Heavy metals in soils of the train removal station Ussuriysk JSC Russian Railways

Full Text

Введение

Среди многочисленных загрязнений окружающей среды особое место занимают тяжелые металлы, которые, включаясь в круговорот веществ и накапливаясь в природной среде, способны оказывать влияние на живые организмы [1–3].

Есть несколько основных источников поступления тяжелых металлов в почву: карьеры и шахты по добыче полиметаллических руд; металлургические и металлообрабатывающие предприятия; электростанции, сжигающие уголь; химические средства защиты сельскохозяйственных культур; выбросы транспортных средств, в том числе и железнодорожного транспорта, осуществляющего грузоперевозки и пассажироперевозки [4; 5]. Установлено, что все загрязнители, поступающие в полосу отвода объектов железнодорожного транспорта и инфраструктуры, в конечном итоге смываются водами осадков, а в сухую погоду разносятся ветром за пределы зоны отвода в окружающую среду [6]. Следует отметить, что железнодорожный транспорт и объекты его жизнеобеспечения являются постоянно действующими источником загрязнения. Структура негативного влияния железнодорожного транспорта на среду включает нарушение стойкости естественных ландшафтов транспортной инфраструктурой путем развития эрозии; загрязнение атмосферы отработанными газами, продуктами выдувания и опадения сыпучих грузов (уголь, руда, цемент) [8].

Накопление тяжелых металлов техногенного происхождения в почве, включая и потоки загрязнения от железнодорожного транспорта, происходит в виде подвижных форм и нерастворимых соединений. Подвижные формы тяжелых металлов закрепляются гумусовым веществом путем образования солей с органическими кислотами, адсорбции ионов на поверхности органических коллоидных систем. В дальнейшем аккумулированные тяжелые металлы способны вовлекаться растениями и микробиотой в биотический круговорот [7–9], поэтому оценка негативного влияния железнодорожного транспорта на селитебные территории является актуальной.

Целью наших исследований стала оценка содержания тяжелых металлов в почве на территории железнодорожного отвода станции Уссурийск Владивостокского отделения Дальневосточной железной дороги ОАО «РЖД».

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) определить валовое содержание тяжелых металлов в почве полосы отвода железных дорог (медь, цинк, железо, марганец, никель, свинец);

2) оценить уровни содержания тяжелых металлов на исследуемой территории;

3) определить суммарный индекс загрязнения почв по содержанию тяжелых металлов.

Условия и методы исследований

Районом исследования явилась зона железнодорожного отвода станции Уссурийск ОАО «РЖД», находящаяся на территории Уссурийского городского округа Приморского края. Исследуемая территория находится на Приханкайской низменности, вытянутой в северо-восточном направлении. К востоку от равнины расположена горная система Сихотэ-Алинь (рис. 1).

 

Рисунок 1 – Карта-схема района исследований

 

Географически район исследования расположен в котловине, окружен сопками, что ухудшает условия рассеивания, способствует образованию зоны температурных инверсий, особенно в период установления восточносибирского антициклона [10]. Преобладание однонаправленности ветра в течение сезона (49% ветров – южные), застроенность и заселенность территории способствуют созданию неблагоприятной ситуации относительно загрязненности атмосферы. Особенности географического положения, климата и рельефа играют важную роль в распределении и концентрации загрязнителей в воздушных потоках на территории города. В силу отсутствия четкой разработанности национальной системы экологического нормирования тяжелых металлов, на сегодняшний день для оценки степени загрязнения городских почв в основном используются стандартные критерии (предельно допустимые концентрации – ПДК; ориентировочно допустимые концентрации – ОДК; суммарный показатель загрязнения – Zс) [11], в качестве альтернативных используются данные по фоновым участкам, подвергавшимся минимальному антропогенному воздействию.

Исследования проводились в течение 2016–2017 гг. Изучили содержание тяжелых металлов в буро-подзолистых и лугово-бурых оподзоленные типах почв, расположенных в зоне железнодорожного отвода станции Уссурийск ОАО «РЖД».

Для определения содержания тяжелых металлов в зоне земельного отвода железной дороги на территории Уссурийского городского округа были выбраны 8 пробных площадей: станция Лимичевская, район МЭО ГИБДД, объездная дорога, станция Сахарный завод, ст. Садовая 1, Ж/Д вокзал, ст. Блюхера 1. Выбор данных точек был обусловлен различной степенью антропогенной нагрузки. В качестве фоновой была выбрана условно-чистая пробная площадь станции Баневурово, сформированная в 18 км от города Уссурийска, в буферной зоне государственного биосферного заповедника «Уссурийский». На 8 пробных площадках анализировалось содержание валовых форм тяжелых металлов (меди, цинка, железа, марганца, никеля, свинца) в почве. Содержание тяжелых металлов определяли методом атомной абсорбции.

Для оценки эколого-геохимического состояния почв пользовались методикой расчета суммарного показателя загрязненности и коэффициента концентрации (Кс). Согласно методике, предложенной В.Б. Кадацким, Кс – отношение валового содержания элемента в исследуемом объекте к его среднему региональному содержанию или фону [11; 12]. Оценка степени опасности загрязнения почв комплексом металлов по показателю Zс проводится по оценочной шкале, приведенной в таблице 1.

 

Таблица 1 – Уровни загрязнения почвенного покрова по суммарному загрязнению тяжелыми металлами [11]

Уровень загрязнения	Суммарный показатель загрязнения почв (Zс)
Низкий	8–16
Средний	16–32
Высокий	32–128
Очень высокий	>128

 

Для выявления степени загрязнения почв района исследований тяжелыми металлами анализировали почвенные образцы (в слое 0–20 см) 8 пробных площадей техногенно-антропогенных зон города, среди которых фоновая пробная площадь – станция Баневурово (рис. 2).

 

Рисунок 2 – Карта схема расположения участков взятия проб (станций отбора:

№ 1 – Лимичевская; № 2 – МЭО ГИБДД; № 3 – Садовая 1; № 4 – Железнодорожный (Ж/Д) вокзал; № 5 – Блюхера; № 6 – Сахарный завод; № 7 – объездная дорога; № 8 – Баневурово)

 

Результаты исследований

Сравнивая содержание валовых форм тяжелых металлов в почвах отвода железной дороги и их предельно допустимых концентраций, можно выявить следующие особенности распределения металлов: концентрация меди превышает ПДК на участке № 3 и № 5 (станция железнодорожного вокзала), показатели железа в точке отбора проб № 3 превышает ОДК в 1,5 раза; содержание марганца в почвах станции превышает ПДК в 2,6 раза; концентрация никеля, свинца и цинка не превышают ПДК.

Для выявления локальных техногенных аномалий были рассчитаны коэффициенты концентрации K_c.

Высокие концентрации Zn, Mn, Fe, Cu и Рb зафиксированы в почвах пробных участков с высокой транспортной нагрузкой, находящихся вблизи железнодорожной станции и предприятий технического обслуживания и эксплуатации подвижного состава (ст. МЭО ГИБДД, ст. Садовая 1 и ст. Ж/Д вокзал).

Расчет суммарного показателя загрязнения почв по результатам анализа шести элементов выявил, что в соответствии с оценочной школой (табл. 1) территория железнодорожного отвода на Ж/Д вокзале имеет «очень высокий» уровень загрязнения. «Высокий» уровень выявлен в районе локомотиворемонтного завода (ст. МЭО ГИБДД и ст. Садовая). Загрязнение зон южнее Ж/Д вокзала (ст. Блюхера и объездная дорога) характеризуется как «средний» уровень (табл. 2).

 

Таблица 2 – Коэффициенты концентрации и суммарный показатель загрязненности тяжелых металлов на станциях отбора относительно регионального фонового уровня (станция Баневурово)

Станция	KcCu	KcZn²⁺	KcFe	KcMn	KcNi	KcPb²⁺	Суммарный показатель Zc
Лимичевская	0,8	2,3	3	0,6	4,2	9	14,9
МЭО ГИБДД	5	1,5	11,2	0,3	2	25	40
Ж/Д вокзал	250	13,6	12,5	11,7	2	23	307,9
Блюхера	15	2	7,5	4,1	2,8	4	30,4
Садовая 1	30	8,9	6	5,8	2	24	71,7
Сахарный завод	10,5	1,7	2,5	0,2	0,6	22	32,5
Объездная дорога	15,5	1,7	5,5	1,2	4	7	29,9

 

Таким образом, почвы зоны железнодорожного отвода станции Уссурийск ОАО «РЖД» содержат тяжелые металлы в концентрациях, превышающих предельно допустимые. Использование традиционных и альтернативных подходов к оценке загрязнения почв выявило общую закономерность, обусловленную высокими значениями концентраций тяжелых металлов на участках остановки и работы подвижного состава на холостом ходу [6, с. 19; 13–16].

Установленные превышения концентрации тяжелых металлов относительно ПДК, ОДК и регионального фона, а также уровня загрязнения, определенные на основе суммарного показателя, свидетельствует о загрязненности почв.

Заключение

Проведенные исследования доказывают необходимость наличия лесных насаждений в полосе отвода железнодорожного полотна в городе и в районах сельскохозяйственных угодий для их защиты от загрязнения тяжелыми металлами. Придорожные защитные лесные насаждения являются наиболее эффективным природным средством ограничения распространения почвенного загрязнения [15].

About the authors

Denis Alexandrovich Klyuchnikov

Branch of Far Eastern Federal University in Ussuriysk

Email: klyuchnikov_da@mail.ru

candidate of biological sciences, head of Geography, Ecology and Child Health Protection Department

Russian Federation, Ussuriysk, Primorsky Krai

Svetlana Alexandrovna Platonova

Branch of Far Eastern Federal University in Ussuriysk

Email: klyuchnikov_da@mail.ru

senior lecturer of Geography, Ecology and Child Health Protection Department

Russian Federation, Ussuriysk, Primorsky Krai

Elena Vasilievna Soboleva

Branch of Far Eastern Federal University in Ussuriysk

Author for correspondence.
Email: s.b.leva@mail.ru

candidate of biological sciences, associate professor of Geography, Ecology and Child Health Protection Department

Russian Federation, Ussuriysk, Primorsky Krai

References

Supplementary files