Тяжелые металлы и радионуклиды в почвах Ростовской агломерации

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»






С. Н. Горбов, О. С. Безуглова

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ И РАДИОНУКЛИДЫ В ПОЧВАХ РОСТОВСКОЙ АГЛОМЕРАЦИИ

Монография










               Ростов-на-Дону - Таганрог
     Издательство Южного федерального университета
2020

УДК 631.4: 504.5(470.61)(078)
ББК 40.3я7
      Г67

Печатается по решению Комитета при Ученом совете ЮФУ по естественнонаучному и математическому направлению науки и образования (протокол № 4 от 3 июня 2020 г.)

Рецензенты:
доктор биологических наук, профессор, зав. кафедрой прикладной экологии Санкт-Петербургского государственного университета
Е. В. Абакумов;
доктор биологических наук, профессор, зав. кафедрой почвоведения и оценки земельных ресурсов Южного федерального университета Т. М. Минкина
       Авторы: доктор биологических наук С. Н. Горбов; доктор биологических наук О. С. Безуглова



    Горбов, С. Н.
Г67 Тяжелые металлы и радионуклиды в почвах Ростовской агломерации : монография / С. Н. Горбов, О. С. Безуглова ; Южный федеральный университет. — Ростов-на-Дону ; Таганрог : Издательство Южного федерального университета, 2020. - 124 с.
        ISBN 978-5-9275-3529-3
        DOI 10.18522/801273349
        В монографии изложены результаты многолетних исследований по изучению химического состава, включая радиоактивные элементы, почв «Большого Ростова» - ядра Ростовской агломерации, являющейся четвертой по размеру моноцентрической агломерацией в России.
        Книга предназначена для научных работников, специалистов, занимающихся мониторинговыми исследованиями почвенного покрова Юга России, испытывающего избыточное антропогенное влияние. Она также может быть полезна для работников градостроительных и природоохранных структур, студентов вузов.

УДК 631.4: 504.5(470.61)(078)
ББК 40.3я7
ISBN 978-5-9275-3502-6
© Южный федеральный университет, 2020
© Горбов С. Н., Безуглова О. С., 2020
© Оформление. Макет. Издательство
Южного федерального университета, 2020

                ОГЛАВЛЕНИЕ





I. Урбанизация как фактор трансформации окружающей среды ....................................4
II. Химическое загрязнение городских почв Ростовской агломерации тяжелыми металлами и его оценка ........ 9
   2.1. Тяжелые металлы в почвах города.............10
    2.2. Эколого-геохимическое и гигиеническое нормирование почв урболандшафтов ................ 17
    2.3. Приоритетные тяжелые металлы в почвах урболандшафтов Большого Ростова..................29
2.4. Валовое содержание микроэлементов в почвах Ростовской агломерации и их профильное
        распределение в различных типах почв .......35
    2.5. Диагностические горизонты городских почв как возможный индикатор экологической оценки ...50
   2.6. Оценка степени загрязнения естественных
        и антропогенно-преобразованных почв Ростовской агломерации тяжелыми металлами..............63
   2.7. Генотоксичность городских почв .............76

III. Радионуклидный состав почв урболандшафта Ростовской агломерации .............................87
   3.1. Удельная активность радионуклидов ²³²Th, ²²⁶Ra,
        ⁴⁰K и ¹³⁷Cs в черноземах рекреационных территорий Ростовской агломерации .....................89
    3.2. Удельная активность ²³²Th, ²²⁶Ra, ⁴⁰K и ¹³⁷Cs в антропогенно-преобразованных почвах ..........91
Заключение .........................................94
Литература..........................................95

Приложения ........................................109
   Приложение 1 ...................................111
   Приложение 2 ...................................118


3

                I. УРБАНИЗАЦИЯ КАК ФАКТОР ТРАНСФОРМАЦИИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ





   Урбанизация (от лат. urbanus — городской) — явление, возникшее давно, но приобретшее глобальные масштабы только в ХХ столетии. Под урбанизацией понимается процесс становления городов, неуклонного увеличения их количества, площади и численности населения. В ходе этого процесса сельские поселения приобретают черты городских образований, растет роль городов в социально-экономическом развитии общества. Меняется состав и менталитет населения, ведущего специфический образ жизни, появляются городские популяции растений и животных, происходит формирование своеобразного почвенного покрова.
   Общемировая тенденция современного мира — устойчивый рост количества, территории и численности населения городов. Если в 1800 г. в мире насчитывалось менее 50 городов с населением 100 тыс. человек и более, то в 1950 г. было уже 906 таких городов, а в 1980 г. - 2202 города (Игнатова, 2010). Иными словами, среднестатистическая скорость возникновения новых городов в мире за период 1800-1950 гг. составляла 5,7 города в год, а в 1950-1980 гг. - уже 43,2 города в год. Обращает внимание изменение тенденций внутри процесса урбанизации (рис. 1). Скорость урбанизации в развитых странах явно замедлилась, в то же время этот процесс ускорился в развивающихся и в наименее развитых странах. Одновременно возросла концентрация населения в крупных и сверхкрупных агломерациях. По данным на 2016-2017 гг. в мире насчитывалось 54 города с населением свыше 5 млн человек, 15 мегагородов с населением более 10 млн человек, из них 3 города с населением более 20 млн (Крупнейшие города мира, 2017). Согласно данным ООН в городах проживает половина населения Земли, и к 2030 г. эта величина достигнет 60 % (Кошелева, 2010). Однако в России уже сегодня в городах проживает почти 75 % населения. И это не самый высокий показатель, в настоящее время

4

I. Урбанизация как фактор трансформации окружающей среды

наиболее урбанизированными являются Великобритания (92 % населения проживает в городах), Кувейт (91 %), Израиль (90 %), Австралия (85 %), Швеция (83 %). Подобного рода концентрация экономической жизни приводит к формированию обширных зон почти сплошной урбанизации, представляющей собой гигантские поселения ленточного типа, замыкающиеся в единую сеть (Горбов, Безуглова, 2019).


Рис. 1. Доля городского населения по основным группам стран мира, 1950-2050 гг., % от общей численности населения (Щербакова, 2013)

   Урбанизация как процесс тесно переплетается с явлением субурбанизации - развитием пригородов. Первоначально она проявляется в возникновении вокруг крупных городов пригородов, демографический рост которых на каком-то этапе начинает обгонять развитие центра. Вынос за пределы города промышленных предприятий, с одной стороны, и переселение в пригородную зону жителей из центрального города, с другой сто

5

I. Урбанизация как фактор трансформации окружающей среды

роны, приводят к формированию городских агломераций - взаимосвязанных групп поселений городского типа, объединенных в динамичные системы - мегаполисы - различными видами связей (трудовых, производственных, инфраструктурных, рекреационных). Самый большой на Земле по численности населения мегалополис Токайдо сформировался вдоль Тихоокеанского побережья Японии по линии Токио - Осака. В нем проживает около 70 млн человек, что составляет почти 60 % населения Японии и 2/3 ее промышленного производства. В Европе, например, это Рейнская зона, охватывающая три страны - агломерации Германии, Нидерландов и Бельгии, в которой проживает по разным оценкам 30-35 млн человек.
   Такие глобальные проблемы природопользования, как загрязнение окружающей среды, деградация почв и растительности, наблюдаются на урбанизированных территориях еще более выпукло. Во многих городах мира, как в России, так и в других странах, экологическая ситуация близка к критической. Техногенное геохимическое воздействие на окружающую среду в таких мегаполисах, являющихся одновременно крупными промышленными центрами, во много раз сильнее (Cordsen, 1996; Безуглова и др., 2000, 2010; Александрова, 2000; Стороженко и др., 2000; Бармин и др., 2008, 2011; Прокофьева и др., 2010; Дабахов и др., 2011а; Синцов и др., 2013; Водяницкий и др., 2013; Новиков, 2014; Павлова и др., 2015; Сазонова и др., 2015; Невенчанная, Михайлова, 2015; Дербенцева, Брикманс, 2015; Мальцева, Юшин, 2016; Ися-ньюлова, Батталова, 2016; Айдосов, Заурбеков, 2016; Айдинов и др., 2017; Шишкина, 2017а, 2017б; Суворов, 2019). Как следствие, территории городов, особенно крупных промышленных центров, по сути, представляют собой техногенные геохимические и биогеохимические провинции (рис. 2). Благодаря своей депонирующей способности, почвы городов защищают сопредельные среды и человека, продолжая даже в таких экстремальных условиях выполнять свои функции, и в первую очередь - протекторную. При этом следует помнить, что города, становясь центрами концентрации несвойственных природным экосистемам веществ, могут быть мощными источниками техногенного загрязнения.

6

I. Урбанизация как фактор трансформации окружающей среды

Рис. 2. Загрязнение почв России тяжелыми металлами, масштаб 1 : 30 000 000 (Мотузова и др. Атлас почв РФ. Электронная версия Национального атласа почв Российской Федерации)

   Таким образом, антропогенные нарушения почвенных процессов и экосистемных функций почв — неизбежный итог урбанизации, который отражается на качестве жизни городских жителей.

7

I. Урбанизация как фактор трансформации окружающей среды

И, следовательно, изучение городских и антропогенно-измененных почв становится одним из самых востребованных и актуальных направлений почвоведения. Задачи этого направления включают развитие современных методов их изучения, классификации и картографирования, оценки и прогнозирования состояния. Этим объясняется внимание к изучению городских почв и появление множества публикаций, вплоть до крупных монографических работ и учебников (Burghardt, 1989, 1997; Приваленко, 1993; Строганова и др., 1997, Строганова, 1998; Приваленко, Безуглова, 2003; Безуглова и др., 2010; Безуглова и др., 2012; Матинян, Бахматова, 2012; Levin et al., 2017).

                II. ХИМИЧЕСКОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ГОРОДСКИХ ПОЧВ РОСТОВСКОЙ АГЛОМЕРАЦИИ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ И ЕГО ОЦЕНКА





   В прогнозировании экологического состояния почвенного покрова городских агломераций одним из наиболее значимых направлений является изучение роли тяжелых металлов и их соединений в естественных и антропогенно-преобразованных поверхностных и глубинных горизонтах городских почв. Металлы, обладающие изначально различными кларками, имеют самые разнообразные формы и ареалы распространения в земной коре; как следствие, их вынос на поверхность и распределение в ходе педогенеза по почвенному профилю зависят от совокупности факторов почвообразования, которые в последнее время усугубляются деятельностью человека. При этом массоперенос тяжелых металлов и их соединений на дневную поверхность является в большинстве своем процессом управляемым, и может быть сопряжен, например, с разработкой месторождений (Водяницкий и др., 2012). В то время как обратный процесс — привнесение металлов в объекты окружающей среды в целом и в почву в частности — носит зачастую неконтролируемый, а иногда и стихийный характер, выраженный в сборе и захоронении ТБО, сбросах промышленных предприятий, влиянии транспортного трафика, возникновении локальных техногенных катастроф.
   Ростовская агломерация, и прежде всего ее ядро — «Большой Ростов» (рис. 3), за последнее десятилетие претерпела значительные изменения индустриальной и транспортной локализации. Основная масса промышленных предприятий городов Ростов-на-Дону и Аксай сосредоточена на левом берегу реки Дон, тем самым была создана своеобразная гидропреграда между основными источниками промышленных загрязнений и селитебными зонами городов. Как следствие, главенствующая роль в аэронагрузке в настоящее время принадлежит транспорту из-за изменений магистральной карты агломерации, наряду с этим меняются условия и особенно


9

II. Химическое загрязнение городских почв Ростовской агломерации ...

сти урбанистического процесса, а также его взаимодействие с окружающей средой.


Рис. 3. Границы «Большого Ростова» — ядра Ростовской агломерации (Горбов, Безуглова, 2019)

   В условиях города любые изменения режимов почвообразования, определяющих урбопедогенез, отражаются на почвенном покрове и его свойствах, поэтому изучение механизмов сопротивляемости и приспосабливаемости почв к различным формам загрязнения, а особенно связанным с антропогенным воздействием, становятся все актуальнее.


2.1. Тяжелые металлы в почвах города
   В настоящий момент уже не вызывает сомнения тот факт, что изучение вопросов возникновения и трансформации урболанд-шафтов является острой и первостепенной задачей, направленной на понимание процессов устойчивого развития городской среды в целом. При этом всестороннее изучение почв городских террито

10