3840

УДК 550.424.6

Н.А. Бородина

ВЛИЯНИЕ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА ПОДВИЖНОСТЬ Ni, Co, Cr В ПОЧВАХ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ АМУРСКОЙ ОБЛАСТИ

Изучены формы нахождения соединений тяжелых металлов (хрома, кобальта, никеля) в поверхностном слое почв г. Благовещенска. Проведено исследование распределения тяжелых металлов в почвах при разной степени техногенного загрязнения почвенного покрова. Установлено, что в городских почвах возрастает потенциальная подвижность тяжелых металлов, по сравнению с фоновой территорией. При увеличении техногенного загрязнения хром, кобальт и никель концентрируются в органической и гидроксидной фракциях почв.

Ключевые слова: подвижные формы тяжелых металлов, городские почвы, техногенное загрязнение.

Введение Изыскание техногенной контаминации окружающей среды (ОС) вырисовывается

насущным предметом обсуждения в природоохранном зондировании, в каковом приоритет удерживает верхний почвенный слой.

Добротность грунтов городов относится к числу первостепенных критериев ради аудита и диагностирования природоохранного статуса урбанизированной зоны. Вместе с тем, качество почвенного слоя служит предиктором экологической контаминации ОС и вдобавок генезисом вторичного зашлаковывания и кумуляции токсичных градиентов в околоземных пластах почвы, наружных и грунтовых вод [1-5]. Базовые аспекты загрязнения освящены в табл. 1, на примере конкретного городского поселения Благовещенск.

Перспективы развития Амурской области (строительство и эксплуатация Амурского газоперерабатывающего и нефтеперерабатывающего заводов, магистрального газопровода «Сила Сибири», подземного газохранилища в Благовещенске, второго стартового стола на космодроме «Восточный») диктуют необходимость изучения состояния экологической среды Благовещенска и фракционного состава соединений тяжелых металлов (ТМ) в грунтах, обусловленных отметкой вредного для здоровья контаминацией, реализовано в табл. 2.

Цель - изыскание фракционного состава Cr, Ni и Coна территориях города Благовещенска с разным уровнем техногенного загрязнения почвенного покрова.

Вдобавок характер проявления и функционирования градиентов в почвенной среде детерминирует в основном не их кумуляцией, а модификацией нахождения с установлением доли подвижных форм, представляющих опасность здоровью людей при возможном проникновении загрязняющих веществ в пищевые цепи.

Кумуляцию химических элементов в почвенных растворах определяли методами атомно-абсорбционной спектрометрии.

Валовое содержание ТМ. В процессе исследования были выявлены повышенные концентрации ТМ в почвах города, по сравнению с фоновой территорией (табл. 3).

60

Таблица 1

Базовые аспекты и источники контаминации приземного слоя в городе Благовещенск

61

Таблица 2

Методическое обеспечение изысканий фракционного состава почв

62

Таблица 3

Совокупная кумуляция ТМ по зонированию

Примечания: 1 - выделенным шрифтом − среднее значение; 2 - знаменатель − диапазон концентраций ТМ; 3 - n – число проб.

Кислоторастворимые формы ТМ

Ради диагностирования прессинга техносферы на почвенную зону практиковали вытяжку 1 М HCl, каковая извлекает ТМ, сорбирующиеся твердофазной средой почв из выбросов, сбросов и разложения отходов. Накопление ТМ в вытяжке 1 М HCl характеризует потенциальный запас подвижных соединений металлов в почве [3].

Согласно полученным результатам, ТМ на фоновых участках диагностируются в связанной модификации, количественное соотношение для ряда металлов в почвах городов зафиксировано в табл. 4.

63

Таблица 4

Кумуляция кислоторастворимых форм ТМ

Формы соединений ТМ в почвах урбанизированных территорий

Совокупная кумуляция дает представление о коллективном составе ТМ в почвах, хотя, тем не менее, существуют модификационные и морфологические состояния ТМ, обладающие динамической подвижностью, именно они представляют большую экологическую опасность. В зависимости от геохимических условий среды происходит переход химического элемента в жидкую фазу, и перестраиваются биохимические пищевые цепи. Исследованные элементы различаются по характеру взаимодействия с почвой.

Наименьшее количество ТМ находится в водорастворимой фракции почв, которая является наиболее подвижной и досягаемой для живых организмов.

Кумуляция Cr, Ni и Со в этой фракции в городских почвах составляет не более 2,0 % от валового количества. Согласно гигиеническим нормативам (ГН 2.1.5. 1315-03), в урбаноземах Благовещенска этой фракции отмечено превышение ПДК Ni до 16 раз на 86 % исследованных территорий, а Со − в половине почвенных проб, отобранных в городской черте, проиллюстрировано в табл. 5.

Для первой фракции в вытяжку в урбаноземах города переходит, в среднем, 3-4 % от общего количества соединений Co и Ni. На фоновой территории доля Cr, Ni и Со в этих двух фракциях ниже предела обнаружения.

Для второй фракции при изменении окислительных условий в почве, например, при переувлажнении, происходит восстановление Fe3+ до подвижного Fe2+, с которым освобождаются и соединения других ТМ, связанных с оксидами и гидроксидами железа и марганца.

При техногенном загрязнении доля хрома в данной фракции достигает 13 % от валового количества в почвах промышленной и транспортной зон города. Таким образом, для урбаноземов города наибольшая доля исследованных элементов в оксидной фракции отмечена для Co и Ni, а наименьшая − для Cr.

3. Фракция ТМ, образующих прочные комплексы с органическим веществом почв. Доля Cr в данной фракции, достигает 15 % от валового содержания в промышленной

зоне города, Ni и Со − 18 %, в фоновой зоне – ниже предела обнаружения. Исследованные ТМ, закрепленные в органической фракции почв, можно расположить следующим образом, в порядке убывания, в % от валового содержания: Ni~Cо>Cr.

Итак, с повышением техногенной нагрузки происходит аккумуляция Ni, Co больше во фракции, связанной с оксидами и гидроксидами Fe и Mn, на втором месте по закреплению элементов выделяется органическая фракция почв, согласно данным табл. 5.

Подвижность ТМ в водорастворимой фракции зависит от водного и температурного режима почв, связанной с оксидами и гидроксидами Fe и Mn – от окислительновосстановительных условий, а содержание гумуса в почве закрепляет ТМ во фракции, связанной с органическим веществом.

64

Таблица 5

Специфика фракций ТМ

Выводы

1.Приведенные изыскания означают - исследованные тяжелые металлы в городских почвах в большинстве случаев являются более мобильными и биодоступными, чем ТМ почв фоновых территорий, которые концентрируются, в основном, в остаточной фракции.

2.В результате проведенных исследований фракционного состава ТМ в почвах диагностировано, малозначимая кумуляция модификационных и морфологических состояний ТМ, таковых как Cr, Ni и Co фиксируется в водорастворимой и характерных сорбированной фракциях, квалифицирующихих мобильность и биодоступность. Никель и кобальт из исследованных элементов являются подвижными по сравнению с хромом, который находится в загрязненных почвах, в основном, в труднорастворимой форме.

3.Выявлено, что Cr, Ni и Co в урбаноземах концентрируются во фракциях: остаточная

>связанная с гидроксидами Fe и Mn > связанная с органическим веществом почв > специфически сорбированная > водорастворимая.

65

Литература

1.Амурстат, территориальный орган федеральной службы. URL: // Режим доступа: http://amurstat.gks.ru).

2.Бородина, Н. А., Содержание различных форм Cu, Zn и Mn в почвах города Благовещенска (Амурская область) / Н. А. Бородина, В.И. Голов // Вестник ДВО РАН. 2013.

№5 (171). С. 69-76.

3.Водяницкий, Ю. Н. Тяжелые и сверхтяжелые металлы и металлоиды в загрязненных почвах / Ю.Н. Водяницкий. М., 2009. 184 с.

4.Геохимия окружающей среды / Ю.Е. Сает, Б. А. Ревич, Е. П. Янин и др. М.: Недра, 1990. 335 с.

5.Горький, А. В. Химическое загрязнение почво-грунтов Санкт-Петербурга / А. В. Горький // Охрана окружающей среды, природопользование и обеспечение экологической безопасности в 2006 году. СПб: ООО «Сезам-Принт», 2007. 349 с.

6.Куимова, Н. Г., Оценка экологического состояния почв г. Благовещенска / Н. Г. Куимова, Л. П. Шумилова, Л. М. Павлова // Вестник РУДН. 2008. № 3. С. 38-48.

7.Ладонин, Д.В. Соединения тяжелых металлов в почвах – проблемы и методы изучения / Д.В. Ладонин // Почвоведение. 2002. № 6. С. 682-692.

8.Методика количественного химического анализа НСАМ № 155-ХС-1. М.: ФГУ «ЦЭК», 2006. 25 с.

9.Радомская, В. И. Оценка загрязнения почвенного покрова г. Благовещенск / В. И. Радомская, С. М. Радомский, Н. Г. Куимова // Вестник ДВО РАН. 2008. № 3. С. 37-43.

ФГБУН «Институт геологии и природопользования Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИГиП ДВО РАН)», Благовещенск, Россия

N.A. Borodina

INFLUENCE OF TECHNOGENIC POLLUTION ON Ni, Co, Cr MOBILITY IN SOILS

OF AMUR REGION URBAN TERRITORIES

The forms of heavy metal compounds (chromium, cobalt, nickel) in the surface layer of the soils of Blagoveshchensk were studied. The study of the distribution of heavy metals in soils with different degrees of technogenic contamination of the soil cover was carried out. It was found that the potential mobility of heavy metals in urban soils increases in comparison with the background area. Сhromium, cobalt, nickel are fixed in the organic and hydroxide fractions of soil with an increase in technogenic pollution.

Keywords: mobile forms of heavy metals, soils of town area, technogenic pollution.

Federal State Budgetary Institution of Science «Institute of Geology and Environmental Management of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences (IGIP FEB RAS)»,

Blagoveshchensk, Russia

66

УДК 551.510

В.В. Братков, А.М. Луговской

РЕГИОНАЛЬНОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ МЕТЕОЭЛЕМЕНТОВ АТМОСФЕРЫ С ЦЕЛЬЮ МОНИТОРИНГА ДИНАМИКИ ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА

Актуальность выявление изменения климатических показателей, проверка факта изменение климата и объяснения причин наблюдаемых метеорологических явлений способствует предотвращению уязвимостей секторов экономики. С этой целью особую значимость приобретает организация системы мониторинга и прогнозирования состояние атмосферы в целом и её отдельных метеоэлементов на региональном уровне. Наблюдаемая изменчивость погодно-климатических условий находится в пределах максимальных уровней средних значений показателей, например, коэффициента увлажнения, что позволяет говорить о нормальных условиях лесостепных ландшафтов юга Воронежской области. Выявление и оценка, полученных в результате сбора обработки информации о состоянии климатологических факторов, позволяет осуществить принципиально новые решения прикладных задач по основным приоритетным направлениям.

Ключевые слова: прогнозирования состояния атмосферы, метеорологические элементы погоды, предупреждения климатических рисков.

Для защиты населения от чрезвычайных ситуаций, которые могут возникать в результате природных или техногенных факторов [1-4], а также для защиты и сохранения природные среды [5] и повышение эффективности деятельности тех отраслей экономики, которые зависят от погоды в России, принята Стратегия [6].

Пристальное внимание к проблеме предсказания метеорологических явлений с точки зрения безопасности сопряжено с точностью их предсказания. А оно в свою очередь связано

стакими разделами научного знания как геофизика, агрометеорология, область воздействий на метеопроцессы и мониторинг состояния окружающей среды и околоземного пространства.

Актуальность выявление изменения климатических показателей, проверка факта изменение климата и объяснения причин наблюдаемых метеорологических явлений с точки зрения их достоверности иллюстрирует положение Стратегии РФ, отраженной в [6].

Цитируем [6]: «Своевременная и достоверная информация о фактическом и прогнозируемом состоянии окружающей среды является основой для принятия решений по обеспечению гидрометеорологической безопасности и максимальной реализации конкурентных преимуществ Российской Федерации, обусловленных ее географическим положением».

Сэтой целью особую значимость приобретает организация системы мониторинга и прогнозирования состояние атмосферы в целом и её отдельных метеоэлементов [1].

Надежная система синоптических предсказаний невозможно без выявления реальной картины происходящих изменений состояния погоды в конкретном месте. Как правило, мы определяем погоду и её динамику исходя из интервала сопоставимой с длительностью наших воспоминаний, а это, как правило, двадцать-тридцать лет [2-3].

В связи с этим нами была предпринята попытка анализа состояние метеоэлементов в конкретном месте в переходной лесостепной природной зоне для выявления динамики изменения погоды [4-5]. Метеостанция (Индекс ВМО – 34 139) расположенная на водоразделе рек Битюг и Хопер в Таловском районе в Каменной степи на высоте 194 метра над уровнем моря имеет координаты 51° 03′ с. ш 40° 42′ в. д. Начало наблюдения на станции

с1900 года.

Динамика годовой температуры воздуха и температурой по месяцам в антропогенно измененных ландшафтах лесостепи представлены в таблице и рис. 1-2.

Диапазон температуры рассчитывался за 120 лет, начиная с 1900 года. Среднегодовая температура, за вышеозначенный временной интервал, располагая

параметром отклонения 1,3 0С, равняется 6 0С.

67

Вто же самое время с наиболее низким температурным режимом годом был 1942, а

самыми жаркими 2010 (8,7 °С) и 2020 года (9,1°С).

Втоже время чаще температурой достигали близкого среднего значения в диапазоне

6-7 °С.

Впроцессе анализа метеоданных мы наблюдали ассиметрию распределение температуры воздуха: чаще всего в 55 % случаев после средних значений наблюдается температуры в диапазоне 5-6 °С, а значение температуры в 7-8 °С наблюдались реже, по сравнению с предыдущими значениями.

Термический режим в антропогенно измененных ландшафтах лесостепи за 1900-2020 гг.

При анализе внутригодового хода температуры следует отметить июльский максимум и февральский минимум. Рассматриваемый район располагается в умеренном континентальном климате с жарким, часто засушливым летом и снежной умеренно холодной зимой. Воздушные массы, проникающие с юга, приносят оттепели. Январские температуры опускаются до -18 градусов с кратковременным приходом арктического циклона. Активная вегетация растений начинается с мая и продолжается до конца октября при переходе температуры через значение в 10 °С.

Рис. 1. Распределение по группам значений величины среднегодовой температуры воздуха

Анализ графика годового хода температуры (рис. 2.) показал повышение или понижение температуры в диапазоне от 3 до 5 лет с последующим изменением тенденции на противоположное направление. Наблюдается закономерность компенсации увеличения температуры коротким периодом ее снижения.

Представленный полиноминальный тренд роста температуры за указанный период указывает на цикличность протекания колебания температуры воздуха.

При этом вплоть до 1962 г. температуры были выше линейного тренда, а полиноминальный тренд был ниже линейного с 1929 г. до 1998 г., то есть за исключением 1938 года, протекал холодный цикл. А в 1998 году полиноминальный тренд, сравниваясь с линейной зависимостью, обозначил начало нового цикла, длящегося, по сей день, и

68

характеризующийся более теплыми условиями, рассматриваемыми как якобы потепление климата.

Рис. 2. Изменения годовой температуры воздуха в пределах полукультурных лесостепных ландшафтов за 1900 -2020 гг. Обозначения: пунктирная линия — линейный тренд, сплошная — полиноминальный тренд

Реализованные нами усреднения 5-летних измерений в соответствии с техническим регламентом осуществлены ради замедления воздействия высокочастотной составляющей. Это является данью традиции рассмотрения статистических данных в соответствии с пятилетним планированием экономического развития, используемого Советском Союзе.

На наш взгляд, более продуктивным и соответствующим естественным закономерностям изменения процесса поступления тепла на земную поверхность, являются шестилетний период 12-летнего цикла солнечной активности.

Однако и пятилетняя градация хорошо отражает наблюдаемую тенденцию осреднения, позволяющие провести ретроспективный анализ с выявлением причины наблюдаемых термических изменений.

Сравнивая первое (1901-1905 гг.) и последнее пятилетия (2016-2020 гг.), следует констатировать повышение среднегодовой температуры 5,7 °С, что является показателем меньше среднего значения до 8,1°С, что является несколько выше средней, зафиксированной между 1936-1940 и 1971-1935 г.

Проанализированная динамика хода температуры воздуха по пятилетиям указывает на рост среднегодовых температур. Это свидетельствует о потеплении климата за

20последних лет.

Вбудущем, скорее всего, продолжится повышение среднегодовой температуры (из-за глобального потепления), но и возможно скачкообразное снижение, как это происходило и в последних пятилетиях.

Сопоставимые по величине похолодания наблюдались еще несколько раз за рассматриваемый период, но в каждом из них были отличия от выше описанного периода в том, что минимум один месяц был теплее средней нормы [5].

Наглядной показательной иллюстрацией динамики температуры является вклад разных месяцев в термический режим сезонов года. Температура воздуха с мая по октябрь внесла существенные изменения в годовой ход температуры начиная с 1901 по 1905 гг., а в

69