Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

ENVIRONMENTAL CONDITIONS OF URBAN AREAS

Kaplina S.P. 1 Kamanina I.Z. 1
1 International University of Nature
Работа посвящена оценке экологического состояния населенных пунктов (г. Дубна и городское поселение Дмитров) с численностью населения до 100 тыс. чел. с промышленностью, характеризующейся относительно небольшими объемами производства, расположенных на севере Московской области. Приведены данные геохимического исследования состояния почв и снежного покрова. Оценка экологического состояния компонентов окружающей среды проведена на основе коэффициента суммарного загрязнения (Zc) для почв и снежного покрова с использованием местных фоновых значений, она позволила районировать территорию города Дубна и городского поселения Дмитров по уровню загрязнения и выявить основные ассоциации загрязнителей. На основе сопряженного анализа данных выявлены экологически неблагоприятные участки в условиях постоянно действующих источников загрязнения, приуроченные к промзонам и автодорогам.
This work is devoted to estimation of the ecological condition in the towns (Dubna and Dmitrov) with a population less than 100 thousand people with the little developed industry located in the north of Moscow Region. The data of the geochemical researches of soil and snow cover composition are represented in this article. The total indicator of concentration (Zc) for soil and snow cover has been calculated with background values determined specifically for the investigated area. And than the estimation of the ecological condition in the towns is carried out on the basis of this one. This allowed to reveal area of the different pollution and determined principal associations of pollutants. On the basis of cross-spectrum data analysis revealed ecologically neglected zones have been revealed. This zones are located under permanent pollution sources confined to industrial zones and roads.
town
soil
snow cover
heavy metals
environmental condition
1. Vasilenko V.N. Monitoring zagrjaznenija snezhnogo pokrova. L., Gidromet, 1985. 195 р.
2. Vvedenie v jekologiju. Gorod Dubna istorija i jekologija / S.G. Basha, M.I. Bulanova, I.L. Grigoreva i dr. Dubna: Mezhdunarodnyj universitet prirody, obshhestva i cheloveka «Dubna», 2001 164 р.
3. Generalnyj plan Municipalnogo obrazovanija gorodskoe poselenie Dmitrov Dmitrovskogo municipalnogo rajona Moskovskoj oblasti. Vol. 2 t. T. 2. M.: GUP MO «NIiPI gradostroitelstva», 2010. 407 р.
4. Godovoj otchet ob jekologicheskoj obstanovke na territorii g. Dubna za 2005 g. Dubna: RJeC «Dubna», 2006. 46 р.
5. Metodicheskie rekomendacii po ocenke stepeni zagrjaznenija atmosfernogo vozduha naselennyh punktov metallami po ih soderzhaniju v snezhnom pokrove i pochve. no. 5174–90 (utv. Glavnym gosudarstvennym sanitarnym vrachom SSSR 15.05.1990). M., 1990 16 p.
6. MU 2.1.7.730-99. Metodicheskie ukazanija. Gigienicheskaja ocenka kachestva pochvy naselennyh mest. M.: Sanjepidizdat 1999. 26 p.
7. RD 52.04.186-89. Rukovodjashhij dokument. Rukovodstvo po kontrolju zagrjaznenija atmosfery. Gosudarstvennyj komitet SSSR po gidrometeorologii. Ministerstvo zdravoohranenija SSSR. M.: Gidrometeoizdat, 1991. 319 p.
8. Saet Ju.E., Revich E.P. Janin i dr. Geohimija okruzhajushhej sredy. M.: Nedra, 1990. 335 p.
9. Surikova G.V. Himija atmosfery: uchebnoe posobie./pod red. Ju. K. Vasilchuka M.: izd-vo Mosk. u-ta, 2002. 210 p.
10. Federalnaja sluzhba gosudarstvennoj statistiki. Chislennost naselenija Rossijskoj Federacii po gorodam, poselkam gorodskogo tipa i rajonam na 1 janvarja 2010 goda. [Jelektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: URL: http://www.gks.ru/bgd/regl/b10_109/Main.htm. (data obrashhenija 03.04.2011).

Проблема определения характера и уровней загрязнения на городской территории является одной из наиболее актуальных, так как ее решение является основой для оценки и прогнозирования состояния и изменения компонентов окружающей среды и здоровья населения. В настоящее время накоплен обширный материал по оценке экологического состояния различных компонентов окружающей среды, прежде всего на территориях с высоким уровнем антропогенной нагрузки, мегаполисах и крупных промышленных центрах. Малые и средние города России (с численностью населения до 100 000 чел.) остаются недостаточно изученными или не изученными вовсе, поскольку большинство исследователей обходят вниманием такого рода объекты, считая их благоприятными в экологическом отношении. При этом такие города составляют большую часть городов России, 85 %, в которых проживает четверть населения страны, [10] и, несомненно, заслуживают внимания.

Материалы и методы исследования

Объектами исследования были выбраны населенные пункты (г. Дубна и городское поселение Дмитров) с численностью населения до 100 тыс. чел. с промышленностью, характеризующейся относительно небольшими объемами производства. Оба объекта расположены на севере Московской области на расстоянии 128 и 65 км соответственно. Город Дубна является городом областного подчинения и наделен статусом наукограда. В состав городского поселения Дмитров входит г. Дмитров и близлежащие деревни и села. Основным источником загрязнения атмосферного воздуха на территории исследованных населенных пунктов является автотранспорт, среди стационарных источников – котельные. Суммарный выброс от стационарных источников в среднем составляет для г. Дубны ~ 1500 т/год [2, 4]; для г. п. Дмитров ~ 1650 т/год [3], выбросы от автотранспорта – ~ 2000 т/год [4] и ~ 2457 т/год [3] соответственно. Среди промышленных предприятий преобладает машиностроение, приборостроение, деревообработка, производство строительных материалов. На территории г. Дубны выделяется несколько крупных промзон: на западе в левобережной части города сосредоточены градообразующие предприятия машиностроительного комплекса; в правобережной части – промзона «Александровка», где расположен ряд предприятий разного профиля, промплощадка на юге города и 2 промплощадки ОИЯИ (Объединенного института ядерных исследований). В городе Дмитров выделены 4 крупные промышленные зоны: северная (в районе бывшего поселка Каналстрой); линейная – между полосой отвода Савеловского направления железной дороги и улицами Профессиональной и Промышленной; центральная – севернее мкр. Космонавтов в районе Окружной автодороги и южная – в районе действующего и закрытого карьеров на юго-восточной окраине города Дмитров.

Оценка экологического состояния окружающей среды г. Дубны и г. п. Дмитров проводилась на основе данных о состоянии почв и снежного покрова в период 2006–2010 гг. Отбор проб проводился по равномерной случайно-упорядоченной сетке с охватом всех функциональных зон. Пробы почв были отобраны из верхнего горизонта; каждая проба представляла собой смешанный образец, отобранный с площадки 10х10 м методом «конверта» [6]. В образцах определялись общие показатели и содержание тяжелых металлов (ТМ) (Pb, Zn, Cd, Cu, Ni) в 1 н. HNО3 вытяжке методом атомной абсорбции. Отбор проб снежного покрова проводился в период максимального влагозапаса из всей толщи снежного покрова [7]. Были определены гидрохимические показатели и содержание ТМ (Pb, Zn, Cd, Cu, Ni) в твердой фазе методом атомной абсорбции. Все определения проводились в аккредитованной лаборатории по стандартным методикам.

Все полученные данные были обработаны методами математической статистики с использованием программных пакетов Statistica 6.0 и Microsoft Excel. Анализ полученных статистических параметров показал, что распределение данных по всем показателям отклоняется от нормального распределения.

Для оценки уровня загрязнения почв и снежного покрова полученные данные сравнивались с местными фоновыми значениями, кроме того, содержание ТМ в почве – с гигиеническими нормативами ОДК (ПДК). В качестве фоновых были выбраны концентрации в районах, испытывающих минимальное антропогенное влияние (для г. Дубны – район «Ратмино», для г. п. Дмитрова – район с. Внуково). Состояние почв и снежного покрова оценивалось по общепринятым гео­химическим показателям: коэффициент концентрации химических элементов (Кс); суммарный показатель загрязнения (Zc); общая масса пыли в снеговой пробе (Рп); общая нагрузка загрязнения (Робщ); коэффициент относительного увеличения общей нагрузки элемента (Кр); суммарный показатель нагрузки (Zр) [5].

На основе полученных данных были построены картосхемы распределения концентраций всех измеренных элементов и показателей в почве и снежном покрове при помощи программных комплексов Integro (версия Grin View 2.0), Surfer (версия 9.0), MapInfo (версия 7.0) или ArcView GIS (версия 9.3).

Результаты исследования и их обсуждение

Почвы. В целом почвы района исследования дерново-подзолистые, сформированные на легких флювиогляциальных и древнеаллювиальных отложениях. Естественные дерново-подзолистые почвы с разной степенью выраженности гидроморфизма приурочены к рекреационным зонам городских лесов и лесопарков. Почвы селитебной и промышленных зон (урбаноземы) г. Дубны сформированы на насыпных грунтах, в городском поселении Дмитров на разной степени преобразованности дерново-подзолистых супесчаных почвах.

Результаты исследования показали, что по химическим показателям почвы г. Дубна можно разделить на 2 группы:

1) почвы рекреационных зон имеют кислую реакцию среды (рН 3,1–4,2), низкое и среднее содержание гумуса, высокие значения гидролитической кислотности (> 10 мг·экв/100 г почвы) и пониженную степень насыщенности основаниями (20–50 %);

2) почвы селитебной и промышленных зон отличаются слабощелочной и щелочной реакцией среды (рН 7,0–8,2), низким содержанием гумуса (2–4 %), низкой гидролитической кислотностью и высокой степенью насыщенности основаниями (85–99 %). Почвы г. п. Дмитров отличаются своей относительной однородностью и характеризуются нейтральной и слабощелочной реакцией среды (рН 6,0–7,5), очень низкой и низкой степенью гумусности (до 4 %) и высокой степенью насыщенности основаниями (90–99 %).

Результаты исследования показали, что на обследованной территории ни в одной пробе не выявлено превышения ОДК для почв населенных мест, однако выявлено повышенное содержание тяжелых металлов относительно местных фоновых значений. С учетом класса опасности почвы г. Дубны и г. п. Дмитров относятся к слабой степени загрязнения неорганическими веществами [6].

Значение рН и содержание тяжелых металлов в почвах города Дубны и городского поселения Дмитров представлены в табл. 1.

Районирование по уровню загрязнения почв относительно местных фоновых значений по суммарному показателю загрязнения (Zc) показало, что основная часть территории города Дубна относится к среднему уровню загрязнения (Zc 16–32). Почвы на окраинах города (в основном правобережной части) соответствуют низкому уровню загрязнения (Zc < 16). Выявлены районы с высоким уровнем загрязнения (Zc 32–128): в левобережной части в районе въезда на плотину и в районе частной застройки (ул. Кирова, ул. Урицкого), основной вклад вносят Cu и Cd; в правобережной части города – практически вся Институтская часть, включая зоны жилой застройки, основной вклад в загрязнение вносят Cu и Cd. Район с очень высоким уровнем загрязнения (Zc > 128) приурочен к промышленной зоне «Александровка», основной вклад вносят Cu, Cd, Zn.

Большая часть территории городского поселения Дмитров относится к низкому уровню загрязнения (Zс < 16). В юго-восточной части г. Дмитрова выявлен район, приуроченный к центральной промышленной зоне и восточной объездной дороге. Данная аномалия имеет четко выраженное ядро с высоким уровнем загрязнения (Zc 32–128), захватывая зону жилой застройки микрорайон Космонавтов, основной вклад вносят Cu, Zn, Pb, Cd, и зону со средним уровнем загрязнения (Zc 16–32) на периферии данной аномалии (простирается на востоке до д. Митькино, на юге – с. Борисово и ул. Одинцово, на западе – ул. Московская, на юго-западе – ул. Волгостроевская и на севере – ул. Аверьянова). Также выделяется район «Заречье» в западной части г. Дмитрова, который характеризуется средним уровнем загрязнения (Zc 16–32), основной вклад вносят Pb, Ni,,Cu, Zn, Cd. в данном районе располагается ряд промышленных предприятий.

Таблица 1

Значение рН и содержание тяжелых металлов в почвах г. Дубны и г. п. Дмитров (Р = 0,95)

Элемент

Показатель

kaplin01.wmf

Мed

Min

Max

D

σ

kaplin02.wmf

Город Дубна (n = 47)

рН

6,22

6,70

3,10

8,20

2,32

1,52

0,22

Pb

2,15

1,86

0,50

5,67

1,58

1,26

0,18

Zn

6,23

5,47

0,43

20,54

20,03

4,48

0,65

Cd

0,09

0,08

0,012

0,275

0,00

0,05

0,01

Cu

1,80

1,04

0,09

17,91

9,93

3,15

0,46

Ni

1,14

0,99

0,17

4,98

0,68

0,83

0,12

Городское поселение Дмитров (n = 30)

рН

6,85

7,07

3,56

7,47

0,57

0,75

0,14

Pb

3,08

1,99

0,63

20,97

13,78

3,71

0,68

Zn

9,11

5,92

1,72

36,16

58,41

7,64

1,40

Cd

0,02

0,02

0,002

0,064

0,00

0,01

0,001

Cu

0,90

0,57

0,20

7,52

1,85

1,36

0,25

Ni

1,10

0,95

0,40

2,52

0,29

0,54

0,10

 

Примечания: n – количество точек в выборке; kaplin03.wmf – среднее значение; Мed – медиана; Min – минимум; Maх – максимум; D – дисперсия; σ – стандартное отклонение; kaplin04.wmf – ошибка среднего.

Снежный покров

Результаты исследования состояния снежного покрова показали, что на обследованной территории наблюдается повсеместное подщелачивание атмосферных осадков, в том числе на фоновых территориях. На территории г. Дубны 61 % проб имеет значение рН от 6 до 7. На территории г. п. Дмитров 59 % исследованных проб имеют значение рН > 6,5, в то время как незагрязненным атмосферным осадкам свойственно значение рН 5,6, что обусловлено наличием в атмосфере СО2 [1, 8, 9].

Расчет пылевой нагрузки показал, что вся обследованная территория г. Дубны и г. п. Дмитров имеет низкий уровень загрязнения пылью (100–250 кг/км2·сут), по суммарному показателю нагрузки ТМ с атмосферными выпадениями (Zp) вся территория также характеризуется низким уровнем загрязнения (Zp менее 1000 мг/км2·сут).

Районирование по уровню загрязнения снежного покрова относительно фона на основе суммарного показателя загрязнения Zc показало, что бóльшая часть территории г. Дубны относится к низкому уровню загрязнения (Zc 32–64). В левобережной части города выделяются районы с высоким уровнем загрязнения (Zc 128–256) южнее промзоны, основной вклад вносят Cd, Pb, Zn; в зоне селитебной застройки основной вклад вносят Cd, Pb, Zn, Cu. Районы с очень высоким уровнем загрязнения (Zc > 256) выделяются в зоне частной застройки, основной вклад вносят Pb, Zn, Cd, и на северо-востоке от промзоны, основной вклад вносят Cd, Pb, Cu, Zn.

Районирование территории городского поселения Дмитров по уровню загрязнения снежного покрова показало, что большая часть относится к низкому уровню загрязнения (Zc 32–64). Район с высоким уровнем загрязнения (Zc 128–256) выявлен на юге г. Дмитров в непосредственной близости от южной промзоны, основной вклад в загрязнение вносят Zn, Cu, Ni, Pb. Район со средним уровнем загрязнения (Zc 16–32) отмечается южнее д. Спиридово (развязка Московского большого кольца), основной вклад вносит Ni, что вероятнее всего связано с истиранием тормозных колодок при торможении автотранспорта на развязке дорог и выделением продуктов сгорания дизельного топлива.

Статистические показатели значения рН, содержания тяжелых металлов в твердой фазе снежного покрова и их среднесуточной нагрузки на территории г. Дубны и г. п. Дмитров представлены в табл. 2.

Таблица 2

Значение рН, содержание тяжелых металлов в твердой фазе снежного покрова и их среднесуточная нагрузка г. Дубны и г. п. Дмитров

Элемент

Показатель

kaplin05.wmf

Мed

Min

Max

D

σ

kaplin06.wmf

Город Дубна

рН, ед.

6,26

6,46

4,56

7,37

0,52

0,72

0,09

мг/кг

Pb

368

58

17

5750

1081114

1040

178

Zn

2661

507

213

38750

51018816

7143

1225

Cd

10,39

1,50

0,41

113,0

696,56

26,4

5,28

Cu

243

48

20

2500

361894

602

103

Ni

276

32

14

3300

596931

773

133

мкг/(м2·сут)

Pb

2,8

2,3

0,6

16,3

9,2

3,0

0,5

Zn

4,7

1,1

0,1

80,2

193,4

13,9

2,4

Cd

0,09

0,04

0,03

0,77

0,02

0,15

0,03

Cu

1,8

1,8

0,7

3,0

0,4

0,6

0,1

Ni

2,1

1,3

0,5

12,0

7,2

2,7

0,5

Городское поселение Дмитров

рН, ед.

6,7

6,6

5,6

9,4

0,4

0,6

0,1

мг/кг

Pb

354

223

76

2271

185563

431

76

Zn

2358

1545

396

20790

12574343

3546

627

Cd

2,11

1,66

0,55

8,04

2,76

1,66

0,29

Cu

261

176

39

1863

107957

329

58

Ni

613

154

66

7164

1805556

1344

238

мкг/(м2·сут)

Pb

7,2

5,3

1,9

41,2

62,4

7,9

1,4

Zn

41,2

32,0

13,5

120,0

648,2

25,5

4,5

Cd

0,04

0,03

0,02

0,17

0,00

0,03

0,01

Cu

4,9

4,0

1,3

23,2

15,1

3,9

0,7

Ni

5,2

1,8

0,7

75,2

173,4

13,2

2,3

 

Примечания: n – количество точек в выборке; kaplin07.wmf – среднее значение; Мed – медиана; Min – минимум; Maх – максимум; D – дисперсия; σ – стандартное отклонение; kaplin08.wmf – ошибка среднего.

Для урбанизированных территорий важным является не абсолютное значение концентрации ТМ в снежном покрове, а показатель массы элемента с выпадениями пыли на снежный покров, учитывающий пылевую нагрузку мкг/(м2·сут).

Результаты среднесуточной нагрузки исследованных металлов представлены в табл. 2. Полученные данные хорошо сопоставимы с данными Василенко В.Н. (1985), полученными для городов с ограниченной местной промышленностью (7 городов) [1].

Сопряженный анализ загрязнения почв и снежного покрова позволил провести районирование территорий г. Дубны и г. п. Дмитров по динамическим особенностям загрязнения.

Результаты исследования показали, что на территории города Дубны частичное наложение зон повышенных значений отмечается в районе туннеля и плотины (Pb, Zn, Cd, Ni). В данном районе расположена автодорога, которая является единственным транспортным сообщением между левобережной и правобережной частями города. Восточнее левобережной промзоны (Pb, Cd), где расположены предприятия машиностроительного комплекса. В районе промзоны «Александровка» (Zn), где располагаются предприятия различного профиля. На территории городского поселения Дмитров частичное наложение зон повышенных значений отмечается в центре г. Дмитрова (старая часть) – Сd и на западе в районе «Заречье» – Ni.

Выводы

1. Применение стандартного подхода к оценке экологического состояния урбанизированных территорий, но с применением местных фоновых значений дает возможность районировать территорию городов, не испытывающих высокого техногенного загрязнения. На примере г. Дубны и г. п. Дмитров показано, что территория таких населенных пунктов все же неоднородна с точки зрения качества среды. Выделены участки, испытывающие относительно повышенную антропогенную нагрузку.

2. Районирование территорий г. Дубна и г. п. Дмитров по уровню загрязнения почв и снежного покрова выявило неблагоприятные районы, приуроченные к промзонам и автодорогам. Выявлены основные ассоциации загрязнителей: для почв г. Дубны – Cu, Cd, Zn, для г. п. Дмитров – Cu, Zn, Pb, Cd, Ni; для снежного покрова г. Дубны – Cd, Pb, Zn, Cu, г. п. Дмитров – Zn, Cu, Ni.

3. Сопряженный анализ данных о состоянии почв и снежного покрова позволил выделить на территории г. Дубны и г. п. Дмитров зоны с повышенным содержанием загрязнителей в условиях постоянно действующих источников загрязнения.

Макаров О.А., д.б.н., профессор кафед­ры земельных ресурсов и оценки почв факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, г. Москва;

Судницын И.И., д.б.н., профессор кафед­ры физики и мелиорации почв факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, г. Москва.

Работа поступила в редакцию 18.04.2014.