Тяжелые металлы в почвах, древесных и травянистых растениях Петропавловск-Камчатского городского округа

Глава 1 «Обзор литературы» включает четыре раздела. В разделах 1.1–1.2
приведены сведения о видах ТМ, поступающих в окружающую среду из ес-
тественных и антропогенных источников, и их токсичности. ТМ представля-
ют собой одну из приоритетных групп загрязнителей, являющихся фактора-
ми деградации окружающей среды. При избыточном поступлении они
проявляют токсичные свойства. В настоящее время проблеме металлического
загрязнения урбанизированных территорий посвящено множество разнона-
правленных исследований (Бородина, 2012; Ветрова, 2015; Делигодина и др.,
2017; Коновалова, 2018; Парфенова, 2020; Davydova, 2005; Gong et al., 2008;
Hailu, Gebeyehu, 2020 и др.), свидетельствующих о ее высокой значимости.
В разделе 1.3 описаны особенности накопления ТМ органами и тканями
растений и физиологические механизмы их устойчивости к металлическому
загрязнению. В разделе 1.4 рассмотрены современные подходы в фитоинди-
кации и биомониторинге для дифференциации территорий по уровню метал-
лического загрязнения. При использовании растений в качестве биоиндика-
торов необходимо учитывать особенности местности произрастания, а также
комплекс индивидуальных характеристик видов, в том числе их физиологи-
ческие и морфологические адаптации (Валеева, 2004; Корельская, Попова,
2012; Сомов, 2018; Mertens et al., 2004; Franel, Babczynska, 2011).
Глава 2 «Объекты и методы исследования» включает 4 раздела, в кото-
рых дано детальное описание районов исследования (раздел 2.1; рис. 1),
представлена краткая характеристика выбранных для биомониторинга видов
растений: ольха волосистая Alnus hirsuta, береза Эрмана Betula ermanii, ива
удская Salix udensis, шиповник тупоушковый Rosa amblyotis, полынь пышная
Artemisia vulgaris var. kamtschatica и вейник Лангсдорфа Calamagrostis
canadensis var. langsdorffii (раздел 2.2), описаны методики пробоподготовки
и анализа образцов (раздел 2.3) и методы оценки уровня металлического за-
грязнения почвы и растений (раздел 2.4).

Рисунок 1 – Карта-схема мест отбора почвенных и растительных образцов.
А – Камчатский край; Б – городская агломерация Петропавловск-Камчатский –
Елизово – Вилючинск; В – районы исследования в г. Петропавловске-Камчатском:
1 – фоновый участок, 2 – «Автостанция 10-й км», 3 – «Краевая библиотека»,
4 – «Ботанический переулок», 5 – «Стадион “Спартак”», 6 – «Госпиталь»,
– дополнительные места отбора почвенных образцов

Отбор образцов проведен в летний период 2017, 2018 и 2020 гг. согласно
методическим указаниям по определению ТМ в почвах сельхозугодий и про-
дукции растениеводства (1992 г.). Всего за период исследования отобрано
172 растительных и 46 почвенных проб, выполнено около 900 аналитических
определений содержания меди (Cu), цинка (Zn), свинца (Pb) и кадмия (Cd).
Кислотное разложение растительного и почвенного материала выполнено
в системе микроволновой подготовки проб Ethos UP (Milestone, Италия).
Пробы анализировали на атомно-эмиссионном спектрометре с микроволно-
вой плазмой AES-MP 4200 (Agilent Technologies, США) (Хеттипатирана,
Мельник, 2014). Контроль точности определения концентраций ТМ проводи-
ли по анализу стандартных образцов (ЛБ-1, ЭК-1, ГСО 3484-86, Институт
геохимии им. А. П. Виноградова СО РАН). Все полученные значения по со-
держанию отдельных металлов в пробах растений и почвенных образцах
приведены в расчете на сухую массу (мг/кг).
Для оценки степени загрязнения ТМ почвы и растений применяли сле-
дующие показатели: коэффициенты концентрации Кс = PI (ГН 2.1.2042-06;
Kowalska et al., 2018) и опасности Ко (ГН 2.1.2042-06); индексы: геоаккуму-
ляции Igeo (Müller, 1969; Nowrouzi, Pourhabbaz, 2014), нагрузки загрязнения
PLI (Varol, 2011), потенциального экологического риска PERI (Hakanson,
1980), интегрированный индекс загрязнения Немерова NPI (Gong et al., 2008)
и суммарный показатель загрязнения Zc (Касатиков, 1989; Сает и др., 1990;
МУ 2.1.7.730-99; Байбеков и др., 2007). Для выделения видов-индикаторов
использовали коэффициенты биологического поглощения КБП (Перельман,
1961; Ильин, Степанова, 1982) и биогеохимической активности вида БХА
(Айвазян, 1974).
В главе 3 приведена эколого-географическая характеристика Петропав-
ловска-Камчатского городского округа. Описаны основные особенности поч-
венно-растительного покрова краевого центра и условия его формирования
(раздел 3.1). Приведены сведения о естественных и антропогенных источни-
ках поступления ТМ в городскую среду, представлены современные данные
о динамике выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух населен-
ных пунктов Камчатского края от предприятий теплоэнергетики и авто-
транспорта (раздел 3.2).

Главы 4–6. (Результаты исследования и их обсуждение)
В главе 4 представлены полученные автором данные о содержании Cu,
Zn и Pb в почве г. Петропавловска-Камчатского. Раздел 4.1 включает сведе-
ния о валовом содержании указанных выше металлов в почвенных образцах
(табл. 1). Концентрация меди в почвах всех исследованных территорий горо-
да превышала таковую для выбранного фонового участка. В 2017–2018 гг. ее
содержание существенно не отличалось от значений геохимического фона
(33,83 мг/кг), однако в 2020 г. во всех районах города наблюдалась противо-
положная ситуация (табл. 1). На всех участках, кроме района «Ботанический
переулок», было выявлено увеличение концентрации Cu в почве в сравнении
с предыдущими годами исследования. В районе «Стадион “Спартак”» ее со-
держание в 2020 г. увеличилось более чем в 2 раза по сравнению с 2018 г.
и в 4 раза – по сравнению с 2017 г.
Содержание цинка в почве фонового участка является наименьшим
в сравнении с городскими районами, исключение – район «Стадион “Спар-
так”». В 2017–2018 гг. содержание цинка было ниже геохимического фона
(65,31 мг/кг). В 2020 г. во всех районах города наблюдалось значительное
увеличение его концентрации (табл. 1). Так, в районе «Стадион “Спартак”»
концентрация Zn в 2018 г. была в 8 раз выше, чем в 2017 г., в 2020 г. –
в 35 раз, в других районах превышение значений предыдущего года находи-
лось в диапазоне 1,1–3,0 раза.
Содержание свинца в почве фонового участка было ниже, чем в городе.
За весь период исследования Pb присутствовал в почвах урбанизированной
зоны в концентрациях, превышающих геохимический фон, – 9,82 мг/кг
(табл. 1). Динамика изменения концентрации свинца в почве города за период
2017–2018 гг. была выражена несущественно, кроме района «Стадион “Спар-
так”», где наблюдалось резкое увеличение его концентрации (в 6,8 раза).
В 2020 г. показатели содержания Pb снизились во всех районах исследования,
кроме участка «Автостанция 10-й км».
Таблица 1 – Уровни содержания и ряды накопления тяжелых металлов
в почвах исследованных районов г. Петропавловска-Камчатского

Уровень
Ряд уменьшения содержания ТМ
МеталлГодсодержания
ТМ, мг/кгв почвах исследованных районов
Автостанция 10-й км ≥ Ботанический переулок >
201712,7–37,6> Краевая библиотека > Госпиталь > Стадион
“Спартак”
Ботанический переулок > Краевая библиотека >
Cu201827,9–42,4> Госпиталь > Автостанция 10-й км > Стадион
“Спартак”
Краевая библиотека > Стадион “Спартак” > Гос-
202035,5–88,5питаль > Автостанция 10-й км > Ботанический
переулок
Краевая библиотека > Госпиталь > Ботанический
20177,0–65,7переулок > Автостанция 10-й км > Стадион
“Спартак”
Госпиталь > Стадион “Спартак” > Краевая биб-
Zn201840,2–64,5лиотека > Ботанический переулок > Автостанция
10-й км
Стадион “Спартак” > Ботанический переулок >
202071,5–245,6> Автостанция 10-й км > Краевая библиотека >
> Госпиталь
Госпиталь > Автостанция 10-й км > Краевая
20178,8–68,7библиотека > Ботанический переулок > Стадион
“Спартак”
Ботанический переулок > Госпиталь > Стадион
Pb201840,4–309,8“Спартак” > Краевая библиотека > Автостанция
10-й км
Стадион “Спартак” > Автостанция 10-й км >
202012,2–53,4> Ботанический переулок > Краевая библиотека >
> Госпиталь

Концентрация кадмия была выявлена в значениях ниже предела количе-
ственного определения методом АЭС-МП (менее 0,01 мг/кг). По этой причи-
не при оценке металлического загрязнения почв г. Петропавловска-
Камчатского его значения не учитывались.
В разделе 4.2 обсуждается суммарное содержание ТМ в почвах районов
исследования. Установлено, что наибольший вклад в металлическое загряз-
нение почв города вносит свинец. Аккумуляция ТМ здесь уменьшается
в следующей последовательности: Pb > Zn > Cu. Важно отметить, что для
ненарушенных почв юго-восточной Камчатки убывающий ряд концентраций
этих металлов имеет другую последовательность: Cu > Zn > Pb (Захарихина,
Литвиненко, 2019а). Также нами выявлено стабильно низкое суммарное
содержание ТМ в почвенных образцах фонового участка, его значение за пе-
риод исследований не превышало 60 мг/кг (рис. 2).

Автостанция
10-й км

Рисунок 2 – Суммарное содержание тяжелых металлов в почвах исследованных
районов г. Петропавловска-Камчатского и фонового участка в 2017, 2018 и 2020 гг.

В главе 5 представлены сведения о содержании Cu, Zn, Pb и Cd в иссле-
дованных травянистых и древесных растениях ПКГО. В разделе 5.1 проде-
монстрировано, что наибольшее содержание меди в 2017–2018 гг. было
выявлено в растениях фонового участка, в 2020 г. – в растениях района
«Краевая библиотека». Установлено, что ее накопление в листьях Artemisia
vulgaris было выше, чем у других исследованных видов (табл. 2), и в боль-
шинстве случаев соответствовало токсичной концентрации (> 20 мг/кг). Медь
в растениях содержалась в меньших концентрациях, чем в почве тех же уча-
стков, что, вероятно, связано с медной специализацией последней, а также
с физиологическими особенностями видов.
Наибольшее содержание цинка в листьях исследованных видов в 2017–2020 гг.
определено в районе «Автостанция 10-й км». Наиболее высокие его показа-
тели в городской среде имела ива. В ее листьях концентрация металла соот-
ветствовала токсичной (150 мг/кг) и была выше, чем в почвах аналогичных
участков (см. табл. 1 и 2).
Показатели содержания свинца в растениях всех участков отличались незна-
чительно и соответствовали оптимальному для растений уровню (< 10 мг/кг). В 2017–2020 гг. его наибольшая концентрация была у растений в районе «Автостанция 10-й км». В некоторых случаях вейник накапливал этот металл в более высоких концентрациях, чем другие виды. Однако в отношении дру- гих ТМ аналогичная ситуация не наблюдалась. Установлено, что содержание свинца в пробах почв районов исследования было выше, чем у произраставших там травянистых и древесных растений (табл. 1 и 2). В листьях ивы выявлено наибольшее содержание кадмия в 2017 г. в районе «Госпиталь», в 2018 г. – на участке «Ботанический переулок», в 2020 г. – «Краевая библиотека». У большинства растительных образцов его концентрация достигала токсичного уровня (> 0,1 мг/кг), несмотря на его
незначительное содержание в почве. Это, вероятно, связано с преобладанием
аэрального пути поступления Cd в растительный покров и активным его на-
коплением отдельными проанализированными видами (табл. 2).
Таблица 2 – Уровни содержания тяжелых металлов в листьях растений
исследованных районов г. Петропавловска-Камчатского

ВидГодCu, мг/кгZn, мг/кгPb, мг/кгCd, мг/кг
(шиповник)1 (полынь)1

201718,4–22,038,5–114,22,3–3,00,3–1,7
Artemisia
vulgaris

201815,5–36,654,5–111,22,4–3,70,5–2,1
202016,6–27,8112,7–175,80,8–1,60,2–0,9
20177,6–10,424,4–30,01,8–2,70,2–1,6
amblyotis
Rosa

20187,7–10,024,5–31,51,2–2,90,6–1,4

20178,7–13,653,7–281,30,01–2,90,3–2,7
udensis
(ива)2
Salix

20188,5–10,0118,7–246,10,01–3,80,99–3,6
20208,3–12,5229,5–416,70,7–1,00,5–1,0
(береза)2 (ольха)2
ermanii hirsuta

201714,1133,10,31,2
Alnus

201810,3–12,190,3–116,60,01–1,30,5–2,0
201711,4132,62,80,7
Betula

20189,3–13,648,3–203,60,01–3,40,06–3,2
20207,9–9,296,2–259,00,3–1,00,05–0,8
Calamagrostis
canadensis
(вейник)1

20203,1–6,129,3–64,10,8–1,70,03–0,3

Примечание. 1 – представители травянисто-кустарникового яруса, 2 – представи-
тели древесного яруса.

В разделе 5.2 обсуждаются суммарные показатели содержания ТМ в рас-
тениях фонового участка и районов ПКГО (рис. 3). У представителей травя-
нисто-кустарникового яруса общее содержание металлов (Zn, Cu, Pb и Cd)
ниже, чем у древесного. Наибольшее значение суммарного содержания ТМ
было выявлено в образцах ивы как в фоновой (155 мг/кг), так и в городской
зонах (189,6 мг/кг). Аккумуляция металлов растениями г. Петропавловска-
Камчатского уменьшается в следующей последовательности: Zn > Cu > Pb ≥ Cd,
т. е. все виды в большей степени аккумулируют цинк, в меньшей – свинец
и кадмий (рис. 3).

Рисунок 3 – Суммарное содержание тяжелых металлов в растениях
г. Петропавловска-Камчатского и фонового участка в 2017–2018 гг.
* – усредненное содержание элементов в вейнике Лангсдорфа
для юго-восточной Камчатки (Захарихина, Литвиненко, 2019б)

В разделе 5.3 дана сравнительная оценка накопления металлов предста-
вителями разных видов растений в 2017 и 2018 гг. и обосновывается выделе-
ние видов-индикаторов. Наибольший КБП в отношении всех исследуемых
металлов характерен для ивы (6,3), наименьший – для шиповника
и ольхи (0,1). Ряд уменьшения БХА имеет следующий вид: Salix udensis >
> Betula ermanii > Artemisia vulgaris > Alnus hirsuta > Rosa amblyotis (табл. 3).
Основываясь на полученных нами данных, представители Salix и Artemisia
могут быть использованы как биоиндикаторы загрязнения окружающей сре-
ды цинком. Cu и Pb в наиболее высоких концентрациях определены
в A. vulgaris, S. udensis и B. ermanii (табл. 4).
Поскольку расчет КБП и БХА для исследованных видов не мог быть вы-
полнен в отношении кадмия, то выделение индикаторов этого металла было
основано на полученных нами значениях его валового содержания в расти-
тельных образцах.
В главе 6 обсуждаются результаты сравнительной оценки загрязнения
почвенно-растительного покрова разных районов Петропавловск-Камчатского
городского округа и города в целом в 2017, 2018 и 2020 гг., также дается
их сравнение с имеющимися нормативными показателями. В разделе 6.1
показан современный уровень металлического загрязнения почв ПКГО.
В 2017–2018 гг. содержание Cu и Zn в почвах города было ниже установленных
в России значений ПДК/ОДК. В 2020 г. выявлено превышение допустимых
концентраций по меди в районе «Краевая библиотека» и по цинку в районах
«Стадион “Спартак”», «Ботанический переулок» и «Автостанция 10-й км».
За весь период наблюдения содержание Pb было выше показателя ПДК во всех
исследованных почвах города, кроме районов «Стадион “Спартак”» (2017 г.),
«Ботанический переулок» (2017 г.), «Госпиталь» (2020 г.). За период 2017–2020 гг.
в почве фонового участка превышение ПДК ТМ не обнаружено.

Таблица 3 – Средние показатели биогеохимической активности (БХА) и коэффициента
биологического поглощения (КБП) металлов у исследованных видов растений

КБП
ВидБХА
ZnCuPb
Artemisia vulgaris2,81,90,80,2
Rosa amblyotis1,40,90,30,1
Salix udensis13,76,30,60,2
Alnus hirsuta21,50,40,1
Betula ermanii2,91,80,50,2

Таблица 4 – Виды-индикаторы тяжелых металлов в г. Петропавловске-Камчатском

Вид-индикатор
МеталлТравянисто-кустарниковый
Древесный ярус
ярус
ZnSalix udensisArtemisia vulgaris
CuBetula ermanii / Salix udensisArtemisia vulgaris
PbBetula ermanii / Salix udensisArtemisia vulgaris
CdSalix udensisArtemisia vulgaris

Анализ значений Igeo выявил в целом слабую и умеренную степень загряз-
нения поверхностного слоя городских почв медью и цинком в 2017–2020 гг.,
а также умеренную (2017 г.) и достаточную сильную (2018 и 2020 гг.)
степень загрязнения свинцом. Полученные значения PI (= Кс) для почв
г. Петропавловска-Камчатского во многом повторяли выявленные для Igeo
закономерности. Практически во всех урбанизированных территориях PI,
рассчитанный на основе содержания свинца в почвах, соответствовал очень
сильной степени загрязнения (рис. 4).
На основе полученных значений суммарного показателя загрязнения (Zc)
установлено, что в почвах всех исследованных районов за период 2017–2018 гг.
был выявлен допустимый уровень загрязнения ТМ (рис. 5, Г). Единственное
исключение отмечено в 2018 г. для участка «Ботанический переулок» с опас-
ной категорией загрязнения. В 2020 г. к категории умеренно опасного загряз-
нения относились районы «Стадион “Спартак”» и «Краевая библиотека».
При дополнительном расчете показателя Zc для урбанизированных террито-
рий с учетом кларков выявлены аналогичные значения Zc, полученные отно-
сительно фонового участка.
Igeo

Рисунок 4 – Индивидуальные показатели загрязнения почв
г. Петропавловска-Камчатского отдельно медью, цинком и свинцом:
Igeo – индекс геоаккумуляции (А), PI – индекс загрязнения (Б).
Градация загрязнения металлами: слабая степень (0 < Igeo < 1 и 1 < PI < 2), средняя / умеренная степень (1 < Igeo < 2 и 2 < PI < 3), сильная степень (2 < Igeo < 4 и 3 < PI < 5), очень сильная степень (4 < Igeo < 5 и PI > 5)
и чрезвычайно сильная степень (5 < Igeo < 6) Для более полной оценки был произведен расчет индексов NPI, PERI и PLI (рис. 5). Районы исследования по уменьшению значений выше указан- ных индексов в 2017 г. имели следующий вид: «Госпиталь» > «Автостанция
10-й км» > «Краевая библиотека» > «Ботанический переулок» > «Стадион
“Спартак”». Аналогичный ряд в 2018 г. представлен иной последовательно-
стью: «Ботанический переулок» > «Госпиталь» > «Стадион “Спартак”» >
> «Краевая библиотека» > «Автостанция 10-й км».
Ряды уменьшения участков по величине PЕRI, PLI в 2020 г.: «Стадион
“Спартак”» > «Краевая библиотека» > «Автостанция 10-й км» > «Ботаниче-
ский переулок» > «Госпиталь». В 2020 г. ряд уменьшения значений NPI
в исследованных районах имел следующий вид: «Стадион “Спартак”» > «Ав-
тостанция 10-й км» > «Краевая библиотека» > «Ботанический переулок» >
> «Госпиталь» (рис. 5).
Почвы всех районов, кроме участка «Стадион “Спартак”» в 2017 г.,
по индексу PLI относятся к загрязненным. Согласно показателю NPI, они
в большинстве случаев соответствуют сильнозагрязненным, исключением
является 2017 г. для районов «Стадион “Спартак”» (незагрязненные), «Бота-
нический переулок» (слабозагрязненные) и «Краевая библиотека» (умерен-
ное загрязнение). Расчет индекса PERI показал, что в целом для почв всех
районов характерна слабая степень потенциального экологического риска
в результате загрязнения ТМ, кроме участков «Ботанический переулок»
(2018 г.) и «Стадион “Спартак”» (2020 г.) с сильной и умеренной степенью
соответственно (рис. 5).
Рисунок 5 – Показатели комплексного загрязнения тяжелыми металлами
почв исследованных районов Петропавловск-Камчатского городского округа
(PLI, PERI, NPI, Zc): 1 – «Госпиталь», 2 – «Стадион “Спартак”»,
3 – «Ботанический переулок», 4 – «Краевая библиотека», 5 – «Автостанция 10-й км»

В разделе 6.2 обсуждается уровень металлического загрязнения древес-
ных и травянистых растений г. Петропавловска-Камчатского. Для дифферен-
циации городской среды по степени металлического загрязнения нами были
рассчитаны значения Zc для выделенных видов-индикаторов (A. vulgaris var.
kamtschatica и S. udensis).
В 2017 г. суммарное загрязнение ТМ растений травянисто-кустарникового
яруса для районов «Автостанция 10-й км» и «Ботанический переулок» соответ-
ствовало средней степени, для остальных районов оно характеризовалось как
слабое (рис. 6). Ряд уменьшения содержания металлов в пробах полыни на уча-
стках исследования в 2017 г. имеет следующий вид: «Автостанция 10-й км» >
> «Ботанический переулок» > «Госпиталь» > «Краевая библиотека» > «Стади-
он “Спартак”». В 2018 г. средняя степень металлического загрязнения растений
A. vulgaris var. kamtschatica выявлена только для территории «Госпиталь»,
в остальных районах оно соответствовало слабому уровню. Ряд уменьшения
содержания ТМ в ее пробах в 2018 г. представлен последовательностью: «Гос-
питаль» > «Автостанция 10-й км» > «Стадион “Спартак”» > «Краевая библио-
тека» > «Ботанический переулок» (рис. 6).
В 2020 г. незначительная степень загрязнения растений травянистого яруса
была выявлена в районах «Стадион Спартак», «Ботанический переулок», сла-
бая степень была характерна для всех других районов исследования. В 2020 г.
ряд уменьшения был иным: «Краевая библиотека» > «Автостанция 10-й км» >
> «Госпиталь» > «Стадион “Спартак”» > «Ботанический переулок» (рис. 6).

Zc Artemisia
ZcZ
Zcc SalixZc
12.213.502.1111.211.211.87
20.322.200.7620.932.872.03
Районы
33.251.190.5131.961.151.96
41.111.992.86400.712.23
53.502.922.3851.271.453.31
А201720182020Б201720182020

Рисунок 6 – Оценка суммарного загрязнения (Zc) растительного покрова
исследованных районов Петропавловск-Камчатского городского округа
в 2017, 2018 и 2020 гг. с использованием видов-индикаторов –
Artemisia (А) и Salix (Б).
Обозначение районов приведено в подрисуночной подписи к рисунку 5

Суммарное загрязнение ТМ растений древесного яруса за весь период ис-
следования можно оценить как слабое. В 2017 г. ряд уменьшения содержания
ТМ в образцах ивы из разных районов города имел следующий вид: «Бота-
нический переулок» > «Автостанция 10-й км» > «Госпиталь» > «Стадион
“Спартак”». Аналогичный ряд в 2018 г. представлен таким образом: «Стади-
он “Спартак”» > «Автостанция 10-й км» > «Госпиталь» > «Ботанический
переулок» > «Краевая библиотека». В 2020 г. ряд уменьшения имел вид: «Ав-
тостанция 10-й км» > «Краевая библиотека» > «Стадион “Спартак”» > «Бота-
нический переулок» > «Госпиталь» (рис. 6). Выявленная с помощью предло-
женных видов-индикаторов высокая вариабельность антропогенной нагрузки
на исследованные районы ПКГО позволяет утверждать, что использованные
нами методы надежно отражают пространственно-временные изменения за-
грязнения среды ТМ.
В разделе 6.3 обсуждается межгодовая динамика загрязнения почв и рас-
тений в городской среде и обусловливающие ее причины.
Уровни накопления и средние значения Cu, Zn и Pb в поверхностном слое
почв ПКГО за весь период исследования всегда превышали таковые для фоно-
вого участка. За четырехлетний период суммарное содержание ТМ в ненару-
шенных почвах изменялось в диапазоне 45,4–59,2 мг/кг, в городских почвах
стабильно превышало 100 мг/кг и в отдельных случаях достигало 406,1 мг/кг.
Сравнивая динамику изменений накопления ТМ в почвах исследованных
территорий за период 2017–2020 гг., следует отметить, что для фонового уча-
стка к концу наблюдений выявлено стабильное содержание ТМ. Для урбани-
зированных районов к концу исследований, напротив, характерно увеличение
содержания Cu и Zn в 2,3 раза (рис. 7). Учитывая фоновые значения ТМ,
в 2020 г. районом города с максимальным депонированием Cu в почвенных
образцах была «Краевая библиотека», с максимальными значениями Zn и Pb –
«Стадион “Спартак”».

300300
Cu
250226.5
Содержание, мг/кг
Содержание, мг/кг
Zn
200200Pb
139.2
150150113.9

10059.2100
57.9
45.4
5050
А2017 2018 2020Б2017 2018 2020

Рисунок 7 – Суммарное содержание меди, цинка и свинца (мг/кг)
в почвах фонового участка (А) и городской среды (Б) исследуемых территорий

Для анализа динамики накопления ТМ у растений ПКГО в 2017–2020 гг.
были использованы виды-индикаторы. Содержание у них Cu за весь период
исследования варьировало слабо и не превышало 25,2 мг/кг у первого вида
и 14,1 мг/кг у второго вида. В растениях фонового участка ее уровень был
несколько выше, чем в городской среде.
В отношении содержания Zn в растительном покрове выявлена тенденция
его возрастания к 2020 г. как у представителей травянистого, так и древесного
ярусов. С 2017 г. уровень его накопления у растений возрос практически в два
или более раз. Кроме того, концентрация цинка у растений урбанизированной
территории во всех случаях была выше, чем на фоновом участке (рис. 8).
В исследованных районах накопление Pb и Cd растениями имело схожую
тенденцию: незначительное увеличение к 2018 г. и резкое снижение к 2020 г.
Так, содержание свинца у A. vulgaris var. kamtschatica в урбанизированной
среде снизилось в 2,3 раза (с 2,6 до 1,1 мг/кг), у S. udensis – в 1,2 (с 1,5 до
0,8 мг/кг). Аналогичная ситуация выявлена с кадмием. За четыре года
его накопление у полыни и ивы уменьшилось в 1,7 раза: с 1,2 до 0,7 мг/кг
и с 1,4 до 0,8 мг/кг соответственно (рис. 8).
Полученные результаты выполненных исследований позволили выявить,
что распределение Zn, Cu, Pb, Cd в травянистых и древесных растениях Пе-
тропавловск-Камчатского городского округа зависит от экологических фак-
торов районов их произрастания. Установлено, что привнесение свинца
и кадмия в городскую среду определяется в большей мере техногенными ис-
точниками. Динамика изменения концентрации ТМ в растительном покрове
города связана, как это показано в диссертации, с усилением антропогенной
нагрузки в 2018 г. и как следствие – с увеличением их концентрации в расте-
ниях. Однако в 2020 г. уровень суммарного металлического загрязнения рас-
тений г. Петропавловска-Камчатского существенно снизился, и в целом он
характеризовался как слабый. Следует отметить, что аналогичный характер
изменения металлического загрязнения был выявлен и для городских почв.
Вероятно, это связано с сокращением передвижений автотранспорта из-за
ограничений, принятых для предотвращения распространения коронавирус-
ной инфекции (рис. 9).

3040042.5

30032.0
1.5
мг/кг

2002
1.0
0.5
ZnPbCd
Cu00
00.0
201720182020201720182020201720182020
201720182020
А

3040042.5

2.0
3003
1.5
мг/кг

2002
1.0
1001
0.5
CuZnPbCd
0000.0
201720182020201720182020201720182020201720182020
Городская среда
БФоновый участок

Рисунок 8 – Усредненное содержание меди (Cu), цинка (Zn), свинца (Pb)
и кадмия (Cd) в листьях Artemisia (А) и Salix (Б), произраставших на территории
г. Петропавловска-Камчатского и фонового участка за период 2017–2020 гг.

Межгодовая динамика полиэлементного загрязнения исследованных почв
г. Петропавловска-Камчатского на основе индексов комплексного загрязне-
ния имеет выраженный тренд к снижению воздействия ТМ на исследованные
урболандшафты к 2020 г. В предшествующий двухлетний период нами отме-
чено увеличение значений всех показателей загрязнения почв (NPI, PERI, PLI
и Zc). Все эти изменения обусловлены главным образом техногенным посту-
плением Pb в городскую среду (рис. 9).
Снижение уровня загрязнения почв в 2020 г. сопровождалось увеличени-
ем содержания эссенциальных элементов в растительных образцах. Это, ве-
роятно, связано с их беспрепятственным поступлением в результате умень-
шения концентрации других загрязнителей и наличием у разных видов
адаптивных механизмов поглощения отдельных ТМ в условиях антропоген-
ного загрязнения и вулканической активности. Полученные результаты могут
быть использованы в качестве исходных данных для оценки и биомонито-
ринга экологического состояния урбанизированных территорий Камчатского
края и прилежащих районов.

1005
PERIPLI
PERI
NPI
Z
Zcc
Zc
2

20 Z
Zcc
1ZZc Artemisia
c Artemisia
NPIZZc
c Salix
PLI0
А201720182020Б201720182020

Рисунок 9 – Межгодовая динамика комплексного загрязнения почв (А) и растений (Б)
г. Петропавловска-Камчатского на основе индексов PLI, PERI, NPI и Zc.
Пунктирными линиями отмечены уровни слабого загрязнения для каждого индекса

ВЫВОДЫ
1. На основе анализа уровня антропогенной трансформации почв, распре-
деления в черте города представителей разных видов растений, размещения
источников металлического загрязнения было выделено 6 районов исследова-
ния. Обоснована достаточность этого количества для полноценной оценки
уровня загрязнения тяжелыми металлами г. Петропавловска-Камчатского.
2. За период исследования содержание меди в почвенных образцах
в разных районах города варьировало от 12,7 до 88,5 мг/кг, цинка –
7,03–245,6 мг/кг, свинца – 8,8–309,8 мг/кг. Кадмий в почве встречался в сле-
довых количествах. Аккумуляция металлов почвой г. Петропавловска-
Камчатского уменьшается в следующей последовательности: Pb > Zn > Cu.
Содержание ТМ в древесных и травянистых растениях составляет соответст-
венно 7,9–14,1 и 3,1–36,6 мг/кг для меди, 48,3–416,7 и 29,3–175,8 мг/кг для
цинка, 0,01–3,8 и 0,8–3,7 мг/кг для свинца и 0,05–3,6 и 0,03–2,1 мг/кг для
кадмия. У представителей травянистого яруса содержание Zn, Cu, Pb и Cd
ниже, чем у древесных видов. Накопление металлов растительным покровом
г. Петропавловска-Камчатского уменьшается в следующей последовательно-
сти: Zn > Cu > Pb ≥ Cd.
3. Основываясь на особенностях поглощения и накопления ТМ древес-
ными и травянистыми растениями, градиент уменьшения биогеохимиче-
ской активности изученных видов имеет следующую последовательность:
Salix udensis > Artemisia vulgaris var. kamtschatica > Alnus hirsuta > Betula ermanii >
> Rosa amblyotis > Calamagrostis сanadensis var. langsdorffii. При этом медь
и свинец в наиболее высоких концентрациях накапливают B. ermanii, S. udensis
и A. vulgaris, кадмий и цинк – S. udensis и A. vulgaris.
4. В городской среде у полыни выявлены статистически значимые разли-
чия в накоплении эссенциальных элеменов (Zn, Cu) разными вегетативными
органами: листьями и стеблями. При этом столь же значительной разницы
в накоплении в них токсичных элементов не выявлено. Исходя из этого, для
оценки загрязнения полыни цинком и медью следует использовать листовые
пластины, а для оценки загрязнения свинцом и кадмием – всю надземную
часть растений.
5. Химический анализ собранных почвенных проб показал, что согласно
санитарно-гигиеническим нормативам превышение допустимых концентра-
ций практически повсеместно наблюдалось по свинцу. Для большинства
районов загрязнение этим элементом относится к опасному и чрезвычайно
опасному. Превышение допустимых концентраций для меди и цинка наблю-
далось в единичных случаях: в трех пробах для цинка и в одной для меди.
6. Уровни накопления и средние значения Cu, Zn и Pb в поверхностном
слое почв г. Петропавловска-Камчатского всегда превышали таковые для
фонового участка. Для фоновых территорий индивидуальная и суммарная
межгодовая изменчивость содержания ТМ в почвах изменялась слабо.
За весь период исследования суммарное содержание ТМ в ненарушенных
почвах варьировало в диапазоне 45,43–57,87 мг/кг, в городских почвах ста-
бильно превышало 100 мг/кг и в отдельных случаях достигало 406,04 мг/кг.
В исследованных районах накопление Cu, Zn, Pb и Cd растениями имело
схожую тенденцию: незначительное увеличение к 2018 г. и резкое сниже-
ние к 2020 г. Так, содержание свинца у A. vulgaris var. kamtschatica в урбани-
зированной среде снизилось с 2,6 до 1,1 мг/кг, у S. udensis – с 1,5 до 0,8 мг/кг.
Аналогичная ситуация выявлена с кадмием. За весь период исследования
его накопление у полыни и ивы уменьшилось с 1,2 до 0,7 мг/кг и с 1,4
до 0,8 мг/кг соответственно.
7. Комплексные индексы загрязнения почв в г. Петропавловске-
Камчатском свидетельствуют о высокой изменчивости проанализированных
показателей во времени и пространстве, но в целом они соответствовали до-
пустимому уровню. В 2020 г. умеренно опасное загрязнение было обнаруже-
но в районах «Краевая библиотека» и «Стадион “Спартак”», в 2018 г. опасная
степень загрязнения была выявлена для района «Ботанический переулок».
Анализ содержания ТМ у растений свидетельствует о слабой степени загряз-
нения представителей древесного и травянистого ярусов. При этом за весь
период исследования максимальное загрязнение наблюдалось в районе «Ав-
тостанция 10-км».
8. Общей тенденцией временных изменений металлического загрязнения
почвенно-растительного покрова ПКГО является его увеличение к 2018 г.
и уменьшение к 2020 г. Мы связываем это с проведением в ряде районов
(«Стадион “Спартак”», «Краевая библиотека») интенсивных строительных
работ. Уменьшение уровня загрязнения в 2020 г. объясняется главным обра-
зом ухудшением эпидемиологической обстановки, ограничением использо-
вания жителями города личного и общественного автотранспорта, являюще-
гося одним из основных источников поступления ТМ.