Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,736

СОДЕРЖАНИЕ БЕНЗ[А]ПИРЕНА В ПОЧВАХ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ (НА ПРИМЕРЕ ГОРОДА ВОРОНЕЖА)

Назаренко Н.Н. 1 Свистова И.Д. 2
1 Воронежский государственный аграрный университет им. императора Петра I
2 Воронежский государственный педагогический университет
Рассмотрены уровни содержания бенз[а]пирена (БП) в почвах города Воронежа, определенные методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Основными источниками поступления токсиканта в городские почвы являются выбросы промышленных предприятий и автомобильного транспорта. Измеренная массовая доля БП варьировала в интервале 0,01–0,24 мг/кг почвы. Интенсивность загрязнения почв зависела от их принадлежности к зонам различного функционального назначения, рельефа местности и физико-химических свойств. По уровню содержания БП функциональные зоны города образуют ряд: промышленная ? транспортная ? селитебно-транспортная ? рекреационная. Установлены максимальные превышения общесанитарного норматива БП в городских почвах промышленной зоны в среднем 5,8 ПДК, транспортной зоны – 3,3 ПДК. Эколого-геохимическая обстановка по состоянию загрязнения оценена в левобережье как чрезвычайно опасная (6 ПДК), а в правобережной части города – как опасная (2,5 ПДК).
городские почвы
бенз[а]пирен
загрязнение
1. Воронеж: среда обитания и зоны экологического риска / С.А. Куролап, С.А. Епринцев, О.В. Клепиков и др. – Воронеж: Истоки, 2010. – 207 с.
2. ГН 2.1.7.2041-06. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве: Гигиенические нормативы. – М., 2006. – 15 с.
3. Доклад о состоянии окружающей среды на территории Воронежской области в 2014 году // Департамент природных ресурсов и экологии Воронежской области. – Воронеж: ВГУ, 2015. – 192 с.
4. Джувеликян Х.А. Экология и человек. – Воронеж: Изд-во Воронеж. гос. ун-та, 1999. – 360 с.
5. Когут М.Б., Шульц Э., Галактионов А.Ю., Титова Н.А. Содержание и состав полициклических ароматических углеводородов в гранулоденсиметрических фракциях почв парков Москвы // Почвоведение. – 2006. – № 10. – С. 1182–1189.
6. Кошелева Н.Е., Никифорова Е.М. Многолетняя динамика и факторы накопления бенз[а]пирена в городских почвах (на примере ВАО Москвы) // Вестник Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. – 2011. – № 2. – С. 25–34.
7. Лодыгин Е.Д., Чуков С.Н., Безносиков В.А., Габов Д.Н. Полициклические ароматические углеводороды в почвах васильевского острова (Санкт-Петербург) // Почвоведение. – 2008. – № 12. – С. 1494–1500.
8. Майстренко В.Н., Хамитов Р.З., Будников Г.К. Эколого-аналитический мониторинг суперэкотоксикантов. – М.: Химия, 1996. – 319 с.
9. Михайлова А. А. Эколого-биологические особенности и подходы к нормированию загрязнения нефтепродуктами городской среды Архангельска: дис. ... канд. биол, наук. – Петрозаводск, 2014. – 158 с.
10. Назаренко Н.Н. Оценка структуры комплекса актиномицетов в техногенно нарушенных почвах урбоэкосистемы // Индикация состояния окружающей среды: труды второй междунар. научно-практической конф. – М., 2013. – С. 225–229.
11. Назаренко Н.Н., Свистова И.Д. Биодинамика и загрязнение тяжелыми металлами и нефтепродуктами почв г. Воронежа // Экология и биология почв: материалы междунар. конф. – Ростов-на-Дону, 2014. – С. 557–560.
12. Никифорова Е.М., Алексеева Т.А. Полициклические ароматические углеводороды в почвах пригородных агроландшафтов Восточного Подмосковья // Почвоведение. – 2005. – № 11. – С. 1366–1380.
13. Орлов Д.С. Химия почв. – М.: Высш. шк., 2005. – 558 с.
14. ПНД Ф 16.1:2:2.2:2.3:3.39-03. Методика выполнения измерений массовой доли бенз[а]пирена в пробах почв, грунтов, твердых отходов, донных отложений методом ВЭЖХ.
15. Ровинский Ф.Я., Теплицкая Т.А., Алексеева Т.А. Фоновый мониторинг полициклических ароматических углеводородов. – Л.: Гидрометеоиздат, 1988. – 223 с.
16. Середа Л.О, Яблонских Л.А., Куролап С.А. Мониторинг эколого-геохимического состояния почвенного покрова города Воронежа // Вестник Волгогр. гос. ун-та. Сер. 11. Естеств. науки. – 2015. – № 2 (12). – С. 66–72.
17. Щеглов А.И., Цветнова О.Б. Содержание органических и неорганических загрязнителей в почвах южной части острова Сахалин // Вестник Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. – 2012. – № 1. – С. 37–42.
18. Kimbrough R.D. The toxicity of polychlorinated polycyclic compounds and related chemicals // CRC. Rev. Toxicol. – 1974. – № 4. – P. 445–498.

В настоящее время большой интерес вызывают исследования почв урбанизированных территорий, загрязнённых различными токсикантами [9–11, 17]. Важнейшую группу суперэкотоксикантов составляют полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Геохимический мониторинг содержания ПАУ в почвах России осуществляется по бенз[а]пирену (БП), его общесанитарный показатель ПДК составляет 0,02 мг/кг [2]. Как канцероген он относится к первому классу опасности, обладает высокой мутагенной и тератогенной активностью [2, 8]. Известно, что, в зависимости от способа воздействия БП на организм человека, он приводит к увеличению частоты возникновения раковых заболеваний [18]. В гигиенических нормативах БП считается индикатором загрязнения окружающей среды и подлежит обязательному контролю на территории населенных пунктов [2].

Основными техногенными источниками поступления БП в биосферу являются выбросы крупных промышленных предприятий, имеющих производства, основанные на высокотемпературных технологических процессах, предприятия по производству электроэнергии, крупные и мелкие отопительные системы [7]. Значительный вклад в загрязнение атмосферы в населенных пунктах и вдоль магистралей вносят также выхлопные газы автотранспорта [1]. Бенз[а]пирен поступает в почву из загрязненного атмосферного воздуха с пылью, осадками и аккумулируется в их поверхностном горизонте. В городских ландшафтах углеводород способен сохраняться в течение нескольких десятков лет, что говорит о возможности его долгосрочного депонирования почвенным субстратом [6].

В последние годы проблеме изучения содержания, распределения и поведения БП в почвах ряда крупных городов России уделяется особое внимание [6, 7, 17]. Однако почвы города Воронежа являются в этом отношении мало изученными. Ранее на территории города выполнен ряд аналитических исследований в мониторинговых точках контроля по экологическому зонированию городской среды и оценке риска для здоровья населения [1, 4].

Цель наших исследований – изучение роли техногенных факторов в формировании загрязнения бенз[а]пиреном почв урбанизированных территорий на примере Воронежа.

Материалы и методы исследования

Воронеж – крупный индустриально-промышленный город Центрального Черноземья с населением более 1 млн человек. На территории города исторически сложились несколько промышленно-производственных комплексов: левобережный, включающий ТЭЦ-1, заводы нефтехимического и авиационного профиля, и правобережный, где расположены ТЭЦ-2, заводы машиностроительного и радиотехнического направления. Около 85 % в загрязнение воздушной среды города вносит автотранспорт. Согласно данным Управления Росприроднадзора по Воронежской области [3], валовый объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу города за 2014 г. составил более 10 тыс. т/год (из них 5 % относится к первому классу опасности). Наличие многочисленных низких источников выбросов в сочетании с транспортной загруженностью создают потенциальную угрозу опасного загрязнения городской среды.

Отбирали смешанные образцы летом 2014 г. из верхнего (0–10 см) слоя почвы. Отбор проб по функциональным зонам проводился отдельно для левобережной и правобережной частей города в силу разного рельефа, типа почв, гранулометрического состава, а также уровня техногенной нагрузки (табл. 1). Для правобережной части города характерны черноземы выщелоченные и серые лесостепные почвы, расположенные на суглинистых плакорах и пологих склонах, а левобережная – пониженная выровненная поверхность надпойменной террасы, где присутствуют в основном дерново-лесные песчаные и супесчаные почвы [1]. Согласно почвенной карте [16] на большей части территории города преобладают антропогенно-преобразованные почвы – урбаноземы и их разновидности. Зональные черноземные почвы в пределах города сохранились только на отдельных участках парков рекреационной зоны.

Таблица 1

Характеристика точек отбора почвенных проб на территории города Воронежа

№ п/п

Место отбора проб (*дополнительные источники загрязнения)

Функциональная зона

Тип почвы

I – Левобережная часть города

1

Ленинский просп, д. 119; ЗАО «Воронежский завод полупроводниковых приборов – Микрон» (автотранспорт)

промышленная

урбанозем

2

ул. Циолковского, 27; ОАО «Воронежское акционерное самолетостроительное общество»

индустризем

3

Ленинский проспект, 2; ОАО «Воронежский завод синтетического каучука» (автотранспорт)

4

ул. Ростовская, 41; ЗАО «Воронежский шинный завод»

5

ул. Лебедева, 2; ОАО «Квадра» – ТЭЦ-1 (автотранспорт)

6

автотранспортная развязка: пересечение ул. Димитрова с ул. Брусилова

транспортная

7

пересечение ул. Димитрова с Ленинским пр.

урбанозем

8

пересечение ул. Минская с Ленинским пр.

селитебно-транспортная

9

парк Патриотов (автотранспорт)

рекреационная

культурозем

II – Правобережная часть города

10

пр-д Ясный, д. 1А; ОАО «Квадра» – ТЭЦ-2

промышленная

индустризем

11

ул. Солнечная, 31; ОАО «Тяжмехпресс» (АЗС)

12

ул. Космонавтов, 1; ЗАО «Асфальтобетонный завод» (автотранспорт)

урбанозем

13

ул. Ворошилова, д. 22;

ОАО «Воронежский механический завод»

14

пересечение ул. Космонавтов с ул. Ворошилова (механический завод)

транспортная

15

пересечение ул. Плехановская с ул. Донбасская

16

пересечение ул. Лизюкова с Московским просп.

селитебно-транспортная

17

Центральный парк культуры и отдыха (автотранспорт)

рекреационная

культурозем

18

Ботанический сад ВГУ

чернозем

Химический анализ проведен в аккредитованном лабораторном центре «Центр лабораторного анализа и технических измерений по Воронежской области». Концентрацию БП в пробах определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с флуориметрическим детектором «Люмахром ФЛД 2410 Флюорат-02-2М» [14]. Физико-химические свойства почв определяли в лаборатории кафедры агрохимии и почвоведения ВГАУ по общепринятым методикам [13]. Статистический анализ проводили в программном пакете Statistica.

Результаты исследования и их обсуждение

Физико-химическая трансформация свойств городских почв

Под влиянием урбанизации и техногенного воздействия произошли изменения физико-химических показателей в поверхностных горизонтах почв (табл. 2). Особенно сильно трансформировались щелочно-кислотные условия по сравнению с их природными аналогами: реакция среды вместо слабокислой стала в придорожных и промышленных ландшафтах города нейтральной и даже щелочной. Это может быть связано с осаждением на поверхность почвы техногенной пыли, содержащей карбонаты кальция и магния. Наряду с pH в поверхностном слое городских почв часто отмечается возрастание содержания органического углерода (гумуса). Если в культуроземах рекреационной зоны органическое вещество представлено природными фракциями гумуса, то в почвах промышленной и транспортной зоны в его составе преобладают органические соединения антропогенного происхождения. Наименьшие изменения претерпели почвы рекреационной зоны. Таким образом, трансформированные физико-химические свойства почвы промышленной и транспортной зоны города будут способствовать интенсивному загрязнению токсикантами и их аккумуляции на геохимических барьерах. Это дает основание рассматривать их как экологически неблагоприятные. В работах многих авторов отмечено [5, 12, 15], что БП достаточно хорошо сорбируется гумусом и органическими коллоидами почв в нейтральных и щелочных условиях среды.

Содержание и эколого-геохимическая оценка загрязнения городских почв БП

Согласно данным табл. 3, содержание БП в почвенном покрове города значительно варьирует. Самые высокие концентрации БП имеют антропогенно-преобразованные почвы, характеризующиеся значительной трансформацией своих физико-химических показателей. Так, в индустриземах промышленной зоны левобережья массовая доля токсиканта составляла (0,15–0,24 мг/кг), а правобережной – (0,10–0,12 мг/кг). В урбаноземах транспортных зон показатели несколько ниже, но в левобережной части города остаются на высоком уровне (0,05–0,18 мг/кг). Вероятно, сильное загрязнение на этой территории связано как с наличием большого количества автомобилей, так и близким расположением промышленных предприятий, что в совокупности определяет высокий уровень загрязнения почвенного покрова. Значения концентраций БП, близкие к ПДК, обнаружены в урбаноземах селитебно-транспортной зоны (0,01–0,04 мг/кг). Почвы рекреационной зоны на территории города имели массовые доли ниже ПДК (0,01 мг/кг). Наши результаты в целом соответствуют данным других авторов, согласно которым максимальные концентрации приурочены к транспортным и промышленным зонам, а минимальные – к селитебным и рекреационным [6, 7].

Таблица 2

Физико-химические показатели поверхностных горизонтов городских почв Воронежа (среднее значение по типам почв)

Свойства

Городские почвы

Фон

Урбанозем (n = 8)

Индустризем (n = 7)

Культурозем (n = 2)

I*

II

I

II

I

II

I

II

pH вод.

7,2

7,5

8,2

7,8

6,8

6,4

6,3

6,7

Гумус, %

2,6

5,8

5,1

6,3

3,2

4,7

3,0

5,6

Примечание. * I – левобережная часть города, II – правобережная часть города.

Таблица 3

Содержание БП в почвах различных функциональных зон города Воронежа (результаты измерений с указанием погрешности при Р = 0,95)

№ п/п

Городская зона

Среднее содержание, мг/кг

Ко

Кс

I – Левобережная часть города

В целом по левому берегу:

0,12 ± 0,05

6,0

12

1

промышленная

0,07 ± 0,02

3,5

7

2

0,24 ± 0,12

12,0

24

3

0,15 ± 0,04

7,5

15

4

0,11 ± 0,03

5,5

11

5

0,19 ± 0,05

9,5

19

6

транспортная, селитебно-транспортная

0,18 ± 0,05

9,0

18

7

0,05 ± 0,02

2,5

5

8

0,04 ± 0,02

2,0

4

9

рекреация

0,01 ± 0,004

0,5

II – Правобережная часть города

В целом по правому берегу:

0,05 ± 0,02

2,5

5

10

промышленная

0,10 ± 0,03

5,0

10

11

0,12 ± 0,03

6,0

12

12

0,03 ± 0,01

1,5

3

13

0,05 ± 0,01

2,6

5

14

транспортная,

селитебно-транспортная

0,03 ± 0,01

1,5

3

15

0,09 ± 0,02

4,5

9

16

0,01 ± 0,005

0,5

17

рекреация

0,01 ± 0,004

0,5

18

Менее 0,01

Примечание. Коэффициент накопления относительно: Ко (ПДК), Кс (городского фона).

Для сравнения средних содержаний БП в почвах различных функциональных зон города Воронежа с ПДК рассчитан коэффициент его экологической опасности (Ко) (табл. 3). Превышение норматива БП в почвах достаточно высокое и в среднем составляет для левобережной части города 6 ПДК, а правобережной – 2,5 ПДК. Максимум накопления БП (Ко = 12) отмечен в индустриземах промышленной зоны левобережья (т. № 2). Согласно разработанным критериям эколого-геохимической оценки почв по БП [1], уровень загрязнения городских почв левобережной части города относится к чрезвычайно опасному (более 5 ПДК), а правобережной – к опасному (2–5 ПДК). Сравнение содержания БП в культуроземах парковых зон, принятых нами за урбанизированный фон, с концентрациями БП в антропогенно-нарушенных почвах (Кс) также выявляет высокий уровень загрязнения и свидетельствует о чрезвычайно опасной экологической обстановке, сложившейся на территории города. Приведенные выше коэффициенты концентрации БП можно использовать в качестве индикаторов уровня химического загрязнения городских почв.

Выводы

1. Основными источниками поступления бенз[а]пирена в почвы города Воронежа являются выбросы промышленных предприятий и автомобильного транспорта. Интенсивность загрязнения почвенного покрова определяется рельефом местности, типом почв и их физико-химическими свойствами.

2. По уровню содержания бенз[а]пирена функциональные зоны города образуют ряд: промышленная (5,8 ПДК) ? транспортная (3,3 ПДК) ? селитебно-транспортная (1,3 ПДК) ? рекреационная (ниже ПДК).

3. Эколого-геохимическая обстановка по состоянию загрязнения почв в левобережье оценивается как чрезвычайно опасная (6 ПДК), а в правобережной части города – как опасная (2,5 ПДК). Городское население подвергается повышенному риску для здоровья в селитебно-транспортной и близко расположенной промышленной зоне.


Библиографическая ссылка

Назаренко Н.Н., Свистова И.Д. СОДЕРЖАНИЕ БЕНЗ[А]ПИРЕНА В ПОЧВАХ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ (НА ПРИМЕРЕ ГОРОДА ВОРОНЕЖА) // Успехи современного естествознания. – 2016. – № 1. – С. 142-146;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=35774 (дата обращения: 17.10.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074