуры дивизии. В непосредственной близости от территории позиционного района объектов космодрома расположены участки автомагистрали регионального и федерального (автотрасса «Амур») значения, железнодорожная магистраль (участок Транссибирской магистрали). Антропогенное влияние на химический состав почв происходило также во время производ-

ства запусков ракет «Союз 1.2», создаваемых на базе межконтинентальных баллистических ракет «Тополь», с функционировавшего на этой территории испытательного космодрома «Свободный».

В августе 2015 г. в рамках общего обследования территории южной, равнинной части Амурской области в пределах позиционного района объектов космодрома «Восточный» были отобраны пробы поверхностных грунтов антропогенных объектов и верхнего горизонта почв природно-антропогенных комплексов в восьми точках (рисунок). Отбор проб грунтов и верхних генетических горизонтов почв осуществлялся стандартным способом с учетом преобладающих румбов ветров.

В данной статье описываются результаты исследования величин валового содержания тяжелых металлов, поскольку количество подвижных форм зависит от многих факторов, в том числе кислотно-основных свойств почвенных растворов, а они в свою очередь могут

Расположение участков отбора проб грунтов антропогенных объектов и почв природных, природно-антро-погенных комплексов в пределах позиционного района объектов космодрома «Восточный» и сопредельных

территорий

Условные обозначения: / } — границы объектов космодрома; % 1 — локализация участков отбора проб грунтов и почв и количество проб.

«4-

изменяться в связи с поступлением продуктов сгорания ракетных топлив в почву и последующим выщелачиванием подвижных форм.

Полученные результаты сопоставлялись с материалами исследований предварительного этапа изучения территории размещения объектов космодрома в период 2012—2013 гг. в рамках НИР по теме «Ландшафтно-экологический анализ (включая материалы сезонных экспедиционных исследований) эталонных мониторинговых площадок территории позиционного района объектов космодрома и сопредельных территорий», а также НИР «Восток-Экомонито-ринг» подпрограммы «Создание обеспечивающей инфраструктуры космодрома "Восточный"» федеральной целевой программы «Развитие российских космодромов на 2006—2015 годы» [2].

Результаты исследования

Анализ полученных данных о содержании тяжелых металлов (Си, Zn, N1, Сг, Со) в грунтах и генетических горизонтах почв антропогенных, природно-антропогенных и природных комплексов позиционного района, основных и инфраструктурных объектов космодрома, сопредельных им территорий позволил дифференцировать общий доэксплуатационный уровень их валового содержания и его допустимость для безопасности жизнедеятельности человека (таблица). Стоит отметить, что величины валового содержания тяжелых металлов в пределах территории космодрома «Восточный» в верхних горизонтах почв и грунтах отличаются от таковых, полученных в сопредельных и прочих территориях равнинного юга Амурской области.

Средняя величина валового содержания меди в грунтах антропогенных и природно-антропо-генных комплексов, в генетических горизонтах почв природных комплексов в позиционном районе объектов космодрома «Восточный» составила 25,38 мг/кг, что в крайне незначительной мере превышает данный показатель всей территории равнинного юга Амурской области.

Средняя величина валового содержания меди в генетических горизонтах почв природных и природно-антропогенных комплексов, выявленная в результате полевых работ в 2012 г. в позиционном районе объектов космодрома «Восточный» и сопредельных территорий, составила 23,5 мг/кг [2], а в окультуренных горизонтах огородных почв — 31,1 мг/кг [9]. При этом максимальная величина валового содержания меди в грунтовых комплексах антропогенных объектов космодрома «Восточный» составила 20 мг/кг, в генетических горизонтах почв природных и природно-антропогенных комплексов — 56 мг/кг [2], окультуренных горизонтах огородных почв — 96 мг/кг, а минимальная — 10, 14,1 и 22,7 мг/кг соответственно [9]. Минимальная величина валового содержания меди определена в пробах грунтовых комплексов в пределах железнодорожной станции «Промышленная-1» космодрома «Восточный».

Медь, являясь эссенциальным элементом, попадает в организм с продуктами питания, водой и через дыхательные пути в виде аэрозолей конденсации и дезинтеграции, однако при повышении концентраций токсична для млекопитающих. Некоторые соединения меди обладают кумулятивным и сенсибилизирующим

Содержание тяжелых металлов в грунтах антропогенных объектов, верхнем генетическом горизонте почв природных и природно-антропогенных комплексов позиционного района объектов космодрома «Восточный» и сопредельных территорий как фрагмента территории равнинного юга Амурской области

Показатель и его статистические параметры Си 7п N1 Сг Со

Средняя величина содержания (в пределах равнинного юга Амурской области), мг/кг 21,28 121,51 11,47 37,33 10,07

Средняя величина содержания в пределах АЗР, мг/кг 21,28 121,51 11,47 37,33 10,07

Средняя величина содержания в пределах территории космодрома «Восточный», мг/кг 25,38 136,92 12,00 35,77 10,69

Максимальная величина содержания (в пределах равнинного юга Амурской области), мг/кг 100 500 40 80 20

Максимальная величина содержания в пределах АЗР, мг/кг 100 500 40 80 20

Максимальная величина содержания в пределах космодрома «Восточный», мг/кг 20 100 20 60 20

Примечание: АЗР — Амурско-Зейская равнина.

эффектом, кардиовазотоксическим действием, выраженной избирательной тропностью к сосудам. В литературе имеются сведения о воздействии в биотических и токсических дозах соединений, содержащих медь, в эксперименте на животных или в качестве профессиональных факторов на органы дыхания, кожу и подкожную клетчатку, органы пищеварения, нервную и костно-мышечную системы, зрительные анализаторы. Существуют данные о мутагенности меди — повышении частоты хромосомных аберраций и патологических митозов у животных, а также данные о совместном действии меди с другими металлами, обладающими канцерогенным действием (хром, кобальт, никель, цинк, кадмий, мышьяк). Показано также действие меди на функциональное состояние периферических и центральных нервных образований, в том числе блокирующее действие на передачу импульсов в мионевральных синапсах, угнетение афферентных импульсаций вегетативных нервов, извращение интероцеп-тивных реакций. Известно и о гонадотоксиче-ском и эмбриотоксическом действии металлической, хлорной и хлористой меди [13].

Полученные показатели валового со дер -жания меди не превышают ориентировочно допустимых концентраций (ОДК) для данного типа почв. В то же время при повышенном поступлении цинка в организм, хронической интоксикации цинком нарушается усвоение меди из продуктов питания, но одновременное воздействие больших доз цинка и меди в 5—8 раз токсичнее, чем арифметически полученная сумма их токсичности [4; 13], что обусловлено синергизмом при совместном влиянии этих элементов. Совместное влияние цинка с никелем на организм аналогично. Ряд авторов выделяют такие свойства цинка, как провоцирование патологической иммуносупрессии при поступлении в больших концентрациях, увеличение количества хромосомных аберраций, выраженные канцерогенные свойства, гона-дотоксическое действие [4; 12].

Средняя величина валового содержания цинка в грунтовых комплексах антропогенных объектов космодрома «Восточный» (136,92 мг/кг) в 1,12 раза больше данного показателя в пределах южной, равнинной части Амурской области (121,51 мг/кг). По результатам полевых

работ 2012 г. определено, что генетические горизонты почв участков природных и природ-но-антропогенных комплексов в пределах позиционного района объектов космодрома «Восточный» и сопредельных территорий в среднем содержали 69,4 мг/кг цинка [2], окультуренные горизонты огородных почв — 128,4 мг/кг [9]. Максимальная величина валового содержания цинка в грунтовых комплексах, как и валового содержания свинца, определена в центральной части ЗАТО пос. Углегорск — 100 мк/кг. Однако эта величина в 5 раз меньше величины максимального валового содержания цинка в пределах всей южной, равнинной части Амурской области — 500 мк/кг. В почвах же природных и природно-антропогенных комплексов по результатам обследования 2012 г. максимальная величина валового содержания цинка определена в подбурах иллювиально-же-лезистых — 379 мг/кг [2], в окультуренных горизонтов огородных почв — 420 мг/кг [9], что составляет 3,4 и 1,9 ОДК для данного типа почв [6].

В 2012 г. определено, что средняя величина содержания никеля в генетических горизонтах почв в пределах позиционного района объектов космодрома «Восточный» и сопредельных ему территорий составляет 46,6 мг/кг [2]. В ходе обследования грунтов антропогенных объектов и генетических горизонтов почв природно-антропогенных комплексов южной, равнинной части Амурской области установлено, что средняя величина валового содержания никеля — 12 мг/кг, она превышает таковую в целом по югу Амурской области и Амурско-Зейской равнины — 11,47 мг/кг. При этом максимальная величина содержания никеля в грунтах позиционного района космодрома составляет 20 мг/кг (центральная часть ЗАТО пос. Углегорск), что значительно ниже максимальной величины содержания никеля в грунтах антропогенных объектов в пределах всего равнинного юга Амурской области и Амурско-Зейской равнины — 40 мг/кг (грунты антропогенных объектов в пределах Амурско-Зейской равнины); 67 мг/кг (мерзлотно-болотные перегной-но-глеевые почвы); 52,2 мг/кг (окультуренные горизонты огородных почв) [2]. Показатели валового содержания никеля находятся в пределах ОДК.

Канцерогенные и мутагенные свойства описанных тяжелых металлов, обнаруженных в окружающей среде, с учетом их синергетиче-ского действия могут иметь значение при интерпретации патологической пораженности разных возрастных групп населения по поводу новообразований и других классов заболеваний. Однако в отдельных работах [12], показывающих зависимость возникновения у местного населения заболеваний от концентрации тяжелых металлов, находящихся в почве, наблюдали на фоне повышенного содержания цинка снижение встречаемости болезней уха, сосцевидного отростка; в загрязненных никелем районах снижалось количество новообразований, болезней крови и кроветворных органов. При этом частота заболеваний юношеским и ревматоидным артритом, нервной системы увеличивалась по мере накопления цинка в пахотных почвах. Высокое содержание меди отразилось на возникновении врожденных аномалий. Загрязнение никелем способствовало развитию реактивных артропатий.

Валовое содержание кобальта в пробах грунтовых комплексов в пределах антропогенных и природно-антропогенных объектов позиционного района объектов космодрома «Восточный» во всех пробах составило 10,69 мг/кг при максимальной величине в пределах территории космодрома 20 мг/кг, что в незначительной мере превышает уровень его валового содержания в пределах южной, равнинной части Амурской области, Амурско-Зейской равнины (средняя величина содержания — 10,07 мг/кг, максимальная величина валового содержания — 20 мг/кг). Максимальная величина валового содержания кобальта 20 мг/кг определена в пробах грунтовых комплексов в пределах центральной части территории ЗАТО пос. Углегорск.

Анализ результатов изучения валового содержания хрома в пробах грунтовых комплексов антропогенных объектов позиционного района космодрома «Восточный» (2015 г.) и генетических горизонтов почв [2], окультуренных горизонтов огородных почв (2012 г.) [9] показал, что средняя величина валового содержания хрома, варьируя в пределах от 5 до 254 мг/кг, имеет меньшее значение (35,7 мг/кг) в пробах грунтов антропогенных объектов космодрома по сравнению с пробами грунтов южной части Амурской области, Амурско-Зейской

равнины (37,33 мг/кг), генетических горизонтов почв природных и природно-антропо-генных комплексов (44,2 мг/кг) и окультуренных горизонтов огородных почв (64,7 мг/кг). Максимальная величина валового содержания хрома в пробах грунтовых комплексов антропогенных объектов космодрома «Восточный» составила 60 мг/кг (на участке воздействия котельных установок и автомобильного транспорта в ЗАТО пос. Углегорск). Максимальная величина валового содержания хрома в пробах генетических горизонтов почв природных и природно-антропогенных комплексов в пределах равнинного юга Амурской области, центральной части Амурско-Зейской равнины составила 115 мг/кг в подбурах оподзоленных и 254 мг/кг в окультуренных горизонтах огородных почв (в пределах с. Малиновка) [2].

Заключение

Проведенные исследования валового содержания тяжелых металлов в грунтах антропогенных объектов в пределах позиционного района объектов космодрома «Восточный» позволяет определить общие тренды и специфику влияния деятельности человека на ландшафтно-геохимическую среду. Определено, что валовое содержание в грунтовых антропогенных комплексах таких элементов, как медь, цинк, хром, никель, кобальт, в целом соответствует общей картине их присутствия в грунтах южной, равнинной части Амурской области и не превышает ориентировочно допустимых концентраций для данного типа почв, за исключением цинка. Однако необходимо учитывать способность этих элементов кумулироваться в биотах, используемых для питания и накапливающих концентрации полютантов, в том числе по пищевым цепочкам; особенности транслокации тяжелых металлов для различных видов культур, выращиваемых в местных почвах; потенцирование или ингибирование действия друг друга и других загрязнителей среды.

Полученные материалы предварительного изучения валового содержания компонентов почвы являются частью массива исходных данных для проведения эколого-гигиенического мониторинга функционирования как инфраструктурных, так и основных объектов космодрома, что позволит разработать и реализовать меры по снижению антропогенного влияния на окружающую среду и здоровье населения.

Конфликт интересов: исследование проведено в рамках инициативной НИР, а также в рамках темы № 80 государственного задания Минобрнауки РФ № 2014/424 на выполнение государственных работ в сфере научной деятельности в рамках базовой части.

Литература

1. Алексеев И.А. Ландшафтное районирование и комплексная оценка ландшафтов южной части Амурско-Зейского междуречья. Благовещенск: Изд-во БГПУ, 2005.

2. Алексеев И.А. Отчет по теме «Ландшафтно-экологический анализ (включая материалы сезонных экспедиционных исследований) эталонных мониторинговых площадок территории позиционного района объектов космодрома и сопредельных территорий» в рамках НИР «Восток-Экомониторинг» подпрограммы «Создание обеспечивающей инфраструктуры космодрома "Восточный" федеральной целевой программы "Развитие российских космодромов на 2006— 2015 годы"». Благовещенск: БГПУ, 2012. Фонды ФГБОУ ВО «Благовещенский государственный педагогический университет», ФГБУН «Институт водных и экологических проблем СО РАН».

3. Алексеев И.А. Характеристика ландшафтов промышленных зон № 1—5 и площадок № 1—2 на территории проектируемого космодрома «Восточный» // Краеведение Приамурья. 2010. № 4 (13). С. 70-83.

4. Воробьева Р.С Цинк и его соединения // Научные обзоры советской литературы по токсичности и опасности химических веществ / Под ред. Н.Ф. Измерова. 1985. Т. 94. 85 с.

5. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. М.: Мир, 1989.

6. Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве: ГН 2.1.7.2511-09.

7. Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта. М.: Астрея, 1999.

8. Пузанов А.В., Алексеев И.А., Черемкин И.М. и др. Характеристика антропогенных трансформаций ландшафтов проектируемого космодрома «Восточный» // Мир науки, культуры, образования. 2010. № 6 (25). С. 262-267.

9. Пузанов А.В., Бабошкина С.В., Алексеев И.А., Салтыков А.В. Особенности накопления и распределения тяжелых металлов и мышьяка в системе огородные почвы — овощные культуры в районе строительства космодрома «Восточный» (бассейн р. Зея, Амурская область) // Агрохимия. 2015. № 2. С. 89-96.

10. Пузанов А.В., Балыкин С.Н., Алексеев И.А., Салтыков А.В. Микроэлементы в почвах территории строительства космодрома «Восточный» // География и природные ресурсы. 2015. № 2. С. 53-59.

11. Семенова О.Н., Алехнович А.В., Круглов А.А. и др. Организационные, токсикологические и санитарно-гигиенические аспекты химической безопасности территорий в зоне возможного влияния промышленного предприятия // Здоровье населения и среда обитания. 2015. № 11 (272). С. 27-30.

12. Терехина Е.А., Горбачев В.Н., Клименто-ва Е.Г. Влияние загрязнения почв тяжелыми металлами на здоровье населения Ульяновской области // Вестник новых медицинских технологий. 2013. Т. 20. № 3. С. 66-69.

13. Шабалина Л.П., Спиридонова В.С. Медь и ее соединения // Научные обзоры советской литературы по токсичности и опасности химических веществ / Под ред. Н.Ф. Из-мерова. 1989. Т. 94. 225 с.

Контакты:

Алехнович Александр Владимирович,

заведующий отделом № 6

ФГБУ ГНЦ ФМБЦ им. А.И. Бурназяна

ФМБА России,

доктор медицинских наук.

Тел. раб.: (499) 190-93-54.

E-mail: cosmosfmbc@mail.ru