Scientific journal

Fundamental research

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

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)

Примечания: n – количество точек в выборке;  – среднее значение; Мed – медиана; Min – минимум; Maх – максимум; D – дисперсия; σ – стандартное отклонение;  – 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

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