Санкт-Петербургский университетНаука
Опасные элементы Ржевского лесопарка
Ученые Университета оценили уровень загрязнения тяжелыми металлами почв и грибов в Ржевском лесопарке и обнаружили превышение предельных норм концентрации по некоторым показателям.
Ржевский лесопарк исследователи выбрали не случайно. Это один из крупных лесных массивов на границе Санкт-Петербурга и Ленинградской области, в который любят ходить на прогулки горожане. «Он играет важную роль в очищении атмосферного воздуха, защите от шумового загрязнения и формировании микроклимата», — пишут в статье «Оценка загрязнения почв Ржевского лесопарка тяжелыми металлами» Софья Алексеевна Канаева, обучающаяся 3-го курса бакалавриата СПбГУ (программа «Экология и природопользование»), и Степан Юрьевич Кукушкин, кандидат географических наук, доцент СПбГУ (кафедра геоэкологии). Кроме того, парк считается «учебным» лесом, так как входит в Охтинское учебно-опытное лесное хозяйство Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета имени С. М. Кирова. За годы практики студентов в Ржевском парке о нем накопилось большое количество информации.
«Ржевский лесопарк — крайне удачный объект для исследования, — подчеркивает Степан Кукушкин. — На парк оказывали и продолжают оказывать влияние несколько основных источников загрязнения: Охтинский пороховой завод, железная дорога, КАД, Ржевская промышленная зона». «Растительность лесопарка сохранилась в относительно естественном состоянии, а небольшая сеть тропинок не нарушает его природный облик. Также Ржевский лесопарк отличается четким квартальным делением и разнообразием участков с разной степенью облагороженности», — рассказывает Софья Канаева.
По словам Степана Кукушкина, для некоторых людей лесопарк является зоной не только для прогулок, но и для сбора съедобных грибов. «Поэтому одной из важных задач можно считать оценку уровня их опасности для человека, — объясняет ученый. — Решить ее можно, проанализировав саму почву и грибы с помощью современных методов».
«Также исследование состояния природных компонентов — почвы и грибов Ржевского парка — позволяет расширить ценные знания о функционировании экосистемы в условиях возрастающей антропогенной нагрузки», — подчеркивает Софья Канаева.
Анализ опасности
В почве и грибах Ржевского леса ученые анализировали содержание подвижных форм металлов. Как рассказал Степан Кукушкин, это те соединения металлов, которые находятся в почве в максимально доступной для растений и грибов форме. «Благодаря чему они могут быть легко поглощены и ассимилированы, — подчеркивает Софья Канаева. — Это опасно, учитывая, что металлы через грибы и растения могут попасть в организм животных и людей и вызвать отравление».
Пробы почв исследователи отбирали из поверхностного слоя на участках без повреждений и с естественным для Ржевского парка растительным покровом. Пробные площади выбирали таким образом, чтобы они равномерно покрывали всю территорию лесного массива. Параллельно исследователи также проводили отбор проб грибов. Их они брали с участков, объединенных по качественным признакам: например, по расположению относительно жилых домов и транспортных магистралей, по замусоренности и обустроенности.
«Виды грибов мы выбирали по признакам распространенности и изученности и учитывали, чтобы в исследование попали различные экологические группы. Например, мы собирали сыроежки, маслята и мухоморы, которые относятся к группе симбионтов (симбиотрофов), а также трутовые грибы, относящиеся к паразитическим организмам (ксилотрофам)», — рассказывает Софья Канаева.
После сбора образцов ученые проводили пробоподготовку. Ей они занимались на базе учебной лаборатории физико-химического анализа СПбГУ. Исследователи перетирали образцы в агатовой ступке или в специальной шаровой мельнице до состояния пудры, а уже затем с помощью специального экстрагента извлекали подвижные формы металлов. Полученные вытяжки ученые анализировали методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой в ресурсном центре Научного парка СПбГУ «Методы анализа состава вещества».
Как рассказали ученые, атомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно связанной плазмой — аналитический метод, который используется для определения концентрации веществ в растворах. Он основан на способности атомов в возбужденном состоянии излучать свет на определенной длине волны. В результате анализа получаются уникальные для каждого элемента спектры, по которым можно определить содержание того или иного металла в образце. Количество каждого из них определяется с помощью сопоставления проб с растворами с известной концентрацией.
После атомно-эмиссионной спектрометрии исследователи рассчитали коэффициенты вариации содержания металлов. По словам ученых, этот простой показатель представляет собой меру разброса данных и отражает степень изменчивости исследуемого показателя в выборке. Он позволяет оценить уровень влияния антропогенных факторов на содержание металлов.
«Для естественного поступления веществ в природные объекты, как правило, характерны низкие значения коэффициента вариации — 15–30 %. Тогда как при антропогенном воздействии, напротив, коэффициент может принимать высокие и аномально высокие значения — 100 % и более, — объясняет Софья Канаева. — Это обусловлено тем, что изменчивость естественных характеристик ниже изменчивости антропогенных из-за их физико-химических свойств и особенностей источников поступления».
Уровни содержания металлов
В результате анализа исследователи получили данные о содержании в образцах почвы и грибах подвижных форм следующих элементов: кальция (Ca), алюминия (Al), железа (Fe), калия (K), натрия (Na), бария (Ba), марганца (Mn), цинка (Zn), свинца (Pb), сурьмы (Sb), никеля (Ni), меди (Cu), хрома (Cr), ванадия (V) и кадмия (Cd).
Как пишут ученые в статье, для концентраций всех этих элементов коэффициент вариации принял относительно высокие значения (> 30 %). Еще более высокий его показатель (> 50 %) исследователи получили для хрома, меди, железа и цинка. Аномально высокое значение (стремится к 100 %) он принял для марганца. Все это указывает на возможное техногенное загрязнение почв.
Полученные концентрации металлов ученые сравнили с предельно допустимыми концентрациями (ПДК) по СанПиН и с нормами фоновых концентраций подвижных форм металлов для особо охраняемых природных территорий Санкт-Петербурга и Ленинградской области.
В итоге ученые выявили, что в 28 из 30 проб была превышена ПДК свинца, в восьми случаях превышен норматив по цинку и в пяти — по марганцу. По всему лесопарку также оказалось выше фоновых значений среднее содержание марганца, цинка и кадмия, а в нескольких точках — фоновая концентрация хрома и свинца.
«Наибольшие концентрации свинца, никеля, сурьмы, цинка, железа, меди, марганца и алюминия мы отметили на участках, расположенных в Красногвардейском районе Петербурга, вблизи наиболее крупных просек лесопарка и жилых кварталов, — рассказывает Софья Канаева. — Также высокое количество загрязняющих веществ мы обнаружили в точках, расположенных вдоль КАД. На данных участках были превышены нормативы по свинцу, цинку и марганцу».
В местах рядом с железнодорожными путями было отмечено высокое содержание железа, никеля и свинца. Наименее подверженной загрязнению оказалась центральная часть лесопарка.
«Согласно установленным нормам, оценка уровня химического загрязнения почв как индикатора неблагоприятного воздействия на здоровье населения проводится по коэффициенту концентрации химического вещества, а также по суммарному показателю загрязнения (Zc), — подчеркивает Софья Канаева. — По полученному нами значению суммарного показателя можно сделать вывод, что почвы лесопарка относятся к категории допустимого загрязнения (Zc < 16). В некоторых точках в Красногвардейском районе рядом с железнодорожными путями и рекой Лапкой почва является умеренно опасной (Zc от 16 до 32)».
Скорее всего, на данных участках на состояние почвы оказали воздействие дноуглубительные и строительные работы, которые осуществлялись на реке при отведении ее стока в коллектор. А железнодорожный и автомобильный транспорт способствовал поступлению в почву вдоль дорог цинка, алюминия, кадмия, никеля и других металлов. Это часто связано с истиранием покрышек и износом дорожного покрытия.
«На примере Ржевского лесопарка можно проследить накопленный вред от действовавших ранее и работающих сейчас предприятий промышленной зоны „Ржевка“,— говорит Софья Канаева. — Также заметно, как из года в год меняется уровень замусоренности и обустроенности территорий. Возможно, из-за этого на некоторых участках отразилось загрязнение от локальных стихийных источников, например скопления бытовых отходов и строительного мусора».
По словам ученого, в целом общее состояние почвенного покрова Ржевского парка можно оценить как удовлетворительное. А вот качество съедобных грибов таковым не является. По данным исследователей, практически на всех участках пробоотбора содержание тяжелых металлов в сыроежках и маслятах превысило предельно допустимые уровни для кадмия, а в сыроежках с участков в Красногвардейском районе и рядом с КАД — для цинка и свинца. Таким образом, можно сделать вывод, что в Ржевском лесопарке собирать эти грибы нежелательно.
В почвах Ржевского лесопарка
В среднем содержится меньше марганца, никеля, хрома и меди, чем в других парках. Содержание железа в лесопарке выше, чем в Ботаническом саду, цинка и свинца — чем в «Сергиевке», кадмия — чем в «Сергиевке» и в «Дубках». При сопоставлении концентраций тяжелых металлов и нормативов для почв достоверные различия в уровне загрязнения можно проследить для Ржевского лесопарка и Ботанического сада. Почвы Ботанического сада загрязнены цинком, свинцом и медью, причем предельно допустимая концентрация по свинцу превышена в шесть раз, тогда как в почвах Ржевского лесопарка присутствует только загрязнение почв свинцом, а его концентрация ниже в 2,5 раза.
Источник: С. А. Канаева, С. Ю. Кукушкин. Оценка загрязнения почв Ржевского лесопарка тяжелыми металлами. 2024 год
Кстати
Ресурсный центр Научного парка СПбГУ «Методы анализа состава вещества» создан в Санкт-Петербургском государственном университете для проведения научно-исследовательской работы в области аналитической химии и аналитической поддержки научно-исследовательских, опытно-конструкторских и промышленно-внедренческих работ.
Подробнее об исследовании ученых читайте в сборнике Второй международной научно-практической конференции студенческого научного общества Санкт-Петербургского государственного университета за 2024 год в статье «Оценка загрязнения почв Ржевского лесопарка тяжелыми металлами» Софьи Алексеевны Канаевой, обучающейся 3-го курса бакалавриата СПбГУ (программа «Экология и природопользование»), и Степана Юрьевича Кукушкина, кандидата географических наук, доцента СПбГУ (кафедра геоэкологии).
Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl