Лекция 5 Впервые понятие городские

Лекция 5.

• Впервые понятие "городские почвы" было введено Bockheim F. (США). • Городские почвы - почвы, имеющие созданный в результате деятельности человека поверхностный органоминеральный слой, полученный перемешиванием, насыпанием, погребением и (или) загрязнением материалами урбаногенного происхождения (строительно-бытовой мусор и др. ) (Строганова М. Н. , Агаркова М. Г. , 1992).

Главными отличиями городских почв от естественных являются: 1) формирование почв на насыпных, намывных или перемешанных грунтах и культурном слое; 2) наличие включений строительного и бытового мусора в верхних горизонтах; 3) высокая степень разных видов загрязнения; 4) изменение кислотно-щелочного баланса и окислительно-восстановительного потенциала; 5) изменение физико-механических свойств почв (понижение влагоемкости, повышение уплотненности и др. ).

Для городских почв характерен специфический диагностический горизонт урбик (от слова urbanus – город). Горизонт «урбик» – поверхностный органо-минеральный насыпной, перемешанный горизонт, с урбоантропогенными включениями (более 5% строительно-бытового мусора, промышленных отходов), мощностью более 5 см.

Характеристика горизонта урбик: • Расположение и возраст – формируется в городах и населенных пунктах в течение столетий, но может быть сконструирован при образовании газонов, скверов и т. д. • Почвообразующим материалом служит культурный слой, насыпные или перемешанные грунты и фрагменты (осколки) естественных почв. • Цвет – различные оттенки темно-бурых тонов. • Сложение – рыхлый, слоистый; верхняя часть бывает переуплотнена из -за повышенной нагрузки. • Гранулометрический состав – преобладает легкий или облегчен за счет включений. • Структура выражена слабо. • Каменистость – формируется за счет строительно-бытовых включений. • Характерно нарастание горизонта вверх за счет пылевых выпадений из атмосферы и антропогенного привноса материала. Наблюдается высокая вариабельность свойств по текстуре, плотности сложения, обилию включений, химическим свойствам. • Величина р. Н преимущественно более 7. • Содержание гумуса варьирует, но чаще высокое (5– 10%), состав гумуса чаще гуматный.

• М. Н. Строганова и М. Г. Агаркова (1992) предложили называть искусственно созданные городские почвы урбаноземами. • Урбаноземы – генетически самостоятельные почвы, обладающие как чертами зональных почв, так и специфическими свойствами.

Урбаноземы Собственно урбаноземы Культуроземы Некроземы Индустриоземы

Типы морфологического строения профилей городских почв (Строганова, Агаркова, 1992) а – дерново-подзолистая почва; б – дерново-подзолистая слабонарушенная почва; в – дерново-подзолистая сильнонарушенная почва; г, д – урбаноземы; е – культуроземы; U – искусственно образованные почвенные слои; 1, 2, … - порядок расположения слоев в профиле; Ud – дерновый слой; Uh – гумусированный слой; U↑↓ - перемешанный слой, состоящий из фрагментов и пятен естественных горизонтов, входящих в виде отдельностей в общую массу мелкозема

Классификация городских почв • Более близка к данной проблеме классификация антропогенно преобразованных почв и почвоподобных поверхностных образований, предложенная группой сотрудников Почвенного института им. В. В. Докучаева. • Классификация основана на особенностях профильно-генетического (морфологического) строения почвенного профиля, а также на характере почвообразующих пород и грунтов.

ПОЧВЫ ГОРОДА Естественные ненарушенные Антропогенные глубокопреобразованные урбаноземы Естественноантропогенные поверхностно преобразованные Почвы техногенных поверхностных почвоподобных образований – урботехноземы

• В условиях города изменяются морфологические, агрохимические, вводно-физические свойства почв. • Существенное место в профилях почв городов занимает насыпной грунт. • В целом для города характерно переуплотнение корнеобитаемого слоя, захламление поверхности, ухудшение почвенно-гидрологических условий (Строганова, 1997).

В крупных городах и промышленных центрах до 70 -90 % поверхности почвы запечатано асфальтобетоном или жилыми и промышленными постройками, следствием чего большая доля загрязненных осадков минует почвенное тело и непосредственно уходит через канализацию в водоемы и речную сеть. Одним из негативных последствий, создающимся в результате запечатывания почвы, является парниковый эффект - переувлажнение почвы, что способствует повышению влажности в подвалах и разрушение фундаментов.

Загрязнение почв ТМ • К примеру, вклад техногенного свинца составляет 94 -97% (остальное - природные источники), кадмия - 84 -89%, меди - 56 -87%, никеля - 66 -75%, ртути - 58% и т. д. • Уровень техногенного выпадения ТМ из атмосферы в разных регионах мира неодинаков и зависит от наличия разрабатываемых месторождений, степени развитости горно-обогатительной и промышленной индустрии, транспорта, урбанизированности территорий и др.

Выпадение тяжелых металлов из атмосферы на подстилающую поверхность регионов мира, тыс. т/год (Израэль и др. , 1989, Вронский, 1996) Регион Европа Свинец 47 Кадмий 1, 59 Ртуть 14 Азия 52 2, 58 41 Азиатская часть б. СССР Северная Америка Центральная и Южная Америка Африка 21, 4 0, 88 20, 9 136 7, 36 17, 8 58 1, 5 24, 9 49 1, 2 28, 4 Австралия 12 0, 22 6, 8 Арктика 2, 2 0, 87 19, 4 Антарктида 0, 38 0, 016 0, 1

Изучение долевого участия различных производств в глобальный поток эмиссии ТМ показывает (Вронский, 1996): 73% Cu, 55% Cd связаны с выбросами предприятий по производству Cu и Ni; 54% эмиссии Hg приходится на сжигание угля; 46% Ni — на сжигание нефтепродуктов; 86% Pb поступает в атмосферу от автотранспорта. Некоторое количество ТМ в окружающую среду поставляет и сельское хозяйство, где применяются пестициды и минеральные удобрения, в частности в суперфосфатах содержатся значительные количества Cr, Cd, Co, Cu, Ni, V, Zn и др.

Металлы сравнительно быстро накапливаются в почвах городов и крайне медленно из них выводятся (Майстренко и др. , 1996): Периоды полуудаления: Zn — до 500 лет; Cd — до 1100 лет; Cu — до 1500 лет; Pb — до нескольких тысяч лет.

• Известно, что городские почвы в абсолютном большинстве – это искусственные образования, существенно отличающиеся от природных аналогов. • На территории города почвы подвергаются механическому, химическому и биологическому загрязнению. • Основной вклад в состав городской пыли вносят выбросы тепловых электростанций, предприятий металлообрабатывающей промышленности и стройиндустрии.

Поступление рассеянных элементов с городской пылью (Сает и др. , 1990) 1 – поступление с пылью с аномальным содержанием элементов; 2 – поступление с пылью, содержащей элементы на уровне местного геохимического фона.

• Большинство выбросов загрязняющих веществ сосредотачивается на поверхности почвы, где происходит их постепенное депонирование, ведущее к изменению химических и физико-химических свойств субстрата. • Это объясняется тем, что при техногенном загрязнении основная часть тяжёлых металлов поступает в почвы в форме труднорастворимых или нерастворимых соединений (на долю, например, водорастворимых форм Zn и Cd приходится всего 6 -7%, а среди техногенных соединений Pb, поступающих в почвы, водорастворимые формы вообще отсутствуют).

Содержание гумуса в профиле основных почв г. Серпухов(Хакимов и др. , 2006) а – естественные ненарушенные почвы; б – культуроземы; в – урбаноземы

Значения р. Н в профиле почв города (Хакимов и др. , 2006) а – естественные ненарушенные почвы (1 – почвы заповедника, 2 – почвы городских лесов, лесопарков и т. п. ; 3 – городские дерново-карбонатные почвы; 4 – границы ареалов с различными значениями р. Н); б – культуроземы; в – урбаноземы

(Сает и др. , 1990)

(Сает и др. , 1990)

• При наличии многоотраслевой промышленности и применении разнообразных технологий в городских почвах накапливаются не только так называемые «приоритетные» элементы (Zn, Cd, Pd, Cu), которые обычно и изучают, но и большое число других. • Загрязнение почв вокруг предприятий происходит, аэрогенным путем. промышленных в основном

Техногенные геохимические ореолы в почвах около промышленных предприятий отличаются высокой концентрацией подвижных форм ТМ. При этом зоны высокого и опасного загрязнения ими почв простираются на 5 -7 км. Основными загрязнителями, связанными с угольной золой, являются Pb, As, Zn, Cd, Se, Mo, B, Ge, Be, U, Sn, W.

Ассоциации элементов в почвах около предприятий (Сает и др. , 1990)

(Гармаш, 1985)

Среднее содержание химических элементов в почвах г. Томска и фоновой территории (заказник «Томский» ) (по данным ИНАА, мг/кг) Коэффициенты концентраций элементов, относительно локального фона, в почвах г. Томска

Среднее содержание химических элементов в почвах районов промышленных предприятий г. Томска Радиотехнический завод Эмальпровод Шпалопропиточный завод Радиотехнический завод Шпалопропиточный завод 1 – ОАО «Томский электромеханический завод» ; 2 – ОАО «Томский электроламповый завод» (ТЭЛЗ); 3 – ОАО «Томский инструмент» (ТИЗ); 4 – ОАО «Томский радиотехнический завод» (РТЗ); 5 – Кирпичный завод; 6 – ОАО «Манотомь» (МЗ); 7 – ГРЭС-2; 8 – ОАО «Сибэлектромотор» ; 9 – Эмальпроизводство ЗАО «Сибкабель» (Эм. Пр); 10 – НПО «Вирион» ; 11 – ЗАО «Томский приборный завод» ; 12 – Спичечная фабрика «Сибирь» ; 13 – ЗАО «Сибкабель» ; 14 – ОАО «Томский шпалопропиточный завод» ; 15 – ОАО «Фармстандарт. Томскхимфарм» ; 16 – Томский дрожжевой завод

Значения коэффициентов концентраций в почвах районов промышленных предприятий г. Томска ТИЗ – ОАО «Томский инструмент» ; РТЗ – ОАО «Томский радиотехнический завод» ; МЗ – ОАО «Манотомь» ; Эм. Пр – Эмальпроизводство ЗАО «Сибкабель» ; ШЗ – ОАО «Томский шпалопропиточный завод» ; ДЗ – Томский дрожжевой завод; ТЭЛЗ – ОАО «Томский электроламповый завод»

Значение суммарного показателя загрязнения почв районов промышленных предприятий г. Томска и степень их загрязнения ПЗ – ЗАО «Томский приборный завод» ; ФЗ – ОАО «Фармстандарт-Томскхимфарм» ; Сиб. К – ЗАО «Сибкабель» ; Сиб. М – ОАО «Сибэлектромотор» ; Спич. Ф – Спичечная фабрика «Сибирь» ; КЗ – ООО «Континентъ» (Кирпичный завод); РТЗ – ОАО «Томский радиотехнический завод» ; ТЭМЗ – ОАО «Томский электромеханический завод» ; Эм. Пр – Эмальпроизводство ЗАО «Сибкабель» ; ДЗ – Томский дрожжевой завод; ШЗ – ОАО «Томский шпалопропиточный завод» ; ТЭЛЗ – ОАО «Томский электроламповый завод» ; МЗ – ОАО «Манотомь» ; ТИЗ – ОАО «Томский инструмент» .

L. Dao et al. / Science of the Total Environment 408 (2010) 1076– 1084

Topographical map showing the sampling site locations within the urban area of Greater Athens and Piraeus (A. Argyraki, E. Kelepertzis / Science of the Total Environment 482– 483 (2014) 366– 377)

(A. Argyraki, E. Kelepertzis / Science of the Total Environment 482– 483 (2014) 366– 377)

Geochemical maps showing the spatial distribution patterns of mainly anthropogenic chemical elements in urban soil in the city of Athens (A. Argyraki, E. Kelepertzis / Science of the Total Environment 482– 483 (2014) 366– 377).

• В результате интенсивного движения транспорта вдоль автомагистралей образуются своеобразные техногенные аномалии. • Почвы придорожной зоны содержат цинка и меди в несколько десятков и даже сотен раз больше, чем почвы, удаленные от автомагистралей. • В придорожной полосе накопление ТМ в кормовых и овощных растениях часто достигает уровня, оказывающего вредное влияние на организм человека и животных.

• ТМ, поступающие в атмосферу с выбросами от двигателей, находятся во взвешенном состоянии. • Загрязнение происходит: Pb, V, Cu, Ni, Co, Cr, Cd, Zn и др. Содержание ТМ в почвах г. Орла, мг/кг (Воробьев, 2003) Эл-т Pb Cd 10 30 1, 1 Расстояние от трассы, м 20 30 40 89 87 81 1, 5 1, 4 1, 2 50 71 1 Конт- Норроль матив 24 0, 7 32 1

(Алексеенко, 2005) Элемент Cu Zn Pb Ag Sn Сод-е 8… 150 20… 300 30… 1000 0, 02… 0, 5 1… 60 КК 1, 8… 3, 5 3… 45 15… 500 1, 3… 33 3, 3… 200 Содержание металлов в n· 10 -3% Элемент Ba Sr V Ge Cr Сод-е 150… 200 10 0, 2… 0, 3 15… 50 КК 2… 2, 8 3 1, 3… 2 2… 6

• Почвы содержат широкую гамму радиоактивных элементов естественного и техногенного происхождения. • Изучение радиоактивного фона важно для определения вклада техногенных загрязнителей от предприятий ядерного и топливно-энергетического комплексов. • Техногенные радионуклиды находятся в почвах преимущественно в форме прочно закрепленных соединений, что снижает их подвижность и доступность растениям (Собакин и др. , 1998).

Содержание урана и тория в почвах равнинных ландшафтов (Экогеохимия…, 1998) Генетический тип почв Уран, г/т Торий, г/т m min/max Лесные подзолистые Черноземы 1, 1 0, 5/3, 4 10, 3 9, 5/11, 2 1, 5 0, 4/2, 3 9, 4 8, 4/9, 9 Луговые, луговые солонцеватые 1, 3 0, 7/4, 1 10, 7 9, 5/11, 0 Болотные 2, 0 1, 1/4, 3 н. д. - Солонцы 1, 0 0, 7/2, 6 н. д. -

• Основными источниками поступления радиоактивных элементов в почвы на территории городов являются предприятия ядерно-топливного цикла, тепловые электростанции, а также котельные промышленных предприятий и частного сектора, работающие на углях. • Угли как природные образования содержат в тех или иных количествах естественные радиоактивные элементы. • При их сжигании происходит концентрирование многих химических компонентов в золошлаках (Новикова и др. , 1985; Рихванов и др. , 1997).

• Загрязнение может также происходить в результате отсыпки дорог шлаками с повышенным содержанием урана и тория, как производимыми на территории, так и привозимыми извне (Рихванов, 1997). • Кроме того, более высокие содержания данных элементов могут быть обусловлены и естественными причинами, связанными с исходным составом почвообразующих пород, а также с нахождением близко к поверхности залежей циркон-ильменитовых песков и бурых углей, обогащенных радиоактивными, редкими, в т. ч. редкоземельными элементами.

Содержание радиоактивных элементов в почвах населенных пунктов Томского района Th U Фон – заказник «Томский» (Язиков, 2006); ЮЗЗ – юго-западная зона; СВЗ – северо-восточная зона; в км указано расстояние от г. Томска

Характер распределения треков от осколков делящихся радиоактивных элементов в почвах Равномерное распределение Средняя плотность треков Высокая плотность треков Неравномерное распределение Сгустки треков в виде скоплений Детектор лавсан. Увел. 150 -180 Х «Звезды»

Плотность треков равномерного и неравномерного характера распределения от осколков делящихся радиоактивных элементов в почвах территории г. Томска и фонового участка Плотность равномерного распределения Плотность неравномерного распределения Фон – заказник «Томский» 49

Плотность треков равномерного и неравномерного характера распределения от осколков делящихся радиоактивных элементов в пробах почв территории г. Томска и населенных пунктов Томского района Равномерный характер распределения Неравномерный характер распределения 50

Плотность треков от осколков деления радиоактивных элементов равномерного и неравномерного характера распределения в пробах почв района исследований Схематическая карта плотности загрязнений Cs-137 (m. Ku/м 2) территории вокруг Сибирского химического комбината по результатам аэрогамма-съемки (сентябрь 1993 г. ) В числителе приведена плотность треков на мм 2 ± стандартная ошибка, в знаменателе – среднее количество точечных скоплений/количество «звезд» , шт. в среднем на 8 см 2 площади детектора 51

Радиогеохимическая типизация почв и почвогрунтов урбанизированных территорий промышленных районов (Язиков, 2006) Почва ГДР РЯТЦ РРП УДР РНХП РМП СХР РММО НГДР фон Районы: НГДР – нефтегазодобывающий; РНХП – с нефтехимическим производством; РЯТЦ – с предприятиями ядерно-топливного цикла; РРП – с многопрофильным производством; УДР – угледобывающий; РМП – с металлургическим производством; ГДР – горнодобывающий (железорудный); РММО –машиностроения и металлообработки; РРМП – с редкометалльным производством; СХЗ – сельскохозяйственный; 11 – кларк в земной коре по А. П. Виноградову, 1962

Загрязнение городской среды сопровождается неблагоприятными реакциями организма и связанными с этим изменениями в состоянии его здоровья.

Изменение функциональных показателей и рост заболеваемости населения в зонах загрязнения различной интенсивности (в % по сравнению с относительно не загрязненными территориями (Сает и др. , 1990) Реакции организма Уровень загрязнения Умеренно опасный Опасный Чрезвычайно опасный Дети Функционально-морфологические отклонения +10 -30 +30 -100 Суммарная заболеваемость +10 -20 +20 -60 +30 -100 Заболевания органов дыхания +10 -50 +50 -100 +100 -300 Взрослые Патология беременности и родов - +20 -30 До 100 Сердечно-сосуд. заболевания - +50 До 300 -400 Онкология - - До 100 Временная утрата трудоспособности - - До 100

Частота отклонений состояния здоровья детей в зависимости от значения суммарного показателя загрязнения (Сает и др. , 1990) % Изменение состояния иммунной системы 40 30 Заболевания органов дыхания Функцианально-морфологические отклонения (лейкоциты, СОЭ, НВ и т. д. ) 20 Хронические заболевания До 16 16 -32 32 -64 64 -128 СПЗ

Схема СПЗ почв г. Томска элементами трех классов опасности (Рихванов и др. , 1993) По результатам исследований почв г. Томска сотрудниками кафедры ГЭГХ (Рихванов и др. , 1993) выявлена корреляция между содержанием ТМ в почвах и встречаемостью хронических заболеваний: печени, почек, крови и органов кроветворения, нервной системы и органов дыхания. степень загрязнения (Сает и др. , 1990): 1 -16 – низкая; 16 -32 – средняя; 32 -128 – высокая; более 128 – очень высокая 3

Частота встречаемости хронических заболеваний населения г. Томска (Рихванов и др. , 1993) а) органов дыхания; б) печени; в) крови и органов кроветворения; районы: 1 – Лагерный сад; 2 – Южная; 3 – Центральный-2; 4 – Черемошники; 5 – Каштак; 6 – Центральный-1; 7 – пр. Фрунзе; 8 – Иркутский тракт; 9 – Спичечная фабрика

• По результатам исследований А. И. Воробьевой и др. (1992) дети, проживающие в районах города с повышенным уровнем загрязнения воздуха, чаще болеют бронхитом, пневмониями, отитом, аллергическими заболеваниями. • В детских садах, расположенных вблизи источников загрязнений выявлен повышенный уровень заболеваемости детей, особенно органов дыхания, по сравнению с удаленными от источника контрольными детскими учреждениями (Воробьева и др. , 1992; Даутов и др. , 1993).

Схема распределения интенсивного показателя смертности от онкозаболеваемости населения г. Томска (в случаях на 100 тыс. ) (Волкотруб и др. , 2002). Статистикой случаев смерти от онкологических заболеваний выявлено, что максимальная частота смертности наблюдается в кварталах, расположенных вблизи предприятий, имеющих вредные выбросы.

Схема размещения основных промышленных предприятий на территории г. Томска Южная часть города (Кировский и Советский районы): 1. Томская ГРЭС-2 2. ОАО «Томский радиотехнический завод» 3. ООО «Континентъ» (Кирпичный завод) 4. ОАО «Томский инструмент» 5. ОАО «Томский электроламповый завод» 6. ОАО «Томское пиво» 7. ОАО «Томский электромеханический завод» 8. ОАО «Сибэлектромотор» 9. ОАО «Манотомь» 10. ФГУП «Томский электротехнический завод» и НПО «Полюс» 11. Эмальобмоточное производство ЗАО «Сибкабель» 12. ОАО «Завод пищевых продуктов Томский» 23. ТЭЦ-3 28. ООО «Завод крупнопанельного домостроения ТДСК» Северная часть города (Ленинский и Октябрьский районы): (Экологический…, 2005) 13. ЗАО «Сибкабель» 14. ЗАО «Томский подшибник» 15. ЗАО «Карьероуправление» 16. ОАО «Томский комбикормовый завод» 17, 21. Заводы пищевых продуктов 18. ЗАО «Томский приборный завод» 19. Спичечная фабрика «Сибирь» 20. ОАО «Фармстандарт-Томскхимфарм» 22. ОАО «Томский шпалопропиточный завод» 24. ООО «Томскнефтехим» 25. ООО «Томский завод резиновой обуви» 26. ОАО «ЖБК-100» 27. ОАО «ЖБК-40»