УДК (574.3:550.41)(571.56-12-37)

Легостаева Я.Б., Дягилева А.Г.

Научно-исследовательский институт прикладной экологии Севера

Северо-Восточного федерального университета имени М.К. Аммосова

Оценка состояния почвенного покрова селитебных территорий Южной Якутии на основе эколого-геохимического анализа

Актуальность поставленной задачи. В настоящее время во многих городах России и зарубежья экологическая обстановка приближается к критической (Экогеохимия..., 1993). Основными источниками загрязнения окружающей среды селитебных территорий являются промышленные предприятия и автотранспорт. Их выбросы, сбросы и отходы производства ухудшают экологическое состояние всех компонентов природной среды, что в дальнейшем влияет на здоровье населения. При этом основным компонентом природной среды, несущим в себе долговременную информацию о техногенном воздействии является почва, которая одновременно выступает и главным физико-химическим барьером на пути миграции техногенных элементных потоков (Экогеохимия…, 1993; Ильин и др., 2001; Убугунов, Кашин, 2004; Легостаева и др.2010; и др.). В связи с этим необходимость детальной эколого-геохимической оценки состояния городских территорий, а в идеальном случае и с использованием комплекса геохимических методов и методов биоиндикации на сегодняшний момент должны носить постоянный и площадной характер.

В нашей стране впервые масштабные исследования урбанизированных территорий были начаты под руководством Ю.Е. Саета в 1976 году. В Западной Сибири оценка состояния естественных и техногенно измененных почв проводилась и проводится коллективами сотрудников института минералогии и геохимии СО РАН (Росляков Н.А., Ковалев В.П., Щербаков Ю.Г., Сухоруков Ф.В., Щербов Б.Л., Ковалев С И. и др.), института почвоведения и агрохимии СО РАН (Сысо А. и др.). На территории городов Восточной Сибири оценка эколого-геохимического состояния проводится сотрудниками института географии СО РАН (Кузнецов В.А. и др.) и института экспериментальной биологии СО РАН (Тайсаев Т.Т., Кашин В.А., Убугунов В.Л. и др.).

На территории Республики Саха (Якутия) эколого-геохимические исследования селитебных территорий начаты в 1994-1996 годах сотрудниками центральной геохимической партии Якутской поисковой геолого-съемочной экспедицией в рамках «Проведения геохимических поисков масштаба 1: 200 000 на территории листов О-51-XVIII, O-52-VII, O-52-XIII на площади 12 968,8 км²» (Кокшарский М.Г, Терентьев В.Н., Дыбин С.А. и др.).

Более продолжительные и детальные работы проведены только на территории г. Якутска - институт биологии ЯНЦ СО РАН, 1962 г., где Еловская Л.Г. впервые дала характеристику почв г. Якутска. Институт мерзлотоведения СО РАН - с конца 90-х годов Макаров В.Н.. изучает химический состав атмосферных осадков на территории города, состав донных отложений городских озер и грунтов придорожны территорий. Начиная с 2000 г. комплексные масштабные эколого-геохимические и биоиндикационные исследования на территории г. Якутска проводятся Научно-исследовательским институтом прикладной экологии Севера Северо-восточного федерального университета (НИИПЭС СВФУ) (Саввинов Г.Н., Легостаева Я.Б., Шадрина Е.Г., Данилов П.П., Макаров В.С., Сивцева Н.Е., Степанова Т.М. и др.)

Химическое загрязнение является не только источником непосредственной опасности для здоровья населения и функционирования экосистем, но и обладает способностью к аккумуляции, создавая тем самым эффект «экологической бомбы» замедленного действия. Острота данной проблемы усугубляется многообразием поведения загрязнителей в различающихся по составу и структуре почвах природных комплексов. Резкая недостаточность крупномасштабных эколого-геохимических исследований и незначительный опыт исследователей к адаптации геохимических методов к сложной природной обстановке Якутии подчеркивают актуальность и своевременность постановки данных работ.

Материалы и методы. В рамках реализации Концепции семейной и демографической политики с 2009 г. ГУ РИАЦЭМ МОП РС (Я) и НИИПЭС СВФУ начаты совместные экогеохимические исследования в пределах селитебных территорий Южной Якутии. Всего за прошедший период проведено опробование почв и почво-грунтов на территории семи населенных пунктов Южной Якутии (табл.1)

Таблица 1

Объем фактического материала

Территория опробования	Общая площадь, км^2	Количество точек опробования, n	Количество образцов, n
г.Алдан	14,2	31	31
г.Нерюнгри	20,9	41	41
п.Томмот	11,8	20	20
п.Иенгра	3,83	13	26
п.Лебединый	3,02	13	26
п.Нижний Куранах	3,1	17	33
п.Верхний Куранах	1,5	13	26
Всего	58,35	148	203

Опробование проводилось с поверхности 0-10 см и на глубину до 10-20 см. В пределах населенного пункта основным опробованием охвачены центральные сектора методом профильного опробования с шагом 250 м и 500 м. После камеральной обработки во всех образцах почв и почво-грунтов проведено определение следующих химических элементов: Fe, Mn, Zn, Cu, Pb, Co, Ni, Cr, Sr, V, As и Ti. Определено валовое (общее) содержание элементов количественным атомно-адсорбционным методом на многоканальном газовом анализаторе МГА-915 ЛЮМЭКС в лаборатории физико-химических методов анализа НИИПЭС СВФУ (Аттестат аккредитации № РОСС RU. 0001.517741). Все анализы проводились в 2-х кратной повторности. Результаты исследований обработаны методом дисперсного анализа.

Определение величины техногенной нагрузки базируется на значении суммарного показателя загрязнения (Z), рассчитываемого по формуле: Z = Кк х (N-1), где:

§ N -количество элементов, участвующих в расчете показателя Zс,

§ Кк - коэффициент концентрации.

Значение Кк рассчитывается по формуле: Кк = С_х/С_ф , где: С_х - содержание элемента в конкретной пробе, С_ф - фоновое (природное) содержание этого элемента. В расчете параметров фонового содержания микроэлементов взяты фондовые данные НИИПЭС СВФУ (n=85), характеризующие содержания микроэлементов в почвах природных не нарушенных ландшафтов Южной Якутии в период с 2007 по 2010 г.г..

Нормирование проводилось относительно нормативов ПДК валового содержания в соответствии с Перечнем ПДК и ОДК химических веществ в почве (1993). К_ПДК рассчитывался как отношение содержания элементы в конкретной пробе к нормативу ПДК. В случае если для элемента не установлены нормативы, нормирование проходило относительно фоновых параметров. Оценка уровней техногенной нагрузки проводится по величине показателя Zс.

Оценка экологической опасности осуществляется в соответствии с ГОСТом 17.4.1.02-83 в зависимости от уровня загрязнения почвы без учета токсичности отдельных металлов.

Результаты. Территории населенных пунктов являются ареалом преобразования окружающей среды. Оно проявляется в виде замещения естественных природных ценозов урбо- и агроценозами. Появляются новые комплексы – селитебная застройка, промышленные зоны, мощные водозаборы с соответствующими объемами промышленно-бытовых стоков, сооружения социально-бытового назначения и т.д. Из всех компонентов экосистемы почвы в пределах населенных пунктов могут иметь самый высокий индекс загрязненности и, в свою очередь, могут являться источником загрязнения для сопредельных природных территорий, а также других компонентов экосистемы. Проводя ретроспективный анализ содержания микроэлементов в почвах пригородных территорий наиболее крупных населенных пунктов Южной Якутии – г. Алдан, п. Томмот, п. Лебединый, п. Ылымах, п. Заречный были выявлены некоторые весьма интересные тенденции (рис. 1).

.

Рис.1. Содержание микроэлементов в почвах пригородных территорий

населенных пунктов Южной Якутии

(по данным спектрального полуколичественного анализа)

Например, поданным спектрального полуколичественного анализа, проведенного в лаборатории ЦГАЛ ГГК РС (Я) (сейчас - лаборатория ГУ «Якутгеология» ГГК РС (Я)) в 1999 и 2008 годах, отмечено накопление марганца, цинка, мышьяка и свинца в почвах пригородных территорий крупных населенных пунктов Южной Якутии (V= 4,67 – 9,7 %). Это элементы первого и третьего класса опасности, которые (особенно Mn, Zn и As) генетически унаследованы от подстилающих пород, в частности это характерно для территории Центрально-Алданского района. Но значительное увеличение концентраций именно в почвах пригородных территорий на фоне относительно высоких содержаний свинца, свидетельствуют о комплексе факторов, ведущим среди которых является антропогенный.

По данным количественного анализа почво-грунты селитебных территорий в целом также отличаются более высокими содержаниями Pb, Co, Cr, Zn, Cu (рис. 2). Наиболее значимые отличия зафиксированы по марганцу: среднее в почвах Южной Якутии на уровне 92,28 мг/кг, а в почво-грунтах селитебных территорий Мn почти в 10 раз больше (870,96 мг/кг).

Рис.2. Среднее содержание микроэлементов в почвах и почво-грунтах

селитебных территорий Южной Якутии (по данным количественного атомно-адсорбционного анализа)

В целом для селитебных территорий Южной Якутии по данным площадных эколого-геохимических исследований последних лет характерны высокие концентрации Zn, Cu, Pb, As, причем каждый населенный пункт по характеру микроэлементного состава, коэффициентам концентрации (Кк) и коэффициентам превышения ПДК (К_ПДК) отличается своей спецификой, которая объясняется, прежде всего, генетически унаследованными геохимическими характеристиками подстилающих пород Алданского щита (табл. 4).

Наиболее крупный среди рассматриваемых населенных пунктов – г. Алдан является административным центром Алданского района РС (Я) и расположен на Алданском нагорье, в бассейне реки Алдан, на слиянии реки Орто-Сала и ручья Незаметный.

Таблица 4.

Характеристика микроэлементного состава почво-грунтов селитебных территорий Южной Якутии

(на момент исследований 2010 – 2012 гг.)

Элемент, мг/кг	Среднее содержание по выборке, n=120	Нерюнгринский район		Центрально-Алданский район
		г. Нерюнгри, n=62	п. Иенгра, n=26	г. Алдан, n=31	п. Лебединный, n=26	п. Верхний Куранах, n=26	п. Нижний Куранах, n =34	п. Томмот, n=20
Fe	3,58	3,31	4,54	3,93	3,71	2,68	4,25	2,37
Zn	96,86	78,63	64,65	149,01*	100,79	111,67	105,62	75,10
Cu	24,98	25,79	36,99	26,20	14,32	27,16	29,80	30,40
Mn	870,96	557,63	672,13	1077,86	1 739,22	713,31	1160,41	502,35
Pb	45,83	29,47	30,62	71,11	83,90	37,57	7,47	25,50
Co	11,06	12,50	12,66	11,80	8,39	10,54	10,70	11,66
Ni	22,99	18,96	35,43	22,03	20,32	21,36	29,06	22,45
Cr	74,23	67,78	96,86	72,32	69,50	68,28	81,95	70,50
Hg	0,04	-	0,03	0,02	0,05	0,05	0,03	0,03
Sr	306,12	335,45	509,33	281,19	240,50	232,65	251,41	203,02
V	52,78	56,86	67,81	50,75	46,81	44,74	4,80	43,16
As	14,95	11,23	11,07	18,92	24,83	12,81	9,82	10,87
Ti	0,42	0,57	0,58	0,51	0,34	0,24	0,26	0,31
Zc**	-	16,3-36,2	15,4- 35,1	12,0 -119,1	9,7- 62,8	14,0 – 41,5	14,4 -48,5	11,7-46,5

Примечание: * - цветом обозначены превышения средних содержаний в 1,5 и более раз

**- min – max значения суммарного показателя загрязнения почвенного покрова (Zc)

Город Алдан самый крупный населенный пункт в районе с хорошо развитой инфраструктурой, сетью автомобильных дорог с асфальтовым покрытием, железнодорожной станцией, действующим аэропортом. Площадь городской территории составляет порядка 156,8 тыс. км². Помимо жилых построек, промышленных и коммунально-складских территорий в городе выделены агрокомплексы, в которые входят подсобные хозяйства, пашни и огороды.

Ведущее место в экономике города занимает золотодобывающая отрасль. Кроме этого развита лесная и деревообрабатывающая отрасли - несколько малых деревообрабатывающих предприятий, пищевая отрасль и машиноремонтный завод.

Численность постоянного населения в г. Алдан - 55,0 тыс. чел., в том числе городского – 50,2 тыс. чел, сельского 4,8 тыс. чел. Согласно оценки природных условий для жизни населения район значительно уступает равнинным территориям Центральной и Северо-Западной Якутии, лежащим до 1000 км севернее. По данным медико-географического районирования территория относится к дискомфортным с затрудненной компенсацией, рекомендуемый срок проживания пришлых контингентов от 3 до 6 лет, полная адаптация возможна только для коренного населения, а оно составляет незначительную долю: ~ 4% - якуты, 3% - эвенки.

По данным геохимических исследований 1999 г. территория г. Алдан характеризовалась преимущественно допустимым уровнем загрязнения почвенного покрова (52% от всей площади города). Опасный и высоко опасный уровень загрязнения был отмечен на 47% территории г. Алдан. Локальные точки возмущения образовывали ареал в центре города. Отмечены значительные превышения фоновых содержаний по марганцу, цинку и свинцу. Превышение нормативов ПДК валового содержания зафиксированы по Zn в 7,3 раза и поV в 5,8 раз.

При сравнении средних содержаний по выборкам за последние годы наблюдений отчетливо видно повышение уровня концентраций Zn и Pb (рис.3). Остальные анализируемые микроэлементы находятся в статистически не значимых пределах колебаний. Сетью точек опробования 2010 г. покрыта территория центральной части г. Алдан общей площадью до 14,2 км². В рамках этого сектора допустимый уровень загрязнения почвенного покрова отмечен фрагментарно и занимает всего ~11% исследуемой площади. Микроэлементные спектры по значению коэффициентов концентрации характеризуются следующим составом: As _7,65 → Cr _6,6→V_2,8→Pb_1,7

Рис.3. Содержание некоторых микроэлементов почво-грунтах г. Алдан

по годам исследований

Таким образом, даже в пределах допустимого уровня загрязнения почвенного покрова отмечено превышение фоновых содержаний с Кк -1,7-7,6 и нормативов ПДК с К_ПДК= 1,2 – 3. По характеристике уровня загрязнения – это участки характеризуются наиболее низким уровнем заболеваемости населения. В целом территория г. Алдан отличается самой высокой степенью загрязнения почвенного покрова. Основными загрязнителями, накапливающимися в почво-грунтах центральной части города являются элементы I и II классов опасности – мышьяк (As), свинец (Pb), цинк (Zn) и хром(Cr). Уровень их накопления очень высок, в десятки раз превышает фоновые параметры и нормативы ПДК валового содержания.

Среди населенных пунктов Южной Якутии на втором месте по степени загрязнения почвенного покрова стоит территория поселка городского типа Лебединый, который основан в 1927 году в связи с открытием и разработкой месторождений золота. А статус посёлка городского типа присвоен в 1969 году. На момент 2007 г. в поселке проживало 1169 жителей. Население занято в основных во вспомогательных производствах рудника «Лебединый». На территории п.Лебединый основную часть занимают жилые постройки и коммунально-бытовые сооружения. Большое влияние на экологическую обстановку имеют разрабатываемые и отработанные карьеры и связанные с ними гидротехнические сооружения, отвалы, подъездные дороги. По данным эколого-геохимической съемки 1999 г. территория п. Лебединый характеризовалась преимущественно умерено опасным и опасным уровнем загрязнения, занимающим более 80% территории поселка.

При сравнении данных за 2008 и 2010 года исследований выявлено увеличение концентраций марганца (рис. 4), по остальным элементам значимых изменений нет.

Рис.4. Содержание некоторых микроэлементов почво-грунтах

п. Лебединый по годам исследований

По значениям суммарного показателя загрязнения территория п. Лебединый по результатам исследований 2010 г. характеризуется преимущественно умеренно опасным (59,5%) и опасным уровнем загрязнения.

Таким образом, за время наблюдений с 1999 по 2010 г. эколого-геохимическая ситуация на территории п. Лебединый остается стабильно опасной. И если природные территории характеризуются более благополучной ситуацией с допустимым уровнем загрязнения Zc=9,69 -16, то основная часть территории поселка отличается Zc=33,1 – 62,8. Необходимо отметить, что наиболее загрязненный участок – это территории водозабора, что само по себе вызывает очень большую тревогу.

Остальные территории населенных пунктов, расположенных в пределах Центрально-Алданского района характеризуются преимущественно допустимым и умеренно опасным загрязнением почвенного покрова.

В рамках эко-геохимических работ 2010 г. проведено опробование двух населенных пунктов в Нерюнгринском районе – г. Нерюнгри и п. Иенгра, по геоморфологическим характеристикам расположенных на северных отрогах Станового хребта, с абсолютными высотами 800—850 м.

Город Нерюнгри расположен на правом берегу реки Чульман, в 70 км от её впадения в реку Тимптон, в 820 км по автодороге «Лена» от г.Якутска. Исторически сложилось так, что город Нерюнгри развивался в два этапа и теперь разделен на два района, так называемый «старый город» — ныне нежилая индустриальная зона и «новый город» — жилые кварталы, расположенные ближе к Амуро-Якутской магистрали. Нерюнгри проектировался по общепринятым в России нормам и, тем не менее, обладает яркой индивидуальностью. Горный ландшафт затруднял строительство, но он же подсказал оригинальные пространственные решения, которые отличают город от многих северных городов и прежде всего это благоустройство городских улиц. По данным 2005 г. в г. Нерюнгри проживает 65 750 человек.

Основу экономики г. Нерюнгри и всего Нерюнгринского района составляют отрасли промышленности, специализирующиеся на добыче угля, золота, выработки электроэнергии. В пределах селитебных территорий расположены: обогатительная фабрика по производству концентрата коксующегося угля, Нерюнгринская ГРЭС, ремонтно-механический завод, Нерюнгринская птицефабрика (НПФ), железнодорожная станция и мастерские обслуживания.

Территория существующего сегодня муниципального образования «Сельское поселение «Село Иенгра», составляет 191 гектар. Из 1 260 человек, проживающих сегодня в селе, 870 составляют эвенки. На сегодняшний день большая часть территории этих дух населенных пунктов характеризуется умеренно опасным уровнем загрязнения с достаточно высокими концентрациями Cr, As и V. Для примера на рис. 5. Приведена карта-схема состояния территории г. Нерюнгри по суммарному загрязнению почвенного покрова.

Рис. 5. Карта-схема состояния территории г. Нерюнгри по суммарному показателю загрязнения почвенного покрова

Выводы. Анализ ранее проведённых эколого-геохимических исследований урбанизированных территорий городов России и работ по территории РС (Я) на данном этапе показывает, что в целом изучение ограничивается, как правило, оценкой состояния территории того или иного населенного пункта по общему валовому содержанию тяжелых металлов и некоторых микроэлементов. Практически нет данных о вещественном составе городских почв, геохимических условиях, радиогеохимических особенностях, за небольшим исклюючением последних лет исследований нет данных о составе подвижных наиболее опасных и миграционноспособных форм микроэлементов. Помимо прямого токсического действия для многих элементов характерны отдаленные эффекты, которые затрагивают основополагающие функции живых организмов, поэтому степень их вредности в конечном итоге может быть значительно больше. Следовательно, важно оценивать не только токсичные концентрации элементов, но и формы их нахождения. Представленные результаты являются основой для дальнейшего контроля за состоянием почв и почво-грунтов селитебных территорий Южной Якутии и разработки программ реабилитации городских территорий.

Список литературы

1. Бочаров В.Л., Бугреева М.Н., Батов В.М. Экологические проблемы малых городов России // II Всероссийская научно-практическая конференция. Антропогенное воздействие и здоровье человека.Тез.докл.-Калуга,1995. - с.11-12.

2. Геохимия окружающей среды / Сает Ю. Е., Ревич Б. А., Янин Е. П. и др. М: Недра, 1990. 335 с.

3. ГОСТ 17.4.1.02-83. Охрана природы. Почвы. Классификация химических веществ для контроля загрязнения.

4. Ильин В.Б., Сысо А.И. Микроэлементы и тяжелые металлы в почвах и растениях Новосибирской области.- Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2001 - 229 с.

5. Коноровский А.К., Чевычелов А.П., Шиндлер Д.Р. Круговорот элементов в таежных ландшафтах Южной Якутии. - В кн.: Мерзлотные почвы Якутии и их использование, Якутск, 1984, С. 49 - 60.

6. Методические рекомендации по геохимической оценке загрязнения территории городов химическими элементами. М.: ИМГРЭ, 1982а. 112 с.

7. Легостаева Я.Б., Макаров В.С., Сивцева Н.Е. Эколого-геохимическая оценка состояния территории г. Якутска и прогноз дальнейшего развития ситуации/Научное обеспечение решения ключевых проблем развития г. Якутска.- Якутск: ООО «Издательство Сфера», 2010.- 185 -190

8. Перечень ПДК и ОДК химических веществ в почве, М., 1993 г.

9. Убугунов В.Л., Кашин В.К. Тяжелые металлы в садово-огородных почвах и растениях г. Улан-Удэ.- Улан-Удэ: изд-во БНЦ СО РАН, 2004.- 128 с.

10. Экогеохимя городов Восточной Сибири/И.С. Ломоносов, В.Н. Макаров, А.П. Хаустов и др. Якутск: Ин-т мерзлотоведения СО РАН, 1993.- 108 с.