Экологическая оценка техногенно загрязненных почв урбанизированных территорий и промышленных зон г. нижнего новгорода
На правах рукописи
ДАБАХОВ МАКСИМ ВЛАДИМИРОВИЧ
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА
ТЕХНОГЕННО ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ
УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗОН
г. НИЖНЕГО НОВГОРОДА
Специальность 03.02.08 – Экология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора биологических наук
Москва, 2012
Работа выполнена на кафедре агрохимии и агроэкологии
ФГБОУ ВПО «Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия»
| Научный консультант: | доктор сельскохозяйственных наук, профессор Титова Вера Ивановна |
| Официальные оппоненты: | доктор сельскохозяйственных наук, профессор Савич Виталий Игоревич доктор биологических наук, профессор Макаров Олег Анатольевич доктор биологических наук, профессор Аканова Наталия Ивановна |
| Ведущая организация: | ГОУ ВПО «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых» |
| Защита состоится «14» марта 2012 г. в 14.30 часов на заседании диссертационного совета Д 220.043.03 при Российском государственном аграрном университете – МСХА имени К.А. Тимирязева по адресу: 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 49. | |
| Текст автореферата размещен на сайте РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева: www.timacad.ru и направлен в ВАК РФ по адресу [email protected]. | |
| С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке РГАУ – МСХА имени К.А. Тимирязева. | |
| Автореферат разослан «____» _______________ 2012 г. | |
| Ученый секретарь диссертационного совета О.В. Селицкая | |
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность
Эффективная политика в области охраны окружающей среды, декларированная в действующем природоохранном законодательстве, может осуществляться только на основе полной информации о характеристике природных объектов и комплексной оценке полученных данных. Признавая важность оценки состояния всех природных сред, вместе с тем, особо следует подчеркнуть актуальность оценки состояния почвы, которая, в силу своей специфики, является средой, депонирующей загрязняющие вещества и во многом определяющей устойчивость экосистемы к негативному антропогенному воздействию. Ее роль долгое время недооценивалась, что выразилось в отсутствии должного внимания как к экологическому мониторингу почвы, так и к системе нормирования в этой области.
В настоящее время ситуация изменилась, однако исследования по оценке антропогенного воздействия на почвенный покров городов и крупных населенных пунктов в основном осуществляются только с целью санитарно-гигиенической характеристики территорий, что накладывает свой отпечаток на формирование программы исследований. В большинстве случаев в программу включают контроль основных токсикантов и интерпретацию полученных данных на базе использования ПДК и фоновых значений. В результате таких наблюдений почва рассматривается исключительно как субстрат без учета выполняемых ею экологических функций (Добровольский, Никитин, 2000; Добровольский, 2007). Такая ситуация характерна практически для всех исследований, проводимых в рамках государственных программ, осуществляемых Росгидрометом и другими ведомствами, что ограничивает возможность использования полученных данных в принятии управленческих решений.
Кроме этого, большинство научных работ и государственных программ мониторинга состояния почвенного покрова априори являются неполными, поскольку крайне редко исследованием охватываются почвы промышленных зон, что связано с ограниченным допуском сторонних лиц на территорию предприятий. В итоге участки земель, в наибольшей степени трансформиро-ванные техногенным воздействием, остаются практически неизученными.
В связи с этим существует острая необходимость проведения более глубокого анализа состояния городских почв по следующим направлениям: 1) изучение базовых почвенных характеристик в условиях интенсивной антропогенной нагрузки; 2) оценка специфики и степени воздействия различных видов хозяйственной деятельности человека на загрязнение почвенного покрова, в том числе на территории промышленных зон.
Актуальность первой задачи обусловлена тем, что только на основе информации о содержании и качестве органического вещества, физико-химических и других характеристик почвы возможна ее оценка как геохимического барьера на пути миграции токсикантов, в значительной степени определяющего качество среды обитания человека и самоочищающую способность экосистем (Ковда, 1985; Мотузова и др., 1989; Черников и др., 2000, 2004; Макаров, 2002; Никитин, 2005).
Необходимость исследований в рамках второго направления во многом вызвана крайне неблагоприятным состоянием окружающей среды в зоне интенсивной хозяйственной деятельности, особенно в городах (Экогеохимия…, 1995; Химический состав …, 2009; Государственный доклад …, 2010; Динамика изменения …, 2010), и необходимостью, в связи с этим, разработки системы мероприятий по реабилитации и охране природных объектов на таких территориях, включая промышленные площадки и участки размещения отходов производства и потребления. Решение этой задачи возможно только на основе полной информации о специфике современного состояния природных сред и, прежде всего, почвы. Более того, востребованность такого направления обусловлена увеличением экономической значимости результатов исследования почв, связанных с определением размера экологических платежей от субъектов хозяйственной деятельности.
Следует отметить, что кроме наличия информации о загрязнении, крайне важным является ее объективная интерпретация (особенно когда речь идет о комплексном загрязнении), а также идентификация источника загрязнения. Проблема выявления причин и виновников загрязнения стала особенно актуальной в последние несколько лет в свете усиления борьбы с экологическими правонарушениями, одним из наиболее действенных инструментов которой является судебная экологическая экспертиза (Омельянюк, 2004; Никифоров, 2004). Практика, однако, показывает, что методика и методология экологической и почвоведческой экспертизы нуждаются в совершенствовании.
В связи с этим особую актуальность приобретают исследования, программа которых ориентирована на определение уровня загрязнения территорий с учетом базовых почвенных характеристик и комплексного характера загрязнения, а также разработка методологии и методических подходов к решению названных выше задач.
Цель и задачи исследования
Целью исследования являлась экологическая оценка регионально-типологических особенностей техногенно загрязненных почв различных функциональных зон города с интенсивной промышленной и транспортной нагрузкой на примере заречной части Нижнего Новгорода и разработка методических подходов к оценке полиметаллического загрязнения с использованием интегральных расчетных показателей, биологического отклика системы, а также приемов идентификации источников загрязнения.
В рамках проведения работы решались следующие задачи:
- изучение специфики кислотно-основного состояния городских почв и их буферности в зависимости от природных особенностей территории Верхнего Поволжья и уровня техногенной нагрузки;
- характеристика органического вещества почв урболандшафтов низинного заречья г. Н. Новгорода (по содержанию органического углерода, групповому и фракционному составу гумуса), а также уровня их обеспеченности подвижными формами фосфора и калия;
- выявление типологических особенностей формирования аккумуляций отдельных тяжелых металлов (ТМ) в почве (свинца, кадмия, цинка, меди, никеля, хрома) в связи с функциональным использованием территории, в том числе на промышленных площадках крупного предприятия машиностроительной отрасли;
- анализ степени подвижности тяжелых металлов в почвах техногенно преобразованных ландшафтов низинного заречья Верхней Волги и выявление факторов, определяющих мобильность токсикантов, а также корреляционных связей между ними;
- комплексная экологическая оценка загрязнения почв г. Н. Новгорода тяжелыми металлами по стандартному (суммарный коэффициент загрязнения) и авторскому (интегральный оценочный балл) расчетным показателям и их сравнительный анализ;
- определение токсичности почв промышленных площадок и рекреационных зон методом биотестирования с использованием в качестве тест-объектов семян культурных растений и показателей активности почвенно-биотического комплекса;
- обоснование региональной системы эколого-геохимической идентификации источников загрязнения и ее апробация на примере промышленной зоны г. Нижнего Новгорода.
Научная новизна
Сформирована база данных по показателям химического состава почв заречной части г. Н. Новгорода, включающая в себя информацию об обеспеченности почв биогенными элементами, содержании и характеристике качественного состава органического вещества, концентрации тяжелых металлов, кислотно-основному состоянию почв. Исследование проведено по функциональным зонам, из которых промышленная зона, включающая в себя промышленный узел автозавода, обследована впервые: детально изучены почвы промышленных площадок с учетом расположения отдельных производств, а также мест размещения отходов, характеризующихся специфическим влиянием на природные объекты.
Определена предельная кислотная и щелочная нагрузка на почвы с различными природными свойствами и степенью антропогенной нагрузки, а также устойчивость реакции почвенной среды на подкисляющее и подщелачивающее воздействие в отдельных диапазонах рН.
Произведена оценка степени загрязнения почв различных функциональных зон низинного заречья Нижнего Новгорода в соответствии с общепринятыми критериями, а также рассмотрен состав ассоциаций металлов в зависимости от расположения и характера влияния основных источников загрязнения на окружающую территорию. Дано обоснование целесообразности применения интегрального показателя степени загрязнения, отражающего совокупное действие тяжелых металлов с учетом степени их опасности для окружающей среды, при оценке почв города.
Разработаны и опробованы на региональном уровне методические подходы к идентификации источников загрязнения почвенного покрова и описанию формирующихся техногенных аномалий, учитывающие наличие в почвах элементов-индикаторов, состав и соотношения элементов-загрязнителей, их профильное распределение, а также степень контрастности формирующихся техногенных аномалий.
Основные положения, выносимые на защиту
- отличительной особенностью техногенно преобразованных почв низинного Заречья является их высокая кислотно-основная буферность, высокое содержание углерода и специфичный состав органического вещества, а также высокая обеспеченность подвижными формами биогенных элементов;
- приоритетными загрязняющими веществами почв г. Н. Новгорода являются цинк, медь и свинец, уровень аккумуляции, подвижность и контрастность площадного распределения которых определяется функциональным использованием территории;
- интегральный оценочный балл, учитывающий совокупное действие тяжелых металлов с учетом степени их опасности для окружающей среды, характеризует экологическое состояние почв более объективно, чем широко используемый суммарный коэффициент загрязнения;
- биотестирование загрязненных почв с использованием семян культурных растений может использоваться при характеристике степени опасности полиметаллического загрязнения городских почв (за исключением агротехногенной зоны); показатели биологической активности не всегда коррелируют со степенью загрязнения почвы в силу их высокой чувствительности к действию других факторов;
- основными критериями, которые могут использоваться в процессе идентификации источника загрязнения тяжелыми металлами, являются наличие или отсутствие в почве индикаторного элемента, оценка качественного состава загрязняющих веществ, их распределение по профилю и степень контрастности загрязнения.
Практическая значимость и реализация результатов исследований
Результаты работы используются в ходе оценки воздействия на окружающую среду со стороны промышленных объектов автозавода, для составления регулярной экологической отчетности, предоставляемой в специально уполномоченные органы в области охраны окружающей среды, а также для разработки природоохранных мероприятий с привязкой к функциональным зонам. С учетом полученных результатов осуществляется разработка перечня природоохранных мероприятий в ОАО «ГАЗ». Программа исследования почв промышленных зон ОАО «ГАЗ» и его результаты являются составной частью материалов, представляемых на экологическую экспертизу для получения лицензии на обращение с отходами ОАО «ГАЗ».
Информационная база, сформированная на основе исследований, используется в ходе общественных слушаний проекта застройки городских территорий (рекреационных зон заречной части г. Н. Новгорода), а также в процессе экологического проектирования объектов хозяйственной и иной деятельности административных районов города.
Методологические и методические подходы к идентификации источников загрязнения использованы при разработке нормативно-методических документов для обеспечения судебной экспертной деятельности в области экологической экспертизы почвенного покрова.
Результаты исследований, а также разработанные автором подходы к их оценке, применяются в процессе преподавания дисциплин: экотоксикология, экологическая экспертиза и оценка воздействия на окружающую среду, охрана окружающей среды и рациональное природопользование, методы агрохимических и экологических исследований, экономика природопользования и экологический мониторинг для студентов экологических специальностей в Нижегородской ГСХА и Волжском государственном инженерно-педагогическом университете.
Апробация работы
Результаты исследований были доложены на международных съездах, симпозиумах и конференциях (Санкт-Петербург, 2000; Суздаль, 2000; Пенза, 2002, Новосибирск, 2004; Владимир, 2005; Москва, 2007; Нижний Новгород, 2004, 2005, 2008, 2011), всероссийских научно-практических конференциях в высших учебных и научно-исследовательских заведениях городов Н. Новгорода (1998, 2002), Москвы (2002, 2005), всероссийской школе «Экология и почвы» (2001, 2006), региональных научно-практических конференциях (Н. Новгород, 1998, 2000, 2002), а также на ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава Нижегородской ГСХА (1998-2010).
Общее количество опубликованных работ представлено 78 наименованиями (личное участие обозначено в 61,5 усл. печ. листов).
Полученная информационная база, а также подходы к оценке загрязнения и идентификации источников опробованы и широко используются в ходе осуществления экологического менеджмента Управлением экологии ООО «ГАЗ» (ныне ООО «Технопарк), а также при проведении судебной экологической экспертизы.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа содержит введение, 8 глав содержательной части, выводы и рекомендации производству. Она изложена на 354 страницах, содержит 85 таблиц, 31 рисунок и 9 приложений. Список литературы включает 403 наименования, в т.ч. 55 публикаций иностранных авторов.
Выражаю искреннюю благодарность коллективу кафедры агрохимии и агроэкологии Нижегородской ГСХА, коллективу лаборатории экологического мониторинга ОАО «ГАЗ», а также научному консультанту – доктору с.-х. наук, профессору В.И. Титовой за помощь в выполнении работы.
Глава 1. Основные направления трансформации
почвенного покрова города
На основе материалов исследования российских и иностранных авторов показано, что в зонах интенсивного антропогенного воздействия имеет место механическая и химическая трансформация почвенного покрова, проявляющаяся в нарушении, а также изменении их геохимических характеристик: увеличении значения рН, аккумуляции технофильных элементов, изменении параметров гумусового состояния и ряда других показателей. Степень и направление трансформации определяется характером землепользования, а также спецификой промышленного развития территории (Строганова, 1998; Черных Н.А., Поповичева Л.Л., 2000; Никифорова, Алексеева, 2002; Прокофьева, Строганова, 2004; Почвы мегаполисов …, 2007). Анализ методических подходов, используемых при оценке загрязнения почв, показал, что действующая в настоящее время система имеет серьезные недостатки и нуждается в усовершенствовании.
При оценке экологического состояния почв рекомендуется использовать дополнительные критерии: подвижность металлов (Соловьев, 1989; Sauve et al., 1998), биодоступность (Johnson et al., 2003; Chapman et al., 2003), чувствительность почвенной биоты (Гузев, Левин, 1991; Галиулин, Галиулина 2006) и растительности (Мотузова и др., 1989; Влияние загрязнения …, 2009), а также ферментативную активность (Левин и др., 1989; Девятова и др., 2007; Галиулин, Галиулина, 2010). Важную роль играет выработка оптимального подхода к разработке интегральных показателей загрязнения почв (Касатиков, 1991).
Глава 2. Объекты и методы исследования
Исследование проводилось на территории заречной части г. Н. Новгорода, включающей пять административных районов: Автозаводский, Ленинский, Канавинский, Московский и Сормовский. Заречная часть города является в основном молодой – освоение территории началось в 30-х годах ХХ века. В настоящее время здесь сосредоточено наибольшее количество крупных промышленных объектов, оказывающих существенное влияние на состояние окружающей среды, в том числе почвенного покрова.
Геоморфологическая структура низинного заречья охватывает спектр элементов, включающий пойму и три надпойменные террасы, причем наибольшую территорию занимает вторая терраса. Её поверхность представляет собой плоскую равнину с возвышающимися над ней песчаными всхолмлениями. Влияние ландшафта на пространственное перераспределение загрязняющих веществ здесь минимально из-за прерывистости путей их перемещения, связанной с застройкой, дорогами, ливневой канализацией. Исключением являются зоны переувлажненных низин, где возможна местная аккумуляция загрязняющих веществ за счет поверхностного стока.
Коренные породы низинного заречья, представленные пермскими отложениями, перекрыты древними и современными аллювиальными отложениями легкого гранулометрического состава. Зональными здесь являются подзолистые и дерново-подзолистые почвы. В условиях механического нарушения почвенного покрова, а также постоянного привноса чужеродного материала, почвы исследованной территории могут быть идентифицированы с использованием общепринятой классификационной терминологии только на окраинах города, в парковых и лесопарковых зонах, а также на участках естественного ландшафта в пределах городской черты. Чаще всего почвы исследуемой территории близки к техногенным поверхностным образованиям (ТПО), группе квазиземов и подгруппе урбиквазиземов (Классификация …, 2004).
Нижний Новгород является крупным промышленным городом с высокоразвитой индустрией машиностроения. Основным предприятием, оказывающим влияние на состояние окружающей среды, является ОАО «ГАЗ». Его воздействие на природные объекты весьма разнообразно, что связано с широким спектром производств, входящих в его состав: литейное, кузнечное, инструментальное, сборочное, окрасочные и др. Кроме того, на территории главной площадки ОАО «ГАЗ» расположена Автозаводская ТЭЦ. Отдельного внимания заслуживают места накопления, временного складирования и постоянного размещения промышленных отходов, а также участки, на которых отходы размещались ранее. Основными являются иловые карты очистных сооружений промышленных стоков, карты отходов гидрозолоудаления, карты осадка химводоочистки, территория старой свалки и шлакоотвала в Гавани (территория между главной промышленной площадкой и р. Окой), площадки накопления и временного хранения отходов для переработки в ООО «ГАЗвторресурс». Общая площадь промышленных площадок составляет около 7,5 км2, из которых на долю запечатанных территорий в среднем приходится 62%. Свободные от застройки участки имеют чаще всего нарушенный почвенный покров.
Исследование было начато в 1997 г. в рамках работы по оценке экологического состояния почвенного покрова г. Н. Новгорода, проводимой на базе ЦАС «Нижегородский» и кафедры агрохимии и агроэкологии Нижегородской ГСХА под руководством зав. кафедрой агрохимии и агроэкологии НГСХА, проф., докт. с.-х. наук В.И. Титовой. Автор работы принимал непосредственное участие в проведении обследования и обработке данных. При отборе образцов почв был использован географический принцип – на территорию накладывалась равномерная сетка пробоотбора, иногда нарушаемая ландшафтными особенностями местности. Результаты показали, что основной фактор, определяющий уровень загрязнения территории – это ее функциональное назначение. В связи с этим в период 2000-2011 гг. автором было проведено самостоятельное исследование с привязкой к функциональным зонам города, послужившее основой данной работы. При выборе точек отбора проб использовали следующий принцип: наибольшее количество проб отобрано в районах с высокой антропогенной нагрузкой и минимальное – на окраинах города. Отбор производился в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02-84.
Исходя из сложившейся структуры использования земель, территория была разделена на следующие функциональные зоны.
- Промышленная зона – территория промышленных площадок ОАО «ГАЗ». Почвенный покров зоны имеет в основном насыпной характер (техногенные поверхностные образования), хотя на периферических частях промышленной зоны сохранились химически трансформированные естественные почвы различной степени нарушенности.
- Транспортная зона включает в себя придорожные территории вдоль автомагистралей района с движением различной степени интенсивности.
- Селитебно-транспортная зона – районы с повышенной этажностью, расположенные в непосредственной близости от промышленных объектов, а также от транспортных магистралей с высокой интенсивностью движения.
- Селитебная (жилая) зона представлена районами с низкой этажностью, без существенного влияния транспорта, расположенная на значительном удалении от промышленных источников загрязнения. Почвенный покров последних трех зон представлен преимущественно стратоземами и техногенными поверхностными образованиями.
- Агротехногенная зона. В ее состав входят почвы, используемые для выращивания растениеводческой продукции. В основном участки приурочены к окраинам города и представлены частными садами, огородами и дачными участками, а также несколькими относительно крупными сельскохозяйственными предприятиями. Преобладающие почвы – дерново-подзолистые пахотные.
- Рекреационная (парковая) зона. Зону формируют территории, к наиболее крупным из которых относятся Стригинский бор, Автозаводский парк и парк «Дубки». Эти участки занимают различное положение по отношению к основным локальным и площадным источникам загрязнения района и города, а также имеют существенные отличия по генезису. Стригинский бор находится на юго-западной окраине Автозаводского района. Антропогенная нагрузка здесь минимальна и почвенный покров бора практически не трансформирован. Автозаводский парк находится на расстоянии 1,2 км к западу от промышленных площадок ОАО «ГАЗ». К северу от парка расположены преимущественно спальные районы без крупных предприятий-источников выбросов. К южной и восточной границе парка примыкают крупные автомагистрали с интенсивным движением. Парк «Дубки» находится в зоне интенсивного техногенного воздействия: на расстоянии 1,1 км к западу расположена промышленная площадка ОАО «ГАЗ» (корпус цветного литья), а в непосредственной близости – перекресток двух оживленных автотрасс. В двух последних парках нагрузка связана со значительными выбросами промышленных предприятий и транспорта, а также высоким уровнем рекреационного воздействия. В зоне преобладают аллювиальные дерновые почвы, а также дерновые примитивные на песках.
- Зона естественных ландшафтов – это территория на окраине городской черты, практически не трансформированная антропогенной деятельностью. Преобладающие типы почв: аллювиальные дерновые, дерновые примитивные на песках, дерново-подзолистые.
Лабораторные исследования выполнены на кафедре агрохимии и агроэкологии Нижегородской ГСХА и в лаборатории экологического мониторинга Управления экологии ОАО «ГАЗ». При этом использовались стандартные методы, принятые в практике агрохимического и экологического мониторинга (ГОСТ 26212-91, ГОСТ 27821-88, ГОСТ 26213-91, ГОСТ 26207-91, РД 52.18.191-89, РД 52.18.289-90 и др.). Полученные результаты были обработаны методами описательной, корреляционной и вариационной статистики.
Глава 3. Кислотно-основные свойства почв города
Одним из характерных направлений трансформации городских почв является изменение их кислотности. В работе внимание уделялось двум аспектам: 1) изучение современного состояния кислотно-основных характеристик городских почв с учетом их расположения в функциональных зонах; 2) оценка кислотно-щелочной буферности почв.
В целом значение рНKCl почв исследуемой территории варьирует в широком диапазоне – от очень сильнокислого до слабощелочного значения (рис. 1).
 Рис. 1. Характеристика распределения значений рНKC в почвах заречной части г. Н. Новгорода | Основной тенденцией изменения показателя в почвах г. Н. Новгорода является его смещение в нейтральную зону. Распределение отличается асимметрией, связанной с преобладанием значений в интервале 6,51-7,50. Лишь около 20% площадок находится в кислом диапазоне (<5,5 ед. рН), что свойственно почвам данной почвенно-климатической зоны, не подверженным ярко выраженному техногенному воздействию. |
Массивы с кислой реакцией среды приурочены в основном к окраинам города. Как правило, это участки на границе селитебных районов, приуроченных к естественным ландшафтам и рекреационной зоне (табл. 1). Здесь наблюдается максимальная вариабельность показателя рНKCl, что в основном обусловлено природными факторами: заречная часть расположена на территории, почвенный покров которой сформирован комплексом аллювиальных, дерновых и дерново-подзолистых почв, существенно различающихся по гранулометрическому, минералогическому, химическому составу и по физико-химическим характеристикам.
1. Значение рНKCl почвенного покрова функциональных зон
заречной части г. Н. Новгорода
| Зона | Слой, см | Количество площадок | М ± m | Max | Min | V, % |
| Промышленная | 0-5 | 56 | 7,21 ± 0,08 | 8,08 | 5,10 | 9 |
| 5-20 | 7,28 ± 0,10 | 8,62 | 5,12 | 10 | ||
| Транспортная | 0-5 | 50 | 6,88 ± 0,07 | 7,80 | 5,60 | 8 |
| 5-20 | 6,78 ± 0,08 | 8,15 | 5,60 | 9 | ||
| Селитебно-транспортная | 0-5 | 54 | 6,57 ± 0,12 | 7,65 | 3,41 | 14 |
| 5-20 | 6,94 ± 0,12 | 8,42 | 3,62 | 13 | ||
| Селитебная | 0-5 | 20 | 6,36 ± 0,28 | 7,90 | 4,00 | 19 |
| 5-20 | 6,38 ± 0,35 | 8,30 | 3,90 | 24 | ||
| Агротехногенная | 0-5 | 10 | 7,01 ± 0,08 | 7,70 | 6,70 | 4 |
| 5-20 | 7,05 ± 0,10 | 7,70 | 6,80 | 4 | ||
| Рекреационная | 0-5 | 57 | 5,33 ± 0,14 | 7,20 | 3,12 | 20 |
| 5-20 | 5,17 ± 0,14 | 7,50 | 3,18 | 20 | ||
| Естественный ландшафт | 0-5 | 12 | 4,89 ± 0,43 | 7,30 | 3,50 | 28 |
| 5-20 | 5,13 ± 0,42 | 7,25 | 3,45 | 26 |
Основная часть исследуемой территории имеет нейтральную реакцию среды (рН выше 6,0), переходящую в слабощелочную – более 70%. В селитебной, селитебно-транспортной и транспортной зонах практически повсеместно на глубине 20-40 см располагается более или менее мощный слой строительного мусора (который при известном приближении может рассматриваться в качестве диагностического горизонта), засыпанного после завершения строительства маломощным привозным или местным грунтом. Данный слой формирует карбонатную буферную систему, обеспечивая низкую кислотность этих почв.
В особых условиях сформирован почвенный покров промышленной зоны. Здесь значение кислотности находится под влиянием таких мощных техногенных факторов, как щелочные пылевые выпадения (концентрация которых в этой зоне существенно выше, чем в ранее рассмотренных), строительная пыль, а также временное хранение отходов производства. В результате значения показателя рНKCl в этой зоне самые высокие как в верхнем, так и в нижнем слое при небольшой изменчивости признака.
Одним из наиболее важных свойств почв, играющих особую роль в выполнении их экологических функций, является буферность. Этот показатель в рамках совместной работы с асп. Н.А. Смирновой, проводимой под руководством автора (Дабахов, Смирнова, 2002; Смирнова, 2005), изучался на территории рекреационных зон методом оценки изменения реакции почвенной пробы при добавлении раствора кислоты или щелочи по следующей схеме:
| Варианты | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| 0,1н HCl, мл | 16 | 8 | 6 | 4 | 2 | - | - | - | - | - | - |
| 0,1н NaOH, мл | - | - | - | - | - | - | 2 | 4 | 6 | 8 | 16 |
| H2O, мл | 9 | 17 | 19 | 21 | 23 | 25 | 23 | 21 | 19 | 17 | 9 |
Под буферной емкостью в данном исследовании понимали количество Н+ и ОН-, необходимое для достижения рН суспензии значений 3,5 и 8,5 единиц (верхнего и нижнего предела, при достижении которого почва считалась полностью деградированной).
В таблице 2 приведены данные по масштабам поглощения ионов водорода почвами типичных площадок на территории парковых зон. Полученные результаты свидетельствуют о наибольшем буферном потенциале почвенного покрова парка «Дубки». Достаточно близкие значения отмечены и в Автозаводском парке. Максимальное количество нейтрализованных ионов Н+ приходится на диапазон рН от 5,0 до 3,0 единиц, причиной чего могут быть реакции замещения обменных оснований и процессы растворения сильных оснований органических кислот. В парке «Дубки» их потребление активно происходило также в диапазоне 7,0-5,0 единиц, т.е. в зоне катионного обмена с участием функциональных групп специфических органических кислот, а также карбонатной системы. Минимальная буферная емкость характерна для почв Стригинского бора, что обусловлено исходным низким значением кислотности, а также песчаным гранулометрическим составом и промывным водным режимом. Ионы Н+ наиболее активно поглощаются в диапазоне 1,0-3,0 единиц рН.
2. Поглощение ионов Н+ в различных диапазонах рН, ммоль/кг почвы
| № площадки | Слой, см | рН исходное | Диапазон рН | Е, ммоль Н+/кг | |||||
| 7-6 | 6-5 | 5-4 | 4-3 | 3-2 | 2-1 | ||||
| Парк «Дубки» | |||||||||
| 1 | 0-5 | 6,79 | >29,3 | 41,1 | 35,1 | >54,5 | - | - | >160 |
| 5-20 | 6,52 | >8,2 | 29,2 | 28,8 | 56,5 | >37,3 | - | 86,2 | |
| Автозаводский парк | |||||||||
| 2 | 0-5 | 6,66 | >6,2 | 42,5 | 41,7 | >69,6 | - | - | 125,8 |
| 5-20 | 6,67 | >10,6 | 29,8 | 38,1 | 41,3 | >40,2 | - | 89,4 | |
| Стригинский бор | |||||||||
| 3 | 0-5 | 4,43 | - | - | >0,6 | 9,2 | 47,8 | >102,4 | 2,9 |
| 5-20 | 4,34 | - | - | >0,4 | 5,9 | 64,3 | >89,4 | 1,8 | |
Аналогичные результаты получены и в отношении щелочной буферности, что вполне предсказуемо, поскольку в нейтрализации щелочных выпадений принимает участие ряд механизмов, определяющих устойчивость и к кислотному воздействию (табл. 3). Относительно высокая буферная емкость почв Стригинского бора к подщелачиванию связана в основном с их высокой исходной кислотностью.
3. Поглощение ионов ОН- в различных диапазонах рН, ммоль/кг почвы
| № площадки | Слой, см | рН исход-ное | Диапазон рН | Е, ммоль ОН-/кг | |||||||
| 4-5 | 5-6 | 6-7 | 7-8 | 8-9 | 9-10 | 10-11 | 11-12 | ||||
| Парк «Дубки» | |||||||||||
| 1 | 0-5 | 6,79 | - | - | >8,9 | 62,7 | >88,4 | - | - | - | 119,0 |
| 5-20 | 6,52 | - | - | >14,4 | 45,6 | 47,5 | >52,5 | - | - | 93,3 | |
| Автозаводский парк | |||||||||||
| 2 | 0-5 | 6,66 | - | - | >4,7 | 26,4 | 36,7 | 45,2 | >47,0 | - | 50,7 |
| 5-20 | 6,67 | - | - | >3,3 | 24,2 | 37,6 | 44,0 | >50,9 | - | 47,4 | |
| Стригинский бор | |||||||||||
| 3 | 0-5 | 4,43 | >0,5 | 6,2 | 17,9 | 15,5 | 1,8 | 17,2 | 29,5 | >71,4 | 47,8 |
| 5-20 | 4,34 | >0,1 | 1,3 | 13,1 | 7,1 | 16,2 | 22,7 | 24,0 | >75,5 | 34,2 | |
Для оценки эффективности поглощения ионов Н+ и ОН- нами введен расчетный показатель, отражающий процент приращения содержания указанных ионов в почвенной суспензии от количества добавленных кислотных или щелочных агентов. В дальнейшем в работе эти показатели называются «остаточная кислотность» и «остаточная щелочность». Рассмотрение результатов показывает заметное изменение эффективности поглощения ионов Н+ и ОН- в зависимости от диапазонов реакции среды, а также существенные различия между исследованными территориями по эффективности поглощения в данных диапазонах. В качестве основной тенденции, которая может быть выделена при рассмотрении таблиц 4 и 5, можно назвать снижение эффективности поглощения ионов водорода при движении к более кислой реакции среды. Если в диапазоне рН 6,0-8,0 остаточная кислотность находилась на уровне n10-3- n10-4, то в диапазоне 1,0-4,0 она составила единицы и десятки процентов.
4. Остаточная кислотность почвенной суспензии,
% от добавленного количества H+
| Участки | Слой, см | Диапазон рН | ||||||
| 8-7 | 7-6 | 6-5 | 5-4 | 4-3 | 3-2 | 2-1 | ||
| Парк «Дубки» | 0-5 | 0,0009 | 0,008 | 0,051 | 0,653 | 3,64 | 4,95 | - |
| 5-20 | 0,0005 | 0,026 | 0,089 | 1,049 | 5,75 | 16,62 | - | |
| Автозаводский парк | 0-5 | - | 0,024 | 0,066 | 0,426 | 3,65 | 7,04 | - |
| 5-20 | - | 0,093 | 0,385 | 0,894 | 5,31 | 13,37 | 34,85 | |
| Стригинский бор | 0-5 | - | - | 0,601 | 12,71 | 16,63 | 37,39 | 63,53 |
| 5-20 | - | - | 1,620 | 24,29 | 28,30 | 40,73 | 60,01 | |
Щелочная буферность почв, напротив, снижалась с увеличением рН. Эффективность поглощения гидроксила в почвах парков была различна. В слабокислой-нейтральной зоне (рН 6,0-7,0) наименьший уровень поглощения наблюдался в почве парка «Дубки». В почвах Стригинского бора при рН ниже 7,0 эффективность поглощения гидроксила наиболее высокая, что связано с процессами депротонирования органических соединений: кислотных групп гумусовых кислот, а также низкомолекулярных органических кислот. В диапазонах с более высоким уровнем щелочности эффективность поглощения гидроксила резко снижалась и была ниже аналогичных показателей на других участках.
5. Остаточная щелочность почвенной суспензии,
% от добавленного количества OH-
| Участок | Слой, см | Диапазон рН | |||||||
| 4-5 | 5-6 | 6-7 | 7-8 | 8-9 | 9-10 | 10-11 | 11-12 | ||
| Парк «Дубки» | 0-5 | - | - | 0,0048 | 0,0079 | 0,056 | 0,45 | 4,18 | 14,2 |
| 5-20 | - | - | 0,0303 | 0,0287 | 0,071 | 0,38 | 5,30 | 22,8 | |
| Автозаводский парк | 0-5 | - | - | 0,0022 | 0,0085 | 0,072 | 0,40 | 1,31 | - |
| 5-20 | - | 0,0005 | 0,0017 | 0,0114 | 0,086 | 0,79 | 1,91 | - | |
| Стригинский бор | 0-5 | 0,0001 | 0,0003 | 0,0009 | 0,0067 | 0,451 | 0,98 | 10,06 | 18,7 |
| 5-20 | 0,0005 | 0,0012 | 0,0015 | 0,0166 | 0,118 | 1,58 | 12,78 | 28,1 | |
Таким образом, показатели буферности почв имеют более высокие значения в почвах парка «Дубки» и Автозаводского парка. Ведущими факторами, определяющими буферность почв, являются гранулометрический состав, содержание и качественный состав органического вещества, а также привнос щелочного материала с атмосферными выбросами. В почвах Стригинского бора, более легких и с меньшим содержанием органического вещества (в составе которого значительную долю составляют относительно слаборазложенные элементы подстилки), буферность заметно ниже. В то же время для почв Стригинского бора характерно относительно высокое значение щелочной буферности в кислом-слабокислом диапазоне.
Глава 4. Оценка гумусного состояния городских почв
В данной части работы для количественной характеристики органического вещества почв использовали показатель содержания органического углерода, а не гумуса, т. к. расчет последнего в условиях техногенных ландшафтов может быть связан с большой ошибкой из-за присутствия в городских почвах большого количества разнородного органического материала.
Как показывают полученные результаты, диапазон варьирования по количеству органического углерода достаточно широк (в верхнем слое от 0,3 до 20,9%) (табл. 6), что является характерной особенностью городских почв. Участки с максимальными значениями показателя в основном приходятся на территории, где для формирования плодородного слоя использовались привозные грунты с высокой долей торфа. Очень низкое содержание углерода характерно для почв с нарушенным профилем, а также сильно уплотненных участков,
6. Содержание органического углерода в почвах
функциональных зон заречной части г. Н. Новгорода, %
| Зона | Слой, см | Количество площадок | М ± m | Max | Min | V, % |
| Промышленная | 0-5 | 56 | 7,9 ± 3,2 | 17,4 | 1,3 | 52 |
| 5-20 | 5,2 ± 3,2 | 12,9 | 1,4 | 58 | ||
| Транспортная | 0-5 | 50 | 3,2 ± 0,2 | 7,9 | 0,4 | 44 |
| 5-20 | 2,5 ± 0,2 | 6,7 | 0,4 | 43 | ||
| Селитебно-транспортная | 0-5 | 54 | 3,4 ± 0,2 | 7,1 | 1,5 | 37 |
| 5-20 | 2,2 ± 0,1 | 5,7 | 0,4 | 41 | ||
| Селитебная | 0-5 | 20 | 2,5 ± 0,2 | 6,6 | 0,6 | 64 |
| 5-20 | 1,8 ± 0,1 | 4,8 | 0,3 | 66 | ||
| Агротехногенная | 0-5 | 10 | 4,3 ± 0,3 | 6,1 | 4,4 | 25 |
| 5-20 | 3,7 ± 0,2 | 2,3 | 2,7 | 14 | ||
| Рекреационная | 0-5 | 57 | 4,7 ± 0,3 | 12,7 | 0,3 | 52 |
| 5-20 | 3,2 ± 0,4 | 20,9 | 0,3 | 89 | ||
| Естественный ландшафт | 0-5 | 10 | 3,2 ± 0,3 | 5,1 | 1,9 | 27 |
| 5-20 | 2,6 ± 0,2 | З,8 | 1,9 | 21 |
лишенных растительности. В целом, однако, четко прослеживается тенденция увеличении среднего значения показателя в условиях длительного и интенсивного антропогенного воздействия на почвенный покров. Это подтверждается и характером его распределения, для которого свойственна асимметрия, обусловленная большой долей проб с повышенным значением показателя (рис. 2). Тем
 Рис. 2. Характеристика распределения значений содержания органического углерода в почвах заречной части г. Н. Новгорода | не менее, встречаемость показателей, находящихся в диапазоне от 2 до 3% (то есть, типичном для данных почвенно-климатических условий), максимальна. Наибольший средний уровень содержания углерода отмечен в почвах промышленной зоны. Уровень озеленения здесь достаточно высок, а культурное состояние зеленых зон поддерживается на высоком уровне специализированными службами ОАО «ГАЗ». На некоторых площадках, в основном, в местах временного размещения промышленных отходов, имеет место увеличение содержания |
органического углерода за счет привноса осадка сточных вод. Высокому значению показателя в почве этой зоны также способствуют компоненты нефти, попавшие в почву и сорбированные почвенными частицами в местах разлива нефтепродуктов (различные масла, бензин, топливо), выбросы в атмосферу сажи, коммунально-бытовой мусор, содержащий большое количество органического вещества.
Самое низкое среднее значение содержания углерода (за исключением зоны естественных ландшафтов) наблюдается в почвах селитебной зоны. Это обусловлено процессами вытаптывания травянистого покрова и несанкционированной парковки автотранспорта, приводящей как к непосредственному уничтожению растительного покрова, так и к деградации почвы. Необходимо принять во внимание и нарушение светового режима в районах с высотной застройкой, что также неблагоприятно влияет на растения. В то же время местами накопление органического углерода довольно значительно. Такие участки встречаются во дворах, где для организации территории используется привозной грунт, застройка менее плотная и вытаптывание озелененных участков сведено к минимуму за счет правильной организации территории. Аналогичные процессы действуют в селитебно-транспортной и транспортной зонах.
Содержание органического углерода в рекреационной зоне исследовалось совместно с асп. Е.В. Чесноковой (Дабахов, Чеснокова, 2011). Обнаружена значительная изменчивость данного показателя, что обусловлено большей частью природными факторами. Так, в Автозаводском парке и парке «Дубки» содержание и состав органического вещества формируются за счет опада деревьев широколиственных пород и травянистого покрова, представленного лугово-злаковым разнотравьем. Состав опада, а также нейтральная реакция среды способствуют образованию мягкого гумуса, а также более мощного гумусового профиля. В Стригинском бору из древесных пород представлены в основном хвойные (сосна), что, в совокупности с очень кислой реакцией среды, определяет грубый характер гумуса. В то же время присутствие трав позволяет сформироваться маломощному дерновому слою. Влияние на содержание органического вещества в верхнем горизонте дерновых почв Стригинского бора оказывают рельеф местности (холмы, гривы) и легкий гранулометрический состав, за счет чего здесь развиты процессы эрозии, а гумусовый горизонт местами имеет прерывистый характер. Тем не менее, определенный вклад в баланс органического вещества вносят и антропогенные процессы: использование привозных грунтов, осаждение техногенного углерода выбросов, поступление органического мусора, вытаптывание и т.д. И если в рекреационной зоне техногенный фактор лишь дополняет природные процессы, то в остальных зонах именно он является ведущим.
Почвы природных ландшафтов в среднем характеризуются относительно невысоким содержанием углерода, что обусловлено, в основном, направленностью процессов почвообразования на данной территории. Обращает на себя внимание, что в отличие от зон с интенсивным антропогенным воздействием (транспортной, селитебной и др.), здесь отсутствуют участки с очень низким содержанием углерода. Вариабельность показателя в пределах естественных ландшафтов является невысокой. В целом же распределение органического углерода в почвах исследуемой территории довольно неравномерно и определяется комбинацией природных и техногенных факторов.
Более полное представление о характере трансформации гумусового состояния почв города могут дать результаты анализа группового и фракционного состава органического вещества почв, отобранных в функциональных зонах. Различия в строении гумусового профиля площадок, выделенных в пределах отдельных функциональных зон, довольно рельефны: в отличие от фонового участка с резко убывающим со слоя 0-5 см содержанием гумуса, в почвах остальных функциональных зон значение показателя снижается с глубиной гораздо медленнее (табл. 7). Для зоны жилой застройки отмечено неравномерное распределение органического углерода по профилю, что связано с технологией проведения земляных работ в процессе строительства.
Из особенностей группового и фракционного состава органического вещества почв в первую очередь можно выделить определенную дифференциацию профиля механически ненарушенных почв парковой и лесопарковой зон по типу гумуса: в слое 0-5 и 5-20 см преобладание углерода фульватов в нижележащих слоях сменяется доминированием углерода гуминовых кислот. В остальных почвах такой закономерности не наблюдается. Из этого наблюдения вытекает и следующее: в малонарушенных и ненарушенных почвах максимальная степень гумификации, доходящая по классификации Гришиной и Орлова (Орлов, 1992) до высокой и очень высокой, чаще всего наблюдается в слое 20-40 или 40-60 см.
Практически везде обнаружено высокое для данной почвенно-климатической зоны содержание фракций гуминовых кислот и фульвокислот, связанных с кальцием. Данная ситуация, очевидно, обусловлена антропогенным преобразованием территории (карбонатный мусор, специфический городской микроклимат и др.). В целом эволюция городских почв идет в направлении состояния, характерного для более южных аналогов. При этом, как показали исследования, легкие по гранулометрическому составу почвы отличаются более быстрым накоплением органического вещества, а также преобразованием фракционного и группового состава, характеризующимся увеличением доли фракций, связанных с кальцием, и, соответственно, снижением доли подвижных фракций.
Глава 5. Биогенные элементы в почвах города
Одной из основных тенденций трансформации городских почв является увеличение в них содержания подвижного фосфора и калия значительно выше уровня, характерного для естественных аналогов (табл. 8). Наибольший средний уровень содержания фосфора отмечен в агротехногенной зоне, для которой характерно его поступление как за счет внесения удобрений, так и в составе техногенной пыли. В этой зоне средний уровень аккумуляции элемента превышает фоновый (в качестве такового можно рассматривать почвы естественного ландшафта) в 7,1 и 4,6 раза в слоях 0-5 и 5-20 см соответственно. Близкий уровень обеспеченности фосфатами характерен для промышленной зоны, что
8. Содержание подвижных соединений фосфора и калия
в почвах функциональных зон заречной части г. Н. Новгорода, мг/кг
| Зона | Слой, см | Р2О5 | К2О | ||||||
| М±m | max | min | V, % | М±m | max | min | V, % | ||
| Промышленная | 0-5 | 330±35 | 1290 | 32 | 79 | 323±22 | 600 | 10 | 51 |
| 5-20 | 218±23 | 720 | 10 | 78 | 225±18 | 626 | 20 | 59 | |
| Транспортная | 0-5 | 189±40 | 540 | 29 | 79 | 174±43 | 642 | 20 | 92 |
| 5-20 | 156±42 | 670 | 29 | 101 | 119±35 | 485 | 20 | 111 | |
| Селитебно-транспортная | 0-5 | 291±36 | 730 | 60 | 70 | 183±21 | 480 | 29 | 64 |
| 5-20 | 195±21 | 425 | 25 | 60 | 151±16 | 316 | 33 | 58 | |
| Селитебная | 0-5 | 281±33 | 393 | 162 | 29 | 129±13 | 159 | 80 | 25 |
| 5-20 | 178±31 | 291 | 116 | 42 | 82±11 | 117 | 47 | 32 | |
| Агротехногенная | 0-5 | 384±113 | 1281 | 117 | 93 | 237±39 | 415 | 40 | 53 |
| 5-20 | 381±113 | 1280 | 66 | 94 | 195±39 | 420 | 16 | 64 | |
| Рекреационная | 0-5 | 298±32 | 1170 | 43 | 81 | 195±22 | 950 | 36 | 85 |
| 5-20 | 143±18 | 863 | 16 | 94 | 154±17 | 784 | 24 | 82 | |
| Естественный ландшафт | 0-5 | 63±18 | 170 | 4 | 92 | 49±11 | 120 | 7 | 72 |
| 5-20 | 96±29 | 320 | 29 | 94 | 71±21 | 214 | 16 | 95 | |
позволяет сделать заключение о важной роли промышленных предприятий в обогащении почв данным элементом. При этом влияние этих объектов может быть разделено на нецеленаправленное и целенаправленное. Нецеленаправленное воздействие связано с выбросами, обогащенными крупнопылеватыми фракциями с высоким содержанием фосфатов, а также с поступлением на поверхность почв промышленных и твердых бытовых отходов. Целенаправленное влияние обусловлено мероприятиями по озеленению территории, когда применяются высокоплодородные привозные грунты и минеральные удобрения. Однако, как и для агротехногенной зоны, здесь выявлен чрезвычайно широкий диапазон варьирования показателя, нижняя граница которого связана с наличием на территории предприятий участков с деградированным или механически разрушенным почвенным покровом. Аналогичные тенденции выявлены в отношении калия – его наибольшее содержание соответствовало промышленной и агротехногенной зоне. Однако в силу большей подвижности данного элемента, его аккумуляции, как правило, менее значительны по сравнению с содержанием в почвах фосфатов.
В целом уровень накопления подвижных форм биогенных элементов в верхнем горизонте почв города довольно высок и обеспечивает оптимальный уровень питания как сельскохозяйственных культур, выращиваемых в пределах городской черты, так и растительности, образующей зеленую зону города. При этом необходимо учитывать, что легкий гранулометрический состав, распространенный в заречной части г. Н. Новгорода, и относительно невысокая поглотительную способность почв, наряду с близким залеганием грунтовых вод (3-5 м), могут стать причиной выноса фосфора и калия в грунтовые воды с их последующим удалением за пределы биологического круговорота.
Глава 6. Загрязнение почвенного покрова заречной части
г. Н. Новгорода тяжелыми металлами
В почвах города создается положительный баланс тяжелых металлов, в результате чего практически повсеместно имеет место превышение их фонового содержания (табл. 9).
Доля площадок, на которых содержание свинца в 2 и более раз превышает фоновое, составляет 60% от общего их числа. Максимальный уровень его накопления отмечен в почвах промышленной зоны, где среднее содержание элемента в 6,8 раза, а в наиболее загрязненных точках в 41 раз выше фона. Превышение ПДК на территории с интенсивным воздействием промышленных факторов отмечено на 73% контрольных площадок. По уровню загрязнения почв свинцом ближе всего к промышленной транспортная зона, однако в среднем аккумуляция элемента здесь ниже в два и более раз, а кратность превышения фонового содержания составляет 3,5 и 5,9 единиц в слоях 0-5 и 5-20 см соответственно. Остальные зоны располагаются в порядке убывания накопления Рb в ряду: селитебно-транспортная – рекреационная – селитебная, агротехногенная – естественный ландшафт. Доля подвижных форм свинца, извлекаемых аммонийно-ацетатным буфером с рН 4,8, в среднем составляет 20-23%. Различия между отдельными функциональными зонами незначительны. Исключением являются естественные ландшафты, где значение показателя в верхнем слое достигает 37%, что связано с повышенной естественной кислотностью почв, расположенных за пределами интенсивного влияния техногенных факторов.
Содержание кадмия в почвах Нижегородского заречья в целом низкое: на 80 % обследованных площадок оно находится в пределах 2-х фоновых значений. Тем не менее, в отдельных точках происходит аккумуляция металла до аномально высоких величин, что связано с действием локальных факторов. Наибольшее количество таких площадок (концентрация элемента более 5 фоновых значений) обнаружено в промышленной зоне. Именно в таких точках подвижность кадмия максимальна (54-73%). В селитебно-транспортной, транспортной и рекреационной зонах значение показателя в среднем заметно ниже, однако разброс чрезвычайно высок – от 12 до 70%. Минимальная подвижность кадмия (20-23%), как и уровень варьирования показателя, характерны для почв естественных ландшафтов в пределах городской черты.
Цинк является приоритетным загрязнителем исследуемой территории. Доля площадок с содержанием элемента более 2-х фонов превышает 60 %. Около половины обследованных почв не соответствуют санитарно-гигиеническим требованиям по данному критерию. Дифференциация функциональных зон по распределению цинка выражена более отчетливо, чем для других элементов. В почвах промышленной зоны, где выявлен наибольший уровень содержания элемента, ПДК превышено в 80 % случаев, а средняя концентрация в слоях 0-5 и 5-20 см находится на уровне 10 и 13 фонов соответственно.
Этот факт свидетельствует о промышленном происхождении аккумуляции элемента. Максимальное содержание цинка приурочено к местам размещения отходов (металлолома, осадков очистки сточных вод) – до 326 фоновых значений. Менее критической санитарно-гигиеническая обстановка выглядит при анализе содержания подвижных форм данного металла. В целом количество точек, имеющих превышение ПДК по подвижным формам, составило 30%. При этом максимальную долю площадок, не соответствующих нормативам, также имеет промышленная зона – до 70%. В качестве еще одной особенности распределения цинка в почвах промышленной зоны можно указать на максимальное значение коэффициента вариации (более 120%).
Подвижность цинка также имеет достаточно четкие различия между функциональными зонами. Минимальное значение доли подвижных фракций элемента выявлено в почвах естественных ландшафтов (2-14%). В селитебно-транспортной, селитебной и агротехногенной зонах значение показателя в среднем находилось на уровне 17-22%. Близкий результат получен для рекреационной зоны. Высокая подвижность элемента, достигающая 30%, характерна для почв промышленных площадок и придорожных территорий.
Уровень загрязнения почв города медью также весьма значителен. На 80% обследованных площадок выявлено 2-х кратное и более превышение фона. Максимальное содержание элемента характерно для промышленной зоны, где в среднем фоновый уровень в слоях 0-5 и 5-20 см превышен в 11 и 18 раз соответственно. Несоответствие почв санитарно-гигиеническим нормативам отмечено в 71% случаев. Наибольший уровень аккумуляции, как и в случае с цинком, характерен для почв площадок размещения отходов (гальваношламов). Высокое среднее содержание меди отмечено также в транспортной и селитебно-транспортной зоне.
Рассматривая характер подвижности меди, можно отметить значительно более низкую долю фракций, извлекаемых из пробы аммонийно-ацетатным буфером, по сравнению с другими металлами. В среднем доля подвижных форм находится на уровне 4-10%, а влияние интенсивности антропогенной нагрузки на ее подвижность выражено отчетливее, чем у ранее рассмотренных элементов. Так, доля подвижных форм металла в промышленной зоне в среднем составляет около 11%. Однако, если рассматривать только пробы с содержанием элемента более 100 мг/кг (28,6% выборки), то подвижность в них выше – в среднем 21%. Заметно ниже доля подвижных фракций элемента в транспортной (в среднем 6,1%), селитебной (5,4%) и селитебно-транспортной (5,0%) зонах, что, вероятно, обусловлено относительно небольшим уровнем его поступления и более полным переводом в малоподвижное состояние. Еще ниже (3,7-3,8%) подвижность меди в рекреационной, агротехногенной зонах и на участках естественного ландшафта.
Никель на исследуемой территории не является специфическим загрязнителем, что обуславливает невысокое отклонение его среднего значения от фонового уровня как в целом по исследованной территории, так и по большинству функциональных зон. Уровень поступления элемента может считаться существенным только в пределах промышленной зоны, где его аккумуляция в почве характеризуется 4-х кратным превышением фонового значения. Подвижность никеля в почве близка к аналогичному показателю у меди, причем здесь также можно указать на определенную зависимость доли подвижных фракций элемента от уровня техногенной нагрузки.
Анализ данных по содержанию хрома в почвах различных функциональных зон позволяет сделать выводы, аналогичные ранее рассмотренным металлам: максимальная аккумуляция в промышленной зоне, снижение концентрации в селитебно-транспортной и транспортной зонах, близкое к фоновому уровню содержание в остальных функциональных зонах. Однако уровень накопления элемента не высок, что связано с его слабой эмиссией от промышленных объектов исследуемой территории. Содержание подвижных форм хрома в почвах заречной части Н. Новгорода составляет около 2-8% от концентрации кислоторастворимых форм и слабо зависит от степени и характера техногенной нагрузки.
В целом результаты обследования заречной части г. Н. Новгорода показали, что интенсивность аккумуляции тяжелых металлов в почве убывает в ряду: Zn>Pb>Cu>Ni>Cd>Cr. Максимальный уровень их накопления имеет место в промышленной зоне. За ее пределами содержание почти всех элементов значительно ниже, что свидетельствует о слабом аэральном распространении металлов, обусловленным их преимущественным нахождением в составе фракции пыли, оседающей на незначительном расстоянии от источника выбросов.
Степень подвижности металлов определяется их химическими свойствами, уровнем накопления в почве, а также глубиной химической трансформации почв. Доля подвижных форм металлов, извлекаемых из пробы аммонийно-ацетатным буфером с рН 4,8, убывает в ряду: Сd>>Pb=Zn>Cu=Ni>Cr. Подвижность большинства металлов в почве определяется функциональным использованием территории и уровнем загрязнения. Наибольший уровень подвижности отмечен в почве промышленной зоны для кадмия и цинка.
В качестве основных источников, определяющих уровень поступления в почвы металлов, можно отметить промышленные выбросы, а также отходы производства и потребления. Влияние выбросов хозяйственных объектов распространено на территории города достаточно широко, хотя аномально высокого загрязнения при этом не происходит. При попадании в почву компонентов отходов, содержащих высокие концентрации тяжелых металлов, формируются локальные, преимущественно полиэлементные аномалии, но их распространение ограничено, и большая часть площадок с чрезвычайно высоким уровнем загрязнения сосредоточена в промышленной зоне.
На основе статистической обработки данных по валовому содержанию тяжелых металлов в верхнем слое почвы был сделан анализ распределения значений как в рамках общих по обследуемой площади выборок, так и по функциональным зонам. Ниже в качестве примера представлены гистограммы, характеризующие характер распределение свинца и цинка (рис. 3).
 |  |
| свинец | цинк |
Рис. 3. Распределение значений валового содержания металлов
в почвах заречной части г. Н. Новгорода (слой 0-5 см)*
*по оси Х – концентрация загрязнителя, мг/кг; по оси У – частота встречаемости признака
При определении показателей описательной статистики для минимизации влияния отдельных аномальных данных на статистические параметры из выборки были исключены даты, выходящие за границы диапазона Хср.±2. Как показывает рисунок 3, распределение свинца имеет ярко выраженную асимметрию в правой части, обусловленную наличием на изучаемой территории значительного количества площадок с повышенной концентрацией элемента. График имеет один четкий пик в диапазоне 10-20 мг/кг, являющийся, очевидно, характеристикой антропогенного фона на изучаемой территории. Следует отметить, что понятие «антропогенный фон» не является общепринятым. Чаще всего под фоном понимают концентрацию, определенную на участках с отсутствием выраженной техногенной нагрузки (природный фон). Сравнение с таким значением позволяет оценить влияние всего комплекса антропогенных факторов, действующих в пределах городской черты. Однако в природоохранной практике часто возникает ситуация, когда необходимо вычленить долю влияния конкретного источника загрязнения. В таком случае более объективным является сравнение с антропогенным фоном, то есть таким уровнем содержания металлов, который сформировался на территории под влиянием совокупного действия преимущественно атмотехногенных источников. Таким образом, определение антропогенного фона не менее актуально, чем природного.
В настоящее время при определении фоновых концентраций, как правило, используют среднее арифметическое значение. Такой подход приемлем только при определении природного фона, когда признак распределен нормально. В условиях антропогенного воздействия характер распределения меняется, в связи с чем адекватной характеристикой фонового уровня можно считать середину модального класса. В частности, антропогенный фон валового содержания свинца в верхних 5 см почвы – 15 мг/кг.
Возвращаясь к анализу гистограммы распределения свинца, следует отметить, что в ее правой части имеется три слабых пика в диапазонах 100-110, 150-160 и 190-200 мг/кг, относящихся к отдельным функциональным зонам города. Данные статистических исследований с использованием коэффициентов асимметрии и эксцесса, а также критериев Колмогорова, омега-квадрат и хи-квадрат, четко указывают на анормальное распределение значений.
Анализ данных по функциональным зонам показал аналогичную картину: в зонах с выраженным антропогенным влиянием распределение выборочных значений содержания тяжелых металлов отличается от нормального, при этом формируется явно выраженная асимметрия (гистограмма сдвинута в область высоких значений), а также несколько пиков – самый выраженный соответствует антропогенному фону; менее выраженные (в правой части гистограммы) – определенным комплексам техногенных факторов, обусловившим ту или иную аномалию.
При изучении послойного распределения тяжелых металлов от поверхности до глубины 100 см было обнаружено, что ведущим фактором в распределении металлов в профиле городских почв является их антропогенное преобразование (механическое или химическое). Механическая трансформация является причиной нарушения закономерного распределения металлов, что чаще всего происходит в районах жилищного и частично дорожного строительства. Химическое преобразование почв (нейтрализация, накопление органического вещества различного происхождения) чаще всего становится причиной аккумуляции металлов в верхнем слое. В отдельных случаях, когда степень антропогенной трансформации почв невелика, а почвенные характеристики не препятствуют миграции металлов, их распределение по профилю определяют естественные почвенные процессы (выщелачивание, лессивирование), обуславливающие формирование второго максимума их концентрации на определенной глубине.
В экспериментальных исследованиях загрязнения почв промышленных зон и Автозаводского района металлами принимала участие асп. Н.А. Смирнова (Смирнова, Гогмачадзе, Дабахов, 2005; Смирнова, 2005).
Глава 7. Принципы и методы анализа данных по загрязнению
городских территорий
Использование расчетных интегральных показателей при оценке степени загрязнения почвы. Традиционно использующаяся методология оценки степени загрязнения земель основана на применении предельно допустимых значений (ПДК, ОДК) содержания элементов в почвах и обобщении полученных результатов в рамках расчета суммарного коэффициента концентрации Zc. Однако эта система не соответствует условиям, складывающимся на урбанизированных территориях, поскольку первый показатель не позволяет учесть полиметаллический характер загрязнения, специфику почвенных условий и характер землепользования на оцениваемых территориях, а второй является чисто геохимическим и не может применяться для оценки соответствия состава почв требованиям к землям различного функционального назначения.
Указанное несоответствие может быть устранено при использовании интегрального показателя, который включает в себя расчет кратности превышения концентраций отдельных загрязняющих веществ в сочетании с коэффициентами опасности, характеризующими степень вредности отдельных элементов (Титова, Дабахов и др., 2004). Такой подход был апробирован при оценке загрязнения почв, прилегающих к предприятиям промышленного птицеводства (Дабахова, 2005). В рамках настоящей работы метод получил дальнейшее развитие и был использован для оценки полиметаллического загрязнения городских почв.
В качестве коэффициентов опасности могут быть использованы величины, обратные нормативу состояния почвы (например, 1/ПДК или другое обоснованное значение). При этом территории необходимо дифференцировать по характеру использования. Так, например, оценка территории промышленных зон с учетом ПДК по транслокационному или водно-миграционному показателям вредности представляется не вполне корректной, поскольку эти земли не используются для получения продукции растениеводства, а токсичные элементы в основном смываются в промышленно-ливневую канализацию. В данном случае более актуален учет воздушно-миграционного показателя вредности.
Интегральный показатель (приведенный суммарный коэффициент концентрации), учитывающий информацию о содержании в почве токсичных элементов, их фоновом значении и степени опасности, может рассчитываться по следующей формуле:
| n D = [Ci/Ci фон Кi] i=1 |
где D – приведенный суммарный коэффициент концентрации;
Ci – фактическая концентрация i-того элемента;
Ci фон – фоновая концентрация i-того элемента;
n – количество загрязнителей;
Кi – коэффициент относительной опасности i-того элемента.
При этом принимается: если содержание элемента или соединения равно или ниже фонового, отношение Ci/Ci фон следует считать равным единице. Для удобства использования полученный по последней формуле результат следует перевести в закрытую 100-бальную шкалу. Для этого приведенный суммарный коэффициент концентрации необходимо соотнести с коэффициентом, соответствующим незагрязненной почве (т.е. почве, имеющей оценку 100 баллов).
Выбор элементов и соединений, используемых для контроля, должен осуществляться на основе данных почвенных обследований. При характеристике определенного района (региона) расчет производится по фиксированному количеству приоритетных элементов (соединений). В данной работе оценка производилась по шести элементам. В то же время необходимо учитывать, что при рекомендуемой системе расчета даже малоопасное содержание наиболее токсичных элементов (кадмий, ртуть) значительно завысит итоговый показатель. Во избежание таких ошибок в качестве порогового целесообразно использовать значение 0,7 ПДК (или другого норматива состояния почвы). Для элементов, которые имеют меньшую концентрацию в почве, отношение Ci/Ci фон в формуле принимается равным единице.
Следует указать, что область использования предложенного показателя определяется направленностью составляющих его компонентов, в частности, коэффициентов Ki. При введении в расчет предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ (Ki=1/ПДК) показатель D приобретает санитарно-гигиеническую значимость и может использоваться для санитарно-гигиенической оценки территории вместо ПДК в качестве его комплексного аналога. Если весовые коэффициенты элементов получены с учетом норм состояния компонентов ландшафта (экологические нормативы), предложенный критерий может рассматриваться как комплексный показатель состояния конкретного компонента или данного ландшафта в целом.
Для получения окончательного результата оценки состояния почв необходимо выделение диапазонов значений по степени опасности загрязнения. В рамках предложенной в данной работе методики расчета даны градации, которым присвоены стандартные наименования:
1 – низкий уровень загрязнения – 100-75 баллов;
2 – средний уровень загрязнения – 75-50 баллов;
3 – повышенный уровень загрязнения – 50-25 баллов;
4 – высокий уровень загрязнения – 25-10 баллов;
5 – чрезвычайно высокий уровень загрязнения – 10-0 баллов.
Ниже даны некоторые результаты оценки экологического состояния почв, основанной на использовании двух комплексных показателей: коэффициента суммарного загрязнения (Zc) и приведенного суммарного коэффициента концентрации (Dб), произведенной для Автозаводского района г. Н.Новгорода (табл. 10). Сопоставление полученных значений показывает, что оба коэффициента на изучаемой территории в целом коррелируют между собой. В то же время на ряде участков в рассматриваемых показателях имеются определенные расхождения. В частности, на площадке 204 показатель Dб соответствует повышенному уровню загрязнения, в то время как расчет Zc дал относительно низкий результат. Это связано с наличием в почве высокотоксичного кадмия. Имеются и обратные примеры. Так, в т. 219 показатель Dб также соответствует повышенному уровню загрязнения, в то время как Zc имеет значение, превышающее 300 единиц. Этот обусловлено тем, что значительное превышение фонового уровня было характерно для менее токсичных металлов (хром, медь).
10. Результаты оценки экологического состояния почв Автозаводского района
| № | Объект | Zc | Dб |
| 1 | Парк «Дубки», т.145 | 818,6 | 0,4 |
| 2 | Завод автомобильных трансмиссий, т.204 | 22,8 | 49,0 |
| 3 | Старая свалка автозавода, т.211 | 67,6 | 30,6 |
| 4 | Иловые карты очистки промстоков, т.212 | 194,8 | 19,1 |
| 5 | Иловые карты очистки промстоков, т.213 | 93,1 | 25,4 |
| 6 | ООО «ГАЗвторресурс» (площадка хранения металлолома), т.218 | 133,9 | 31,3 |
| 7 | Центральный проезд главной промплощадки, т.219 | 303,6 | 29,5 |
| 8 | Химсклад, т.232 | 89,0 | 40,0 |
| 9 | Химсклад, т.233 | 100,1 | 50,4 |
| 10 | Литейное производство, т.242 | 78,3 | 20,1 |
| 11 | ООО «ГАЗвторресурс», переработка неметалл. отходов, т.247 | 234,3 | 8,5 |
| 12 | ООО «ГАЗвторресурс», переработка неметалл. отходов, т.249 | 494,3 | 5,7 |
Приведенные примеры иллюстрируют различия в результатах расчетов по двум методам, из которых первый (Zc) характеризуется слабой чувствительностью к степени токсичности различных элементов, а второй (Dб) обращает внимание на более токсичные металлы. При этом коэффициент суммарного загрязнения наиболее объективно характеризует антропогенную трансформацию почв (иными словами, степень антропогенной нагрузки, приводящей к изменению геохимических характеристик территории), а интегральный оценочный балл дает наиболее корректную оценку санитарно-гигиенического (экологического) состояния территории. При расчете Zc основной задачей является корректное определение фоновых концентраций. При расчете Dб, кроме этого, исходя из целей исследования необходимо определить принцип расчета коэффициента относительной опасности.
Таким образом, оценка экологического состояния почв с использованием предложенного выше интегрального расчетного балла может использоваться в качестве базы для обоснования необходимости проведения мероприятий по реабилитации загрязненных тяжелыми металлами территорий, а также для выбора соответствующих проектных решений, наиболее эффективных и экономичных в конкретных условиях.
Основной целью, которую должен решать проектировщик, является обеспечение экологической безопасности конкретного элемента урболандшафта, которая может быть достигнута в результате учета характера функционального использования территории, а также реальной оценки степени опасности существующего и потенциального загрязнения.
В частности, к почвенному покрову промышленных зон, могут быть предъявлены следующие требования: 1) отсутствие вторичного загрязнения приземной атмосферы пылью, содержащей в своем составе токсичные элементы; 2) отсутствие загрязнения подземных вод в ходе выщелачивания металлов с атмосферными осадками; 3) отсутствие фитотоксического эффекта от загрязнения почв опасными элементами.
Следует отметить, что загрязнения приземной атмосферы пылью не происходит при наличии на поверхности почвы плотного растительного покрова, поэтому соблюдение третьего требования при условии выполнения обязательных работ по благоустройству территории устраняет вероятность негативного воздействия на здоровье персонала предприятия от попадания пыли в органы дыхания.
Таким образом, при оценке экологического состояния почвенного покрова промышленной функциональной зоны может использоваться коэффициент опасности элемента Кi (соединения), ориентированного на обеспечение отсутствия фитотоксического эффекта. В случае ухудшения состояния растительности и увеличения площади участков, лишенных растительного покрова, экологический статус территории снижается и при оценке почв должны применяться коэффициенты опасности элементов, ориентированные на миграционно-воздушный показатель вредности токсикантов.
Совершенно иной подход должен быть использован при оценке экологического состояния почвенного покрова агротехногенных зон. Очевидно, что в данном случае основным критерием при обосновании коэффициента опасности токсичных элементов является обеспечение отсутствия их накопления в растительной продукции, а расчет Кi должен проводиться с учетом экспериментально обоснованного транслокационного показателя вредности металлов.
Предложенные выше принципы экологической оценки почвенного покрова и разработка на их основе проектных решений, позволяющих изолировать токсичные элементы и соединения от биологических компонентов ландшафта, в том числе и от человека, являются основой оптимизации расходов на природоохранные мероприятия.
Биологический отклик экосистемы как интегральный показатель загрязнения почв. Одним из подходов к разработке показателей токсичности металлов, которые могут использоваться при расчете интегральных комплексных показателей (Ki), является оценка отклика живых организмов на аккумуляцию токсикантов в почвах. В ходе исследования, в котором под руководством автора принимали участие асп. Е.В. Чеснокова и Р.С. Шимко (Чеснокова Е.В., Дабахов М.В., Шимко Р.С., 2009), была показана возможность использования характеристик всхожести и энергии прорастания семян озимой пшеницы в лабораторном эксперименте с почвенными пластинами в чашках Петри для дифференциации почв с различным уровнем загрязнения по степени их токсичности для тест-объекта. В опытах использовались пробы почв, отобранные на промышленной площадке ОАО «ГАЗ» с различным уровнем загрязнения ТМ.
На первом этапе оценки результатов биологический ответ тест-объекта сопоставлялся с результатами химического анализа отдельных элементов. Полученные данные свидетельствуют о зависимости изучаемых диагностических показателей (энергии прорастания и всхожести) от уровня содержания загрязняющих веществ. В таблице 11 дана характеристика корреляционной связи между показателями развития растений и содержанием отдельных ТМ в почве.
11. Коэффициенты корреляции, характеризующие взаимосвязь
между содержанием тяжелых металлов в почве и состоянием растений
| Показатель | Zn | Pb | Cd | Ni | Cu | Cr |
| Валовое содержание | ||||||
| Энергия прорастания | -0,79* | -0,40 | -0,72 | -0,72 | -0,79 | -0,35 |
| Всхожесть | -0,83 | -0,35 | -0,75 | -0,81 | -0,78 | -0,35 |
| Содержание подвижных форм | ||||||
| Энергия прорастания | -0,73 | -0,01 | -0,73 | -0,76 | -0,38 | -0,68 |
| Всхожесть | -0,77 | -0,03 | -0,76 | -0,77 | -0,35 | -0,68 |
* - корреляция статистически значима на уровне 0,05
Установлено, что тенденции изменения динамики всхожести и энергии прорастания в зависимости от уровня загрязнения, полученные в опыте, практически идентичны, в связи с чем детальный анализ представлен исключительно для всхожести и только для тех пар признаков, для которых выявлена значимая корреляция.
Рассмотрим зависимость всхожести семян от валового содержания в почве цинка и кадмия (рис. 4). Данные свидетельствуют, что отчетливое снижение всхожести семян тест-культуры обнаруживается только в диапазоне очень высоких концентраций. Так, в отношении валового содержания цинка порогом фитотоксичности, начиная с которого происходит явное угнетение растений в период прорастания, можно считать концентрацию 442 мг/кг.
 |  |
Рис. 4. Изменение всхожести семян
при увеличении валового содержания цинка и кадмия в почве
В целом можно констатировать, что на фоне общей тенденции снижения всхожести семян по мере увеличения содержания отдельных металлов, имеет место значительная вариабельность диагностического показателя. В связи с этим можно предположить, что интенсивность отклика тест-объекта на загрязнение может рассматриваться как функция концентрации отдельного элемента, порог фитотоксичности по которому превышен, хотя полная картина может быть получена только с учетом влияния остальных элементов.
Для оценки влияния степени комплексного загрязнения почвы на показатели её фитотоксичности для каждого участка был рассчитан Zc и Dб. Как показал корреляционный анализ, наиболее тесная связь соответствует всхожести и коэффициентам, определенным по валовому содержанию металлов в почве. Так, для пары признаков «всхожесть - Zc» коэффициент корреляции составляет -0,86, а для пары «всхожесть - Dб» – 0,87. При этом полученные значения выше, чем аналогичные для отдельных металлов. Взаимосвязь между рассматриваемым диагностическим показателем, характеризующим состояние растений, и уровнем загрязнения, определенным по суммарному коэффициенту загрязнения, представлена на рисунке 5.
 |  |
Рис. 5. Изменение всхожести семян при увеличении Zc и уменьшению Dб
Данные свидетельствуют, что начиная с определенной величины Zc (в частности, с 45,6, что на графике соответствует точке 7) начинает прослеживаться общая тенденция снижения всхожести семян. Однако на ее фоне, как и в случае отдельных металлов, отмечается значительное отклонение признака от общей тенденции. Это может быть обусловлено указанным ранее недостатком коэффициента суммарного загрязнения – недоучетом токсичности отдельных металлов.
По иному выглядит зависимость между снижением всхожести и интегральным оценочным баллом, где она носит гораздо более правильный характер. Так, начиная со значения 63,7 % (на графике – точка 7), происходит относительно плавное снижение значения показателя. Тенденция нарушается лишь в одной точке (точка 9 на графике), которая расположена в зоне центрального проезда автозавода и характеризуется на фоне действия прочих факторов очень высокой транспортной нагрузкой. Очевидно, здесь токсичный эффект обусловлен загрязнителями, не учтенными в данном исследовании, например, нефтепродуктами.
Таким образом, полученные данные свидетельствуют, что
- интегральный оценочный балл более объективно характеризует степень опасности загрязнения почвы, чем Zc, так как зависимость между величиной Dб и откликом тест-культуры носит более четкий характер;
- при биотестировании почв следует учитывать, что данный метод эффективен только в диапазоне высоких концентраций металлов, превышающих порог фитотоксичности. Таким образом, его применение целесообразно при оценке городских почв, где, как указывалось выше, транслокационный показатель вредности в большинстве случаев не актуален. Использование данного показателя на сельскохозяйственных землях недостаточно информативно в силу низкой чувствительности.
Кроме этого в рамках работы изучали взаимосвязь между показателями биологической активности и уровнем загрязнения почвы. Исследования проводились на территории промышленной площадки, а также в рекреационной зоне. Причем в последнем случае образцы отбирались в течение вегетационного сезона с интервалом в 1 месяц. Установлено, что связь между показателями биологической активности (каталазная и инвертазная активность, дыхание почвы, целлюлолитическая и нитрифицирующая способность) и уровнем загрязнения прослеживается только на фоне очень высокого содержания металлов, превышающего поровый уровень, выявленный в предыдущем эксперименте для тест-культуры. В почвах же рекреационной зоны показатели активности в большей степени зависели от погодных условий, чем от степени загрязнения.
Анализ взаимосвязи между содержанием тяжелых металлов в почве и ее основными характеристиками. При комплексной оценке уровня загрязнения одним из важнейших аспектов данного вопроса является установление взаимосвязи между содержанием токсикантов в почве и ее характеристиками. Основными почвенными параметрами, определяющими мобильность металлов в почве, а соответственно и уровень их накопления, являются содержание гумуса (органического углерода) и кислотность почвы. Количественную оценку взаимосвязи проводили на основе корреляционного анализа, используя непараметрическую статистику – ранговый коэффициент Спирмена, поскольку, как было показано выше, распределение металлов и других показателей в городских почвах отличается от нормального.
Полученные данные свидетельствуют, что в почвах промышленной зоны валовое содержание ряда металлов связано с содержанием органического углерода (табл. 12). В большей степени это проявляется по отношению к цинку. Что касается содержания подвижных форм металлов, то, несмотря на возможное снижение степени их подвижности по мере увеличения концентрации органического углерода в почве, абсолютное значение показателя на фоне увеличения вала, как правило, возрастает. Нейтральная реакция среды также в целом снижает мобильность токсикантов. В результате в ряде случаев наблюдается прямая взаимосвязь между показателем рН и содержанием тяжелых металлов.
В то же время следует отметить, что почва в зонах с интенсивной техногенной нагрузкой является неравновесной системой за счет постоянного поступления в почву как металлов, так и органического углерода и кислотно-щелочных агентов. В результате этого взаимосвязь между аккумуляцией
12. Коэффициенты корреляции между содержанием тяжелых металлов
и основными почвенными характеристиками в промышленной зоне
| Показатели | Слой, см | Pb | Cd | Zn | Cu | Ni | Cr |
| Валовое содержание | |||||||
| Органический углерод | 0-5 | 0,15 | 0,24 | 0,33 | 0,20 | 0,26 | 0,21 |
| 5-20 | 0,34* | 0,21 | 0,27 | 0,28 | 0,09 | 0,23 | |
| рНKCl | 0-5 | 0,31 | 0,06 | 0,18 | 0,32 | 0,19 | 0,14 |
| 5-20 | 0,35 | -0,00 | 0,07 | 0,25 | 0,20 | 0,23 | |
| Подвижные формы фосфора | 0-5 | 0,05 | 0,29 | 0,10 | 0,05 | -0,01 | 0,02 |
| 5-20 | -0,05 | -0,04 | 0,08 | -0,10 | -0,08 | -0,13 | |
| Подвижные формы | |||||||
| Органический углерод | 0-5 | 0,08 | 0,17 | 0,36 | 0,03 | 0,10 | 0,16 |
| 5-20 | 0,40 | 0,16 | 0,26 | 0,19 | 0,11 | 0,14 | |
| рНKCl | 0-5 | 0,48 | 0,04 | 0,13 | 0,49 | 0,29 | 0,44 |
| 5-20 | 0,38 | -0,07 | 0,13 | 0,46 | 0,24 | 0,38 | |
| Подвижные формы фосфора | 0-5 | 0,10 | -0,04 | 0,08 | 0,10 | -0,05 | 0,00 |
| 5-20 | -0,01 | -0,04 | 0,10 | -0,02 | -0,15 | -0,17 | |
* здесь и далее: корреляция статистически значима на уровне 0,05
металлов и почвенными характеристиками нарушается. Аналогичная ситуация складывается на территориях с иными типами антропогенного воздействия – в транспортной и селитебно-транспортной зонах.
В рекреационной зоне, где почвы ближе всего к природным аналогам, выявлена статистически значимая корреляция по большинству исследуемых пар признаков (табл. 13).
13. Коэффициенты корреляции между содержанием тяжелых металлов
и основными почвенными характеристиками в рекреационной зоне
| Показатели | Слой, см | Pb | Cd | Zn | Cu | Ni | Cr |
| Валовое содержание | |||||||
| Органический углерод | 0-5 | 0,44 | 0,00 | 0,43 | 0,59 | 0,49 | 0,56 |
| 5-20 | 0,56 | 0,36 | 0,63 | 0,61 | 0,58 | 0,64 | |
| рНKCl | 0-5 | 0,23 | 0,59 | 0,52 | 0,56 | 0,55 | 0,48 |
| 5-20 | 0,40 | 0,75 | 0,47 | 0,57 | 0,49 | 0,44 | |
| Подвижные формы фосфора | 0-5 | 0,57 | 0,41 | 0,42 | 0,46 | 0,33 | 0,45 |
| 5-20 | 0,50 | 0,39 | 0,54 | 0,57 | 0,50 | 0,53 | |
| Подвижные формы | |||||||
| Органический углерод | 0-5 | 0,02 | -0,01 | 0,26 | 0,36 | 0,38 | -0,36 |
| 5-20 | 0,22 | 0,05 | 0,55 | 0,45 | 0,47 | -0,26 | |
| рНKCl | 0-5 | -0,19 | 0,35 | 0,28 | 0,51 | 0,36 | 0,00 |
| 5-20 | 0,28 | 0,52 | 0,56 | 0,43 | 0,44 | 0,22 | |
| Подвижные формы фосфора | 0-5 | 0,39 | 0,58 | 0,58 | 0,51 | 0,48 | 0,36 |
| 5-20 | 0,21 | -0,01 | 0,51 | 0,51 | 0,43 | -0,13 | |
При этом коэффициент Спирмена во всех случаях положителен. Это свидетельствует о том, что в почвенных системах, находящихся в относительном равновесии, высокое содержание органического углерода, нейтральная реакция среды, а также высокое содержание подвижных фосфатов в общем случае создает условия для наибольшей аккумуляции тяжелых металлов.
На примере промышленной и рекреационной зоны был проведен также анализ взаимосвязи между почвенными свойствами и степенью подвижности металлов в почве (табл. 14).
14. Коэффициенты корреляции между степенью подвижности тяжелых
металлов и основными почвенными характеристиками
| Показатели | Слой, см | Pb | Cd | Zn | Cu | Ni | Cr |
| Промышленная зона | |||||||
| Органический углерод | 0-5 | -0,20 | 0,16 | 0,15 | -0,15 | 0,02 | 0,03 |
| 5-20 | 0,23 | 0,16 | 0,08 | 0,08 | 0,13 | 0,04 | |
| рНKCl | 0-5 | 0,58 | -0,03 | -0,07 | 0,60 | 0,37 | 0,53 |
| 5-20 | 0,34 | -0,15 | 0,15 | 0,57 | 0,35 | 0,46 | |
| Подвижные формы фосфора | 0-5 | 0,14 | -0,28 | -0,13 | 0,19 | -0,07 | 0,05 |
| 5-20 | 0,08 | -0,11 | 0,01 | 0,05 | -0,22 | -0,09 | |
| Валовое содержание металлов | 0-5 | 0,19 | 0,56 | 0,23 | 0,67 | 0,62 | 0,40 |
| 5-20 | 0,34 | 0,68 | 0,34 | 0,67 | 0,60 | 0,52 | |
| Рекреационная зона | |||||||
| Органический углерод | 0-5 | -0,26 | -0,09 | -0,24 | -0,17 | -0,21 | -0,50 |
| 5-20 | -0,38 | -0,07 | -0,19 | -0,24 | -0,23 | -0,42 | |
| рНKCl | 0-5 | -0,40 | 0,17 | -0,25 | 0,03 | 0,06 | -0,02 |
| 5-20 | -0,03 | 0,40 | 0,08 | 0,09 | 0,07 | -0,08 | |
| Подвижные формы фосфора | 0-5 | -0,05 | 0,47 | 0,39 | 0,29 | 0,44 | 0,27 |
| 5-20 | -0,25 | -0,08 | -0,10 | -0,01 | -0,14 | -0,22 | |
| Валовое содержание металлов | 0-5 | -0,36 | 0,39 | -0,11 | 0,09 | 0,06 | -0,16 |
| 5-20 | -0,13 | 0,41 | -0,31 | -0,08 | -0,12 | -0,40 | |
Связь между подвижностью токсикантов и содержанием органического углерода в промышленной зоне не выявлена. Иные тенденции наблюдались в рекреационной зоне. Коэффициент корреляции, характеризующий взаимосвязь между рассматриваемыми параметрами, свидетельствует, что по мере увеличения содержания органического углерода подвижность металлов снижается. Следует, однако, отметить, что при имеющемся объеме выборки статистически значимая связь установлена только между следующими парами признаков: «подвижность свинца - содержание органического углерода» и «подвижность хрома - содержание органического углерода».
Иная ситуация сложилась в отношении показателя кислотности. В промышленной зоне установлена статистически значимая положительная зависимость между величиной рН и степенью подвижности металлов, что связано с тем, что в условиях промышленной площадки поступление в почву подвижных форм металлов с выбросами идет параллельно с поступлением щелочных агентов. При этом для достижения прочной сорбции токсичных элементов и, соответственно, снижения их подвижности, необходимо определенное время. Однако в условиях положительного баланса техногенных элементов равновесие не достигается и положительная корреляция между рН и содержанием подвижных форм металлов свидетельствует о постоянном свежем загрязнении почвы. В почвах рекреационной зоны коэффициенты корреляции между подвижностью металлов и показателем кислотности солевой вытяжки практически во всех случаях статистически не значимы.
Содержание подвижных форм фосфора в промышленной зоне коррелирует только со степенью подвижности кадмия, причем корреляция является отрицательной. В рекреационной зоне, напротив, подвижность всех металлов (за исключением свинца) имеет положительную значимую связь с рассматриваемой почвенной характеристикой.
При рассмотрении зависимости между уровнем загрязнения почвы и подвижностью элементов показано, что в относительно равновесной почвенной системе рекреационной зоны связь между рассматриваемыми параметрами или отсутствует, или носит отрицательный характер. Исключением является кадмий, подвижность которого напрямую зависит от общего уровня загрязнения. В промышленной же зоне подвижность всех металлов увеличивается по мере возрастания их общего содержания.
Глава 8. Идентификация источников загрязнения почвенного покрова
В связи с тем, что в действующем законодательстве РФ декларируется экономическая ответственность субъектов хозяйственной деятельности за загрязнение, разрушение, нецелевое использование земель, особое значение приобретает идентификация источников загрязнения, которая на практике связана с рядом серьезных проблем. Накопленный нами экспериментальный материал позволил предложить для использования на региональном уровне систему идентификации источников загрязнения почвенного покрова, основанную на использовании нижеописанных методических приемов.
Использование элементов-индикаторов. Ряд источников загрязнения почвенного покрова имеет в составе атмосферных выбросов и отходов специфические элементы, не характерные для расположенных поблизости производств. Наличие в почве исследуемой территории этих веществ является признаком загрязнения почв от конкретного источника.
Оценка качественного состава загрязняющих веществ и их соотношений. Как правило, металлы в промышленных выбросах и отходах находятся в определенных соотношениях. При этом, поскольку основная часть металлов находится в составе фракции пыли, их перенос с атмосферными потоками на дальние расстояния незначителен и они выпадают на поверхность почвы вблизи источника загрязнения. Так как основной геохимической особенностью металлов является низкая миграционная способность, можно ожидать, что в почве соотношение данных загрязнителей также может иметь близкое значение.
Некоторые особенности аккумуляции металлов можно охарактеризовать, используя матрицы, включающие коэффициенты корреляции пар всех исследуемых элементов. Применение данной статистики основывается на предположении, что в фоновых районах содержание металлов определяется свойствами почв, а также геохимическими особенностями территории. Учитывая сходный характер поведения большинства тяжелых металлов (слабая миграционная способность, аккумуляция на сорбционных и других геохимических барьерах), можно сделать предположение о том, что их концентрации будут находиться в тесной корреляционной связи. При появлении техногенных источников зависимости будут нарушаться. Это предположение в целом подтверждается результатами статистической обработки (табл. 15).
15. Корреляционная матрица показателей химического состава почв
Автозаводского района г. Н. Новгорода
| Показатель | рНKCl | Сорг. | Pb | Cd | Zn | Cu | Ni | Cr |
| Рекреационная зона | ||||||||
| рНKCl | 1 | 0,02 | 0,71 | 0,71 | 0,76 | 0,72 | 0,63 | 0,71 |
| Сорг. | 1 | 0,52 | 0,41 | 0,41 | 0,48 | 0,43 | 0,47 | |
| Pb | 1 | 0,85 | 0,93 | 0,84 | 0,79 | 0,86 | ||
| Cd | 1 | 0,88 | 0,81 | 0,74 | 0,71 | |||
| Zn | 1 | 0,84 | 0,80 | 0,88 | ||||
| Cu | 1 | 0,89 | 0,87 | |||||
| Ni | 1 | 0,91 | ||||||
| Cr | 1 | |||||||
| Промышленная зона | ||||||||
| рНKCl | 1 | -0,11 | 0,31 | 0,08 | 0,19 | 0,32 | 0,19 | 0,13 |
| Сорг. | 1 | 0,15 | 0,26 | 0,33 | 0,20 | 0,27 | 0,21 | |
| Pb | 1 | 0,55 | 0,58 | 0,77 | 0,59 | 0,64 | ||
| Cd | 1 | 0,68 | 0,63 | 0,71 | 0,53 | |||
| Zn | 1 | 0,62 | 0,59 | 0,63 | ||||
| Cu | 1 | 0,69 | 0,77 | |||||
| Ni | 1 | 0,72 | ||||||
| Cr | 1 | |||||||
При идентификации источника загрязнения весьма полезным показателем может быть соотношение концентраций металлов в почве. Если принять концентрацию цинка, одного из приоритетных загрязнителей исследуемой территории, за единицу, то получим следующий ряд соотношений (табл. 16).
На основе рассмотрения этих отношений во всех случаях можно отметить следующие закономерности формирования ассоциаций металлов:
- преобладание цинка на территории промышленных площадок и свинца – за их пределами (исключением являются парковые зоны, где распределение металлов по степени обильности близко к почвам промышленных площадок);
16. Соотношение валового содержания металлов в почвах
(кратность к концентрации цинка)
| Объект | Zn | Pb | Ni | Cu | Cr |
| Парк «Дубки» | 1 | 0,60 | 0,47 | 0,27 | 0,17 |
| Автозаводский парк | 1 | 0,52 | 0,28 | 0,24 | 0,18 |
| к северу от промплощадки | 1 | 1,34 | 0,26 | 0,36 | 0,21 |
| к сев.-западу от промплощадки | 1 | 1,39 | 0,23 | 0,28 | 0,34 |
| к западу от промплощадки | 1 | 1,13 | 0,29 | 0,30 | 0,24 |
| Корпус цветного литья | 1 | 0,24 | 0,20 | 0,32 | 0,17 |
| ТЭЦ | 1 | 0,45 | 0,51 | 0,36 | 0,16 |
| Литейный цех № 6 | 1 | 0,54 | 0,12 | 0,28 | 0,05 |
- относительно близкие соотношения «цинк-медь-никель-хром» на исследованных участках за пределами промплощадок;
- в почвах на территории ТЭЦ, корпуса цветного литья, литейного цеха №6 имеются заметные отклонения по соотношениям металлов: в частности, на участках ТЭЦ относительно повышена доля никеля, в литейном производстве очень мала доля никеля и хрома;
- наиболее близки соотношения металлов за пределами промплощадок к соотношениям, полученным в корпусе цветного литья.
Соотношения металлов в точках с аномальным уровнем загрязнения отличаются высокой специфичностью. Так, значения отношений металлов в парке «Дубки» на участке с чрезвычайно высоким загрязнением почв носят характер, абсолютно отличный от рассмотренных ранее. В данном случае обращает на себя внимание низкая доля свинца и никеля и, напротив, высокая доля меди и хрома, что однозначно говорит о привносе токсичных металлов из других источников, в частности, о возможном использовании для планирования территории парка осадков сточных вод. Это предположение подтверждается очень высоким уровнем содержания в пробах Cd (выше 100 мг/кг).
Использование данных по профильному распределению металлов. С течением времени в условиях сильного загрязнения происходит перемещение металлов вниз по профилю (выщелачивание, лессивирование). Вследствие этого различия в содержании металлов в верхней и нижней частях профиля, обнаруживаемые в ходе рассмотрения результатов анализа проб, отобранных из разных почвенных горизонтов, являются свидетельством относительно недавнего загрязнения. Если же концентрации металлов в верхнем и нижнем слоях относительно выровнены, можно сделать предположение о достаточно давнем их поступлении. Разумеется, это справедливо лишь для почв, которые в течение длительного времени не подвергались механическому нарушению, ветровой или водной эрозии. Заключение о большом возрасте загрязнения является основанием для отказа от поиска действующего источника выбросов, сбросов и т.д.
Определение степени контрастности загрязнения. Высокая контрастность загрязнения является признаком поступления токсичных веществ в почву от осадков сточных вод, компостов из бытового мусора и других отходов, в отличие от загрязнения, вызванного промышленными выбросами. В связи с этим степень контрастности является важным признаком, позволяющим дать предварительное заключение о характере источника загрязнения.
Для оценки степени контрастности ореола загрязнения может использоваться предложенный автором индекс контрастности, рассчитываемый по формуле:
Ic = Ca/(Сb L)
где Са – содержание элемента в почве в точке а, мг/кг;
Сb – содержание элемента в почве в точке b, мг/кг;
L – расстояние между точками а и b, м.
Аналогичный показатель используется в геохимических исследованиях (Перельман, 1975, 1989; Алексеенко, 2000) при количественной характеристике геохимических барьеров.
Для оценки степени контрастности ореола загрязнения нами предложено использовать следующую шкалу:
> 1,0 – чрезвычайно высокая контрастность;
0,1-1,0 – высокая контрастность;
0,01-0,1 – средняя контрастность;
< 0,01 – слабая контрастность.
Контрастное и чрезвычайно контрастное загрязнение характерно для территорий, загрязненных опасными отходами, неочищенными осадками сточных вод, используемыми в качестве органических удобрений и другими материалами. Площадь таких ореолов относительно невелика. Идентификация источника загрязнения при контрастном загрязнении достаточно проста и чаще всего легко доказуема.
Загрязнение средней степени контрастности формируется за счет промышленных выбросов высокой интенсивности. При этом ореолы загрязнения занимают большие площади. В связи с этим идентификация источника возможна, однако доказательство его влияния на загрязнение почв может осложниться воздействием других источников загрязнения. Кроме того, такие ореолы образуются при попадании в почву отходов производства и потребления меньшей степени токсичности по сравнению с предыдущим случаем.
Слабоконтрастное загрязнение связано чаще всего с выбросами промышленности и транспорта относительно небольшой интенсивности. В этом случае источник загрязнения практически не поддается идентификации в связи с наличием на территории, как правило, целого ряда факторов, как природных, так и техногенных, затрудняющих оценку. Исключением является случай, когда оценивается влияние комплекса источников (город, населенный пункт, промышленный комплекс) или одиночного источника (сельскохозяйственные угодья, находящиеся на значительном удалении от хозяйственных объектов – более 10 км).
В качестве примера анализа контрастности аномалий можно привести результаты проведенных в рамках данной работы исследований. Так, в парке «Дубки» в одной из точек выявлено аномально высокое содержание металлов, в то время как на остальных точках на территории парка такового не обнаружено. Расчеты показывают следующие значения индекса контрастности (для расчета использована точка, расположенная на расстоянии 120 м от загрязненного участка) по содержанию кислоторастворимых форм металлов в слое 0-5 см (табл. 17).
17. Индекс контрастности загрязнения почв в парке «Дубки» (Iс)
| Pb | Cd | Zn | Cu | Ni | Cr |
| 0,14 | 5,86 | 0,26 | 0,41 | 0,16 | 0,50 |
Очевидно, что по предложенной выше градации данный участок имеет чрезвычайно контрастное загрязнение по кадмию и высококонтрастное по остальным металлам, что характерно при загрязнении почв отходами и поступлении в почву токсичных веществ и элементов в результате аварий.
Таким образом, использование несложных приемов экспертного анализа данных позволяет уточнить источники загрязнения территории, что в свою очередь, является основанием для разработки системы мероприятий по снижению антропогенной нагрузки того или иного характера. Следует подчеркнуть, что предложенные способы анализа имеют особую значимость при установлении виновника загрязнения почв, что подтверждается их использованием в практике судебной почвенно-экологической экспертизы.
ВЫВОДЫ
- Анализ результатов исследования заречной части г. Н. Новгорода показал высокую степень техногенной геохимической трансформации почв, основными признаками которой являются повышенные по сравнению со значениями фоновых территорий величина рНKCl, содержание органического углерода и биогенных элементов (подвижных форм фосфора и калия), а также концентрация тяжелых металлов.
- Максимальный уровень рН отмечен в районе с наибольшей техногенной нагрузкой – в промышленной функциональной зоне. Близкие характеристики имеют агротехногенная, транспортная и селитебно-транспортная зоны. Для парковых почв на окраинах города свойственна сильнокислая реакция – 3,6-3,7 единиц рН. Буферная емкость городских почв определяется исходным значением рН, гранулометрическим составом, содержанием органического вещества и привнесенного карбонатного материала. Минимальная буферная емкость характерна для парковой зоны на окраине города с песчаными сильнокислыми почвами и маломощным гумусовым горизонтом (< 1 ммоль Н+/кг почвы), максимальная – в почвах парков территорий с высокой антропогенной нагрузкой, суглинистых и с большим запасом органического вещества (>160 ммоль Н+/кг почвы).
- Наибольший уровень буферной емкости к кислотному и щелочному воздействию характерен для слабокислого-нейтрального диапазона рН: остаточная кислотность в диапазоне 6-8 единиц составляет n10-2-3% от добавленной кислоты (в то время как в диапазоне 1-3 единицы – n10%); остаточная щелочность в диапазонах 6-8 и 10-13 единиц рН – n10-3% и n10-2-3% от добавленной щелочи соответственно.
- Содержание органического углерода в городских почвах варьирует в широких пределах: от 20,9 до 0,3 %. При этом баланс складывается из процессов, направленных на его увеличение (использование привозных грунтов, повышение продуктивности растений за счет обогащения почв биогенными элементами, привнос техногенного углерода) и снижение (дегумификация за счет механического нарушения, вытаптывания, иссушения). Техногенное воздействие в целом способствует увеличению концентрации органического углерода в почве: максимальное среднее значение показателя (7,9 % в слое 0-5 и 5,2 % в слое 5-10 см) отмечено в почвах промышленной зоны.
- Эволюция органического вещества почв идет в направлении состояния, характерного для их более южных аналогов, причем почвы имеют различную чувствительность к этому процессу: легкие по гранулометрическому составу почвы характеризуются более быстрым накоплением органического углерода, увеличением доли фракций, связанных с кальцием, и снижением доли подвижных фракций.
- Антропогенные факторы оказывают значимое влияние на аккумуляцию подвижных форм фосфора и калия в городских почвах. Их действие наиболее выражено в агротехногенной и промышленной зонах, где среднее значение показателей максимально, а в отдельных точках достигает аномально высоких значений, нехарактерных для данной почвенно-климатической зоны (до 1290 и 626 мг/кг подвижного фосфора и калия соответственно).
- Приоритетными загрязняющими веществами заречной части г. Н. Нов-города являются цинк, свинец и медь. Наибольший уровень загрязнения имеют почвы промышленных зон: максимальное валовое содержание металлов в слое 0-5 см варьирует в диапазоне 10-135 ОДК, в несколько десятков и сотен раз превышая фон. Формирование высококонтрастных полиметаллических аномалий связано преимущественно с деятельностью по обращению с отходами; загрязнение выбросами промышленности и автотранспорта менее значительно и неконтрастно, однако охватывает большие площади.
- Доля металлов, извлекаемых из пробы аммонийно-ацетатным буфером с рН 4,8, убывает в ряду: Сd>>Pb=Zn>Cu=Ni>Cr. Подвижность элементов определяется их химическими свойствами, функциональным использованием территории и уровнем загрязнения. Максимальная подвижность отмечена для кадмия и цинка в почве промышленной зоны на площадках с высоким содержанием данных элементов. Корреляционный анализ выявил высокую степень сопряжения концентраций металлов между собой в рекреационной, а также в промышленной зонах. В первом случае это указывает на формирование близкой к природной ассоциации металлов при их низком поступлении в почву, во втором – на формирование техногенной аномалии в условиях интенсивного поступления в почву группы металлов. В остальных функциональных зонах корреляционная зависимость нарушена под влиянием большого количества локальных источников.
- В зонах с выраженным антропогенным влиянием распределение выборочных значений содержания тяжелых металлов отличается от нормального: формируется явно выраженная асимметрия (гистограмма сдвинута в область высоких значений), а также несколько пиков – наибольший соответствует антропогенному фону; меньшие (в правой части гистограммы) – определенным комплексам техногенных факторов, обусловившим ту или иную аномалию.
- При комплексной оценке степени загрязнения почв с использованием интегральных расчетных показателей наиболее информативным подходом является учет геохимических особенностей аномалий (отношение фактического содержания элементов-загрязнителей к фоновому) совместно с коэффициентами значимости элементов, имеющих различную степень опасности для ландшафта. Отмеченные коэффициенты должны устанавливаться с учетом характера землепользования на конкретной территории.
- Биотестирование с использованием в качестве тест-объекта семян культурных растений является перспективным методом интегральной оценки загрязненных почв. Однако он имеет следующие ограничения: эффективен только в диапазоне высоких концентраций металлов, превышающих порог фитотоксичности, и допустим к применению на территориях, где неактуален транслокационный показатель вредности (городские почвы за исключением агротехногенной зоны). Использование показателей биологической активности при диагностике нарушения функционирования почвенно-биотического комплекса городских земель в условиях загрязнения проблематично из-за их высокой чувствительности к действию целого комплекса других абиотических факторов, не связанных с содержанием загрязнителей в почве.
- Основным методологическим подходом к идентификации источников загрязнения почв является применение комплекса критериев, включающих использование элементов-индикаторов, оценку качественного состава загрязняющих веществ и их соотношений, учет данных по профильному распределению металлов и оценку контрастности загрязнения.
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ
- Комплексная оценка степени загрязнения почвенного покрова и планирование природоохранных мероприятий на территориях с высоким уровнем техногенного воздействия должна осуществляться с учетом функционального использования оцениваемых земель, фонового содержания элементов и соединений, характерного для местных почвенно-климатических условий, а также коэффициентов опасности поллютантов, значимость которых необходимо определять с учетом характера землепользования. Указанные составляющие являются основой для расчета интегрального показателя (Dб – интегральный оценочный балл), используемого для оценки уровня загрязнения почв.
- Программу исследования по идентификации источника техногенной аккумуляции элементов и соединений следует строить на основе использования элементов-индикаторов, оценки качественного состава и соотношений загрязняющих веществ, их профильного распределения, а также оценки контрастности формирующихся аномалий. Указанные принципы оценки целесообразно использовать в ходе работ по выявлению источника загрязнения почв в рамках судебной почвенно-экологической экспертизы.
Список основных работ, опубликованных по теме диссертации
| Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ | |
| 1 | Дабахов М.В., Соловьев Г.А., Егоров В.С. Влияние агрохимических средств на подвижность свинца и кадмия в растения в светло-серой лесной почве и поступление их в растения // Агрохимия. – 1998. – № 8. – С. 54-59. |
| 2 | Дабахов М.В., Титов С.И. Агротехногенное воздействие на почвы крупного птицеводческого хозяйства // Плодородие. – 2001. – № 3. – С. 35-36. |
| 3 | Титова В.И., Дабахов М.В., Дабахова Е.В. Экологические проблемы ведения сельского хозяйства на урбанизированной территории // Плодородие. – 2003. – № 1. – С. 27-29. |
| 4 | Дабахов М.В., Титова В.И. Аккумуляция биогенных элементов в почвах урбанизированных ландшафтов // Агрохимия. – 2004. – № 2. – С. 74-79 |
| 5 | Титова В.И., Дабахов М.В., Дабахова Е.В. Некоторые подходы к экологической оценке загрязнения земельных угодий // Почвоведение. – 2004. – № 10. – С. 1264-1267. |
| 6 | Дабахов М.В. Биохимические методы оценки экологического состояния почв // Агрохимический вестник. – 2005. – № 2. – С. 20-22. |
| 7 | Дабахов М.В., Смирнова Н.А., Титова В.И. Рекультивация почвенного покрова рекреационных зон города, загрязненных тяжелыми металлами // Агрохимический вестник. – 2005. – № 3. – С. 30-32 |
| 8 | Дабахов М.В. Оценка влияния полигона промышленных отходов на почвы и поверхностные воды // Проблемы региональной экологии. – 2005. – № 3. – С. 120-125. |
| 9 | Титова В.И., Дабахов М.В., Волосенкова И.А. Воздействие тяжелой строительной техники на почву // Плодородие. – 2005. – № 4 (25). – С. 38-40. |
| 10 | Дабахов М.В., Смирнова Н.А. О методах экстракции тяжелых металлов из почвы// Плодородие. – 2006. – № 2(29). – С. 36-37. |
| 11 | Дабахов М.В., Чеснокова Е.В. Тяжелые металлы в почвах парков заречной части Нижнего Новгорода // Вестник Нижегородского университета. – 2010. – № 2. – С. 109-116 |
| 12 | Дабахов М.В., Дабахова Е.В., Титова В.И., Орешкова Н.А. Особенности техногенной трансформации почв Нижнего Новгорода // Агрохимический вестник.– 2011.– № 2. – С. 21-23. |
| 13 | Дабахов М.В., Чеснокова Е.В. Характеристика органического вещества почв урболандшафтов низинного заречья г. Нижнего Новгорода // Плодородие. – 2011. – № 6. – С. 20-21 |
| 14 | Дабахов М.В., Дабахова Е.В. Методические подходы к комплексной оценке полиметаллического загрязнения почв // Агрохимический вестник. – 2011. – № 6. – С. 9-11 |
| Монографии | |
| 15 | Дабахов М.В., Дабахова Е.В., Титова В.И. Тяжелые металлы: экотоксикология и проблемы нормирования – Н. Новгород: НГСХА / Изд-во ВВАГС, 2005. – 165 с. |
| Учебные пособия и рекомендации | |
| 16 | Титова В.И., Дабахов М.В., Дабахова Е.В. Экономика природопользования. Рекомендации по расчету ущерба от деградации почв и окружающей среды (методическое пособие). – Н. Новгород: НГСХА / Изд-во ВВАГС, 2000. – 97 с. |
| 17 | Титова В.И., Дабахов М.В., Дабахова Е.В. Агроэкосистемы: проблемы функционирования и сохранения устойчивости: Теория и практика агронома-эколога (учебное пособие, гриф УМО). Изд. 2-е, перераб. и доп. – Н. Новгород: НГСХА / Изд.во ВВАГС, 2002. –196 с. |
| 18 | Титова В.И., Дабахов М.В., Дабахова Е.В. Экотоксикология тяжелых металлов (учебное пособие, гриф УМО).– Н. Новгород: НГСХА / Изд-во ВВАГС, 2002. – 135 с. |
| 19 | Титова В.И., Дабахова Е.В., Дабахов М.В. Рекомендации по оценке экологического состояния почв как компонента окружающей среды (научно-методическая работа). – Н. Новгород: НГСХА / Изд-во ВВАГС, 2004. – 68 с. |
| 20 | Титова В.И., Дабахов М.В., Дабахова Е.В., Краснов Д.Г. Рекомендации по экологической оценке и мерам снижения загрязнений почв и прилегающих к сельскохозяйственным угодьям компонентов окружающей среды (научно-методическая работа). – Н. Новгород: Изд-во ВВАГС, 2005. – 60 с. |
| 21 | Титова В.И., Дабахова Е.В., Дабахов М.В. Практикум по агроэкологии (учебное пособие, гриф УМО). – Н. Новгород: Изд-во ВВАГС, 2005. – 138 с. |
| 22 | Смирнова Н.А., Гогмачадзе Г.Д., Дабахов М.В. Оценка техногенного воздействия на территорию промышленных предприятий и их санитарно-защитных зон (на примере ОАО «ГАЗ»).– Москва: ВНИИ «Агроэкоинформ», 2005.– 25 с. |
| 23 | Титова В.И., Дабахова Е.В., Дабахов М.В. Рекомендации по расчету ущерба от нарушения земель сельскохозяйственного назначения при прокладке и ремонте линейных сооружений. – Н. Новгород: НГСХА / Изд-во ВВАГС, 2007. – 65 с. |
| 24 | Титова В.И., Дабахов М.В., Дабахова Е.В. Обоснование использования отходов в качестве вторичного материального ресурса в сельскохозяйственном производстве (учебное пособие, гриф УМО). – Н. Новгород: НГСХА, 2009. – 178 с. |
| 25 | Титова В.И., Дабахова Е.В., Дабахов М.В. Агро- и биохимические методы исследования состояния экосистем (учебное пособие, гриф УМО). – Н. Новгород: НГСХА / Изд-во ВВАГС, 2011. – 170 с. |
| Статьи в сборниках научных трудов | |
| 26 | Титова В.И., Шафронов О.Д., Дабахов М.В., Полухин В.Н., Дабахова Е.В.Оценка экологического состояния почв сельскохозяйственных угодий, находящихся в пределах городской черты // Современные проблемы оптимизации минерального питания растений: Матер. науч.-практ. конф. – Н. Новгород: НГСХА, 1998. – С. 287-291. |
| 27 | Титова В.И., Дабахов М.В., Дабахова Е.В. Консервация земель: актуальность и основы методологии // Полевые эксперименты для устойчивого землепользования: Тр. III Междунар. коллоквиума, т. 1. – С.-Пб.:АФИ. – 1999. – С. 25-28. |
| 28 | Титова В.И., Дабахов М.В., Дабахова Е.В. Геохимическая трансформация почв, находящихся под интенсивным техногенным воздействием // Почвенно-агрономические исследования в Сибири: Сб. науч. тр., вып. 1.– Барнаул: АГАУ, 1999. – С. 41-47. |
| 29 | Титова В.И., Дабахов М.В. Некоторые аспекты техногенной эволюции городских почв в связи с оценкой качества окружающей среды // Экология и здоровье человека: – Матер. VI Междунар. конгресса – Самара, 1999. – С. 59-60. |
| 30 | Титова В.И., Дабахова Е.В., Дабахов М.В.Системный подход при планировании и проведении полевых исследований // Современные проблемы опытного дела: Матер. Междунар. науч.-практ. конф., т. 2. – С.Пб.: РАСХН, АФИ, 2000. – С. 100-104. |
| 31 | Титова В.И., Дабахов М.В., Шафронов О.Д. Геохимические особенности формирования почв индустриального города // Экология и почвы. Избранные лекции Х Всероссийской школы, т. 4. – Пущино, 2001 – С. 274-278. |
| 32 | Титова В.И., Дабахов М.В., Дабахова Е.В. К вопросу об эколого-экономической оценке загрязнения земель // Адаптивный потенциал сельскохозяйственных растений и пути его реализации в современных условиях: Сб. науч. трудов. – Н. Новгород: НГСХА, 2002. – С. 94-97. |
| 33 | Дабахов М.В., Смирнова Н.А. Устойчивость физико-химических показателей почв промышленного города к техногенному воздействию // Проблемы регионального экологического мониторинга: Матер. конф. – Н.Новгород, 2002. – С. 132-133. |
| 34 | Дабахов М.В., Титова В.И. Экологические проблемы ведения сельского хозяйства на урбанизированной территории // Эколого-экономические основы формирования агробиогеоценозов: Матер Всероссийской науч. практ. конф. – Н. Новгород, 2002. – С. 73-79. |
| 35 | Титова В.И., Дабахова Е.В., Дабахов М.В. Разработка методического подхода к экспертной оценке степени загрязнения почв // Актуальные проблемы теории и практики судебной экспертизы: Доклады и сообщения на междунар. конф. – Н. Новгород: Изд-во «Рослюкс ЛТД», 2004. – С. 192-196. |
| 36 | Дабахов М.В. Методологический подход к оценке воздействия хозяйственной деятельности на почвенный покров // Актуальные проблемы теории и практики судебной экспертизы: Доклады и сообщения на междунар. конф. – Н. Новгород: Изд-во «Рослюкс ЛТД», 2004. – С. 210-213. |
| 37 | Дабахов М.В. Характеристика экологического состояния почвенного покрова рекреационных зон г. Н. Новгорода // Проблемы озеленения исторического центра города Нижнего Новгорода: Сб. тезисов и докладов науч.-практ. конф. – Н.Новгород, 2004. – С. 20-24. |
| 38 | Дабахов М.В. Биологическая активность парковых почв г. Нижнего Новгорода // Природообустройство и рациональное природопользование – необходимые условия социально-экономического развития России: Сб. научн. трудов, ч. 1. – М: Московский государственный университет природообустройства, 2005. – С. 465-469. |
| 39 | Дабахов М.В. К вопросу об идентификации источников загрязнения почвенного покрова // Природообустройство и рациональное природопользование – необходимые условия социально-экономического развития России: Сб. научн. трудов, ч.2. – М: Московский государственный университет природообустройства, 2005. – С. 288-291. |
| 40 | Дабахов М.В., Чеснокова Е.В. Использование данных по экологическому состоянию почв в целях планирования зеленого строительства / Матер. Междунар. науч.-промышленного форума «Великие реки - 2005», т. 2. – Н. Новгород, 2005. – С. 39-41. |
| 41 | Дабахов М.В. Оценка экологического состояния почв территории полигона промышленных отходов ОАО «ГАЗ» // Экспериментальная информация в почвоведении: Теория и пути стандартизации: Труды Всеросс. конф. – М.:МГУ, 2005. – С. 12-14. |
| 42 | Чеснокова Е.В., Дабахов М.В., Шимко Р.С. Влияние городских условий на показатели плодородия парковых почв г. Нижнего Новгорода // Ландшафтная архитектура и садово-парковое строительство: современные проблемы: Мат. Междунар. науч.-практ. конф. – Воронеж, 2009. – С. 254-259. |
| 43 | Дабахов М.В., Дабахова Е.В., Немкова Н.В. Оценка возможности использования растений в качестве биотестов при определении класса опасности отходов // Нетрадиционные источники и приемы организации питания растений: Мат. Междунар. науч.-практ. конф. / НГСХА. – Н.Новгород: Изд-во ВВАГС, 2011. – С. 321-324. |
| Тезисы докладов на конференциях | |
| 44 | Дабахов М.В., Бусоргин В.Г. Агрохимические методы снижения поступления тяжелых металлов в растения // Тез. докл. II съезда общества почвоведов. Кн. 1. –С.-Пб., 1996. – С. 339-340. |
| 45 | Дабахов М.В., Титова В.И. Некоторые аспекты техногенной трансформации городских почв // Тез. докл. III съезда Докучаевского общества почвоведов. – М.: Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАСХН, 2000. – Кн. 3. – С. 34. |
| 46 | Дабахов М.В., Смирнова Н.А. Изменение физико-химических показателей почв промышленного города // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям: Тез. докл. Всерос. конф. – Москва, 2002. – С. 148-149. |
| 47 | Дабахов М.В., Титова В.И. Особенности аккумуляции и распределения тяжелых металлов в почвенном покрове промышленного города // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям: Тез. докл. Всерос. конф. – Москва, 2002. – С. 437. |
| 48 | Дабахов М.В., Асташина Е.В. Особенности гумусного состояния почв промышленного города // Почвы – национальное достояние России: Тез. докл. IV съезда Докучаевского общества почвоведов: В 2-х кн. – Новосибирск: Наука-Центр, 2004. – Кн. 2. – С. 45. |
