Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Экологическое состояние г. Москвы 9
1.1. Общие сведения 9
1.2. Особенности рельефа и почвенного покрова 11
1.3. Растительный покров 16
1.4. Грунтовые воды и водоёмы города 19
1.5. Экологическая обстановка в г. Москве
1.5.1. Качество атмосферного воздуха 21
1.5.2. Состояние почв и почвогрунтов города 26
1.5.3. Водные объекты
1.6. Особо охраняемые природные территории г. Москвы 33
1.7. Выбор объектов исследований 35
1.8. Выводы по первой главе 46
2. Воздействие техносферы на ОС г. Москвы 48
2.1. Виды техносферного воздействия на депонирующие среды города 50
2.2. Основные загрязнители депонирующих сред 55
2.3. Бенз(а)пирен, как маркерный загрязнитель от автотранспорта
2.3.1. Свойства бенз(а)пирена 57
2.3.2. Источники появления полиароматических углеводородов в окружающей среде 59
2.3.3. Перемещение полиароматических углеводородов и бенз(а)пирена в окружающей среде 62
2.3.4. Трансформации полиароматических углеводородов и бенз(а)пирена в окружающей среде 68
2.3.5. Способы обезвреживания полиароматических углеводородов и бенз(а)пирена 70
2.3.6. Токсичность полиароматических углеводородов и бенз(а)пирена 71
2.3.7. Методы определения полиароматических углеводородов 74
2.4. Тяжелые металлы и токсичные элементы 76
2.4.1. Свойства и распространение тяжелых металлов и токсичных элементов 76
2.4.2. Перемещение тяжелых металлов в депонирующих средах 81
2.4.3. Токсичность тяжелых металлов, оценка уровня загрязнения 87
2.4.4. Подходы к оценке загрязнения почвогрунтов 94
2.4.5. Методы определения тяжелых металлов и токсичных элементов 97
2.5. Выводы по второй главе 101
ГЛАВА 3. Методика оценки воздействия техносферы на ОС
3.1. Преимущества использования донных отложений для контроля загрязнения окружающей среды 102
3.2. Методика отбора проб почвогрунтов и донных отложений 104
3.3. Методы лабораторного анализа проб почвогрунтов и донных отложений...115
3.4. Результаты исследований почвогрунтов и донных отложений 118
3.5. Первичная обработка данных 122
3.6. Выявление взаимосвязи депонирующих сред 125
3.7. Оценка воздействия техносферы на депонирующие среды территорий рекреационных зон 129
Заключение 136
Выводы 137
Список литературы
- Грунтовые воды и водоёмы города
- Бенз(а)пирен, как маркерный загрязнитель от автотранспорта
- Методика отбора проб почвогрунтов и донных отложений
- Результаты исследований почвогрунтов и донных отложений
Введение к работе
Актуальность диссертационного исследования. Москва – крупнейший мегаполис, с численностью населения более 12 000 000 человек и площадью около 252653 га (108083 га до расширения границ в 2012 г.). Около 31 % территории города, в его старых границах, приходится на природную составляющую. При этом особо охраняемые природные территории занимают площадь около 15564 га, территории природного комплекса 17834 га. Административными округами с площадью природных территорий меньшей или равной 20 % являются ЦАО и САО, с площадью от 20 до 35 % – СВАО, ЮАО, ЮЗАО, ЗАО. Наибольшую площадь природные территории занимают в СЗАО, ВАО, ЮВАО и Зеленоградском административном округе (до 38–43 %). В Москве насчитывается около 175 рекреационных территорий различных категорий и 1 национальный парк. Из них памятниками природы являются 78 объектов, ландшафтными заказниками, природно-историческими парками, памятниками природы особо охраняемых природных территорий (ООПТ) иной категории 7, 10 и 80, соответственно.
В настоящее время повышенная техногенная нагрузка в сочетании с ускоренными экзогенными процессами привели к значительному ухудшению экологического состояния рекреационных территорий города. По данным Департамента природопользования и охраны окружающей среды г. Москвы (ДПиООС), одним из основных источников загрязнения окружающей среды (ОС) является автотранспорт, с долей выброса 92 % от суммарного выброса загрязняющих веществ на территории города. Несмотря на постоянный контроль за состоянием ОС города, состояние депонирующих сред территорий рекреационных зон изучено не полностью, а оценка уровня химического загрязнения почвогрунтов, как индикатора неблагоприятного воздействия ОС на здоровье населения, имеет недостатки. Кроме того, не локализованы рекреационные территории с высокой экологической напряженностью, являющиеся источниками миграции загрязнителей в сопредельные экосистемы.
В связи с изложенным выше представлялось актуальным провести исследования направленные на получение данных по фактическому экологическому состоянию депонирующих сред рекреационных территорий с их дальнейшим ранжированием по
степени экологической напряженности. А также выявить возможность использования донных отложений в качестве «индикаторной среды долговременной перспективы» для совершенствования системы геоэкологического мониторинга; определить вклад техносферы в изменение местных фоновых концентраций загрязнителей.
Объект исследования – территории рекреационных зон г. Москвы.
Предмет исследования – загрязнение почвогрунтов и донных отложений рекреационных территорий, находящихся под воздействием техносферы.
Цель диссертационного исследования – ранжирование рекреационных территорий г. Москвы по степени экологической напряженности и пополнение государственного фонда данных экологического мониторинга в области экологического состояния их депонирующих сред.
Задачи исследований. Для достижения цели исследования были поставлены следующие задачи:
1. Выделить рекреационные территории, наиболее
подверженные техногенному воздействию и провести оценку
загрязнения их депонирующих сред с последующим ранжированием
по степени экологической напряженности.
2. Экспериментальным путем определить зависимости
накопления загрязнителей в донных отложениях от их концентраций
в почвогрунтах в виде математических моделей и рассмотреть способ
оценки экологического состояния ОС, основанный на расчете
комплексного показателя суммарного загрязнения донных
отложений.
-
Установить зависимость пространственного распределения загрязнения тяжелыми металлами и токсичными элементами по рекреационным территориям с повышенной техногенной нагрузкой от удаленности автомагистралей.
-
Определить количественный вклад техносферы в изменение местных фоновых концентраций тяжелых металлов и токсичных элементов в почвогрунтах и донных отложениях территорий рекреационных зон.
Фактический материал, положенный в основу диссертационного исследования был собран автором в период с 2012 по 2014 г. Для изучения химического состава объектов исследования
с территорий тестовых полигонов 6 рекреационных зон г. Москвы, общей площадью около 70 га, были отобраны 292 точечные пробы почвогрунтов и 52 пробы донных отложений.
Во всех пробах методом ИСП-МС определялось валовое содержание тяжелых металлов и токсичных элементов (барий, бор, ванадий, вольфрам, кобальт, марганец, молибден, мышьяк, ртуть, селен, стронций, сурьма, хром, никель, медь, цинк, кадмий, свинец, железо), а также бенз(а)пирен, методом высокоэффективной жидкостной хроматографией (ВЭЖХ) с флуориметрическим детектированием.
Теоретико-методологической основой диссертационного исследования послужили научные разработки и труды отечественных и зарубежных ученых в области геоэкологии, химического анализа, статистики. Также в основу диссертационного исследования легли официальные доклады и отчеты Департамента природопользования и охраны окружающей среды города Москвы, подведомственных организаций, ГКУ ЦОДД, законодательство Российской Федерации.
Основные положения, выносимые на защиту:
Методика оценки загрязнения донных отложений, основанная на расчете комплексного показателя суммарного загрязнения, включающего токсичность учитываемых элементов, позволяющая повысить точность определения состояния ОС.
Статистически значимые зависимости накопления загрязнителей в донных отложениях от их содержания в почвогрунтах рекреационных зон, обеспечивающие возможность использования донных отложений в качестве «индикаторной среды долговременной перспективы».
— База данных экологического состояния депонирующих сред
территорий рекреационных зон г. Москвы, дополняющая
государственный фонд данных экологического мониторинга
окружающей среды в соответствии с постановлением о
государственном мониторинге окружающей среды и
государственном фонде данных.
Научная новизна работы:
— Установлено актуальное экологическое состояние
депонирующих сред 6 рекреационных территорий г. Москвы, а также
проведено их ранжирование по степени экологической
напряженности.
— Впервые рассмотрена возможность использования донных
отложений в качестве «индикаторной среды долговременной
перспективы», при определении степени загрязнения территорий
рекреационных зон г. Москвы.
Впервые рассчитаны модели зависимостей накопления загрязнителей в донных отложениях от их концентраций в почвогрунтах для территорий рекреационных зон г. Москвы с различной удаленностью от автомагистралей.
Получены регрессионные зависимости пространственного распределения загрязнения тяжелыми металлами и бенз(а)пиреном по территориям рекреационных зон с повышенной техногенной нагрузкой от расстояния до автодорог.
Впервые получены количественные данные по изменению местных фоновых концентраций загрязнителей в почвогрунтах и донных отложениях рекреационных территорий находящихся под воздействием техносферы.
Практическая значимость:
Выявленные зависимости накопления тяжелых металлов и токсичных элементов в донных отложениях от их концентраций в почвогрунтах могут быть использованы в целях совершенствования программы геоэкологического мониторинга на территориях рекреационных зон г. Москвы.
Рассмотренный подход по использованию донных отложений в качестве «индикаторной среды долговременной перспективы», основанный на расчете комплексного показателя суммарного загрязнения, позволяет получать более точные сведения об экологическом состоянии территорий рекреационных зон.
— Полученные данные по изменению местных фоновых
значений концентраций загрязнителей депонирующих сред
находящихся под воздействием техносферы, регрессионные модели
пространственного распределения загрязнителей, а также данные о
текущем экологическом состоянии исследуемых территорий,
предложены ДПиООС для разработки программы мероприятий,
направленных на улучшение экологической обстановки и
обеспечение экологической безопасности в г. Москве.
Достоверность. Достоверность результатов и выводов работы обеспечена точностью и надежностью методов анализа объектов окружающей среды (ОС), непротиворечивостью результатов, полученных автором, с ранее полученными данными, применением
актуальных подходов к математико-статистической обработке результатов эксперимента.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследования докладывались и обсуждались на XIII Международной научно-практической конференции «Проблемы современной биологии» (Москва, 2014), на XIV Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы науки» (Москва, 2014), на XXVI Международной научно-практической конференции «Технические науки от теории к практике» (Москва, 2014), а также на Международной молодежной научной конференции «XLI Гагаринские чтения» (Москва, 2015).
Публикации. Всего по теме диссертационной работы опубликовано 8 работ, в том числе 4 в рецензируемых журналах из перечня ВАК РФ.
Личный вклад автора заключается в организации и проведении полевых исследований; в сборе, обработке и систематизации аналитических данных, литературных и статистических материалов; в предварительной оценке степени загрязненности исследуемых территорий и фактической оценке их экологического состояния; в разработке подхода к оценке экологического состояния рекреационных территорий, основанного на применении донных отложений; в получении количественных данных по вкладу техносферы в изменение местных фоновых концентраций загрязнителей депонирующих сред.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, выводов, списка литературы, включающего 120 работ (из них 43 на английском языке) и восьми приложений. Диссертация изложена на 139 страницах машинописного текста, иллюстрирована 42 рисунками, имеет 29 таблиц.
Грунтовые воды и водоёмы города
Московская агломерация расположена на всхолмленной равнине, с высотами до 55 м, которая образована песками и двумя моренами (московской и днепровской), которые покрыли часть территории города и его окрестности эрозионной деятельностью рек. Поэтому рельеф г. Москвы не однороден, в нем присутствуют как пологая местность (северная часть), так и возвышенности в южной, юго-западной части (Приложение 3). При этом пологий рельеф сформирован, преимущественно, заполнением грунтом оврагов и заболоченных участков, в которых мощность данных грунтов достигает 6 метров. Самой высокой точкой города является Теплостанская возвышенность, значительно возвышающаяся над остальной территорией (более 80 метров над уровнем р. Москвы). Теплостанская возвышенность обрывается в направлении р. Москвы и образует Воробьевы горы. Рельеф данной возвышенности волнообразный, с признаками эрозионных процессов, присутствуют балки и овраги. В результате строительства в этих местах произошло существенное изменение рельефа, проводились: срез, выравнивание и подсыпки грунта. К территориям с наиболее измененным рельефом можно отнести долины малых рек: Чертановки, Городни, Раменки, Котловки и др. Так, на пример, в долине р. Кровянки, являющейся левым притоком р. Чуры, засыпано до 85-90 % оврагов и балок. При этом мощность антропогенных отложений достигает 20 м. Также видоизменен рельеф между Мичуринским проспектом и проспектом Вернадского, за счет насыпных грунтов, которыми выравнивали глубокие овраги. В Восточной части, рельеф является плоской, изредка заболоченной равниной с небольшими холмами, которые поднимаются до 30-40 м над уровнем р. Москвы. Кроме того, поскольку восточные и юго-восточные части Москвы граничат с Мещерской низменностью, они являются самыми низкими частями рельефа, где и берут свое начало реки Пехорка (левый приток Москвы-реки) и Яуза. В Западной части города, р. Москва, промыв широкую долину, образовала три надпойменные террасы (Серебрянноборскую, Мневниковскую, Ходынскую). Овраги и промоины которых также были засыпаны в результате градостроительной политики, а малые реки были заключены в коллекторы (Ольховка, Неглинка и др.). В результате этого мощность насыпных грунтов достигла, примерно 20 метров.
Следует отметить, что наиболее значительное изменение рельефа произошло при строительстве метрополитена в 1930-1960 г., когда засыпались овраги и нивелировались понижения песчано-суглинистым моренным материалом, взятым с глубины прокладки шахт и туннелей. В настоящее время, наиболее значительными элементами искусственного рельефа являются выемки и насыпи автомобильных и железных дорог. Кроме того, на значительную высоту (до 15 метров) подняты набережные [6].
В настоящее время на территории города развиваются нежелательные экзогенные процессы: оползневые, карстово-суффозионные, суффозионные, эрозионные, заболачивание. Оползневые процессы развиты, в основном на склонах и в долинах малых рек, их следы заметны и на склонах р. Москва. Карстово-суффозионные процессы развиты на участках неглубокого залегания карстующихся пород. Такие породы часто встречаются на Ходынском участке. Карстовые и суффозионные процессы опасны тем, что, развиваясь в результате геологической деятельности подземных вод, приводят к разуплотнению грунтовых толщ, образованию пустот, провалов и оседанию отдельных участков земной поверхности. Эрозионные процессы и заболачивание приурочены к областям малых рек и временных водотоков. К счастью, эрозионные процессы развиты незначительно. К ним относятся: размыв берегов, переформирование дна русла рек, овражная и плоскостная эрозия [7]. Незначительное развитие эрозионных процессов связано с деятельностью человека, в результате деятельности которого происходит укрепление набережных и склонов железобетонными конструкциями.
Территория Московской агломерации сформирована достаточно разнообразными структурами почвенного покрова, характeрными для южно-таежнoй хвойно-ширoкoлиственной пoдзoны. На данной территории распространены подзолистые, дерново-подзолистые, подзолисто-болотные и болотно-торфяные почвы различной степени оглеенности, гумусированности. Поскольку большая часть территории г. Москвы занимает долинно-балочный комплекс, то на дренированных склонах террас сформировались дерново-подзолистые почвы, местами с выходом карбонатных пород. В пойме р. Москвы и ее притоков распространены разнообразные аллювиальные, дерновые, луговые и болотные почвы. Основное количество нетронутых почв, осталось лишь на территориях лесопарков и рекреационных зон (Лосиный остров, Измайлово и др.), на остальных территориях произошли значительные изменения состава и структуры почвенного покрова.
Городские почвы – специфические образования, сформированные при активном участии антропогенного фактора и хозяйственной деятельности. Они формируются на естественных почвообразующих породах, на мощном культурном слое, на насыпных и перемешанных грунтах. В настоящее время можно выделить несколько типов городских почв, в зависимости от их преобразованности: поверхностно-преобразованные (нарушение профиля до 50 см), глубоко преобразованные (нарушение профиля более 50 см), урбанозёмы, запечатанные почвы (экранозёмы), индустризёмы. В ходе формирования городских территорий, неизбежно меняются свойства и параметры климата, рельефа, гидрологического режима, происходит изменение ландшафта, структуры почвенного покрова с образованием урбаноземов. Урбаноземы являются почвогрунтами, формирующимися на антропогенно нарушенных грунтах, которые не подвергались целенаправленной рекультивации на всю глубину корнеобитаемого слоя и имеющие гумусированный горизонт.
Впервые термин «городские почвы» был введен в США в 1974 году. Уже тогда под термином урбаноземы понимали городские почвы, имеющие созданный человеком поверхностный слой, полученный перемешиванием, насыпанием, погребением или загрязнением материалами антропогенного происхождения (строительно-бытовой мусор). Несмотря на то, что урбаноземы не подходят под классическое определение почвы как природного тела, тем не менее, они являются биокосной системой. Урбаноземы образуются под воздействием тех же факторов и законов почвообразования, что и зональные почвы, при главном— антропогенном факторе. Для урбаноземов, как и для почв, применимы методы исследования и законы почвоведения. Следует особо отметить, что природная среда и естественные почвы играют не последнюю роль в формировании современного городского почвенного покрова. Урбаноземы, которые формируются на культурном слое, являются его верхней прогумусированной частью, по морфологическим свойствам различаются набором насыпных горизонтов и их мощностью [8; 9].
В центре Москвы урбаноземы представлены пылевато-гумусными образованиями, для которых характерна мощность от 0,5 до 1,0 м. В старых парках центральной части города, почвы частично представлены урбаноземами с мощным гумусовым горизонтом. С удалением от центра, пылевато-гумусные урбаноземы замещаются на почвы, с нижней частью из естественных почвенных горизонтов, с присущими им окраской, структурой и свойствами, а верхней — антропогенно-нарушенной укороченной.
Бенз(а)пирен, как маркерный загрязнитель от автотранспорта
Территории выбранных тестовых полигонов подлежали обследованию, при котором учитывалось их текущее экологическое состояние, расстояние от дорог до центра полигона, количество и скорость автотранспортных средств, проезжающих по участкам дорог прилегающих к данным территориям.
Герценский парк. Герценский парк (Усадьба Загорье) расположен по адресу г. Москва, Загорьевский пр., 10. Границы и название парка утверждены постановлением Правительства Москвы от 19 января 1999 года № 38: "О проектных предложениях по установлению границ Природного комплекса с их описанием и закреплением актами красных линий". Территория парка примыкает к МКАД и находится между Липецкой улицей и Павелецким направлением Московской железной дороги. Причем, МКАД находится с южной и юго-западной стороны, а Липецкая улица с восточной. До полотна железной дороги более 700 метров. С северной стороны к парку примыкает жилая застройка. На участке 28 км МКАД сложилась весьма непростая ситуация, связанная с повышенной нагрузкой автотранспорта от транспортной развязки МКАД-М4. В утренние часы средняя скорость потока автотранспорта на внешней части МКАД составляет 25 км/ч. На внутреннем участке 20 км/ч. В результате замеров, проводимых в дневные часы, установлено, что в течение 1 часа по МКАД, в обе стороны проезжают около 3120 автомобилей. При этом 28 % приходится на грузовые автомобили и около 69 % на легковые. В 100 м к западу от территории рекреационной зоны расположена заправочная станция.
Площадь парка составляет 18,75 га. Территория парка холмистая, характерная для возвышенности, на которой расположено Загорье. Почвогрунты данной территории представлены почвами с нарушенным профилем. Во многих местах территории встречаются очаги эрозии.
На территории парка расположен водоем, который на 570 м вытянут в западном и юго-западном направлении, повторяя поворот р. Журавенки, на которой он создан. Его ширина около 50 м, площадь 3 га, длина береговой линии 1260 м. Водоем является исключительно декоративным и напоминает большую реку. Берега естественные, местами крутые. Южнее пруда расположен пейзажный парк, севернее - фрагменты регулярного парка. На востоке в пруд впадают Попов ручей и бывший сток с пруда Дунай, выходящие из подземных коллекторов около самого берега.
Ландшафтный заказник Тропаревский. Ландшафтный заказник «Тропарёвский» с 2010 года входит в состав ГПБУ «Управление ООПТ по ЗАО». Территория заказника со всех сторон ограничена автомагистралями и жилой зоной: с юго-запада – МКАДом, с запада – Мичуринским проспектом, с востока – Ленинским проспектом. С севера к парку примыкает жилая застройка. Территория заказника – это части природного комплекса Тропаревского лесопарка и природного комплекса «Долина реки Очаковки». Площадь Тропарёвского парка составляет 331,6 га. Зеленые насаждения Тропарёвского парка представлены: лиственницей европейской, берёзой бородавчатой и повислой, липой мелколистной, клёном остролистным, осиной, сосной, вязом гладким, дубом северным, тополем, боярышником.
На территории ландшафтного заказника обитает около 93 видов птиц, 9 видов млекопитающих 1 вид пресмыкающихся, 3 вида земноводных, 10 видов сосудистых растений.
Средняя скорость автотранспорта на участке 46 км МКАД в будние дни не превышает 35-40 км/ч, при этом минимальным значением является 30 км/ч, а максимальным 60 км/ч. В течение 1 часа по 46 км МКАД, проезжает около 2950 автомобилей, при этом 26 % приходится на грузовые автомобили, около 64 % на легковые и 10 % на общественный транспорт.
Владимирский сквер. Владимирский сквер расположен на территории района Перово, Восточного административного округа, рядом с Владимирским трактом и занимает площадь около 12 гектар. Сквер со всех сторон окружен оживленными улицами: ул. Электродная – с запада, ул. Плеханова – с востока, ш. Энтузиастов – с севера. По данным мониторинга за средней скоростью передвижения автотранспортных средств, проводимого Центром организации дорожного движения правительства Москвы, Шоссе Энтузиастов является одним из самых медленных участков города. Средняя скорость на данном участке в будние дни не превышает 18 км/ч, при этом минимальным значением является 15 км/ч, а максимальным 22 км/ч. При этом наибольшие сложности возникают в утренние часы в направлении центра, и вечерние в направлении области. В результате замеров, проводимых в дневные часы, установлено, что в течение 1 часа по ш. Энтузиастов проезжает около 2820 автомобилей, при этом 17-20 % приходится на грузовые автомобили и около 5-6 % на общественный транспорт. С западной стороны, на расстоянии около 400-500 метров расположен участок Малого кольца Московской железной дороги. Между данным участком кольца и ул. Электродная, расположены: Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит", ООО "Транспортно-Логистические Сети", ООО "Солид-МСК".
На территории Владимирского сквера расположен водоем, сформированный в бассейне реки Нищенки. Площадь водоема 2,3 га, средняя глубина 2,5 м. Почти на 400 м он вытянут в северо-западном направлении; ширина водоема от 40 до 60 м; берега с узкой бетонной набережной. Имеется неиспользуемый причал. Объект окружён травяными откосами высотой от 1 до 3-4 м и асфальтированной дорожкой выше откосов. На откосах расположены группы деревьев.
Измайловский парк. Измайловский парк, является одним из крупнейших парков Москвы и относится к категории особо охраняемых природных территорий. Измайловский парк занимает площадь 1621 га и расположен в черте Восточного административного округа. С запада его территорию ограничивает Окружной проезд и железнодорожная ветка окружной железной дороги, которая находится на расстоянии 3,7 км от исследуемой территории. С севера парк ограничен – Измайловский проспектом и 16-й Парковая улицей, с востока – Большим Купавенским проездом; с юга – шоссе Энтузиастов. В Измайловском парке насчитывается огромное количество видов растений, многие из которых являются редкими: ирис желтый, три вида орхидей, горец змеиный, волчье лыко и другие. В парке зарегистрировано более 100 видов птиц, в том числе 75 — гнездящихся.
Измайловский парк имеет очень важное природоохранное, экологическое, историко-культурное и социальное значение в масштабах города. На территории парка существует источник донных отложений – Лебедянский пруд. Он является одним из прудов Измайловского каскада, известного с 17 века. Лебедянский пруд расположен в восточной части бывшего Измайловского парка и занимает площадь более 16 га (включая каскад и плотину в западной части).
Средняя скорость движения автотранспорта на близкорасположенном участке, шоссе Энтузиастов, в будние дни не превышает 50 км/ч, при этом, минимальным значением является 35 км/ч, а максимальным 55 км/ч. Наибольшие сложности возникают в утренние часы в направлении центра, и вечерние в направлении области. Замеры, количества автомашин показали, что в течение 1 часа на участке ш. Энтузиастов, в области д. 47 с. 1, проезжает, в среднем, 1256 автомобилей, при этом 32 % приходится на грузовые автомобили и около 8 % на общественный транспорт.
Пробные площадки на территории данной рекреационной зоны были заложены на значительном (более 400 м) удалении от автодорог.
Ландшафтный заказник Теплый стан. Заказник расположен на Теплостанской возвышенности и со всех сторон окружен оживленными улицами. Его южной границей являются улицы Теплый Стан, Академика Варги, Московская кольцевая автодорога, с северной стороны он граничит с улицей Островитянова; западной границей являются улицы Академика Бакулева и Ленинский проспект, с востока - Профсоюзная.
Находясь в черте мегаполиса Ландшафтный заказник имеет богатую флору и фауну, на его территории зарегистрировано огромное количество сосудистых растений, в том числе виды, занесённые в Красную книгу города Москвы: ландыш майский, купена многоцветковая, купальница европейская, ветреница лютиковая, чина весенняя, земляника, первоцвет весенний, медуница неясная, колокольчики широколистный, раскидистый и крапиволистный, нивяник обыкновенный, ветреница дубравная, горицвет кукушкин, незабудки лесная и болотная. Фауна и животный мир на территории заказника представлены около 80 видами наземных позвоночных животных.
Методика отбора проб почвогрунтов и донных отложений
Почва и почвогрунты, наравне с донными отложениями, являются прекрасными депонирующими средами для тяжелых металлов. Попадая в них, металлы связываются с органическими веществами и образуют малорастворимые соединения. Считается, что периоды полуудаления ТМ и токсичных элементов из депонирующух сред могут достигать нескольких тысяч лет. Так, период полуудаления цинка находится в диапазоне 70 – 310 лет; меди 310 – 1500; кадмия 10 – 110; свинца 740 – 5900 лет. ТМ, входя в состав оснований, глинистых минералов, мигрируют в составе почвенного концентрата по профилю. Как уже и отмечалось выше, уровень накопления тяжелых металлов в почве зависит от ее типа и некоторых факторов почвообразования. При этом нахождение тяжелых металлов в почве и почвогрунтах зависит от их способности к образованию комплексных соединений, гидрооксидов и малорастворимых солей. При попадании в почву тяжелые металлы взаимодействуют с твердой фазой и компонентами почвенного концентрата, при этом происходит связывание тяжелых металлов. Связывание может происходить по нескольким алгоритмам: ионному обмену, изоморфному замещению, и комплексообразовательной сорбции, иногда, осадочной сорбциии. Также считают, что закрепление тяжелых металлов происходит в результате процессов взаимодействия с твердой фазой почв с образованием малорастворимых соединений металлов, фиксации оксидами железа, марганца, серы, алюминия и поглощением почвенной биотой. Уровни накопления ТМ в почвах зависят от их химического состава, концентрации ТМ и содержания гумуса, органического вещества, а также от восстановительной и поглощающей емкости почв и почвогрунтов. Тяжелые металлы содержатся в почвах в виде водорастворимых и адсорбированных форм. При этом водорастворимые формы, зачастую являются хлоридами, нитратами, сульфатами, а также органическими комплексными соединениями.
Считают, что концентрация ТМ в почвенном концентрате является одной из важнейших экологических характеристик почвы и почвогрунтов, поскольку он определяет миграцию ТМ по профилю и поглощение их растениями [72; 73; 74]. ТМ в составе гуминовых кислот, будучи закрепленными на крупнодисперсных частицах, являются особой миграционной формой металлов, которая вносит значительный вклад в формирование массопереноса в виде твердого стока. Таким образом, данная форма является частью глобального механизма регулирования массопереноса ТМ в биосфере.
Подвижные формы ТМ концентрируются в основном в верхних горизонтах почв, где постоянно идут биохимические процессы и содержится много органического вещества. Благодаря проведенным исследованиям [75] получена информация о факторах, контролирующих подвижность тяжелых металлов. Например, известно что подвижность марганца и меди в почвах определяют в основном органоминеральные соединения, а щелочные условия способствуют уменьшению содержания подвижных форм цинка, свинца, никеля. Установлено, что глинистые минералы лучше всего фиксируют на себе элементы, имеющие небольшой ионный радиус, т.е. никель, медь, хром, цинк. При этом медь и цинк также хорошо концентрируются в гранулометрических фракциях размером от 0,5 до 0,25 мм. Также существует вероятность сорбции ТМ почвой с образованием сложных заряженных комплексных соединений.
Гумусированные горизонты почв являются основными накопителями тяжелых металлов. ТМ могут закрепляться на органическом веществе в формах солей, адсорбатов, в составе неразложившихся и полуразложившихся растительных и животных остатков, металлорганических соединений, хелатов, соединений с аминокислотами и полифенолов. Адсорбируясь, ТМ замещают водород, активно связываются с карбоксильными и фенольными группами. Считается, что ртуть, олово и свинец могут образовывать наиболее устойчивые соединения с гумусом, в то время как соединения со слабой устойчивостью образуют цинк и кадмий. При этом практически не связываются с гумусом марганец и хром [76; 77].
По некоторым данным, гумусовые горизонты не являются эффективными барьерами по отношению к большинству ТМ в случае их поступления с промышленными отходами. Имеются сведения, согласно которым высокое содержание гумуса в совокупности с низкой кислотностью помогают закрепиться ТМ (за исключением кадмия) на почвенных частицах, переводя их в неподвижное состояние [78; 79].
Некоторыми исследователями установлено, что при техногенном загрязнении, которое поступило из атмосферы, такие элементы как медь, железо и свинец тяготеют к высокомолекулярным водорастворимым органическим веществам, поэтому они чаще всего встречаются в иллювиальном горизонте. В то же время цинк, кадмий и марганец тяготеют к среднемолекулярным водорастворимым органическим веществам, поэтому они частично выносятся из почвенного профиля. При этом, основным механизмом миграции тяжелых металлов из верхнего слоя почвы, является образование органоминеральных комплексов металлов с последующей их внутрипочвенной миграцией с концентратом. Подвижность тяжелых металлов также зависит от кислотности почв. Так при значениях рН меньше 4 наиболее подвижны свинец и ртуть, а при значениях рН в диапазоне от 4,5 до 5 подвижность проявляется у меди и хрома. Максимальную подвижность при рН от 5 до 5,5 имеют цинк, никель, марганец и кобальт, а кадмий мобилен при рН 6,5 [80]. Рост значений рН увеличивает подвижность анионообразующих металлов, а усиление окислительных условий, увеличивает миграционную способность металлов. Поэтому часть техногенных ТМ находится в подвижном состоянии в почвенном концентрате, а часть переходит в неподвижное состояние, закрепляясь органическим веществом, глинистыми минералами и оксидами железа.
Результаты исследований почвогрунтов и донных отложений
В настоящее время опубликовано большое число работ, описывающих негативное влияние техносферы на такие депонирующие среды как почва и почвогрунты. Более того, именно по состоянию данных природных тел, через ряд показателей, принято судить об общем состоянии окружающей среды мегаполисов и влиянии на нее техногенного загрязнения. С другой стороны, как показано в первых главах диссертационной работы, в почвах и почвогрунтах, постоянно протекают биохимические, геохимические и другие процессы, постоянно изменяющие содержание целевых компонентов и способствующие их переносу в более надежную депонирующую среду. Поэтому данные, полученные при исследовании валового содержания ряда ТМ и токсичных элементов, а также БП в почвогрунтах, в целях мониторинга и оценки состояния ОС, могут быть заниженными.
Наилучшей «индикаторной средой долговременной перспективы», в плане эффективности накопления ТМ и БП, как маркерного компонента группы ПАУ и выбросов автотранспорта, являются донные отложения. Одним из препятствий при использовании донных отложений в целях геоэкологического мониторинга является отсутствие нормативной документации по отбору проб и интерпретации результатов. Однако, выявление тесных взаимосвязей между содержанием загрязнителей в донных отложениях и почвогрунтах, выраженных с помощью математических моделей, может позволить использовать донные отложения в качестве «индикаторной среды долговременной перспективы», применяя критерии загрязненности, принятые для почвогрунтов. В таком случае, для расчета степени загрязнения донных отложений химическими элементами, рекомендуется использовать уравнение, учитывающее не только токсичность рассматриваемых элементов, но и ведущее расчет по среднему геометрическому принципу. При этом в качестве фоновых значений целесообразно использовать фоновые содержания валовых форм ТМ и As в почвах (ориентировочные значения для средней полосы России), указанные в СП 11-102-97 или значения кларков элементов.
Для расчета вклада техносферы в изменение местных фоновых концентраций загрязнителей, рекомендуется использовать значения, полученные при отборе проб донных отложений вне сферы локального антропогенного воздействия, согласно СП 11-102-97 [111]: «Отбор фоновых проб производится…., не менее чем в 500 м от автодорог, на землях (лугах, пустошах), где не осуществлялось применение пестицидов и гербицидов…». Для расчета регрессионных моделей распределения загрязнения по рекреационным территориям, отбор проб депонирующих сред необходимо также осуществлять с учетом пункта 5.3.4. в составе МУ 2.1.7.730-99 [112]: «…При изучении загрязнения почв транспортными магистралями пробные площадки закладываются на придорожных полосах с учетом рельефа местности, растительного покрова, метео- и гидрологических условий. Пробы почвы отбирают с узких полос длиной 200-500 м на расстоянии 0-10, 10-50, 50-100 м от полотна дороги…», которые следует откорректировать применительно к имеющимся территориям.
Работы по отбору проб проводились в июне – июле 2012 и 2013 годов. Для отбора проб почвогрунтов использовали набор ручных буров для гетерогенных почв, фирмы Еijkelkamp. При отборе проб донных отложений использовали специальный пробоотборник для торфяных отложений. Отбор проб почвогрунтов с придорожных территорий полигонов Владимирского сквера, Герценского парка, Ландшафтного заказника Тропаревский осуществлялся точечным способом с 2-х узких полос длиной до 500 м и шагом 50 м, с глубин 0-5 см и 5-20 см, позднее пробы были объединены в смешанные. Всего в целях привязки рекреационных территорий к техногенной нагрузке было отобрано 6 смешанных проб, которые состояли из 80 точечных.
При отборе проб почвогрунтов и донных отложений, с береговых линий Владимирского сквера, Герценского парка, Ландшафтного заказника Тропаревский, Измайловского парка, ПКиО Кузьминки и Ландшафтного заказника Теплый Стан, учитывали рекомендации ГОСТ 17.4.3.01-83 [113], ГОСТ 17.4.4.02-84 [114], ГОСТ 17.1.5.01-80 [115]. При этом изучаемую территорию равномерно покрывали сетью пробных площадок с размерами 0,5-1 га, в зависимости от характера поверхности. На каждой пробной площадке отбирали по 2-3 точечные пробы с глубинами отбора 0-5 и 5-20 см. Всего было отобрано 52 объединенные пробы почвогрунтов, которые состояли из 212 точечных проб массой 150-200 г, а также 52 пробы донных отложений. Схемы отбора проб почвогрунтов и донных отложений представлены на рисунках 20 – 25, дополнительные данные представлены в таблице 15.