Delist.ru

ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПРИРОДНЫХ И АНТРОПОГЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ ЦЕНТРАЛЬНОГО ЧЕРНОЗЕМЬЯ (10.09.2007)

Автор: Джувеликян Хачик Акопович

3. Загрязнение тяжелыми металлами почвенного покрова, водоемов и донных отложений

3.1. Тяжелые металлы в почвах Воронежской области

Аккумуляция и миграция ТМ в почвах естественных ландшафтов определяется типом почвообразования (Виноградов (1953); Адерихин, Протасова (1973, 1978, 1981); Ахтырцев и др. (1999); Протасова, Щербаков (2003); Джувеликян (1996, 1999, 2005); Липатов, Вежливцева (2006)). Добровольский (1997, 2004), Ладонин (2003) утверждают, что ? 50% всего количества ТМ, находящихся в твердой фазе почвы связаны с гидроксидами железа. Часть ТМ прочно связана с глинистыми минералами, а обменные формы, связанные как с минералами, так и с органическим веществом, составляют малую часть от общей массы ТМ в профиле почв.

Загрязнение почв ТМ особенно четко проявляется на локальном уровне в радиусе от 1 – 2 до нескольких десятков километров от источника загрязнения. Глазовская (1989, 1994) отмечает, что в почвах действуют механизмы, приводящие к трансформации техногенных потоков ТМ. Одни из них понижают миграционную способность (тяжелый грансостав, нейтральная или слабощелочная среда, высокое содержание гумуса и т.д.) и переводят ТМ в малоподвижные и неподвижные формы, другие условия (легкий грансостав, низкий уровень рН (менее 5), низкое содержание гумуса и т.д.) способствуют мобилизации ТМ, что отрицательно сказывается на экологической обстановке.

Полученные нами данные показывают, что характер вертикального распределения ТМ в почвах естественных и техногенных ландшафтов существенно различается. Для техногенных ландшафтов независимо от типа почвы характерен регрессивно-аккумулятивный тип распределения ТМ, проявляющийся в накоплении металлов в верхнем гумусовом горизонте почвы и резком снижении с глубиной.

Внутрипрофильное распределение ТМ в почвах естественных ландшафтов Воронежской области (Каменная степь), характеризуется увеличением количества ТМ с глубины 50 – 60 и 80 – 90см (рис. 1). В иллювиальных горизонтах этих почв наблюдается биогеохимическая аккумуляция ТМ. Количество их в этих горизонтах в 1,5 – 2 раза выше, чем в верхнем гумусовом слое. Однако по количественному составу только концентрация Pb и Cd превышают ПДК, тогда как количество остальных элементов находится на уровне фона. Из этого следует, что если почва содержит в гумусовом горизонте меньше элементов-токсикантов, чем в материнской породе, то такую почву можно считать незагрязненной по этому элементу, что вполне согласуется с выводами других авторов (Добровольский, 1999; Мажайский, 2003; Ильин и др., 2003; Пляскина, Ладонин, 2005 и др.).

Анализ профильного распределения ТМ в почвах естественных ландшафтов Каменной степи показало, что содержание их находится в обратной зависимости от содержания гумуса в профиле почв (Рис. 1).

Рис. 1. Тяжелые металлы в почвах Каменной степи

а – лесополоса; в – некосимая залежь; с – пашня.

Коэффициент корреляции колеблется от (– 0,60) до (– 0,87), что говорит о высокой обратной зависимости между гумусом и ТМ. В пахотных почвах этот критерий снижается относительно некоторых металлов (Pb, Cd, Co, Ni). Результаты физико-химических исследований этих почв свидетельствуют, что реакция почвенного раствора в верхней части профиля нейтральная и имеет тенденцию к подщелачиванию с глубиной, содержание гумуса высокое и среднее в верхних горизонтах и постепенно снижается вниз по профилю. Обеспеченность почв P2O5 средняя, K2O – высокая. Почвы имеют глинистый и тяжелосуглинистый гранулометрический состав. Сумма фракций менее 0,01 мм с глубиной возрастает. Корреляционная связь между ТМ и механическими фракциями слабо выражена. Определенная зависимость наблюдается между ТМ и фракцией мелкой пыли в почвах, взятых под лесополосой; между крупной пылью и ТМ в почвах косимой залежи и песчаной фракцией на пашне.

Концентрация Zn, Cu, Cr, Co по всему профилю почв находится на уровне фона, хотя прослеживается тенденция их возрастания с глубины 90 – 100 см. Содержание Pb, Cd, Ni в верхней части профиля находится на уровне фона, а с глубины 90 – 100 см возрастает с превышением ПДК, достигая максимального значения в материнской породе.

На незагрязненных ландшафтах почвы, сформировавшиеся на лессовидных суглинках, наследуют особенности элементного состава материнской породы.

Анализируя вышеизложенное можно заключить, что содержание большинства ТМ (Zn, Pb, Cu, Cd, Co, Cr, Ni) в почвообразующих породах (лессовидные глины и суглинки) Воронежской области более высокое, чем в верхней части гумусового профиля. Распределение их тесно связано с минералогическим составом. Почвообразующие породы являются источниками ТМ и в значительной мере обуславливают их содержание в почвах.

Между растворимыми формами ТМ и гумусом наблюдается обратная корреляционная связь.

В гумусовом горизонте исследованных черноземов содержание ТМ не превышает допустимые нормы и находится на уровне фона, вследствие чего такие почвы можно считать незагрязненными ТМ.

3.2. Тяжелые металлы и нефтепродукты в донных отложениях Воронежского водохранилища и их влияние на гидробиологический режим

Воронежское водохранилище создано в 1972г. в нижнем течении реки Воронеж – типичной средней реки лесостепной зоны. Более трети акватории водоема расположено в границах г. Воронежа – крупного промышленного центра ЦЧР. Длина водохранилища – 35 км, ширина – 2 км. По морфометрическим параметрам оно относится к классу средних искусственных водоемов, по средним глубинам – к неглубоким (Мишон (1996); Курдов (1998)). В шести местах водохранилище перегорожено дамбами и мостовыми переходами, что оказывает существенное влияние на гидробиологический и гидрологический режимы. Зона мелководий (до 2 м) составляет 19,7 км2 или 33 % площади водохранилища, переходная зона средних глубин (2 – 5 м) занимает 30 км2 или 50 % площади и глубоководная зона (свыше 5 м) занимает 10,2 км2 или 17 % – в основном сосредоточена в приплотинной части (Рис. 2).

Место отбора

образца №

п/п Pb Cd Zn Cu Mn Cr Fe Нефтепродукты, мг/кг

Верхняя зона, район

Зона северного моста

Место отбора

образца №

п/п Pb Cd Zn Cu Mn Cr Fe Нефтепродукты, мг/кг

Средняя зона, центральный участок между Северным мостом и Отрожкой (левый берег) 3 37,0 ( 7,77 2,0 ( 0,6 55,9 ( 20,12 16,6 ( 4,65 341,9 ( 64,7 < 2 1452,0(464,0 540,0 ( 162,0

4 48,0 ( 10,1 3,8 ( 1,14 80,5 ( 29,0 26,7 ( 7,48 492,9 ( 78,9 0,4 (0,06 1577,0(504,6 244,4 ( 343,3

Место отбора

образца №

Рис. 2. ТМ и нефтепродукты в донных отложениях Воронежского водохранилища В водоохранной зоне водоема расположено 8 городских водозаборных станций. Основными предприятиями, использующими техническую воду являются ТЭЦ-1, ОАО «Воронежсинтезкаучук», «Воронежшина», ОАО «ВАСО» и др., которые ежегодно из водохранилища забирают до 90 млн. м3 воды. Ежесуточно в водоем сбрасывается свыше 500 тыс. м3 стоков, из которых более половины являются загрязненными. Ежегодный объем сброшенных сточных вод в последние годы составляет 150 – 170 млн. м3. Валовый сброс в водоем загрязняющих веществ составляет по общему азоту 60 – 110 тыс. т, фосфатам – 130 – 170 тыс. т, нефтепродуктам – до 40 т, железу – до 26 т, по СПАВ – до 57 т, по Zn и Cr до 1,5 т в год (Тулакин и др., 2003). Донные отложения водохранилища аккумулируют поллютанты как приносимые в верховье из р. Воронеж, так и поступающие через конусы выноса ливневых систем, промышленных и хозбытовых стоков города. Ранее отмечалось (Жердев и др., 2003; Чубирко и др., 2003; Смирнова и др., 2001) наличие в донных отложениях крайне высоких концентраций Fe и Mn. Если в воде превышение ПДК по основным ингредиентам составляло 1,5 – 3 раза, то в донных отложениях – до 20 ПДК. В донных отложениях северной части водоема содержание Mn и Fe превышало их содержание в воде на 4 порядка, Cu – 2 – 3 порядка, Cr6+ на 3 – 5 порядка.

Наши исследования донных отложений водохранилища свидетельствуют о постепенном возрастании от верховья вниз по течению концентрации Cu и Cr – на два порядка, Mn – в 6 – 24 раза, Fe –1,4 – 2,6 раза, нефтепродуктов на два порядка (8,3 г/кг). Порядок величин концентрации ТМ в водах р. Дон и р. Тихая Сосна совпадает с таковыми для верховья водохранилища, на основании чего показатели, характерные для верховья, можно считать фоновыми для нашего региона. Отмечено относительно благополучное развитие донной фауны в верховье с высокими показателями обилия и видового, информационного, трофического разнообразия, их изменение в средней зоне и деградация бентосных сообществ в зоне сильного локального нефтяного и химического загрязнения, совмещенного с термофикацией в районе сброса левобережных очистных сооружений. Основными техногенными источниками химических загрязнений воды водохранилища и донных отложений являются промышленные предприятия, ливнестоки, котельные, канализационно-насосные станции и неэффективная работа очистных сооружений. Причины накопления вредных ингредиентов в донных отложениях заключаются в отсутствии промывного режима иловых отложений и абсолютной неэффективности природоохранных мероприятий.

Наши исследования почвенного покрова и водоемов (режимные наблюдения проводились последние 5 лет), а также участка лесного массива , расположенного в 30 км северо-восточнее г. Воронежа на берегу р. Усманка (комплекс ВГУ «Веневитиново») свидетельствуют, что как в питьевой, так и в речной воде концентрация вредных ингредиентов (более 30 показателей) не превышают нормы ПДК, за исключением бора(превышение ПДК в 7,2 раза и фтора в 1,6– 1,7 раза). В виду того, что основными антропогенными источниками поступления бора и фтора в окружающую среду могут быть сточные воды металлургии, машиностроения, текстильного, керамического, стекольного, кожевенного производства, также бытовые сточные воды, и учитывая, что вышеперечисленные источники локального загрязнения в конкретном случае отсутствуют, можно с определенной достоверностью утверждать, что относительно повышенное содержание бора и фтора в питьевой воде имеет естественное происхождение, на что указывают отдельные исследования (Вредные химические вещества, 1988)

4. Антропогенное загрязнение биосферы

4.1. Автомобильный транспорт как основной источник загрязнения

В последние годы проблема загрязнения внешней среды выбросами автотранспорта принимает угрожающий характер (Никифорова, 1976, 1983; Джувеликян, 1980, 1996, 1999; Скворцов, 2000; Подольский и др., 1999). Среди токсичных выбросов приоритетными загрязнителями считаются ТМ, канцерогены и отработанные газы двигателей внутреннего сгорания, где содержатся более 170 токсичных ингредиентов, из которых 160 – производные углеводороды от неполного сгорания топлива. Наши исследования проводились на основных улицах г. Воронежа и автомагистралях федерального назначения Воронеж – Москва, Воронеж – Ростов и др.

С целью определения уровня загрязнения и загазованности воздуха и почвы вдоль автодорог г.Воронежа нами были обследованы многие транспортные потоки в период с 1976 по 1980 гг. и с 1999 по 2005 гг.

Таблица 2

Интенсивность движения транспортного потока на основных улицах

г. Воронежа и загрязнение атмосферы

Наименование

загрузка...