Станченко Л.Ю., соискатель Российского государственного университета им. И. Канта
ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА И ТИПИЗАЦИЯ УРБОЭКОСИСТЕМ КАЛИНИНГРАДА И СВЕТЛОГОРСКА
Оценку экологической ситуации в городах проводят по ряду факторов, преимущественно по концентрации тяжелых металлов в депонирующих компонентах ландшафта, в основном в почвах и растениях, важнейшим условием такой оценки является выявление природных и техногенных факторов формирования геохимических аномалий.
Нами в 2005-2007 гг. были проведены почвенно-геохимические исследования ландшафтов г. Калининграда, промышленного центра, расположенного в приустьевой части р. Прего-ля, и Светлогорска, приморского курорта Федерального значения. Целью исследования явилось определение степени влияния геохимической структуры городских ландшафтов на распределение концентраций тяжелых металлов в верхних горизонтах почв и листьях наиболее распространенных пород деревьев - клена и тополя. В пределах городских территорий методом сетевого опробирования [2] был произведен отбор лито- и биогеохимических проб. Определение тяжелых металлов в образцах проводилось в аттестованной и аккредитованной лаборатории ГГП «Севкавгеология», г. Ессентуки на спектрографе ДФС-458С. Полученные аналитические данные позволили выделить из 26 проанализированных химических элементов спектр приоритетных (Си, 2п, РЬ, Со, N1, Мп, Сг), содержание которых в исследуемых объектах превышает условно фоновые значения.
Для выяснения особенностей распределения концентраций тяжелых металлов в верхнем слое почв городских ландшафтов необходимо четко представлять особенности геохимической структуры ландшафтов города и почвенно-геохимические особенности аккумулирующей части его почвенного покрова. С этой целью по методике В. А. Алексеенко [1], основанной на выделении таксономических уровней, нами были выделены природно-антропогенные комплексы и проанализированы некоторые почвенно-геохимические особенности аккумулятивного слоя почвенного покрова изученных городов.
В г. Калининграде были выделены 66, а в Светлогорске - 26 типов геохимических ландшафтов, среди них на первом классификационном уровне с учетом особенностей техногенной миграции элементов было выделено 9 функциональных зон: промышленных, селитебных мало- и многоэтажных, агроселитебных, зон, занятых военными ведомствами, зон рекреации и отдыха, пустырей, лугов и огородов, кладбищ. На втором уровне, который предусматривает объединение городских ландшафтов по особенностям сообществ растений, были выделены ландшафты с преобладанием 3 типов растительных сообществ: травянистой, декоративной древесно-кустарниковой и садовой древесно-кустарниковой. На третьем классификационном уровне, который был выделен в соответствии с показателями окислительно-восстановительной обстановки в почве, выделили 2 типа ландшафтов: окислительные и восстановительные. На четвертом уровне, объединяющем ландшафты с учетом их геоморфологических особенностей, было выделено 4 группы таких ландшафтов: элювиальные, трансэлювиальные, трансаккумулятивные, транссупераквальные. На пятом уровне почвы городов были разделены в соответствии с щелочно-кислотными условиями на 4 типа: почвы со слабокислой реакцией почвенного раствора; нейтральной, близкой к нейтральной и слабощелочной.
Для выявления зависимостей концентраций и распределения тяжелых металлов от физико-химических параметров почв были проанализированы такие свойства как величина рН, емкость катионного обмена (ЕКО), общий углерод (Собщ), скелет почвы.
Сопоставление полученных результатов показало, что наибольшее влияние на распространенность тяжелых металлов в аккумулятивном почвенном слое оказывает рН. Фоновые значения рН почвенного раствора дерново-подзолистых почв составляют 4-6. Диапазон ко-
лебаний рН в почвах Калининграда находится в пределах 3,9-7,9 (73,6% всех почв имеют слабощелочную и щелочную реакцию), Светлогорска - 5,0-7,5 (75% почв имеют нейтральную и близкую к нейтральной реакцию). Подщелачивание почв приводит к формированию в 0-10 см слое щелочного геохимического барьера, на котором концентрируются поллютанты, в том числе, изученные катионогенные металлы (РЬ, гп, Сг, N1), образующие в этих условиях слаборастворимые карбонаты.
В целом эколого-геохимические показатели поверхностного аккумулятивного слоя городских почв, а именно: облегченный механический состав (более 65% почв имеют скелетную часть >10%), невысокое содержание гумуса (от 1 до 2,5%), небольшие величины ЕКО (3-19 мг/экв. на 100 г почвы) не указывают на серьезную трансформацию основных зональных параметров, но свидетельствуют об относительно низкой депонирующей способности почв, а отмеченные нами карбонитизация и возникновение щелочного барьера в аккумулятивном слое ведут к накоплению металлов, что сопровождается трансформацией почвенно-геохимической структуры территории [4]. Кроме того, из-за большой распространенности насыпного слоя, представляющего собой, в основном, смесь строительного мусора, высокой степени запечатанности городских почв, значительно сокращен внутрипочвенный перенос поллютантов, что также способствует их накоплению в ландшафтах города.
Распределение концентраций исследованных металлов по функциональным зонам внутри различных типов элементарных ландшафтов достаточно хаотично, максимальные концентрации наблюдаются как в селитебных и промышленных зонах, так и в зонах рекреации и отдыха (рис.1), что связано со значительным взаимопроникновением функциональных зон. Приоритетными загрязнителями верхнего слоя почв являются РЬ, гп, Си, N1. Распределение указанных элементов в составе почвенных аномалий образует убывающий ряд: РЬ>гп>Си>№ (табл. 1). Почвы городов имеют в основном умеренно-опасный уровень загрязнения (табл. 2).
В результате биогеохимических исследований было установлено, что содержания тяжелых металлов в листьях изменяются в зависимости от вида растений и его приуроченности к определенным функциональным зонам, а аномалии тяжелых металлов менее контрастны, чем в почвах.
гп У///////Л Мп Сг Полиномиальный (Мп).......Полиномиальный (гп)----Полиномиальный (Сг)
Рис. 1. Динамика концентраций тяжелых металлов в верхнем (0-10 см) слое почв Калининграда по функциональным зонам в элювиальных ландшафтах
Таблица 1
Геохимическая характеристика элементарных ландшафтов г. Калининграда
и Светлогорска по показателю Zс
Почвы, г. Калининград Почвы, г. Светлогорск
Э Э Э Э Э ТЭ ТСА
1. Ассоциация РЬ(7,3)> РЬ(9,6)> РЬ(9,6)> РЬ(9,6)> РЬ(9,6)> РЬ(8)> РЬ(10,6)>
химических гп(б,з) > 2п(7)> 2п(7)> 2п(7)> 2п(7)> Си(5,2)> 2п(7,6)>
элементов Си(5,9)> Си(5,7)> Си(5,7)> Си(5,7)> Си(5,7)> N1(5)> Си(5,5)>
№(4,2)> №(5,2)> Nl(5,2)> N1(5,2)> N1(5,2)> 2п(4,6)> N1(5,4)>
Со(1,4)> Со(1,6)> Со(1,6)> Со(1,6)> Со(1,6)> Мп(1,5)> Со(3,6)>
Сг(1,1) Мп(1,4)> Мп(1,4)> Мп(1,4)> Мп(1,4)> Со(1,4)> Мп(1,3)>
Сг(1,3) Сг(1,3) Сг(1,3) Сг(1,3) Сг(1,1) Сг(1,3)
2. Среднее 21,0 23,9 23,9 23,9 23,9 18,8 28,7
значение 2с
Таблица 2
Категории загрязнения верхнего слоя (0-10 см) почв и соотношение площадей по показателю суммарного загрязнения Zc
Категории загрязнения Пределы колебаний 2е Площадь городской территории, %
Калининград Светлогорск Калининград Светлогорск
1. Допустимая 11,9-15,7 8,9-14,8 1,7 16,0
2. Умеренно опасная 16,2-29,4 17,0-29,9 96,2 77,7
3. Опасная 32,9-44,6 36,8-67,3 1,8 3,8
4. Чрезвычайно опасная 129,1-133,4 160,2-381,7 0,3 0,5
Основные древесные породы города по-разному реагируют на одинаковые дозы техногенного поступления тяжелых металлов. Листья тополя активнее концентрируют почти все микроэлементы, чем листья клена.
Ассоциация техногенных элементов в листьях основных пород деревьев в Калининграде составляет ряд, где почти во всех геохимических ландшафтах во всех изученных породах деревьев превалирует 2п,С,РЬ,№,Со,Си,Мп. Распределение указанных элементов в составе золы листьев тополя образует убывающий ряд: 2п>Сг>РЬ>№>Со>Си>Мп; листьев клена -Мп>РЬ>2п>Си>Сг>Со>№.
Проведенная геохимическая систематика территорий г. Калининграда и Светлогорска позволяет наиболее полно учесть природные и техногенные факторы формирования геохимических особенностей городских территорий. Преобладание элювиальных ландшафтов сказывается на общей миграции металлов - максимальные концентрации отмечены в подчиненных трансаккумулятивных и транссупераквальных ландшафтах. Но наряду с подчиненными наблюдается аккумуляция поллютантов в автономных и транзитных ландшафтах, что вызвано техногенным прессингом, связанным с воздействием автотранспорта, промышленных и муниципальных источников загрязнения. Техногенные, а именно градостроительные особенности территории исследованных городов определяют пространственное распределения металлов. Выявлена дифференциация в содержании поллютантов в почвах в зависимости от типа и этажности селитебной застройки. Почвы селитебной многоэтажной зоны содержат больше свинца, цинка, никеля, меди, чем почвы селитебной малоэтажной зоны.
ЛИТЕРАТУРА
1. Алексеенко В.А. Экологическая геохимия: Учебник. - М.: Лотос, 2000.
2. Методические рекомендации по геохимической оценке загрязненных территорий городов химическими элементами. М.: ИМГРЭ, 1982.
3. Салихова Е.В., Савостина О.А., Виноградова О.Л. Трансформация основных свойств урбанозёмов Калининграда. Вестник КГУ. Серия Экология региона Балтийского моря, № 1, 2003.
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.