Наиболее опасными загрязнителями почв промышленных городов России являются тяжелые металлы, которые поступают в почву с атмосферными осадками, с газопылевыми выбросами промышленных и теплоэнергетических предприятий и выхлопными газами автотранспорта.

Большая часть тяжелых металлов (ТМ) характеризуется малой подвижностью и высокой аккумулирующей способностью в живых организмах и депонирующих средах (почвы, донные отложения), что приводит к их интенсивному накоплению и длительному сохранению в них [2,5]. Наиболее длительно в почвах сохраняются соединения свинца. Период полувыведения из почвы свинца в результате вымывания, потребления растениями, эрозии и дефляции составляет 740–5900 лет; меди – от 310 до 1500 лет; цинка – от 70 до 510 лет; кадмия – от 13 до 110 лет [5].

Наиболее опасно загрязнение окружающей среды свинцом, для здоровья детского населения, поэтому это в настоящее время является одной из острых социально-гигиенических и экологических проблем в силу множественного влияния указанного металла на организм человека, особенно детей [2,3,9], так как состояние здоровья детей обусловлено воздействием не только внешних, но и внутренних факторов, под которыми понимаются все процессы, сопровождающие развитие детского организма и характеризующиеся напряжением адаптационных механизмов [7].

Опасность загрязнения почв населенных мест свинцом и другими тяжелыми металлами определяется прежде всего возможностью вторичного загрязнения ими воздуха в зоне дыхания детей почвенной пылью и попаданием этих соединений вместе с растительной продукцией, выращенной на личных приусадебных участках жителей.

Наиболее опасно влияние свинца на поведенческие реакции и нервно-психическое состояние детей [6,7]. Расчетные данные свидетельствуют о том, что вследствие свинцового загрязнения окружающей среды почти у 2-х млн российских детей дошкольного возраста следует ожидать отклонения со стороны показателей обучаемости и поведения [9]. Влияние свинца и других тяжелых металлов в окружающей среде на уровень интеллектуального развития детей показано в работах многих исследователей [1,3,4].

Свинец является струмогеном, т.е. он способен влиять на обмен йода в организме. При свинцовой интоксикации детей, проживающих на территориях с высоким содержанием этого металла в почвах, наблюдается выраженный дефицит йода в организме по сравнению с детьми, проживающими на территориях с незагрязненной почвой [1]. А дефицит йода в организме является дополнительным фактором снижения интеллекта детей [12].

Таким образом, анализ литературных данных свидетельствует о том, что свинец и тяжелые металлы в организме детей поступают главным образом из почвенной пыли, воздуха и пищевыми продуктами.

Цель работы – оценка уровня загрязнения почв г. Кольчугино Владимирской области тяжелыми металлами, оценка экологической обстановки в городе и выявление зависимости между уровнем загрязнения почв свинцом и тяжелыми металлами и когнитивными способностями и количеством правонарушений учащихся 2–5 классов школ города, расположенных на территориях с различным уровнем загрязнения, за 2005–2014 гг.

Объекты и методы исследования

Объекты нашего исследования почвы г. Кольчугино и учащиеся 2–5 классов школ города.

Город Кольчугино – административный центр Кольчугинского района Владимирской области, центр муниципального образования «город Кольчугино». Загрязнение почв города происходит главным образом за счет аэровыпадений из газопылевых выбросов предприятий: ЗАО «Кольчугинский завод цветных металлов», завода «Электрокабель», ООО «Кольчугметаллобработка», ООПТК «Кольчугмет», ЗАО «ТЦ. Кольчугмицарь» и обработанных газов автотранспорта.

Пробы почв для анализа отбирали из 39 точек, расположенных в различных районах города, из горизонта 0–10 см. методом конверта в пяти повторностях. Определение ТМ проводили рентгенофлуоресценым методом на спектрометре SpektroskanMAKS-G по гостированной методике (ПНД Ф 16.1.42-04).

Результаты и их обсуждение

Уровень загрязнения почв города тяжелыми металлами представлен в таблице 1.

Таблица 1

Общий уровень загрязнения почв г. Кольчугино тяжелыми металлами

Для оценки уровня загрязнения почв свинцом нами использовались коэффициенты концентрации в почвах (Кк), коэффициенты опасности (Ко) и показатели накопления свинца.

Материалы об успеваемости учащихся нам предоставило управление образования г. Кольчугино, о правонарушениях детей – отдел организации деятельности участковых уполномоченных полиции и по делам несовершеннолетних УВО по округу г. Кольчугино.

Коэффициент концентрации рассчитывали по отношению концентрации металла в почве к его фоновому содержанию [8]. Показатели накопления рассчитывали по соотношению %. Фоновые концентрации тяжелых металлов в почве взяты из работы [6]. Коэффициент концентрации рассчитывали по соотношению , где Ci- концентрация металла в почве, к его фоновому содержанию, мг/кг. Коэффициенты опасности рассчитывались по соотношению Ci/ПДК, где ПДК металла в почве, мг/кг.

В таблице 2 и 3 представлена характеристика загрязнения свинцом почв различных районов г. Кольчугино с использованием указанных коэффициентов.

Для характеристики уровня загрязнения почв тяжелыми металлами и оценки экологической обстановки использовались суммарный показатель загрязнения (Zc) и индекс загрязнения почв тяжелыми металлами (ИЗП), которые позволяют гигиенически обоснованно дифференцировать территорию по степени опасности проживания.

Таблица 2

Уровень загрязнения почв г. Кольчугино свинцом

Показатели накопления тяжелых металлов позволяет количественно оценить степень техногенной нагрузки на почвы города в течении длительного времени.

Как следует из таблицы 2, наиболее высокий уровень загрязнения почв свинцом обнаружен в районах железнодорожного и автовокзалов и частного сектора, расположенного в зоне влияния предприятий, в газопылевых выбросах которых содержатся тяжелые металлы.

Таблица 3

Показатели накопления тяжелых металлов в почвах г. Кольчугино 

Как следует из таблицы 3, наиболее высокая степень техногенной нагрузки на почвы города наблюдается по мышьяку, цинку, меди и свинцу. Самая высокая степень техногенной нагрузки по свинцу обнаружена в районе железнодорожного и автовокзалов и в частотном секторе.

В таблице 4 представлены значения суммарного показателя загрязнения почв города тяжелыми металлами и характеристика экологической обстановки в городе Кольчугино.

Таблица 4

Суммарные показатели загрязнения почв г. Кольчугино и экологическая ситуация

Как следует из таблицы 4, по величине суммарного показателя загрязнения почв тяжелыми металлами в районе железнодорожного и автовокзалов экологическую ситуацию можно отнести к кризисной, поэтому данная территория опасна для проживания населения, особенно детского.

По величинам индекса загрязнения почв все почвы указанных территорий можно отнести к категории «загрязненные» (ИЗП>1), т.е. неблагоприятные для проживания населения. Наиболее высокий индекс загрязнения почв в районе железнодорожного и автовокзала (ИЗП=5,8), наименьший – в центральном районе города (ИЗП=1,4).

Оценка зависимостей между уровнем загрязнения почв свинцом и тяжелыми металлами и правонарушениями и когнитивными способностям учащихся 2–5 классов, школ, расположенных на территориях города с различной техногенной нагрузкой, проводилась с использование программного продукта Excel. Обнаружена удовлетворительная корреляция между уровнем загрязнения свинца и когнитивными способностями младших школьников (p=0.69).

На рисунке 1 представлены данные по количеству правонарушений, совершенных учащимися, за 2005–2014 гг. в г. Кольчугино. Как следует из рисунка, наибольшее количество правонарушений совершено детьми, проживающими в частном секторе. Это можно объяснить тем, что в организме детей этого района свинец и тяжелые металлы поступают также с растительной продукцией, выращенной на собственных участках. Кроме того, в этих районах традиционно проживает население с низкими доходами и склонное к правонарушениям.

Рис. 1. Количество детей, совершивших правонарушения в г. Кольчугино за 2005–2014 гг.

Воздействие тяжелых металлов вызывают у детей, проживающих в промышленных городах, задержки нервно-психического развития: снижение памяти, обучаемости, моторики, речи, IQ и т.п. [11]. Нами была выявлена зависимость между когнитивными способностями детей (рис.2) и содержанием свинца (таблица 1) и тяжелых металлов в почве (таблица 2). Видно, чем выше уровень загрязнения почв, тем ниже успеваемость детей. В целом когнитивные способности детей в большей мере зависят от содержания свинца в почвах, чем от общей загрязненности почв тяжелыми металлами.

Можно предположить, что свинец и тяжелые металлы в большей мере влияют на абстрактное и логическое мышление детей.

Рис. 2. Средняя успеваемость учащихся 2–5 классов школ города Кольчугино за 2005–2014 гг.

На поведенческие реакции детей (рис.1) также в большой степени влияет свинец в почвах (таблица 1), чем общий уровень загрязнения почв тяжелыми металлами (таблица 2), что может быть связано с проявлением антагонизма при комбинированном воздействии группы металлов на организм детей.

Выводы

Установлен высокий уровень загрязнения почв г. Кольчугино тяжелыми металлами. Приоритетным загрязнителем почв является мышьяк, цинк, медь и свинец. Идентифицированы наиболее загрязненные тяжелыми металлами почвы города.

Проведена оценка экологической ситуации в городе по значениям суммарного показателя загрязнения и суммарного индекса загрязнения почв тяжелыми металлами. Установлено, что в районе железнодорожного и автовокзалов экологическую обстановку можно охарактеризовать как «кризисную», в остальных изученных районах – как «напряженную» и «критическую».

По величинам индекса загрязнения почв, почвы в изученных районах характеризуются как загрязненные, неблагоприятные для проживания населения.

Проанализированы успеваемость учащихся 2–5 классов по русскому языку и математике за 2005–2014 гг., расположенных на территориях с различным уровнем загрязнения почв. Собраны сведения о правонарушениях детей в этих школах за 2005–2014 гг. Установлена корреляционная зависимость между уровнем загрязнения почв свинцом и тяжелыми металлами с когнитивными способностями детей 2–5 классов и количеством правонарушений, совершенных ими. По нашему мнению, свинец в почвах в большой мере влияет на когнитивные способности детей, чем на поведенческие реакции.