Халбаев В.Л.  

ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НЕКОТОРЫХ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ И ПОЧВОГРУНТАХ г. ИРКУТСКА

Тяжелые металлы (ТМ) считаются самыми опасными среди многочисленных веществ, загрязняющих окружающую среду.
Основными источниками поступления и их последующего рассеяния и миграции являются: ТЭЦ, котельные, автотранспорт, промышленные предприятия, сельскохозяйственные удобрения и т.д. ТМ попадают в почву из воздуха в виде твердых или жидких осадков. Лесные массивы с их развитой контактирующей поверхностью особенно интенсивно задерживают тяжелые металлы, при этом в первую очередь удерживают наиболее мелкие частицы.
Опасность загрязнения тяжелыми металлами из воздуха в равной степени значима для любых почв. Ионы тяжелых металлов способны специфически адсорбироваться почвами с образованием относительно прочных связей с некоторыми поверхностными функциональными группами.
Образование комплексных соединений металлов с органическим веществом почвы способствует выведению излишних масс металлов из миграционных циклов на длительное время. Прочность фиксации разных металлов в органическом веществе почв неодинакова. Наиболее прочно закрепляется ртуть, прочно связывается свинец, менее прочно – медь, еще менее – цинк и кадмий. Загрязнение почв металлами приводит к изменению видового состава комплекса почвенных микроорганизмов. Происходит значительное сокращение видового разнообразия комплекса почвенных микромицетов (грибы и грибоподобные организмы) и появление новых, устойчивых к тяжелым металлам, микромицетов.
Почва является особой формой биосферы: ее слой не только накапливает все загрязняющие вещества, но и выступает как природный переносчик химических элементов в атмосферу, в гидросферу, в растения, в продукты питания и далее в животных и человека. Металлы сравнительно легко накапливаются в почвах, но трудно и медленно из нее удаляются. Период полураспада из почвы тяжелых металлов составляет: для свинца – от 740 до 5900 лет, для цинка – от 70 до 510 лет, для кадмия – от 13 до 110 лет и для меди – от 310 до 1500 лет [Проблемы .., 2010]
Процесс трансформации поступивших в почву в процессе техногенеза тяжелых металлов включает следующие стадии: 1) преобразование оксидов тяжелых металлов в гидроксиды (карбонаты, гидрокарбонаты); 2) растворение гидроксидов (карбонатов, гидрокарбонатов) тяжелых металлов и адсорбция соответствующих катионов тяжелых металлов твердыми фазами почв; 3) образование фосфатов тяжелых металлов и их соединений с органическими веществами почвы [Дмитриев, Фрумин, 2004].
Для каждого химического элемента существует свой определенный средний уровень концентрации в различных компонентах географической оболочки – горных породах, водах, живом веществе, атмосферном воздухе, почве. При превышении этого уровня в деятельности организмов появляются заметные нарушения.
На общем фоне выделяются участки, для которых характерно избыточное или недостаточное содержание тех или иных элементов в среде. Это геохимические аномалии (положительные или отрицательные), которые, так или иначе, воздействуют на растения, животных, человека, способствуя развитию эндемических заболеваний биогеохимической природы – болезней, постоянно существующих на ограниченной территории и причинно связанных с ее климатогеографическими, в том числе биогеохимическими и техногенными факторами [Рустембекова, Барабошкина, 2006].
Например, недостаток цинка в почвах (до 30 мг/кг) приводит к карликовому росту растений и животных, а его избыток (более 70 мг/кг) – к угнетению окислительных процессов и анемии. Недостаток меди (меньше 6–15 мг/кг) обусловливает анемию, заболевания костной системы, а ее избыток (более 60 мг/кг) – поражение печени, анемию, желтуху [Бондарев, 1976].
В связи с выше изложенным, цель исследования заключалась в изучении особенностей распределения содержаний некоторых тяжелых металлов (ртуть, кадмий, свинец, цинк) в почвах и почвогрунтах г. Иркутска и его окружения, где были отобраны и проанализированы пробы почв.
Анализ валового содержаний ТМ в пробах почв и почвогрунтов проводился в Институте геохимии СО РАН методами атомной абсорбции и атомно-эмиссионного анализа. Аналитики: Л.Д. Андрулайтис, О.С. Рязанцева – Hg; М.Г. Кажарская – Cd; О.В. Зарубина – Pb и Zn.
Пробы почв и почвогрунтов были отобраны летом (июнь-август) 2010 года по заранее составленной и адаптированной карте масштаба 1:100000 по довольно равномерной сети. Исследуемая территория разбивалась на участки 1000х1000м, на каждом из которых методом «конверта» отбиралась одна обобщенная проба (четыре единичных пробы по углам квадрата, одна – в центре, после чего все навески объединялись в одну пробу) [Охрана природы. Почвы…, 2000]. Глубина пробоотбора составляла до 10 см. В итоге было отобрано и проанализировано 194 пробы почв.
Согласно полученным данным, в верхних горизонтах почв и почвогрунтах г. Иркутска выявлены различные содержания некоторых ТМ.
Ртуть содержится в количестве от 0,0029 до 2,675 мг/кг (табл. 1). Средняя концентрация составляет 0,095 мг/кг, что в 9,5 раз выше кларка в почве (0,01 мг/кг) [Иванов, 1997], в 3,5 раза выше локального фона для Иркутска (медиана) в почвах (0,027 мг/кг), но в 22,1 раза ниже ПДК (2,1 мг/кг) [Контроль.., 1998]. Наибольшая концентрация Hg в почвах отмечена в Ленинском районе вблизи авиазавода «Иркут», Иркутского Завода Металлоконструкций и большого количества несанкционированных свалок и составляет от 1,7-2,675 мг/кг, что превышает значение локального фона в 81 раз, а ПДК – в 1,04 раза.
Кадмий содержится в количестве 0,05-11,5 мг/кг (табл. 1). Средняя концентрация составляет 0,32 мг/кг, что в 16 раз выше локального фона для г. Иркутска (медиана) в почвах (0,02 мг/кг) и в 0,16 раза ниже ОДК (2 мг/кг) [Контроль.., 1998]. Высокое содержание данного металла отмечено в Ленинском районе вблизи авиазавода «Иркут», Иркутского Завода Металлоконструкций и большого количества несанкционированных свалок и составляет от 11,5 мг/кг, что превышает значение локального фона в 575 раз, а ОДК – в 5,75 раза.
Свинец содержится в количестве от 8,8-180 мг/кг (таблица 1). Средняя концентрация составляет 31,3 мг/кг, что в 3,13 раз выше кларка в почве (10 мг/кг) [Иванов, 1996], в 1,4 раза выше условного фона для г. Иркутска (медиана) в почвах (23 мг/кг) и в 0,2 раза ниже ОДК (130 мг/кг). Максимальное количество Рb в почвах отмечено в пос. Селиваниха, где его содержание составляет 180 мг/кг, что превышает значение локального фона в 7,8 раза, ПДК (32 мг/кг) – в 5,6 раза и ОДК – в 1,4 раза [Контроль..,1998].
В Ленинском районе вблизи авиазавода «Иркут», Иркутского Завода Металлоконструкций, также отмечено повышенное содержание Рb. Здесь оно составляет 100 мг/кг, что превышает значение локального фона в 4,3 раз, а ПДК – в 3,1 раза.
Содержание цинка изменяется от 37 до 1100 мг/кг (табл. 1). Средняя концентрация цинка в почве составляет 128,1 мг/кг, что в 2,6 раз выше кларка для почв (50 мг/кг) [Иванов, 1996], в 1,3 раза выше локального фона для г. Иркутска (медиана) в почвах (96 мг/кг) и в 0,6 раза ниже ОДК (220 мг/кг). Максимальное количество Zn в почвах отмечено на окраине города вблизи предместье Рабочее, где его содержание составляет 1100 мг/кг, что превышает значение локального фона в 11,5 раза, ПДК (23 мг/кг) – в 47,8 раза и ОДК – в 5 раза [Контроль, 1998].
В Ленинском районе вблизи авиазавода «Иркут», Иркутского Завода Металлоконструкций также отмечено повышенное содержание Zn в почвах, где оно составляет 670 мг/кг, что превышает значение локального фона в 7 раз, а ОДК – в 3 раза.

Проведенные исследования показали, что в почвы и почвогрунты г. Иркутска характеризуются различным уровнем содержаний Hg, Cd, Pb, Zn – от низких до относительно высоких. Однако повышенные концентрации носят локальный характер и не занимают большую площадь.
Среднее содержание ТМ в почвах и почвогрунтах города выше кларка в почвах, а также выше локального фона, рассчитанного для Иркутска. Эти данные свидетельствуют о существующем влиянии техногенной нагрузки, что характерно для  крупных промышленных городов.
Таким образом, в Ленинском районе г. Иркутска вблизи авиазавода «Иркут», Иркутского Завода Металлоконструкций выявлены повышенные содержания всех четырех рассматриваемых ТМ, превышающие ПДК.
Полученные данные свидетельствуют о том, что проведение химического анализа почв крайне необходимо для контроля экологической ситуации в городе, так как определяемые поллютанты имеет 1 класс опасности.

Литература:

1. Бондарев Л.Г. Ландшафты, металлы и человек. // М.: Мысль.–1976. – С.72.
2. Дмитриев В.В., Фрумин Г.Т. Экологическое нормирование и устойчивость природных систем. // СПб.: СПбГУ, РГГМУ, –2004. – С.91–92.
3. Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов: Справочник: В6 кн. / Под ред. Э.К.Буренкова. // М.: Экология.–1997.–Кн.5.–Редкие d-элементы. – С.576.
4. Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов: Справочник: В6 кн. / Под ред. Э.К.Буренкова. // М.: Экология.–1996.–Кн.3.–Редкие p-элементы. – С.352.
5. Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов: Справочник: В6 кн. / Под ред. Э.К.Буренкова. // М.: Экология.–1996.–Кн.4.–Главные d-элементы. – С.416.
6. Контроль химических и биологических параметров окружающей среды / под ред. Исаева Л.К. // СПб: эколого-аналитический информационный центр «Союз».–1998. – С.896.
7. Охрана природы. Почвы: Сб. ГОСТов. // М.: ИПК Издательство стандартов.–2000.
8. Проблемы устойчивого развития горных территорий (Материалы Дня науки, 22 апреля 2010 г.); Сев.-Осет. гос. ун-т им. К.Л. Хетагурова. Владикавказ.// Изд-во СОГУ, 2010. – С.88.
9. Рустембекова С.А., Барабошкина Т.А. Микроэлементоментозы и факторы экологического риска. // М.: Университетская книга; Логос.–2006. – С.112.