ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2014, № 1, с. 28-36
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ
УДК 504.064.2.001.18:551.578.4
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВ ГОРОДА ТАРКО-САЛЕ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ
© 2014 г. А. П. Сергеев, Е. М. Баглаева, И. Е. Субботина
Институт промышленной экологии УрО РАН, ул. С.Ковалевской, 20, Екатеринбург, 620990 Россия. E-mail: sem@ecko.uran.ru
Поступила в редакцию 26.07.2011 г. После исправления 22.12.2011 г.
Представлен анализ распределения концентраций веществ в почве по результатам эколого-гео-химической съемки, проведенной в рамках работ по комплексной оценке экологического состояния урбанизированной территории муниципального образования. Обнаружена зона аномально высоких, по сравнению с фоновой территорией, валовых концентраций хрома в пробах почвы. На основании картины пространственного распределения валовой концентрации хрома в почве и диаграмм рассеяния проведено разделение полученной в результате эколого-геохимической съемки рядовой выборки на две подгруппы - городской хромовый фон и городская хромовая аномалия. Статистический анализ показал значимое различие полученных подгрупп по большинству показателей. Показана несостоятельность гипотезы атмосферного происхождения хромовой аномалии.
Ключевые слова: пространственная структура, техногенное загрязнение, почвенная съемка, тяжелые металлы, хромовая аномалия.
ВВЕДЕНИЕ
Проблема определения характера и уровней загрязнения территорий - одна из наиболее актуальных проблем в экологии, так как ее решение есть основа для оценки и прогнозирования состояния и изменения компонентов окружающей среды и, в конечном счете, здоровья населения [8].
Существуют, по крайней мере, две крупные группы методов оценки загрязнения территории: расчетные и экспериментальные. Расчетные методы дают гладкие решения, что не всегда соответствует реальному положению дел [11]. Они требуют большого количества исходных данных, значительная часть которых может быть получена только экспериментально [1, 12].
На урбанизированных территориях многочисленные источники загрязнения обычно расположены незакономерно, и их выбросы (сбросы) по разным причинам не могут быть точно учтены. Климат, характер застройки, гидрогеологическая обстановка, быстро меняющиеся метеоусловия, не стационарность выбросов (сбросов) и другие факторы вносят еще большую неопределенность в исходные данные. По этой причине результаты
модельных расчетов распространения загрязнений ненадежны, однако могут быть использованы для предварительной, грубой оценки [10, 11]. Основное преимущество расчетных методов - их относительно невысокая стоимость. В отличие от расчетных методов экспериментальные методы позволяют получить действительную, в пределах погрешности, картину загрязнения, но, применяемые без должной оптимизации, могут быть весьма затратными.
Различного характера выбросы (сбросы) загрязняющих веществ рано или поздно оказываются спроецированными на условную поверхность депонирующей среды, в качестве которой может выступать почва, растительность, снеговой покров [2]. Это дает возможность использования природных сред, депонирующих выпадения, для изучения характера и особенностей загрязнения. Построение картины пространственного распределения веществ в депоненте часто выявляет аномалии разного уровня и разных размеров. Анализ таких аномалий может привести к различным гипотезам об их происхождении в зависимости от вида депонента [8].
Почвенно-экологический мониторинг есть важнейшая составляющая наблюдения за качеством окружающей среды [2, 3]. В отличие от воды и атмосферного воздуха, которые являются миграционными средами, почва представляет собой наиболее объективный и стабильный индикатор техногенного загрязнения экосистемы. Она отражает эмиссию загрязняющих веществ и их фактическое распределение в компонентах ландшафта [2]. Почва относится к наиболее стабильным депонирующим компонентам окружающей среды, ее состав определяется многолетним периодом. В отличие от пространственного распределения веществ во многих других депонирующих средах пространственное распределение веществ в почве есть практически "окончательная" картина состояния территории [6, 15]. Проблема, однако, состоит не только в определении уровня загрязнения, но еще и в том, каков механизм переноса загрязнителя, где находится источник загрязнения и какова зона его влияния [7]. Задача усложняется вариабельностью почвенных характеристик, включающих детерминированную - определенную на момент исследования, вероятностную -прогнозируемую для целей исследования, и случайную - не поддающуюся оценке на данном этапе развития научных представлений, составляющие. Не менее важен вопрос: насколько вероятно обнаружить аномально высокие уровни загрязнения депонирующей среды на исследуемой и смежных территориях? Ответ на этот вопрос определяет разброс уровней рисков для здоровья населения, проживающего на этих территориях. Особый интерес среди вредных и токсичных веществ представляют тяжелые металлы, многие из которых потенциально опасны для здоровья даже в следовых количествах: кадмий, мышьяк, никель, ртуть, свинец, хром и др. Тяжелые металлы могут содержаться в естественной природной среде и/или поступать в результате хозяйственной деятельности человека, следовательно, экологическую опасность полностью устранить нельзя, возникает задача выделения антропогенной и естественной составляющей в распределении загрязняющего вещества [11, 13].
Накопленные к настоящему времени научные данные по распределению химических веществ в почве показали, что распределения вероятностей значений концентраций далеко не всегда описываются кривой нормального распределения, для которого разработано большинство оценок [4]. Форма функции распределения вероятностей, а в значительной степени это касается мульти-модальных распределений, может указывать на особенности пространственного распределения
химического вещества. Анализ таких функций может дать дополнительную информацию о характере и источниках загрязнения.
Цель настоящей работы состоит в выявлении аномалии и попытке объяснить ее происхождение.
ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ СЪЕМКА ПОЧВЫ
Отбор проб почвы в черте г. Тарко-Сале спланирован по точкам, расположенным в узлах квадратной сетки с шагом 250 м. Фактическое их расположение определялось при проведении опробования непосредственно на местности, исходя из необходимости отбора проб почвы на ненарушенных, естественных участках исследуемой территории. Географическая привязка осуществлялась с помощью GPS-приемника.
Поверхность места предполагаемого отбора пробы почвы размечалась в виде квадрата со стороной около 1 м. В вершинах, серединах сторон и центре размеченного квадрата пробоотборником из нержавеющей стали с внутренним диаметром 0.051 м отбирались девять кернов почвы на глубину 0.05 м. Таким образом, площадь пробы составила 0.0184 м2, а ее объем 0.000919 м3. Отобранные девять кернов объединялись в одну пробу и запаковывались в двойные полиэтиленовые пакеты. На внутреннем пакете маркером наносился идентификатор пробы. Масса каждой высушенной пробы составляла примерно 1.5 кг для обеспечения возможности проведения всех необходимых аналитических исследований.
Всего в настоящем исследовании в период с 27.09.2007 г. по 30.09.2007 г. было отобрано 103 пробы почвы на всей территории города, включая жилую и промышленную зоны (рядовая выборка - 101 проба на площади около 5.3 км2), а также в точках достаточно удаленных (2 удаленные фоновые пробы), чтобы практически исключить влияние городских источников загрязнения.
ПОДГОТОВКА И ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОБ ПОЧВЫ
Подготовка проб почвы для количественного химического анализа проведена в соответствии с действующими на момент проведения пробопод-готовки нормативными документами и включала следующие стадии: сушка до воздушно-сухого состояния; просеивание на сите 1.0 мм (для
Таблица 1. Перечень определяемых показателей
Показатель (вещество) Форма Обозначение Уровень обнаружения, мг/кг Количество проб с концентрацией выше порога обнаружения, шт
Водородный - pH - 103
показатель
Хром Подвижная Cr_AAB 2 0
Хром Валовая Cr_TF 20 103
Марганец Валовая Mn_TF 20 103
Кобальт Подвижная Co AAB 1 4
Кобальт Валовая Co_TF 1 103
Никель Подвижная Ni_AAB 1 23
Никель Валовая Ni_TF 2 103
Медь Подвижная Cu AAB 2 4
Медь Валовая Cu_TF 1 103
Цинк Подвижная Zn_AAB 2 45
Цинк Валовая Zn_TF 5 103
Мышьяк То же As_TF 1 19
Кадмий " Kd TF 0.1 21
Ртуть " Hg_TF 0.05 4
Свинец " Pb TF 1 103
Фенолы - C6H5OH 0.005 83
Нефтепродукты - Oil 0.005 103
определения подвижных форм); измельчение до 0.074 мм (для определения валовых форм).
Количественный химический анализ подготовленных проб почвы проведен в соответствии с действующими на момент проведения анализа нормативными документами в аккредитованной аналитической лаборатории Института промышленной экологии УрО РАН. Для определения подвижных форм использовался аммонийно-ацетатный буфер с рН 4.8. Перечень показателей и веществ, содержание которых определялось в почве, приведен в табл. 1.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Аккумуляция основной части загрязняющих веществ наблюдается преимущественно в верхнем слое почвы [6], глубина его составляет 1-5 см для почв г. Тарко-Сале, чем и объясняется отбор проб на глубину 5 см.
В большинстве проб концентрация подвижных форм хрома, кобальта, никеля, меди и цинка, а также валовых форм мышьяка, кадмия и ртути оказалась ниже порога обнаружения использованных в настоящей работе методов количественного химического анализа (см. табл. 1). Растворимые формы тяжелых металлов выщелачиваются элювиально-гумусовыми подзолами, формирую-
щими Нижнеобскую северотаежную провинцию, к которой относятся почвы города [5].
На основании сопоставления пространственного распределения валовой концентрации хрома в почве (рис. 1) и корреляционных диаграмм рассеяния (рис. 2) рядовая выборка была разделена на две подгруппы: городской хромовый фон UCrB (Urban_Chromium_Background - 77 проб) и городскую хромовую аномалию UCrA (Ur-ban_Chromium_Anomaly - 24 пробы). Заметим, что рядовая выборка
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.