CC BY
48
Промышленная экология и биотехнологии. Экология (по отраслям)
УДК 504.064.2
DOI 10.1555/2409-3203-2017-0-11-146-153
ОЦЕНКА ПОЛИЭЛЕМЕТНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ РЕКРЕАЦИОННЫХ ЗОН ЛЕВОБЕРЕЖНОЙ ЧАСТИ ГОРОДА КРАСНОЯРСК
Жирнова Дина Федоровна
к.б.н., доцент, с.н.с. Хакасского технического института - филиала ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет» Россия, г. Абакан [email protected] Холдаенко Юлия Андреевна стажер-исследователь Хакасского технического института - филиала ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет» Россия, г. Абакан [email protected]
Аннотация: Проведена оценка экологического состояния почв городских парков и скверов левобережной части реки Енисей в Советском, Октябрьском и Центральном микрорайонах города Красноярска по величине коэффициента суммарного загрязнения тяжелыми металлами на 22 пробных площадках. Величина суммарного коэффициента загрязнения почв рекреационных зон левобережной части города Красноярска варьирует от 5,68 до 21,92. В среднем величина суммарного показателя Zс по всем участкам не превышала 16 единиц, что относится к первой категории загрязнения. В парке Чернышевского микрорайона Покровка и на одном из участков Парка культуры и отдыха им. М. Горького в Центральном районе почвы по величине суммарного коэффициента загрязнения были отнесены ко второй категории, что соответствует умерено опасному загрязнению.
Ключевые слова: почвы, рекреация, тяжелые металлы, загрязнение, суммарный коэффициент.
ESTIMATION OF POLYELEMETHENIC CONTAMINATION OF SOILS OF RECREATIONAL ZONS OF THE LEFT BANK OF THE CITY OF KRASNOYARSK
Dina F. Zhirnova
candidate of biological sciences, associate professor, senior researcher, Khakass Technical Institute, Siberian Federal University Russia, Abakan Julia A. Holdaenko trainee researcher, Khakass Technical Institute, Siberian Federal University
Russia, Abakan
Abstract: The ecological condition of soils of urban parks and squares of the left-bank part of the Yenisei River in the Soviet, Oktyabrsky and Central micro-districts of the Krasnoyarsk city was estimated by the magnitude of the total pollution coefficient of heavy metals at 22 test plots. The magnitude of this coefficient in the study area varies from 5.68 to 21.92. Its values for the most plots don't not exceed 16 units, which is the first category of pollution. In the Chernyshevsky park (Pokrovka micro-district) and on one of the plots in the M. Gorky Park of Culture and Recreation (Central micro-district) soil was assigned to the second category, which corresponds to moderate hazardous pollution.
Key words: soil, recreation, heavy metals, pollution, total coefficient.
Крупные мегаполисы несут повышенную токсикогенную нагрузку, при которой проживают и работают большое количество людей, широко развита автотранспортная сеть и промышленность, складывается неблагоприятная экологическая обстановка, накладывающая свой отпечаток, в том числе и на места отдыха людей - парки и скверы (Ковязин, 2008). Действие выбросов промышленных предприятий усугубляется все возрастающими поступлениями отработанных газов автотранспорта. Влияние дороги на растительность ограничено и с удалением от дороги влияние выхлопных газов снижается, хотя и прослеживается на расстоянии до 60 м (Павлов, 2005). Концентрация и продолжительность воздействия загрязняющего комплекса на компоненты окружающей среды постоянно изменяются и зависят от розы ветров, топографии и расположения источников выбросов. Поверхность почвы и растений поглощает атмосферные примеси, поступающие в наземные экосистемы.
Оценка состояния окружающей среды крупных промышленных агломераций в Сибири и в городе Красноярске, в частности, является объектом пристального внимания и изучения (Есякова, Степень, 2008; Анищенко и др., 2010; Сорокин и др., 2012; Танделов, 2012; Хлебопрос и др., 2012; Коротченко, 2013). Развитие г. Красноярска десятилетиями велось без учета совокупности природных условий территории, а именно: «некомплексного учёта местных условий при проектировании, неполной обоснованности выбора площадок, нарушении экологической ёмкости территории.» (Крушлинский, 1986), что привело к кризисному экологическому состоянию города, в результате чего он входит в число самых грязных городов России (Хлебопрос и др., 2012). Город Красноярск относится к крупнейшим центрам металлургической и лесохимической промышленности, а также теплоэнергетики. На его территории находятся такие предприятия, как КрАЗ, являющийся источником выбросов в атмосферу, прежде всего, фтористого водорода, смолистых веществ, бенз(а)пирена, пыли, а также три очень крупных мощных ТЭЦ, которые работают на каменном угле и загрязняющие воздух оксидами азота, сажей, сернистым ангидридом, оксидами углерода, бенз(а)пиреном, пылью (Коротченко, 2013). Уровень загрязнения атмосферы города Красноярска характеризуется как «очень высокий». Преобладающий вклад в величину уровня загрязнения атмосферы г. Красноярска вносят высокие среднегодовые концентрации бензапирена, формальдегида, сероуглерода, оксида углерода, диоксида азота, фенола, фтористого водорода, аммиака, бензола, ксилола, толуола и взвешенных веществ (Хлебопрос и др., 2012). Содержание многих вредных веществ в атмосфере города превышает предельно допустимые концентрации (ПДК) в несколько раз (О состоянии..., 2003). Сложившаяся ситуация требует комплексной
147
экологической оценки территорий для дальнейшего их развития и определения условий проживания красноярцев.
В условиях крупных промышленных городов большое значение приобретает экологическое состояние рекреационных зон. Рекреация относится к тому виду деятельности, который становится необходимым условием комфортного и безопасного жизнеобеспечения человека, способного компенсировать то напряжение, которое испытывает человек в условиях техногенного стресса в том числе. Все большее число людей вовлекается в циклы рекреационной деятельности, что приводит к заметным изменениям в экосистемах (Чижова, 2006). Поэтому достаточно актуализирована на сегодняшний день проблема изучения рекреационных нагрузок на парки, скверы и другие места отдыха людей на урбанизированных территориях, в том числе в целях предотвращения их деградации и сохранения их рекреационной ценности. Все это невозможно без проведения экологической оценки соответствующих территорий (Ковязин, 2008; Борисова, 2013). Определение закономерностей распространения и перераспределения выбросов тяжелых металлов (ТМ) в почвах зон отдыха, где население проводит большое количество времени, представляет интерес с точки зрения актуальности и практического применения. Последнее утверждение продиктовано тем, что часто в черте крупных мегаполисов имеется так называемый «частный жилой сектор», где жители могут вести приусадебное хозяйство, выращивая на своих участках различные сельскохозяйственные культуры. Исследование экологического состояния природных объектов в таких случаях практически необходимо, поскольку тяжелые металлы легко мигрируют из почвы в выращиваемое на ней растение. Как компонент рекреационных зон почва выступает элементом экосистемы, постоянно испытывающей нагрузку в виде механического и химического воздействия (Фомина, 2015). Чрезвычайно важно знать кумулятивную техногенную составляющую до момента трансформации токсичных веществ в почве. Негативные последствия урбанизации и техногенеза очевидны, а почвенный покров, как неотъемлемый и незаменимый компонент биосферы, вовлеченный в сферу нагрузок, обречен на существенную трансформацию структуры и функций. В условиях Сибири эти изменения носят наиболее выраженный характер, а в некоторых случаях близки к необратимым. Отсюда понятно, что изучение состояния почвенного покрова урбанизированных, а также особо охраняемых территорий на фоне резко возросшего антропогенного воздействия стало актуальной задачей (Naprasnikova, Snytko, 2002; Напрасникова, 2004).
Основной целью проведенных исследований была экологическая оценка состояния почвенного покрова рекреационных зон, расположенных в черте города Красноярск по содержанию тяжелых металлов. В качестве фонового содержания металлов в почвах Красноярского края использовали данные Волошина Е.И. (2012).
Для проведения необходимых исследований, позволяющих провести необходимые оценки в качетве основных объектов исследования были отобраны почвы городских парков и скверов, подверженные рекреационной нагрузке, расположенных на левобережной части города Красноярска в Советском, Октябрьском и Центральном микрорайонах города Красноярска (рис. 1).
Всего было заложено 22 пробные площадки, на которых были отобраны смешанные почвенные образцы из верхнего 10-сантиметрового слоя. Для сравнения влияния антропогенной нагрузки пробы отбирались в каждой точке с двух участков: вытоптанные тропы и не вытоптанные участки (газоны). Подстилка и дерн на опытных тропах отсутствовали. За контрольный был принят участок, расположенный на территории соснового бора, расположенном в Академгородке:
участок 1 - Парк культуры и отдыха им. М. Горького (пробы отбирали с двух участков: со стороны кинотеатра «Луч» и органного зала);
участок 2 - остров Татышев (пробы отбирали с двух участков: 100 и 150 м от
Октябрьского моста);
участок 3 - парк Серебряный (пробы отбирали с двух участков: 10 и 50 м от автодороги по ул. Крупской);
участок 4 - Академгородок (пробы отбирали с двух участков в сосновом бору со стороны КНЦ и жилого сектора);
участок 5 - м-н Покровка (парк Чернышевского, 10 м от автодороги); участок 6 - м-н Советский (10 м от автодороги) участок 7 - ТРЦ Планета.
Отбор почвенных проб осуществлялся с площадок 10х10 м, методом «конверта». Отбор проб и подготовку почв к анализам проводили согласно Г0СТу17.4.4.02-84. С каждого участка отбирали по 5 проб почв, которые смешивали и получали одну усредненную пробу.
Содержание металлов (подвижные формы, вытяжка 1 моль/л HNO3) в отобранных пробах проводили с помощью атомно-абсорбционного анализатора PinAAcle 900T в НИИЦ ФГБОУ ВО Красноярского ГАУ. Органическое вещество определяли согласно ГОСТ 26213-91 (по методу Тюрина в модификации ЦИНАО), фосфор и калий - по Кирсанову(ГОСТ Р 54650-2011), рН (Н2О) - ГОСТ 26423-85, рН (KCl) - ГОСТ 26483-85, азот общий определялся по методу Кьельдаля.
Согласно Постановлению Правительства от 19 июля 2012 г. №736, суммарный показатель содержания в почве загрязняющих веществ Zс определяли как сумму отношений фактического содержания каждого загрязняющего вещества (Pb, Cd, Cu, Ni, Zn, Mn, Co, Cr), концентрация которого превышает установленное для химических веществ нормативы ПДК, к величине его норматива ПДК (1):
Zс = £C(i) факт / Спдк, (1) где C(i) факт - фактическое содержание загрязняющего вещества в почве, превышающее норматив ПДК; Спдк - предельно допустимая концентрация i-го загрязняющего вещества в почве (О критериях ..., 2012).
Факторный анализ проводили с помощью Stat Soft STATISTICA 6.0. Статистическую обработку результатов проводили методом корреляционного анализа в программе MS Excel 97-2003.
Факторный анализ корреляционной матрицы показал, что в основе варьирования изучаемых показателей лежит 5 факторов, на долю которых приходится 82,4% общей дисперсии (табл. 1).
Таблица 1 - Факторная структура анализируемого массива данных (применено _варимаксное вращение)_
Показатель Факторные нагрузки
Фактор 1 Фактор 2 Фактор 3 Фактор 4 Фактор 5
Органическое вещество, % 0,127 0,916 -0,229 0,079 0,117
Фосфор по Кирсанову, мг/кг -0,725 -0,138 0,346 0,198 0,157
рН^) 0,163 -0,400 0,784 -0,201 0,023
рН(КС1) 0,323 -0,344 0,814 -0,167 -0,061
Калий по Кирсанову, мг/кг 0,035 0,243 0,707 0,180 -0,201
Азот общий, % -0,087 0,957 0,019 -0,079 0,053
Свинец, мг/кг 0,935 -0,085 0,110 0,169 -0,027
Кадмий, мг/кг 0,922 0,249 0,160 -0,007 0,043
Медь, мг/кг 0,886 -0,170 0,190 0,140 -0,062
Никель, мг/кг 0,101 0,174 0,169 0,840 -0,095
Цинк, мг/кг 0,928 -0,105 0,157 0,206 0,040
Марганец, мг/кг 0,075 0,746 -0,586 -0,082 0,015
Кобальт, мг/кг 0,634 0,303 -0,448 0,091 -0,315
Хром, мг/кг 0,330 -0,229 -0,328 0,827 0,057
Собственное значение 4,637 3,204 3,393 1,847 1,752
% дисперсии 25,8 17,8 18,8 10,3 9,7
С первым фактором тесно связано содержание таких тяжёлых металлов, как свинец, кадмий, медь, цинк и (в несколько меньшей степени) кобальт. Данный фактор можно трактовать как общий для всех образцов источник загрязнения указанными металлами. Этот же фактор оказывает отрицательное влияние на содержание подвижных форм фосфора в почве. Со вторым фактором связано содержание органического вещества и общего азота в почве, что позволяет трактовать его как степень развития гумусового слоя в местах отбора проб. С этим же фактором положительно связано содержание марганца, что можно объяснить образованием органоминеральных комплексов с этим элементом. Третий фактор отражает положительную связь между величиной pH и содержанием подвижного калия. С четвёртым фактором связано содержание никеля и хрома, что позволяет трактовать этот фактор как независимый от первого фактора источник загрязнения данными металлами. С пятым фактором отрицательно связана активность протеазы и положительно - активность каталазы.
Дискриминантный анализ показал, что между изученными участками в целом существуют статистически значимые ф<0,001) различия по комплексу изученных показателей. Показатели, внёсшие статистически значимый вклад в эти различия, представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Показатели, внёсшие статистически значимый вклад в различия между _исследуемыми участками_
Показатель Уровень значимости, p
Органическое вещество, % 0,000049
Фосфор по Кирсанову (Р2О5), мг/кг 0,007917
рН(Н20) 0,000054
Азот общий, % 0,000107
Свинец, мг/кг 0,005509
Никель, мг/кг 0,000982
Цинк, мг/кг 0,033379
Марганец, мг/кг 0,000001
Хром, мг/кг 0,004138
Каталаза 0,002666
Уреаза 0,000006
Остальные показатели оказались незначимыми для разделения исследуемых участков.
Все элементы в почве находятся в комплексе. Поэтому для оценки загрязнения почв использовали показатель суммарного загрязнения почв (Z^ (О критериях ..., 2012; Околелова и др., 2014).
При величине суммарного показателя Zc менее 16 почва относится в 1 категории загрязнения (допустимая, наиболее низкий уровень заболевания детей и минимум функциональных отклонений); 16-32 - ко 2 категории (умеренно опасное, увеличение общего уровня заболеваемости); 32-128 - к 3 категории (опасное, увеличение общего уровня заболеваемости, увеличение числа детей с хроническими заболеваниями,
увеличение нарушений сердечно-сосудистой системы); более 128 - к 4 категории (чрезвычайно опасное, увеличение заболеваемости детей, нарушение репродуктивной функции женщин) (Жирнова, Демиденко, 2016).
Анализируя полученные результаты суммарного показателя Zс (рис. 2), не превышающего 16 единиц по всем участкам, можно сказать, что в целом все почвы по суммарному загрязнению ТМ можно отнести к первой категории загрязнения (допустимая категория, наиболее низкий уровень заболевания детей и минимум функциональных отклонений). В среднем суммарный коэффициент загрязнения варьирует от 5,68 до 21,92.
Только два участка по показателю суммарного загрязнения тяжелыми металлами попадают в категорию 2 (умеренно опасное, увеличение общего уровня заболеваемости) -газон в парке Чернышевского и тропа в Парке культуры и отдыха им. М. Горького со стороны органного зала. Но выявленные отличия не существенно отличаются от остальных вариантов.
В связи с этим на рассматриваемых почвах допускается выращивание корнеклубнеплодов, но исключается производство столовой зелени, овощей и ягодных культур. Необходимо проводить глубокую (30-40 см) вспашку, известкование, вносить удобрения и сорбенты, а так же контролировать культуры на содержание тяжелых металлов. Потребление продукции растениеводства не ограничивается, за исключением использования для производства диетического и детского питания. Так же необходимо известкование, внесение удобрений и сорбентов.
В настоящее время значительно ужесточаются требования к грамотности специалистов, работающих в области охраны природы и рационального использования природных ресурсов. Специалист любой сферы деятельности должен четко понимать смысл современных проблем взаимодействия общества и природы, знать возможные последствия негативных воздействий различных производств на окружающую природную среду, уметь квалифицированно оценивать характер, направленность и последствия влияния конкретной хозяйственной деятельности на природу, принимать научно-обоснованные решения по вопросам охраны природы.
Актуальность оценки экологического состояния территории городов и промышленных зон, ее дифференциация по этому признаку в настоящее время особенно высока. Мониторинг состояния разных компонентов окружающей среды является важней составляющей компонентой целой системы комплексных мер, направленных на сохранение и улучшение качества условий жизнеобеспечения человека, животных, растений. Легко доступным по затратам, техническому обеспечению мероприятий контроля качества окружающей среды является биологический мониторинг, позволяющий выявлять наличие синергических эффектов в среде и наиболее точно прогнозировать ее изменения.
В настоящее время сложившиеся приемы создания системы озеленения города Красноярска, ландшафтно-эстетические принципы ее формирования, а также нормативно-техническая база проектирования не обеспечивают комфортность городской среды. В основу разработки направлений и принципов реконструкции системы озеленения необходимо заложить результаты экологических исследований ландшафтных процессов, выявленных основных источников экологических стрессов, а также изучение интегрированного воздействия техногенных стрессоров на все компоненты урбоэкосистем.
В Федеральном законе (7-ФЗ, 2017) «Об охране окружающей среды» в статье 19 говорится, что нормирование в области охраны окружающей среды осуществляется в целях государственного регулирования воздействия хозяйственной и иной деятельности на окружающую среду, гарантирующего сохранение благоприятной окружающей среды и обеспечение экологической безопасности. Действующая система контроля за загрязнением окружающей среды основана на количественном сравнении компонентного
состава проб с предельно допустимыми концентрациями (ПДК) загрязняющих веществ. Опасность техногенного воздействия оценивается на основании суммарного коэффициента техногенного загрязнения, рассчитанного в соответствии с данными валового содержания химических элементов. Такой подход является не всегда эффективным. Разработка экологических нормативов применительно к почвам значительно отстает от создания нормативов для других сред (атмосфера, водные системы).
Рекомендации
В качестве профилактических мероприятий по ликвидации последствий загрязнения почвенного покрова тяжелыми металлами, а также рекомендаций по выращиванию различных культур в пределах города и пригородных территориях с содержанием вредных веществ в количествах, не превышающих ПДК, можно предложить следующее:
1. Увеличить количество стационарных постов за наблюдением состояния окружающей среды.
2. На территории г. Красноярска и прилегающих территориях, находится большое количество приусадебных участков, в пределах которых выращивается плодоовощная продукция. Нет никакой гарантии, что подобная продукция не попадет на местные, в том числе стихийные, рынки, которые не контролируются надзорными органами. Предлагаем в качестве обязательного мероприятия соответствующим службам регулярно проводить рейды и вести учет производителей плодоовощной продукции в местах, где было отмечено существенное превышение содержания ТМ в почвах относительно ПДК.
3. В качестве дополнительной профилактической меры можно предложить ввести в рацион плоды, ягоды и овощи с повышенным содержанием аскорбиновой кислоты, поскольку данное вещество в значительной мере может способствовать снижению негативного действия опасных загрязняющих веществ на организм. В качестве рекомендуемых продуктов можно назвать: ягоды смородины, облепихи, плоды яблок.
4. На законодательном уровне можно рекомендовать разработать размеры защитных зон и ввести полный запрет на выращивание плодоовощной продукции вдоль крупных автомобильных дорог.
Работа выполнена при финансовой поддержке РГНФ и Краевого государственного автономного учреждения «Красноярский краевой фонд поддержки научной и научно-технической деятельности» (проект 16-16-24015).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Анищенко, О.В. Оценка антропогенного загрязнения р. Енисей по содержанию металлов в основных компонентах экосистемы на участках, расположенных выше и ниже г. Красноярска / О.В. Анищенко, М.И. Гладышев, Е.С. Кравчука, Г.С. Калачёва, И.В. Грибовская // Journal of Siberian Federal University. Biology 1. - 2010. - № 3. - С. 82-98.
2. Борисова, Е.А. Оценка рекреационной устойчивости почвенно-растительного покрова особо охраняемых природных территорий Удмуртии: автореф. дис. ... канд. биол. наук / Е.А. Борисова. - Пермь, 2013. - 20 с.
3. Волошин, Е.И. Особенности фонового содержания микроэлементов в пахотных почвах Красноярского края / Е.И. Волошин // Вестник КрасГАУ. - 2012. - № 5. - С. 147-149.
4. Есякова, О.А. Индикация загрязнения атмосферы Красноярска по морфометрическим и химическим показателям хвои ели сибирской / О.А. Есякова, Р.А. Степень // Химия растительного сырья. - 2008. - №1. - С. 143-148.
5. Жирнова Д.Ф. Основы экологического нормирования природопользования: курс лекций / Д.Ф. Жирнова, Г.А. Демиденко. - Красноярск: Красноярсикй ГАУ, 2016. - 142 с.
6. Ковязин, В.Ф. Биологические основы формирования устойчивых экосистем и рационального использования почвенно-растительных ресурсов мегаполисов (на примере Санкт-Петербурга): автореф. дис. ... д-ра биол. наук / В.Ф. Ковязин. - СПб., 2008. - 40 с.
7. Коротченко, И.С. Использование ассимиляционного аппарата ели сибирской для оценки состояния рекреационных зон г. Красноярска / И.С. Коротченко // Фундаментальные исследования. - 2013. - №10. - С. 3102-3105.
8. Крушлинский, В.И. Город и природа Сибири: Архитектурно-планировочные аспекты / В.И. Крушлинский. - Красноярск: Изд-во Краснояр. ун-та, 1986. - 232 с.
9. Напрасникова, Е.В. Эколого-биохимическое моделирование состояния почвенной среды городов / Е.В. Напрасникова // Тренды ландшафтно-геохимических процессов в геосистемах юга Сибири. - Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 2004. - С. 145-159.
10. О критериях значительного ухудшения экологической обстановки в результате использования земельных участков из земель сельскохозяйственного назначения с нарушением установленных земельным законодательством требований рационального использования земли: постановление от 19 июля 2012 г. № 736.
11. О состоянии и охране окружающей среды Красноярского края в 2001 году: Гос. доклад/. - М.: НИА-Природа:РЭФИА, 2003. - 224 с.
12. Околелова, А.А. Оценка полиэлементной токсикации почв / А.А. Околелова, В.П. Кожевникова, И.А. Куницына, А.П. Тарасов // Fundamental research. - 2014. - №3. - С. 296-300.
13. Павлов, И.Н. Древесные растения в условиях техногенного загрязнения / И.Н. Павлов. -Улан-Удэ: БНЦ СО РАН, 2005. - 370 с.
14. Сорокин, Н.Д. Пособие по вопросам загрязненных земель и их санации / Н.Д. Сорокин, Е.Б. Королева, Е.В. Лосева, Н.В. Осинцева. - СПб., 2012. - 119 с.
15. Танделов, Ю.П. Фтор в системе почва-растение / Ю.П. Танделов; под ред. акад. РАСХН В.Г. Минеева. - Красноярск, 2012. - 146 с.
16. Фомина, Н.В. Эколого-биохимическая характеристика почвы рекреационных зон / Н.В. Фомина; Краснояр. гос. аграр. ун-т. - Красноярск, 2015. - 156 с.
17. Хлебопрос, Р.Г. Экологические очерки: монография / Р.Г. Хлебопрос, О.В. Тасейко, Ю.Д. Иванова, С.В. Михайлюта. - Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2012. - 130 с.
18. Чижова, В.П. Разработка программы рекреационного мониторинга охраняемой природной территории / В.П. Чижова // Туризм и рекреация: фундаментальные и прикладные исследования МГУ. - М.: Турист, 2006. - С. 392-396.
19. Naprasnikova, E.V. Biochemical activity of some urban soils in of East Siberia / E.V. Naprasnikova, V.A. Snytko // Stadia Univer. Babes - Bolyai. Biol. - 2002. - Vol. 47, № 2. - Р. 55-58.
