Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 9
1.1 Городская система и почвы (Современное состояние проблемы загрязнения городских почв тяжелыми металлами) 9
1.2 Геохимические особенности содержания и поведения тяжелых металлов в почвах 18
1.3 Нормирование содержания тяжелых металлов в почвах 26
1.4 Влияние тяжелых металлов на живые организмы 30
2. Объекты и методы исследований 37
2.1 Почвенный покров Правобережья г. Ульяновска и виды землепользования города 37
2.2 Территория исследования и основные источники техногенного воздействия на окружающую среду г. Ульяновска 38
2.3 Объекты и методы исследования 46
3. Природно-климатические условия г. Ульяновска 50
3.1 Климатические условия 50
3.2 Растительность .53
3.3 Поверхностные воды 54
4. Экологическое состояние почв 56
4.1 Оценка показателей общего геоэкологического состояния почв города 56
4.2 Состав водной вытяжки городских почв 63
4.3 Содержание тяжелых металлов в почвах города 66
Выводы Ошибка! Закладка не определена.107
Литература 109
- Геохимические особенности содержания и поведения тяжелых металлов в почвах
- Территория исследования и основные источники техногенного воздействия на окружающую среду г. Ульяновска
- Растительность
- Состав водной вытяжки городских почв
Введение к работе
Актуальность темы. Урбанизация привела к формированию искусственных экосистем – природно-антропогенных территориальных комплексов (ПАТК), для которых характерно нарушение естественных связей между различными её компонентами, замена естественного режима функционирования на искусственно обусловленный. ПАТК необходимо рассматривать как целостную систему, для которой характерно специфическое взаимодействие всех природных и антропогенных компонентов окружающей среды. Среди этих компонентов почва является базовой составляющей, обеспечивая продуктивность данной системы и её биоразнообразие (Методические указания…, 2003).
Во многих регионах техногенное загрязнение почв достигло достаточно высокого уровня, чтобы представлять серьезную опасность для человека. Особенно сильное техногенное воздействие испытывают территории, прилегающие к крупным промышленным производствам. Как правило, любые техногенные явления и процессы, происходящие в пределах непосредственного воздействия промышленных производств, быстро отражаются на состоянии экосистем в целом. В сложившейся к настоящему времени системе природопользования функции почв изменились: почва стала приемником загрязненного поверхностного стока с территорий городов и промышленных зон (Обухов, Лепнева, 1989; Орлов и др., 1996; Шихова, 1997; Ермаков, 2003).
Загрязнение почв при любом характере использования территории прямо или косвенно формирует экологические условия обитания человека. В этой связи имеет большое значение выявление количественных характеристик миграции в природной среде техногенных тяжелых металлов (ТМ), в виде катионов активно сорбирующихся почвами, а также механизмов и форм их трансформации (Золотарева, 1994).
Главные промышленные источники загрязнения размещены, как правило, в городах, поэтому в Декларации МОП, принятой на 15 Международном конгрессе почвоведов (г. Акапулько, Мексика) в 1994 г., к числу приоритетных направлений отнесено изучение экологической обстановки на городских территориях (Декларация МОП…, 1995).
Сложность функциональной организации городской территории обуславливает необходимость комплексного анализа ее природной организации и хозяйственного использования.
Таким образом, оценка современного экологического состояния городских территорий под влиянием промышленных предприятий и транспорта является в настоящее время актуальной и своевременной задачей, решение которой позволит прогнозировать изменение геохимического и экологического состояния разных в функциональном отношении городских территорий (селитебные, промышленные, рекреационные) и служить основой для их рационального использования.
Цель работы: провести исследование влияния промышленных предприятий и транспорта на содержание тяжелых металлов в почвах Правобережья города Ульяновска.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: 1. Проанализировать существующие данные и материалы на тему влияния
промышленных предприятий и транспорта на содержание тяжелых металлов в
городских почвах.
-
Изучить пространственное размещение структурно-функциональных объектов Правобережья г. Ульяновска: промзоны (основных предприятий), селитебных зон, зеленых зон (парков).
-
Исследовать пространственные особенности содержания валовых и подвижных форм тяжелых металлов в почвах городской территории.
-
Составить карты-схемы уровня загрязнения почв кадмием, медью, цинком, свинцом применительно к структурно-функциональным объектам.
Научная новизна.
1. Впервые изучено влияние предприятий и транспорта на экологическое
состояние почв Правобережья г. Ульяновска.
-
Исследовано соотношение подвижных и валовых форм тяжелых металлов в почвах г. Ульяновска, приуроченных к территориям с разной функциональной организацией (рекреационные, промышленные, селитебные) и подверженных разной степени антропогенной нагрузки.
-
Впервые составлены карты-схемы содержания тяжелых металлов (медь, цинк, свинец, кадмий) в почвах Правобережья.
Положения, выносимые на защиту:
-
Дифференциация промышленных структурно-функциональных объектов по уровню загрязнения почв тяжелыми металлами.
-
Соотношение подвижных и валовых форм тяжелых металлов в почвах города.
-
Карты-схемы содержания подвижных форм меди, цинка, кадмия и свинца в почвах г. Ульяновска. Практическая значимость работы. Результаты исследований вошли в атлас
геоэкологических опасностей городов Среднего и Нижнего Поволжья.
Материалы исследования используются: при чтении лекций в Ульяновском государственном университете по дисциплинам: экология урбанизированных территорий, патология почв, антропогенные почвы и экологический мониторинг земель. Также могут быть использованы: для экологического мониторинга и прогнозирования изменения эколого-геохимического состояния городской территории с учетом дифференциации на пространственно-функциональные зоны; для оценки влияния техногенных факторов на прилегающие территории города; при озеленении территории г. Ульяновска; при планировании городской территории; для разработки мероприятий по улучшению экологической обстановки.
Апробация работы. Основные положения диссертации были представлены и обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава УлГТУ (2007-2009), на 2-ой Международной научно-технической конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов» ELPIT 2005 (Тольятти, 2005), на первом Международном экологическом конгрессе (3-й Международной научно-технической конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов» ELPIT 2007) (Тольятти, 2007), на III Международной научно-практической конференции «Урбоэкосистемы: проблемы и перспективы развития» (Ишим, 2008), на 1-й Международной научно-практической конференции «Проблемы безопасности жизнедеятельности и промышленной экологии» (Ульяновск, 2007), на 1-й конференции молодых ученых медико-биологической секции Поволжской ассоциации государственных университетов (Ульяновск, 2007), а также на Всероссийской научной конференции II Ковалевские молодежные чтения на тему «Почва как базовый компонент наземных экосистем» (Новосибирск, 2013).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 научных работ, 3 из которых в изданиях рекомендованных ВАК РФ.
Личный вклад автора. Автор принимал непосредственное участие в постановке темы, разработке программы исследований, отборе почвенных образцов. Автором проведены лабораторные анализы, обработка и интерпретация полученных данных. Под руководством автора выполнены эколого-геохимические исследования в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013 годы, ГК № П308 от 06 мая 2010 г.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация изложена на 147 страницах машинописного текста, состоит из введения, 4 глав, выводов и перечня условных обозначений; включает 16 рисунков, 10 таблиц и 13 приложений. Список литературы включает 212 наименований, в том числе 28 зарубежных авторов.
Геохимические особенности содержания и поведения тяжелых металлов в почвах
В процессе техногенного рассеивания ТМ распространяются на разные расстояния. Медь рассеивается на бльшие расстояния, чем свинец, хотя последний образует в почве более контрастные аномалии. Из всех ТМ наиболее протяженные аномалии образует цинк (Добровольский, 1983).
Установлено, что для пространственного распределения тяжелых металлов в почве характерна очень высокая вариабельность (коэффициент варьирования равен 30-70 %, иногда достигает 120% и более), а значит минимальные и максимальные уровни содержания тяжелых металлов в почвах города сильно различаются. Например, в почвах газонов г. Москвы содержание тяжелых металлов превышает фоновые значения (для свинца, меди и цинка – в 2 – 3 раза, для кадмия – в 2 раза) и характеризуется высокой вариабельностью – от 25 до 70 %. Установлено, что техногенные аномалии вдоль автодорог соответствуют повышенному и высокому уровню загрязнения почв химическими элементами (Обухов, 1996). В некоторых случаях авторы отмечают очень высокие концентрации ТМ в почвах городов и прилегающих к ним территорий. Это связано не только с деятельностью промышленных предприятий, но и с нахождением данных территорий в той или иной биогеохимической провинции (Грибовский и др., 2003).
К территориям Российской Федерации с наибольшей степенью экологического неблагополучия относят природно-техногенные биогеохимические провинции Мурманской области, Башкирии, Урала, Красноярского края, республики Саха, Читинской и Иркутской областей (Ермаков, 1995).
Максимальная концентрация металлов зарегистрирована в почвах и растениях из-под Мончегорска. Содержание меди в почве достигает 3928 мг/кг, что в 100 раз выше фоновой концентрации элемента в почвах (30 мг/кг). А концентрация никеля достигает промышленного содержания и составляет 12,29 г/кг (Ермаков, 2003). Почвы города Семипалатинска сильно загрязнены цинком, свинцом, медью и кадмием. Содержание этих элементов в 3,9-13,3 раза превосходит фоновые уровни. Вблизи техногенных источников (до 2,5-5 км) от 18 до 75% почв содержат указанные элементы выше их ПДК (Панин, 2003).
Наблюдается интенсивное загрязнение почвы селитебных территорий и мест отдыха населения, находящихся в зоне воздействия промышленных узлов г. Красноярска, г. Норильска, г. Ачинска. На территории жилых районов г. Норильска, находящихся в зоне выбросов Норильского горно-металлургического комбината, отмечается интенсивное загрязнение почвы никелем (более 20-80 мг/кг) и медью (более 33-132 мг/кг). По подвижным формам ТМ отмечено превышение ПДК до 60 раз для меди, до 40 раз для никеля. Наиболее значительные превышения ПДК выявлены для промплощадок и территорий, близких к г. Норильску (Кудряшов и др., 2007). При этом авторы отмечают, что в радиусе 4 км от Норильска практически полностью отсутствуют древесная растительность, в зоне 4-16 км наблюдается редколесье, а полноценная растительность с древесным ярусом встречена вблизи г. Талнах (25 км). В селитебной зоне г. Ачинска почва загрязнена цинком (более 55-220 мг/кг). В селитебной зоне загрязнение почв свинцом в концентрациях выше 32-130 мг/кг определялось в среднем в 8-7% проб, но в 120-ти городах Российской Федерации это превышение определялось в 80% случаев. Отмечено повышение уровня загрязнения почвы свинцом в селитебных зонах Красноярского края, Орловской и Брянской областей, г. Москве (Национальный профиль…, 2003). Вокруг промышленных центров Красноярского края выделяется 4 зоны загрязнения снежного покрова и почв (Зоны загрязнения снежного…, 1988).
По суммарным показателям загрязнения ZСП, в основу которых положены расчеты коэффициентов концентрации элементов с учетом их фонового содержания в снежном и почвенном покрове в очагах пылевых выпадений вокруг промышленных предприятий, очень высоким, чрезвычайно опасным загрязнением характеризуются почвы г. Красноярска (15088 – по 16 элементам), г. Назарово (629 – по 11 элементам), Дивногорска (518 – по 7 элементам) (Горбачев и др., 1998, 2000, 2001, 2009). В.Беседин (1997) приводит данные по 18-ти аномалиям, выявленным на 1/5 территории г. Красноярска. Преобладающими элементами-полютантами являются свинец, медь, кадмий, мышьяк, ртуть, цинк, реже – никель и ванадий.
Исследование содержания валовых и подвижных форм ТМ проводились и проводятся во многих городах Российской Федерации. Практически во всех источниках указывается повышенный или высокий уровень содержания ТМ в почвах (Байдина, 1997; Ильин, Овчаренко, 1997; Алексеенко и др., 2002; Зябрева, 2004; Каздым, 2006; Шергина, Михайлова, 2006; Морозова, 2008; Шаповалов, Груздев, 2008).
Следует помнить, что металлы, аккумулирующиеся в почвенном покрове, очень медленно удаляются из него. По данным Кабата-Пендиас и Пендиас первый период полуудаления ТМ из почв сильно варьируется и составляет: для Zn – 70-510 лет, для Cd – 13-1100 лет, для Cu – 310-1500 лет, для Pu – 740-5900 лет (1987).
Территория исследования и основные источники техногенного воздействия на окружающую среду г. Ульяновска
Ульяновск является областным центром Ульяновской области. Географические координаты города 54с.ш. и 48 в.д. На правом берегу Волги расположены 3 административных района: Ленинский, Железнодорожный и Засвияжский. Река Свияга, текущая с юга на север параллельно Волге, является естественной границей между центральным Ленинским районом и западным Засвияжским районом. К югу от Ленинского района находится Железнодорожный район (Голунков и др., 2004, Схема территориального планирования…, 2008).
Для Правобережья характерно наличие оползневых процессов, особенно вдоль улицы Средний Венец, в районе филармонии, напротив улицы Тухачевского. Рельеф города полностью зависит от тектонического строения той части Волго-Уральской антеклизы, в пределах которой он расположен. Так, предволжская часть Ульяновско-Саратовского прогиба осложнена целым рядом дислокаций – асиметричных валоподобных поднятий, в результате чего правобережье имеет возвышенный рельеф, подверженный развитию эрозионных процессов.
Эрозионные крутые склоны имеют Волжский косогор, отдельные участки берегового склона реки Свияги, где сильно развиты овраги и оползни (на территории города Ульяновска установлено 452 оползня, в том числе 409 на Волжском и 43 на Свияжском склонах), а также повсеместно развита абразия берегов Куйбышевского водохранилища. Геодинамическая устойчивость этого ландшафта низкая (Рогозин, 1961).
Климат области умеренно-континентальный. Для него характерны отчетливо выраженные сезоны года с умеренно суровой зимой и теплым летом. Переходные сезоны года сокращены. Климатические условия определяются влиянием, с одной стороны, Атлантического океана (смягчение климата, увеличение осадков), с другой – Азиатского материка (жаркие потоки воздуха летом и холодного зимой). Важную роль в формировании климата играют как черноморские и каспийские циклоны (обильные осадки), так и арктические воздушные потоки (приносят с собой холодную погоду зимой и прохладную летом). В целом на территории области преобладают западные и юго-западные вторжения воздуха. Зима довольно холодная (средняя температура января – 13,8С), лето теплое (средняя температура июля +19,6С). Абсолютная минимальная температура – 48С, абсолютная максимальная температура +40С. (Агроклиматические ресурсы…, 1968; Кальянов и др., 1974; Голунков и др., 2004). В многолетнем разрезе переход средней суточной температуры через 0С происходит весной 3-7 апреля, осенью – 27октября – 3 ноября. Продолжительность периода со среднесуточными температурами выше 0С равна 206-211 дням; период со среднесуточными температурами выше +5С длится 170-180 дней, выше +10С – 135-148 дней, выше +15С – около 100 дней. По обеспеченности осадками Ульяновская область относится к зоне с недостаточным увлажнением. Годовая сумма осадков в г. Ульяновске в среднем составляет 434 мм. Основная масса осадков приходится на теплый период, соотношение осадков теплого и холодного периодов составляет 40%. Наиболее дождливым месяцем является июль (за ним октябрь) (Голунков и др., 2004).
Подстилающая поверхность влияет на скорость ветра, влажность и температуру воздуха. Но в виду небольших разностей высот и преобладание равнинных форм это влияние сказывается, главным образом, на микроклиматическом режиме. То есть подстилающая поверхность участвует
в тепло и влагообмене с атмосферой воздушной массы с теми или иными метеорологическими свойствами, которые могут измениться и обрести вредные компоненты в процессе взаимодействия с загрязненной подстилающей поверхностью.
Наиболее часто направление ветра в г. Ульяновске с юга и с запада (почти в 40% наблюдений регистрируются именно эти направления). Примерно вдвое реже наблюдается ветер с юго-запада, северо-запада и севера, еще реже – с востока и юго-востока. Наиболее редок ветер с северо-востока. В 7 % случаев наблюдений регистрируется безветрие. Средняя скорость ветра в г. Ульяновске 4,51 м/с. Наиболее ветреная погода наблюдается в мае, феврале и декабре, наименее ветреная – в июне, июле, августе. На рисунке 3.1 представлена роза ветров г. Ульяновска, а в приложении 12 и 13 – розы ветров для каждого месяца года и периода дня
Абсолютная влажность в г. Ульяновске изменяется от 0 до 30 г/м3. Среднегодовая величина абсолютной влажности по многолетним наблюдениям составляет 7,7 г/м3. В зимние месяцы абсолютная влажность самая низкая: от 2,7 до 3,2 г/м3. Средняя величина относительной влажности воздуха составляет 73 % (Голунков и др., 2004).
Под влиянием солнечной радиации формируется определенный радиационный баланс. Радиационный баланс обусловливает нагревание и охлаждение воздуха и почвы, процесс испарения и связанный с ним процесс влажности, осадков. В городе за год наблюдается, в среднем, 1500-2000 часов ясной погоды (днем). Это составляет около 40 % от возможного. Самый солнечный период с апреля по август (Аллянова,2004).
Территория города расположена в лесостепной зоне, характеризующейся чередованием лесов из широколиственных пород с открытыми степными пространствами. Климатические условия не препятствуют произрастанию широкого ассортимента древесных и кустарниковых пород.
Площадь всех зелёных насаждений города 3561 га, а в пределах городской черты 30962 га (Генеральная схема…, 2008).
В настоящее время в составе городской флоры зарегистрировано 1271 вид сосудистых растений из 574 рода и 135 семейств. Из них 67 видов надо считать исчезнувшими, а 53 отнесены к категории редких и исчезающих растений (Раков, 2003)
Флора и лесные растительные сообщества памятника природы - Винновская роща (Раков и др., 1997), представлена 281 видом сосудистых растений из 194 родов и 59 семейств. Цветковые растения здесь 273 вида, среди них преобладают двудольные – 218 видов. Высшие споровые растения представлены 8 видами: 5 видов хвощей и 3 вида папоротников. Травянистые растения составляют 245 видов: однолетники – 37, двулетники – 18, многолетники – 190. Среди травянистых многолетников преобладают корневищные растения – 128 видов, что свойственно для широколиственных лесов. Древесно-кустарниковые растения включают в себя 36 видов, из них деревьев 11 видов, кустарников 23 и 2 вида относятся к полукустарникам. Во флоре рощи зарегистрировано 54 вида сорных и рудеральных растений, что свидетельствует о нарушении растительного покрова. В 1993 г. в пойме р. Свияги на площади 123,4 га создан экопарк «Черное озеро», а в 1994-1995 гг. проводилось изучение его флоры и растительности. Несмотря на значительную антропогенную дигрессию ландшафта (гидронамыв, раскопка под огороды, прокладка подземных и воздушных инженерных сетей, свалка мусора), здесь было установлено произрастание более 420 видов сосудистых растений из 264 родов и 78 семейств (Жуков и др., 1995 а, б, в; Салтыков и др., 1997). Показателем нарушения фитоценозов является наличие сорных (более 20% видового состава) и заносных (5%) видов растений. Из последней группы Acer negundo L., Elodea Canadensis Michx., Echinocystis lobata (Michx.) Turr. et Gray., стали неотъемлемыми элементами ценозов поймы (Раков и др., 1997).
Растительность
Территория города расположена в лесостепной зоне, характеризующейся чередованием лесов из широколиственных пород с открытыми степными пространствами. Климатические условия не препятствуют произрастанию широкого ассортимента древесных и кустарниковых пород.
Площадь всех зелёных насаждений города 3561 га, а в пределах городской черты 30962 га (Генеральная схема…, 2008).
В настоящее время в составе городской флоры зарегистрировано 1271 вид сосудистых растений из 574 рода и 135 семейств. Из них 67 видов надо считать исчезнувшими, а 53 отнесены к категории редких и исчезающих растений (Раков, 2003)
Флора и лесные растительные сообщества памятника природы - Винновская роща (Раков и др., 1997), представлена 281 видом сосудистых растений из 194 родов и 59 семейств. Цветковые растения здесь 273 вида, среди них преобладают двудольные – 218 видов. Высшие споровые растения представлены 8 видами: 5 видов хвощей и 3 вида папоротников. Травянистые растения составляют 245 видов: однолетники – 37, двулетники – 18, многолетники – 190. Среди травянистых многолетников преобладают корневищные растения – 128 видов, что свойственно для широколиственных лесов. Древесно-кустарниковые растения включают в себя 36 видов, из них деревьев 11 видов, кустарников 23 и 2 вида относятся к полукустарникам. Во флоре рощи зарегистрировано 54 вида сорных и рудеральных растений, что свидетельствует о нарушении растительного покрова. В 1993 г. в пойме р. Свияги на площади 123,4 га создан экопарк «Черное озеро», а в 1994-1995 гг. проводилось изучение его флоры и растительности. Несмотря на значительную антропогенную дигрессию ландшафта (гидронамыв, раскопка под огороды, прокладка подземных и воздушных инженерных сетей, свалка мусора), здесь было установлено произрастание более 420 видов сосудистых растений из 264 родов и 78 семейств (Жуков и др., 1995 а, б, в; Салтыков и др., 1997). Показателем нарушения фитоценозов является наличие сорных (более 20% видового состава) и заносных (5%) видов растений. Из последней группы Acer negundo L., Elodea Canadensis Michx., Echinocystis lobata (Michx.) Turr. et Gray., стали неотъемлемыми элементами ценозов поймы (Раков и др., 1997).
Ульяновск находится на территории Приволжской возвышенности в бассейне Средней Волги, на берегах Куйбышевского водохранилища.
Долина Волги асимметрична: правые берега крутые и высокие, левые – пологие. Крутой склон правого коренного берега у города Ульяновска достигает в высоту 125 м., он сильно расчленен и осложнён оползнями. Левый коренной берег не высок (30-40 м.), различной крутизны, песчаный. На берегу Волги расположены пляжи, вдоль которых протянулась каменная набережная.
Все реки в городе относятся к бассейну Волги. Как правило, они берут начало на возвышенных участках. Источниками питания рек являются талые воды снега, осадки в виде дождей и подземные воды. Основное питание реки получают в период весеннего половодья (Схема территориального планирования…, 2008).
На территории г. Ульяновска, кроме р. Волги, протекают две реки – Свияга и Сельдь.
Вода р. Свияги в черте г. Ульяновска в последние годы оцениваются как «умеренно загрязненные». Вода практически непригодна для водопользования в хозяйственно-бытовых целях. Исток реки Свияги – памятник природы.
Река Сельдь – левый приток р. Свияги. Из-за сброса неочищенных сточных вод с территории и производственных терминалов автозавода УАЗ в р. Сельдь, вода этой реки оценивается как «загрязненная», соответствует III классу качества. В последние годы наблюдается сильное загрязнение рек сточными водами промышленных и сельскохозяйственных предприятий, что требует незамедлительного проведения комплекса охранных мероприятий.
Черное озеро – общая площадь 0,41 га. Озеро находится в Засвияжском районе города Ульяновска и входит в территорию экологического парка «Черное озеро». Водоём расположен в 400 м от русла реки Свияги. Озеро является наиболее посещаемым местом экологического парка, используется жителями города как водоём для купания и любительского рыболовства.
Территория Ульяновской области характеризуется наличием многочисленных водоносных горизонтов, приуроченным к коренным и четвертичным отложениям. Подземные воды отличаются геологическими условиями, глубиной залегания, степенью водообильности, физическим и химическим составом, питьевыми качествами и другими свойствами (Ульяновская-Симбирская энциклопедия, 2000). Подземные воды представлены водами аптского, альбского, верхнемелового водоносных горизонтов. На территории города Ульяновска находится два источника водоснабжения: Куйбышевское водохранилище и река Свияга (Мильков,1953; Дедков, 1979; Схема территориального планирования…, 2008).
Таким образом, загрязнение почв, растений, атмосферы и вод химическими элементами в крупных городах и их окрестностях является одной из наиболее актуальных проблем. Основные промышленные источники размещены в городах, поэтому одной из основных задач является изучение экологического состояния почв, как главной депонирующей среды.
Состав водной вытяжки городских почв
Химическое загрязнение почв ТМ – наиболее опасный вид деградации почв, поскольку самоочищающая способность почв от ТМ минимальна, почвы прочно аккумулируют их, чему способствует органическое вещество и щелочная реакция среды
Загрязнение почв тяжелыми металлами обусловливает специфическое проявление такой их важной функции, как способность трансформировать вещество, что свидетельствует о необходимости контроля поступления основных элементов-загрязнителей в техногенно-нарушенные почвы (Гришко, Сыщикова, 2009).
Изучение распределения элементов в почвах позволяет надежно фиксировать геохимическую дифференциацию городской территории. Как правило, участки с максимальным содержанием элементов в почвах приурочены к промышленным предприятиям и автодорогам. Интенсивность техногенного воздействия проявляется в существенной трансформации верхнего горизонта почв, что ещё более дифференцирует территорию города в геохимическом отношении. Изучение почвенного покрова парков города и особо охраняемых природных территорий (ООПТ) может быть использовано для выявления фоновых (эталонных) участков городской территории. Парковые территории города являются наименее трансформированными по сравнению с остальными городскими функциональными зонами города (Рылова, 2003).
К настоящему времени для городов и городских агломераций наиболее полно систематизированы эколого-геохимические данные, отражающие важнейшие особенности деятельности человека как геохимического фактора. Промышленные предприятия города поставляют внушительный объем различных загрязняющих веществ, создавая сильную техногенную нагрузку на окружающую среду. Приоритетными загрязнителями на урбанизированной территории являются пыль, летучие органические соединения, оксиды азота, серы, углерода, твердые отходы (приложение 12). Все это обуславливает формирование сложных потоков вещества, детерминирующих не менее сложную гетерогенную геохимическую структуру территории города и его окружения. При высокой сорбционной способности городских почв вещества, которые не могут быть полностью утилизированы, постепенно накапливаются в почвенном профиле, превращая ее в один из наиболее загрязненных природных объектов. Пространственно-функциональная организация города непосредственно влияет на эколого-геохимическое состояние территории, включая появление геохимических аномалий, а значит неблагоприятных условий среды для живых организмов (в том числе и человека).
Селитебная часть г. Ульяновска представлена небольшими участками естественных почв в парково-рекреационной зоне, около рек, на пустырях. Намного больше распространены антропогенные почвы, среди которых значительное место занимают глубоко преобразованные (урбаноземы), большинство из которых сформировано при перемешивании и засыпании естественных почв. Для территории промышленных зон города Ульяновска характерны хемоземы. Исследование почв г. Ульяновска выявило существенные отличия содержания подвижных и валовых форм ТМ на различных участках городской территории. Следует заметить, что основными характеристиками, определяющими уровень загрязнения почв, являются: степень трансформации, во многом определяемая особенностями использования территории, то есть городским ландшафтом и расположение почв относительно источников выбросов; также содержание ТМ в почвах во многом определяется и ветровым режимом. Результаты проведенного обследования почв города Ульяновска на содержание подвижных и валовых форм ТМ выявили различную степень их антропогенного загрязнения, а также позволили определить приоритетные элементы-загрязнители, приуроченные к различным в функциональном отношении участкам городской территории. Исследования почв территорий города, выявили районы испытывающих наибольшую антропогенную нагрузку с максимальной аккумуляцией ТМ по сравнению с другими территориями города (Аванесян, 2007; Горбачев, Аванесян, 2008). Такие почвы относятся к территориям, непосредственно примыкающим к крупным промышленным объектам и автомобильным дорогам. В табл. 4.5 представлены результаты определения валовых форм ТМ на участках городской территории, испытывающих наибольшую антропогенную нагрузку, где наблюдается превышение ПДК ТМ.
Исследование содержания валовых форм ТМ в почвах города показало, что практически на всей территории правобережья г. Ульяновска наблюдается превышение ПДК свинца в 1,1-10,4 раза, на некоторых участках городской территории отмечается превышение ПДК валовых форм меди в 1,2-11,9 раза и цинка в 1,02-2,8 раза, содержание валового кадмия в почвах города превышает ПДК в 1,5 раза.
На отдельных участках городской территории, наиболее опасных с экологической точки зрения (промышленные предприятия, перекрестки, автозаправочные станции, автостоянки и д.р.), накопление ТМ в поверхностном слое почвы происходит намного интенсивнее. Таким образом, при высокой сорбционной способности городских почв вещества, которые не могут быть полностью утилизированы, постепенно накапливаются в почве, превращая её в один из наиболее загрязненных объектов городской системы.
