ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДЕЙСТВУЮЩИХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРОИЗВОДСТВ НА ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УРБОЗЕМОВ И СОСТОЯНИЕ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА

Пимнева Людмила Анатольевна

д-р хим. наук,
проф. Тюменского государственного архитектурно-строительного университета,

РФ, г. Тюмень

E-mail: 

Кузьмина Татьяна Васильевна

канд. техн. наук,
доц. Тюменского государственного архитектурно-строительного университета,

РФ, г. Тюмень

E-mail: architect@tgasu.ru

Белявская Оксана Шавкатовна

старший преподаватель
Тюменского государственного архитектурно-строительного университета,

РФ, г. Тюмень

E-mail: belyavskayoksana@mail.ru

THE RESEARCH OF THE GEOCHEMICAL INFLUENCE OF EXISTING INDUSTRIAL COMPANIES ON THE CONDITION OF VEGETATION

Lyudmila Pimneva

dr. of Chemistry,
Professor of Tyumen State University of Architecture and Civil Engineering,

Russia, Tyumen

Tatyana Kuzmina

phD in Technical Sciences,
assistant professor of Tyumen State University of Architecture and Civil Engineering,

Russia, Tyumen

Oksana Belyavskaya

senior teacher of Tyumen State University of Architecture and Civil Engineering,

Russia, Tyumen

АННОТАЦИЯ

Рассмотрен химический аспект техногенного загрязнения почвенно-растительного покрова городской территории в зоне раскрытия сектора высокоорганизованных выбросов Тюменской ТЭЦ-2. Приведены результаты обследования образцов на загрязнение тяжелыми металлами и радионуклидами, а также результаты исследования токсичности почв методом биотестирования. Сделан вывод о необходимости сопряжения экореставрации почвенно-растительного покрова с экологизацией городской индустрии.

ABSTRACT

The article considers the chemical aspect of pollution of the urban area’s vegetative ground, due to the existing funning plumes of the Tyumen Steam Station-2. The article includes test results of the samples taken to determine the content of heavy metals and radioactive nuclide in the polluted area, and also the level of toxicity of the soil by using a bio-testing method. The conclusion results in a necessity of an ecological restoration of the vegetative ground through the process of running urban industry with less ecological risks.

Ключевые слова: Техногенное загрязнение почвенно-растительного покрова; загрязнение тяжелыми металлами; радиационное загрязнение; биотестирование; экологизация городской индустрии.

Keywords: Technogenic pollution of the vegetative ground; heavy metals pollution; radioactive pollution; biotesting; an effective ecological way of running the urban industry.

Урбанизация увеличивает воздействие человека на окружающую среду, что объясняет высокую степень трансформации городских ландшафтов, особенно почвенно-растительного покрова. Для современных урбоземов характерны: своеобразный морфологический профиль, большой процент «запечатанности», возникающий при концентрации антропогенных загрязнителей, биотоксичность. Из-за тяжелых металлов, радионуклидов, органических соединений почва и растения концентрируют в себе сильнейшие канцерогены. Тем не менее, почвенно-растительный покров должен выполнять свои экологические функции – если он не справляется – осложняется вся экологическая ситуация в городе и окрестностях. Происходит техногенное загрязнение (химическое, физическое, биологическое), ведущее к изменениям геологической среды, повреждению инженерных объектов, физиологическим изменениям в живых организмах. Несмотря на достижения в эколого-аналитическом контроле, многие теоретические и практические вопросы остаются недостаточно изученными [1].

Хроническое накопление загрязняющих почвенно-растительный слой веществ угрожает населению и городской биоте. Одновременно почвы являются основным физико-химическим барьером на пути миграции техногенных элементов, что предполагает возможность их использования в качестве индикаторов промышленного загрязнения. Многие элементы помимо прямого токсического воздействия имеют отдаленные эффекты, поэтому их итоговая степень вредности может быть значительнее. Важно оценивать концентрацию и тех веществ, класс вредности которых не определен.

Необходимость изучения степени загрязнения почвенно-растительного покрова г. Тюмени вызвана тем, что на ее территории функционирует более 400 промышленных источников загрязнения. Все промышленные предприятия имеют выбросы загрязняющих веществ и не имеют благоустроенных по действующим нормативным требованиям санитарно-защитных зон; почвенный профиль их сильно нарушен и характеризуется высоким уровнем загрязнения химическими веществами техногенного происхождения.

Потенциально опасное предприятие, участвующее в загрязнении городской среды – ТЭЦ-2. При использовании сжиженного газа не образуется золы, но проблему загрязнения атмосферы это не решает. При сжигании газа в атмосферу попадает окись серы; по количеству выбросов оксидов азота при сжигании газ практически не уступает мазуту, который является резервным топливом на ТЭЦ. Примеси, содержащиеся в выбросах, попадая в биосферу, претерпевают различные изменения. Вымываемые атмосферными осадками, они попадают в почву, водоёмы, растения, поэтому растительный покров в пределах городской застройки находится под комплексным антропогенным воздействием. Растения являются составляющими техногенных экотопов, жилой застройки, искусственных фитоценозов, фрагментов естественной растительности, т. е., наряду с почвой, также являются информативной составляющей городской экосистемы. Тяжелые металлы аккумулируются листьями, корой, корневой системой растений; из почв при выщелачивании и эрозии удаляются очень медленно. К примеру, сокращение начальной концентрации вдвое происходит: для меди за 310–1500 лет, для свинца за 740–5900 лет, для цинка за 70–510 лет. Изучение изменений в химическом составе почв и растений, анализ связи содержания металлов в листьях растений и их концентрации в почвах позволят оценить существующую степень антропогенной трансформации условий среды. В связи с вышеизложенным возможна и необходима детальная эколого-геохимическая оценка состояния почвенно-растительного покрова на территории города с использованием геохимических методов и методов биотестирования.

Объектом настоящих исследований является территория г. Тюмени, предметом исследований – городской почвенно-растительный покров. Цель: оценка антропогенного загрязнения исследуемого участка территории г. Тюмени по данным химического состояния образцов почв и растительного покрова. В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

1.  Выявить характер загрязнения почвенно-растительных образцов тяжелыми металлами, ранжировать по степени загрязнения.

2.  Определить содержание радиоактивных элементов в образцах, выявить характерные ассоциации элементов.

3.  Изучить токсичность почв методом биотестирования с использованием тест-объекта инфузории стелонихии (Stylonychia).

4.  Оценить существующую степень антропогенной трансформации условий исследуемой среды.

5.  Выделить на исследуемой территории особо проблемные зоны и дать рекомендации по снижению их воздействия на среду.

Для оценки антропогенного загрязнения почвенно-растительного покрова территории были отобраны почвенные и растительные образцы в точках вероятностного химического загрязнения: на территории санитарно-защитной зоны Тюменской ТЭЦ-2 и окружающей ее селитебной территории в зоне преобладающего направления ветра (юго-западный). Места отбора проб сведены в таблицу 1.

Таблица 1.

Местоположение точек отбора проб

Обследование образцов на загрязнение тяжелыми металлами проведено методом инверсионной вольтамперометрии с использованием вольтамперометрического комплекса СТА [6]. Результаты обследования почвенно-растительных образцов на загрязнение тяжелыми металлами представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Степень загрязнения образцов тяжелыми металлами

В газоаэрозольных высокоорганизованных выбросах ТЭЦ-2 возможно присутствие техногенных радионуклидов, из которых в экологическом отношении наибольшую опасность представляют 90 Sr и 137 Сs. Это обусловлено длительным периодом полураспада (28 лет 90 Sr и 33 года 137 Сs), высокой энергией излучения и способностью легко включаться в биологический круговорот, в цепи питания [2]. В ходе исследования проведены измерения проб почвы и растений на устройствах Гамма-спектрометр NaI, Бета-спектрометр спектрометрического комплекса «Прогресс». Усредненные результаты обследования почвенно-растительных образцов на радиационное загрязнение представлены в таблице 3.

Таблица 3.

Результаты радиологических исследований образцов

Взаимосвязь между химико-аналитическими данными загрязнения почв и результатами биотестирования до настоящего времени слабо изучена, выбор оптимальных тест-систем пока не обоснован, поэтому совершенствование эколого-токсикологического контроля с применением биотестирования является актуальной проблемой [1]. Результаты почвенного обследования с использованием тест-объекта инфузорий стелонихий (Stylonychia) методом биотестирования представлены в таблице 4.

Таблица 4.

Результаты биотестирования образцов почвы

Проведенные исследования позволили выявить участки почвенно-растительного покрова на исследуемой территории с максимальной степенью техногенной трансформации:

·     по степени загрязнения тяжелыми металлами почвенных образцов в первой точке отбора отсутствуют загрязняющие вещества, во второй точке выявлено наличие цинка, кадмия, свинца в количествах, не превышающих ПДК;

·     степень загрязнения тяжелыми металлами растительных образцов во второй точке превышает значения по сравнению с первой точкой отбора, что свидетельствует о большей степени загрязнения селитебной территории;

·     по результатам измерений удельной активности техногенных радионуклидов почвенных образцов активность цезия-137 и стронция-90 близки по своим показателям в двух точках отбора;

·     по результатам измерений удельной активности техногенных радионуклидов растительных образцов во второй точке отбора значение активности 90 Sr (221 Бк/кг) превышает допустимый уровень (Н=180 Бк/кг) в соответствии с нормами ВП-13.5.13/09-00;

·     в результате биотестирования почвенных образцов выявлена слабая степень токсичности или ее отсутствие (при выживаемости тест-объекта 90 % и более) в двух точках отбора.

Таким образом, в результате лабораторных исследований можно сделать вывод, что загрязнение санитарно-защитной зоны незначительно, тогда как жилая застройка подвергается большему влиянию действующего предприятия.

Так же были выявлены продолжающиеся неблагоприятные изменения:

·     состояние санитарно-защитной зоны ТЭЦ-2 не позволяет ей выполнять свои функции; почвенный профиль зоны нарушен и загрязнен химическими веществами;

·     продолжается накопление поллютантов в почвенно-растительном слое прилегающих к санитарно-защитной зоне территорий с возможным дальнейшим попаданием в поверхностные водные объекты;

·     продолжающаяся застройка территории ведет к механическому воздействию на почвенно-растительный покров, изменяя гидрогеологические условия почвообразования и способствует эрозионным процессам;

·     экосистема Тюмени под воздействием негативных факторов теряет способность к самовосстановлению.

Исходя из вышеизложенного, на первом этапе необходимо: провести анализ функционирования санитарно-защитной зоны с учетом выполнения требований местных органов охраны природы; продолжающуюся застройку территории вести со строгим соблюдением технологии и строительно-монтажных работ; обеспечить мониторинг экосистемы Тюмени, способствующий принятию адекватных управленческих решений, ведущих к ее самовосстановлению. Необходимо системное исследование и последующая экореставрация почвенно-растительного покрова города. Возможность возврата к прежнему качеству почв по экологическим законам неосуществима, но возможно искусственное поддержание почвенно-растительного слоя [3]. Системный процесс обязует экореставрацию почвенно-растительного покрова сопрягать с экологизацией технологических процессов предприятий-загрязнителей. Это доказывает необходимость сопряжения экологизации городской индустрии и экологического зонирования территории, научно-методические приемы которого способствуют созданию алгоритмов управления качеством городской среды и ее устойчивому развитию.

Города, в которых мы живем, проектировались по нормативам, определяющим требования к городу не как к целостному образованию, город рассматривался как совокупность различных функциональных зон; часто и сейчас логика подхода к изучению города проявляется через игнорирование целостности урбанизированной территорий [5]. Сформированные по такому принципу планировочные структуры не отвечают требованиям концепции устойчивого развития городских систем и вынуждены адаптировать свою структуру к постоянно изменяющимся условиям [4]. Сегодня интересы промышленности часто не совпадают с интересами жителей, нарастает разочарование социально-экологическими результатами научно-технического прогресса [4]. Необходимо менять принципы проектирования, рассматривая территорию города как целостную урбоэкосистему, объединенную единой пространственно-временной функцией, одновременно учась у прежних поколений градостроителей умению находить и сохранять жизнеобеспечивающие территории.

Список литературы:
1. Гордеева Ф.В. Оценка токсичности воды и донных отложений водоемов и почв территории Тюменской области с использованием инфузории Paramecium Caudatum: Автореф. дис. канд. биол. наук. – п. Борок, 2010. – 23 с.
2. Пособие по вопросам изучения загрязненных земель и их санации / Сорокин Н.Д., Королева Е.Б., Лосева Е.В., Осинцева Н.В. – СПб., 2012. – 119 с.
3. Тетиор А.Н. Городская экология: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / А.Н. Тетиор. – 3-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 336 с.
4. Экология города: учеб. Пособие / В.В. Денисов и др.; под ред. В.В. Денисова. – Ростов н/Д: Феникс, 2013. – 508 с.
5. Глазычев В.Л. Социально-экологическая интерпретация городской среды. Современные проблемы биосферы. / В.Л. Глазычев. – М.: Изд-во «Наука», 1984. – 178 с.
6. МУ 08-47/152 Почва. Методика выполнения измерений массовых концентраций кадмия, свинца, цинка и меди методом инверсионной вольтамперометрии (взамен МУ 08-47/119). – Томск, 2006. – 63 с.