Защита городской среды

Проведенные исследования снегового покрова территории Байкальского з-ка показывают, что кислотность и хим. состав снеговых вод, плотность выпадения труднорастворимых частиц и средние содержания в них макро- и микроэлементов находится на уровне региональных фоновых. Выявленные локальные аномалии Cd, Bi, Ag, Pb с высокими уровнями накопления являются результатом загрязнения атмосферы местными источниками (о чем свидетельствует приуроченность аномалий к дорожному полотну), местной циркуляцией воздуха (которая может привеси к распространению загрязнения от дороги вглубь исследуемой территории) и не могут быть причиной усыхания лесов на всем сев. склоне хр. Хамар-Дабан. Направление результирующего ветра в зимний период не приводит к существенному переносу техногенных выбросов от Байкальского целлюлозо-бумажного комбината и Иркутского пром. узла на территорию з-ка и не может проводить к необратимым изменениям экол. параметров среды. Следовательно, деградация пихтовых лесов не является следствием аэротехногенного загрязнения, хотя последние (даже в незначительном количестве) отчасти могут стимулировать наряду с др. природными факторами естественную сукцессию древостоев темнохвойной тайги хр. Хамар-Дабан.

Санкт-Петербург с его почти пятимиллионным населением относится к числу крупнейших городов Европы. С дальнейшим развитием города увеличивается поток транспорта, выброс загрязняющих в-в, растут антропогенные нагрузки на зеленые насаждения города. В наиболее неблагоприятных условиях оказываются насаждения вдоль улиц и проспектов. Кафедра почвоведения и гидромелиорации Санкт-Петербургской гос. академии более 20 лет занимается изучением парковых почв. В последние годы наиболее интенсивно ведутся исследования почв садов и скверов, а также придорожных насаждений города. С 1999 г. по настоящее время ведется исследование свойств почв придорожных насаждений Кировского р-на вдоль таких перегруженных транспортом магистралей, как: пр. Стачек, Трамвайный пр., ул. Маршала Жукова и ряда других. Программой исследования предусмотрено изучение морфологических, водно-физических и агрохим. свойств почв и выявление вероятных причин, влияющих на состояние придорожных насаждений. Почвы уличных насаждений Кировского р-на г. Санкт-Петербурга, которые подвергаются воздействию высоких антропогенных нагрузок, характеризуются высокими значениями плотности в верхних корнеобитаемых горизонтах, что негативно сказывается на рост и развитии древесных и травянистых растений. Почвы характеризуются низким потенциальным и актуальным плодородием, изменением реакции среды (ощелачивание), наличием большого кол-ва строительного мусора. Тяжелый механический состав почв, а также дополнительное уплотнение верхних горизонтов способствуют формированию контрастного водного режима, в результате чего растения могут страдать как от избытка, так и от недостатка влаги в течение периода вегетации. Применение в зимний период антигололедных соединений приводит к накоплению в почве легкорастворимых солей. Наиболее высокие значения сухого остатка отмечаются в период начала вегетации.

Наиболее часто загрязнение природных объектов (почв, грунтов, подземных вод) тяжелыми металлами оценивается путем сравнения валового содержания исследуемых токсикантов с их фоновым содержанием в различных природных средах. Такой подход традиционно используется при геоэкол. исследованиях на участках полигонов ТБО. При этом различные формы нахождения металлов в грунтах, как правило, не анализируются. Такая оценка, с нашей точки зрения, необходима, прежде всего потому, что подвижность тяжелых металлов существенно зависит от форм их нахождения в дисперсных грунтах. Следовательно, при оценке загрязнения компонентов природной среды важно знать не только общее содержание тех или иных элементов, но и физико-хим. формы существования, определяющие их подвижность или возможность мобилизации. Настоящее исследование посвящено оценке вертикальной миграции наиболее характерных для участков ПТБО тяжелых металлов (Zn, Cu, Pb, Co, Ni, Cr, Cd) в толще флювиогляциальных и лимногляциальных глинисто-суглинистых пород основания одного из полигонов ТБО Московского региона по пути проникновения техногенных растворов от подошвы свалки на глубину до 1 м. проведенный анализ подвижности тяжелых металлов и их форм нахождения в суглинистых грунтах основания полигона ТБО позволяет сделать вывод, что металлы осаждаются в преобладающих количествах на поверхности окислов Fe, Mn, Al и карбонатов. В меньшей степени металлы связываются с органическим веществом, что в данном случае, вероятно, связано с малым содержанием последнего (%) в исследуемых грунтах. определено, что вклад ионного обмена в процесс сорбции изученных тяжелых металлов невелик и в большинстве случаев не превышает 10%. С увеличением значений емкости обмена в грунтах до 10 мг-экв/100 г и выше, количество тяжелых металлов в ионнообменной форме может возрастать до 25% и даже несколько более. наиболее эффективно поглощается обменным комплексом цинк в количестве до 20% от его валового содержания в грунтах. Свинец не поглощается обменным комплексом вообще, а кобальт, никель и кадммй поглощаются незначительно (%).

Радиоактивное загрязнение в результате Чернобыльской катастрофы распространено на территории Брянской, Калужской, Орловской и Тульской областей. Площади высокого радиоактивного поражения почв сельскохозяйственных угодий четырех областей Центра Русской равнины составляют 2233 тыс. гектаров, или более трети их общей площади. Для оценки радиационной обстановки на сельскохозяйственных угодьях разработан и применен на практике метод крупномасштабного радиологического картографирования почв, загрязненных радионуклидами. За 30-летний период (1964-1994 гг.) потенциал плодородия почв пашни по трем лимитирующим свойствам – почвенная кислотность, содержание подвижного фосфора и обменного калия возрос в 1,8 раза. На этой основе урожайность зерновых культур увеличилась в 1,6 раза, а продуктивность пашни в 1,8 раза. Аналогичные результаты были получены в Калужской, Орловской и Тульской областях. Поступление радионуклидов в растения зависит от основных управляемых агрохимических параметров плодородия почв, которые можно расположить в следующий убывающий ряд: содержание гумуса>содержание обменного калия>величина рН>содержание подвижного фосфора. Нами введено понятие “агрохимические антирадиационные барьеры” для обозначения такого состояния почвенного плодородия, достижение которого резко изменяет условия поступления радионуклидов в растения и продукцию растениеводства, в следствие чего она будет нормативно чистой. Основываясь на результаты многолетних исследований, нами внесены поправки в технологию применения агрохимических средств. Дозы внесения известковых материалов и калийных удобрений были увеличены в зависимости от уровня радиоактивного загрязнения почв. Почв региона исследований, по интенсивности перехода радионуклидов в урожай, располагаются в следующий убывающий ряд: дерново-подзолистые (песчаные>супесчаный>суглинистые)>серые лесные>пойменные луговые>черноземы. Проблема заключается в необходимости сделать все, чтобы почвы могли “переработать” радионуклиды, переводя их в более глубокие горизонты почвенного профиля, снизить их биологическую активность при переходе по трофическим цепям. Следует создавать такие почвенные условия, которые способствовали бы активному протеканию в ней всех форм жизни. Местность только тогда будет экологически безопасной для человека, когда почва “усвоит”, перераспределит и направит радионуклиды по своим каналам. Не решив общих почвенных вопросов реабилитации антропогенных ландшафтов, можно увязнуть в частных вопроса системы “почва-экология-человек”.

Целью исследования явилось изучение закономерностей формирования и динамики биол. активности почв, загрязненных сырой высокообводненной нефтью, в условиях лесостепной и степной зон Среднего Поволжья. В соответствии с целью исследования, и исходя из принципов системного подхода, основанного на анализе модификации элементов и подсистем почвы как экол. объекта, были сформулированы следующие задачи: 1. Дать оценку характеру и степени загрязнения почв различными компонентами водонефтяных загрязняющих потоков. 2. Выявить особенности динамики численности некоторых индикаторных групп микроорганизмов под действием нефтяного загрязнения. 3. Изучить закономерности модификации важнейших ферментативных реакций как процессов, отражающих направленность и напряженность биохим. превращений в нефтезагрязненных почвах. 4. Выявить характер и уровень воздействия нефтепромысловых загрязняющих в-в на некоторые критерии почвенного плодородия. 5. Проанализировать влияние рекультивационных мероприятий на динамику восстановления экол. характеристик загрязненных почв. 6. Выявить ведущие факторы, оказывающие модифицирующее действие на параметры биол. активности почв в результате загрязнения нефтепромысловыми загрязняющими в-вами. Материалы приведены.

Важнейшими характеристиками экол. состояния почв являются их токсичность и фермантативная активность, как критерии уровней загрязнения, общей биогенной ситуации и рекреационной способности. Исследования этих показателей в изучаемой городской экосистеме проводились в 9-ти зонах, условно разделенных на три группы: промышленно-жилую, придорожную и лесо-парковую. В каждой зоне были выделены 5 пробных площадок по наиболее типичным по рельефу, характеру растительности и типам почв территориях, на которых с периодичностью два раза в год (весной и осенью) проводился отбор почвенных образцов для аналитических исследований. При оценке степени токсичности почв в качестве тест-культуры использовались семена редиса. Полученные экспериментальные данные показывают, что наиболее неблагоприятные условия для развития растений (прорастания семян) складываются в почвах промышленно-жилой и придорожной зон, что косвенно свидетельствует об их значительном техногенном загрязнении, причем в первой зоне степень загрязнения несколько выше. Значительно чище в экол. отношении почвы лесопарковой зоны. Однако, почвы и этой зоны не следует считать абсолютно чистыми, т. к. токсичность их составляет в среднем более 20%, что по принятой методике оценки свидетельствует о наличии токсического эффекта. Ведущими ферментами, определяющими характер и направленность биол. процессов в почве, являются каталаза, инвертаза и уреаза. Как показали исследования, активность всех трех изучаемых ферментов во всех зонах в весенний период значительно выше по сравнению с осенним. При этом, ферментативная активность почв промышленно-жилой и придорожной зон существенно снижена по сравнению с лесопарковой зоной. По классификации почв, предложенной Звягинцевым Д. Г., почвы в этих зонах относятся к бедным по степени обеспеченности ферментами каталазой, уреазой и инвертазой, что свидетельствует об изменении их свойств. Следует отметить, что активность уреазы наиболее чувствительна к изменению степени токсичности почв. Это позволяет рекомендовать ее в качестве биоиндикатора на первом уровне биоиндикации при оценке антропогенной нагрузки на почву.

Загрязнение придорожных почв происходит за счет отложения в них продуктов сгорания топлива, износа тормозных колодок, муфт сцепления, шин, разрушения дорожной одежды и т. п. При работе двигателей транспортных средств и строительной техники образуются “условно-твердые” выбросы, состоящие из аэрозольных и пылевидных частиц7 В значительном количестве эти выбросы содержат соединения свинца, цинка, меди, кадмия, а из органических соединений в ряду наиболее опасных продуктов сгорания топлива следует выделить бенз(альфа)пирен. При размещении и проектировании автомобильных дорог необходимо иметь объективную информацию о распространенных на территории предполагаемого строительства природно-территориальных комплексах (ПТК), об их целевом назначении, степени и характере антропогенной нагрузки и о существующем уровне загрязнения почв. Долго даже после ликвидации дороги. Накапливаясь в почве и накладываясь на существующий фон, их концентрации могут достигать уровней, значительно превышающих допустимые. Формирование аномальных ореолов тяжелых металлов зачастую связано с техногенными причинами (промышленные узлы, предприятия цветной металлургии и т. п.), а существующая концентрации конкретных видов загрязнений порой превышает ПДК в десятки раз. По C[C] лишь около половины характеризуемой здесь территории можно отнести к благополучной, ок. 30% – к относительно благополучной, а остальная территория характеризуется как умеренно опасная, опасная и чрезвычайно опасная. Ок. 5% территории (земли близ населенных пунктов Березовский, Б. Исток. Арамиль, Дегтярск, Красноуральск, Невьянск, Кировград, Нейворудянка и Новоуральск) можно отнести к зоне экол. бедствия. При строительстве, реконструкции и ремонте автомобильных дорог, проходящих по этим экологически неблагополучным территориям следует обязательно предусматривать такие природоохранные мероприятия, которые позволили бы не только предотвратить дальнейшее загрязнение почв, подземных и поверхностных вод вышеупомянутыми тяжелыми металлами (пыле-газозащитные древесно-кустарниковые посадки, земляные валы, прозрачные и другие искусственные экраны и т. п.), но и содействовать их естественному самоочищению (создание промывного режима почв).

Почвы Красноярского края повсеместно загрязнены плутонием, гл. обр. его изотопами {239,240}Pu. По уровню загрязнения на территории края выделено три группы почв: а) почвы с фоновым глобальным загрязнением, свободным от влияния ГХК (диапазон варьирования удельной активности плутония составляет от 0,1 до 2,0 Бк/кг при среднем значении 0,34±0,32 Бк/кг); б) почвы 20-км зоны ГХК, дополнительно загрязненные плутонием газо-аэрозольных выбросов комбината (диапазон варьирования от 0,1 до 11 Бк/кг, среднее значение 0,69±1,28 Бк/кг); в) пойменные почвы Енисея на участке реки протяженностью 1500 км ниже по течению от г. Железногорска, загрязненные плутонием, содержащимся в жидких сбросах ГХК (диапазон варьирования от 0,1 до 50 Бк/кг, среднее значение 5,60±8,22 Бк/кг). По отношению удельных активностей {238}Pu/{239,240}Pu, находящегося в интервале от 0,013 до 0,39, можно судить, что основными источниками загрязнения почв на территории края являются: а) глобальные выпадения из атмосферы, связанные с испытаниями ядерного оружия; б) газо-аэрозольные выбросы ГХК; в) сбросы вод охлаждения реакторов ГХК. Определенный вклад в загрязнение пойменных почв и речных отложений внесли сбросы, связанные, по-видимому, с нештатными ситуациями. Распределение плутония в вертикальных разрезах пойменных почв и аллювиальных отложений Енисея крайне неравномерно – макс. активности плутония обычно приурочены к маломощному слою, который вследствие сложных гидрол. процессов формирования речных отложений может располагаться как на поверхности, так и быть заглубленным до 100-140 см. Полученные результаты послужили основанием для разрабатывания и обоснования “Контрольных уровней загрязнения плутонием почв Красноярского края”, которые утверждены главным государственным врачом по Красноярскому краю в качестве регионального нормативного документа. Контрольные уровни предназначены для использования специалистами надзорных органов, осуществляющих радиационный контроль и принимающих решения по обеспечению безопасных условий проживания населения на территории Красноярского края.

Проведение экспериментальных исследований распределения радиоактивных в-в влечет за собой значительные затраты времени и средств. Поэтому представляет очевидный практический интерес использование математических моделей, позволяющих быстро находить содержание радионуклидов в почве в любой момент времени. Результаты математического моделирования могут быть в дальнейшем использованы для анализа экол. последствий распространения загрязняющих в-в в районе расположения предприятий ядерного топливного цикла. Предлагается конвективно-диффузионная модель распространения радионуклидов в толще грунта под хранилищами твердых радиоактивных отходов, основанная на применении аналитических подходов. Процесс распространения загрязняющих в-в описывается дифференциальным ур-нием нестационарной диффузии с учетом вертикального нисходящего движения почвенной влаги. Получено выражение, позволяющее рассчитать содержание нуклидов в почве для любого момента времени. Проведен анализ экспериментальных замеров радиоактивности, полученных для случая реально существующего хранилища. Приведены расчеты конц-ии стронция-90, и результаты сопоставлены с данными измерений в известных работах. Отмечается одинаковый характер расчетных и экспериментальных кривых распределения {90}Sr по глубине почвенного слоя. При учете данных об изменении содержания радионуклидов с глубиной, позволяющих смоделировать изменение подвижной части исследуемого радионуклида в почвенном профиле в вертикальном направлении, наблюдается одинаковый характер изменения расчетного и измеренного содержания нуклидов в почве. Такой анализ может давать представление о загрязнении почвы без проведения трудоемких и сложных в технологическом плане измерений содержания нуклидов в грунте. Универсальность модели позволяет использовать ее для анализа параметров загрязнения окружающей среды в районе схожих объектов.

Для 15 регионов россии загрязнение почв тяжелыми металлами рассматривается в качестве приоритетной экол. проблемы или приобретает характер экол. кризиса. Для исследования воздействия поллютантов на почвенный покров необходимо изучение биол. составляющей. Связано это с тем, что в отличие от методов физико-хим. контроля, биол. анализ позволяет выявить не только степень загрязнения и интенсивность воздействий, но и проследить динамику деградации экосистемы во времени и пространстве. Среди обитателей почвы в наибольшей степени требованиям к выбору биоиндикаторов отвечают дождевые черви. Заглатывая грунт, они соприкасаются с загрязнителями изнутри, а не только снаружи. Эти животные многочисленны, оседлы, с малым индивидуальным участком обитания. Они обладают сравнительно крупными размерами, что удобно для анатомирования. Их обмен веществ и размножение интенсивны, а жизнь достаточно продолжительна. Изучение биоиндикационной роли дождевых червей на содержание в почве различных конц-ий тяжелых металлов необходимо организовывать как в полевых, так и в лабораторных условиях. В изучении популяции люмбрицид целесообразно проанализировать следующие параметры: видовой состав, численность, биомассу, возрастную структуру и вертикальную стратификацию. Кроме того, необходимо исследовать строение поверхностного эпителия и покровов кишечника, т. к. именно они в наибольшей степени соприкасаются с загрязнителем. При учете всех вышеперечисленных условий возможна организация научного эксперимента по изучению биоиндикационной роли дождевых червей на содержание в почвах тяжелых металлов.

Подавляющая часть техногенных источников тяжелых металлов сконцентрирована в индустриальных центрах. в этой связи нами были проведены исследования по оценке содержаний тяжелых металлов в компонентах агроэкосистем, расположенных в зонах влияния ряда крупных промышленно–индустриальных центров Беларуси: Минска, Могилева и Гомеля. Методика опробования включала отбор почвенных и растительных образцов с интервалом 0,5, 1, 3, 5, 10 км по основным радиальным направлениям. В образцах почв и растительности атомно-адсорбционным методом анализировались валовые содержания Ni, Cu, Pb, Zn, Cd. В результате исследований содержаний тяжелых металлов в агроэкосистемах пригородных зон было установлено, что вокруг городов формируются биогеохим. ореолы загрязнения радиусом до 10 км. Основным загрязняющим в-вом выступает Pb, содержания которого в почвах и растениях превышают регионально-фоновый уровень с локальными аномалиями выше ПДК для почв и МДУ для растений. Аномальными конц-иями Zn характеризуются почвы пригородов Минска и Гомеля, для Могилева его содержания не выходят за пределы фоновых значений. В растениях содержание металла повсеместно превышает фон, в отдельных случаях – МДУ. Максимальными значениями Cd, превышающими фон, в отдельных случаях ПДК в почвах и МДУ в растениях, характеризуются агроэкосистемы в пригородах Могилева. Для Минска и Гомеля содержания элемента в компонентах агроэкосистем превышающие регионально-фоновые значения, но не выходят за предельно допустимые нормы. Уровень содержания меди в почвах не является экологически опасными, однако в растениях конц-ии элемента значительны и в 2-3 раза превышают фон в агроэкосистемах Минска и Могилева, для Гомеля – находятся в пределах фона. Накопление никеля в почвах пригородных территорий незначительно превышает фоновый уровень, в растениях агроэкосистем Минска и Могилева – не превышает фон, для Гомеля – более чем в 4 раза превышает фоновый уровень. Т. обр., агроэкосистемы в зонах воздействия крупных пром. центров представляют собой зоны экол. проблем и требуют постоянного контроля за состоянием слагающих их компонентов.

Работа посвящена решению проблемы дезактивации грунта на территории бывшего военгородка N 6 в 5-м квартале Васильевского острова (Санкт-Петербург). Очистка грунтов от радионуклидов является слабо изученным вопросом. Разработан способ извлечения радионуклидов из грунтов путем флотации с ПАВ. Однако этот метод может быть использован только в том случае, если радионуклиды образуют собственную фазу или сокристаллизованы с каким-либо минералом. В стадии исследований находится разработка электромиграционного выделения радионуклидов из грунтов. В данной работе предложен способ дезактивации грунта путем промывания его раствором соли железа (3+). Катион Fe{3+} вытесняет радионуклиды с поверхности минералов в жидкую фазу, из которой {90}Sr может быть выделен соосаждением с карбонатом кальция.

В современных условиях чернобыльской зоны отчуждения при полном прекращении с.-х. деятельности и зарастании территории практически прекратилось действием таких факторов перераспределения радионуклидов, как вынос их с с.-х. и дефляция. Основными природными процессами миграции радионуклидов в настоящее время являются их заглубление в геол. среду с потоком инфильтрационной влаги и поверхностный эрозионный перенос с временными водными потоками. Оценка соотношения интенсивности этих процессов имеет не только теор. характер. От этого зависит правильное понимание сути автореабилитационных процессов, эффективность планирования защитных и реабилитационных мероприятий на конкретной территории, а значит, и направление финансовых инвестиций. По отдельности вопросы эрозионного смыва радионуклидов и вертикальной их миграции в геол. среде изучены довольно хорошо. Мощный импульс подобным исследованиям дала чернобыльская катастрофа. Гораздо реже проводились совместные исследования латеральной и вертикальной миграции на одних и тех же площадках, причем проведены они были в 1986-1987 гг., когда ощутимого вертикального переноса радионуклидов еще не происходило. По прошествии десяти лет после аварии вертикальная составляющая миграции стала намного значимей, чем в первое время после нее. Это послужило стимулом к дополнительным работам. Некоторые результаты изучения соотношения двух основных процессов миграции радионуклидов приведены в настоящей публикации.

Местность в зоне расположения бывшего производства красителей вблизи Рейна сильно загрязнена мышьяком. Зона площадью 2100 м{2} покрыта почвой с объемом 10000 м{3}, имеющей концентрацию мышьяка 60000 кг/кг. Грунтовая вода вблизи источника загрязнения содержит до 20 мг As/л. Очистка зоны путем полного удаления почвы невозможно из-за наличия зданий на части территории. Поэтому очистку подповерхностного слоя почвы от мышьяка осуществляли двумя способами: инъекцией химикатов, выделяющих сульфаты и органические вещества, для образования сульфида мышьяка, и созданием уклонов для удаления остатков растворенного мышьяка из растворов. Инъекционные барьеры устраиваются поперек потоков грунтовых вод для улавливания достаточного количества реагентов. Материал проницаемых сорбционных барьеров содержит гранулированный оксид железа, имеющий высокие удельную поверхность и сорбционную способность. С целью легкого обмена материала разработано заменяемое устройство. Процесс иммобилизации мышьяка контролируется мониторинговой системой.

Неизбежные повреждения магистральных нефтепродуктов, аварийные ситуации с различным нефтяным оборудованием при ее добычи, транспортировке, хранении, переработке приводят к утечке нефти и ее разливу по поверхности грунта и образовании нефтяной пленки. Последующая инфильтрация нефти в глубинные слои приводит к загрязнению поверхностных и подземных вод. Вблизи пром. зон это может стать составной компонентой экол. катастроф. Предпринята попытка оценить глубину проникновения нефтепродуктов при наличии нефтяной пленки на поверхности грунта на основании математической модели процесса инфильтрации. Основные исходные положения при построении математической модели достаточно хорошо известны. Мы рассмотрели капиллярную модель пористой среды. В рамках этой модели среда идеализируется как твердое тело, пронизанное прямолинейными вертикально расположенными капиллярами равной длины с неизменным по всей высоте диаметром. Аналитическое описание рассматриваемого процесса связано с капиллярной силой, силой вязкого трения, силой инерции, веса нефти в капилляре и веса нефти в нефтяной пленке. Такая постановка задачи приводит к необходимости решения дифференциального уравнения второго порядка, где неизвестной функцией является глубина проникновения нефти в грунт. Ввиду нелинейности полученного уравнения не представляется возможным написание явного решения. Вместе с тем, безусловный интерес представляет получение мажорирующей функции для решения задачи. Основная оценка получается с помощью леммы Гронуолла. Поскольку особый интерес представляет величина проникновения в начальный период времени (до 1 суток), полученный в работе результат дает надежную оценку границы инфильтрации нефти в грунт.