Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретические и методологические подходы к оценке природных компонентов городской среды 14
1.1. Город как естественный объект системного анализа 14
1.2. Теоретические подходы к понятию «городская среда» и ее качество 19
1.3. Городская среда как объект геоэкологического исследования 24
1.4. Методические подходы к геоэкологической оценке природных компонентов городской среды «донные отложения - воды - почвы» 37
1.4.1. Методические особенности и практические возможности использования геохимических методов для изучения городской среды 37
1.4.2. Методика оценки уровня загрязнения окружающей среды 43
1.4.3. Методика исследования донных отложений 49
1.4.4. Методика исследования поверхностных вод 55
1.4.5. Методика исследования городских почв 58
Глава 2. Геоэкологическая оценка состояния донных отложений, вод и почвы г. Москвы 61
2.1. Характеристика донных отложений р. Москвы 61
2.1.1. Донные отложения как отражение геохимии исследуемой территории 61
2.1.2. Характеристика донных отложений р. Москвы в пределах г. Москвы 66
2.2. Состояние водных объектов города Москвы 76
2.2.1. Анализ состояния качества воды реки Москвы 77
2.2.2. Анализ состояния качества воды малых рек 83
2.2.3. Источники загрязнения водных объектов города Москвы 86
2.3. Характеристика почвенного покрова 88
2.3.1. Химическая характеристика почв 88
2.3.2. Распределение валовых содержаний элементов 95
Глава 3. Анализ статистических зависимостей в сопряженной системе «донные отложения поверхностные воды - почвы» 112
3.1. Особенности корреляционных соотношений в системе показателей состояния донных отложений . 112
3.2. Особенности корреляционных соотношений в системе показателей состояния поверхностных вод. 121
3.4. Особенности корреляционных соотношений в системе показателей состояния почвенного покрова 125
Глава 4. Основные мероприятия по снижению уровня загрязнения компонентов природной среды города Москвы 133
4.1. Обзор нормативно-правового обеспечения экологической политики г. Москвы в области охраны окружающей среды 133
4.2. Мероприятия по снижению уровня загрязнения водных ресурсов города Москвы 136
4.3. Мероприятия по снижению уровня загрязнения почв города Москвы 140
Заключение 158
Список использованной литературы 162
Приложения 183
- Городская среда как объект геоэкологического исследования
- Донные отложения как отражение геохимии исследуемой территории
- Особенности корреляционных соотношений в системе показателей состояния донных отложений
- Мероприятия по снижению уровня загрязнения почв города Москвы
Введение к работе
Актуальность темы. Исследование техногенного загрязнения окружающей природной среды является одним из основных направлений геоэкологических работ. В настоящее время большинство промышленно развитых городов Российской Федерации превратились в центры геоэкологических проблем. Достоверный ответ на вопрос о состоянии окружающей природной среды и влиянии на нее антропогенных факторов может быть дан только на основе систематических наблюдений и аналитической оценки техногенного воздействия на природные объекты городских агломераций. В городских условиях процесс загрязнения характерен практически для любых видов техногенных воздействий, имеет повсеместное распространение, протекает в течение всего времени освоения и использования урбанизированной территории и отражается на всех компонентах природного комплекса. Изучение состояния этих компонентов дает ответ на вопрос о степени воздействия техногенных объектов на элементы природного комплекса за определенные периоды времени. Ведущим методом геоэкологических и геохимических исследований является сопряженный анализ, основанный на одновременном изучении химического состава компонентов городской среды и сравнении полученных результатов между собой как в пределах одного элементарного ландшафта, так и смежных с ним. Обеспечение благоприятной для населения среды обитания и требований экологической безопасности жизнедеятельности определяет необходимость мониторинга состояния загрязненных почв и природных вод, с определением состава и размерности загрязнений, а также фактической массы токсичных химических элементов, накопленных в этих компонентах за весь период неблагоприятной эмиссии. Исходя из вышеизложенных соображений, со всей очевидностью следует вывод об актуальности исследования теоретических и практических проблем эколого-геохимической оценки состояния природных компонентов урбанизированной территории, в данном случае г. Москвы.
Цель исследования - геоэкологическая оценка природных компонентов городской среды на примере г. Москвы (донные отложения - поверхностные воды - почвы) с целью выработки мероприятий по сохранению качества городской среды.
Для достижения поставленной цели были определены и решены следующие задачи:
Проанализировать и обобщить теоретико-методологические подходы к геоэкологической оценке городской среды и ее качества.
Рассмотреть и охарактеризовать необходимые этапы и элементы процедуры получения комплексной оценки природных компонентов городской среды.
Систематизировать данные геоэкологической оценки современного состояния природных компонентов городской среды (донные отложения, поверхностные воды, почвы) г. Москвы.
Выявить особенности корреляционных соотношений в системе показателей «донные отложения - поверхностные воды - почвы» г. Москвы.
Обосновать основные направления по сохранению качества природных компонентов городской среды мегаполиса.
Объект исследования - природные компоненты городской среды г. Москвы: донные отложения, поверхностные воды, почвы.
Предмет исследования - особенности геоэкологического состояния природных компонентов городской среды.
Теоретическая и методологическая база работы. Основу работы составили фундаментальные разработки и труды отечественных и зарубежных специалистов в области геоэкологии - Б.И. Кочурова, А.Г. Емельянова, А.И. Жирова и др.; урбоэкологии - Е.Н. Перцика, Г.М. Лаппо, В.Г. Битюковой, А.С. Ахиезер и др.; физической географии - А.Г. Исаченко, B.C. Преображенского, Ф.Н. Милькова и др.; региональных научных исследований - Е.П. Янина, Б.А. Ревич, Е.Б. Гурвич, Б.Б. Прохорова, Ю.Е. Саета и др.; общих теоретических вопросов экологии - В.И. Данилова-Данильяна, М.Я. Лемешева, Д.Х. Медоуза, Д.Л. Медоуза, И. Рандерса, Н.Н. Моисеева Н.Ф. Реймерса, Т. Титенберга и др.; теории и показателей геохимической устойчивости экосистем и почв к техногенному загрязнению - М.А. Глазовской, Г.В. Мотузовой, Н.П. Солнцевой, А.И. Перельмана, В.В. Ковальского, В.В. Добровольского, В.А. Ковды, Е.В. Афониной, Н.С. Касимова, И.А. Авессаломовой, А.И.Обухова, О.И. Плехановой, О.М. Лепневой, Е.Т. Мамаевой, З.В. Дашкевич и др.
В процессе проведения геоэкологических исследований применялись следующие общенаучные и специальные методы: сравнительно-географический, эколого-географический, эколого-геохимический, математико-статистический, картографический, геоинформационный.
Информационной базой исследования являются научная и методическая литература ресурсного, географического, экологического и экономического характера, нормативно-правовые документы в сфере градостроительства и охраны окружающей среды, научно-техническая документация в области кадастра, мониторинга, оценки земель и водных ресурсов, а также государственного контроля за их использованием и охраной. При проведении исследования использовались материалы, характеризующие состояние почвы и водных ресурсов г. Москвы, полученные при непосредственном участии автора в ГУЛ «Государственный природоохранный центр» (г. Москва) и Московском государственном гуманитарном университете им. М.А. Шолохова.
Фактический материал и методика исследований. В основу диссертации положен фактический материал, полученный автором в результате полевых и лабораторных исследований на территории г. Москвы, проводившихся в 2004-2008 гг. Химический анализ проводился согласно аттестованным методикам и ГОСТ. Отбор проб воды и придонного грунта осуществлялся с помощью судна «Экопатруль». Количество точек отбора проб воды и донного грунта составило 20, почв - 235. Отбор почвенных проб
производился в период с июня по сентябрь. Поверхностные пробы отбирались из почвенного горизонта 0-10 см. В целях усреднения результатов, а также исключения погрешностей пробы отбирались методом конверта с площадки со сторонами 5-10 м, в отдельных случаях из-за антропогенно-ландшафтных условий местности был отобран почвенный материал с площадок большей площадью, таких как двор дома или детская площадка. Проводилась инструментальная привязка точек отбора с помощью GPS и точного описания места исследования. Кроме того, автором изучены архивные источники, на основе анализа которых можно судить об изменениях городской среды территории города. В работе использованы материалы ГПУ «Мосэкомониторинг», ГУЛ «НИ и ПИ Градостроительства Московской области», ГУЛ «Мосгоргеотрест», ГУЛ МосНПО «Радон» о состоянии окружающей природной среды и источниках воздействия на нее.
Личный вклад автора заключается в сборе и обработке фондовых и опубликованных материалов, выполнении на их базе аналитических обобщений, проведении количественных расчетов параметров загрязнения природных компонентов городской среды (донные отложения, вода, почвы) химическими элементами, составлении результирующих картографических материалов, таблиц и текстов, подготовке материалов научных публикаций по проблеме исследования. Статистические данные обрабатывались с помощью интегрированной системы для комплексного статистического анализа и обработки данных в среде Windows с применением программы «Statistica». Картосхемы, графические материалы и диаграммы выполнялись с применением геоинформационного программного обеспечения Corel DRAW-X4.
Научная новизна работы. Разработаны методические подходы к комплексному геоэкологическому исследованию природных компонентов городской среды (донные отложения - поверхностные воды - почвы) высокоурбанизированной территории на примере г. Москвы. Осуществлена комплексная геоэкологическая оценка состояния природных компонентов городской среды г. Москвы (донные отложения - поверхностные воды -почвы). Определен современный геохимический фон природных компонентов городской среды г. Москвы (донные отложения - поверхностные воды - почвы) как «реперной» характеристики, обеспечивающей достоверную оценку интенсивности техногенного воздействия. Выявлена тенденция изменения содержания химических элементов и соединений в природных компонентах городской среды (донные отложения - поверхностные воды - почвы) г. Москвы на основе опробования по единой сети точек. Проведено сопряженное опробование нескольких природных компонентов городской среды по единой сети точек. Группы точек опробования каждого природного компонента городской среды служат основой для формирования выборок, по которым определяются фоновые значения химических элементов и соединений. Впервые использовался корреляционный метод анализа для сопоставления и интерпретации геокологического состояния природных компонентов городской среды г. Москвы. Разработана серия аналитических картосхем, отражающих
современное состояние природных компонентов городской среды г. Москвы. Обоснованы основные направления по сохранению качества природных компонентов городской среды.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Геоэкологический подход требует комплексной оценки состояния
природных компонентов городской среды. Определение степени
трансформации и расчета интегральных показателей качества природных
компонентов городской среды наиболее целесообразно в сопряженной системе
«донные отложения - поверхностные воды - почвы».
2. При проведении комплексных геоэкологических исследований
необходимо применение эколого-геохимического подхода, позволяющего
выявлять основные виды загрязняющих веществ природных компонентов
городской среды г. Москвы.
3. Результаты экспериментальных исследований на основе методов
статистического анализа выявляют взаимосвязи между состоянием природных
компонентов городской среды и позволяют выработать мероприятия по
снижению уровня их загрязнения.
Практическая значимость работы. Результаты, полученные в ходе исследования, можно рассматривать как исходный материал для разработки основных направлений геоэкологического мониторинга, ориентир при экологической оценке состояния компонентов городской среды на региональном уровне, а также деятельности по оптимизации природопользования. Результаты работы используются в учебном процессе ГОУ ВПО «Шуйский государственный педагогический университет» (г. Шуя, Ивановская область)
Апробация работы. Полученные теоретические, методологические и практические результаты поэтапной разработки проблемы неоднократно докладывались и обсуждались на международных, региональных научно-технических и научно-практических конференциях, симпозиумах и семинарах: Intemationaler kongress und fachmesse Okologische und technologische aspekte der lebensversorgung (Ганновер, 2007, 2008), International symposium on environmental analytical chemistry (Гданьск, 2008), VI Международной научно-практической конференции «Аналитические методы измерений и приборы в пищевой промышленности. Экспертиза, оценка качества, подлинности и безопасности пищевых продуктов» (Москва, 2008), VIII Международной научно-практической конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности» (Пенза, 2008), IV Международной научно-практической конференции «Урбоэкосистемы: проблемы и перспективы развития» (Тюмень, 2009), Международной научной конференции «Современные проблемы загрязнения почв» (Москва, 2010) и др.
Внедрение в учебный процесс. Отдельные положения и результаты диссертационного исследования используются в учебном процессе при преподавании дисциплин «География», «Почвоведение», «Пространственный анализ и геоинформационные технологии в ландшафтных исследованиях» и др. на кафедре географии ГОУ ВПО «Шуйский государственный педагогический
университет» (г. Шуя, Ивановская область).
Публикации. Основное содержание диссертации и результаты исследований отражены в 27 работах, из них 7 научных статей опубликованы в ведущих изданиях, рекомендованных ВАК РФ, общим объемом 6,6 п.л.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка (211 наименований, в том числе 8 - на иностранном языке) и приложений. Работа содержит 191 страницу компьютерного текста, включая 31 рисунок и 23 таблицы.
Городская среда как объект геоэкологического исследования
В пространственном поле антропогенного воздействия на природную среду особое место занимают города, чей стремительный рост составлял одну из характерных особенностей современной эпохи. Несмотря на длительный исторический срок существования городов (около 5 тыс. лет назад), массовая урбанизация - феномен XX века: как специфический тип экологической среды города приобрели значимость в последние 50-100 лет, когда наблюдался бурный рост их числа и размеров, сделавший города средой обитания большей части человечества [22] и др.). Развитие города, приводит к глубоким изменениям городской природной среды.
Пространственная дифференциация хозяйственной деятельности человека обуславливает различия в характере и интенсивности антропогенного воздействия на городскую среду. Вместе с тем, различия типов ландшафтов с их особенностями устойчивости к антропогенным воздействиям, приводят к формированию городской территориальной неоднородности экологической ситуации [18]. В данной работе мы используем термины «город» и «городская среда» как близкие понятия.
В последнее время стало появляться все больше работ, посвященных различным формам определения города (городской среды) как объекта исследования. Однако следует отметить, что в связи с тем, что городская среда стала объектом геоэкологического исследования сравнительно недавно, понятие «городская среда», и связанная с ней система понятий не является устоявшейся, находится в стадии разработки и в работах разных авторов формулируется различно. Так, по В.Л. Глазычеву [30] городская среда — материальное естество, в пределах которого происходят основные процессы городской жизни, осуществляются социальные, функциональные, информационные прямые и обратные связи отдельных подсистем.
В некоторых работах [42,82,89,99] городская среда представляется как разновидность окружающей среды, создающая условия жизнедеятельности людей в пределах урбанизированной территории; по Ю.Г. Филеву [185] городская среда - это физическое (материальное) и духовное (нематериальное) пространство, которое обладает специфическими природными и социально-экономическими особенностями внутренней структуры, динамики, эволюции. С учетом сказанного, под городской средой мы будем понимать среду обитания, производственной деятельности и место отдыха людей, совокупность природных, техногенных, социальных и экономических условий жизни, существующих в городе на занимаемой им территории.
Не однозначным является и понятие «город». Так, по Л.Д. Стампу [10] «Город - это часть земной поверхности, которая обладает соответствующими ландшафтными особенностями; это грандиозное по времени существования или . занимаемой площади объединение людей и строений, отличающихся особого рода деятельностью»; по А.С. Ахиезеру [9,С29] «точка роста общества»; по П. Мерлену [100,СЛ8] «место концентрации и кооперации людей них деятельности». Обзор существующих теоретических взглядов также позволяет сделать вывод об очевидном отсутствии универсального подхода к определению термина «город».
Определения фиксируют различные стороны одного главного явления: город представляет собой сложную систему, включающую подсистемы населения, производства, транспорта, жилищно-коммунального хозяйства, сферы обслуживания, культуры и др. Ни одна из них в отдельности не может выполнять свои функции, и в то же время отсутствие одной из них влечет разрушения города в целом. Поэтому в каждом конкретном случае у исследователя остается право выбрать операциональное определение, наиболее адекватное целям и методам исследования. В данной работе будем использовать термин: город - это сложная система, в которой образуется множество петель прямых и обратных связей, возникающих в процессе антропогенного воздействия (рис. 1).
В зависимости от целей исследования город (городская среда, урбанизированная территория) может рассматриваться как геосистема или как экосистема. В том случае, когда исследуются проблемы человека (его жизнеобеспечения, взаимоотношения с окружающей средой) принято говорить об «экосистемах». Когда анализируют компоненты среды, природные и измененные человеком, употребляют термин «геосистема» [167].
Для исследования сильно измененных систем, какими являются города, используется понятие геотехнические системы (ГТС). Согласно толковому словарю «Охрана ландшафтов» под редакцией Т.А. Ольсевича [127, С. 58] геотехсистема — это сочетание природных и технических подсистем. По мнению Д.А. Нуфера [24], геотехническая система представляет собой геосистему, на фоне которой за определенный отрезок времени произошло развитие хозяйственной инфраструктуры.
С экологических позиций город можно рассматривать как своеобразную антропическую геосистему. По Б.М. Миркину и др. [11]: у городской геосистемы есть три особенности: зависимость от окружающих территорий (необходимость; постоянного поступления ресурсов и энергии извне);
У неравновесность, невозможность достижения экологического равновесия (современные города чувствительны к нарушению равновесия: сбои в работе электроснабжения, водопроводного хозяйства, очистных сооружений могут привести к локальному экологическому кризису); постоянное аккумулирование твердого вещества за счет, превышения его
1 составлено по [Карпов Ю.А., 2007] ввоза в городскую геосистему над вывозом (это приводит к повышению уровня поверхности города: формированию культурного слоя, включающего строительные и бытовые отходы прошедших эпох, этот слой в старых городах достигает нескольких метров).
По отношению- к процессам переноса и накопления загрязняющих веществ компоненты природного комплекса могут быть разделены на две группы: компоненты, преимущественно депонирующие загрязняющие вещества донные отложения и почвы; компоненты, преимущественно транспортирующие загрязняющие вещества - поверхностные воды.
При геоэкологической оценке гидроэкосистем одним из наиболее информативных объектов изучения являются донные отложения. Аккумулируя загрязнения, которые поступают в водоём на протяжении продолжительного периода, донные отложения являются индикатором геоэкологического состояния водосбора, своеобразным интегральным показателем уровня загрязненности водных ресурсов. Донные отложения представляют собой сложную многокомпонентную систему и играют чрезвычайно важную роль в формировании гидрохимического режима водных масс и функционировании экосистем водоемов и водотоков. По мере хозяйственного освоения водосборов и водоёмов всё большее значение в формировании донных отложений приобретает антропогенное влияние (распашка водосборов, сбрасывание в водоемы сточных вод и др.). Именно техногенные донные отложения являются концентраторами основной массы загрязняющих водные системы веществ, которые не только растворяются в воде, но и частично инактивируются, вступая во взаимодействие между собой (нейтрализация, комплексообразование и прочие реакции), или, же образуют новые соединения, более токсичные, чем исходные.
Донные . отложения поверхностных водотоков традиционно используются в качестве индикатора для выявления состава, интенсивности и масштаба техногенного загрязнения. В существенной мере это обусловлено тем, что русловые отложения, как важнейшие компоненты аквальных ландшафтов, являются конечным звеном местных ландшафтных сопряжений, в силу чего их состав отражает геохимические особенности водосборных территорий. Особенно ярко подобная зависимость проявляется в бассейнах рек урбанизированных районов, где большинство водотоков являются основными приемниками сточных вод и загрязненного промышленными выпадениями, отходами и агромелиорантами поверхностного стока с освоенных территорий. Это приводит к коренному изменению экологического состояния водотоков, что, в частности, обусловлено формированием в них протяженных и комплексных по составу геохимических аномалий, наиболее полно проявляющихся в современных русловых отложениях.
Донные отложения как отражение геохимии исследуемой территории
В современном мониторинге окружающей среды видное место принадлежит донным отложениям. Генезис и особенности донных отложений исследуются давно и, причем в различных разделах естествознания - от гидрологии и гидробиологии - до геохимии и важнейших разделов литогенеза. Донные отложения отражают состояние окружающей среды. Это отчетливо видно по возрастающему вниманию к донным отложениям не только со стороны теоретиков мониторинга, но и чистых практиков охраны окружающей среды. Это обусловлено тем, что, во-первых, донные отложения выполняют ряд важнейших функций в гидросфере, отвечая в первую очередь за нормальное функционирование водных систем, включая продукционные процессы. Второе важное обстоятельство заключается в том, что донные отложения отражают общую экологическую обстановку в регионе и поэтому они могут служить специфическим индикатором состояния биосферы.
В-третьих, донные отложения представляют собой совершенно своеобразный компонент гидросферы в целом. Это своеобразие обусловлено происхождением донных осадков и их химическим составом. Многие исследователи считают донные отложения аналогом наземных форм детрита [170]. Речные донные отложения отличаются от донных отложений замкнутых водоемов - озер, в пределах которых разнообразие донных отложений, в свою очередь называемых сапропелями имеет, довольно, широкий характер, отличаясь по генезису от сапропелей органогенного характера - до органоминерального. В этом отношении вероятно, правы те исследователи, которые рассматривали донные осадки в качестве биокосного тела природы, проводя определенные параллели с наземными почвами [52].
Донные отложения своим происхождением генетически связаны с наземными экосистемами- и в первую очередь с почвами. А нередко, при строительстве новых водохранилищ они сами представляют собой бывшие почвы. Если учесть, что около 40% наземного стока представляют собой продукты почвенного происхождения, то нельзя переоценить вклада наземных экосистем. В полной мере это относится и к органическому веществу, которое также приносится, в водоемы. В- рамках общей теории литогенеза по- H.Mt Страхову [170] донные отложения проходят все стадии преобразования; которые характерны для продуктов, формирующихся в зоне гипергенеза. Эти стадии и заслуживают своего перечисления.
Первая стадия - это стадия выветривания и разрушения любых продуктов в наземных условиях. Вторая стадия — это стадия- переноса и отложения.- стадия седиментогенеза. Третья стадия — это стадия-диагенеза — последовательного преобразования осадков - их уплотнения, взаимодействия с растворами, с последовательным формированием специфических отложений. И четвертая стадия - это стадия катагенеза. Эту последнюю стадию проходят далеко не все отложения, поскольку это характерно для-значительных глубин в литосфере, но вне зоны прометаморфизма.
Таким образом, в обычных условиях донные отложения являются1 результатом, сочетания серии важных процессов- гипергенеза (выветривания) - стадии седиментогенеза и стадии диагенеза. Последние стадии особенно важны, так как обуславливают в первую очередь-гранулометрический состав донных отложений, а, следовательно, и потенциальные возможности к обменной или необменной адсорбции разнообразных компонентов - от органического вещества — до металлов и их соединений. Следует обратить внимание еще на одно важное обстоятельство — донные осадки вне всяких сомнений отражают геохимию данной территории.
Это проблема, например, возникает в« пределах Московской области при переходе от моренных и покровных отложений с дерново-подзолистыми почвами к хорошо сортированным покровным суглинкам с развивающимися на них разнообразными серыми лесными почвами. Подобная ситуация вероятно, характерна и для перехода от зоны распространения серых лесных почв к черноземным почвам [59]. Поэтому понятно, что донные отложения отражают особенности почвенного покрова в целом, причем не только особенности минералогического состава, что предопределяет химический состав донных отложений, но и наследуемые черты, органического вещества почв, которое постоянно поступает в процессе эрозионных явлений с поверхностным СТОКОМ; а также при» подмывании берегов рек. Нельзя- не отметить, и специфические особенности отдельных территорий, пересекаемых руслами рек. Для рек таежной зоны, особенно Московской области в пределах таежной зоны, несомненную роль имеют выходы карбонатных пород, которые являются источниками кальция и могут оказывать влияние на кислотно-щелочные свойства речных вод. Очевидно, что на этих участках возможно дополнительное осаждение металлов, обусловленное увеличением потенциальной возможности образования гидроокислов. Тем более что карбонатность морен в пределах Московской области не редкое явление. Таким образом, попадание почвенного мелкозема - чрезвычайно важное событие в поведении элементов мигрирующих с водной средой.
Для металлов и их соединений резко увеличивается возможность процессов адсорбции на почвенном мелкоземе, особенно в случае их тяжелого гранулометрического состава. В самом интегральном виде, следует учитывать замечание академика Г.В. Добровольского [54], который при исследовании пойменных почв писал о том, что обычно выносятся те элементы, которые не удерживаются в биологическом, круговороте наземных экосистем. Надо отметить, что в работах крупнейшего геохимика В.В. Добровольского эта мысль получила точную формулировку. Так, он пишет: «В водную миграцию на суше вовлекаются химические элементы, не захваченные в биологический круговорот» [53,С.ПО]. К этому следует добавить, что обычно выносятся-элементы, которые не осаждаются и не закрепляются в условиях пойменных территорий, которые служат барьером на пути следования многих макро- и микроэлементов, мигрирующих из пределов наземных экосистем. Таким образом, могут возникать довольно прочные соединения, благодаря разнообразным возможностям - от адсорбции — до образования комплексов с органическим веществом. Формирование донных осадков независимо от уровня загрязнения подчиняется общей схеме Н.М. Страхова: выветривание (разрушение) - седиментогенез (перенос и отложение) - диагенез (преобразование осадка) [171].
Донные отложения поверхностных водотоков традиционно используются в качестве индикатора для выявления состава, интенсивности и масштаба техногенного загрязнения. В существенной мере это обусловлено тем, что русловые отложения, как важнейшие компоненты аквальных ландшафтов, являются конечным звеном местных ландшафтных сопряжений, в силу чего их состав отражает геохимические особенности водосборных территорий.
Особенно ярко подобная зависимость проявляется в бассейнах рек урбанизированных районов, где большинство водотоков являются основными приемниками сточных вод и загрязненного промышленными выпадениями, отходами и агромелиорантами поверхностного стока с освоенных территорий. Это приводит к коренному изменению экологического состояния водотоков, что, в частности, обусловлено формированием в них протяженных и комплексных по составу геохимических аномалий, наиболее полно проявляющихся в современных русловых отложениях [172].
Особенности корреляционных соотношений в системе показателей состояния донных отложений
Величина кислотности донных отложений является интегральным показателем, отражающим в определенной степени характер взаимоотношения между водной и твердой фазой донных отложений. В первую очередь обращает на себя внимание довольно широкий размах этого показателя, который варьирует от слабокислого рН равного 6,9, до нейтральных величин и даже слабощелочных. Последние особенно характерны для донных отложений реки в пределах центральных частей города Москвы. Так, например, довольно высокий показатель рН равный 8,97 был обнаружен вблизи Студенецкого ручья. Несомненно, это чрезвычайно высокий показатель, который можно расценивать как характерный признак карбонатности донных отложений. Низкие величины кислотности вообще характерны для донных отложений реки Москвы - об этом свидетельствует то, что рН, как правило, всегда больше 7,2, причем этот показатель встречается более чем в 95% проанализированных образцов донных отложений. Это вполне согласуется с общей экологической обстановкой городских экосистем, длительным активным использованием, особенно для борьбы с гололедом в последние годы, различных солей, содержащих карбонаты. К этому следует прибавить сточные воды, имеющие, как правило, нейтральную или слабощелочную среду. Некоторую роль в подкислении могли бы сыграть промышленные отходы, в первую очередь заводские, но постепенное снижение техногенных поступлений связанное с понижением роли промышленных предприятий, включая их частичный вывод за пределы города, обусловливает явный и постоянный тренд в подщелачивании поступающих сточных вод, а, следовательно, и последующее подщелачивание донных осадков [198].
Вне всякого сомнения, что такой тренд будет способствовать в первую очередь дополнительному осаждению взвесей, а в случае их обогащения тяжелыми металлами возрастанию соответствующих концентраций элементов в донных отложениях. Следует подчеркнуть, что в настоящее время разрабатываются технологии с обогащением вод СОг в целях дополнительного осаждения взвесей. Очевидно, что в условиях города повышение величины рН в донных отложениях служит дополнительным фактором, который обусловливает осаждение взвесей и перехода их в донный ил. Отсюда совершенно понятно, что мониторинг кислотности следует относить к одному из важнейших в системе слежения за изменением гидрохимической обстановки. Результаты, приведенные в таблице 19, показывают, что содержание органического вещества варьирует в довольно широких пределах от 1 % и даже меньше и в некоторых случаях возрастает до 11 %. Это гораздо выше, чем это возможно для обычной зоны дерново-подзолистых почв. Однако средние величины варьируют в пределах от 1 до 3-4%. Как и следовало ожидать, максимальные величины характерны для реки Москвы в пределах центральных районов города с постепенным снижением. Некоторые всплески загрязнения, например, в зоне ниже устья реки Пехорки объясняется высокой степенью загрязнения этой реки, протекающей в пределах Люберецкого района. Содержание органического вещества, очевидно, обусловливает потенциальные возможности закрепления металлов в комплексах, что может приводить к их дополнительной аккумуляции в составе донных отложений. Конечно, нельзя исключать корреляцию в системе нефтепродукты и общее содержание углерода. Полученные данные показывают, что поступление нефтепродуктов обусловлено многими процессами и по вполне понятным причинам их аккумуляция особенно ярко проявляется в условиях города Москвы. Очевидно, можно сделать следующий вывод - содержание нефтепродуктов следует признать необходимым и достаточным условием для современной диагностики уровня загрязнения природных вод. Конечно, тем самым не снимается задача исследования содержания тяжелых металлов.
Так, в донных отложениях р. Москва в пределах центральных районов города Москвы общее содержание нефтепродуктов возрастает до сотен и тысяч мг/кг. Несомненно, что это следует рассматривать как чрезвычайно высокий уровень загрязнения. Таким образом, в пределах Москвы уровень содержания нефтепродуктов изменяется в среднем от 600 до 8000 мг/кг донных отложений, что естественно превышает допустимые нормы иногда в 2 — 25 раз. Тяжелые металлы давно и последовательно исследуются при проведении мониторинга окружающей среды, в том числе и донных отложений. Поскольку общие положения о донных отложения изложены выше, то в данном параграфе остановимся на анализе полученных результатов. Отметим еще раз, что содержание тяжелых металлов в донных отложениях является результатом длительного и комплексного загрязнения речных вод в сочетании с естественным фоном. Ниже будет идти речь только о подвижных формах элементов, извлекаемых ацетатно-аммонийным буфером с рН 4,8, поэтому в определенной степени следует иметь в виду, что выход элементов в вытяжку частично всегда обуславливается исходным рН донных отложений. Порядок обсуждения данных по тяжелым металлам в настоящей работе проводится согласно порядковому номеру элемента в периодической системе. На основании вышеизложенного в работе становится ясным, что основными элементами для анализа становятся такие элементы как: медь, цинк, свинец, хром, никель и марганец.
Содержание хрома в донных отложениях Хром с порядковым номером 24 уже более 40 лет исследуется в почвенно-геохимических работах. Отчасти это было связано с его относительно хорошей определяемостью на основе спектрального анализа. Поэтому в научной литературе большое количество работ посвященных этому элементу. Конечно, в большей степени эта литература касается почв и растительности. В несколько меньшей степени хром анализировался при характеристике донных отложений [169].
В донных отложениях содержание этого элемента в ацетатно-аммонийной вытяжке довольно широко варьирует - от 1 мг/кг в относительно чистых местах - до 17 мг/кг в наиболее загрязненных донных отложениях реки Москвы. В среднем содержание этого элемента варьирует от 2 до 18 мг/кг. В целом относительно этого элемента отметим, что общее экологическое состояние не столь благополучно. Все-таки явно отмечается тенденция если не превышения ПДК (6 мг/кг), то приближение к этому уровню, что должно настораживать при слежении за этим элементом.
Содержание марганца
Марганец относится к числу важнейших элементов, занимая особое место. Так, кларк (среднее содержание в земной коре марганца составляет до 0,1%) фактически позволяя рассматривать его как полумикроэлемент. Важность этого элемента заключается в том, что его часто рассматривают во взаимоотношении с содержанием железа. Показано, что это соотношение изменяется в зависимости от степени гидроморфизма. Содержание марганца изменяется от 20 мг/кг в донных отложениях относительно незагрязненных районов - до 200-500 мг/кг в загрязненных. Средние же величины колеблются в более узких пределах - от 200 до 400 мг/кг. Сравнение его с ПДК показывает, что в среднем превышение этого стандарта (100 мг/кг) в 1,5 -2 раза.
Содержание никеля в речных донных отложениях
Никель (порядковый: номер 28) также относительно хорошо изучен для различных регионов, что исторически отчасти связано; также как и хрома , с его относительно хорошей диагностикой на, основе спектрального анализа.. Поэтому относительно этого элемента можно найти разнообразную литературу - от региональных и картографических исследований - до исследований роли никеля в физиологических процессах. Содержание этого элемента меняется от 1 - 2мг/кг в незагрязненных районах — до 5-10 мг/кг в загрязненных. Если учитывать, что ПДК для этого элемента составляет 4 мг/кг можно говорить об относительном рассеивании этого элемента и: гораздо реже об его концентрировании в донных осадках. Интересно и сопоставление этой формы с кларком в литосфере;, который по разным данным варьирует от 58 мг/кг по А.П. Виноградову [20] -до 180 мг/кг по Ферсману [183]. Для почв обычно приводят среднюю величину равную 100 мг/кг, то есть накопление относительно почвенного кларка маловероятно.
Содержание в речных донных отложениях меди
Медь (порядковый номер 29) относится к числу важнейших элементов в биосфере, чья роль в функционировании живых экосистем уже давно показана; Среднее: валовое содержание меди в земной коре составляет порядка 47 мг/кг, но в почвах.ее содержание обычно не превышает 10 — 20 мг/кг, в зависимости от минералогического и гранулометрического состава. Обычно- песчаные отложения бедны медью. Этот элемент также является объектом внимания вблизи комбинатов, производящих медь, например это касается Норильского медноникелевого комбината. В донных отложениях реки Москвы содержание меди в ацетатно-аммонийной вытяжке колеблется от величин меньше 1 мг/кг -до 10-20 мг/кг с местах с повышенным загрязнением. Средние величины колеблются в пределах 2 — 7 мг/кг при ПДК, равном 3 мг/кг. Как и ряд других элементов, медь реагирует на загрязнение, в зависимости от особенностей гранулометрического состава донных отложений меди в донных отложениях.
Мероприятия по снижению уровня загрязнения почв города Москвы
Городские, почвы, являясь составной частью городской природной? среды, обеспечивают жизнеспособность всего природного комплекса. Почвы являются поглотителем загрязняющих веществ, выполняют валеную санитарно-гигиеническую сред озащитную функцию. Почва дышит и дает кислорода не меньше, а в определенные сезоны больше, чем дают все зеленые насаждения вместе взятые. Однако при сильном загрязнении почвы становятся источником опасности- для окружающей среды (сильное загрязнение: почв приводит к гибели зеленых насаждений).
Изучением состояния почв в Москве занимается Институт минералогии и кристаллохимии редких элементов;, который составил карты загрязнений почв в 1975, 1977, 1983, 1987 и 1993 гг. Большая; территория торода заасфальтирована,, что вызывает затруднение взятия проб загрязненных почв [18].
До 2004 г. в городе отсутствовала комплексная: система мониторинга1 почв; Специальные виды наблюдения за состоянием почвенного покрова, города в рамках санитарно-гигиенического мониторинга осуществлялись ТУ Роспотребнадзор по г. Москве и; Департаментом; ЖКХ и благоустройства города (в рамках программы зеленого мониторинга). Кроме того;, несколько организаций; в разное время занимались разномасштабными .экологическими исследованиями почвенного покрова на территории Москвы. В? результате отсутствия системного подхода к мониторингу почв; материалы исследований почвенного покрова неоднородны по перечню измеряемых . показателей и охватывают не все функциональные зоны города. Основными организациями,, проводившими в разное время исследования почвенного покрова, являются МГУ им; М.В. Ломоносова (почвенный факультет),.Почвенный институт им. Докучаева, ФГУП Всероссийский научно-исследовательский; институт минерального сырья им. Н:М. Фёдоровского, Московская опытно-методическая геохимическая экспедиция- 18]і .
Ш настоящее время; уполномоченным органом по наблюдению? за состоянием: почв является1; ГПУ Мосэкомониторинг»;: С 2004 г.. в, городе-организована;; система экологического мониторинга почві и почвогрунтов, включающая в себя.248 пунктов постоянного наблюдения и 150"временных пунктов (утверждены Постановлением Правительства Москвы-от 22Ю7/2008і№; 589866-ПП [135] и охватывающая все функциональные зоны и административные округа- г. Москвы. Основные площадки? наблюдений; располагаются на следующих типах территорий: жилые зоны, производственные зоны, зоны инженерных и транспортных инфраструктур, рекреационные зоны, втом числе природные территории; особо охраняемые природные территории; земли, покрытые лесной растительностью, земли сельскохозяйственного использования, зоны специального назначения; другие территории.
Основными целями мониторинга почви почвогрунтов являются: своевременное выявление изменения качества; почв для; оценки, предупреждения и устранения негативных процессов, отрицательно влияющих на состояние почв; проверка соблюдения землепользователями государственных стандартов качества почв; оценка соответствия качества почв функциональному назначению территорий; оценка сохранения экологических свойств почвогрунтов, используемых для озеленительных работ; оценка влияния качества;почв.на состояние зеленых насаждений; оценка, качества почв и почвогрунтов с, точки зрения их воздействия на здоровье населения; ;. 142 У выявление постоянно действующих источников загрязнения, оказывающих негативное воздействие на почвы; предотвращение последствий чрезвычайных экологических ситуаций; выявление негативных последствий воздействия на почвы антигололедных реагентов; получение достоверных данных для разработки обоснованных программ оздоровления почв; получение достоверных данных для расчета ущерба от загрязнения почв.
Всего земель в городе, которые требуют постоянного контроля за состоянием почв (земли сельскохозяйственного, производственного, рекреационного назначения), - 23 тыс. га или 75 часть территории Москвы. По оценочным данным, в первоочередной реабилитации (в 2006-2008 гг.) нуждается порядка 25 км почвенного покрова территории города (15% от общей потребности).
В центре Москвы концентрация тяжелых металлов превышает предельно допустимые нормы в 10 и более раз (по отдельным элементам - до 12 и более раз) [18]. Наибольший уровень загрязнения выявляется вокруг предприятий и промышленных зон, автомагистралей. Московским земельным комитетом, Городской земельной инспекцией проводится работа по выявлению административных нарушений, связанных с порчей земель. С 2005 г. на территории города осуществляется мониторинг опасных геоэкологических процессов: подтопления, оползневых и карстово-суффозионных процессов. Опасными районами для устойчивости зданий, транспортных артерий города и других коммуникаций являются районы развития оползневых и карстовых процессов. Наблюдения за оползневыми процессами ведутся с 1954 г. (частота наблюдений - 1 - 4 раза в год), эрозией почвы вблизи водоемов - с 1955 г. на 10 участках. Постоянные наблюдения осуществляются на 14 участках, подверженных оползневым процессам, наиболее опасные (природный заказник «Воробьевы горы» и Комплексный архитектурный, художественный музей-заповедник «Коломенское») взяты под специальный контроль. Активные проявления глубоких подвижек, несмотря на проведение противооползневых мероприятий, отмечаются в районе Воробьевых гор, Фили-Кунцево, Коломенское, Хорошово-2, Москворечье, НІМневники.
Важность ведения геологического мониторинга безусловна;,,, особенно? своевременного выявления негативных процессов. Так, на участке Коломенское (Южный округ), в нижней по течению реки: его части, активизация глубоких: оползней привела к двум, авариям на пересекающих, склон Чертановских: коллекторах (1978 г. и- 2002 г.). В конце 1978; г. разрыв коллектора привел к загрязнению Борисовских прудов куда; на время ремонта коллектора был направлен сброс канализационных вод. При аварии в 2002 г. канализационные воды были сброшены в канализационный коллектор, построенный по оврагу ниже по течению реки, который также в настоящее время находится под угрозой. Повторный оползень (2004 г.) привел к повторной деформации коллектора и приостановке его функционирования;
Особую тревогу вызывает оползневой участок в Москворечье (Южный округ), где отсутствие мероприятий по стабилизации глубоких оползней может со временем привести к деформациям высоко-этажных жилых зданий и; железнодорожного моста Курской, железной дороги. Оползнями- также1 поражены долины рек Москвы, Яузы, Сетуни; Очаковки, Раменки, Чертановки, Городни и др. в южной и юго-западной части территории Москвы (Западный Юго-Западный, Южный округа). Несмотря на. свои относительно5 небольшие; размеры, эти оползни обладают большой разрушительной силой. Опасность/ мелких оползней, широко развитых в долинах мелких рек, состоит в трудности их прогнозирования, осложненной непредсказуемостью инженерно-хозяйственного воздействия из-за отсутствия единого плана освоения территорий малых рек в Москве.
