Вміст важких металів у дорожніх ландшафтно-інженерних системах (на прикладі автотраси Київ - Одеса)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вміст важких металів у дорожніх ландшафтно-інженерних системах (на прикладі автотраси Київ - Одеса)

Дідура Р.В.

аспірант, кафедри географії

Вінницького державного педагогічного університету

ім. М. Коцюбинського

Анотація

забруднення метал ґрунтовий покрив

У статті розглянуто проблему забруднення важкими металами ґрунтового покриву придорожніх смуг; проаналізовано попередній досвід закордонних та вітчизняних науковців щодо проблеми дослідження. Для дослідження сучасного геохімічного стану ґрунтового покриву виокремлено та обґрунтовано вісім ділянок дослідження які знаходиться у м Київ (Київська обл.); в околицях м. Біла Церква (Київська обл.); в с. Нестерівка (Черкаська обл.); с. Піківець (Черкаська обл.);у м. Умань (Черкаська обл.); смт Криве Озеро (Миколаївська обл.); у межах Хаджебейського лиману (Одеська обл.); та м. Одеса (Одеська обл.). Зразки ґрунту відбирали на відстані 5, 10 та 15 м від полотна автодороги, на глибині 0-10 см у ясну погоду. Результати аналізів показують, що в ґрунті накопичуються важкі метали, особливо: Zn, Cu, Cd, Pb. Майже всі важкі метали знаходяться в межах допустимої норми, і не перебільшують ГДК на автомагістралі Київ - Одеса, однак є важкі метали, які перевищили рівень ГДК вдвічі. Виокремлено аномальну ділянку та території автомагістралі Київ - Одеса, яка знаходиться поблизу м. Умань на розвилці «лист конюшини», і формує аномальну для довкілля зону, де вміст Zn на відстані 10 м від полотна дороги становить - 40,90 мг/кг, що перевищує значення рухомої форми ГДК в два рази. Подібних досліджень на території дорожньої ландшафтно-інженерної системи Київ - Одеса не проводили, що є актуальним у наш час.

Ключові слова: дорожня ландшафтно-інженерна система, автодорога Київ - Одеса, важкі метали, ділянка, ГДК, забруднення ґрунтів, цинк, свинець, кадмій, мідь.

Аннотация

В статье рассмотрена проблема загрязнения тяжелыми металлами почвенного покрова придорожных полос; проанализированы предыдущий опыт зарубежных и отечественных ученых по проблеме исследования. Для исследования современного геохимического состояния почвенного покрова выделены и обоснованно восемь участков исследования, которые находится в г. Киев (Киевская обл.), в окрестностях Белая Церковь (Киевская обл.), в с. Нестеровка (Черкасская обл.), с. Пиковец (Черкасская обл.), в г. Умань (Черкасская обл.), пгт Кривое Озеро (Николаевская обл.), в пределах Хаджебейського лимана (Одесская обл.) и г. Одесса (Одесская обл.). Образцы почвы отбирали на расстоянии 5, 10 и 15 м от полотна автодороги, на глубине 0-10 см в ясную погоду. Результаты анализов показывают, что в почве накапливаются тяжелые металлы, особенно: Zn, Cu, Cd, Pb. Почти все тяжелые металлы находятся в пределах допустимой нормы и не превышают ПДК на автомагистрали Киев - Одесса, однако есть тяжелые металлы, которые превысили уровень ПДК вдвойне. Выделено аномальную область на территории автомагистрали Киев - Одесса, которая находится вблизи г. Умань на развилке «клеверный лист», и формирует аномальную для окружающей среды зону, где содержание Zn на расстоянии 10 м от полотна дороги составляет - 40,90 мг / кг, что превышает значение подвижной формы ПДК в два раза. Подобных исследований на территории дорожной ландшафтно-инженерной системы Киев - Одесса не проводили, что является актуальным в наше время.

Ключевые слова: дорожная ландшафтно-инженерная система, автодорога Киев - Одесса, тяжелые металлы, участок, ПДК, загрязнение почв, цинк, свинец, кадмий, медь.

Abstract

The article deals with the problem of contamination of the soil by the roads of Kyiv - Odesa highway with heavy metals; the previous experience of foreign and domestic scientists on the research problem has been analyzed; areas for field research, on which soil samples were taken, have been selected; physical and geographical characteristics of the study area has been given. For determination of the moving form of heavy metals in the soil of the roadside zone soil samples were taken independently according to GOST 17.4.3.01 and GOST 17.4.4.02, at the distance of 5, 10 and 15 m from Kyiv - Odesa highway, at the depth of 0-10 cm in clear weather. The analyses were performed by atomic absorption spectrometry according to DSTU. Chemical elements in the soil cover of Kyiv - Odesa highway have been identified. It was investigated that heavy metals Zn, Cu, Cd, Pb were the most active. Almost all chemical elements are within the limits of maximum allowable concentration, but abnormal areas also occur. It is reported that cadmium and zinc occur throughout the study area, and accumulate above the norm of maximum allowable concentration, which is environmentally hazardous. Little attention is paid to this kind of research in the territory of Kyiv-Odesa road landscape-engineering system, so this problem is relevant today.

Key words: road landscape engineering system, Kyiv - Odesa highway, heavy metals, area, maximum permissible concentrate (MPC), soil pollution, zinc, plumbum, cadmium, copper.

Актуальність теми дослідження. Активний розвиток дорожнього транспорту спричинює низку екологічних проблем. Однією із цих проблем є забруднення важкими металами ґрунту. Надмірна кількість у придорожніх ґрунтах важких металів сприяє змінам їх фізико-хімічних властивостей, особливо гумусного шару (0-50 см). Для рослин надмірна кількість ВМ призводить до порушення процесів метаболізму, пригальмовує ріст та розвиток, надмірна кількість ВМ у ґрунті сприяє процесу деградації та ерозії. Окремі хімічні елементи при надмірній їх концентрації спричиняють хвороби, можуть викликати канцерогенну дію та мутації у структурі ДНК людини і тварини.

Безперечним лідером забруднення атмосферного повітря є автомобільний транспорт. Джерелами забруднення навколишнього середовища під час експлуатації автотранспорту є двигуни внутрішнього згорання. Вони викидають у повітря гази, перероблені речовини, сажу та інші полютанти, які осідають у примагістральних смугах (5-100 м від полотна автодороги). До дорожніх ландшафтів майже завжди примикають сільськогосподарські, промислові, водні, селитебні, рекреаційні та інші ландшафти, які теж потрапляють під шкідливий вплив функціонування автотранспорту. Загальна кількість ВМ у грунті є показником, який дозволяє визначити темпи та ступінь забруднення. Це зумовлює необхідність постійного контролю за вмістом важких металів у придорожніх смугах.

Стан вивчення питання, основні праці. Дослідженням вмісту важких металів у грунтах придорожніх смуг займались вітчизняні та закордонні вчені: О.А. Парфенова, Н.В. Прохорова та Н.М. Матвеєв, О.М. Вальчук-Оркуша, О.О. Галаган, О.В. Грабовський, Г.І. Денисик, Л.Л. Довбиш, Ж. Дерій, О. Купчик, А.І. Мельник, Т.М. Мислива, М.В. Танасюк, Г.О. Усманова, Г.Д. Ходан, О.С. Черниш та інші.

Парфенова О.А. розглядала вплив автотранспорту на примагістральні території [5, с. 590-592], і зафіксувала тенденцію до накопичення важких металів у 50 метровій смузі. Прохорова Н.В. та Матвеєв Н.М. досліджували вплив важких металів в екосистемах під впливом техногенезу [6, с.125-128]. Вчені виділили основні шляхи потрапляння важких металів у грунт, їх міграцію та акумуляцію.

У межах Поділля Г.І. Денисик та О.М. Вальчук-Оркуша виділили етапи формування дорожніх ландшафтів Поділля, дослідили їх структуру, регіональні типи, геохімічні та екологічні особливості, провели їх класифікацію та районування [3, с.110-П4]. На території Чернівецької області еколого-геохімічну оцінку дорожніх геосистем провели М.В. Танасюк та Г.Д. Ходан [8, с.111-П4]. М. Волошин та О.О. Галаган вивчали дорожні ландшафтні системи та особливості забруднення приавтомагістральних території у межах Волині, змоделювали розподіл важких металів у примагістральних геосистемах [1, с. 28-33]. На території Чернігівської області А.І. Мельник та Г.О. Усманова проводили дослідження на вміст важких металів у грунті та овочевої продукції в зоні автотраси Чернігів - Гомель [7. с.25-30]. Міграцію та акумуляцію важких металів в агроценозах прилеглих до автомагістралей у Закарпатському регіоні, займався О.В. Грабовський [2, с. 14-15].

Мета статті: здійснити, аналіз та оцінку забруднення важкими металами грунтового покриву примагістральної смуги дорожньої ландшафтно-інженерної системи Київ - Одеса.

Методи дослідження. Методика проведення геохімічних досліджень зокрема дорожніх ландшафтів розроблена достатньо. Для визначення рухомої форми важких металів в грунтах придорожньої зони зразки грунту відбирали самостійно згідно з ГОСТ 17.4.3.01 і ГОСТ 17.4.4.02, на відстані 5, 10 та 15 м від автомагістралі Київ - Одеса. Глибина взяття проб грунту сягала від 0 до 10 см у п'ятикратній повторності. У зв'язку із меридіональним розташуванням автотраси обрано 8 натурних ділянок, на відстані 50-60 км одна від одної. Проби грунтів відбирали у поліетиленові пакети із паспортом до кожної проби. Безпосередньо після відбору, проби грунту висушили до повітряно- сухого стану у приміщенні та були передані до лабораторії Черкаської філії державної установи «Інститут охорони грунтів України». Аналізи виконано методом атомно-абсорційної спектрометрії згідно МВВ34-497058-015-2003.

Виклад основного матеріалу

Автотраса Київ - Одеса сполучає центральну економічну частину держави із рекреаційно-туристичним узбережжям Чорного моря. Автотраса простягається на 453,3 км у меридіональному напрямі та співпадає на території України із Міжнародним транспортним коридором №9, який має назву Е-95 Санкт-Петербург - Мерзифон. Автотраса перетинає 5 адміністративно-територіальних структур України. Ширина дороги 14 м, інтенсивність руху складає 235-508 автомобілів за годину, з яких 72-160 вантажні, у зимовий період кількість автомобілів становить 13-14тисяч, у літній період кількість автомобілів зростає до 24-25 тисяч за добу.

Серед важких металів виокремлюють близько 40 хімічних елементів: V, Мп, Fe, Со, №, Си, 2п, РЬ, Ві, Сг, ^, Sn та інші. Всі хімічні елементи поділені на три класи небезпеки в залежності від їх активності та впливу на ґрунти. Однак 2и, Си, С^ РЬ є одними із найбільш шкідливих, тому їх вміст у ґрунті був визначений першочергово.

Для дослідження вмісту важких металів було обрано 8 натурних ділянок, які безпосередньо примикають до дорожньої ландшафтно-інженерної системи Київ - Одеса.

Перша натурна ділянка знаходиться у м. Київ (Київська обл.). Просторово знаходиться у межах лісостепової зони. У геологічного погляду ділянка приурочена до Українського кристалічного щита (УКЩ), який простягається через всю територію України з північного заходу на південний схід майже до узбережжя Азовського моря. У ландшафтній структурі переважають височини з потужним антропогеновим покривом на палеоген- неогенових відкладах. Лесові височини розчленовані, з сірими лісовими ґрунтами та грабовими дібровами. Вміст важких металів у грунтовому покриві на цій ділянці знаходиться в нормі. Однак деякі хімічні елементи, близькі до надмірної кількості. Кадмій на цій ділянці становить 0,28 мг/кг при гранично допустимій концентрації (ГДК) - 0,7 мг/кг, із часом, при надмірному техногенному навантажені, цей елемент перейде до класу небезпечних речовин. Кадмій взаємопов'язаний із цинком, та має схожі хімічні властивості. Цинк на цій ділянці теж знаходиться в межах норми та не перевищує ГДК. Для всіх хімічних елементів на локальній ділянці м. Київ зафіксовано тенденцію до зменшення вмісту важких металів від джерела забруднення.

Друга натурна ділянка зосереджена в околицях м. Біла Церква (Київська обл.), яка знаходиться в межах лісостепової зони. За геолого- геоморфологічною будовою ділянка автотраси Київ - Одеса, розташована у межах УКЩ, де на поверхню виходять докембрійські осадово- метаморфічні і магматичні породи, архейські граніти, гнейси та інші відклади, які ускладнюють структуру дорожнього ландшафту.

Окремі структури кристалічного щита, є основою формування ландшафтно-інженерної системи Київ - Одеса. Білоцерківська лінія тектонічного розриву

УКЩ, яка займає північно-східну частину автодороги призвела до формування долин річок Рось, Гнилий та Гірський Тікич, через які побудовано інженерні споруди, мости та шляхопроводи автодороги Київ - Одеса. У ландшафтній структурі переважають лесові височини, сильно розчленовані ярами і балками, врізаними в неогенові відклади, з чорноземами типовими середньо-гумусними, з дібровами. Рухома кількість ВМ неоднорідно розшаровується у грунтовому профілі. Найбільший вміст спостерігається у гумусовому шарі, а також в ілювіальному та карбонатних горизонтах. На досліджуваній локації всі хімічні елементи знаходились в нормі. Однак свинець перевищує ГДК в 1,5 рази, і становить - 9,1 мг/кг, що є небезпечно для ґрунтів придорожньої смуги. Надмірна кількість свинцю у ґрунті пояснюється тим, що на околицях м. Біла Церква функціонує один із найбільших заводів в Україні із виготовлення шинної продукції «Rosava». Також зафіксовано тенденцію до зменшення вмісту важких металів від джерела забруднення.

Інша локальна ділянка зосереджена в околицях с. Нестерівка (Черкаська обл.) та знаходиться в межах лісостепової зони. У тектонічному відношенні ділянка приурочена до УКЩ. Ландшафтна структура представлена лесовими височинами, сильно розчленованими ярами і балками, врізаними в кристалічні породи, з чорноземами типовими малогумусними та опідзоленими, в рослинному покриві переважають грабові діброви. Хімічні елементи на локальній ділянці знаходяться в нормі та не перевищують ГДК. Зафіксовано тенденцію до зменшення важких металів від полотна автодороги, однак на відстані 5 метрів показник вмісту шкідливих елементів мінімальний, а на відстані 10 м це показник зростає на набуває максимального значення, на відстані 15 м показник вмісту ВМ спадає. Пояснюється це тим, що рельєф на якому побудована автодорога вносить зміни до розсіювання ВМ у придорожній смузі. Локальна ділянка розташована на схилі крутизною 80, який слугує бар'єром та затримує важкі метали, котрі осідають при переносі повітряних мас. Тому показник в 10 м смузі більший ніж 5 м.

Наступна локальна ділянка знаходиться в околицях с. Піківець (Черкаська обл.) і розташована в межах лісостепової зони. У тектонічному відношенні приурочена до УКЩ. У ландшафтній структурі переважають лесові височини, розчленовані ярами та балками, врізаними в кристалічні породи, з сірими і темно - сірими лісовими ґрунтами, і представлені грабовими дібровами. Виявлені такі важкі елементи як: 2п, Си, Cd, РЬ. Показник свинцю перевищує ГДК у 1,5 рази і становить 9,3 мг/кг. Надмірна кількість свинцю спричиняє пригнічений ріст та розвиток рослин. Ці рослини можуть стати кормовою базою для тварин і потрапити до організму людини. Тому продукція, яка вирощена поблизу цієї ділянки автомагістралі потребує детальної уваги.

Ділянка в околицях м. Умань (Черкаська обл.), теж знаходиться у лісостеповій зоні, і приурочена до тектонічної структури УКЩ. У ландшафтній структурі переважають лесові височини, сильно розчленовані ярами і балками, врізаними в неогенові відклади, з чорноземами типовими середньо-гумусними, з грабовими дібровами. Дослідженні хімічні елементи знаходяться в межах норми. ВМ вступають у хімічні зв'язки та залишаються у верхніх родючих шарах горизонту, стаючи малорухомими. На цій локації цинк перевищує допустимий показник в 2 рази: при ГДК 23 мг/кг становить - 44,5 мг/кг. Значний вміст 2п пояснюється тим, що досліджувана ділянка знаходиться на розвилці «лист конюшини» (Черкаська обл.), де перетинаються напрями автодоріг М - 05 Київ - Одеса із автодорогою М - 12 Стрий - Тернопіль - Кропивницький - Знам'янка. Тут транспортне навантаження на автодорогу подвійне. Натурна ділянка дослідження має невелику площу. Це дало змогу виділити її як аномальну ділянку впливу важких металів. Моніторинг на вміст цинку поблизу м. Умань на розвилці «лист конюшини» показав, що із часом кількість важкого металу у ґрунті поступово зменшується. Ґрунт як природне тіло має властивість до самовідновлення, і поступово переводить ВМ в малорухому форму, де вони розкладаються і руйнуються. Однак, у майбутньому цей показник може сягнути норми. Тепер вміст 2п у ґрунті знаходиться у надмірній кількості, що є небезпечним для нормального функціонування ґрунтової біоти та рослинного покриву. Цинк тісно пов'язаний із кадмієм, чим більша концентрація цинку тим більше кадмію є у ґрунті. У наших дослідженнях це підтвердилось, кількість кадмію на досліджуваній ділянці теж висока.

Наступна локальна ділянка знаходиться в околицях смт Криве Озеро (Миколаївська обл.), в степовій зоні. У тектонічному відношенні ділянка приурочена до УКЩ. Ландшафтна структура представлена лесовими височинами, що сильно розчленована ярами і балками, врізаними в неогенові відклади, з чорноземами типовими середньо гумусними, з дібровами. Досліджувані важкі метали на цій ділянці знаходяться в межах ГДК, вміст деяких хімічних елементів знаходяться нижче норми. Простежується значна різниця у вмісті ВМ між пісчанними та суглинковими породами: в пісчанних їх набагато менша концентрація ніж в суглинках і глинах. В основному це пов'язано із несхожістю мінералогічного складу ґрунтів. В піску переважає кварц в якому майже відсутні ВМ, тоді як в суглинках і глинах велика кількість глинних мінералів, які багаті на важкі метали.

Ділянка поблизу Хаджибейського лиману (Одеська обл.), у степовій зоні приурочена до Причорноморської низовини. У ландшафтній структурі представлені лиманно-морські низовини, з солонцями і солончаками, полиново-злаковою та псалофітно-галофітною рослинністю. Мідь та цинк на цій ділянці знаходиться в межах норми та не перевищує ГДК. Однак свинець та кадмій перевищують норму. Свинець перевищує в 1,5-2 рази ГДК, на відстані 5, 10 та 15 м, цей показник не спадає і перевищує норму. Надмірна кількість РЬ у рослинах спроможна пригнітити їх розвиток, ріст та сприяє гіршому надходженню заліза до рослин. РЬ негативно впливає і на здоров'я людини, спричиняє виникнення різних хвороб пов'язаних із мутагенами реакціями. Кадмій на цій ділянці теж перевищує норму в кілька разів. Причиною можуть бути генетичні особливості материнської породи, насамперед гранулометричний і мінералогічний склад, р-Н середовище, гумусовий склад. Також зафіксовано тенденцію до зменшення показників від джерела забруднення.

Остання досліджувана ділянка знаходиться у м. Одесі (степова зона) та приурочена до причорноморської низовини. У ландшафтній структурі представлені лесові низовини, з чорноземами південними слабкосолонцюватими в комплексі з темно-каштановими солонцюватими ґрунтами, під типчаково-ковиловою та солончаковою рослинністю. На досліджуваній ділянці виявлено важкі метали, однак більшість із них знаходяться в межах норми та не перевищують ГДК. Причиною не значного вмісту металів на цій території можуть бути генетичні особливості материнської породи, насамперед гранулометричний і мінералогічний склад, р-Н середовище, гумусовий склад. Однак на ділянці чітко проявляється свинець 3,0 мг/кг. Якщо навантаження на автодорогу буде сталим, цей хімічний елемент із часом набуде властивостей шкідливого елементу.

Висновки. Аналізуючи вплив автотранспорту на навколишнє середовище, а особливо на придорожні смуги, варто зазначити що вплив є значним. В якості основних чинників забруднення варто виділити: інтенсивність автотранспорту, рельєф місцевості, геоморфологічні особливості та структуру ґрунтового покриву, мережу розв'язок та зупинок (на перехрестях, з'їздах із автостради та зупинках; кількість забруднення збільшуються в рази), облаштування автодоріг (наявність захисних смуг, парканів, шумовідбійників, пунктів відпочинку тощо). Також вміст 2п, Си, Cd, РЬ, може змінюватись під час внесення добрив у сільськогосподарські ландшафти, а тому ці мікроелементи не можна рекомендувати для використання у сільськогосподарському виробництві.

У грунтовому покриві дорожньої ландшафтно-інженерної системи Київ - Одеса наявні хімічні елементи. Ці елементи на більшості ділянок знаходяться в межах норми та не перевищують ГДК. Однак є хімічні елементи які відносяться до небезпечно важких металів, а саме 2п, Си, Cd, РЬ. Свинець та кадмій по всій території придорожньої смуги автотраси Київ - Одеса накопичуються над нормою, що є не допустимо, та екологічно небезпечно. На території дорожньої ландшафтно - інженерної системи Київ - Одеса поблизу м. Умань (Черкаська обл.) виявлено аномальну ділянку із вмістом цинку, рухома форма якого перевищує ГДК в 2 рази та становить 44,5 мг/кг, що не є характерним для цієї території. Серед основних чинників які впливають на вміст ВМ у ґрунті є: кількість гумусу, карбонатів, реакцій ґрунтового середовища, інтенсивність автотранспорту та інше.

У майбутньому автодорога Київ - Одеса буде реконструйована та розбудована, що призведе до збільшення автомобільного навантаження у кілька разів. Подібні дослідження потрібно проводити і надалі тому, що отримані результати вмісту рухомих форм важких металів можуть бути використані для оцінки ступеня забруднення ґрунтів і виділення територій з підвищеним екологічним ризиком.

Список літератури

1. Галаган О.О. Моделювання розподілу важких металів у приавтомагістральних геосистемах // Фізична географія та геоморфологія. К. №2. 2013. С. 28-33.

2. Грабовський О.В. Міграція та акумуляція важких металів в агроценозах, прилеглих до автомагістралей, в умовах Закарпаття. Чернівці: Вежа, 2002.

3. Денисик Г.І. Вальчук О.М. Дорожні ландшафти Поділля //Наукові записки Вінницького державного університету. Серія: Географія. Вінниця: ПП"Видавництво "Теза", 2005. С. 110-114.

4. Довбиш Л.Л. Забруднення важкими металами дерново-підзолистих ґрунтів лісоаграрних ландшафтів Полісся. Житомир: Наука, 2002.

5. Парфенова О.А. Оценка загрязнения почв тяжелыми металлами в результате влияния выбросов автотранспорта // Известия ПГПУ им. В.Г. Белинского. № 25. 2011. С. 590-592.

6. Прохорова Н.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях в условиях техногенеза // Весник СамГу № 2. 1996. С. 125-148.

7. С. Усманова Г.О. Забруднення важкими металами ґрунтів та овочевої продукції в зоні автотраси //Агроекологічний журнал. № 1. 2010. 25-30.

8. Ходан Г.Д. Еколого-геохімічна оцінка дорожніх геосистем Чернівецької області // Науковий вісник Чернівецького університету: збірник наукових праць Чернівці: Чернівецький унт., № 614-615. 2012.- 111-114 с.

Размещено на Allbest.ru