Экологическая оценка состояния городских почв

По оценкам некоторых ученых, на земном шаре осталось не более 5% почв, совершенно неизмененных человеком. Современное почвоведение уже немыслимо без разделов, изучающих антропогенно трансформированные и антропогенно созданные почвы [1].

В процессе глобального преобразования педосферы Земли все большее значение приобретает урбанизация. Рост городов приводит к потере устойчивости территорий, увеличению абиотичности системы, повышению степени экологического риска для всех компонентов окружающей среды: воздуха, растительности, почвы, воды и грунтов [2].

Одним из основных признаков урбогенеза, влияющих на почвообразование, является загрязнение почвы в результате накопления, перемешивания и заполнения почв загрязнителями непочвенного генезиса. Загрязнение городских почв – это избыточное содержание химических веществ в почве, при котором нарушается нормальное функционирование растительности, животных и микроорганизмов, изменяются почвенные процессы [3].

Исследования ряда авторов указывают, что главным поставщиком тяжелых металлов в условиях городской среды является атмосфера. Техногенно рассеянные тяжелые металлы попадают на поверхность почвы, вовлекаются в элементарные почвообразовательные процессы, ассимилируются растениями и далее мигрируют по трофическим цепям [4]. В последние годы во многих крупных городах и промышленных центрах проводились геохимические и биоиндикационные исследования. Они имели самую различную направленность: изучалось содержание тяжелых металлов и других загрязняющих веществ, апробировались различные методы индикации загрязнения и др. [5; 6]. Биодиагностика и биоиндикация почв приобретают все большее значение как для проведения научных исследований, так и для выполнения практических производственных мероприятий. Биологические свойства почв чутко реагируют на любые внешние воздействия, в связи этим активно и повсеместно используются в качестве показателей при оценке экологического состояния почв и ландшафтов [7].

Объектом исследования послужил почвенный покров Центрального и Ленинского районов Южного административного округа г. Оренбурга, представленный зональным типом почв – черноземом южным с различной степенью антропогенной нагрузки. В качестве фонового участка выбрана территория лесополосы, удаленная от действия вредных промышленных и транспортных выбросов, расположенная в 33 км южнее г. Оренбурга. Точки отбора образцов представлены на рисунке 1.

Отбор образцов проводился с открытого грунта в конце вегетационного периода 2015 года методом конверта. Лабораторный анализ включал в себя тест на фитотоксичность с использованием трех тест-культур (Avena sativa, Raphanus sativus и Lepidium sativum) [7]. Определение целлюлозолитической активности почв проводили аппликационным методом (Вострова И.С., Петрова А.Н., 1991) [7].

Рис. 1. Точки отбора образцов

Примечание: 1 – фон; 2 – ул. Немовская, д. 157; 3 – ул. Орская, д. 45; 4 – ул. Орская, д. 50; 5 – ул. Орская, д. 182; 6 – ул. Степана Разина, д. 147; 7 – ул. Аксакова, д. 13; 8 – ул. Ипподромная, д. 38; 9 – ул. Уральская, д. 75а; 10 — ул. Челюскинцев, д. 17; 11 — ул. Челюскинцев, д. 18; 12 — ул. Челюс-кинцев, 19; 13 — ул. Челюскинцев, д. 20; 14 — Красная площадь, д. 1Б; 15 — Красная площадь, д. 10; 16 — ул. Донецкая, д. 23; 17 — ул. Чкалова, д. 25; 18 — ул. Чкалова, д. 32; 19 — ул. Чкалова, д. 55; 20 — проезд Майский, д. 12

На основе полученных данных был рассчитан интегральный показатель биологического состояния почв по Казееву К.Ш., Колесникову С.И., Валькову В.Ф. [7]. Определение содержания загрязняющих веществ в почве и расчет Zс проводили согласно «Лабораторному практикуму по экологии» (Тарасова Т.Ф., Дебело П.В., 2012) [8]. Все лабораторные исследования выполнены в 5-7-кратной повторности. Статистическая обработка результатов осуществлялась с помощью пакета программ MS Excel и программы статистической обработки Statistica 8.0.

Результаты исследования и их обсуждение. Фитотоксичность почв является интегральным показателем токсичного действия почвенных компонентов на высшие растения. В качестве растений-индикаторов используется целый спектр растений, имеющих различное систематическое положение. Результаты определения фитотоксичности почв участков исследования представлены на рисунке 2. Фоновый участок характеризовался отсутствием токсического эффекта по отношению ко всем трем растениям-биотестам: Avena sativa L., Raphanus sativus L., Lepidium sativum L.

Рис. 2. Фитотоксичность почв Южного округа г. Оренбурга

Изучение фитотоксичности почв города Оренбурга показало наибольшую чувствительность тест-культуры Avena sativa L. к данному виду антропогенного воздействия. Среднее значение данного показателя для почв Ленинского района составило 75,3% и имело высокую или недопустимую степень фитотоксичности. Максимальные значения фитотоксичности почв (варьирующие от 80 до 90%) отмечены на участках 10, 13, 14, 19 и 20. Фитотоксичность почв в среднем по Центральному району составила более 49,5% и характеризовалась как средняя. Наибольшие значения показателя отмечены на следующих участках: ул. Орская, д. 182 (63%), ул. Немовская, д. 157 (69%) и ул. Аксакова, д. 13 (54%). Данные участки имели недопустимую степень фитотоксичности. Остальные участки исследования характеризовались средней интенсивностью подавления прорастания растений.

Меньшей чувствительностью к влиянию городской среды на экологическое состояние почв характеризовалось растение Raphanus sativus L. Наибольший показатель фитотоксичности почв по отношению к этому тест-объекту наблюдался в почвах участков 10, 16 и составил 75% и 73% соответственно. Для почв 4, 8, 15 и 20 участков отмечена слабая степень фитотоксичности, которая не превышала 30%.

Фитотоксичность почв Южного округа по отношению к тест-культуре кресс-салат (Lepidium sativum L.) в среднем характеризовалась как средняя и составила 32,5%. Образцы, отобранные по адресу ул. Красная площадь, д. 1Б, проявили максимальную токсичность (85%), а на участках 16 и 17 также отмечены недопустимые значения фитотоксичности почв (70% и 65% соответственно). Участок по ул. Челюскинцев, д. 18 характеризовался отсутствием токсического эффекта, так как значение показателя не превысило 10%.

Сравнительная оценка полученных результатов показала, что почвенные образцы, отобранные с территории Центрального района города, более интенсивно угнетали прорастание семян тест-культур. А изучение чувствительности растений позволило построить ряд чувствительности тест-культур к интегральному воздействию негативных факторов урбоэкосистемы на почвенный покров: Avena sativa > Raphanus sativus > Lepidium sativum.

Для оценки влияния почвенных поллютантов на морфометрические показатели тест-растений была выбрана культура Avena sativa L., как наиболее чувствительная к данному виду антропогенного пресса. Тест на прорастание с последующим выращиванием проростков позволяет оценить такие морфометрические параметры тест-культуры, как длина листьев, длина корня и значение показателя фитоэффекта. Изучение влияния интегрального воздействия загрязнителей в почвенных образцах района исследования позволило выявить несколько тенденций. Высота листьев тест-культуры Avena sativa L., выращенного на образцах почв Южного округа, меньше, чем у растений почв фонового участка. Наибольшая высота листьев отмечена для почв фона (111,2 мм) и участка по ул. Орская, д. 50 (100,2 мм). Наименьшими значениями длины надземных органов растения характеризовались образцы почв участков: ул. Аксакова, д. 13 (62,9 мм) и ул. Орская, д. 182 (57,2 мм) в Центральном районе и ул. Красная площадь, д. 1Б (30,7 мм) и ул. Челюскинцев, д. 20 (32,6 мм), ул. Донецкая, д. 23 (39,6 мм), ул. Чкалова, д. 25 (43,8 мм) в Ленинском районе. Максимальное снижение длины листьев составило 48,6% для почв Центрального и 58,9% — для Ленинского района. Исследование показало, что почвенные образцы некоторых участков подавляли рост надземных и подземных органов растения, что свидетельствует о комплексном влиянии почвенных поллютантов на процессы их жизнедеятельности.

Величина фитоэффекта указывает на токсичность только в случае угнетения, по отношению к контролю, той или иной тест-функции. Фитоэффект, рассчитанный по длине корней Avena sativa, указал на токсичность почв 78,9% участков исследования, расположенных в пределах городской черты.

Целлюлозолитическая активность почвы характеризует суммарную активность почвенных микроорганизмов и ферментов в разложении органических соединений. Почвы фонового участка характеризовались максимальным значением целлюлозолитической активности, которая составила 26,3% (рис. 3).

Читайте также: Удобрения где есть сера

Рис. 3. Целлюлозолитическая активность почв Южного округа г. Оренбурга

Примечание: см. рис. 2

Снижение активности разрушения целлюлозы не более чем на 20% от фонового участка наблюдается в почвах 8 участков исследования, не более чем на 30% — 5 участков, не более чем на 40% — 5, и на участке по ул. Челюскинцев, д. 20 снижение составило более 40%.

Расчет значений ИПБС показало, что почвы 79% участков, расположенных на территории Южного округа города Оренбурга, характеризуются сильной степенью деградации почв (по шкале Казеева К.Ш., Колесникова С.И., Валькова В.Ф., 2003). Такая степень деградации почв характеризуется нарушением всего комплекса экологических функций почвы, включая консервативные физические функции.

Также проведена оценка экологического состояния почв исследуемых участков по содержанию приоритетных загрязняющих веществ и суммарному показателю химического загрязнения (Zc). Определение содержания и коэффициента концентрации загрязняющих веществ в почве позволило оценить качество исследуемой территории по суммарному показателю химического загрязнения. Его значения свидетельствуют о том, что 75% участков, расположенных в Южном округе г. Оренбурга, характеризуются критической экологической ситуацией, а остальные участки – чрезвычайной экологической ситуацией. В почвенных образцах, отобранных с территории Южного округа, отмечено превышение показателей фонового участка по содержанию цинка, свинца и ряда примесей (хлорид-ионов, гидросульфид-ионов и иона аммония).

Корреляционный анализ экспериментальных данных позволил выявить статистически достоверную связь между показателями целлюлозолитической активности почв, всхожести Avena sativa и Raphanus sativus, ИПБСП и Zc (таблица).

Источник

ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ЭКОСИСТЕМ (НА ПРИМЕРЕ Г. МОСКВЫ)

ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ЭКОСИСТЕМ (НА ПРИМЕРЕ Г. МОСКВЫ)

Ерофеева В.В. 1, *, Аникина Е.В. 2

1 ORCID: 0000-0002-0236-1876;

2 ORCID: 0000-0002-1872-1792;

1 Московский технический университет связи и информатики, Москва, Россия;

1, 2 Российский университет дружбы народов, Москва, Россия

* Корреспондирующий автор (erofeeva-viktori[at]mail.ru)

Аннотация

В статье анализируются данные о качестве почв на территории г. Москва. Объектом исследования явились данные о состоянии загрязнения почв в г. Москве за 2018г. Департамента природопользования и охраны окружающей среды города Москвы ГПБУ «Мосэкомониторинг». А также данные, представленные Правительством г. Москвы Департаментом экологии и природопользования г. Москвы в Докладе о состоянии окружающей среды в г. Москве в 2018г. Значительную часть в оценке качества окружающей природной среды занимает сложившаяся экологическая ситуация, которая представляет собой взаимодействие различных условий окружающей природной среды, включая отрицательные и положительные, которые создают в экологической системе обстановку разной степени благополучия и неблагополучия. Активный рост урбанизации может привести к резкому снижению качества компонентов окружающей среды. Актуальность данной темы обусловлена тем, что Москва – развивающийся мегаполис, в котором необходимо постоянно контролировать качество почв. В результате исследования установлено, самые загрязнённые административные округа города Москвы – это Южный административный округ, Юго-Восточный административный округ и Северо-Восточный административный округ. В данных административных округах наиболее часто наблюдаются превышения ПДК с.с. по различным загрязнителям.

Ключевые слова: окружающая среда, ПДК, урбанизированные экосистемы, почва, водные объекты Москва, человек.

AN ASSESSMENT OF SOIL POLLUTION IN URBAN ECOSYSTEMS
(WITH MOSCOW AS PRIMARY EXAMPLE)

Erofeeva V.V. 1, *, Anikina E.V. 2

1 ORCID: 0000-0002-0236-1876;

2 ORCID: 0000-0002-1872-1792;

1 Moscow Technical University of Communications and Informatics, Moscow, Russia;

1, 2 Peoples ‘ Friendship University of Russia, Moscow, Russia

* Corresponding author (erofeeva-viktori[at]mail.ru)

Abstract

The article analyzes the data on the soil quality on the territory of Moscow. The subject of the study is the data on the state of soil pollution in Moscow for 2018 of the Department of Nature Management and Environmental Protection of the City of Moscow of the State Environmental Budgetary Institution “Mosekomonitoring” as well as the data provided by the Moscow City Government Department of Ecology and Nature Management in the Report on the State of the Environment in Moscow in 2018. The current environmental situation plays a significant part in the assessment of the quality of the natural environment, which is the interaction between various environmental conditions, including negative and positive, which create an environment with varying degrees of favorability and unfavorability. The rapid growth of urbanization can lead to a sharp decline in the quality of environmental components. The relevance of this topic lies in the fact that Moscow is a developing metropolis, in which it is necessary to constantly monitor the quality of the soil. The study establishes that the most polluted administrative districts of the city of Moscow are the Southern Administrative District, the South-Eastern Administrative District, and the North-Eastern Administrative District. In these administrative districts, the most frequently observed exceedances of the daily average threshold limit value for various pollutants.

Keywords: environment, threshold limit value, urbanized ecosystems, soil, water bodies, Moscow, person.

Введение

Москва – один из самых прогрессивно развивающихся городов Земного шара, сочетающий функции столицы Российской Федерации и крупнейшего политического, экономического, научного, учебного и культурного центра страны [1], [3], [4].

Окружающая среда – это комплекс физических, географических, биологических, социальных, культурных и политических условий, окружающих человека или иное существо. Окружающая среда рассматривается как часть среды, которая взаимодействует с живым организмом [5], [7], [8].

Почва – основа городской экологической системы, в которой происходит взаимодействие воздушных и водных компонентов среды. Состояние и здоровье почвы определяет здоровье человека и зелёных насаждений. Городские почвы являются важным фактором экологического и санитарного состояния городов. Они выполняют важные средообразующие функции, влияют на изменение химического состава атмосферных осадков и подземных вод, являются биологическими адсорбентами – поглощают токсические соединения и становятся биогеохимическими барьерами для токсических соединений (тяжёлых металлов, пестицидов, нефтепродуктов) на пути их миграции из атмосферы в грунтовые воды и речную сеть, регулируют газовый состав атмосферы за счёт поглощения и выделения почвой газов (метана, аммиака, углекислого газа). От почв зависит динамика тепла и влаги в приземных слоях городского воздуха. Благодаря специфическим свойствам почвы выполняют в городе санитарные функции, уничтожая патогенные микроорганизмы и разлагая органические остатки и продукты обмена живых организмов. Для управления почвенными процессами в городских системах необходимо изучать и контролировать экологическое состояние почвенного покрова городов, разрабатывать методики комплексной оценки качества городских почв, включающие морфологические, физические, химические и биологические показатели [9], [10].

В Москве преобладают почвы со слабощелочной и нейтральной реакцией среды и высоким содержанием доступных для растений элементов питания (фосфора и калия). Содержание подвижных форм тяжёлых металлов в почвах города Москвы в среднем не превышает установленные нормативы. За прошедшие 5 лет их содержание в почве снизилось в 1,5-2 раза, количество проб с превышениями норматива снизилось в среднем на 25%. Валовое содержание тяжёлых металлов в почвах тяжёлого гранулометрического состава не превышает установленные санитарно-гигиенические нормативы. В почвах лёгкого гранулометрического состава отмечены превышения нормативов по среднему валовому содержанию цинка (1,5 ОДК) и мышьяка (2 ОДК).

Активный рост урбанизации может привести к резкому снижению качества компонентов окружающей среды. Актуальность данной темы обусловлена тем, что Москва – развивающийся мегаполис, в котором необходимо постоянно контролировать качество атмосферного воздуха.

Методы и принципы исследования

Объектом исследования явились данные о состоянии загрязнения почв в г. Москве за 2018г. Департамента природопользования и охраны окружающей среды города Москвы ГПБУ «Мосэкомониторинг». А также данные, представленные Правительством г. Москвы Департаментом экологии и природопользования г. Москвы в Докладе о состоянии окружающей среды в г. Москве в 2018г. Качество почвы и химические элементы оценивались в соответствии с санитарно-эпидемиологическими требованиями по степени опасности [11].

Суммарный показатель загрязнения (Zc) рассчитывался по формуле: Zс = S k_k – (n-1). где К_к – коэффициент концентрации элементов-загрязнителей, n – число аномальных элементов.

Zс представляет собой сумму превышений коэффициентов концентраций химических элементов, накапливающихся в техногенных аномалиях.

Результаты и обсуждение

Оценка состояния почвенного покрова города Москвы на основе комплексного геохимического показателя – суммарного показателя загрязнения (Zc) показала, что почвы на 92% ППН относятся к категории слабого (допустимого) загрязнения (Zc Ключевые слова

Источник