Загрязнение почв Москвы диоксинами

Введение

     Наличие в городах зеленых насаждений является одним из наиболее благоприятных  факторов. Они активно очищают атмосферу, кондиционируют воздух, снижают уровень акустического загрязнения. Особое значение приобретают зеленые насаждения в городах-мегаполисах, крупных промышленных центрах.

     Однако  окружающая среда и экология города не создают условий для нормального  выполнения ими санитарно-гигиенических  функций. Особенно негативное влияние  на состояние “зеленых легких”  в рекреационных ландшафтах оказывает загрязнением почв тяжелыми металлами (ТМ), источником которых является огромное количество автотранспортных средств.

     Уплотнение  почвы в лесных и лесопарковых ландшафтах в сочетании с загрязнением почвы тяжелыми металлами значительно  ослабляет состояние зеленых насаждений.

     Также происходит засоление и заболачивание  почв, разрушение их структуры. Все  это ведет к потере естественного  плодородия, снижению урожайности сельскохозяйственных культур.

     Естественные  ненарушенные почвы в Москве остались лишь островками в городских лесах и лесопарках (Лосиный остров, Фили-Кунцево и т. д.).[1] 

1.Загрязнение  почв Москвы диоксинами

     Диоксины  относятся к числу наиболее опасных  экотоксикантов. Под названием диоксины, как правило, понимают широкую группу полихлорированных дибензо-п-диоксинов (ПХДД) и полихлорированных дибензофуранов (ПХДФ). Основная опасность данных соединений для организмов обусловлена их способностью к кумуляции. Токсическое действие диоксинов приводит к канцерогенным, мутагенным и тератогенным эффектам, нарушению репродуктивной функции, детальности иммунной, эндокринной и нервной систем. Последствия данных форм поражающего действия  этих соединений могут проявиться в последующих поколениях. В настоящее время урбоэкосистемы обладают мощными источниками эмиссии диоксинов в окружающую среду, среди которых наибольшее значение имеет высокотемпературное сжигание отходов. ПХДД/ПХДФ также поступают в биосферу с выбросами химических, нефтехимических и металлургических заводов, транспорта, при производстве строительных материалов. Несмотря на острый интерес к загрязнению городской среды диоксинами, литературные данные об их содержании в почвенном покрове городов, в том числе Москвы, крайне ограничены. Вместе с тем, почва представляет собой “депо” ПХДДД/ ПХДФ в экосистеме, степень загрязнения ее диоксинами можно рассматривать как показатель вредного воздействия этих экотоксикантов на обитателей урбоэкосистемы.

     Рассматривая  сведения о качественном и количественном составе спектра ПХДД/ПХДФ в почве  Москвы в зависимости от функциональной зоны города, накоплении конгенеров в почвенном покрове и на основании полученных данных можно сделать вывод об экологическом состоянии почвенного покрова города в связи с диоксиновым загрязнением.

     Статистические характеристики  пространственного распределения диоксинов в почвах Москвы показывают, что значение содержания ПХДДД/ПХДФ в промышленной зоне значительно варьируют. В других функциональных зонах варьирование данного показателя намного ниже. Распределение диоксинов в почвенном покрове города в целом проявляет логнормальных характер, что характерно для поведения загрязнителей в урбоэкосистемах.

     Наиболее  высокое содержание диоксинов в  почве промышленной зоны связано  с образованием их как примесей в  различных высокотемпературных  технологических процессах на предприятиях. Например, максимальное содержание ПХДД/ПХДФ в почве Москвы отмечено в районе шоссе Энтузиастов. Эта территория относится к одно из самых мощных техногенных зон города в связи с высокой концентрацией металлургических, машиностроительных и химических заводов, функционированием окружной железной дороги. Обращает внимание, что содержание ПХДД/ПХДФ в почве селитебной зоны близко к их содержанию в почве промышленной зоны. Высокие уровни содержания ПХДД/ПХДФ в почве селитебной зоны, очевидно, обусловлены поступлением их с продуктами термической обработки бытовых отходов (изделия из ПВХ), строительного мусора. Это подтверждает большую роль данного источника в формировании диоксинового загрязнения урбоэкосистем. По литературным сведениям, сжигание бытовых отходов является причиной выбросов в атмосферу до 44% диоксинов в станах Европы и США. В почвах селитебно-транспортной зоны выявлены наиболее низкие уровни содержания ПХДД/ПХДФ по сравнению с другими функциональными зонами города. Это может быть связано с тем, что в Москве проводится регулярное озеленение примыкающих к транспортным магистралям газонов. При этом в верхний слой почвы вносится “экологически чистая” торфокомпостная смесь. Кроме того обогащение почвы гумусовыми веществами и элементами питания способствует активизации почвенной микрофлоры. Известно, что основную роль в разрушении ПХДД/ПХДФ в почве играют биотические процессы с участием бактерий и грибов, ускорению которых способствует        внесение активных гумусовых кислот.

     На  основе данных о среднем содержании конгенеров ПХДД/ПХДФ в почвенном  покрове города был проведен анализ структуры спектра ПХДД/ПХДФ. Установлено, что около половины нагрузки диоксинов на почвенный покров города обусловлено наиболее токсичными конгерами (рисунок1). Относительное содержание в спектре самого токсичного 2,3,7,8-ТХДД, включенного Международным агентством изучения рака (МАИР) в группе 1 (“безусловные канцерогены для человека”), составляет 6%, а двух других высокотоксичных соединений 2,3,4,7,8-ПеХДФ и 1,2.3,7,8-ПеХДД – 32% и 7% соответственно. Другая часть нагрузки диоксинов на почвенный покров города связана в основном с присутствием в их спектре слаботоксичных конгенеров, преимущественно гексаизомеров и гептаизомеров полихлорированных фуранов, вклад каждого из которых в спектре ПХДД/ПХДФ колеблется от 6 до 10%(Рис1.)

   Рис.1

     Таким образом, уровни загрязнения почвенного покрова Москвы ПХДД//ПХДФ характерны для жилых массивов индустриальных стран и соответствуют европейским допустимым нормам содержания. Однако высокую обеспеченность вызывает тот фактор, что содержание диоксинов в почве жилых районов города практически равно таковому для промышленных зон. При этом коэффициенты концентрации в почве отдельных конгенеров ПХДД/ПХДФ достигают нескольких десятков единиц. Значительный вклад диоксиновое загрязнение почв города вносят наиболее опасные представители ПХДД/ПХДФ. В структуре спектра диоксинов на долю 2,3,7,8-ТХДД с выявленными канцерогенными свойствами приходится 6%, на долю других высокотоксичных конгенеров ПеХДД и ПеХДФ – 39%. [2-4]

2.Особенности  поведения ПАУ  в почвенном покрове  парков г.Москвы

     Одно  из важных мест в формировании опасной  экотоксикологической ситуации в городе принадлежит загрязнению природных  сред полициклическим ароматическим углеводородам (ПАУ). Несмотря на относительно низкое содержание ПАУ в природных средах урбоэкосистем по сравнению с другими поллютантами , они вносят существенный вклад в их канцерогенную и мутагенную активность. Например, большая группа ПАУ, поступающих в атмосферу в составе конденсата выхлопных газов автомобилей, полностью определяет канцерогенные свойства выброса по отношению к некоторым видам живых организмов. Важным показателем возможности неблагоприятного воздействия ПАУ на здоровье городского населения является загрязнение ими почвенного покрова, выступающего эффективным аккумулятором этих соединений в экосистемах. Несмотря на накопленный материал о закономерностях поведения полиаренов в почвах городских территорий, данный вопрос требует дальнейшего исследования, а получение информации систематизации и обобщения на примере большого числа представителей этой группы углеводородов.

     Для исследования состава, концентрации, накопления и вертикального распределения  спектра ПАУ “техногенного” происхождения в почвенном покрове парково-рекреационной зоны Москвы.

     Отбор проб проводили из верхнего (0-10 см) слоя почв на территории ГПНК “Лосиный остров”, Природно-исторического парка “Измайлово”, лесопарков “Хорошевский”, “Кузьминки”, “Кусково”, Серебряноборского  опытного лесничества, ПКиО “Перовский”, парков Петровский, Братцево, Искусств, Нескучный сад и др. (n=20). Объекты исследования включали естественные дерново-подзолистые, аллювиальные дерновые почвы, естественно-антропогенные поверхностно-преобразованные почвы, искусственно созданные поверхностно-гумифицированные почвоподобные образования (почвогрунты, урбанотехноземы). В почвах была поведена идентификация 16 соединений ПАУ как возможных компонентов эмиссии из техногенных источников.

     Отмечены  высокие концентрации ПАУ в почвах московских парков. Максимальные значения содержания в поверхностных слоях московских парков таких важнейших представителей “техногенных” ПАУ, как бенз(а)пирен, бенз(g,h,i)перилен и бенз(b)флуорантен, достигают уровней, наблюдаемых в лесной подстилке на расстоянии 2,5 км от предприятий г. Электроули (Московская обл.), сформировавших техногенную геохимическую аномалию. Высокое содержание ПАУ в верхних горизонтах почв парково-рекреационной зоны города объясняется тем, что лесная подстилка является эффективным сорбентом ПАУ, поступающих в атмосферу из техногенных источников. Данный факт отмечается как в зонах техногенных аномалий, так и при глобальном загрязнении фоновых территорий. Кроме того, травянистый покров и деревья экранируют почву от ультрафиолетового излучения и тем самым снижают скорость фотохимической деструкции ПАУ. Другим источником ПАУ в почве парков может выступать сжигание листвы и травы.

     Высокие концентрации ПАУ в почвах московских парков (Тимирязевский, Измайловский, Сокольники и др.), также отмечались. Согласно литературным данным, в почвах парков среднее значение  содержания некоторых ПАУ. Несколько выше установленных аналогичных показателей. Данный факт, вероятно, объясняется более широким диапазоном рассмотренных в настоящей работе почвенных объектов. Последние отобраны как в парках “старой” Москвы (Нескучный сад, “Измайлово” и др.), испытывавших долгое время высокий техногенный прессинг, так и в природных комплексах (ГПНК “Лосиный остров”, Серебряноборское лесничество, Хорошевский лесопарк и др.), удаленных от техногенных источников.

     Для сравнения способности индивидуальных ПАУ к накоплению в почвах парков были рассчитаны их коэффициенты концентрации (Кс) в поверхностных горизонтах. Данный показатель определялся как отношение фактического содержания химического соединения в исследуемой почве к его региональному фоновому содержанию. Выявлено значительное влияние коэффициент концентрации молекулярной структуры полиарена. Наиболее высокие коэффициенты концентрации ПАУ отмечались в случае тяжелых многоядерных структур. Многогранные структуры являются известными индикаторами техногенной нагрузки на природные среды, для которых выявлены канцерогенное воздействие на живые организмы. Значительную роль в формировании уровней содержания в почве углеводородов могут играть наряду с техногенными источниками природные педогенные процессы. Повышение аккумуляции “тяжелых” полиаренов в верхних горизонтах почв по сравнению с “легкими” полиаренами, очевидно, связана со слабой растворимостью первых в воде и сильным сродством с гумусовыми веществами.

     Особенности вертикального распределения полиаренов рассмотрены на примере поверхностно-преобразованной  урбо-дерново-подзолистой почвы  дендропарка МГУ им. М.В. Ломоносова. Накопление полиаренов происходит на биогеохимическом барьере в верхнем органогенном горизонте за счет поступления выбросов автотранспорта на поверхность почвы и в техногенном слое на глубине 20-30 см. Возникновение техногенного слоя, вероятно, связано с поверхностным загрязнением в процессе строительства МГУ почвенного покрова, на котором в дальнейшем шло формирование верхних горизонтов почвенного профиля. Чрезвычайно высокое содержание ПАУ в техногенном слое можно объяснить присутствием остатков строительно- композиционного материала, включающего битумы, каменноугольные смолы, каменноугольный пек. Доля бенза(а)пирена и других полиаренов в их составе достигает нескольких процентов. При этом инкубация ПАУ на достаточно большей глубине в почве сада препятствует их трансформации под действием ультрафиолетового излучения и активности почвенного микробного сообщества.

     В почвенном профиле также отмечается накопление подвижных малоядерных структур полиаренов. Захоронение на территории строящихся объектов и промзон остатков отходов и многолетняя консервация под верхними горизонтами почв техногенных слоев с высоким содержанием экотоксикантов относится к наиболее характерным явлениям в урбоэкосистемах. Это указывает на то, что широко применяется оценка загрязнения городских почв на основе содержания ПАУ только в поверхностных горизонтах не всегда обоснована при анализе экологического состояния урбоэкосистем.[5

     3.Уплотнение  почвы как фактор  экологического риска  в рекреационных  лесных ландшафтах мегаполиса Москва

     Установлен  риск от уплотнения почвы в рекреационных лесных ландшафтах, связанных с увеличением доли подвижных форм тяжелых металлов, особенно свинца.

     В рекреационных лесных экосистемах, расположенных в городах-мегаполисах, крупных промышленных центрах, ущерб  от уплотнения может быть большим. Однако изученность этого вопроса крайне слабая. В этой связи были изучены изменения некоторых лесорастительных свойст почвы под воздействием нерегулируемой реакции и ее влияние на состояние насаждений Лесной опытной дачи (ЛОД) РГАУ – МСХА, которая находится в центре города и является излюбленным местом отдыха москвичей.

     Древесные насаждения в ЛОД находятся в  исключительно угнетенном состоянии, что выражается в сильной степени  суховершинности древостоев, отрицательном  их приросте.