Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка системы мониторинга загрязнения почв тяжелыми металлами на территории Подмосковного угольного бассейна

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Разработка системы мониторинга загрязнения почв тяжелыми металлами на территории Подмосковного угольного бассейна"

На правах рукописи

Комиссаров Максим Сергеевич

!

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ НА ТЕРРИТОРИИ ПОДМОСКОВНОГО УГОЛЬНОГО БАССЕЙНА

Специальность 25.00.36 Геоэкология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

□0307133В

Тула 2007

003071338

Работа выполнена на кафедре «Геотехнология и геотехника» в ГОУ ВПО «Тульский государственный университет»

Научный руководитель доктор технических наук,

профессор Захаров Евгении Иванович

Официальные оппоненты доктор те\ническнх наук

Пагшчев Валерий Иванович (ИПКОН РАН),

кандидат химических наук, доцент Алферов Валерий Анатольевич

Ведущее предприятие ОАО «Мосбассуголь»

Защита диссертации состоится «30» мая 2007 г в И часов на заседании диссертационного совета Д 212 271 09 ГОУ ВПО*«Тульский государственный университет» по адресу 300600, г Тула, пр Ленина, 90 (6 учебный корпус, аудитория 216)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульскою государственного университета

Автореферат разослан 26 апреля 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета

Н П Иватанова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы Почва, с одной стороны, является результатом тесного взаимодействия всех компонентов ландшафта в течение длительного времени, с другой - одним И5 компонентов ландшафта Роль почвы в природе связана именно с сс первой характерношкой нахождением почвы в фокусе взаимодействия горных пород, рельефа, климата, поверхностны?- и подземных сод, растительного и животного мира Изменения в любом из компонентов ландшафт а отражаются в свойствах самих почв С современных позиций науки можно отмегигь, что состояние почв отражает все процессы и явления, происходящие в ландшафтах, затрагивает перечисленные факторы почвообразования Такие процессы, как добыча и транспортировка полезных ископаемых, городское и сельское, промышленное и инфраструктурное строительство, глубоко изменяют природные свойства почв и приводят к трансформации их естественных параметров, преобразованию и коренной перестройке всего почвенного профиля

Каждый вид техногенного воздействия на любой компонент городских ландшафтов отражается на экологическом состоянии городских почв

В современных городах в связи с ведением больших объемов работ жилищного, транспортного, промышленного и других видов строительства производятся работы по выемке и перемещению грунтов для возведения нулевых циклов строящихся здании, прокладки различных видов коллекторов, транспортных туннелей, подземных переходов и т д При этом породы перевозятся и складируются в окрестностях городов или используются для планировочных работ, что оказывает влияние и на рельеф, и на миграцию подземных вод Наиболее остро эти нетативные факторы проявляются в горно-промышленных регионах, так как добыча угля приводит к значительным геохимическим изменениям свойств и состава почв

Следует учесть, что почвенно-растительный слой, насыщенный отходами не всегда может быть использован для планировочных работ при строительстве скверов, парков и других культурных объектов, так как в культурном слое почв содержится значительное количество тяжелых металлов и других вредных компонентов

Тяжелые металлы в настоящее время являются одним из основных загрязнителей городской среды, и многие нз них включены в категорию высокоопасных и опасных элементов Особенности миграции и концентрации отдельных загрязнителей строго дифференцированы и определяются конкретными почвенно-химическими и ландшафтно-геохимическими условиями, такими как кислотно-щелочные, емкость поглощения, гумусность, окислительно-восстановитечьный потенциал почв

Существующие системы мониторинга загрязнения почв не достаточно учитывают почвенно-химические и ландшафтно-геохимические факторы, влияющие на формирование состояния почвенного покрова Поэтому геохимическую устойчивость почв, понимаемую в данной работе как способность системы сопротивляться постоянно изменяющимся условиям среды до момента ее разрушения, необходимо определять относительно конкретного элемента-загрязнителя или определенной группы химических элементов с близкими условиями миграции и концентрации

Таким образдм, актуальной научной задачей является разработка методики оценки геохимической устойчивости почв к загрязнению тяжелыми металлами, по-

зволяющей повысить эффективность системы мониторинга загрязнения почв территории Подмосковного бассейна

Диссертационная работа выполнялась на основе результатов исследований при поддержке Федеральной целевой программы «Интеграция науки и высшего образования России»

Целью работы является разработка методики опенки геохимической устойчивости почв к загрязнению тяжелыми металлами на основе уточнения закономерностей условий формирования латеральной и радиальной структуры техногенного загрязнения почв горно-промышленного региона для повышения качества мониторинга состояния окружающей среды

Идея работы заключается в том, что повышение качества мониторинга основывается на адекватном графическом представлении распределения тяжелых металлов в почвах за счет использования рекуррентных соотношений при расчете концентрации загрязнителей

Область исследования соответствует информационному бюллетеню паспорта специальности 25 00 36 Геоэкология (п 18 «Технические средства контроля и мониторинга окружающей среды»)

Методы исследований. Для решения поставленных задач п работе используются классические методы геохимии, геохимии ландшафта, почвоведения, географии почв, а также комплексные методы математической статистики, моделирование и системные подходы к оценке геохимической устойчивости почв города к загрязнению тяжелыми металлами

Научные положения, разработанные соискателем.

- почвы территории Подмосковного бассейна являются продуктом территориального сочетания и дифференциации природных, природно-техногеньых и сугубо техногенных почвообразовательных факторов и процессов,

- по степени концентрации тяжелых металлов в почвах выделены две группы элементы, активно накапливающиеся по сравнению с их фоновыми концентрациями - Си, РЬ, N1, Ър, Со, Сг, Н{5, то есть элементы первого и второго класса экологической опасности и элементы с концентрациями, близкими к фоновым величинам -Мп, Ва, БЬ, \У, В

- почвы и почвенный покров в целом обладают большой способностью к саморегулированию, и оценка геохимической устойчивости почв сводится к оценке интегральной подвижности химического элемента в почвенно-химической и ланд-шафтно-геохичической системах,

- малоустойчивыми к загрязнению тяжелыми металлами являются урбоземы территорий с многоэтажном застройкой, индустри ¡емы промышленных зон и техногенные группы транспортных магистралей

Новизна основных научных положений:

- установлены аналитические зависимости территориального распределения концентраций тяжелых металлов, на основе которых разработана математическая модель динамики изменения концентраций тяжелых металлов, характеризуемых относительными глубинами распространения и площадями функциональных зон с общей площадью города,

- предложен вариан! магемашческой модели оценки геохимической устойчивости почв территории Подмосковного угольного бассейна, учитывающий изменения тощадей и функциональных зон,

- впервые проведено районирование территории [ Тулы по степени геохимической устойчивости почв к ¡агрязнению тяжелыми металлами

Достоверность научных положении, выводов и рекомендаций подтверждается

- корректной постановкой задач исследований, обоснованным испочьзованнем методов классической геохимии ландшафта, геоэкологии и географии почв,

- удовлетворительной сходимостью результатов исследований с фактическими данными и большим объемом вычислительных экспериментов,

- положительными результатами апробации математического обеспечения задач прогноза загрязнения почвенного покрова Федеральным Государственным Учреждением «Центр лабораторнот анализа и технических измерений по Центральному федеральному округу» (ФГУ «ЦЛАТИ по ЦФО»), комитетом Тульской области по природным ресурсам и экологии, Тульским центром по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды

Практическая значимость работы включается в использовании результатов исследования «Тульским городским центром градосфоительства и землеустройства», департаментом строительства Тульской области, департаментом Тульской области по экологии и природным ресурсам для принятия управленческих решений, направленных на повышение качества окружающей природной среды Разработанная методика применяется для решения научных и учебных задач при многоуровневой подготовке специалистов и кадров высшей квалификации

Апробация работы. Основные научные и практические результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры «Геотехнологии» ТулГУ (г Тула, 2005-2006 гг ), на первой Всероссийской научно-технической интернет-конференции (г Тула, 2005 г ), на шестой Международной научно-теунической конференции «Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии» (г Тула, 2005 г ), на второй Международной конференции по пробтемам горной промышпенности, строительства и энергетики (г Тула, 2005 г ), на седьмой Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии» (г Тула, 2006 г ), на третьем Международном форуме «Образование, наука, производство» ([ Белгород, 2006 г), на третьей Международной геоэкологической конференции ((Геоэкологические проблемы загрязнения окружающей среды» (г Тула, ?006 г )

Публикации. По результатам научных исследований опубликовано 10 статей

Объем работы. Диссертация изложена на 185 страницах машинописного текста, состоит из 5 глав, содержит 50 таблиц, 19 рисунков и список литературы из 128 наименований

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Хозяйственная ы строительная деятеть.гость человека в течение многих веков значительно изменяет естественный рельеф местности В резу т ьгаче этого происходит

• выравнивание поверхности,

® исчезновение долинно-балочной сети,

• создание нового рельефа (например, террасирование или срезание поверхностной толщи),

• засыпка мелкой эрозионной сети

В городах часто наблюдаются карстово-суффозионные просадки, оседание толщи грунта в результате увеличивающегося расхода подземных артезианских вод, уменьшения объема почвенно-1 рунтовой массы, вызванного выщелачиванием растворимых солей, извести Просадки проявляются в послестроитетьных насыпных грунтах и при планировочных грунтовых работах, а также на поверхности в виде замкнутых понижений блюдец, западин, воронок и трещин Вследствие негативного воздействия карстово-суффозионных процессов часто происходит деградация почвенно-растительного комплекса

Почвообразующими породами в городах могут быть

• естественные субстраты,

• культурный слой,

» насыпные грушы,

• намывные грунты

Культурный слой представччет собой исторически сложившуюся систему напластований, образовавшуюся в результате деятельности человека Толщина или мощность культурного слоя может колебаться от нескольких сантиметров до десятков метров и характеризуется разнообразием даже в пределах небольших участков

Формирование культурного елся происходит путем поверхностного накопления различного рода материала в результате хозяйственно-бытовой деятельности человека или путем преобразования верхнего природного слоя при строительстве и благоустройстве с привносом в естественную почву посторонних материалов

В состав культурного слоя в современных городах входят самые разнообразные примеси - битый кирпич, камень, строительный мусор, различные предметы домашнего обихода, заброшенные фундаменты зданий, погреба, колодцы, бревенчатые и дощатые настилы, булыжные и асфальтовые покрытия Среди этих отложений обычно преобладает строительный мусор Напластования культурного слоя в разное историческое время могли выполнять роль почвы, приобретали черты ее строения Таким образом, культурный слой представляет собой разновозрастную систему погребенных городских почв

Перспективы развития угледобычи в Подмосковном бассейне в настоящее время связаны с реконструкцией угольных энергоблоков ОАО «Рязанская I РЭС» Общеизвестно, чго Подмосковный угольный бассейн является единственным источником первичных энергоносителей в Центральной России, который располагает необходимым количеством запасов угля для обеспечения энергетической безопасности региона Возможность наращивания объемов добычи в бассейне с минимальны-

ми финансовыми вложениями имспся при наличии инвестиций и заинтересованных в этом потребитепей, в частности ОАО «Рязанская ГРЭС» и других

Весь спектр рыхлых осадочных отчожепии и горны < пород, распространенных в окружающей территории, встречается и в городе В городах происходит глубокое изменение грунтов Так, глубина заложения фундаментов наземных сооружений простирается до 35 м Это не юлько приводит к перемешиванию грунтов, чо и ме-няег направление стока подземных вод

Таким обртзом, формирование горочеких почв может происходить

• на культурном слое,

• на природных грунтах разного генезиса, состоящих из органо-минерального почвенного материала и остатков естественных почв («почва на гючве»),

® на природные и техногенных насыпных или намывных грунтах («почва на грунте»)

Учитывая результирующее взаимодействие почвенных компонентов в экосистеме, можно сказать, что геохимические возмущения, наблюдаемые в почве, наиболее достоверно отражают пару шения естественного протекания природных процессов в самой экосистеме Отсюда следует, что качественные и количественные понятия устойчивости экосистемы связаны с изменениями почвенного компонента В целом устойчивость почвы к техногенному загрязнению использована как интегральный показатель устойчивости всей системы, в том числе и городских экосистем Эти положения отражены в трудах М.А Глазовской, Н П Солнцевой, Е В Афониной, А И Обухова, Э М Соколова, Е И Захарова, Н М Качурина, И О Плехановой, Г.В Мотузовой, А М Молчанова, В С Преображенского, С А. Ракиты, 3 В Дашкевич, О М Ле пневой, Т Г1 Куприяновой, Е Т Мамаевой, В В Куликова, А Д Армачда п др Современное состояние знаний по рассматриваемой проблеме, цель и идея работы обусловили необходимость постановки и решения следующих задач

- обоснование объема натурных наблюдений, изучение структуры к содержания существующих баз данных по загрязнению почв тяжелыми металлами на территории Подмосковного бассейна,

- разработка методики наблюдений загрязнения почвенного слоя химическими элементами I, II и III класса эколо! ической опасности,

- разработка методических положений эколого-почвенно-геологического зонирования по факту загрязнения почв тяжелыми металлами,

- разработка математической модели мониторинга загрязнения почв тяжелыми металлами, разработка комплекса программных средств и проведения вычислительных экспериментов,

- разработка карт-с <ем загрязнения покрова тяжелыми металлами Научно-методическая база проведенных работ заключается в следующем-

•в формировании и дифференциации городских почв первостепенную роль играют физико-географические и геохимические природные и антропогенные факторы,

■ радиальная и латеральная геохимическая структура техногенного загрязнения городских почв определяется особенностями размещения предприятий промышленности, энергетики, транспортных машетралей и ландшафтно-iеохимической структурой территории города (рис I),

• ночвенно-химические и ландшафтно-1 еохимическис факторы, а тахже условия миграции и концентрации химических элементов формируют основу геохимической устойчивости городских почв к загрязнению тяжелыми металлами

В современных условиях преобладающим фактором почвообразования в городах становится антропогенное воздействие Основной формой существования городских почв являются постоянные нарушения, перемешивания, срезания, омоложение почвенного профиля и привнесение в него инородного материала Все это осложняется процессами химического и физического загрязнения В результате формируются специфические типы почв или ночвоподобных тел, которые отражены на схематичной «Карте природных, прчродио-техногенныч и техногенных почв» (рис2) Пространственный анализ карты выявляет наличие определенной закономерности в распределении городских почв ч грунтов Эти закономерЕюсти проявляются в следующем

• сильная расчлененность рельефа и развитие впутршородской гидрографической сети отражается в пестроте природного и техногенного состав тяющих почвенного покрова города,

• большая часть почв в городе формируются и развиваются в элювиальных ландшафтно-геохимических условия?»,

• с периферии к центру уменьшается доля природных почв и увеличивается доля урбано-почв и индустриземов, характерной пространственной особенностью которых является их крупноконтуроность и компакзностъ ареалов,

• архитектурно-планировочная структура города при одинаковых ландшафтно-геохимических условиях являегся основным фактором пространственной

дифференцчации почвенного покрова г Тулы

Автором использованы данные по содержанию в почвах г Тулы 15 химических элементов, сгруппированных по степени их экологической опасности (табт 1)

Таблица 1

Группировка химических элементов по классст экоюгической опасности (ГОСТ 17 4 1 02-83 «Охрана природы Почвы Классификация химических веществ

для контроля загрязнения»)

Классы экологической опасности Химические эпементы

1 РЬ, гп, Ня

II Си, N1, Со, Мо, Сг, ЯЬ, В

III Мп, V, Ва, Бг,

Особенносш территориального распределения рассматриваемых элементов в почвах города представлены на соответствующих картах ореолов рассеяния (рис 3-5) Как видно из карт, наиболее контрастные геохимические аномалии в почвах г Тулы характерны для элементов первого класса экологической опасности - РЬ, 7.п и и ореолы с максимальными уровнями загрязнения почв в основном находятся в правобережной части города, приурочены к промышленным предприятиям машиностроительного профиля, крупным транспортным магистралям города

ГОРОД ТУЛА

ЮЧВЕНЮ-ПОХММкИЕСКИГ шдолии

ГОРОД ТУЛА

почет т*>ГЕОХНМ ИЧЕ^КИЕ «кмищми

Рисунок 3 - Почвенно-геохимические аномалии химических элементов 1-го (а), 2-го (б) и 3-го (в)

экологической опасности

к

где И,! = - относиюльная велмчина проникновения 1-1 о метал 1а в почву j-й зоны - - ^ /

к максимально возможной, 6,) =—- - относительная площадь распределения 1-го

металла вJ-й зоне к площади самой зоны

Так как в рассматриваемых функциональных зонах (районах) различны не только концентрации металлов, но и сами площади, в сумме образующие область с неизменными границами (город), для оценки концентрации тяжелых металлов во всей области бьшо получено выражение для определения по средневзвешенному значению, вычисляемому по ,|-м площадям

Таким образом, полученные уравнения позволяют определить концентрации тяжелых металлов в рассматриваемой области при заданных

- С, - концентрация 1-го металла, определяемой в ,)-й зоне и распределенной по площади ) до глубины проникновения в почву Л,,,

-И,)- относительной величине проникновения 1-го металла в почву,

- 5 - относительной величине площади распределения металла к площадч

зоны,

- относительной величине площади уй зоны к площади рассматриваемой области

В процессе хозяйственной деятельности человека, связанной с расширением промышленных, селитебных и прочих зон, рассматриваемых нами ранее, может происходить изменение указанных параметров си, , 5,, те данные пара-

метры будут представлены как переменные величины

Исходя из наличия имеющихся экспериментальных данных для прогнозирования значений концентраций при изменении указанных параметров, осуществляем вывод экстраполяционных зависимостей посредством почленного разложения базовых функции в ряд Тейлора относительно начального положения С, 1 - , И, Ь?,, Еч =5",, 5, = 5°, Ф,, = ф",,, С%/ - , считая, чю в результате изменения параметры приобретают значения Ск1 - С,0, + АС, 1, = ^Л^, 5,, = Ъ+ Д5,,, +

(7)

ftl I-I J ¡-i i-I где Sj -- относительная площадьj-й зоны (района)

с1у=с?у + 2>,,

АС,, Ali , AS,,

-Li +-'- +-Lj

<7, v, S?,

i !

где

ЛС,, ДА,, Л5,, 1 +-1± + —12.+—12

С,°у 1?,

1-1 .-I

»л

Как показали почвенно-геохимические исследования, преимущественно щелочная характеристика почв является заметным фактором концентрации тяжелых металлов в почвах г Тулы (табл 2)

В почвах накапливаются преимущественно халькофилы (2п, Си, РЬ) и элементы группы железа (N1, Со, Мо) Контрастность аномалий свидетельствует об их техногенном происхождении

Максимальный уровень суммарного загрязнения почв тяжелыми металлами (2с>128) представлены тремя локальными ореолами, расположенными в районе ГП «Завод Штамп», где 7г=200 и в сслитебно-промышленном районе между р Тулицей и железной дорогой Москва-Тула (7с= 150) (рис 4)

Функциональные территории города по уровню содержания тяжелых металлов в целом слабо дифференцированы нет четкой и однозначной территориальной зависимости между уровнем загрязнения и функциональной принадлежностью Тем не менее, при средневзвешенном СПК по городу, равной 56, в почвах вокруг промышленных предприятий этот показатель приближается к максимальному уровню {2с >128), а в селитебной территории, особенно в центральной части города с многоэтажной застройкой, - к уровню очень сильно1 о загрязнение

На основе синтеза карт почвенно-геохимических аномалий РЬ, 7л, Н& Си, N1, Со, Мо, Сг, ЭЬ, В, Мп, V, Ва, 5г и и' и карты почвенно-геохимических аномалий по суммарному показателю концентрации аномальных химических элементов составлена итоговая «Карта-схема эколого-почвенно-геохимических зон загрязнения тяжелыми металлами» (рис 5)

Как степень, так и характер загрязнения почв вызывают ответную реакцию городских почв на дальнейший рост техногенной нагрузки и, в итоге, на их геохимическую устойчивость

Не вызывает сомнения тот факт, что оценка геохимической устойчивости почв г Тулы к загрязнению тяжелыми металлами и как результат сама устойчивость, которая нами определялась по результатам экспертной оценки, являются одними из важнейших параметров, по которым в дальнейшем возможно оценивать общую эко-логи«ескую ситуацию в городе I оворя об общей экологической ситуации, мы не можем не брать во внимание постоянно изменяющиеся условия среды, проявляющиеся как в изменении площадей функциональных зон, так и в постоянном росте техногенной нагрузки

Учитывая вышесказанное, становится очевидно, что такой параметр, как геохимическая устойчивость, в первую очередь должен обладать прогностическими свойствами и учитывать целый ряд изменений, способных наиболее серьезным образом отразиться не толы-о на самой устойчивости почв, но и на общей экологической обстановке в городе

Табтца 2 - Показатели рНм>,)„ поверхностного горизонта (0-10сч) почв и грунтов _г Тулы (<данные автора)__

№ пробы Место отбора проб РН

1 Пос Косая Гора, промышленная зона (ОАО «КМЗ») 8,22±0,82

2 Пос Косая Гора, малоэтажная застройка 8,02±0,80

3 Пос Косая Гора, многоэтажная застройка, ул М Горького, 27 8,25±0,83

4 Пос Косая Гора, малоэтажная застройка, ул М Горького 7,94±0,79

5 Пос Косая Гора, леса и парки города, серая лесная почва, горизонт А2В 7,13±0,71

5а Пос Косая Гора, леса и парки города, серая лесная почва, верхняя часть гумусового горизонта 7,25±0,72

56 Пос Косая Гора, леса и парки города, серая лесная почва, середина гумусового горизонта 7,84±0,78

6 г Тула, ЦПКиО им П Г1 Белоусова 7,50±0,75

7 1 Тула, многоэтажная застройка, двор ул Агеева 7,81 ±0,73

8 г Тула, Прол район, ул К Маркса, насыпь ж/ц 8,32±0,83

9 г Тула, Пролетарский район, малоэтажная застройка, ул К Маркса, 157 8,12±0,81

10 г Тула, «Тулачермет», ул Новотульская, 19 8,54±0,85

11 г Тула, малоэтажная застройка, ул Курковая 127 8,15±0,82

12 г Тула, Набережная Дрейера, сахарный завод 8,40±0,84

В обобщенном виде спектры накапливаемых и рассеиваемых химических элементов по зонам представлены в табл 3

Таблица 3 - Спег-тры избыточных и «дефицитных» элементов-загрязнителей _ в почвенпо-геохимических зонах _

Зона № зоны Спектр избыточных элементов Спектр «дефицитных» элементов

Максимальное загрязнение I Н0-гп-Си-М1-РЬ-Со-Ва-8г-Мо-Сг Мп В-БЬ-У-ХУ

Сильное загрязнение II НЕ-М1-гп-Мо-Со-РЬ-Ва-Сг-Си-Бг Мп-У-В-БЬЛУ

Среднее загрязнение Ш Си-РЬ Мп-Мо-вг-Ва-'А'

Слабое загрязнение IV Нй-№-5Ь-В-РЬ-Си-Со-2п Cr-Mn-V-Ba-Sг-W-Mo

Минимальное загрязнение V Мп-БЬ-Р'о-^-Сг гп-Си-№-Со-Мо-У-Ba-B-Sr-W

техногенных и юхиотснных почв г Тулы» масштаба I 25 ООО Оценка производилась по результатам экспертной оценки поивенио-чимических и ландшафтно-геохимических параметров городских почв в балтах

Величина присваиваемого б алча соответствовала способности соответствующих почв к самоочищению от тяжелых металлов путем их «крепления в профиле в виде нерастворимых соединений и/гпи впвода их за пределы ночреньою профиля

Регультаты экспертной оценки почв представпены в табл 4 Суммированием баллов оценена относительная геохимическая устойчивость каждой рассматриваемой ночаы, значения оценок впоследствии были отнесены к различным группам устойчивости по мере возрастания числа баллов (табл 5)

Полученные данные легли в основу составления «Карты геохимической устойчивости почв г Тулы к загрязнению тяжелыми металлами» (рис 6) На основе анализа карты проведено индивидуальное районирование территории города по устойчивости почв Всего выдетено пять индивидуальных районов центральный, северный, южный, западный и восточный Каждый район охарактеризован относительной площадью (%) устойчивых, средне- и малоустойчивых почв, спектром городских почв, наиболее характерным для определенного района (рис 7)

Таким образом, карта районирования наглядно демонстрирует, что комплекс рассмотренных нами факторов как природного, так и техногенного происхождения, их территориальное сочетание являются главным фактором формирования и дифференциации геохимической устойчивости почв к техногенному загрязнению тяжелыми металлами

Карта геохимическои устойчивости почв характеризует не только фактическое состояние эколог ической обстановки в юроде, но и обладает прогностическими свойствами Исходя из анализа территориального распределения геохимически раз-ноустойчивых почв возможно прогнозирование как тенденции развития экологической ситуации на том или ином участке города, так и времеии наступления той или инок стадии неблагоприятной экологической трансформации городских экосистем

Полученные нами результаты могут являться основой для осуществления управленческих мероприятий Администрацией г Тулы в области экологии и природопользование, градостроительства, промышленного и гражданского строительства, будет способствовать рациональному и безопасному, с экологической точки зрения, градостроительному освоению новых территорий и оптимизации урабанизационных процессов

Таби/ца 4- Легенда к «Схематической карте геохимической устойчивости природных, природно-техногенных и техногенных почв г Ту к загрязнению тяжелыми металлами» (2п, 56, РЬ, Н", Си - Со, N1, Мо)

Оценка почвенно-химическкх и ландшафтко-геохимических факторов устойчивости

Почвеин о -химич е ски е Ландшафтно-геохичические

Функциональные террэтории города Участки городских функциональных террито- Почвы «9 О ? t а é t> s *> â a £ 2 S * il II a. *- S Й 2 i 3 Î il Окислите пьно- восстановительные >C40BIW Ландшафтно гео\имичес.кне барьеры

рии а и S О i S С s 0 1—1 A $ и с ? £ Ï1 i ы Этюви ал>ные Подчнн ечные Этювн аль ные Под'мгн ечные

Теоретически возможные баллы 0-5 1-5 1-2 0-3 1-3 1-3 1-3 1-2

Природные ко\пл<?ксы г Туты Леса и парки Серые тесные ï 1 1 3 3 1 1 1 1 2

Садовые участки и фрмсторые сады Куяьгуро- земы 5 1 2 2 2 2 1 2 1 2

Кладбнша Некроземы 4 1 1 2 2 2 1 1 1 i

Селитебная территория г Гулы Индивиду аяь на* застройка Культ\ро-эемы 4 1 1 2 2 2 1 1 1 2

Многоэтажная застройка Урбоземы 3 2 1 1 1 3 1 1 1 2

Городские пустоши Урбо-серые лесные 2 2 2 2 2 2 1 2 1 1

Промышленные тер-р;ггории Про-л^шиен кые предприятия Индустри-земы 1 3 1 1 1 3 1 1 1 2

Гаражи и АЗС Интразе*. ы 1 3 1 1 1 3 2 2 2 2

Отстойники и свалки Гру>*ш прн- рояно-течногеняыг ! 3 2 0 0 3 2 2 2 2

Транспорт рые магист- Автомобиль ные дороги, у типы Грунты техногенные 0 3 2 0 0 3 2 I 2 2

рали Желез! ые лорогп Грунты техногенные 0 3 2 0 0 3 2 1 2 2

Табпица 5- Группировка почв г Туш по геохимической устойчивости к загрязнению

тяж елыми металлами

Группы геохимическом устойчивости почв

Степень Iеохи-

мической устой- Устойчивые Среднеустойчивые М&юустойчивые

чивое! и

Суммы баллов 19-20 17-18 15-16

Урбо-серые лес-

ные

Культуроземы

территорий с ин-

дивидуальной за-

Серые лесные стройкой Урбоземы

Почвы и грунты Грунты природно- Индустриоземы

техногенные

Культуроземы

садовых участ-

ков и фруктовых

садов Некроземы Г рунты техногенные

Интраземы

Райэдмрзездме т Тупы ■ пй геохимическом устойчивости почв к загрязнению тяжелыми металлами

КАРТА

Рр

<. ГЕОХИМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ £ ПОЧВ г. ТУЛЫ К ЗАГРЯЗНЕНИЮ

тяжелыми МЕТАЛЛАМИ

Рисунок 6 - Карта-схема геохимической устойчивости почв г. Тулы к загрязнению

тяжелыми металдами

Центральный район Северный район Западный район

ы

Южный район Восточный район

Рисунок 1 - Диаграмма разделения территории г. Тулы по геохимической устойчивости почв к загрязнению щяжеяьШи

металлами

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в диссертационной работе на основе экспериментальных и теоретических исследований установлены новые и учтены существующие закономерности техногенного загрязнения почв Подмосковного угольного бассейна тяжелыми металлами, что позволило разработать систему мониторинга загрязнения почв и комплекс мероприятий, повышающих эффектнвноыь оценки воздействия на окружающую среду в целом

Основные научные и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем

1 Почвы Подмосковного бассейна являются продуктом территориального сочетания и дифференциации природных, природно-техиогенных и сугубо тсхею-генных почвообразовательных факторов и процессов

2 Впервые составлена «Карта природных, природно-техногенных и техногенных почв I Тулы», отображающая почвенные ресурсы юрода, пространственные и функциональные зависимости почв и почвенного покрова с окружающей средой

3 По степени концентрации в почвах города выделены две группы элементов

- активно накапливающихся по сравнению с их фоновыми концентрациями -Си, РЬ, N1, Ъл, Со, Сг, т е элементы первого и второго классов экологической опасности,

- близких к фоновым величинам - Мп, Ва, вЬ, В

4 Установлено, что участки с сильным уровнем суммарного загрязнения почз тяжелыми металлами (2с=32-64) охватывают около 40 % всей территории города, а с максимальным (2с>128) представлены двумя локальными ореолами, расположенными в районе ГП «Завод Штамп», где 2с=200, и в селитебно-промышленном районе между р Гулицей и железной дорогой Москва-Тула (2с= 150)

5 Выявлено, что по уровням концентрации химических элементов в почвах г Тулы выделяются пять зон — максимального, сильного, среднего, слабого и минимального загрязнения Спектр химических элементов - приоритетных загрязнителей наиболее широк в зоне максимального загрязнения и состоит исключительно из элементов 1-го и 2-то классов экологической опасности В целом расположение эко-лого-почвенно-геохимических зон загрязнения, их морфологические особенности соответствуют функциональному расчленению городской территории, достаточно хорошо согласуются геоморфоструктурными и биоклиматическими характеристиками территории города

6 Установлено, что почвы, почвенный покров в целом обладают большой способностью к саморегулированию, и оценка геохимической устойчивости почв сводится к оценке интегральной подчижности химического элемента в почвеино-химической и ландшафгно-геохимической системах I еохимически самыми устойчивыми являются серые лесные почвы городских лесов, парков и скверов, а также культуроземьт садовых участков и фруктовых садов Малоустойчивыми к загрязнению тяжелыми металлами являются урбоземы территорий с многоэтажной застройкой, индустриземы промышленных зон и техногенные грунты транспортных магистралей Малоустойчивые почвы распространены главным образом в центральной и воеючной час1ях города Ареалы малоустойчивых почв узкими полосами вдоль транспортных магистралей распространяются в разных направлениях от центра Среднеустойчивые почвы в городе занимают наибольшие площади и распростране-

ны повсеместно но преобладают в северной части города и восточных окраинах Устойчивые к загрязнению тяжелыми металлами почвы занимают в городе относительно небольшие площади

7 Выявлено, что грунты, извлекаемые при возведении нулевых циклов строящихся зданий, прокладке различных видов коллекторов, транспортных туннелей, подземных переходов и иных видах рабо!, не всегда можно использовать для проведении планировочных работ при строительстве скверов, парков и других культурных объектов, т к в кульгурном слое содержится значительное количество тяжелых металлов и друг их вредных компонентов

8 Карта районирования (Карта геохимической устойчивости почв г Тулы к загрязнению тяжелыми металлами) отражает комплекс факторов природного и техногенного происхождения, демонстрирует их территориальное сочетание, что является основным критерием формирования и дифференциации геохимической устойчивости почв г Тулы к техногенному загрязнению тяжелыми металлами

9 Результаты исследований используются «Тульским городским центром гра-достроительстиа и землеустройства», департаментом строительства Тульской области, департаментом Тульской области по экологии и природным ресурсам для принятия управленческих решений, направленных на повышение качества окружающей природной среды

Список публикации но теме диссертации

1 Захаров Е И Комплексный состав и структура информационной технологии экологически рационального природопользования на территории тульской области/ Е И Захаров, М С Комиссаров, Б Н Куприн // Сборник материалов VI Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии»-Тула Изд-во ТулГУ, 2005 с 17-19

2 Захаров Е И Оценка и прогнозирование воздействий на окружающую среду/ Е И Захаров, М С Комиссаров, Б Н Куприн //Сборник материалов 2-й Международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики -Тула Изд-во «Гриф и К», 2005 с 38-39

3 Захаров Е И Прироцно-лакдщафтная дифференциация территории/ Е И Захаров, М С Комиссаров, БН Куприн // Сборник материалов 2-й Международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики -Тула Изд-во «Гриф и К», 2005 с 46-47

4 Захаров Е И Особенности современного экологического картографирования/ Е И Захаров, М С Комиссаров, Б Н Куприн // Сборник материалов 2-й Международно конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики - Тула Изд-во «Гриф и К», 2905 с 52-53

5 Захаров Е И Природно-ангропогенные системы/ Е И Захаров, М С Комиссаров, Б Н Куприн // Сборник материалов 2-й Международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики - Тула Изд-во «Гриф и К», 2005 с 58-59

6 Захаров Е И Трансформация экологических функций городских почв/ Е И Захаров, М С Комиссаров// Сборник материалов VI Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии.) -Тула Изд-во ТулГУ, 2005 с 9-10

7 Захарол Е И Факторы формирования городских почв/ Е И Захаров, М С Комиссаров// Сборник материалов VI Международной научно-технической конферен-

ции «Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии» -Тула Изд-во ТулГУ, 2005 с 10-11

8 Захаров Е И Преобразование процессов почвообразования воздействием на природную среду спектра антропогенных нагрузок/ Е И Захаров, М С Комиссаров, Р Г Рябов// Известия ТулГУ Серия Экология и безопасность жизнедеятельности 2006 г Вып 8, с 63-68

9 Захаров Е И Техногенез как современный почвообразующий фактор / Е И Захаров, М С Комиссаров, Р Г Рябов// Известия ТулГУ Серия Экология и безопасность жизнедеятельности 200b г Bun 8, с 68-72

10 Комиссаров М С Трансформация почвообразовательных процессов спектром антропогенных воздействий на природную среду/М С Комиссаров// III Международный форум «Образование, наука, производство» тезисы докладов 2006 Изд-во БГТУ им В Г Шухова, с 44

Автореферат диссертации

Комиссаров Максим Сергеевич Изд Лиц ЛР № 020300 от 12 02 97 Подписано в печать 18 04 2007 Формат бумаги 60x84 1/16 Бумага офсетная Уел печ л 1,4 Уч -изд л 1,2 Тираж 50 зкз Заказ 154 Тульский государственный университет 300600, г Тула, просп Ленина, 92 Отпечатано в Издательстве ТулГУ 300600, г Тула, ул Болдина, 151