Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Калманова В.Б. 1

---

1 ФГБУН «Институт комплексного анализа региональных проблем Дальневосточного отделения Российской академии наук»

На примере среднего города Дальнего Востока – Биробиджана использован снежный покров как индикатор экологического состояния городской среды. Установлен ранжированный ряд загрязняющих снежный покров токсичных веществ, где лидирующие позиции занимают сульфаты, влияющие на изменения реакции среды в щелочную сторону, а также железо, марганец, медь и др. С 2003 по 2009 год содержание тяжелых металлов в снеге увеличилось на 35–40 % за счет мобильных источников загрязнения, ТЭЦ, котельных. Рассчитан суммарный показатель концентрации тяжелых металлов в снежном покрове и выявлено 5 уровней геохимических аномалий: очень высокий, высокий, выше среднего, средний, слабый. 70 % территории города является загрязненной микроэлементами. По полученным результатам разработана карта в программе ArcView GIS «Зонирование территории г. Биробиджана по уровню загрязнения снежного покрова на основе расчета суммарного показателя концентрации тяжелых металлов» с выделением наиболее загрязненных участков.

Статья в формате PDF

877 KB

Биробиджан

суммарный показатель концентрации

тяжелые металлы

снежный покров

урбанизированная территория

1. Ардаков Г.Н. Снежный покров как индикатор загрязнения объектов окружающей среды // «Великие реки 2001»: мат-лы Междунар. конгресса (Нижний Новгород, 15–18 мая 2001 г.). – Нижний Новгород, 2001. – С. 141-142.

2. Быкова М.А., Абросимова О.В., Тихомирова Е.И., Макарова А.А. Комплексная оценка состояния окружающей среды г. Саратова по данным химического и микробиологического загрязнения // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 5–1. – С. 133-137.

3. Василенко В.Н., Назаров И.М., Фридман Ш. Д. Мониторинг загрязнения снежного покрова. – Л.: Гидрометеоиздат, 1985. – 182 с.

4. Калманова В.Б. Анализ распределения свинца в системе почва-растительность г. Биробиджана // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 8–7. – С. 1605-1611.

5. Калманова В.Б. Основные мероприятия по оптимизации системы мониторинга экологического состояния средних и малых городов (на примере г. Биробиджана) // Региональные проблемы. – 2012. – Т. 15. – № 1. – С. 69-73.

6. Курбатова А.С., Башкин В.Н., Касимов Н.С. Экология города. – М.: Научный мир, 2004. – 619 с.

7. Ларина Н.С., Куранова М.Н., Палецких Н.С. Химико-экологический мониторинг снегового покрова города Тюмени // Успехи современного естествознания. – 2006. – № 11. – С. 38-41.

8. Мирзеханова З.Г. Региональная экологическая политика: содержание и индикаторы реализации отдельных направлений // Вестник ДВО РАН. – 2014. – № 3 (175). – С.77-85.

9. Новороцкая А.Г. Химический состав снежного покрова как индикатор экологического состояния Нижнего Приамурья: автореф. дис. … канд. геогр. наук. – Хабаровск, 2002. – 24с.

10. Сает Ю.Е., Ревич Б.А. Эколого-геохимические подходы к разработке критериев нормативной оценки состояния городской среды // Известия АН СССР. Серия географическая. – 1988. – № 4. – С. 37-46.

11. СанПиН 2.1.6.1032-01. Гигиенические требования к обеспечению качества атмосферного воздуха населенных мест. – М.: Мин-во здравоохранения Российской Федерации, 2001. – № 14. – 12 с.

12. Экогеохимия городских ландшафтов [под ред. Н.С. Касимова]. – М.: МГУ, 1995. – 336 с.

Урбанизация – одна из основных социально-экологических проблем нашего времени. Города стали центрами сосредоточения населения, выпускаемой промышленной продукции, транспортных потоков и обусловленного в связи с этим интенсивного импактного загрязнения городской среды [6]. Многие города по интенсивности загрязнения и площади распространения токсичных веществ в различных природных средах уже сейчас представляют собой техногенные геохимические аномалии [12]. Среди специфических поллютантов в городах приоритетные позиции занимают тяжелые металлы (ТМ). Прежде всего, представляют интерес те металлы, которые в наибольшей степени загрязняют окружающую природную среду и являются опасными с точки зрения их биологической активности и токсических свойств. К ним относятся свинец, кадмий, цинк, кобальт, никель и т.д. [4, 6]. Наибольшее поступление поллютантов в окружающую природную среду отмечается зимой, во время отопительного сезона. В этом случае важным индикатором качества урботерриторий выступает снежный покров [12].

Концентрация примесей в снеге отражает их содержание в атмосфере и указывает на источник и механизм образования аэрозолей вблизи места отбора проб. Снежный покров не активен ни в химическом, ни в биологическом отношении, в нем не происходит химических трансформаций веществ, следовательно, он является индикатором предшествовавшего загрязнения атмосферы и будущего загрязнения почвы и гидросферы [3].

Количество работ по загрязнению снежного покрова стало особенно быстро расти с середины 70-х годов прошлого столетия. В них рассматривалась возможность использования снега в качестве показателя атмосферного загрязнения веществами: сульфатами, нитритами, аммонием, ТМ, полициклическими ароматическими углеводородами, хлорорганическими пестицидами и рядом других веществ, включая газообразные [6]. Работы в этом направлении получили широкое распространение и проводятся на территории многих промышленных городов: Москвы, Нижнего Новгорода, Саратова, Тюмени, Хабаровска и др. [2, 7, 9, 12].

Несмотря на то, что Биробиджан является сравнительно молодым и небольшим по размерам городом, существенную долю в структуре производства составляют промышленность и автотранспорт, уровень воздействия на окружающую природную среду которых ежегодно увеличивается, что способствует загрязнению снежного покрова и в последующем природных компонентов. Поэтому целью нашей работы является определение экологического состояния снежного покрова для оценки качества урбанизированной среды (на примере г. Биробиджана).

Объекты и методы исследования

Биробиджан относится к средним городам Дальнего Востока, является административным центром Еврейской автономной области, по набору выполняемых функций его можно считать полифункциональным образованием. Многоотраслевая промышленность (ТЭЦ, стройиндустрия, легкая промышленность), автомобильный и железнодорожный транспорт являются ключевыми источниками поступления тяжелых металлов в городскую среду. Предприятия расположены по всей территории города, с наибольшим сосредоточением в его северо-западной, центральной, северо-восточной части. В зоне воздействия автотранспорта находится значительная часть городской территории – 182,47 км2, что составляет 91,2 % от общей площади Биробиджана [4]. В транспортной структуре преобладают импортные автомобили с большим сроком эксплуатации, что приводит к значительному поступлению поллютантов в окружающую природную среду.

Основным объектом изучения является снежный покров, который обладает не только аккумулирующей способностью по отношению к загрязнителям, тем самым оказывая неблагоприятное воздействие на природные компоненты при снеготаянии, но и может свидетельствовать о состоянии урбанизированной территории в целом за зимний период.

Методика зимних полевых работ основывается на применении традиционных стационарных способов гидрометеорологических наблюдений. Отбор проб снега и подготовку его к анализу проводят в соответствии с «Гигиеническими требованиями к обеспечению качества атмосферного воздуха населенных мест» (СанПиН 2.1.6.1032-01) [11].

Мониторинг экологического состояния снежного покрова на территории Биробиджана проводился в течение семи лет (2003–2009 гг.). Общее за все годы число точек контроля составило 60 [4]. В ходе снегосъемки определялось содержание в снежном покрове наиболее характерных для выбросов города веществ: сульфатов, хлоридов, железа, марганца, никеля, кобальта, меди, свинца, цинка. Химический анализ проводился совместно с ФГУЗ «ЦГиЭ ЕАО» методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии.

Показателем загрязнения снежного покрова тяжелыми металлами является фоновый уровень. В качестве эталонов сравнения использовались фоновые аналоги проб снега, собранные на крайнем северо-западе города (Индустриальный район) с учетом розы ветров, планировочной структуры и геохимических особенностей территории. Характеристика снежного покрова проводилась по геохимическим показателям. Они учитывают распределение как отдельных металлов, участвующих в загрязнении, так и их ассоциации, обусловленных полиэлементностью химического состава техногенных потоков, формирующих загрязнение. К таким показателям относятся коэффициент концентрации химических элементов и суммарный показатель концентрации (СПК). Коэффициент концентрации – это показатель кратности превышения содержаний химических элементов в точке опробования над его средним содержанием в аналогичной природной среде на фоновом участке. Суммарный показатель концентрации представляет собой сумму превышения коэффициентов концентраций химических элементов, рассчитывается по формуле (1) [10]:

(1), где:

Сi – содержание элемента в пробе, мг/кг, Cф – фоновое содержание элемента, мг/кг; К – коэффициент концентрации относительно фона; n – количество элементов в пробе с величиной К > 2.

Анализ проводился по разработанной шкале оценки опасности загрязнения депонирующих сред (табл. 1).

Таблица 1

Шкала оценки загрязнения депонирующих сред г. Биробиджана по суммарному показателю концентраций тяжелых металлов

Результаты экологического состояния снежного покрова легли в основу при разработке карты «Зонирование территории г. Биробиджана по уровню загрязнения снежного покрова на основе расчета СПК ТМ» масштаба 1:25000. Данная карта составлена традиционным методом и оцифрована с применением программного обеспечения ArcView GIS в лаборатории геоэкологии Института комплексного анализа региональных проблем ДВО РАН (г. Биробиджан).

Результаты исследования и их обсуждение

Суммарная концентрация контролировавшихся в снежном покрове веществ изменялась за 7-ми летний период на территории города от 0,5 до 31 мг/дм3. При этом определяющими общий уровень загрязнения являются сульфаты и ТМ (табл.2). Одним из основных экологических последствий сульфатного загрязнения является изменение реакции среды. Там где обнаружено высокое содержание сульфатов, рН характеризуется показателями больше 7 (п. Партизанский, ул. Широкая, ул. Волочаевская, район городской свалки и др.). В группе ТМ значительно превышает фоновый уровень железо (от 2 до 60 раз), марганец (от 1 до 50 раз), медь (от 1,5 до 40 раз), цинк (от 2 до 20 раз), никель (от 1 до 12 раз), свинец (от 0,5 до 10 раз), кобальт (от 0, 5 до 6 раз). Локальные концентрации свинца в снежном покрове могут достичь очень больших значений вблизи основных автомагистралей. Промышленные аэрозольные выбросы могут захватываться падающими снежинками, в результате чего в снежном покрове на обширных территориях существенно возрастают концентрации свинца и цинка (Zn) – металлов, особо токсичных для флоры и фауны.

Таблица 2

Оценка суммарного уровня загрязняющих веществ в снежном покрове г. Биробиджана (2003–2009 гг.)

Значительный разброс данных свидетельствует о неравномерном загрязнении территории города. Существуют районы с благоприятным экологическим состоянием природного компонента, так и напряженные участки. Таким образом, ранжированный ряд загрязняющих снежный покров веществ имеет следующий вид: SO2- > Cl->Fe > Mn > Cu > Ni >Zn >Pb > Co.

Локальные зоны повышенного загрязнения отдельными веществами образуются в районах расположения стационарных источников и, как правило, занимают сравнительно небольшие площади (рис. 1).

Рис.1. Содержание металлов в снежном покрове г. Биробиджана (2009 г.)

По суммарному показателю концентрации ТМ в Биробиджане было выявлено 5 уровней геохимических аномалий в снежном покрове (рис. 2).

Анализ химического состава проб снега, отобранных в разные годы, дал возможность на основе распределения геохимических аномалий оценить экологическую ситуацию Биробиджана. Загрязненной оказалось 70 % территории от общей площади города.

Рис. 2. Зонирование территории г. Биробиджана по уровню загрязнения снежного покрова на основе расчета СПК ТМ

В отличие от почвенного и растительного покровов снег отличается самыми высокими концентрациями загрязнения. По его состоянию городскую территорию в зимний период можно признать неудовлетворительной. В основном происходит загрязнение промышленной, транспортно-селитебной и сельскохозяйственной территорий. Материалы исследований загрязнения снежного покрова городов и полученные в работе результаты могут быть использованы в ходе решения градостроительных задач, включающих разработку экологического блока:

• разработка планировочной структуры города;
• детальная проработка архитектурно-планировочных вопросов отдельных населенных мест;
• разработка гигиенических и природоохранных мероприятий, включая выделение охранных и санитарно-защитных зон, зон рекреации, зон складирования отходов, включая снег.

Заключение

В ходе проведенных исследований дана оценка экологическому состоянию снежного покрова г. Биробиджана. Анализ накопления поллютантов в снеге показал, что их содержание в пределах городской застройки в 10–15 раз выше, чем в окрестностях. Очаги загрязнения формируются вблизи заводов, котелен, автотранспортных предприятий и связаны с основными направлениями движения автотранспорта.

По результатам СПК ТМ в снежном покрове составлена карта, отражающая качество городской среды в зимний период. В целом экологическое состояние урбанизированной территории признано неудовлетворительным (8 % площади территории относится к очень высокому, 14 % – к высокому, 21 % – к выше среднему, 27 % – к среднему уровням загрязнения, 30 % – к относительно чистым районам города).

В качестве конструктивного метода при планировании урбанизированной территории необходимо использовать геомониторинг, применение которого позволит дать экологическую оценку городской среды и на основании этого принять решения по улучшению комфортности проживания городского населения [5, 8]. Важно ежегодно проводить контроль за загрязнением снежного покрова, особенно на территориях, прилегающих к промышленным комбинатам, автомагистралям, так как с его таянием поллютанты поступают на поверхность ландшафта.

Рецензенты:

Мирзеханова З.Г., д.г.н., профессор, заведующая лабораторией оптимизации регионального природопользования, ФГБУН «Институт водных и экологических проблем Дальневосточного отделения Российской академии наук», г. Хабаровск;

Бочарников В.Н., д.б.н., профессор, ведущий научный сотрудник лаборатории экологии и охраны животных, зав. группой геоинформационных основ оценки биоразнообразия, ФГБУН «Тихоокеанский институт географии Дальневосточного отделения РАН», г. Владивосток.

Библиографическая ссылка