Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

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

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Комиссаров, Максим Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ.

СОДЕРЖАНИЕ

1. ПРИРОДНЫЕ И УРБОТЕХНОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ ФОРМИРОВАНИЯ И ДИФФЕРЕНЦИАЦИИ ГОРОДСКИХ ПОЧВ

1.1. Городские почвы

1.2. Особенности формирования городских почв

1.3. Основные направления урботехногенного почвообразования

1.4. Классификация городских почв

2. ПРИРОДНЫЕ И УРБОТЕХНОГЕННЫЕ ПОЧВЫ И ПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ ГОРОДА ТУЛЫ

2.1. Природно-урботехногенные факторы формирования и дифференциации городских почв и почвенного покрова г. Тулы

2.1.1. Природные факторы формирования и дифференциации городских почв и почвенного покрова г. Тулы

2.1.2. Урботехногенные факторы формирования и дифференциации городских почв и почвенного покрова Тулы

2.2. Почвы и почвенный покров г. Тулы

2.2.1. Почвы г. Тулы

2.2.2. Почвенный покров г. Тулы

3. УРБОТЕХНОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ И ПРОЦЕССЫ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ, И ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ГОРОДСКИХ ПОЧВ

3.1. Трансформация химических свойств техногенно-загрязненных городских

3.1.1. Источники, объемы поступления и состав химических загрязнителей городских почв

3.1.2. Уровни, категории и типы техногенной трансформации городских почв

3.2. Загрязнение тяжелыми металлами почв г. Тулы

3.2.1. Городские почвы - источник ретроспективной и текущей урбоэколо-гической информации

3.2.2. Почвенно - и ландшафтно-геохимические условия миграции и концентрации тяжелых металлов

3.2.3. Территориальная структура распределения тяжелых металлов в почвах города

3.2.4. Ореолы аномальных концентраций химических элементов первого класса экологической опасности

3.2.5. Ореолы аномальных концентраций химических элементов второго класса экологической опасности

3.2.6. Ореолы аномальных концентраций химических элементов третьего класса экологической опасности

3.2.7. Разработка математической модели динамики изменения концентраций тяжелых металлов

3.2.8. Ореолы суммарного загрязнения почв г. Тулы тяжелыми Металлами

3.2.9. Содержание тяжелых металлов в почвах функциональных территорий города Тулы

3.3. Эколого-почвенно-геохимическое зонирование г. Тулы по загрязнению тяжелыми металлами

4. ТРАНСФОРМАЦИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ И ГЕОХИМИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ГОРОДСКИХ ПОЧВ К ЗАГРЯЗНЕНИЮ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

4.1. Трансформация экологических функций городских почв

4.1.1. Экологические функции природных почв

4.1.2. Экологические функции городских почв

4.1.3. Экологические последствия трансформации природных функций городских почв

4.2. Геохимическая устойчивость городских почв к техногенному загрязнению

4.2.1. Экосистемный подход к определению устойчивости почв

4.2.2. Режимы и модули техногенных воздействий на природные экосистемы, и виды устойчивости почв

4.2.3. Геохимическая устойчивость почв к техногенному загрязнению

4.2.4. Концептуальные подходы и принципы оценки геохимической устойчивости почв к загрязнению тяжелыми металлами

4.2.5. Почвенно-химическая и ландшафтно-геохимическая системы оценки устойчивости почв к загрязнению тяжелыми металлами

4.2.6. Почвенно-химические основы геохимической устойчивости почв к загрязнению тяжелыми металлами

4.2.7. Ландшафтно-геохимические основы геохимической устойчивости почв к загрязнению тяжелыми металлами

5. ГЕОХИМИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ГОРОДСКИХ ПОЧВ ТУЛЫ

К ЗАГРЯЗНЕНИЮ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

5.1. Методика оценки устойчивости городских почв к загрязнению тяжелыми металлами

5.2. Разработка математической модели прогнозного определения геохимической устойчивости

5.3. Оценка геохимической устойчивости почв города Тулы к загрязнению тяжелыми металлами

5.4. Карта геохимической устойчивости и районирование г. Тулы по геохимической устойчивости почв к загрязнению тяжелыми металлами

5.4.1. Карта геохимической устойчивости и районирование г. Тулы

5.4.2. Районирование территории города Тулы по геохимической устойчивости почв к загрязнению тяжелыми металлами

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка систем мониторинга загрязнения почв тяжелыми металлами на территории Подмосковного угольного бассейна"

Роль почв и почвенного покрова в жизни людей и всей биосферы Земли трудно переоценить. Почва, с одной стороны является, как более 125 лет назад доказал основатель почвоведения В.В.Докучаев, результатом тесного взаимодействия всех компонентов ландшафта в течение времени, с другой - одним из компонентов ландшафта. Выдающаяся роль почвы в природе связана именно с ее первой характеристикой, нахождением почвы в фокусе взаимодействия горных пород, рельефа, климата, поверхностных и подземных вод, растительного и животного мира.

Поэтому любые изменения в любом из компонентов ландшафта неизменно отражаются в свойствах самих почв. Имея ввиду именно эту особенность почвы В.В.Докучаев охарактеризовал почву как зеркало ландшафта. С современных позиций можно сказать, что почвы сканируют все процессы и явления, происходящие в ландшафтах и, в той или иной мере, затрагивающие вышеперечисленные факторы почвообразования - компонентов ландшафта. 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. Об этом красноречиво свидетельствует структура мирового земельного фонда по крупным регионам (табл.1).

Таблица 1. Структура мирового земельного фонда по крупным регионам (в %),[!]

Регионы Структу ра земельного фонда леса луга и пастбища обрабатываемые земли земли населенных пунктов, промышленности и транспорта малопродуктивные земли и внутренние водоемы

СНГ 37 17 10 1 35

Зарубежная Европа 31 18 29 5 17

Зарубежная Азия 17 22 17 2 42

Африка 26 26 11 1 36

Северная Америка 31 16 12 3 38

Южная Америка 52 16 12 1 20

Австралия и Океания 18 54 5 1 22

Малопродуктивные земли, занимающие в структуре земельного фонда значительные площади (17-47%), являются не только результатом природных процессов и явлений, но и в значительной мере антропогенеза, в частности, высокой динамики мировой урбанизации, хотя земли, находящиеся непосредственно под населенными пунктами, промышленными предприятиями и транспортными магистралями пока еще занимают незначительные в процентном выражении площади (1-5%). Достоверные данные о площадях под жилыми и промышленными застройками в мировой статистике отсутствуют. Урбанизированные земли по оценке Исполкома ЮНЕП составляют примерно 60 млн. га, или 0,46% от всей площади земель мира.

По данным государственного учета земель в России, под постройками, дорогами и улицами находится 0,8% площади страны, собственно застроенные территории (жилищная, промышленная и коммунально-складская застройка) занимает 4,3 млн. га, или 0,025%. Доля застроенных территорий от общей площади земель колеблется по регионам в зависимости от их населенности и освоенности, увеличиваясь в Центральном районе и на Северном Кавказе и уменьшаясь в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке. Наиболее плотно застроенная территория - Московская область (4,4%).

Но здесь важны не столько абсолютные показатели урбанизированных площадей, сколько динамика развития процесса урбанизации (табл.2). По данным Организации Экономического Сотрудничества и Развития, за последние двадцать лет в мире площадь под застройкой росла в два раза быстрее, чем население.

Таблица 2. Динамика мирового процесса урбанизации в XIXи XX вв., т

Год Городское население, млн. чел. Доля городского населения в мировом населении

1800 50 5,1

1850 80 4,3

1900 220 13,3

1950 738 29,3

1960 1033 34.2

1970 1353 36.6

1980 1752 39,4

1990 2277 43,1

2000 2926 47,5

Как видно из табл. 2, еще в начале XIX в. показатели мировой урбанизации были очень низкими, можно сказать, зачаточными, но затем они стали возрастать с большим ускорением. В настоящее время урбанизацией охвачено примерно половина населения Земли. Последние годы стремительного роста численности городского населения характеризуется как «городской взрыв». Наиболее отличительной чертой «городского взрыва» является:

- ускорение темпа роста городского населения (ежегодно на 2,52,6%);

- рост числа больших городов (от 360 в 1900г. до 4000 в 2000г.);

- смена «точечных» городов городскими агломерациями (особенно агломерациями «миллионеров».

Дальнейший рост городского населения, «городской взрыв», увеличение количества агломераций «миллионеров» видоизменяет и усложняет урбанистическую картину мира, приводит к мегаполизации, гиперурбанизации.

Города, несмотря на небольшие относительные площади размещения, являясь территориями концентрации промышленности, энергетики и транспорта фактически определяют характер экологической обстановки на территориях самих городов и в зонах их техногенного воздействия. В сферу техногенного воздействия городов попадают такие компоненты городских экосистем как рельеф, горные породы, почвы, атмосфера, поверхностные и подземные воды, растения и животные организмы, а также здания, сооружения и городские коммуникации.

Города оказывают сильное воздействие и сильно трансформируют такой консервативный компонент городских ландшафтов как рельеф, вследствие выравнивания поверхности земли, засыпки оврагов, долин небольших речек и ручьев. Городское строительство является причиной образования оползней и оврагов.

Очень существенным является воздействие городской среды на поверхностные и подземные воды. Оно связано с потреблением большого количества пресной воды и большими объемами образующихся в городах сточных бытовых и промышленных вод.

Воздействие городов на атмосферу выражается в извлечении и использовании составляющих ее газов, а также в выбросе в атмосферу совершенно не свойственных ей примесей.

Любой вид техногенного воздействия на любой компонент городских ландшафтов, в конце концов, отражается на экологическом состоянии городских почв - фокуса взаимодействия и взаимопроникновения этих компонентов. Действительно, как пишет выдающийся эколог Жан Дорст в книге «До того как умрет природа» «жизнь и благополучие всего комплекса наземных биоценозов, естественных и искусственных, зависит в конечном итоге от тонкого слоя, образующего самый верхний покров Земли».

На эту проблему более ста лет назад обратил внимание основатель научного почвоведения В.В.Докучаев. В 1890 г. он писал о необходимости исследований Санкт-Петербурга и других городов России, разработал комплексную, экологически всестороннюю программу исследований «Детальное естественноисторическое, физико-географическое и сельскохозяйственное исследование С.-Петербурга и его окрестностей». В этой программе намечалось на основе соответствующих исследований составление серии карт: гипсометрической, геологической (с отображением грунтовых вод и полезных ископаемых), зоологической, ботанической, сельскохозяйственной, гигиенической, ветеринарной, а также и почвенной. Так, в России было положено начало изучению городских экосистем и городских почв, в частности. Позже аналогичные исследования продолжались учеником В.В.Докучаева академиком В.И.Вернадским и его последователями. Геохимик академик А.П.Виноградов считал, что «когда мы говорим о биосфере, то, прежде всего, должны думать о почве». Руководитель Института глобальных исследований в Вашингтоне Листер Браун полагает, что деградация почвенного покрова представляет самую существенную экологическую проблему [3].

В настоящее время наблюдается интенсивная разработка теоретических основ учения о городских экосистемах и роли в них почв. Уже опубликовано много работ по экологии города [3]. Широко известна монография голландского ученого А. Винка «Ландшафтная экология и землепользование» (Vink, 1983), в которой должное внимание уделено урбанизированным экосистемам. В последние годы опубликованы: сборник посвященный городским почвам (Soils., 1991) и монография Ф. Кроула «Городские почвы в городском ландшафте» (Craul, 1992). Разрабатывается концепция современных «экополисов» - городских поселений, отвечающих требованиям экологической оптимизации условий жизни человека на урбанизированных территориях (Кавтарадзе, 1993). Эколого-геохимическому анализу городов России, Монголии, Польши посвящен монографический сборник Географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова «Экогеохимия городских ландшафтов» (1995).

Таким образом, проблема исследование городских почв в настоящее время является весьма актуальной. Особенно большое значение имеет оценка геохимической устойчивости городских почв к различным по степени и характеру, техногенным воздействиям, в частности, к загрязнению тяжелыми металлами, которая нами дана с использованием почвенно-хими-ческого и ландшафтно-геохимического методов на примере г. Тулы и составляет главную цель настоящей диссертационной работы.

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

Целью работы является уточнение закономерностей условий формирования латеральной и радиальной структуры техногенного загрязнения почв горно-промышленного региона для повышения качества мониторинга состояния окружающей среды Подмосковного угольного бассейна.

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, а именно п. 18 «Технические средства контроля и мониторинга окружающей среды».

Методы исследований. Для решения поставленных задач в 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 Подмосковного бассейна являются продуктом территориального сочетания и дифференциации природных, природно-техногенных 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, Ъл, Со, Сг, Щ, то есть элементы первого и второго класса экологической опасности;

- почвы, почвенный покров в целом обладают большой способностью к саморегулированию, и оценка геохимической устойчивости почв сводится к оценке интегральной подвижности химического элемента в поч-венно-химической и ландшафтно-геохимической системах; элементы с концентрациями, близкими к фоновым величинам - Мп, Ва, БЬ, \У, В.

- малоустойчивыми к загрязнению тяжелыми металлами являются урбоземы территорий с многоэтажной застройкой, индустриземы 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 вариант математической модели оценки геохимической устойчивости почв г. Тулы, учитывающей изменения площадей и функций территорий города;

- впервые проведено районирование территории г. Тулы по степени геохимической устойчивости почв к загрязнению тяжелыми металлами.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

- корректной постановкой задач исследований, обоснованным использованием 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 лабораторного 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 заключается в том, что методология исследований, выводы и рекомендации могут являться основой для осуществления управленческих мероприятий и административных решений, что подтверждается заключениями МУП г. Тулы «Тульский городской центр градостроительства и землеустройства», департаментом строительства Тульской области, департаментом Тульской области по экологии и природным ресурсам, а также использоваться в реализации 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 VI Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии» (г. Тула, 2005 г.); на 2-й Международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики (г. Тула, 2005 г.); на VII Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии» (г. Тула, 2006 г.); на III Международном форуме «Образование, наука, производство» (г. Белгород, 2006 г.), на 3-й Международной геоэкологической конференции «Геоэкологические проблемы загрязнения окружающей среды» (г. Тула, 2006 г.).

Публикации. Основное содержание работы отражено в 10 публикациях.

Объем работы. Диссертация изложена на 187 страницах машинописного текста, состоит из 5 глав, содержит 50 таблиц, 19 рисунков и список литературы из 128 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Комиссаров, Максим Сергеевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Геохимическая устойчивость городских почв Тулы в работе оценивалась на основе анализа целого ряда природных и техногенных факторов, в том числе и морфологических, физико-химических, экологических свойств самих городских почв. В числе природных факторов рассматривались комплекс физико-географических факторов формирования и дифференциации городских почв, почвенного покрова всего города. Территориальное размещение предприятий промышленности, энергетики, основных транспортных магистралей были анализированы с точки зрения их потенциального воздействия на физико-химические свойства городских почв, формирования почвенно-химических, впоследствии и ландшафтно-геохимиче-ских аномалий тяжелых металлов.

Геохимическая устойчивость городских почв к загрязнению тяжелыми металлами изучалась как ответная реакция конкретных почв к трансформации их природных функций посредством техногенного воздействия. Территориальная неоднородность геохимической устойчивости почвенного покрова города Тулы воспринята как результат пространственного разнообразия всех вышеназванных факторов, главные особенности которых являются предметом следующих выводов:

1. Городские почвы являются результатом прогрессирующей урбанизации. Основной формой существования городских почв являются постоянные нарушения, перемешивания, срезания, омоложение почвенного профиля и привнесение в него инородного материала. Анализ отечественной и зарубежной литературы показал, что на данный момент не выработан единый подход к проблеме составления генетической классификации городских почв.

2. Почвы города Тулы являются продуктом территориального сочетания и территориальной дифференциации природных, природно-техноген-ных и сугубо техногенных почвообразовательных факторов и процессов, характер и степень проявления которых определяются этими факторами.

В соответствии с территориальной дифференциацией факторов почвообразования как природного, так и техногенного характера, почвы г. Тулы территориально сильно дифференцированы. Дифференциация почв нашла отражение в их группировке по степени и характеру техногенных нарушений: 1) природных ненарушенных почв; 2) антропогенно-поверхностно-нарушенных почв; 3) антропогенно-глубоко физико-химически нарушенных почв; 4) почвоподобных тел (техноземы); 5) открытых бесгумус-ных природных и техногенных грунтов; 6) закрытых почв и бесгумусных техногенных грунтов.

3. Составленная нами «Карта природных, природно-техногенных и техногенных почв г. Тулы» является одной из первых почвенных карт в России на территорию промышленного города и областного центра, отображающую почвенные ресурсы города, пространственные и функциональные зависимости почв и почвенного покрова с окружающей средой.

Установленные закономерности в распределении городских почв и грунтов появляются в: 1) пестроте природного и техногенного составляющих почвенного покрова города; 2) развитии городских почв преимущественно в элювиальных ландшафтно-геохимических условиях; 3) уменьшении с периферии к центру доли природных почв и увеличении долей урба-но-почв, интруземов и индустриземов; 4) крупноконтурности, компактности ареалов урбаноземов, культуроземов и индустриземов; 5) фрагментарности ареалов и мелкоконтурности интруземов; 6) большой роли архитектурно-планировочной структура города в пространственной дифференциации почвенного покрова г. Тулы.

4. Города являются мощными геохимическими концентрами, своеобразными геохимическими провинциями, поскольку наиболее значительные источники поставки химических элементов сосредоточены именно в урбанизированных зонах. Практически все виды человеческой деятельности в городах сопровождаются загрязнением окружающей среды, в том числе почвы. По степени концентрации в почвах города в целом рассматриваемый спектр элементов разделен на две группы: 1) элементы, активно накапливающиеся по сравнению с их фоновыми концентрациями; 2) элементы с концентрациями, близкими к фоновым величинам. В почвах города Тулы наиболее активно и повсеместно накапливаются Си, РЬ, Ъъ, Со, Сг, Ня, главным образом, химические элементы первого и второго классов экологической опасности. Сравнительной низкие показатели концентрации характерны для Мп, Ва, БЬ, W, В - преимущественно элементов второго и третьего классов экологической опасности.

Накапливаются преимущественно халькофилы (7л, Си, РЬ) и элементы группы железа (№, Со, Мо). Все перечисленные элементы активно используются в промышленном производстве и типичны для промышленных отходов. Практически все химические элементы, содержащиеся в почвах города в сравнительно низких концентрациях (Т1, Сг, Бп, "\У) являются литофильными. Они слабо используются в промышленности и не накапливаются ни в промышленной пыли и твердых отходах, ни в выбросах теплоэлектроцентралей.

5. Участки с сильным уровнем суммарного загрязнения почв тяжелыми металлами ^с=32-64) охватывают около 40% всей территории города: районов расположения промышленных предприятий, селитебные территории с мало- и многоэтажной застройкой. Анализ концентраций элементов-загрязнителей в сухом остатке снега позволяет предположить о сильном уровне загрязнения почв и в районе ОАО АК «Тулачермет». Ореол с очень сильным уровнем загрязнения почв {2с=Ь4-128) по площади примерно в два раза меньше, чем ореол с сильным уровнем загрязнения и охватывает историческое ядро города на левом берегу Упы, район расположения Комбайнового завода (ОАО «ТуКЗ») на северо-востоке, поля орошения, на западе территории города.

Максимальный уровень суммарного загрязнения почв тяжелыми металлами ^с>128) представлены двумя локальными ореолами, расположенными в районе ГП «Завод Штамп», где 2с=200 и в селитебно-промышленном районе между р. Тулицей и железной дорогой Москва-Тула (2с=150).

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

Почти во всех функциональных территориях наблюдается сходный состав тяжелых металлов - РЬ, 2п, Щ, Си, Мо, Со, обусловленный многоотраслевой структурой промышленности города.

7. По уровням концентрации химических элементов в почвах г.Тулы выделяются пять зон - зоны максимального, сильного, среднего, слабого и минимального загрязнения. Спектр химических элементов - приоритетных загрязнителей наиболее широк в зоне максимального загрязнения и состоит исключительно из элементов первого и второго классов экологической опасности. Только в зоне минимального загрязнения на первый план выходят элементы третьего класса экологической опасности, что вполне закономерно.

В целом расположение эколого-почвенно-геохимических зон загрязнения, их морфологические особенности соответствуют функциональному расчленению городской территории, достаточно хорошо согласуются гео-морфоструктурными и биоклиматическими характеристиками территории города.

8. Избыточное поступление многих тяжелых металлов в городские почвы приводит к нарушению многих природных свойств. Трансформация природных функций городских почв, как реакция на техногенное воздействие и выраженная в резком ухудшении их функциональных характеристик прямым и/или косвенным образом усугубляет экологические последствия загрязнения тяжелыми металлами. Почвы, почвенный покров в целом обладают большой способностью к саморегулированию, возможностью в определенных пределах противостоять оказываемому на них техногенному давлению. В устойчивой к действию тяжелых металлов почвах могут отмечаться лишь незначительные изменения параметров состояния среды, имеющие столь негативных последствий. Однако, при определенных сочетаниях техногенных факторов и почвенно-геохимических условий почвы и почвенный покров могут стать уязвимыми.

Оценка геохимической устойчивости почв сводится к оценке интегральной подвижности химического элемента в почвенно-химической и ландшафтно-геохимической системах.

9. На территории города выделены три группы городских почв по геохимической устойчивости. Геохимически самыми устойчивыми являются серые лесные почвы городских лесов, парков и скверов, а также культу-роземы садовых участков и фруктовых садов. Самыми податливыми и, следовательно, малоустойчивыми к загрязнению тяжелыми металлами являются урбоземы территорий с многоэтажной застройкой, индустриземы промышленных зон и техногенные грунты транспортных магистралей.

10. В территориальном распределении почв разной степени устойчивости наблюдается определенная закономерность: малоустойчивые почвы распространены главным образом в центральной и восточной частях города. От центра ареалы малоустойчивых почв узкими полосами вдоль транспортных магистралей распространяются в разных направлениях.

Среднеустойчивые почвы в городе занимают наибольшие площади и распространены повсеместно. Доля среднеустойчивых почв преобладает в северной, части города, значительные площади они занимают и в восточных окраинах города. Устойчивые к загрязнению тяжелыми металлами почвы занимают в городе относительно небольшие площади.

11. На основе «Карты геохимической устойчивости почв г. Тулы к загрязнению тяжелыми металлами» выделено пять индивидуальных районов по устойчивости почв: центральный, северный, южный, западный и восточный. Наиболее контрастными по составу почв являются центральный и западный районы: в центральном районе резко преобладают малоустойчивые почвы, в западном - среднеустойчивые. Остальные районы города характеризуются менее контрастным составом почв по геохимической устойчивости: повсеместно среднеустойчивые почвы являются более распространенными. Устойчивые и малоустойчивые почвы в этих районах занимают примерно одинаковые площади.

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

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Комиссаров, Максим Сергеевич, Тула

1. Максаковский В.П. Географическая картина мира: в 2 кн. Кн.1: Общая характеристика мира. М.: Дрофа, 2003. - 496с.

2. Пивоваров Ю.Л. Основы геоурбанистики: учебное пособие для вузов. М.: ВЛАДОС, 1999.

3. Докучаев В.В. Дороже золота русский чернозем / Сост., вступ. ст. и коммент. Г.В.Добровольского. М.: Изд-во МГУ, 1994. - 544с.4. «Почва, город, экология» под общей редакцией академика РАН Г.В.Добровольского. М.: 1997, 432с.

4. Герасимова М.И., Строганова М.Н., Можарова Н.В., Прокофьева Т.В. Антропогенные почвы: генезис, география, рекультивация. Учебное пособие. Под редакцией академика РАН Г.В.Добровольского. Смоленск: Ойкумена, 2003. 268с.

5. Перельман А.И., Касимов Н.С. геохимия ландшафта: учебное пособие. Издание 3-е переработанное и дополненное М.: Астрея-2000, 1999.-768с.

6. Кавтарадзе Д-Н., Игнатьева М.И. Растительность урбанизированных территорий как предмет классификации в связи с задачами охраны природы. // Научн. докл. высшей школы, биол. науки. 1986, №12.

7. Игнатьева М.И. Растительность городских садов и парков. С-Пб., 1993.

8. Классификация почв России. Москва, 1997. Переизд. 2000г.

9. Ю.Глазовская М.А. Методологические основы оценки экологогеохимической устойчивости почв к техногенным воздействиям. М.: Изд-во МГУ, 1997.

10. П.Гусейнов А.Н. Экология города Тюмени: состояние, проблемы -Тюмень: Издательская фирма «Слово», 2001. 176стр.

11. Строганова М.Н., Мягкова А.Д., Прокофьева Т.В. Городские почвы: генезис, классификация, функции. Почва. Город. Экология. Под ред. Г.В.Добровольского. М. 1997, с. 15-85.

12. З.Строганова М.Н., Агаркова М.Г. Городские почвы: опыт изучения и систематики (на примере юго-западной части Москвы). // Вестник МГУ, сер. 17. 1992, №7, с. 16-24.

13. Строганова М.Н., Прокофьева Т.В. Почвы и почвенный покров Москвы. В кн. «Природа Москвы». Под ред. Л.П.Рысина. 1998, с. 24-38.

14. Етеревская Л.В. Почвообразование и рекультивация земель в техногенных ландшафтах Украины. Автореф. дисс. докт. с.-х. наук, Харьков, 1989.16.3емляницкий Л. Т., Полтавская И.А., Желдатва Г.Г Подготовка городских почво-грунтов для озеленения. М., 1962.

15. Дымов B.C., Сычев А.И., Гуркин В.В. и др. Недра Тульской области. Тула. 2000г. 124с.

16. Алексеев Ю.Е., Карпухина Е.А., Прилепский Н.Г. Растительный покров окрестностей Пущина. Пущино, 1992.-189с.

17. Курнаев С.Ф. Основные типы леса средней части Русской равнины. М.: Наука, 1968. 354 с.

18. Курнаев С.Ф. Теневые широколиственные леса Русской равнины и Урала. М.: Наука. 1980. 315 с.

19. Курнаев С.Ф. Дробное лесорастительное районирование нечерноземного центра. М.: Наука. 1982. 118 с.

20. Симурзин В.Н., Пенькова З.Н., Данилин В.А., Павлов В.И., Соколов А.Ю., Захарова И.А., Антонова Е.П. «Эколого-геохимический атлас г.Тулы», Тула. ТУЛНИГП Комитета Российской Федерации по геологии и использованию недр 1993г.

21. Почвенная карта Тульской области. Масштаб 1: 200 000, отв. редактор А.И.Саталкин, 1985.

22. Карта почвенно-географического районирования Нечерноземной зоны РСФСР. Масштаб 1:1 500 000 под редакцией Г.В.Добровольского, 1980.

23. Федотов В.И., Васильев В.М. Земля тульская (Природа, ландшафты и их охрана). Приокск. кн. изд., Тула 1979.

24. Васютин С.И., Дымов B.C., Глушанков В.К. и др. Окружающая природная среда Тульской области и ее охрана. Материалы комитета комп. монит. Адм. Тульской области, 1996.

25. Дмитраков A.B., Решетов В.В. и др. Отчет о геолого-экономическом изучении (картографировании) территории Тульской области масштаба 1:500000 в 1992-1997 гг. геол. фонд Тульск. обл., 1998.

26. Карманов И.И. Плодородие почв СССР. М.: Колос, 1980.

27. Карманов И.И., Клопотовский А.П. Плодородие и бонитировка почв Нечерноземной зоны РСФСР // Земельные ресурсы Нечерноземной зоны РСФСР. М., 1976.

28. Сравнительная оценка качества сельскохозяйственных угодий Тульской области. Под общей редакцией Дегтярева И.В. Тула, Приокское кн. изд-во, 1972. 153 с.

29. Урусевская И.С. Серые лесные почвы центральных районов Калужской области: Автореф. канд.дис. М., 1963.

30. Урусевская И.С. Почвенные катены НЗ РСФСР//Почвоведение №9, 1990. с. 12-27.

31. Зайдельман Ф.Р., Давыдова И.Ю. Причины ухудшения химических и физических свойств черноземов при орошении неминерализованными водами//Почвоведение. 1989. № И. С. 101 —108.

32. Герасимов И.П. Генетические, географические и исторические проблемы почвоведения. М.: Наука, 1976. 298с.

33. Герасимов И.П. Учение В.В.Докучаева и современное почвоведение. М.: Наука, 1986. 298с.

34. Солнцева Н.П., Рубилина Н.Е. Морфология почв, трансформированных при угледобыче. // Почвоведение, 1987, №2, с. 104108.

35. Никифорова Е.М., Солнцева Н.П. Геохимия техногенных потоков и ореолов загрязнения в районах угледобычи (на примере Кизеловского бассейна. //Геохимия ландшафтов и география почв. М.: Изд-во МГУ, 1982, с. 100-128.

36. Волобуев В.Р. Введение в энергетику почвообразования, М.:Наука, 1974 127с.

37. Сает Ю.К, Ревич Б.А., Янин ЕМ. и др. Геохимия окружающей среды. -М. Недра, 1990.- 335 с.

38. Сает Ю.Е., Смирнова P.C. Геохимические принципы выявления зон воздействия промышленных выбросов в городских агломерациях // Вопросы географии, 1983, № 120, с. 45-55.

39. Методические рекомендации по геохимическим исследованиям для оценки воздействия на окружающую среду проектируемых горнодобывающих предприятий / Ю.Е. Сает, T.JI. Онищенко, Е.П. Янин. М.: ИМГРЭ, 1986. -100 с.

40. Методические рекомендации по геохимической оценке загрязнения поверхностных водотоков химическими элементами / Ю.Е. Сает, Л.Н. Алексинская, Е.П. Янин. М.: ИМГРЭ, 1982. - 73 с.

41. Методические рекомендации по геохимической оценке загрязнения территорий городов химическими элементами / Б.А. Ревич, Ю.Е. Сает, P.C. Смирнова, Е.П. Сорокина. М.: ИМГРЭ,1982.- 112 с.

42. Методические рекомендации по геохимической оценке источников загрязнения окружающей среды / Ю.Е. Сает, И.Л. Башаркевич, Б.А. Ревич. М.: ИМГРЭ, 1982. - 66 с.

43. Методические рекомендации по геохимической оценке состояния поверхностных вод / Ю.Е. Сает, Е.П. Янин. М.: ИМГРЭ, 1985. -48 с.

44. Сборник методических указаний по оценке степени опасности загрязнения почв химическими веществами. М.: Минздрав СССР, 1987.-24 с.

45. Рэуце К., Кырстя С. Борьба с загрязнением почвы / Пер. с румын. М.: ВО Агропромиздат, 1986.-221с.

46. Алексеенко В.А. Экологическая геохимия: Учебник. -М.: Логос, 2000. -627с.

47. Соколов Л.С., Астрахан Е.Д. Загрязнение территории Москвы металлами // Природа, 1993, №7, с. 64-67 с.

48. Добровольский В.В. Основы биогеохимии. М.: Высшая школа, 1998,413 с.

49. Экогеохимия городских ландшафтов. Под ред. Н.С.Касимова. М.: Изд-во моек, универ., 1995, 336с.

50. Кабата-Пендиас А., Пендиас X. Микроэлементы в почвах и растениях. М.: Мир, 1989, 436с.

51. Волох A.A. Опыт контроля за загрязнением атмосферного воздуха металлами и летучими органическими соединениями на городских и фоновых территориях. Геохимические исследования городских агломераций. М.: ИМГРЭ, 1998, с.40-58.

52. Буренков Э.К., Гинзбург Л.Н., Грибанова Н.К. и др. Комплексная эколого-геохимическая оценка техногенного загрязнения окружающей природной среды. М.: Прима-пресс, 1997,73с.

53. Геохимические исследования городских агломераций. Отв. ред. Э.К.Буренков, В .В.Иванов. М.: ИМГРЭ, 1998,166 с.

54. Дончева A.B. Ландшафт в зоне воздействия промышленности. М. : Лесная промышленность, 1978,95 с.

55. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва растения. Новосибирск: Наука, 1991,151 с.

56. Минеев В.Г. Химизация земледелия и природная среда. М.: Агропромиздат, 1990,287с.

57. Мырлян Н.Ф., Морару К.Е., Настас Г.И. Эколого-геохимический атлас Кишинева. Кишинев: Штиница, 1992,116 с.

58. Свинец в окружающей среде. Под ред. В.В.Добровольского. М.: Наука,1987,181 с.

59. Химия тяжелых металлов, мышьяка и молибдена в почвах. Под ред. Н.Г.Зырина и Л.К.Садовниковой. М.: Изд-во моек, ун-та, 1985,208 с.

60. Цинк и кадмий в окружающей среде. Под ред. В.В.Добровольского. М.: Наука, 1992,199 с.

61. Янин Е.П. К истории эколого-геохимических исследований в ИМГРЭ // Геохимические исследования городских агломераций. -М.: ИМГРЭ, 1998, с. 158-165.

62. Янин Е.П. Ртуть в окружающей среде промышленного города. М.: ИМГРЭ, 1992, 169 с.

63. Обухов А.И., Плеханова И.О., Кутукова Ю.Д., Афонина Е.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях Москвы. В кн. «Экологические исследования в Москве и Московской области». М., 1990, с. 148-162.

64. Лепнева О.М., Обухов А.И. Тяжелые металлы в почвах и растениях территории МГУ. // Вести. МГУ, сер. 7. №1, 1987.

65. Никифорова Е. М., Солнцева Н. П. Кадмий, свинец, цинк в почвах Кизеловского угольного бассейна // Геохимия тяжелых металлов в природных и техногенных ландшафтах. М., 1983. С. 150—168.

66. Природопользование / Э.М.Соколов, Е.И.Захаров, А.В.Волков, И.В.Панферова, Н.Н.Чаплыгин: Учебное пособие для вузов. М. Тула: ИНН «Гриф и К0», 2002.-522 с.

67. Общая экология. Учебник для вузов / Э.М.Соколов, Е.И.Захаров, И.В.Панферова, А.В.Волков. -М. Тула: ИПП «Гриф и К0», 2001. 171 с.

68. Экологическая обстановка в Санкт-Петербурге / Под редакцией ДАГолубева, НДСорокина. СПб.: Форма Т, 2004.- 784 с.

69. Прикладная геохимия. Выпуск 6. Экологическая геохимия Москвы и Подмосковья. / Главные редакторы Э.К.Буренков и А.А.Кременецкий. Сборник научных статей. М.: ИМГРЭ, 2004,326 с.

70. Химическое загрязнение почв и их охрана. Словарь-справочник // Под ред. Д. С. Орлова. М., 1991.

71. Критерии оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия.-М: Минприроды РФ, 1992.

72. Соколов Л.С. Морозова И.А., Самаев С.Б. Выявление территорийэкологического неблагополучия по результатам биогеохимических исследований // Экология большого города, вып.4. М.: Прима-Пресс, 2000, с. 58-63.

73. Соколов J1.C. Эколого-геохимическая карта Московской области // IV Объединенный международный симпозиум по проблемам прикладной геохимии. Тез. докл. Иркутск, 1994, с. 93.

74. Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР: учеб. пособие для студ. геогр. спец. вузов. М.: Высш. шк., 1988.

75. Лозановская И.Н., Орлов Д.С., Садовникова Л.К. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении: учеб. пособие для хим. и хим,-технол. и биол. спец. вузов. -М.: Высш. шк. 1998. - 287 с.

76. Почвенно-экологический мониторинг и охрана почв: учебное пособие / Под ред. Д.С.Орлова, В.Д Васильевской. М.: Изд-во МГУ, 1994. - 272 с.

77. Перельман А.И. Геохимия ландшафта. Изд. 2. Учеб. пособие для студентов географ, и геолог, специальностей ун-тов. М., «Высшая школа», 1975.

78. Рыбальский Н.Г., Малярова М.А., Горбатовский В.В. и др. Экология и безопасность (справочник). Том II. Экологическая безопасность / под ред. Н.Г.Рыбальского. -М.: ВНИИПИ. 1993.

79. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Функции почв в биосфере и экосистемах, М.: Наука, 1990. 261 с.

80. Агаркова М.Г. Эколого-генетические особенности почв городских экосистем // Автореф. канд. дисс. М.: МГУ, 1991. 26 с

81. Агаркова М.Г., Целищева Л.К., Строганова М.Н. Морфогенетические особенности городских почв и их систематика//Вестник Москов. ун-та, серия 17, почвов. 1991. № 2. С. 11-16.

82. Агаркова М.Г., Строганова М.Н., Скворцова И.М. Биологическая активность почв урбанизированных территорий//Вестник Москов. ун-та, серия 17, почвов. 1994. № 1.С. 45-49.

83. Граковский В.Г., Фрид A.C., Сорокин С.Е., Тимохин П.А. Оценка загрязнения почв Челябинской области тяжелыми металлами и мышьяком/ЛТочвоведение. 1997. № 1. С. 88-95.

84. Григорян СВ., Сает Ю.Е. Геохимические методы при решении некоторых экологических задач//Сов. геология. 1980.

85. Комплексная эколого-геохимическая оценка техногенного загрязнения окружающей природной среды //Буренков и др. М.: ПРИМА-ПРЕСС, 1997. 73 с.

86. Справочник помощника санитарного врача и помощника эпидемиолога /НикитинД.П., Новиков Ю.В., Рощин A.B. и др. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Медицина, 1990. - 512с.

87. Светлосанов В.А. Общие проблемы устойчивости экосистем. // В сб.: Охрана природы окультуренных ландшафтов. Тарту: Тарт. ун-т.- 1978.-с. 31-34.

88. Светлосанов В.А. Устойчивость и стабильность природных экосистем (модельный аспект). Итоги науки и техники. Серия Теоретические и общие вопросы географии, том.8, М.: 1990. -200с.

89. Глазовская М.Л. Принципы классификации почв по опасности их загрязнения тяжелыми металлами // Биол.науки, 1989. № 9. С.38-17.

90. Глазовская М.А. Принципы классификации природных геосистем по устойчивости к техногенезу и прогнозное ландшафтно-геохимическое районирование // В сб.: Устойчивость геосистем., -М.: Наука, 1983, с. 61-78.

91. Мотузова Г.В. Принципы и методы почвенно-химического мониторинга. М.: Изд. МГУ, 1988. С.100.

92. Солнцева Н.П. Геохимическая устойчивость природных систем к техногенезу (Принципы и метода изучения. Критерии прогноза) / Добыча полезных ископаемых и геохимия природных экосистем. М.:, 1982.

93. ЮЗ.Афонина Е.В., Обухов А.И. и Плеханова И.О. Устойчивость газонных трав к загрязнению почв свинцом//Экологические исследования в Москве и Московской области. М., 1990. С. 176183.

94. Сапрыкин Ф.П. Геохимия и охрана почв. Минск, 1980. С.245

95. Ю5.Лепнева О.М., Обухов А.И. Экологические последствия влияния урбанизации на состояние почв Москвы // Сб.: Экология и охрана окружающей среды Москвы и Московской области. М., 1990. С. 63-69.

96. Юб.Лукашев В.К. Геологические аспекты охраны окружающей среды. М.: Наука и техника, 1987.

97. Ю7.Мамаева Е.Т. Изменение городских почв под влиянием промышленных загрязнений/Юхрана природы на Урале. Свердловск. 1964. Вып. IV. С. 40-48.

98. Арманд А.Д. Устойчивость (гомеостатичность) географических систем к различным типам внешних воздействий // В сб.: Устойчивость геосистем. -М.: Наука, 1983, с. 14-32.

99. Ш.Дьяконов К.Н. О понятиях устойчивости, изменчивости и надежности геосистем // В сб.: Стационарные исследования метаболизма в геосистемах. Иркутск: Ин-т геогр. Сибири и Дальнего Востока. - 1979, - с. 44-56.

100. Ш.Звонкова Т.В. Потенциальная естественная устойчивость природной среды и комплексов // В сб.: Географическое обоснование экологических экспертиз. М.: Изд-во МГУ, 1985, с. 38-44.

101. З.Казаков JI.K. Антропогенный фактор и проблема устойчивости природных комплексов // В сб.: Современные проблемы и методы географических исследований. М.: - Изд-во МГУ, 1978, с. 39-44.

102. Ш.Куликов В.В. Проблема устойчивости природных комплексов // Изв. ВГО. 1976. - 108, вып. 3. - с. 224-228.

103. Куприянова Т.П. Обзор представлений об устойчивости физико-географических систем // В сб.: Устойчивость геосистем. М.: Наука. - 1983.-с. 7-13.

104. Пб.Молчанов A.M. Об устойчивости экосистем // В кн.: Всесторонний анализ окружающей природной среды. Труды II Советско-Американского симпозиума. Л.: Гидрометеоиздат, 1976.-с. 212-229.

105. Ш.Преображенский B.C. Проблемы изучения устойчивости геосистем // В сб.: Устойчивость геосистем. М.: Наука, 1983, с. 4-7.

106. Ракита С.А. Устойчивость геосистем: подходы к практически реализуемой оценке // География и природные ресурсы. 1980. -№1. - с. 136-142.

107. И9.Почвенно-экологический мониторинг и охрана почв: учеб. Пособие / Под ред. Д.С.Орлова, В.Д.Васильевской. М.: Изд-во МГУ, 1994.-272 с.

108. Солнцева Н. П. Общие закономерности трансформации почв в районах добычи нефти (формы проявления, основные процессы, модели) // Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем. М., 1988. С. 23—42.

109. Глазовская М.А.Опыт классификации почв мира по устойчивости к техногенным воздействиям // Почвоведение, 1990. №9 с. 82-96.

110. Соколова Т.А., Мотузова Г.В., Малинина М.С., Обуховская Т.Д. Химические основы буферности почв. М.: Изд-во МГУ, 1991. — 106с.

111. Ш.Перельман А.И. Геохимия: учеб. пособие для геолог, спец. унтов. М.: Высш. школа, 1979. -423 с.

112. Мотузова Г.В., Карпова Е.А., Малинина М.С., Чичева Т.Б. Почвенно-химический мониторинг фоновых территорий. М.: Изд-во МГУ, 1989. - 88с.

113. Букс И.И. Некоторые методические подходы к оценке устойчивости природных комплексов для целей прогноза состояния окружающей среды // Проблемы фонового мониторинга состояния природной среды. Л., 1987. Л. Вып.5. с. 200-212.

114. Васильевская В.Д. Проблемы и опыт составления карт устойчивости почвенного покрова к антропогенным воздействиям // Биол. Науки. 1990. №9. с. 51-59.

115. Захаров Е.И., Комиссаров М.С., Рябов Р.Г., Техногенез как современный почвообразующий фактор // Издательство ТулГУ, Известия ТулГУ. СЕРИЯ: Экология и безопасность жизнедеятельности. Выпуск 8, 2006 год, стр. 68-72.

116. Захаров Е.И., Комиссаров М.С., Куприн Б.Н., Природно-ландшафтная дифференциация территории// Издательство «Гриф и К», Сборник материалов 2-й международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики, 2005 год, стр.46-47.