Оценка экологического состояния компонентов окружающей среды малых и средних городов севера Московской области

Каплина, Светлана Петровна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Оценка экологического состояния компонентов окружающей среды малых и средних городов севера Московской области
ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Оценка экологического состояния компонентов окружающей среды малых и средних городов севера Московской области"

На правах рукописи

Каплина Светлана Петровна

Оценка экологического состояния компонентов окружающей среды малых и средних городов севера Московской области (на примере города Дубна и городского поселения Дмитров)

Специальность 03.02.08 - экология (биология)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

ю оп гт

005534412

Москва - 2013

005534412

Работа выполнена на кафедре экологии и наук о Земле Государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московской области «Международный университет природы, общества и человека «Дубна» (Университет «Дубна»).

Научный руководитель: кандидат биологических наук, доцент Каманина Инна Здиславовна

Официальные оппоненты: Быкова Елена Пименовна,

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник кафедры географии почв факультета почвоведения ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет имени М.В .Ломоносова»

Мосина Людмила Владимировна,

доктор биологических наук, профессор, профессор кафедры экологии ФГБОУ ВПО «Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К. А. Тимирязева»

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский университет дружбы народов» (РУДН)

Защита диссертации состоится 30 «октября» 2013 г. в 14 часов 30 мин. на заседании диссертационного совета Д.220.043.03 при ФГБОУ ВПО «Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А.Тимирязева» по адресу: 127550, г.Москва, ул.Прянишникова, д. 15 (тел./факс: 8 (499) 976-24-92). e-mail: dissovet@timcad.ru

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке Российского государственного аграрного университета - МСХА имени К. А. Тимирязева.

Автореферат разослан <¿7» cetsZefibt- 2013 г.

Ученый секретарь „ f.

диссертационного совета (jxidl'— В" Селицкая

Актуальность. В настоящее время накоплен обширный материал по оценке экологического состояния различных компонентов окружающей среды (ОС), прежде всего на территориях с высоким уровнем антропогенной нагрузки, мегаполисах и крупных промышленных центрах (Маликов, 2004; Сергеев, 2005; Самаев, 2004; Ажаев, 2007; Шмойлова, 2007; Morillo, Romero, 2008; Massas, Ehaliotis et. al., 2010 и др.). Однако, в структуре городского расселения важным элементом являются малые и средние города (с численностью населения до 100 000 чел.), составляющие 85 % современных российских городов, в которых проживает 27,3 млн. жителей или 26,3 % всего населения страны (URL: http://www.gks.ru/bgd/regl/bl0_109/Main.htm). Такие города остаются недостаточно изученными или не изученными вовсе, в том числе из-за недостатка финансирования.

Согласно экологической доктрине РФ задача сохранения и обеспечения качества окружающей среды в целях сохранения здоровья населения входит в ряд приоритетных в рамках экологической политики России (Экологическая доктрина..., 2002), а угроза ухудшения состояния окружающей среды до критических пределов в настоящее время рассматривается как угроза национальной безопасности страны (Концепция национальной..., 2000). Дня эффективного управления качеством ОС необходимо получение достоверной и своевременной разносторонней информации о фактическом состоянии компонентов ОС для принятия управленческих решений.

Исходя из вышесказанного изучение и оценка экологического состояния различных компонентов окружающей среды урбанизированных территорий, в том числе малых и средних городов является весьма актуальной задачей.

Цель: Провести оценку экологического состояния окружающей среды малых и средних городов севера Московской области (города Дубна и городского поселения Дмитров) на основе данных о состоянии различных ее компонентов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Провести геохимические исследования состояния почв и снежного покрова на территории города Дубна и городского поселения Дмитров.

2. Построить картосхемы распределения химических элементов в почвах и снежном покрове, а также уровня их притока с атмосферными выпадениями по данным снегового геохимического апробирования.

3. Районировать территории города Дубна и городского поселения Дмитров по уровню загрязнения почвы и снежного покрова с учетом функционального зонирования.

4. Выявить основные источники загрязнения атмосферного воздуха города Дубна и городского поселения Дмитров и их компонентный состав на основе данных о состоянии снежного покрова (твердые выпадения) и почв.

5. Провести оценку экологического состояния окружающей среды по данным биоиндикации.

Научная новизна. Дана оценка экологического состояния окружающей среды города Дубна и городского поселения Дмитров, проведено районирование территории по уровню загрязнения почв, снежного покрова и растительности. Впервые выявлены основные ассоциации загрязнителей на территории г. Дубны и городского поселения Дмитров, показаны различия в содержании тяжелых металлов в различных функциональных зонах.

Защищаемые положения:

1. Оценка экологического состояния компонентов окружающей среды, проведенная с использованием местных фоновых значений, позволила районировать территорию города Дубна и городского поселения Дмитров по уровню загрязнения и выявить основные ассоциации загрязнителей: для почв г. Дубны - Си17.128, са5.23, 2^6» для городского поселения Дмитров - Си3-28, гти-и, РЬз-2о, Cd4.11, для снежного покрова г. Дубны - С<135.263, РЬзг-гзз. 2пгыт, СиП-82, Сгш, для городского поселения Дмитров - гп52) Си«, №44-1022. Установленные различия в содержании тяжелых металлов с учетом функционального зонирования территорий города Дубна и городского поселения Дмитров, отражают уровень антропогенной нагрузки. Максимальные концентрации РЬ, Ъп, Си отмечаются в почвах промзон (для г. Дубны (мг/кг): РЬ - 2,72; Ъя. - 12,50; Си - 1,57; для городского поселения Дмитров (мг/кг): РЬ - 7,37; Хп - 26,81; Си - 3,15; N1 - 1,63); высокая среднесуточная нагрузка ТМ наблюдается в селитебной и рекреационной зонах (для г. Дубны (мкг/(м2*сут)): РЬ - до 2,3; 2п - до 1,7; Си - до 1,9; № - до 1,5; для городского поселения Дмитров (мкг/(м2*сут)): РЬ - до 8,1; Хп - до 33,4;

Си - до 5,6; № - до 3,5).

3. Зоны с повышенным содержанием загрязнителей в почве и снежном покрове в условиях постоянно действующих источников загрязнения частично совпадают: для г. Дубны РЬ, 2п, С<1 и №; для городского поселения Дмитров Сё и№

4. Оценка экологического состояния г. Дубны по данным биоиндикации методом флуктуирующей асимметрии показала схожие результаты с оценкой состояния почв и снежного покрова, что позволило выделить на территории города наиболее экологически неблагополучные участки.

Практическая значимость. Полученные автором данные имеют практическое значение для экологического обоснования схем развития и размещения производственных сил, генеральных планов городов и территориально-производственных комплексов, для расчета экологических рисков, для разработки природоохранных мероприятий и принятия управленческих решений. Результаты исследования могут быть положены в основу медико-экологического мониторинга.

Результаты исследования могут быть использованы в информационном блоке в системе комплексного экологического мониторинга Московской области, как основа для мониторинга состояния почв и снежного покрова г. Дубна и городского поселения Дмитров.

Результаты работы использованы в учебном процессе при проведении занятий для студентов специальностей «Геоэкология» и «Экология» по курсам «Геохимия окружающей среды», «Экологический мониторинг», «Экология городского хозяйства», «Экологическое почвоведение», «Физико-химические методы исследования объектов окружающей среды» Университета «Дубна».

Апробация работы. Результаты исследований были представлены на: Молодежной научной экологической конференции «Молодёжь за безопасную окружающую среду для устойчивого развития» (г. Дубна, 2007); 16-ой научной конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов, посвященной 15-летию Международного университета природы, общества и человека «Дубна» (г. Дубна, 2009); Всероссийской научной конференции: Инновации в геоэкологии: теория, практика, образование (г. Москва, 2010); Всероссийской (с международным участием) научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии и природопользования» (г. Москва, 2011, 2012); семинаре по проблемам городской экологии Биологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова (гг. Москва - Дубна, 2011); VIII®1 International youth science environmental forum of Baltic region countries «Ecobaltica 2011» (St.-Petersburg, 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 12 работ, в том числе 3 в рецензируемых журналах из списка ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, выводов, списка литературы и приложений, изложенных на 200 страницах машинописного текста, содержит 49 таблиц и 45 рисунков.

Список литературы насчитывает 197 наименований, в том числе 16 на английском языке.

Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность за помощь в работе над диссертацией научному руководителю к.б.н., доц. Каманиной И. 3., за помощь и ценные консультации - д.б.н., проф. Макарову О. А., д.б.н., проф. Судницыну И. И., к.г.н., доц. Алексеевой JL И., к.б.н., доц. Саватеевой О. А., к.г-м.н., доц. Анисимовой О. В., к.б.н., доц. Лазаревой Г. А., ст. лаб. Филатовой Е.А. За предоставленные материалы директору AHO «Региональный экологический центр «Дубна» к.б.н. Баше С. Г. Особую благодарность за помощь в обсуждении результатов и моральную поддержку ведущему специалисту AHO «Региональный экологический центр «Дубна» Кликодуевой H.A. За моральную поддержку Осмачко Т.Н, к.б.н., доц. Саватеевой О. А., ст.п. кафедры геохимии, космохимии и химии Осмачко М.П., а также всем сотрудникам кафедры экологии и наук о Земле Международного университета природы, общества и человека «Дубна».

Содержание работы Глава 1. Эколого-геохимическая оценка состояния городов (обзор литературы)

В данной главе дан анализ существующих подходов к оценке экологического состояния окружающей среды урбанизированных территорий (Сает, 1990; Касимов, 1999; Макаров, 2002; Савватеева, 2005; Башкин, 2007; Битюкова, 2009).

Практика проведения экологических работ с применением геохимических методов показывает, что результаты геохимической оценки достаточно четко отражают различные уровни техногенной нагрузки, а разработанные классификации позволяют, хотя и условно, определять экологическую опасность установленного загрязнения (Дьяконов и др., 1996; Перельман, Касимов, 1999; Битюкова, 2009).

Качество среды обитания человека определяется как совокупность условий, обеспечивающих или не обеспечивающих здоровье. На долю факторов, связанных с качеством окружающей среды (экологическим фактором), по разным оценкам приходится от 10 до 57 % (Боев, Быстрых, 1999; Лукаткин, Ручин и др., 2008; Малхазова, Королева, 2009).

Глава 2. Объекты и методы исследования

Объекты исследования - город Дубна и городское поселение Дмитров -расположены на севере Московской области и удалены на расстоянии 128 и 65 км от г. Москвы. Численность населения до 100 тыс. человек. Город Дубна является одним из «опорных» городов Сергиево-Посадской рекреационно-

аграрной устойчивой системы расселения, он наделен статусом наукограда Российской Федерации и является городским округом.

Город Дубна расположен на южной оконечности Верхне-Волжской плоской низменности, городское поселение Дмитров - в основном на Клинско-Дмитровской гряде. Климат района исследования умеренно-континентальный, несколько более влажный и холодный в районе г. Дубны. Среднегодовая сумма осадков в г. Дубне составляет 783 мм, на территории городского поселения Дмитров - 676 мм. Число дней со снежным покровом в среднем 145 дней. Средняя глубина снежного покрова 400 мм, плотность 250 кг/м3. Преобладающими направлениями ветра в течение года являются южные и юго-западные. Среднегодовая скорость ветра 3,2 м/с.

Почвы района исследования типичны для севера Московской области, расположенного в среднерусской провинции дерново-подзолистых среднегумусированных почв (Почвенно-геологические условия..., 1984).

Среди промышленных предприятий преобладает машиностроение, приборостроение, деревообработка, производство строительных материалов. Все предприятия характеризуются небольшими объемами производства.

В атмосферный воздух г. Дубна от стационарных источников выбрасывается > 80 вредных веществ; суммарный объем валовых выбросов в среднем составляет ~ 1500 т/год. Основным стационарным источником загрязнения атмосферы являются котельные, на которые приходится 60-70 % общего объема выбросов стационарными источниками. На долю автотранспорта приходится около 60% от общего загрязнения атмосферного воздуха города, что составляет ~ 2000 т/год (Годовой отчет...., 2007,2008,2009, 2010). Наибольший вклад в загрязнение атмосферы городского поселения Дмитров вносят Дмитровский завод фрезерных станков, Дмитровский завод мостовых железобетонных конструкций. Суммарный валовый выброс загрязняющих веществ в атмосферный воздух от стационарных источников - 1650 т/год, из них котельные - 657 т/год. Выбросы от автотранспорта ~ 2457 т/год (Генеральный план..., 2010).

Методы исследования. Оценка экологического состояния окружающей среды г. Дубны и городского поселения Дмитров проводилась на основе данных о состоянии почв и снежного покрова, биоиндикации. Исследования проводились в период 2003 - 2010 гг. Отбор проб проводился по равномерной случайно-упорядоченной сетке с охватом всех функциональных зон. На территории г. Дубны было отобрано 47 проб почвы и 61 проба снежного покрова, на территории городского поселения Дмитров - 30 проб почвы и 32 пробы снежного покрова. Пробы почв были отобраны из верхнего горизонта; каждая проба представляла собой смешанный образец, отобранный с площадки 10x10 м методом «конверта» в соответствии с МУ 2.1.7.730-99. В образцах

определялись общие агрохимические показатели и содержание тяжелых металлов (TM) (Pb, Zn, Cd, Си, Ni) в 1 н. HN03 вытяжке методом атомной абсорбции. Отбор проб снежного покрова проводился в период максимального влагозапаса из всей толщи снежного покрова в соответствии с РД 52.04.186-89. Были определены гидрохимические показатели и содержание ТМ: в талой воде (растворимая часть) Pb, Zn, Cd, Си и Ni; в твердой фазе (нерастворимая часть) Pb, Zn, Cd, Си, Ni, Cr, Мп и Fe методом атомной абсорбции. Все определения проводились в аккредитованной лаборатории Эколого-аналитического центра «Международного университета природы, общества и человека «Дубна» по стандартным методикам (Аринушкина, 1970; РД 52.04.186-89; РД 52.18.191-89; Практикум по агрохимии, 2001). Дополнительно в 2003, 2005 и 2008 годах на территории г. Дубны проводились биоиндикационные исследования растительности методом флуктуирующей асимметрии. Пробоотбор проводился по единой сети пробоотбора (113 точек) по методике, разработанной лабораторией биоиндикации КГПУ им. К. Э. Циолковского (Методика сбора..., 1997). Биоиндикаторы: береза бородавчатая (Betula pendula), клен остролистный (Acer platanoides), мать-и-мачеха обыкновенная (Tussilago farfara), сныть обыкновенная (Aegopodium podagraria). Интегральный анализ проведен на основе поверхности распределения среднеарифметических значений коэффициента флуктуирующей асимметрии по всем видам растений.

Все полученные данные были обработаны методами математической статистики с использованием программных пакетов Statistica 6.0 и Microsoft Excel (Дмитриев, 1995, 2009; Заславский, 2005; Мешалкина, Самсонова, 2008). Анализ полученных статистических параметров показал, что распределение данных по всем показателям отклоняется от нормального распределения. В качестве среднего по всем показателям принималось значение медианы.

Для оценки уровня загрязнения почв и снежного покрова полученные данные сравнивались с фоновыми значениями, а содержание ТМ в почве - с гигиеническими нормативами ОДК (ПДК). В качестве фоновых были выбраны концентрации в районах, испытывающих минимальное антропогенное влияние (для г. Дубны - район «Ратмино», для городского поселения Дмитрова - район с. Внуково).

Состояние почв и снежного покрова оценивалось по общепринятым геохимическим показателям: коэффициент концентрации химических элементов (KJ; суммарный показатель загрязнения (Zc); общая масса пыли в снеговой пробе (Р„); общая нагрузка загрязнения (РыщУ, коэффициент относительного увеличения общей нагрузки элемента (Кр); суммарный показатель нагрузки (Zp) (Методические рекомендации..., 1990).

На основе суммарного показателя загрязнения (Zc) проведено районирование территории по уровню загрязнения почв и снежного покрова.

Построены картосхемы распределения концентраций всех измеренных элементов и показателей в почве и снежном покрове при помощи программных

комплексов Integro (версия Grin View 2.0), Surfer (версия 9.0), Maplnfo (версия 7.0) или ArcView GIS (версия 9.3).

Полученные данные были проанализированы с учетом функционального зонирования городской территории. Были выделены следующие функциональные зоны: промышленная, селитебная, рекреационная и сельскохозяйственная.

Глава 3. Оценка экологического состояния окружающей среды г. Дубны

Почвы. На территории г. Дубны почвенный покров отличается неоднородностью. Естественными почвами города являются дерново-подзолистые почвы с разной степенью выраженности гидроморфизма, приуроченные к рекреационным зонам городских лесов и лесопарков. Почвы селитебной и промышленных зон (урбаноземы) сформированы на насыпных грунтах (Введение в экологию..., 2001).

Результаты исследования показали, что по химическим показателям почвы г. Дубны можно разделить на 2 группы:

1) почвы рекреационных зон имеют кислую реакцию среды (рН 3,1-^-4,2), низкое и среднее содержание гумуса, высокие значения гидролитической кислотности (>10 мг*экв/100 г почвы) и пониженную степень насыщенности основаниями (20^50 %);

2) почвы селитебной и промышленных зон отличаются слабощелочной и щелочной реакцией среды (рН 7,0^-8,2), низким содержанием гумуса (2^4 %), низкой гидролитической кислотностью и высокой степенью насыщенности основаниями (85^99 %).

В почвах г. Дубны по содержанию тяжелых металлов ни в одной пробе не выявлено превышения гигиенического норматива ОДК (ПДК) ТМ для почв населенных мест. С учетом класса опасности почвы относятся к слабой степени загрязнения неорганическими веществами. В качестве фоновых концентраций для почв г.Дубны были приняты следующие значения (мг/кг): РЬ - 1,43; Zn-2,28; Cd - 0,012; Cu - 0,14; Ni - 0,60 (район «Ратмино»), В почвах концентрации ТМ превышают фоновые значения. Выявлены неблагоприятные участки: в правобережной части города в районе селитебной застройки севернее промплощадки ОИЯИ концентрация РЬ составляет 5,41 мг/кг, Zn -7,26 мг/кг, что превышает фоновое значение в 3,8 и 3,2 раза соответственно; в районе промзоны «Александровка» максимального значения достигает концентрация Си - 17,91 мг/кг (в 128 раз выше фона), концентрация Zn -13,36 мг/кг (в 5,9 раз выше фона), Cd - 0,144 мг/кг (в 12 раз выше фона). В левобережной части города в районе промзоны концентрация РЬ - 5,67 мг/кг (в 4 раза превышает фон), Cd - 0,156 мг/кг (в 13 раз выше фона), Си - 1,04 мг/кг (в 7,4 раз выше фона); в районе въезда на плотину (данный район характеризуется

повышенной транспортной нагрузкой, так как является единственным транспортным сообщением между левобережной и правобережной частями города), концентрация РЬ составляет 5,54мг/кг, Ъа. — 16,17 мг/кг, Сё- 0,067 мг/кг, Си - 2,11 мг/кг, что превышает фоновое содержание в почве в 3,9; 7,1; 5,6 и 15,1 раз соответственно. Следует отметить, что для почв г. Дубны характерно повышенное относительно фонового значения содержание Сс1 и Си на всей территории: кадмий — 60 % проб превышают фон более чем в 5 раз, медь - 66 % проб превышают фон в 5 раз, 25 % проб - в 10 раз.

Статистические показатели содержания тяжелых металлов в почвах г. Дубны представлены в таблице 1.

Таблица X. Статистические показатели содержания тяжелых металлов в почвах

Элемент X Мес1 МЫ Мах а Ка Е

РЬ 2,15 1,86 0,50 5,67 1,58 1,26 0,18 1,48 1,82

гп 6,23 5,47 0,43 20,54 20,03 4,48 0,65 1,53 2,66

С(1 0,09 0,08 0,012 0,275 0,00 0,05 0,01 1,15 2,21

Си 1,80 1,04 0,09 17,91 9,93 3,15 0,46 3,99 16,99

N1 1,14 0,99 0,17 4,98 0,68 0,83 0,12 2,66 10,00

Результаты корреляционного анализа показали отсутствие значимых коэффициентов корреляции содержания ТМ в почве.

По суммарному показателю загрязнения почв (рис. 1) основная часть городской территории относится к среднему уровню загрязнения (2,с 16-32). Почвы на окраинах города (в основном правобережной части) соответствуют низкому уровню загрязнения (£е<16). На территории города также выявлены районы с высоким уровнем загрязнения {Хс 32—128): в левобережной части в районе въезда на плотину и в районе частной застройки (ул. Кирова), основной вклад вносят Сип.гг и Cd9.11; в правобережной части города - практически вся Институтская часть, включая зоны жилой застройки, основной вклад в загрязнение вносят Си^.вб и Сё5.2з. Район с очень высоким уровнем загрязнения (Д->128) приурочен к промышленной зоне «Александровка», основной вклад

ВНОСЯТ Си128, С<112,

Максимальные концентрации РЬ, Хп, Си характерны для почв промышленной зоны, минимальные - для рекреационной и с/х зон. Максимальные концентрации N1 отмечаются в селитебной и с/х зонах. Сс1 распределяется равномерно практически по всей территории города (табл. 2).

Таблица 2. Содержание тяжелых металлов* в почвах различных функциональных зон г. Дубны, мг/кг_

Элемент/зона РЬ Ъп С(1 Си №

Промзона (п = 4) 2,72 12,50 0,06 1,57 0,88

Селитебная зона (п = 26) 1,85 6,01 0,09 1,15 1,17

Рекреационная зона (п = 10) 2,00 2,85 0,05 0,47 0,70

Сельскохозяйственная зона (п = 7) 1,54 2,70 0,09 1,07 1,45

* вытяжка 1 н. НЫ03, п — количество точек в выборке

Снежный покров. На территории г.Дубны наблюдается повсеместное подщелачивание атмосферных осадков, в том числе на фоновой территории. Значение рН колеблется от 4,56 до 7,37. 61 % проб имеет значение рН от 6 до 7; 23 % проб лежат в диапазоне рН от 5 до 6; 10 % проб имеет рН<5; 6 % проб -рН>7. Удельная электропроводность колеблется от 4,5 до 7,0мхСм/см, что говорит о слабой минерализации и незначительной загрязненности атмосферных осадков. Концентрации ЫОз", 8С>42", Са2+ и М^* и С1" в снежном покрове не превышают ПДКрх (табл. 3). Сульфаты обнаружены только в 25 % исследованных проб.

Концентрация №1»+ в 20% случаев превышает ПДКрХ, максимальная концентрация 3,63 мг/дм3 (7,3 ПДКрх). Концентрация НС03" в 28 % случаев превышает ПДКрх,максимальная концентрация 26,8 мг/дм3 (3,8 ПДКрХ) (табл. 3).

По гидрохимическим показателям снежного покрова на территории города выявлено несколько неблагоприятных районов. В левобережной части выделяются два района: на востоке, в непосредственной близости от промзоны, образованной значительно недавно, отмечается повышенная концентрация ЫН,+, БО^", М£2+ и значение рН>7; в центральной части в зоне жилой застройки - высокая концентрация ИН/ и >Юз", значение рН 6,81. В правобережной части города также выделяются два района: в Институтской части города севернее Восточной котельной отмечается высокая концентрация МН/, 8042", НС03", значение рН>7; в районе пересечения Нового шоссе и дороги, ведущей на полигон ТБО - максимальная концентрация ИН/, значение рН>7.

Исследования снежного покрова на территории г. Дубны проводились при участии автора также в 2005 и 2009 гг. Результаты проведенных исследований показали, что ионный состав снежного покрова в период 2005 - 2010 гг. варьирует незначительно, рН имеет сдвиг в щелочную сторону и относится к гидрокарбонатно-хлоридному типу (Каплина, Каманина и др., 2007,2010).

Таблица 3. Статистические показатели химического'состава снежного покрова

Элемеш' X Мей Мт Мах О а 5; Ка Е

рН, ед. 6,26 6,46 4,56 7,37 0,52 0,72 0,09 -0,75 -0,37

N11/, мг/дм1 0,43 0,27 0,02 3,63 0,31 0,56 0,08 4,18 21,69

Ы03", мг/дм1 1,° 0Т7 0,1 11,3 2,2 1,5 0,2 6,4 44,7

80Д мг/дм1 4,1 2,7 0,5 16,8 19,4 4,4 Ы 1,9 4,0

НСОз'мг/дм1 7,3 7,3 2,4 26,8 16,3 4,0 0,5 2,4 9,6

Са^ мг/дм1 1,6 1,4 0,8 4,0 0,4 0,6 0,1 2,2 4,5

Мй" мг/дм1 0,4 0,2 0,0 7,3 1,0 1,0 0,1 5,9 39,6

СГ, мг/дм1 40,2 32,0 7,1 177,3 948,0 30,8 4,8 2,5 8,9

В результате корреляционного анализа (при Р = 0,95) выявлена сильная ЗО,»2' - НСОз'(г = 0,85) и средняя 8С>42" - ЫН^ (г = 0,51) корреляционная связь.

Результаты исследований показали, что в 97 % проб отмечается превышение концентрации РЬ в талой воде от 2 до 41 ПДКрх. По содержанию

гп в 72% проб превышение ПДКрх от 1,2 до 13,5 раз. Превышение концентрации Си составляет от 1 до 17 ПДКрх. Кадмий обнаруживается в талой воде в 10 % проб, максимальная концентрация - 55 мкг/дм3 (11 ПДКрх). Никель обнаруживается в 46 % проб, превышение ПДКрх отмечается в 90 % случаев, максимальная концентрация - 39,9 мкг/дм3 (4 ПДКрх).

Максимальные концентрации РЬ и Сс1 в талой воде отмечаются в промышленной зоне, № - в селитебной зоне, Ъп - в рекреационной. Различия между зонами в концентрации Си незначительны (табл. 4).

Таблица 4. Содержание тяжелых металлов в талой воде различных

Элемент/зона РЬ Ы Сй Си N1

Промзона (п = 18) 39,0 17,7 25,4 6,5 15,9

Селитебная зона (п = 20) 27,8 17,7 1,0 6,3 21,4

Рекреационная зона (п = 23) 20,6 20,9 3,6 6,1 10,3

п—количество точек в выборке

Так как на территории г. Дубны отсутствуют снегоплавильные станции с локальными очистными сооружениями, вся масса как взвешенных, так и растворенных веществ поступает в окружающую среду. Учитывая, что на территории города находится большое количество водных объектов, в том числе использующихся в качестве поверхностного источника питьевого водоснабжения, как г. Дубны, так и г. Москвы, контроль за качеством талых вод требует особого внимания.

Расчет пылевой нагрузки показал, что вся территория г. Дубны имеет низкий уровень загрязнения пылью.

По абсолютным концентрациям ТМ в пыли на территории г. Дубны левобережная часть города значительно более загрязнена, чем правобережная, что связано с наличием предприятий машиностроительного комплекса.

По суммарному показателю загрязнения снежного покрова (рис. 1) большая часть территории г. Дубны относится к низкому уровню загрязнения (гс 32-64). В левобережной части города выделяются районы с высоким уровнем загрязнения (2С 128-256) южнее промзоны, основной вклад вносят Сс135, РЬз2, гп26; в зоне селитебной застройки, основной вклад вносят С<1Й2, РЬ47, гам, Сиз 1; с очень высоким уровнем загрязнения (г<>256) в зоне частной застройки, основной вклад вносят РЬгз5, С6т, Сги8 и на северо-востоке от промзоны, основной вклад вносят Сёгбз» РЬзз-85» Си] 1-82, Хпгв-и-

Самым неблагоприятным районом по среднесуточной нагрузке всех исследованных ТМ является район въезда на плотину (РЬ -16,3 мкг/м, что в 10 раз выше фона; Ха - 20,7 мкг/м2, что 8,6 раз выше фона; Сс1 - 0,32 мкг/м2, что в 10,6 раз выше фона). Выделяются районы: восточнее промзоны в левобережье (С<1 - 0,77 мкг/м2*сут), что в 25,6 раз выше фона); в правобережной части севернее Восточной котельной (Хп - 80,2 мкг/(м**сут), что в 33 раз выше фона) и западнее промплощадки ОАО ПК«Тензор» (N1 - 12 мкг/(м2*сут), что в 5 раз выше фона; Мл - 24,5 мкг/(м2*сут), что в 3,3 выше фона).

а) б)

Рис. 1. Районирование территории г. Дубны по уровню загрязнения: а) почва; б) снежный покров

По суммарному показателю нагрузки ТМ (1Р) вся территория г.Дубны относится к низкому уровню загрязнения.

Статистические показатели содержания и тяжелых металлов в талой воде, в твердой фазе снежного покрова и среднесуточной нагрузки г. Дубны представлены в таблице 5.

Таблица 5. Статистические показатели содержания тяжелых металлов в талой воде (п = 61, Р = 0,95), в твердой фазе снежного покрова и среднесуточной нагрузки

{п = 34, Р = О,95) г. Дубны __

Элемент X Мес1 Мт Мах а Ка Е

Твердая фаза

мг/кг

РЬ 368 58 17 5750 1081114 1040 178 5 23

Ъп 2661 507 213 38750 51018816 7143 1225 4 21

С6 10,39 1,50 0,41 113,0 696,56 26,4 5,28 3,30 10,76

Си 243 48 20 2500 361894 602 103 3 11

N1 276 32 14 3300 596931 773 133 4 13

Сг 50 9 2 725 18046 134 23 4 21

Мп 784 223 85 13125 5171633 2274 390 5 28

Ре 20679 8197 2323 237500 1956259072 44230 7585 4 19

мкг/(мг*сут)

РЬ 2,8 2,3 0,6 16,3 9,2 3,0 0,5 3,2 12,3

Хп 4,7 1,1 0,1 80,2 193,4 13,9 2,4 5,2 28,3

са 0,09 0,04 0,03 0,77 0,02 0,15 0,03 4,09 17,65

Си 1,8 1,8 0,7 3,0 0,4 0,6 0,1 0,4 -0,3

№ 2,1 1,3 0,5 12,0 7,2 2,7 0,5 3,2 10,1

Сг 0,5 0,4 0,1 1,7 0,1 0,3 0,1 1,8 3,9

Мп 8,0 6,7 2,4 24,5 26,4 5,1 0,9 1,3 1,9

Ре 260 217 88 712 20423 143 25 1,3 1,9

Талая вода

мкг/дм*

РЬ 40,7 27,5 2,3 248,2 1732,6 41,6 6,8 3,6 17,2

Ъа 22,4 17,8 3,3 135,3 391,8 19,8 2,5 3,4 17,3

са 15,1 3,6 1,0 55,0 467,8 21,6 8,8 1,7 2,3

Си 6,6 6,3 1,0 17,3 16,2 4,0 0,7 1,1 1,2

N1 17,7 15,3 2,3 39,9 84,6 9,2 1,7 0,6 -0,2

Корреляционный анализ показал, что практически все исследованные ТМ имеют сильную корреляционную связь (г = 0,80-Ю,99 при Р = 0,95).

Корреляционные связи между среднесуточной нагрузкой ТМ значительно слабее. Результаты корреляционного анализа указывают на отсутствие значимых коэффициентов корреляции (при Р=0,95), за исключением пары Мп - Бе (г = 0,77), для которой выявлена сильная корреляционная связь. При этом наиболее высокий коэффициент корреляции (средняя корреляционная связь) отмечается между парами: РЬ - № (г = 0,67), № - Бе (г = 0,64); № - Си (г = 0,62); РЬ - Бе и N1 - Мп (г = 0,60); Си - Бе (г = 0,59); РЬ - Си (г = 0,57).

Выявлены высокие корреляционные связи между содержанием ТМ в талой воде: РЬ — Сё (г = 0,92) и Сс1 - № (г = 0,84). Для остальных исследованных металлов значимых корреляционных связей не выявлено.

В промышленной зоне отмечаются максимальные значения содержания в твердой фазе Ъл и Сс1, а в селитебной зоне - РЬ, Си, Мп и Бе. Максимальная среднесуточная нагрузка практически по всем исследованным металлам наблюдается в селитебной и рекреационной зонах, что вызывает определенную тревогу (табл. 6).

Таблица 6. Содержание и среднесуточная нагрузка тяжелых металлов в твердой фазе снежного покрова различных функциональных зон г. Дубны

Элемент/зона РЬ | Zn | Cd | Cu | Ni Pb | Zn | Cd Cu | Ni

мг/кг мкг/(м'*сут)

Промзона (п = 8) 49 543 1,90 49 32 1,3 0,6 0,01 1,5 0,9

Селитебная зона (п = 16) 78 509 1,60 59 33 2,3 1,1 0,04 1,8 1,3

Рекреационная зона (п = 10) 44 472 1,02 33 32 2,1 1,7 0,03 1,9 1,5

п - количество точек в выборке

Биоиндикация. В результате проведенных биоиндикационных исследований методом флуктуирующей асимметрии в период с 2003 по 2008 гг. на территории г. Дубны выявлены районы с некоторыми отклонениями от нормы (рис. 2). Территория г. Дубны неоднородна, наблюдается пятнистость (мозаичность). Выделяются несколько областей с повышенными показателями коэффициента флуктуирующей асимметрии в диапазоне от 0,0065 до 0,0095: это центральная часть территории Большой Волги, что связано с активным строительством и высокой плотностью застройки; в Левобережье, восточнее в районе промзоны «Александровка».

2003 год 2005 год 2008 год

Рис. 2. Распределение интегрального коэффициента флуктуирующей асимметрии на территории г. Дубны 2003,2005 и 2008 годы

В последние годы наблюдается увеличение минимального значения и снижение максимального значения коэффициента флуктуирующей асимметрии. Фактически неизменное значение среднего свидетельствует о довольно устойчивой антропогенной нагрузке на территории г. Дубны. Уменьшение количества точек наблюдения связано с постоянной застройкой, в том числе точечной, благоустройством территорий, что приводит к сокращению числа индикационных видов (табл. 7).

Таблица 7. Статистические показатели коэффициента флуктуирующей асимметрии на территории г. Дубны ______

Год X Меа Мт Мах О а Ка Е

2003 (п = 93 ) 0,007 0,006 0,001 0,018 0,000 0,003 0,000 0,791 0,506

2005 (п = 91) 0,006 0,005 0,002 0,015 0,000 0,003 0,000 1,144 1,389

2008 (п= 84) 0,005 0,005 0,002 0,015 0,000 0,003 0,000 1,567 3,134

п - количество точек в выборке

Комплексная оценка. Сопряженный анализ загрязнения почв и снежного покрова позволил провести районирование города Дубны по динамическим особенностям загрязнения. Наибольший интерес представляет сопоставление картосхем содержания ТМ в почве и среднесуточной нагрузки этих элементов с атмосферными выпадениями (рис. 3), а также сопоставление распределения значений рН почв и снежного покрова.

свинец

кадмии

цинк никель

Рис. 3. Зоны повышенного содержания ТМ в почве и снежном покрове на территории г. Дубны

Частичное наложение зон повышенных значений в почве и снежном покрове отмечается в районе туннеля и плотины (РЬ, Хп, Сс1, №); восточнее левобережной промзоны (РЬ, Сс1), где расположены предприятия машиностроительного комплекса; промзона «Александровка» (Хп). На большей части территории города отмечается совпадение слабощелочных и щелочных значений рН.

Районирование территории города Дубна по состоянию почв, снежного покрова и биоиндикации во многом коррелирует с картосхемой районирования территории города по состоянию атмосферного воздуха (Система экологической..., 2005), построенной по результатам сводного расчета рассеивания от промышленных предприятий и автотранспорта.

Глава 4. Оценка экологического состояния окружающей среды городского поселения Дмитров

Почвы. По химическим показателям почвы городского поселения Дмитров отличаются своей относительной однородностью. Почвы характеризуются нейтральной и слабощелочной реакцией среды (рН 6,0-^-7,5), очень низкой и низкой степенью гумусности (до 4 %), и высокой степенью насыщенности основаниями (90^99 %).

На обследованной территории по содержанию тяжелых металлов ни в одной пробе не выявлено превышения гигиенического норматива ОДК (ПДК) для почв населенных мест. С учетом класса опасности почвы городского поселения Дмитров относятся к слабой степени загрязнения неорганическими веществами.

Результаты содержания ТМ в почвах сравнивались также с фоновыми значениями. В качестве фоновых концентраций для почв городского поселения Дмитров были приняты следующие значения (мг/кг): РЬ—1,03; Хп — 2,41; С<1 — 0,006; Си-0,27; М-0,40 (с. Внуково). Выделяются несколько неблагоприятных районов. В юго-восточной части г. Дмитрова — четко выраженный локальный очаг (с центром ул. Высоковольтная и ул.Космонавтов) с повышенным содержанием ТМ в почвах: РЬ — 20,97 мг/кг (в 20,4 раза выше фона), Хп - 36,16 мг/кг (в 15 раз выше фона), С<1 — 0,064 мг/кг (в 10,7 раз выше фона), Си — 3,15 мг/кг (в 11,8 раз выше фона), № — 2,26 мг/кг (в 5,6 раз выше фона). Второй неблагоприятный район — в центральной части г. Дмитрова (ул. Инженерная и ул. Подьячева): содержание Си — 7,52 мг/кг (в 28 раз выше фона), Хп - 26,81 мг/кг (в 11,1 раз выше фона), Сс1 - 0,056 мг/кг (в 9,3 раз выше фона), № — 1,63 мг/кг (в 4,1 раз выше фона). Важно отметить, что данный очаг повышенных концентраций располагается в зоне жилой застройки. В западной

части г. Дмитрова (район «Заречье») содержание № - 2,52 мг/кг (в 6,3 раза выше фона), Ъл -15,58 мг/кг (в 6,5 раз выше фона).

Статистические показатели содержания тяжелых металлов в почвах городского поселения Дмитров представлены в таблице 8.

Таблица 8. Статистические показатели содержания тяжелых металлов в почвах

Элемент X КЫ М'т Мах £ а 5.- Ка Е

РЬ 3,08 1,99 0,63 20,97 13,78 3,71 0,68 4,14 19,64

2п 9,11 5,92 1,72 36,16 58,41 7,64 1,40 1,98 4,84

са 0,02 0,02 0,002 0,064 0,00 0,01 0,001 2,35 6,54

Си 0,90 0,57 0,20 7,52 1,85 1,36 0,25 4,37 20,68

№ 1,10 0,95 0,40 2,52 0,29 0,54 0,10 0,98 0,62

Выявлены высокие корреляционные связи (при Р = 0,95) между следующими металлами: Ъп - Сё (г = 0,87); РЬ - 2л и Сё - Си (г = 0,79); РЬ - Сё (г = 0,76); 2л - Си (г = 0,71), что характеризуется как сильная корреляционная связь.

По суммарному показателю загрязнения почв (рис. 4) большая часть городского поселения Дмитров относится к низкому уровню загрязнения (гс<16). В юго-восточной части г. Дмитрова выявлен район, приуроченный к центральной промышленной зоне и восточной объездной дороге. Данная аномалия имеет четко выраженное ядро с высоким уровнем загрязнения 32-128), основной вклад вносят Си^-гв. 2пц.15, РЬ5-2о. Cd9.11. Ядро аномалии оконтуривается по ул. Высоковольтная на юге; ул. Космонавтов на севере и на востоке; ул. Пушкинская на западе. Центр этой аномалии захватывает жилую застройку г. Дмитрова микрорайон Космонавтов. Зона со средним уровнем загрязнения (2С 16-32) простирается на востоке до д. Митькино, на юге — с. Борисово и ул. Одинцово, на западе - ул. Московская, на юго-западе -ул.Волгостроевская и на севере - ул.Аверьянова. В районе «Заречье» в западной части г. Дмитрова выделяется район со средним уровнем загрязнения (гс 16-32), основной вклад вносят РЬ3_5, №мСиз-4, С<1». В данном районе располагается ряд промышленных предприятий.

Максимальные концентрации всех ТМ характерны для почв промышленной зоны. Различия в содержании металлов в селитебной, рекреационной и с/х зонах незначительны (табл. 9).

Таблица 9. Содержание тяжелых металлов* в почвах различных функциональных

Элемент/зона РЬ га Сй Си №

Промзона (п = 3) 7,37 26,81 0,06 3,15 1,63

Селитебная зона (п = 15) 1,74 5,54 0,02 0,57 0,94

Рекреационная зона (п = 5) 1,91 4,29 0,02 0,52 0,83

Сельскохозяйственная зона (п = 7) 2,01 6,04 0,01 0,31 0,96

* вытяжка 1 н. НЫ03, п - количество точек в выборке

Снежный покров. На территории городского поселения Дмитров значение рН колеблется от 5,6 до 9,4. Больше половины (59 %) исследованных

проб имеют значение рН>6,5; 19 % проб имеют значение рН>7,0. Удельная электропроводность в районе исследования колеблется от 5,5 до 8 мкСм/см.

Концентрации Ш/, КЮ3", 8042' и СГ не превышают ПДКрХ (табл. 10).

Таким образом, на территории городского поселения Дмитров наблюдается повсеместное подщелачивание атмосферных осадков, в том числе на фоновой территории. Выявлен неблагоприятный район в юго-восточной части г. Дмитрова в непосредственной близости от центральной промзоны и восточной объездной дороги, где отмечается повышенное содержание в талой

воде вОД Ш/, СГ, значение рН>7.

Таблица 10. Статистические показатели химического состава снежного покрова городского ™ ' "

Показатель X Мей МЫ Мах й а Ка Е

рН, ед. 6,7 6,6 5,6 9,4 0,4 0,6 0,1 2,7 12,1

ШЛит/дат1 0,15 0,13 0,02 0,49 0,01 0,11 0,02 1,83 3,74

N03", мг/дм1 4,2 1,8 0,1 12,0 15,3 3,9 0,9 0,8 -1,1

БОАмг/даг1 5,6 4,8 1,4 22,0 20,5 4,5 0,9 2,6 7,4

СГ, мт/дат* 7,1 7,4 2,1 14,2 8,5 2,9 0,5 ол -0,4

№+,ж/дм* 0,67 0,49 0,05 3,23 0,45 0,67 0,12 2,19 6,04

Вся территория городского поселения Дмитров имеет низкий уровень загрязнения пылью.

На юге г. Дмитрова в непосредственной близости от южной промзоны, выделяется район с максимальными концентрациями ТМ (РЬ, Ъа, Сс1, Си и №). Южнее пос. Канал строй, в непосредственной близости от северной промзоны выделяется район с высоким содержанием РЬ (в 17 раз выше фона), среднесуточная нагрузка в 11,5 раз выше фоновой. Южнее д. Спиридово (автотранспортная развязка Московского большого кольца) отмечается повышенное содержание N1 (в 102 раза выше фона), среднесуточная нагрузка в 75 раз выше фоновой.

Повышенное содержание Хп отмечается в зонах жилой застройки: мкр. ДЗФС, ул. Внуковская, ул. Заводская (среднесуточная нагрузка Ъа. от 6 до 8,9 раз выше фона). Среднесуточная нагрузка Си в 7,5 раз выше фона отмечается в зоне жилой застройки (ул. Внуковская). В районе «Заречье» концентрация Сё и Си в 10 раз выше фона, Хп и N1 в 9 раз выше фона, РЬ в 6 раз, значение рН = 9,4 - это максимальное значение. Тот факт, что повышенная нагрузка металлов отмечается в зонах жилой застройки, ставит под сомнение достаточность размера СЗЗ промзон города Дмитров.

В центре г. Дмитрова (старая часть) концентрация Сё в 10 раз выше фона, а его среднесуточная нагрузка в 8,4 раза выше фона. Здесь также отмечается высокая концентрация № в 17 раз выше фона, а его среднесуточная нагрузка в 15,7 раз превышает фоновую. Отмечается район на северо-востоке (д. Тендиково), где концентрация Сё в 6 раз выше фона, Си - в 7 раз.

По суммарному показателю загрязнения снежного покрова (рис. 4) большая часть городского поселения Дмитров относится к низкому уровню загрязнения (7,с 32-64). Район с высоким уровнем загрязнения 128-256) выявлен на юге г. Дмитров в непосредственной близости от южной промзоны, основной вклад в загрязнение вносят Си48, №44, РЬ29- Район со средним уровнем загрязнения (Хс 16-32) отмечается южнее д. Спиридово (развязка Московского большого кольца), основной вклад вносит N¡102-

а) б)

Рис. 4. Районирование территории городского поселения Дмитров по уровню загрязнения: а) почва; б) снежный покров

По суммарному показателю нагрузки ТМ (2'.¡¡) вся территория городского поселения Дмитров относится к низкому уровню загрязнения.

Статистические показатели содержания и среднесуточной нагрузки тяжелых металлов в твердой фазе снежного покрова городского поселения Дмитров представлены в таблице 11.

Таблица 11. Статистические показатели содержания и среднесуточной нагрузки тяжелых металлов в твердой фазе снежного покрова городского поселения Дмитров

Элемент X Мес) Мт Мах £ а Ка Е

мг/кг

РЬ 354 223 76 2271 185563 431 76 3 13

Хп 2358 1545 396 20790 12574343 3546 627 5 25

са 2,11 1,66 0,55 8,04 2,76 1,66 0,29 1,97 4,51

Си 261 176 39 1863 107957 329 58 4 19

№ 613 154 66 7164 1805556 1344 238 4 19

мкг/(м2*сут)

РЬ 7,2 5,3 1,9 41,2 62,4 7,9 1,4 3,5 12,8

Хп 41,2 32,0 13,5 120,0 648,2 25,5 4,5 1,6 2,4

С<3 0,04 0,03 0,02 0,17 0,00 0,03 0,01 2,75 10,41

Си 4,9 4,0 1,3 23,2 15,1 3,9 0,7 3,6 16,0

№ 5,2 1,8 0,7 75,2 173,4 13,2 2,3 5,2 28,1

Сильная корреляционная связь (при Р = 0,95) отмечается между парами: Ъа - Си (г = 0,92); РЬ - Ъп (г = 0,80); РЬ - Си и Ъъ - С<1 (г = 0,77).

Результаты корреляционного анализа среднесуточной нагрузки ТМ с атмосферными выпадениями указывают на отсутствие значимых коэффициентов корреляции.

Максимальные значения всех тяжелых металлов, за исключением РЬ отмечаются в промышленной зоне. Содержание № в с/х зоне, практически на уровне содержания в промышленной и в более чем в 2,5 раза выше содержания в селитебной и рекреационных зонах.

Максимальная среднесуточная нагрузка отмечается по Ъп в селитебной зоне, по РЬ, Си и № - в рекреационной зоне. Различия по С<1 незначительны (табл. 12).

Таблица 12. Содержание и среднесуточная нагрузка тяжелых металлов в твердой фазе снежного покрова различных функциональных зон городского поселения Дмитров______^__

Элемент/зона РЬ | га | са | Си | № РЬ | Ъа \ са | Си | №

мг/кг мкг/м'*сут

Промзона (п = 3) 204 2815 2,10 357 370 4,4 29,0 0,02 3,7 0,8

Селитебная зона (п = 17) 200 1682 1,46 180 141 5,0 33,4 0,04 4,0 0,7

Рекреационная зона (п = 5) 257 726 0,93 172 140 8,1 27,3 0,03 5,6 3,5

Сельскохозяйственная зона (п = 7) 253 1529 2,05 178 447 4,0 31,8 0,03 2,5 1,8

кадмий никель

Рис. 5. Зоны повышенного содержания ТМ в почве и снежном покрове на территории городского поселения Дмитров

- количество точек в выборке

Комплексная оценка. В центре г. Дмитрова (старая часть) отмечается частичное наложение зон повышенных концентраций Сс1 в почве и снежном покрове. На западе (район «Заречье») - № (рис.

Выводы

1. На территориях г. Дубны и городского поселения Дмитров наблюдается заметный сдвиг в сторону щелочных значений pH относительно фоновых в почве и в снежном покрове.

2. Районирование территорий города Дубна и городского поселения Дмитров по уровню загрязнения почв и снежного покрова выявило неблагоприятные районы, приуроченные к промзонам и автодорогам. Выявлены основные ассоциации загрязнителей: для почв г. Дубны - Cun-i»» Cd3.23, Zn«, для городского поселения Дмитров - С113.28, Zilhj, РЬз.20, Cd4.11, Ni«; для снежного покрова г. Дубны - Cd33.263, РЬз2-235> Zn26-179, Сиц-82, Cri4g, для городского поселения Дмитров - Zn52, Cu48> №44.102.

3. По суммарному показателю за1рязнения почв основная часть г.Дубны относится к среднему уровню загрязнения (Zc 16-32). Район с очень высоким уровнем загрязнения (Z<> 128) приурочен к промышленной зоне «Александровка», основной вклад в загрязнение вносят Cu^g, Cdi2, Zn6-Выявлены районы с высоким уровнем загрязнения (Zc 32-128): в левобережной части в районе въезда на плотину и в районе частной застройки (ул. Кирова), основной вклад вносят CU17.22 и Cd9.11; в правобережной части города практически вся Институтская часть, включая зоны жилой застройки, основной вклад вносят Cui9.86 и Cdj.23. Низкий уровень загрязнения (Zc<16) отмечается в основном на окраинах города. Большая часть городского поселения Дмитров относится к низкому уровню загрязнения почв (Zc<16). В юго-восточной части г. Дмитрова выявлен район с высоким (Zc 32-128) и средним (Zc 16-32) уровнем загрязнения, приуроченный к центральной промышленной зоне и восточной объездной дороге, основной вклад вносят CU12.28. Znu-15, Pb3.20,Cd9.n. В районе «Заречье» выделяется участок со средним уровнем загрязнения (Zc 16-32), основной вклад вносят РЬ3.5, Ni^Ci^, Zn^, СсЦ.

4. По суммарному показателю загрязнения снежного покрова большая часть территории г. Дубны относится к низкому уровню загрязнения (Zc 32-64). Районы с очень высоким и высоким уровнем загрязнения выделяются только в левобережной части города. Район с очень высоким уровнем загрязнения (Z<>256) отмечается в зоне частной застройки, основной вклад вносят РЬ2з5, Znns, Cdn4, Cri48 и на северо-востоке от промзоны, основной вклад вносят Cd263, РЬзз-85. Сиц-82, Zn25.74. Выявлены районы с высоким уровнем загрязнения {Zc 128-256) южнее промзоны, основной вклад вносят Cd35, Pb32, Zn26! в зоне селитебной застройки, основной вклад вносят Cd«, Pb47, Z1144, CU31. Большая часть городского поселения Дмитров относится к низкому уровню загрязнения (Zc 32-64). Район с высоким уровнем загрязнения (Zc 128-256) выявлен на юге г. Дмитрова в непосредственной близости от южной промзоны, основной вклад

вносят Zn52, CU48, №44, Pb29- Район со средним уровнем загрязнения (Zc 16-32), отмечается южнее д. Спиридово (развязка Московского большого кольца) основной вклад вносит N¡102-

5. Выявлены общие закономерности по содержанию ТМ в почве и снежном покрове с учетом функционального зонирования: максимальные концентрации Pb, Zn, Си отмечаются в почвах промзон (для г. Дубны (мг/кг): РЬ-2,72; Zn-12,50; Си-1,57; для городского поселения Дмитров (мг/кг): РЬ-7,37; Zn-26,81; Си-3,15; Ni-1,63); высокая среднесуточная нагрузка ТМ наблюдается в селитебной и рекреационной зонах (для г. Дубны (мкг/(м2*сут)): РЬ - до 2,3; Zn - до 1,7; Си - до 1,9; Ni - до 1,5; для городского поселения Дмитров (мкг/(м2*сут)): РЬ - до 8,1; Zn - до 33,4; Си - до 5,6; Ni - до 3,5.

6. На основе сопряженного анализа данных доказано, что зоны с повышенным содержанием загрязнителей в почве и снежном покрове в условиях постоянно действующих источников загрязнения частично совпадают. Для г. Дубны: в районе туннеля и плотины (Pb, Zn, Cd, Ni); восточнее левобережной промзоны (Pb, Cd), где в основном расположены предприятия машиностроительного комплекса; промзона «Александровка» (Zn); для городского поселения Дмитров: в центре г. Дмитрова (старая часть) - Cd, на западе (район «Заречье») -Ni.

7. Оценка экологического состояния г. Дубны по данным биоиндикации методом флуктуирующей асимметрии показала схожие результаты с оценкой состояния почв и снежного покрова, что позволило выделить на территории города наиболее экологически неблагополучные участки.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Баша С.Г., Каманина И.З., Каплина С.П., Макаров O.A., Савватеева O.A. Оценка состояния биотических компонентов окружающей природной среды г.Дубна Московской области//Науч- практ. журнал «Устойчивое развитие. Наука и практика». - 2004. - № 3. - С. 15-24.

2. Баша С.Г., Каманина И.З., Каплнна С.П., Макаров O.A., Савватеева O.A. Комплексный экологический мониторинг города Дубны. Биоиндикация. Оценка состояния атмосферного воздуха. — М.: Экологический вестник Московского региона, 2004. - № 4 (16).- С. 96 -103.

3. Савватеева O.A., Алексеева Л.И., Каманина И.З. Каплина С.П. Оценка загрязнения территории городского поселения от источников антропогенного воздействия на основе химического анализа снежного покрова на примере Дубны//Современные проблемы науки и образования. - М.: ИД «Академия естествознания», 2007. —№ 5. - С. 115 -123.

4. Каманина И.З., Каплина С.П., Тихомирова И.Е., Савватеева O.A. Мониторинг снежного покрова в районе г. Дмитрова//Сб. материалов

молодежной научной экологической конференции «Молодёжь за безопасную окружающую среду для устойчивого развития». - Дубна: Междунар. ун-т природы, о-ва и человека «Дубна», 2007. - С. 216 - 223.

5. Баша С.Г., Каманина И.З., Каплина С.П., Макаров О.А., Савватеева О.А. Шпинькова М.В. Оценка экологических рисков для биотических компонентов окружающей природной среды г. Дубны Московской области// Геоинформатика. - 2007. - №1. - С. 51-55.

6. Каплина С.П., Каманина И.З. Саватеева О.А. Геоэкологический мониторинг малых и средних городов севера Московской области/УМатериалы Всероссийской научной конференции: Инновации в геоэкологии: теория, практика, образование. Москва, 16-17 сентября 2010 г. - Москва, Географический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, 2010. - С. 191-195.

7. Каплина СЛ., Каманина И.З. Роль мониторинга атмосферных осадков в системе экологического мониторинга малых городов//Материалы 16-й научной конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов, г.Дубна, 23 марта - 3 апреля 2009 г. - Дубна: Международный ун-т природы, о-ва и человека «Дубна», 2010. - С. 89 - 90.

8. Kaplina S.P., Kamanina I.Z.. Complex estimation of the ecological condition of Russia average size towns//The VIII International youth science environmental forum of Baltic région countries «Ecobaltica 2011». Book of proceedings. St.-Petersburg, 2011.-P. 159-163.

9. Каплина С.П., Каманина И.З. Мониторинг почвенного покрова малых и средних городов севера Московской области//Актуальные проблемы экологии и природопользования: сб. науч. тр. - Вып.14. - М: РУДН, 2012. - Ч. 2. с. 108 -114.

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК

10. Каплина С.П., Каманина И.З., Савватеева О.А., Тихомирова И.Е. Оценка степени загрязнения снежного покрова территорий малых городов севера Московской области//Экология урбанизированных территорий. - 2010. -№ 3. -С. 84-89.

11. Каплина С.П., Каманина И.З. Содержание тяжелых металлов в почвенном покрове на территории средних городов севера Московской области и их влияние на здоровье населения//Фундаментальные исследования - 2011. - № 7 -С. 71-75. .

12. Каплина С.П., Каманина И.З., Судницын И.И. Тяжелые металлы в почвах городов Дубна и Дмитров//Агрохимия. - 2012. - № 10. - С. 60 - 65.

Отпечатано с готового оригинал-макета

Формат 60х84'/16. Усл. печ. л. 1,4. Тираж 100 экз. Заказ 43.6.

Издательство РГАУ - МСХА 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 44 Тел.: (499) 977-00-12,977-26-90,977-40-64

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Каплина, Светлана Петровна, Москва

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московской области «М ежд у народ н ы й университет природы, общества и человека «Дубна»

(Университет «Дубна»)

На правах рукописи

04201362047

КАПЛИНА СВЕТЛАНА ПЕТРОВНА

Специальность 03.02.08 - экология (биология)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: к.б.н., доцент Каманина И. 3.

Дубна - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение.......................................................................................3

Глава 1. Эколого-геохимическая оценка состояния городов (обзор

литературы)...................................................................................9

Глава 2. Объекты и методы исследования............................................39

2.1 Общая характеристика г. Дубны..................................................................39

2.2 Общяя характеристика городского поселения Дмитров............................51

2.3 Методы исследования...................................................................................59

Глава 3. Оценка экологического состояния окружающей среды г. Дубны.....74

3.1 Оценка состояния почв города Дубна.........................................................74

3.2 Оценка состояния снежного покрова города Дубна...................................88

3.3 Оценка экологического состояния окружающей среды города Дубна по данным биоиндикации.....................................................................................118

3.4 Комплексная оценка экологического состояния окружающей среды города Дубна.....................................................................................................124

3.5 Общие выводы по главе 3..........................................................................127

Глава 4. Оценка экологического состояния окружающей среды городского поселения Дмитров...........................................................................................130

4.1 Оценка состояния почв городского поселения Дмитров..........................130

4.2 Оценка состояния снежного покрова городского поселения Дмитров ... 141

4.3 Комплексная оценка экологического состояния окружающей среды городского поселения Дмитров.......................................................................160

4.4 Общие выводы по главе 4..........................................................................162

Заключение............................................................................... 164

Выводы.....................................................................................167

Список литературы...........................................................................................169

Приложение 1........................................................................... 186

Приложение 2........................................................................... 194

Приложение 3........................................................................... 200

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Современная урбанизация является одним из важнейших факторов антропогенного воздействия на природу, формирующих глобальную экологическую ситуацию. Территории городов и пригородных зон постоянно испытывают повышенную антропогенную нагрузку, что влечет за собой деградацию и перерождение зональных естественных биоценозов, приводит к снижению их общей продуктивности, нарушениям метаболизма как отдельных живых организмов, так и целых экосистем (Акимова, Хаскин, 2000; Экологическое состояние..., 2001; Urban Ecology, 2008).

В настоящее время накоплен обширный материал и проводятся комплексные исследования по оценке экологического состояния различных компонентов окружающей среды (ОС) прежде всего на территориях с высоким уровнем антропогенной нагрузки, мегаполисах и крупных промышленных центрах (Маликов, 2004; Самаев, 2004; Сергеев, 2005; Шмойлова, 2007; Ажаев, 2007; Зарина, 2009; Бортникова, Рапута и др., 2009; Нестеров, Зарина и др., 2009; Кудряшов, 2010; Нестерова, Цинман, 2012; Grodziñska, 1978; De Koning, Kretzschmar et. al., 1986; Jaffé, Carrero et. al., 1993; Fenger, 1999; Chan, Yao, 2008; Morillo, Romero et. al., 2008; Massas, Ehaliotis et. al., 2010; Gao, Chen et. al., 2011). Однако, в структуре городского расселения важным элементом являются малые и средние города (с численностью населения до 100 000 чел.), которые составляют 85 % современных российских городов, в которых проживает 27,3 млн. жителей или 26,3 % всего населения страны (URL: http://www.gks.ru/bgd/regl/bl0_109/ Main.htm). Несмотря на то, что вопросам охраны окружающей среды уделяется большое внимание на государственном уровне, на практике проблемы урбанизированной среды, в особенности малых и средних городов,

таких как Дубна и Дмитров, остаются недостаточно изученными или не изученными вовсе, в том числе из-за недостатка финансирования.

Согласно экологической доктрине РФ задача сохранения и обеспечения качества окружающей среды в целях сохранения здоровья населения входит в ряд приоритетных в рамках экологической политики России (Экологическая доктрина..., 2002), а угроза ухудшения состояния окружающей среды до критических пределов в настоящее время рассматривается как угроза национальной безопасности страны (Концепция национальной..., 2000). Для эффективного управления качеством окружающей среды необходимо получение достоверной и своевременной разносторонней информации об ее фактическом состоянии (посредством создания системы мониторинга) для принятия управленческих решений (Концепция комплексного..., 2000).

По данным Безугловой Э. Ю., Смирновой И. В. 38 % от общего количества городского населения России проживает на территориях, где не проводятся наблюдения за атмосферным воздухом (Обзор состояния..., 2011). Развитие системы мониторинга состояния окружающей среды в малых и средних городах позволит получить более точную картину фактического загрязнения атмосферного воздуха, почвенного покрова и других компонентов ОС, как отдельных регионов, так и территории России в целом. В настоящее время в связи малым объемом данных об экологическом состоянии таких городов, этими данными пренебрегают, однако в своей совокупности малые и средние города вносят существенный вклад в загрязнение региона.

Исходя из вышесказанного изучение и оценка экологического состояния различных компонентов окружающей среды урбанизированных территорий, в том числе малых и средних городов, является весьма актуальной задачей.

Цель: провести оценку экологического состояния окружающей среды малых и средних городов севера Московской области (города Дубна и

городского поселения Дмитров) на основе данных о состоянии различных ее компонентов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

5. Провести оценку экологического состояния окружающей среды по данным биоиндикации.

Защищаемые положения:

Zn4.15, РЬз-20, Cd4.11, N¡4^; для снежного покрова г. Дубны: Сд35.2бз, РЬ32-235,

21126-1795 Сиц-82, СГ148, для ГОрОДСКОГО ПОСелеНИЯ ДмИТрОВ - С1148, N144.102.

2. Установленные различия в содержании тяжелых металлов с учетом функционального зонирования территорий города Дубна и городского поселения Дмитров отражают уровень антропогенной нагрузки. Максимальные концентрации РЬ, Ъх\, Си отмечаются в почвах промзон (для г. Дубны (мг/кг): РЬ - 2,72; Ъх\ - 12,50; Си - 1,57; для городского поселения Дмитров (мг/кг): РЬ - 7,37; Ъп - 26,81; Си - 3,15; № - 1,63); высокая среднесуточная нагрузка ТМ наблюдается в селитебной и рекреационной зонах (для г. Дубны (мкг/(м сут)): РЬ - до 2,3; Ъп - до 1,7; Си - до 1,9; № -

до 1,5; для городского поселения Дмитров (мкг/(м *сут)): РЬ - до 8,1; 2л\ - до 33,4; Си - до 5,6; № - до 3,5).

3. Зоны с повышенным содержанием загрязнителей в почвах и снежном покрове в условиях постоянно действующих источников загрязнения частично совпадают: для г. Дубны РЬ, Сё и М; для городского поселения Дмитров Сё и №.

Результаты исследования могут быть использованы в информационном блоке в системе комплексного экологического мониторинга Московской

области, как основа для мониторинга состояния почв и снежного покрова г. Дубна и городского поселения Дмитров.

Личный вклад автора. Диссертация основана на полевых, лабораторных и расчетных работах, которые были выполнены автором в период с 2003 - 2010 гг. В работе использованы результаты исследований, которые получены автором лично, либо с его непосредственным участием. Лично автором проведено более 1500 количественных химических анализов проб почв и снежного покрова, более 3000 измерений биологического материала растительности, построено более 60 картосхем, рассчитано более 800 показателей. Автором осуществлен аналитический обзор литературных источников, анализ и обобщение полевых и химико-аналитических данных. Статистический анализ полученных результатов осуществлен автором совместно с доцентом, к.б.н. Каманиной И. 3. Постановка цели и задач исследования, формулирование основных выводов диссертационной работы проведены соискателем совместно с научным руководителем.

конференции «Актуальные проблемы экологии и природопользования» (г.Москва, 2011, 2012); семинаре по проблемам городской экологии Биологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова (гг. Москва - Дубна,

2011); VIII International youth science environmental forum of Baltic region countries «Ecobaltica 2011» (St.-Petersburg, 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 12 работ, в том числе

3 в рецензируемых журналах из списка ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения,

4 глав, заключения, выводов, списка литературы и приложений, изложенных на 200 страницах машинописного текста, содержит 49 таблиц и 45 рисунков. Список литературы насчитывает 197 наименований, в том числе 16 на английском языке.

директору AHO «Региональный экологический центр «Дубна» к.б.н.

Баше С. Г. За помощь в проведении химических анализов автор благодарит Тихомирову И. Е., за помощь в биоиндикационных исследованиях Краюшкину Е. Н. Особую благодарность за помощь в обсуждении результатов и моральную поддержку автор выражает ведущему специалисту AHO «Региональный экологический центр «Дубна» Кликодуевой Н. А. За моральную поддержку Осмачко Т. Н, к.б.н., доц. Саватеевой О. А., ст.п. кафедры геохимии, космохимии и химии Осмачко М. П., а также всем сотрудникам кафедры экологии и наук о Земле Международного университета природы, общества и человека «Дубна».

ГЛАВА 1. ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ГОРОДОВ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

Город - природно-техногенная система, динамическая совокупность, составленная проживающим населением, его хозяйственной деятельностью и освоенной территорией. В тоже время город - это природно-антропогенная система, основными системообразующими факторами (элементами системы) которой является человек (он сам и все виды деятельности, осуществляемой в пределах городской территории) и природная среда (рельеф, геология, климат, поверхностные и подземные воды и т. д.). Взаимодействие этих двух факторов и создает специфическую урбоэкосистему и присущую ей специфическую природно-антропогенную городскую среду (Денисов, Курбатова... и др., 2008). Города можно рассматривать как наиболее сложные техногенные системы, в которых образуются множество прямых и обратных связей, возникающих в процессе взаимодействия системы «общество - природа» и отличающиеся особой внутренней неоднородной структурой, динамикой и эволюцией. Поскольку для городской среды плотность этих связей наиболее велика, взаимодействие происходит наиболее быстрыми темпами, и человек в наибольшей степени подвергается влиянию изменения среды (Владимиров, 1999; Битюкова, 2009; Urban Ecology, 2008).

Сам город неоднороден и состоит из разных подсистем (население, хозяйственный комплекс, система жизнеобеспечения), из сочетания территорий различного функционального назначения (селитебные, промышленные, коммунально-складские, рекреационные), соединенных элементами транспортно-инфраструктурного каркаса (Денисов, Курбатова и др., 2008; Ручин, 2009; Битюкова, 2009). В результате процесс взаимодействия общества и природы сильно различается как в разных типах городов, так и на территории самого города.

Сочетание воздействия внутренних и внешних источников определяет уровень антропогенной нагрузки в городе. Территориальная дифференциация экологической ситуации в городе определяется не столько размером самих источников воздействия, сколько размещением ареалов их воздействия. В связи с этим особо важным представляется выявление ареалов воздействия на территории городов, а затем проведение комплексной оценки уровня и специфики воздействия в пределах ареалов.

Города являются мощными источниками техногенных веществ, включающиеся в региональные миграционные циклы (Дьяконов и др., 1996; Перельман, Касимов, 1999). Каждый из источников антропогенного воздействия на территории городов в той или иной степени оказывает влияние на определенные природные компоненты (атмосферу, поверхностные и подземные воды, почвы, растительный покров) одним или несколькими видами (химическим, физическим, биологическим) (Сает, 1990; Касимов, 1995; Денисов, Курбатова и др., 2008; Битюкова, 2009; Urban Ecology, 2008). В ОС городов поступает огромное количество химических элементов, с последующим накоплением и перераспределением в различных компонентах окружающей среды в результате геохимической миграции. Интенсивность миграции зависит от ландшафтно-геохимических условий, т. е. от специфики сочетания гидрометеорологических, литолого-геохимических и почвенно-ботанических характеристик конкретной территории. В результате миграции загрязняющих веществ, генерируемых источниками загрязнения, происходит загрязнение окружающей среды. Под загрязнением принято понимать изменение химических свойств окружающей среды, не связанное с естественными природными процессами, в настоящее время подавляющая часть загрязнений является те

Информация о работе

Каплина, Светлана Петровна
кандидата биологических наук
Москва, 2013
ВАК 03.02.08

Диссертация

Оценка экологического состояния компонентов окружающей среды малых и средних городов севера Московской области - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы