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 kk – (n-1). где Кк – 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
Экологическое состояние почв города
Состоянию почвы урбанизированных территорий до недавнего времени уделялось относительно мало внимания, исследования специалистов были сосредоточены на землях сельскохозяйственного назначения и лесных почвах. В то время как почвы урболандшафтов так же, как почвы естественных ландшафтов, выполняют важные экологические функции, в том числе сорбируют загрязняющие вещества, удерживают их от проникновения в грунтовые воды и в городской воздух с пылью [1]. В связи с возрастающим антропогенным и техногенным давлением на окружающую среду в пределах городов становится необходимым изучение закономерностей функционирования почв городских территорий, их роли в оздоровлении окружающей среды, исследование особенностей взаимодействия почвы с дорожными и иными искусственными покрытиями [6].
Цель исследования – анализ экологического состояния почвы с разным уровнем антропогенной нагрузки на урбанизированной территории.
Материал и методы исследования
Объектами исследования являлись почвы урбанизированной территории (г. Владимир), подвергающиеся разному по степени интенсивности антропогенному и техногенному давлению. В частности, были исследованы почвы города в местах расположения автозаправочных станций, вдоль автомагистралей, почвы территорий, находящихся под воздействием промышленных предприятий, почвы рекреационных территорий, а также почвы, находящиеся под условно непроницаемыми дорожными покрытиями (асфальтобетон и бетон), то есть так называемые «запечатанные» почвы. Отбор почвенных образцов и подготовка их для анализов осуществлялись в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02-84. Пробы открытой почвы отбирали с глубины 0–10 см, 10–20 см, для почв, закрытых асфальтобетоном, глубина отбора составляла 20 см, 30–40 см, 40–60 см. В образцах почвы определяли содержание тяжелых металлов при помощи рентгеноспектрального анализа на спектрометре «Спектроскан Макс G» [5]. Актуальную кислотность почвы определяли потенциометрически с использованием универсального иономера «Эксперт-001». Массовая доля нефтепродуктов в почве была измерена флуориметрическим методом по ПНДФ 16.1.21-98. Статистическая обработка данных производилась в программах «Microsoft Excel» и «Statistics 8,0».
Результаты исследования и их обсуждение
Большая часть выбросов загрязняющих веществ в городскую среду сосредотачивается на поверхности почвы, где они, постепенно накапливаясь, могут привести к изменению физических и физико-химических свойств субстрата. Исследования свойств почвы г. Владимира показали, что для нее отмечается снижение актуальной кислотности по сравнению с незагрязненной почвой Владимирской области. Результаты измерений актуальной кислотности почвы урбанизированной территории представлены в табл. 1. Для естественных серых лесных почв Владимирского региона характерна слабая кислотность (рН = 5,4–6,0), в то время как реакция среды почв урболандшафтов варьирует от нейтральной до слабощелочной, а в «запечатанных» почвах даже характеризуется как умеренно щелочная. Практически повсеместно наблюдается увеличение актуальной кислотности почвы вниз по профилю.
Значения актуальной кислотности почвы урбанизированной территории (на примере г. Владимира)
Источник
Экологическое состояние почвы
Глава VI. Почвы
1. Методы изучения почв
Как объект изучения почва обладает следующими отличительными особенностями:
— многокомпонентный состав (минералы, химические и органические соединения, живые организмы, почвенные растворы, воздух);
— разнообразие форм химических, органических и органо-минеральных соединений;
— наличие новообразованного гетерогенного органического вещества — почвенного гумуса;
— разная природа механизмов межфазных взаимодействий;
— почвенно-генетическая и унаследованная от материнской породы анизотропность;
— иерархическая структура организации почвенного тела;
— пространственная и временная изменчивость свойств и состава.
Полное и всестороннее изучение почвы и ее функций в лесных биоценозах включает полевое описание профиля и СПП, режимные наблюдения, лабораторные анализы, теоретические построения (генезис, классификация, анализ плодородия, моделирование процессов почвообразования), типологию и экономическую оценку земель, разработку приемов улучшения плодородия лесных почв и рационального использования земель. Для оценки почв и почвенного покрова требуется понимание и применение всего набора имеющихся в арсенале почвоведения аналитических и теоретических методов.
Сравнительно-географический метод. Сущность этого метода заключается в сопряженном изучении разных типов почв и факторов почвообразования, исследовании закономерностей пространственной изменчивости почв, анализе структуры почвенного по — крова на разных уровнях его организации. Составными частями сравнительно-географического метода являются картографический и аэрокосмические методы.
Морфогенетический метод. Основу этого метода составляет изучение морфологического строения почвенного профиля в целом и на разных иерархических уровнях его организации. Для каждого уровня организации почв используются свои особые методы исследования. Кристалло-молекулярный, или молекулярно-ионный, уровень организации исследуют методами электронной микроскопии, изучают строение и состав гумусовых веществ, морфологические признаки разрушения и синтеза почвенных минералов, органо-минеральные взаимодействия, трансформацию органического вещества.
Уровень почвенных агрегатов включает микро-, мезо — и макроагрегаты, новообразования растворимых солей, извести, гипса, железа и марганца. Описываются и изучаются форма, размер, структура, состав агрегатов. Применяются методы световой микроскопии.
Уровень почвенных горизонтов изучают в полевых условиях (морфологические признаки: мощность, цвет, структура, строение и др.) и в ходе камеральных исследований с применением стандартных шкал, оптических приборов, совмещенных с компьютером.
Уровень почвенных индивидуумов предполагает применение системного подхода. В его основе лежит представление о почве как о целостной природной системе. В полевых условиях изучаются морфологические признаки, несущие информацию о времени и процессах почвообразования, генезисе и классификационной принадлежности почв. Системный подход включает профильный метод изучения почв, мезо — и микроморфологические методы, а также методы визуальной и электронной микроскопии.
Сравнительно-исторический метод. Этот метод базируется на принципе актуализма, согласно которому в строении и свойствах современной почвы заложены возможности исследования эволюции почв, геологического прошлого, палеоклимата и палеоландшафтов. Сравнительно-исторический метод широко используется в палеопочвоведении и археологическом почвоведении.
Сравнительно-аналитический метод. Он заключается в сравнении вещественного состава и свойств твердой фазы почвенных горизонтов, с одной стороны, и материнской породы — с другой (минералогического и химического составов, органического вещества, почвенных растворов, воздуха, почвенных животных и микроорганизмов).
Для определения вещественного состава почв используются инструментальные методы исследования, в том числе потенциометрические, вольт-амперометрические, кондуктометрические, термогравиметрические, методы молекулярной спектрофотометрии, атомной и рентгенофлюоресцентной спектроскопии, масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой, магнитно-ядерного резонанса и др.
Полевые методы исследования. Полевые методы предназначены для изучения почвенных режимов, водного и теплового балансов, структуры почвенного покрова, почвенного мониторинга, картирования почв, земельного кадастра. Включают маршрутные и стационарные методы, а также методы почвенных ключей.
Методы моделирования. Эта группа методов включает физическое и математическое моделирование. Они предназначены для экспериментального воспроизведения различных явлений и процессов в контролируемых условиях почвообразования и применяются как в полевых, так и в лабораторных условиях.
Геостатистические методы и геоинформационные системы. Для исследования закономерностей пространственного варьирования свойств почв используют геостатистические методы, геоинформационные системы (ГИС).
Развитие получает педотрансферный метод изучения гидрофизических функций почвы. Он основан на выявлении зависимостей между фундаментальными почвенными свойствами и гидрофизическими параметрами почв.
Метагеномика. Все большее внимание почвоведов привлекают методы метагеномики, используемые для исследования метагенома почвы, в связи с серьезной проблемой деградации почв и необходимостью их реабилитации. Метагеном почвы представляет собой геномы почвенных микроорганизмов, некультивируемых в лаборатории. Для выявления метогенома выделяются и секвенируются ДНК микробных ассоциатов из почвенных гори-зонтов.
2. Условия почвообразования , виды почв Московского региона
На территории Московской области преобладают малоплодородные и требующие внесения удобрений дерново-подзолистые почвы, на возвышенностях — суглинистые и глинистые, средней и сильной степени оподзоленности, в пределах низменностей — дерново-подзолистые, болотные, супесчаные и песчаные (два последних типа преобладают на востоке области, в низменной Мещёре). Чернозёмные почвы (сильно оподзолены и выщелочены) распространены мало и имеют место лишь к югу от Оки. Серые лесные почвы распространены к югу от Оки и в восточной части Москворецко-Окской равнины (в основном Раменский и Воскресенский районы). Болотные почвы часто встречаются в Мещёрской и Верхневолжской низменностях. По долинам крупных рек — полосы аллювиальных почв различной ширины, особенно широкие в долинах рек Оки, Москвы и Клязьмы. Почвы Московской области, в особенности серые лесные заокских районов и дерново-подзолистые Москворецко-Окской равнины, сильно смыты.
Почвообразование — совокупность явлений превращения и перемещения веществ и энергии в пределах биогеосферы Земли. Почвообразовательный процесс является почвенным звеном в процессе геологического и биологического круговорота вещества и энергии. Геологический круговорот вещества и энергии – процесс их перемещения с суши в океан и обратно. Биологический круговорот — процесс обмена веществом и энергией между почвой и смежными природными телами (материнской горной породой, атмосферой и биотой). Первичный почвообразовательный процесс – изменение рыхлой горной породы в результате биологического круговорота.
1.Почвообразующие породы
2. Климат
3. Живые и отмершие организмы
4. Возраст, рельеф местности
5. Антропогенная деятельность
Общая схема почвообразовательного процесса:
Горная порода ==> выветривание ==> кора
выветривания ==> почвообразование ==> почва
Почвообразующие породы (или материнские) – это горные породы, из которых почвы формируются. Почвообразующая порода является материальной основой почвы и передает ей свой механический, минералогический и химический состав, а также физические, химические и физико-химические свойства, которые в дальнейшем постепенно изменяются в различной степени под воздействием почвообразовательного процесса придавая определённую специфику каждому виду почв.
Почвообразующие породы различаются по происхождению, составу, строению и свойствам. Они делятся на магматические, метаморфические и осадочные горных пород. Минералогический, химический и механический состав пород определяет условия произрастания растений, оказывает большое влияние на гумусонакопление, оподзоливание, оглеение, засоление и другие процессы. Так, карбонатность пород в таежно-лесной зоне создает благоприятную реакцию среды, способствует формированию гумусового горизонта, его оструктуренности. На кислых породах эти процессы идут значительно медленнее. Повышенное содержание водорастворимых солей приводит к образованию засоленных почв. В зависимости от механического состава, характера сложения породы различаются по водопроницаемости, влагоемкости, пористости, что предопределяет в процессе развития почв их водный, воздушный, тепловой режимы.
Экологическое состояние почвы
Экологическое состояние почв — комплекс почвенных свойств, определяющий степень их соответствия природно-климатическим условиям почвообразования и пригодности для устойчивого функционирования естественных и антропогенных экосистем.
Почвы обладают естественным природным разнообразием, являются универсальным индикатором состояния окружающей природной среды (в том числе на уровне природных зон и административных регионов). Поэтому нарушение почв под влиянием какого-либо воздействия (загрязнение, эрозия, лесо- и сельскохозяйственная деятельность и др.) свидетельствует о неблагополучии экосистемы в целом.
Источник