Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,916

ТЯЖЁЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ПОЧВАХ ПРОМЫШЛЕННОГО И СЕЛИТЕБНОГО ЛАНДШАФТОВ ГОРОДА АРХАНГЕЛЬСКА

Попова Л.Ф. Пилюгина М.В. Корельская Т.А.
Проблема насыщения биосферы тяжёлыми металлами (ТМ) последние 40-50 лет привлекает пристальное внимание, так как они играют в ней особую роль. Находясь преимущественно в рассеянном состоянии, ТМ могут образовывать локальные аккумуляции, где их концентрация в сотни и тысячи раз превышает среднепланетарные уровни. Поэтому выяснение закономерностей, определяющих содержание и миграцию ТМ в биосфере, занимает одно из важнейших мест в комплексе задач по охране природы.

На базе кафедры химии Поморского государственного университета им. М.В. Ломоносова на 21 пробной площади (п.п.) было исследовано содержание валовых форм свинца, меди и цинка в почвах промышленного (6 п.п.) и селитебного (15 п.п.) ландшафтов города Архангельска. По классификации городских почв, они относятся к двум типам - реплантозёмы и урбаноземы.

Нами установлено, что в промышленном ландшафте содержание меди находится в пределах 3,6 - 23 мг/кг, что не превышает ПДК (53 мг/кг) на всех исследованных пробных площадях, и по градации уровней загрязнённости относится к группе почв с очень низким валовым содержанием меди (до 40 мг/кг) (табл.1). В селитебном ландшафте содержание меди в 1,97 раз больше, чем в промышленном ландшафте и на двух п.п. составляет 1,1-1,2 ПДК. Хотя по средневзвешенному содержанию эти почвы также относятся к группе с очень низким её содержанием, на одной п.п. наблюдается очень высокий уровень загрязнения (более 140 мг/кг).  Содержание свинца в почвах промышленного ландшафта колеблется от 2,9 до 112 мг/кг, превышение ПДК (32 мг/кг) наблюдается на двух пробных площадях (1,16 - 2,66 ПДК). В селитебном ландшафте содержание валовых форм свинца выше в 2,5 раза, чем в промышленном и превышение ПДК в 1,1-5,3 раз отмечается на десяти пробных площадях. Почвы как промышленного, так и селитебного ландшафтов по градации загрязнения свинцом относятся к группе с его очень высоким содержанием (более 70 мг/кг). Содержание цинка в почвах промышленного ландшафта колеблется от 13,7 до 164 мг/кг, превышение ПДК (87 мг/кг) наблюдается на одной пробной площади (1,26 ПДК). Эти почвы относятся к группе с очень низким (менее 100мг/кг) и низким (150 мг/кг) содержанием цинка. В селитебном ландшафте валовое содержание цинка выше, чем в промышленном ландшафте в 1,8 раза, превышение ПДК в 1,2-4,1 раз отмечено на шести п.п. Большинство пробных площадей относятся к почвам с низким его содержанием, однако, на трёх п.п. наблюдается очень высокий уровень загрязнённости (более 350 мг/кг). В целом, по трём ТМ почвы селитебного ландшафта загрязнены значительно больше, чем почвы промышленного ландшафта. Суммарный показатель техногенного загрязнения (Zс) для почв промышленного ландшафта меньше 1, что соответствует незначительной степени загрязнения, тогда как в промышленном ландшафте Zc = 4,4, что соответствует допустимой степени загрязнённости. Содержание валовых форм ТМ зависит, прежде всего, от уровня сформированности почв и длительности воздействия антропогенного фактора.

Таблица 1. Содержание ТМ, мг/кг, в почвах промышленного и селитебного ландшафтов

 

Медь

Цинк

Свинец

промышл.

селитебн.

промышл.

селитебн.

промышл.

селитебн.

min

3,6

5

13,7

9

2,9

6

mах

23

171

164

770

112

265

Среднее

16,3

31,9

71

126,9

31,7

78,9

Фон/кларк

20

50

10

Превышение фона

17%

79%

83%

79%

83%

100%

Содержание ТМ в разных типах почв неодинаково. Больше их накапливается в урбанозёмах, чем в реплантозёмах (на обоих типах ландшафтов). Это объясняется большим содержанием в урбанозёмах гумуса и фосфатов, которые способны аккумулировать ТМ, образуя нерастворимые гуматы и фосфаты. Исключение составляет свинец, содержание которого в реплантозёмах промышленного ландшафта в 2 раза выше, чем в урбанозёмах, так как почвенные образцы реплантозёмов были отобраны на территории АЗС, одного из основных стационарных источников антропогенного свинца.

Анализ миграции ТМ по почвенному профилю показал, что загрязнение валовыми формами тяжелых металлов селитебного ландшафта (как для урбанозёмов, так и для реплантозёмов) Архангельска, как правило, имеет гумусово-аккумулятивный характер, т.е. максимальное их количество сосредоточено в верхних слоях почв наиболее богатых гумусом. Далее оно резко снижается или изменяется постепенно в зависимости от количества органического углерода (коэффициент корреляции r (Pb) = +0,74, r (Cu) = +0,68, r(Zn) = +0,78). Максимальная аккумуляция тяжёлых металлов на большинстве исследованных участков наблюдается  в  верхнем  органогенном  горизонте, так как металлы способны образовывать комплексы с органическим веществом почвы и в таком виде накапливаться в горизонтах, наиболее богатых гумусом. Остальные горизонты часто представлены песком и практически  не содержат гумуса.

В распределении ТМ по почвенному профилю промышленного ландшафта отмечено 2 максимума их накопления - гумусовый и иллювиальный. Как для реплантозёмов, так и для урбанозёмов наблюдается накопление ТМ в верхнем горизонте, некоторое снижение концентрации во втором и вновь увеличение содержания в третьем горизонте. Однако зависимость содержания тяжёлых металлов от органического углерода не выявлена (r (тм) < +0,10). Для почв промышленного ландшафта высокие значения органического углерода можно объяснить его антропогенным происхождением. Так как часть органического углерода здесь может быть представлена, например, компонентами нефти или сажей, не влияющими на аккумуляцию ТМ.

Но установлена прямая корреляционная зависимость содержания ТМ в каждом горизонте от концентрации подвижного фосфора (Р2О5) в них. Усреднённый коэффициент корреляции для свинца составляет +0,6, для меди +0,98, для цинка +0,89. Это обусловлено тем, что со свободными фосфат-ионами тяжёлые металлы образуют нерастворимые фосфаты состава: Zn3(PO4)2, Pb3(PO4)2, PbAl3H(OH)6(PO4)2, Сu3(PO4)2. Эти соединения аккумулируются в почве и обеспечивают повышенный уровень валового содержания металлов в почвенном горизонте.

На распределение ТМ влияет и величина рН почвенного раствора, так как медь, цинк и свинец осаждаются на щелочном барьере. Это происходит за счёт образования ими в щелочной среде нерастворимых гидроксидов, фосфатов, карбонатов, способствующих аккумуляции ТМ в почве (r (Pb) = +0,55, r (Cu) = +0,86, r (Zn) = +0,50).

Таким образом, почвы селитебного ландшафта загрязнены валовыми формами свинца, меди и цинка значительно больше, чем почвы промышленного ландшафта. Это связано в первую очередь с возрастом застройки и временем антропогенного воздействия. Максимум загрязнения почв селитебного ландшафта  приходится на верхний горизонт и имеет гумусово-аккумулятивный характер. Для промышленного ландшафта максимумы накопления металлов приходятся на верхний и нижний горизонты, что обусловлено высоким значением рН почвенного раствора и повышенным содержанием в этих горизонтах фосфат-ионов, корреляционной зависимости между ТМ и содержанием органического углерода не выявлено.

Исследования поддержаны грантами РФФИ-север 08-0498808 и проектом 1-7 администрации Архангельской области за 2008 г.


Библиографическая ссылка

Попова Л.Ф., Пилюгина М.В., Корельская Т.А. ТЯЖЁЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ПОЧВАХ ПРОМЫШЛЕННОГО И СЕЛИТЕБНОГО ЛАНДШАФТОВ ГОРОДА АРХАНГЕЛЬСКА // Современные наукоемкие технологии. – 2008. – № 5. – С. 69-70;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=23870 (дата обращения: 06.04.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074