Тяжелые металлы в городских почвах
В наше время в городской среде человек постоянно испытывает стресс, который обусловлен структурой и функцией самого города. Большое скопление людей, машин, ускорение ритмов в быту, на работе и даже на отдыхе - мы всё стремимся сделать и получить, как можно больше, в единицу времени, а в сутках всего 24 часа – все это ведет к большой изношенности нашего организма и истощения его ресурсов и моральных и физических. Ко всему этому добавляется неблагоприятная экологическая обстановка городов, которая, незаметно для нас, добавляет большую порцию стресса в нашу повседневную жизнь и снижает и без того невысокий жизненный ресурс населения. «Плохая» экология города это прямой удар по нашему самочувствию. Именно отсюда происходят многие источники нашего каждодневного состояния. Это и хроническая усталость, и раздражительность, и многие респираторные заболевания, заболевания внутренних органов и систем, а так же снижение общей активности работы мозга.
Среди загрязнений биосферы города особое место занимает почва. Именно в ней происходит активное накопление и перенос в другие среды (воздух, поверхностные и подземные воды) загрязняющих веществ. В наибольшей степени загрязнению подвергается самый верхний слой почвы. Среди загрязнителей особое место занимают тяжелые металлы. По классификации Н. Реймерса, тяжелыми следует считать металлы с плотностью более 8 г/см3, однако отдельно от тяжелых металлов стоят благородные и редкие металлы, соответственно остаются только свинец, медь, цинк, никель, кадмий, кобальт, сурьма, олово, висмут, ртуть. Все эти металлы достаточно широко и в значительных объемах используются в производственной деятельности и представляют серьёзную опасность с точки зрения их биологической активности и токсических свойств. Основная часть источников загрязнения в городах имеет локальное действие, меньшее – региональное и глобальное. Промышленное загрязнение происходит в основном через атмосферу. На поверхность почвы оседают аэрозоли, пары, пыль, растворимые вещества, принесенные с дождем, снегом. Автотранспорт загрязняет окружающую среду аэрозолями свинца (бензиновые присадки), а так же аэрозолями кобальта и никеля (дизельное топливо). Идущие, всё чаще, кислотные дожди придают большую подвижность тяжелым металлам, накапливаемым в почвенном слое которые, таким образом, попадают в пищевую цепочку человека с продуктами питания и водой.
В верхних гумусных слоях почвы происходит медленное удаление металлов при выщелачивании, потреблении растениями (важность зелёных насаждений), эрозии и выдувании почв. Период полуудаления (снижения концентрации вдвое) составляет для металлов значительное время. Так для цинка это период от 70 до 510 лет, для кадмия от 13 до 110 лет, для меди от 310 до 1500 лет, для свинца от 740 до 5900 лет.
В деле создания более благоприятных условий для жизни и здоровья населения городов определённую роль играют санитарно-защитные зоны предприятий, так как максимальные концентрации тяжелых металлов в выбросах предприятий распространяются до 2 км от источника. Доказывать необходимость санитарно-защитных зон в настоящее время нет смысла. А чтобы не быть совсем голословными, приведем в пример некоторые биогеохимические свойства тяжелых металлов (кадмия, кобальта, меди, ртути, никеля, свинца и цинка). Биохимическая активность (высокая у всех металлов), токсичность (высокая и умеренная), канцерогенность (практически все металлы), подвижность (способность мигрировать), тенденция к биоконцентрированию (высокая и умеренная у всей группы металлов), эффективность накопления (высокая и умеренная).
Установление предельно допустимых концентраций (ПДК)– мера, которая ограничивает содержание загрязняющих веществ в окружающей среде. Наблюдение и контроль за качеством атмосферы, воды и почв в России осуществляют организации и учреждения в составе Министерства природных ресурсов и экологии РФ. В Приволжском регионе эти функции выполняет Федеральное Государственное бюджетное учреждение «Приволжское управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды», сокращенно ФГБУ «Приволжское УГМС».
На территории крупных городов, в том числе и Самары, лаборатории отдельных предприятий осуществляют контроль в санитарных зонах предприятий за качеством промышленных выбросов. Но, в основном, этими лабораториями производится контроль за выбросами вредных веществ в атмосферный воздух и сточных вод в городские водоемы.
Контроль за загрязнением почв тяжелыми металлами - это сравнительно небольшой объем проводимых работ в сети экологического мониторинга городов и других населенных пунктов, так как долгие годы всё внимание экологов было направлено на контроль атмосферного воздуха и поверхностных вод. Однако в последнее время природоохранные организации стали уделять почвам большое внимание - как источнику накопления и переноса загрязняющих веществ. Поэтому, на сегодняшний день, тяжелые металлы относятся к приоритетным загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательны во всех средах.
Приведем примеры некоторых производств, которые загрязняют окружающую среду выбросами тяжелых металлов и возникающие при этом воздействия на организм человека. Например, свинец, как загрязнитель, присутствует в выбросах при производстве аккумуляторов, при пайке, в типографиях, при изготовлении хрустального стекла или керамических изделий, этилированного бензина, свинцовых красок и других. Попадая в организм человека свинец воздействует, прежде всего, на кроветворную и нервную системы, почки. На уровне нервной системы поражается головной мозг и периферические нервы.
Такой металл как ртуть сейчас вызывает много вопросов в связи с нарастающим использованием энергосберегающих ламп, где, как известно, содержатся пары ртути. Утилизация таких ламп не поддается контролю, что создает угрозу накопления ртути в местах свалок. Даже мусорные контейнеры могут быть источником загрязнения ртутью воздуха и почвы. Поражение человека ртутью через дыхательные пути вызывает тяжелые отравления. Соединения ртути более токсичны, чем сама ртуть. Поражаются желудок, почки, толстый кишечник, может страдать нервная система. Никель приводит к поражению полости рта и толстого кишечника, кадмий вызывает практически все формы рака, марганец забивает канальцы нервных клеток. При этом снижается проводимость нервного импульса, что ведёт к повышению утомляемости, сонливости, снижению работоспособности.
Что бы достоверно определить концентрацию металлов в почве, необходимо учитывать природные характеристики почвы, её состав. Поэтому, при определении степени загрязнённости почв промышленными токсикантами определяют фоновую концентрацию того или иного металла. Фоновая концентрация – это средняя концентрация вещества в исследуемых почвах, зависящая от геологических и почвообразующих условий. Исходя из этого, фоновыми могут считаться участки почв достаточно удаленные от источника выбросов.
Наблюдения за загрязнением почв тяжелыми металлами (кадмий, медь, свинец, никель, марганец, цинк) и алюминием в Самарской области проводится на пунктах многолетних наблюдений в г. Самара и на фоновых участках, таких как АГМС «Аглос» и с 2005 года в Национальном парке «Самарская Лука. Кроме того, ежегодно проводится обследование почв одного из промышленных центров, входящего, по территориальному признаку, в сферу деятельности ФГБУ «Приволжский ЦГМС». По результатам многолетних наблюдений почвы фоновых участков можно отнести к допустимой категории загрязнения.
В 2009 году проводилось обследование почв г. Отрадного. В городе сосредоточены предприятия нефте- и газопереработки, полимерстройматериалов, пассажирского и грузового автотранспорта. На территории г. Отрадного было отобрано 50 проб. Почвы города в целом загрязнены свинцом (от 1 до 3 ПДК), в 8% случаев кадмием, и в 4% никелем, По загрязнению почв свинцом почвы относятся к опасной категории загрязнения, по суммарному показателю загрязнения (Zф) – к допустимой категории.
В 2010 году обследование проводилось в г. Тольятти. Тольятти – крупный промышленный центр где расположены речной порт, узел шоссейных и железнодорожных линий, предприятия автомобилестроения, нефтехимии, оргсинтеза, производства химических удобрений и стройматериалов, ТЭЦ и другие. Всего было отобрано 50 проб. Отдельные участки почв содержат повышенные массовые доли меди в 3 раза, свинца в 2,5 раза, цинка в 2 раза, никеля в 3 раза относительно ПДК. По суммарному показателю загрязнения (Zф) почвы Тольятти относятся к допустимым категориям загрязнения.
В 2011 году на содержание токсикантов промышленного происхождения обследованы почвы г. Саратова. В Саратове производятся сложные станки, транспортное оборудование, электростанции для сельского хозяйства, проволоку, гвозди, газовую аппаратуру, домашние электрические холодильники и другое. Площадь обследования почвы города на тяжелые металлы составила около 300 кв.км. Были обследованы 6 густонаселенных районов города. Количество случаев превышения ПДК и ОДК–ориентировочно допустимых концентраций, было незначительно и наблюдалось на уровне выше 1 ПДК по свинцу – в 6% отобранных проб, по меди и никелю – в 2%. Почвы всей обследуемой территории по суммарному индексу загрязнения (Zф) относятся к допустимой категории загрязнения.
В 2012 году проведено обследование загрязнения почвы тяжелыми металлами г. Пензы. Отобрано 50 проб почвы. Предварительно можно сказать, что и здесь имеются превышения ПДК и ОДК по отдельным металлам.
Все данные по загрязнению почв промышленными токсикантами в объектах природной среды на территории Среднего Поволжья можно найти в «Государственных Докладах о состоянии окружающей среды и природных ресурсов» и в информационных материалах ФГБУ «Приволжское УГМС».
Среди загрязнений биосферы города особое место занимает почва. Именно в ней происходит активное накопление и перенос в другие среды (воздух, поверхностные и подземные воды) загрязняющих веществ. В наибольшей степени загрязнению подвергается самый верхний слой почвы. Среди загрязнителей особое место занимают тяжелые металлы. По классификации Н. Реймерса, тяжелыми следует считать металлы с плотностью более 8 г/см3, однако отдельно от тяжелых металлов стоят благородные и редкие металлы, соответственно остаются только свинец, медь, цинк, никель, кадмий, кобальт, сурьма, олово, висмут, ртуть. Все эти металлы достаточно широко и в значительных объемах используются в производственной деятельности и представляют серьёзную опасность с точки зрения их биологической активности и токсических свойств. Основная часть источников загрязнения в городах имеет локальное действие, меньшее – региональное и глобальное. Промышленное загрязнение происходит в основном через атмосферу. На поверхность почвы оседают аэрозоли, пары, пыль, растворимые вещества, принесенные с дождем, снегом. Автотранспорт загрязняет окружающую среду аэрозолями свинца (бензиновые присадки), а так же аэрозолями кобальта и никеля (дизельное топливо). Идущие, всё чаще, кислотные дожди придают большую подвижность тяжелым металлам, накапливаемым в почвенном слое которые, таким образом, попадают в пищевую цепочку человека с продуктами питания и водой.
В верхних гумусных слоях почвы происходит медленное удаление металлов при выщелачивании, потреблении растениями (важность зелёных насаждений), эрозии и выдувании почв. Период полуудаления (снижения концентрации вдвое) составляет для металлов значительное время. Так для цинка это период от 70 до 510 лет, для кадмия от 13 до 110 лет, для меди от 310 до 1500 лет, для свинца от 740 до 5900 лет.
В деле создания более благоприятных условий для жизни и здоровья населения городов определённую роль играют санитарно-защитные зоны предприятий, так как максимальные концентрации тяжелых металлов в выбросах предприятий распространяются до 2 км от источника. Доказывать необходимость санитарно-защитных зон в настоящее время нет смысла. А чтобы не быть совсем голословными, приведем в пример некоторые биогеохимические свойства тяжелых металлов (кадмия, кобальта, меди, ртути, никеля, свинца и цинка). Биохимическая активность (высокая у всех металлов), токсичность (высокая и умеренная), канцерогенность (практически все металлы), подвижность (способность мигрировать), тенденция к биоконцентрированию (высокая и умеренная у всей группы металлов), эффективность накопления (высокая и умеренная).
Установление предельно допустимых концентраций (ПДК)– мера, которая ограничивает содержание загрязняющих веществ в окружающей среде. Наблюдение и контроль за качеством атмосферы, воды и почв в России осуществляют организации и учреждения в составе Министерства природных ресурсов и экологии РФ. В Приволжском регионе эти функции выполняет Федеральное Государственное бюджетное учреждение «Приволжское управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды», сокращенно ФГБУ «Приволжское УГМС».
На территории крупных городов, в том числе и Самары, лаборатории отдельных предприятий осуществляют контроль в санитарных зонах предприятий за качеством промышленных выбросов. Но, в основном, этими лабораториями производится контроль за выбросами вредных веществ в атмосферный воздух и сточных вод в городские водоемы.
Контроль за загрязнением почв тяжелыми металлами - это сравнительно небольшой объем проводимых работ в сети экологического мониторинга городов и других населенных пунктов, так как долгие годы всё внимание экологов было направлено на контроль атмосферного воздуха и поверхностных вод. Однако в последнее время природоохранные организации стали уделять почвам большое внимание - как источнику накопления и переноса загрязняющих веществ. Поэтому, на сегодняшний день, тяжелые металлы относятся к приоритетным загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательны во всех средах.
Приведем примеры некоторых производств, которые загрязняют окружающую среду выбросами тяжелых металлов и возникающие при этом воздействия на организм человека. Например, свинец, как загрязнитель, присутствует в выбросах при производстве аккумуляторов, при пайке, в типографиях, при изготовлении хрустального стекла или керамических изделий, этилированного бензина, свинцовых красок и других. Попадая в организм человека свинец воздействует, прежде всего, на кроветворную и нервную системы, почки. На уровне нервной системы поражается головной мозг и периферические нервы.
Такой металл как ртуть сейчас вызывает много вопросов в связи с нарастающим использованием энергосберегающих ламп, где, как известно, содержатся пары ртути. Утилизация таких ламп не поддается контролю, что создает угрозу накопления ртути в местах свалок. Даже мусорные контейнеры могут быть источником загрязнения ртутью воздуха и почвы. Поражение человека ртутью через дыхательные пути вызывает тяжелые отравления. Соединения ртути более токсичны, чем сама ртуть. Поражаются желудок, почки, толстый кишечник, может страдать нервная система. Никель приводит к поражению полости рта и толстого кишечника, кадмий вызывает практически все формы рака, марганец забивает канальцы нервных клеток. При этом снижается проводимость нервного импульса, что ведёт к повышению утомляемости, сонливости, снижению работоспособности.
Что бы достоверно определить концентрацию металлов в почве, необходимо учитывать природные характеристики почвы, её состав. Поэтому, при определении степени загрязнённости почв промышленными токсикантами определяют фоновую концентрацию того или иного металла. Фоновая концентрация – это средняя концентрация вещества в исследуемых почвах, зависящая от геологических и почвообразующих условий. Исходя из этого, фоновыми могут считаться участки почв достаточно удаленные от источника выбросов.
Наблюдения за загрязнением почв тяжелыми металлами (кадмий, медь, свинец, никель, марганец, цинк) и алюминием в Самарской области проводится на пунктах многолетних наблюдений в г. Самара и на фоновых участках, таких как АГМС «Аглос» и с 2005 года в Национальном парке «Самарская Лука. Кроме того, ежегодно проводится обследование почв одного из промышленных центров, входящего, по территориальному признаку, в сферу деятельности ФГБУ «Приволжский ЦГМС». По результатам многолетних наблюдений почвы фоновых участков можно отнести к допустимой категории загрязнения.
В 2009 году проводилось обследование почв г. Отрадного. В городе сосредоточены предприятия нефте- и газопереработки, полимерстройматериалов, пассажирского и грузового автотранспорта. На территории г. Отрадного было отобрано 50 проб. Почвы города в целом загрязнены свинцом (от 1 до 3 ПДК), в 8% случаев кадмием, и в 4% никелем, По загрязнению почв свинцом почвы относятся к опасной категории загрязнения, по суммарному показателю загрязнения (Zф) – к допустимой категории.
В 2010 году обследование проводилось в г. Тольятти. Тольятти – крупный промышленный центр где расположены речной порт, узел шоссейных и железнодорожных линий, предприятия автомобилестроения, нефтехимии, оргсинтеза, производства химических удобрений и стройматериалов, ТЭЦ и другие. Всего было отобрано 50 проб. Отдельные участки почв содержат повышенные массовые доли меди в 3 раза, свинца в 2,5 раза, цинка в 2 раза, никеля в 3 раза относительно ПДК. По суммарному показателю загрязнения (Zф) почвы Тольятти относятся к допустимым категориям загрязнения.
В 2011 году на содержание токсикантов промышленного происхождения обследованы почвы г. Саратова. В Саратове производятся сложные станки, транспортное оборудование, электростанции для сельского хозяйства, проволоку, гвозди, газовую аппаратуру, домашние электрические холодильники и другое. Площадь обследования почвы города на тяжелые металлы составила около 300 кв.км. Были обследованы 6 густонаселенных районов города. Количество случаев превышения ПДК и ОДК–ориентировочно допустимых концентраций, было незначительно и наблюдалось на уровне выше 1 ПДК по свинцу – в 6% отобранных проб, по меди и никелю – в 2%. Почвы всей обследуемой территории по суммарному индексу загрязнения (Zф) относятся к допустимой категории загрязнения.
В 2012 году проведено обследование загрязнения почвы тяжелыми металлами г. Пензы. Отобрано 50 проб почвы. Предварительно можно сказать, что и здесь имеются превышения ПДК и ОДК по отдельным металлам.
Все данные по загрязнению почв промышленными токсикантами в объектах природной среды на территории Среднего Поволжья можно найти в «Государственных Докладах о состоянии окружающей среды и природных ресурсов» и в информационных материалах ФГБУ «Приволжское УГМС».
Светлана Тихонова
Специалист ФГБУ «Приволжское УГМС»
