Факторы и динамика загрязнения почв городских территорий на примере г. Донецка

Аннотация

Семченко Т. С. ,Выборов С. Г.  Факторы и динамика загрязнения почв городских территорий на примере г. Донецка. В статье рассмотрено влияние ДМЗ на почвы г. Донецка

Содержание работы

Почвы городских территорий комплексное техногенное воздействие. Главным фактором формирования площадных ореолов загрязнения городских почв являются промышленные и прочие техногенные выбросы. Для ореолов загрязнения почв характерна закономерная посезонная динамика, обусловленная меняющимися климатическими факторами от зимы к весне, лету и осени.

Ключевые слова: ПОЧВА, ОРЕОЛЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ, ДИНАМИКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ, ТОКСИЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ, ТЕХНОГЕННЫЙ ИСТОЧНИК.

Soils exposed to anthropogenic pollution, in terms of pollutant leaching regime. The study of soil allows an objective assessment of the overall level of pollution in urban areas. Moreover, this type of observation of the environment almost fell out of the environmental monitoring system.

Keywords: SOIL POLLUTION HALOS, THE DYNAMICS OF POLLUTION, TOXIC ELEMENTS, MAN-MADE SOURCE

Почвы городских территорий являются уникальными. Здесь естественные почвы практически уничтожены, сохранились в виде небольших «островков» лишь в парковых зонах, долинах балок и рек и на пустырях. Верхний поверхностный слой в основном представлен насыпными грунтами: суглинками, шлаком, строительным мусором, другими отходами. Почвенный слой городских газонов является также насыпным, привезенным со строительных площадок. Часто первичные почвы захоронены под слоем насыпных грунтов. Кроме механического уничтожения почвы городов испытывают интенсивное химическое загрязнение со стороны многочисленных техногенных источников. Считается, что для городских почв характерен специфический диагностический горизонт «урбик» – поверхностный органоминеральный насыпной, перемешанный горизонт с урбоантропогенными включениями (более 5 % строительно-бытового мусора, промышленных отходов), мощностью более 5 см [1].

Почвы г. Донецка являются типичными для городских условий промышленного Донбасса. Они испытывают комплексное техногенное воздействие, выраженное в значительном физико-механическом преобразовании, связанном со строительством и эксплуатацией разнообразных зданий и сооружений, жилых домов, с обработкой огородных участков, прокладкой различных коммуникаций, строительством автомобильных и железных дорог, с разработкой угольных месторождений, организацией различных полигонов и накопителей отходов. В связи с этим, основная часть почв имеет перемешанный и насыпной характер. Почвами городской территории служат первые от поверхности в разной степени гумусированные рыхлые отложения, среди которых выделяются насыпные грунты техногенного происхождения и первичные реликтовые почвы, подвергнутые различной степени техногенной деградации.

Первичные почвы имеют мозаичный характер распространения. Они сохранены в небольших парковых зонах, на пустырях, не пригодных для строительства, где за вычетом техногенно трансформированных почв они занимают не более 30 % площади.

Наряду с физико-механическим воздействием первичные (остаточные) почвы города испытывают значительные физико-химические преобразования, выраженные в изменении их первичных структурно-вещественных признаков и в формировании нового типа почв. Эти изменения проявлены в засолении и в дегумификации. Засоление наиболее ярко проявлено в долинах балок и рек на участках подтопления. На водоразделах и склонах почвы засолены в меньшей степени.

Засолению почв способствует использование различных солей и солевых эмульсий в зимний период времени для борьбы с гололедом на автомобильных дорогах. Более устойчив в почвах гипс, остальные минералы (хлориды, гидрокарбонаты, сульфаты) легко вымываются атмосферными осадками и мигрируют в водоносные горизонты. За длительный период установилось динамическое равновесие между образованием новых солевых минералов и их периодическим вымыванием осадками.

Главным фактором формирования площадных ореолов загрязнения городских почв являются промышленные и прочие техногенные выбросы. По данным [2] 92–94 % выбросов в атмосферный воздух города приходится на АП Шахта им. Засядько, 11 шахт Донецкой угольной энергетической компании, ЗАО Донецксталь – металлургический завод и ОАО Донецккокс. В последние годы отмечается снижение промышленных выбросов и их увеличение со стороны транспорта. Основными компонентами выбросов являются оксид углерода, диоксид серы, диоксид азота, пыль, метан, аммиак и сероводород.

Таким образом, ореолы техногенного замещения грунтов, являются вторичными источниками загрязнения грунтовых вод, они контролируют макро- и микрокомпонентный состав последних. В этой связи исследование техногенного преобразования геологической среды в полном объеме его проявления является важной задачей экологической безопасности.

Результаты многолетних наблюдений позволяют понять и определить роль объектов ДМЗ в процессе загрязнения почв прилегающих территорий. Наиболее масштабный ореол загрязнения имеет отчетливое зональное строение и приурочен к промплощадке завода. Зона влияния ДМЗ оконтуривается практически со всех сторон границей умеренно-опасной степени (Zc от 16 до 32 ед.). Эпицентр загрязнения соответствует чрезвычайно высокой степени. Главным элементом загрязнителем является ртуть, концентрация которой в отдельные этапы достигала 131 ед. геофона (местный фон ртути 0,0035 мг/кг). В большинстве случаев концентрация ртути всегда повышена, однако редко превышает фон в 10 раз. Вместе с ртутью главными элементами ореолов загрязнения являются кадмий (до 10 ед. геофона или до 10 мг/кг), свинец (преимущественно до 4 ед. геофона или до 80 мг/кг). Концентрации остальных элементов находятся в пределах флуктуации геохимического фона. Редкие локальные аномалии в пределах 2 ед. геофона установлены для цинка, меди, хрома, никеля.

Влияние ДМЗ проявлено площадными ореолами загрязнения почв сульфатами. Эпицентры ореолов сульфатного засоления разобщены с очагами загрязнения почв токсичными элементами. Выделяется три участка с чрезвычайно – высокой (более 1600 мг/кг или более 10 ПДК) и высокой (800–1600 мг/кг или 5–10 ПДК) степенью загрязнения. Первый к востоку от промлощадки ДМЗ. Второй – в связи с зоной влияния Полежаковских отвалов ДМЗ и третий, к югу от них в пределах сельхозугодий и пос. Полежаково.

Наблюдения зоны влияния ДМЗ по отдельным этапам сильно разняться и постоянно изменяются от осени к весне и от года к году. Эти изменения связаны с геохимической специализацией используемого в конкретное время сырья и топлива, от которых зависит состав выбросов предприятия. Существующими наблюдениями устанавливается также посезонная динамика ореолов загрязнения, обусловленная закономерной подвижностью элементов – индикаторов загрязнения [3].

Показатели загрязнения почв резко изменяются от этапа к этапу. Интенсивное загрязнение через полгода резко снижается до нормативных и фоновых показателей.

Наиболее резкий рост в осенний период характерен для ртути и показателя суммарного загрязнения, отчетливо увеличиваются концентрации кадмия, свинца и цинка, несколько возрастает рН. Для сульфатов отмечается максимальные концентрации весной и некоторое снижение осенью.

Установленная динамика загрязнения почв связана с посезонными изменениями условий миграции и локализации техногенного вещества. Холодный зимний период, часто, особенно в последние годы, прерывающийся оттепелью, и весенний паводок, начиная с ноября и кончая апрелем, длительное время обеспечивают условия повышенной обводненности почв. Отмершая растительность в условиях поверхности подвергается аэробному разложению с образованием органических кислот, глубже в насыщенных водой почвах, обогащенных органикой, возникают анаэробные условия. При этом очевидного оглеения не отмечается, однако создаются близкие к этому условия. Снижение рН дополняется активностью сульфат-ионов, которые в данных условиях неустойчивы в водных растворах с низкими температурами и выделяются в почвах в виде вторичной минерализации.

Катионогенные элементы, включая кадмий, ртуть, свинец, цинк и другие металлы, в этих условиях переходят в раствор и мигрируют в нижележащие слои зоны аэрации и в водоносные горизонты. Наиболее возможной формой их миграции могут служить органоминеральные комплексные соединения.

Наступающий следом летний период характеризуется высокими температурами и периодическими ливневыми дождями. В почвах преобладают аэробные процессы, при этом рН среды несколько возрастает, но остается в пределах нейтральной или слабощелочной, периодическое увлажнение атмосферными осадками способствует вымыванию сульфатов. Условия благоприятствует накоплению тяжелых металлов в виде пыли, различных соединений, связывающихся органикой, глинистыми частицами и гидроокислами железа.

Изменение условий в зимний период вновь приводит к мобилизации металлов и миграции в соответствии с направлением фильтрационного потока.

Полученные результаты позволяют сделать вывод о высокой мобильности техногенного вещества, временно локализуемого почвами, что представляет повышенную опасность для живых организмов при вовлечении растворимых в воде токсичных элементов и соединений в биологический цикл.

Список использованной литературы

1. Федорец Н. Г.,  Медведева М. В.  Методика исследования почв урбанизированных территорий. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2009. – 84 с.
2. Доклад о состоянии окружающей природной среды города Донецка в 2006–2007 годах / Г. В.  Аверин, Р. В.  Кишкань и др. Под общей ред. А. А.  Лукьянченко. – Донецк. 2008. – 112 с.
3. Выборов С. Г.,  Силин А. А.,  Россеева Ю. Ю.,  Ливадняя Я. Ю,.  Горбачева Е. Ю.  Геохимические особенности динамики развития техногенных аномалий в почвах. Опыт мониторинга состояния почв Донбасса // Наукові праці ДонНТУ. Серія «Гірничо-геологічна». 2011, вип. 15 (192). – С. 309–316.