Сравнительная характеристика загрязнения тяжелыми металлами почвенного покрова городов Северодвинск и Новодвинск

Коробицина Ю.С., к.х.н. Попова Л.Ф.

Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова

Сравнительная оценка загрязнения тяжелыми металлами почвенного покрова городов Северодвинск и Новодвинск

Интенсивный процесс урбанизации привел к возникновению ряда экологических проблем, в том числе загрязнению окружающей среды (особенно среды промышленного города) соединениями тяжелых металлов (далее ТМ).

Именно поэтому, в наше время, тяжелые металлы являются приоритетными загрязняющими веществами, наблюдения за которыми обязательны во всех средах.

С расширением индустриальной и сельскохозяйственной деятельности человека возрастает содержание ТМ в поверхностном слое почвенного покрова. Почвенный покров не только геохимически аккумулирует данные поллютанты, но и выступает как природный буфер, контролирующий перенос химических элементов и соединений в атмосферу, гидросферу и живое вещество. Тяжелые металлы, поступающие из различных источников, попадают в конечном итоге на поверхность почвы, и их дальнейшая судьба зависит от ее химических и физических свойств. Металлы, накапливающиеся в почвах, медленно удаляются при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии и дефляции.

Поверхностный слой почвенного покрова, подвергается как локальному загрязнению, так и региональному переносу загрязнений. Региональное загрязнение главным образом происходит в промышленных районах и центрах крупных населенных пунктов. Наиболее важными источниками микроэлементов в случае регионального загрязнения являются предприятия, транспорт и коммунальные сточные воды [1].

Северодвинск и Новодвинск – города, входящие в состав Архангельской промышленной агломерации.

Северодвинск – ведущий промышленный центр Архангельской области и Северо-Запада России. Основан как город-спутник крупнейшего судостроительного комплекса страны в 1938 году [4]. К основным источникам загрязнения окружающей среды относятся предприятия теплоэнергетики, машиностроения, в том числе судостроения, пищевой промышленности, мебельное производство, автомобильный и железнодорожный транспорт. Основной вклад в выбросы стационарных источников вносят ОАО «ТГК-2» филиалы «Северодвинская ТЭЦ-2», «Северодвинская ТЭЦ-1», ОАО «ПО «Севмаш» и ОАО «ЦС «Звездочка» [2].

Новодвинск, основанный в 1936 году, относится к монопромышленному городу. Архангельский целлюлозно-бумажный комбинат, один из ведущих предприятий лесопромышленного комплекса России, является градообразующим предприятием [5]. Основной вклад в загрязнение окружающей среды вносят ОАО «Архангельский целлюлозно-бумажный комбинат», ОАО «Новодвинский завод железобетонных изделий», ЗАО «Архангельский фанерный завод», автотранспорт [2].

По данным Управления ГИБДД по Архангельской области за 2007-2011 гг. в г. Северодвинске количество автотранспортных средств возросло на 13% (2007 г. – 46147 ед., 2011 г. – 51926 ед.), а в г. Новодвинске − на 1% (2007 г. – 12046 ед., 2011 г. – 12160 ед.) [7]. Отработавшие газы, выбрасываемые автотранспортом, кроме основных компонентов, содержат тяжелые металлы, входящие в состав присадок смазочного масла, либо являющиеся продуктами изнашивания деталей двигателя. В атмосферу, а затем и в почвенный покров в составе пыли ТМ могут поступать вместе с продуктами изнашивания тормозных накладок (Cu, Pb, Cr, Ni, Zn), автомобильных шин (Zn, Cd, Cu, Pb) и дорожного покрытия (Cd, Pb) [8].

Для исследования загрязнения ТМ почвенного покрова Северодвинска и Новодвинска на территории городов было заложено 36 и 30 пробных площадей (далее ПП), соответственно. Отбор, хранение и транспортировка проб почв, взятых для анализа на ТМ, осуществлялась в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02–84.

Определение содержания ТМ в почвенном покрове было выполнено на базе лаборатории биогеохимических исследований института естественных наук и биомедицины САФУ и частично на оборудовании ЦКП НО «Арктика» Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова при финансовой поддержке Минобрнауки России.

Валовое содержание ТМ (As, Cd, Co, Ni, Mn и V) определяли рентгенофлуоресцентным методом согласно ПНД Ф 16.1.42-04 на спектрометре Lab Center XRF-1800; Pb, Zn, Cu − атомно-абсорбционным методом согласно ПНД Ф 16.1: 2.2: 2.3.36-02 на спектрометрах Contr AA-700 и АА-7000; Hg − методом беспламенной атомизации (холодного пара) согласно ПНД Ф 16.1: 2.3: 3.10-98 на анализаторе ртути «Mercur». Среднее валовое содержание ТМ в поверхностном слое почв (0-20 см) приведено в таблице 1.

Таблица 1

Среднее валовое содержание ТМ, мг/кг, в почвенном покрове

городов Северодвинск и Новодвинск

Cu	Zn	Pb	Hg		As	Cd	Ni	Co	V	Mn
*Северодвинск (n (ПП) = 36)*
37,8±1,9	65,8±3,3	37,8±1,9		<0,5	0,6±0,03	0,4±0,02	22,4±1,1	2,0±0,1	17,8±0,9	206,0±10,3
*Новодвинск (n (ПП) = 30)*
10,9±0,5	39,2±2,0	9,8±0,5	0,95		0,3±0,02	0,06±0,003	22,6±1,1	3,4±0,2	37,7±1,9	375,5±18,8
*ПДК* *(МУ 2.1.7.730-99)*
53,00	87,00	32,00	2,10		2,0	2,00	85,00	50,00	150,00	1500,00
Фон*
7,4±0,4	35,2±1,8	2,8±0,1	<0,1		0,5	<1,0	14,7±0,7	6,3±0,3	30,3±1,5	399±20
*ОДК* *(ГН 2.1.7.2511-09)*
33,00	55,00	32,00	н/д		2,0	0,50	20,00	н/д	н/д	н/д
Примечание: * средние значения содержания ТМ в почвах Архангельской области по данным станции агрохимической службы «Архангельская»; н/д – нет данных.

Оценку степени загрязнения почвенного покрова ТМ проводили по санитарно-гигиеническим критериям (по кратности превышения ПДК и ОДК согласно с МУ 2.1.7.730-99 и ГН 2.1.7.2511-09, соответственно) и по биогеохимическим коэффициентам (коэффициент концентрации − K_c, суммарный коэффициент техногенного загрязнения − Z_c) [6].

Согласно имеющейся классификации [3], почвенный покров Северодвинска характеризуется низким уровнем валового содержания Zn, Cu, Ni, а по степени загрязнения относится к категории «слабо загрязненный». Однако в почвах 6% ПП, расположенных на территориях, прилегающих к ОАО «ЦС «Звездочка» и ОАО «ПО «Севмаш» наблюдается превышение ПДК Pb, Zn, Cu, Ni, 3% ПП − Cd. На ПП, расположенных в селитебной зоне города наблюдались следующие превышения: Ni – 2,5 ОДК, Zn – 3,7 ПДК (5,8 ОДК), As – 6 ПДК, Pb – 2,5 ПДК, Cu – 1,1 ПДК (1,8 ОДК) и Cd – 1,4 ПДК (5,7 ОДК). Это можно объяснить влиянием автотранспортной нагрузки, которая максимальна в данной зоне. Содержание Hg, Co, V, Mn в почвенном покрове всех исследуемых ПП города не превышает ПДК.

Согласно полученным данным валовое содержание всех ТМ, кроме Ni, в почвенном покрове города Новодвинска не превышает установленных ПДК и ОДК. Почвы города по степени загрязнения относятся к категории «чистые». Исключение составляют ПП №15 (ул. Южная) и №24 (ул. Ворошилова), где валовое содержание Zn в почвенном покрове доходит до 1,1 и 2,6 ПДК, соответственно (слабозагрязненные почвы). Это обусловлено тем, что данные ПП расположены либо вблизи от крупной объездной дороги города с повышенной транспортной нагрузкой (ул. Южная), либо рядом с крупной автостоянкой и ремонтно-строительной базой ЖКХ АЦБК (ул. Ворошилова).

В почвенном покрове города Новодвинска содержание Ni находится на уровне 1,1 – 1,5 ОДК, но не превышает ПДК. Высокие концентрации Ni определены в почвах территорий с высокой транспортной нагрузкой (автозаправка, автобусное депо), или расположенных вблизи промышленной зоны. К основным источникам поступления Ni в почву города можно отнести ОАО «Новодвинский завод железобетонных конструкций», котельные и ТЭС, работающие на мазуте.

Для выявления локальных техногенных аномалий рассчитаны коэффициенты концентрации (таблица 2). Значения К_с таких металлов как: Co, Cd, V, Mn, As в почвенном покрове города Северодвинска и Zn, Co, As, Cd, V и Mn в почвенном покрове Новодвинска указывают на отсутствие загрязнения (или естественное колебание фона) данными металлами (К_с <1,5). Почвенный покров Северодвинска слабо загрязнен Zn и Ni (1,5 <Кс> 3,0), Новодвинска – Cu, Ni (1,5 < К_с> 3,0). В Новодвинске почвенный покров умеренно загрязнен Pb (3,0<К_с<5,0), в то время как в Северодвинске имеется очень сильное загрязнение почв Pb (К_с> 10,0). Также отмечено сильное загрязнение почвенного покрова Северодвинска Cu (5,0 <К_с> 10,0).

Таблица 2

Средние показатели коэффициентов концентрации (К_с) валового содержания ТМ в почвенном покрове гг. Северодвинска и Новодвинска

Cu	Zn	Pb	Со	As	Cd	Ni	V	Mn
г. Северодвинск
5,1±0,3	1,9±0,1	13,5±0,7	0,3±0,01	1,2±0,06	0,4±0,02	1,5±0,08	0,6±0,03	0,5±0,03
г. Новодвинск
1,5±0,08	1,1±0,06	3,5±0,2	0,5±0,03	0,6±0,03	0,06±0,003	1,5±0,08	1,2±0,06	0,9±0,05

По сравнению с фоновыми территориями, не испытывающими антропогенного воздействия, почвенный покров городов подвергается техногенно-антропогенному воздействию, вследствие развитого движения автотранспорта и расположенных там предприятий теплоэнергетики, машиностроения и металлообработки.

Стоит отметить, что на всех ПП города Новодвинска зафиксировано превышение содержания Hg по сравнению с фоновыми значениями, максимальное ее содержание равное 1,28 мг/кг установлено в почве ПП № 2, расположенной на окраине города.

Согласно суммарному показателю загрязнения Z_c, нормативно закрепленному в МУ 2.1.7.730-99, в целом почвенный покров города Северодвинска имеет умерено опасный уровень загрязнения ТМ по их валовому содержанию (Z_c = 18,4), а города Новодвинска – допустимый уровень загрязнения (Z_c = 4,8). Однако в г. Северодвинске обнаружены две ПП, расположенные на территориях, прилегающих к ОАО «ЦС «Звездочка» (Z_c = 48,5) и ОАО «ПО «Севмаш» (Z_c = 82,8), с высоким уровнем загрязнения ТМ, они относятся к территориям с умеренно опасной категорией загрязнения. На рис. представлены карты экологического зонирования территорий городов Северодвинска (А) и Новодвинска (Б) по категории загрязнения почвенного покрова ТМ.

Таким образом, почвы гг. Северодвинск и Новодвинск характеризуются наличием полиметаллического загрязнения. Основные поллютанты Новодвинска – Zn и Ni, Северодвинска – Pb, Ni, Zn, Cu. При этом отсутствует загрязнение почвенного покрова всех городов Co.

В сравнении с естественным фоном в почвенном покрове городов Архангельской промышленной агломерации накапливаются Pb, Zn, Cu и Ni. Ряды накопления ТМ (по коэффициенту концентрации) имеют следующий вид:

Северодвинск: Cd_0,4<Mn_0,5<V_0,6<As_1,2<Ni_1,5<Zn_1,9<Cu_5,1<Pb_13,5.

Новодвинск: Cd_0,06<As_0,6<Mn_0,9<Zn_1,1<V_1,2<Cu_1,5; Ni_1,5<Pb_3,5.

Согласно среднему значению Z_c почвенный покров Северодвинска имеет умерено опасную степень загрязнения (Z_c= 18,4), а Новодвинска – допустимую (Z_c = 4,8). Это обусловлено тем, что почвенный покров Северодвинска подвергается большему техногенно-антропогенному воздействию, чем почвенный покров Новодвинска. При этом на территории каждого города встречаются почвы довольно загрязненные ТМ.