ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ УРБАНОГЕННОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ ПОЧВ СТЕПНОЙ ЗОНЫ ЮЖНОГО УРАЛА 

ECOLOGICAL-GEOCHEMICAL PECULIARITIES OF URBANOGENIC TRANSFORMATION OF SOILS OF THE STEPPE ZONE OF THE SOUTH URAL 

А.И. Климентьев¹, И.В. Ложкин², Д.Г. Поляков³

A.I. Klimentyev¹, I.V. Lozhkin², D.G. Polyakov³ 

¹Оренбургский государственный аграрный университет (Россия, 460014, г. Оренбург, ул. Челюскинцев, 18)

²Оренбургский государственный педагогический университет (Россия, 460844, Россия, г. Оренбург, ул. Советская, 19)

³Отдел геоэкологии Оренбургского научного центра Уральского отделения РАН (Россия, 460014, г. Оренбург, ул. Набережная, 29) 

¹Orenburg State Agrarian University (Russia, 460014, Orenburg, Сhelyuskintsev Str. 18)

²Orenburg State Pedagogical University (Russia, 460844, Orenburg, Sovetskaya Str. 19)

³Department of Geoecology of the Orenburg scientific center, Ural Division, Russian Academy of Sciences

(Russia, 460014, Naberezhnaya Str. 29) e-mail: ¹orensau@mail.ru; ²ospu@ospu.ru; ³geoecol-ONC@mail.ru

На основе анализа фактического материала и литературных данных последних лет рассмотрены основные особенности эколого-геохимического состояния городских почв Оренбургской области. Выявлен сложный характер пространственного распределения педохимических параметров (в т.ч. тяжелых металлов) в городских ландшафтах региона.

Based on the analysis of the factual material and literary data of recent years, the main features of the ecological and geochemical state of urban soils of the Orenburg region are considered. The complex character of the spatial distribution of pedochemical parameters (including heavy metals) in urban landscapes of the region is revealed. 

Урбанизированные территории представляют собой уникальный тип природно-антропогенных систем, в которых максимально проявляется преобразующая деятельность человека. Современный город меняет в рамках своей территории и на значительном расстоянии за её пределами (как правило, площадь воздействия города превышает его территорию в 20-50 раз [11]) весь окружающий мир. В этой системе коренным образом изменены практически все компоненты природных геосистем – атмосфера, вода, почва, растительность, физические поля, даже климат. Это приводит к потере экологической устойчивости всей системы, быстрому падению качественных параметров всех компонентов и повышению степени экологического риска для здоровья человека. В связи с этим объективная оценка экологической ситуации и выявление наиболее острых экологических проблем в городах, является одной из сложнейших проблем, решение которой возможно лишь объединенными усилиями представителей разных наук, среди которых важнейшая роль принадлежит географии.

Особую актуальность данная проблема имеет для урбанизированных территорий Оренбургской области, являющейся крупным регионом Южного Урала с многоотраслевой промышленностью, интенсивным сельским хозяйством  и характеризующейся весьма напряженной, а местами кризисной экологической обстановкой.

Цель данной работы - выявление и анализ эколого-геохимических особенностей трансформации почв степной зоны Южного Урала (в пределах Оренбургской области) в условиях городской среды.

Основу содержания работы составили результаты многолетних эколого-геохимических исследований ландшафтов и почв урбанизированных территорий Южного Урала [6, 7]. В качестве дополнительной информационной базы в работе использовались также различные источники почвенно-экологической информации, в том числе теоретические работы [3, 8 11], материалы периодической печати [2, 5], картографические и статистические материалы экологических служб региона и РФ [1, 4, 9, 10]. Для определения фоновых концентраций тяжелых металлов в естественных, условно-ненарушенных почвах региона использовались аналитические данные Красной книги почв Оренбургской области [8].

На протяжении всей истории развития Оренбургской области, процесс её урбанизации был тесно связан с ходом её промышленного освоения. Наиболее интенсивно развитие городов области проиcходило в период индустриализации и освоения минеральных ресурсов. Многие промышленные центры Оренбургской области, возникновение которых было связано с добычей и переработкой определенных видов минерального сырья, сохраняют геохимическую специфику преобладающих техногенных потоков (Медногорск и Гай - медь  и цинк, Новотроицк - железо, Орск - никель и кобальт, Ясный - хризотил-асбест [6].

В настоящее время (на 1.01.2017 г.) уровень урбанизации в Оренбуржье составляет 60,1%. Однако, несмотря на то, что уровень урбанизации в Оренбургской области значительно ниже, чем в среднем по России (74%), сложившаяся исторически отраслевая структура промышленности большинства городов, с высокой долей экологически опасных производств, обуславливают актуальность изучения проблем оптимизации экологического состояния городской среды.

Согласно статистическим данным [4], валовый выброс загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных и передвижных источников за 2016 г. в Оренбургской области составил 783,8 тыс. тонн. Поскольку подавляющая часть стационарных источников и автотранспорта сконцентрирована в городах, то удельные выбросы на каждого городского жителя составляют более 650 кг.

Исходный естественный почвенный покров Оренбургской области представлен закономерным сочетанием следующих типов и подтипов почв, характерных для степной зоны Южного Урала: темно-серые лесные (0,4% от общей площади), выщелоченные (2,35%), типичные 5,1%), обыкновенные (21,6%) и южные чернозёмы (22,8), тёмно-каштановые почвы (4,3%). Для всех почв региона характерны высокая степень гумусонакопления и карбонатность, связанная с повышенным содержанием карбонатов в почвообразующих породах и биогенной аккумуляцией их в гумусовых горизонтах. Достаточно широкое развитие имеют также в различной степени засоленные почвы.

Почвы урбанизированных территорий существенно отличаются от естественных зональных почв. Почвенный покров города представляет собой сложное сочетание  разнообразных антропогенных модификаций естественных почв и искусственно-созданных почвоподобных образований.

Характерным признаком урбаногенной трансформации почв является резкое увеличение пространственной неоднородности основных физических и физико-химических параметров: гранулометрического состава, содержания органического вещества, величины рН, емкости поглощения и т.д. Именно эти параметры контролируют процессы трансформации, накопления и выноса техногенных веществ в почвенной толще. В урбаноземах, вследствие образования многочисленных педохимических барьеров, нарушается вертикальная и латеральная структура миграции химических элементов.

Одним из наиболее опасных с экологической точки зрения процессов техногенного преобразования городских почв является изменение их химического состава и, в частности, загрязнение тяжелыми металлами (ТМ) и металлоидами. Высокое содержание металлов в городских почвах во многом обусловлено кумулятивным эффектом воздействия в течение длительного времени многочисленных, незакономерно расположенных источников загрязнения.

Плановый экологический мониторинг почв населенных мест Оренбургской области проводился с 1996 по 2011 гг. Наиболее детальное эколого-геохимическое исследование загрязнения почв (поверхностные горизонты, с глубин 0-10 и 30-40 см) ТМ (подвижные формы) было проведено в 2011 году (ООО НПП ГИПРОЗЕМ). Всего было исследовано 38 населенных пунктов (включая все районные центры области) на 310 реперных участках, где было отобрано 620 образцов.

Оценка опасности экологического состояния почв проводилась на основе сопоставления полученных данных с ПДК [9]. При статистической обработке аналитических данных были рассчитаны средние значения концентраций и коэффициенты корреляции для выявления геохимических ассоциаций металлов. При всей своей условности, такой подход позволяет анализировать совместное влияние многих элементов и показывает степень отличия каждой точки опробования или населенного пункта от других и естественного природного фона (рис. 1).

Рисунок 1. Распределение подвижных форм тяжелых металлов в поверхностном слое почв населенных пунктов Оренбургской области 

Сравнительный анализ полученных данных позволяет сделать следующие выводы:

1. Максимальные уровни накопления ТМ в почвах наблюдаются в крупных городах области. Количество участков, в которых средние значения металлов превышают ПДК составляют: в Оренбурге 50%, Орске 67%, Медногорске 90%, Кувандыке 45%. Бузулуке 57%, Бугуруслане и Гае 60%. В целом по области доля участков, на которых обнаружено загрязнение составляет 43%.
2. По степени техногенного накопления в почвах лидирующие позиции занимают свинец и цинк (84 и 71 участков с концентрациями выше ПДК), за которыми следует медь (54), кадмий (49) и другие металлы. В динамике с 1996 г. во всех крупных городах наблюдается существенная изменчивость их содержания в почвах. Это свидетельствует о значительной зависимости содержания ТМ от внешних факторов, обусловливающих накопление и их вынос из верхних горизонтов почв.
3. В городских почвах коэффициенты корреляции исследованных металлов характеризуются высокими значениями, что показывает их большую степень ассоциированности. Для г. Оренбурга характерна следующая группа ассоциированных элементов – свинец-медь-цинк (Pb↔Cu=0,72, Pb↔Zn=0,58, Zn↔Cu=0,60). В г. Бузулуке ассоциированная группа элементов – свинец- медь (0,57), в г. Орске группа элементов – никель-медь-кобальт (0,71-0,77), в г. Медногорске наблюдается одна ассоциация – медь-свинец-цинк-кадмий и невысокие значения коэффициентов корреляции.
4. С позиций геохимии ландшафтов почвы урбанизированных территорий представляют собой своеобразные техногенные геохимические провинции широкого круга химических элементов, аномальное накопление которых представляет реальную экологическую опасность. Понимание сложных процессов формирования химического состава городских почв дает возможность разработать комплекс практических мер по их охране, рациональному использованию, восстановлению и улучшению. 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Атлас мониторинга земель Оренбургской области / Под ред. А.М. Русанова, Н.И. Прихожая, И.А. Новоженина. Оренбург: Изд-во Печатный дом «Димур», 2004. 58 с.
2. Блохин Е.В. Эколого-геохимическое состояние почвенного покрова Оренбургской области / Е.В. Блохин, И.В. Грошев // Охрана окружающей среды Оренбургской области: Информ.-аналит. ежегодник / Под ред. В.Ф. Куксанова. Оренбург, 2001. С. 103-122.
3. Герасимова М.И. Антропогенные почвы: генезис, география, рекультивация / М.И. Герасимова, М.Н. Строганова, Н.В. Мажарова, Т.В. Прокофьева. Смоленск: Ойкумена, 2003. 268 с.
4. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Оренбургской области в 2016 году». Оренбург, 2017. 236 с.
5. Добровольский В.В. Ландшафтно-геохимические критерии оценки загрязнения почвенного покрова тяжелыми металлами // Почвоведение. 1999. №5. С.639-645.
6. Климентьев, А.И. Геоэкологическая оценка почвенного покрова урбанизированных территорий (на примере г. Оренбурга). / А.И. Климентьев, И.В. Ложкин, А.П. Трубин. Екатеринбург: УрО РАН, 2006. 184 с.
7. Климентьев А.И. Оценка эколого-геохимического состояния поверхностного слоя почв селитебных территорий Оренбургской области / А.И. Климентьев, Д.Г. Поляков // Бюллетень Оренбургского научного центра УрО РАН (электронный журнал), 2013. № 2. С. 1-7.
8. Красная книга почв Оренбургской области / Климентьев А.И., Чибилёв А.А., Блохин Е.В., Грошев И.В. Екатеринбург: УрО РАН, 2001. 296 с.
9. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве: Гигиенические нормативы. М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2006. 15 с.
10. Региональный доклад о состоянии и использовании земель в Оренбургской области. Оренбург: Управление Федеральной службы государственной регистрации, кадастра и картографии, 2011-2015 гг.
11. Экогеохимия городских ландшафтов / Под ред. Н.С.Касимова. М.: Изд-во МГУ, 1995. 336с.