CC BY
94
УДК 631.48+504.5
А.А. Васильев, канд с.-х. наук, доцент; Е.С. Лобанова, ассистент,
ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА
КАРТОСХЕМА МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА Г. ПЕРМИ
Введение. Почвенный покров г. Перми подвергается интенсивному загрязнению тяжелыми металлами (ТМ) [1]. Исследование элементного химического состава почв является дорогостоящим, затратным по времени и ресурсам анализом, поэтому в последнее время в почвенно-геохимических исследованиях широко используются инструментальные методы. Закономерности взаимосвязи объемной магнитной восприимчивости (ОМВ) и содержания ТМ на территории г. Перми свидетельствуют о высокой надежности корреляции концентрации ТМ и ОМВ [2]. Вместе с тем в настоящее время имеются лишь отдельные, не систематизированные сведения о магнитных свойствах почвенного покрова г. Перми. В связи с этим актуально объективно оценить ОМВ почвенного покрова города.
Целью исследования является создание оценочной шкалы и картосхемы ОМВ почвенного покрова г. Перми.
Методика. Для измерения ОМВ использовался каппаметр КТ-6 с диапазоном измерений от 10-5 до 100 ед. СИ. Магнитометрическая съемка осуществлялась по сетке квадратов от 100 до 600, на наблюдательных площадках площадью 1м2 с 10-кратной повторностью измерений на каждой площадке. Всего в период 2006-2012 гг. заложено более 2600 наблюдательных площадок, выполнено около 27 тыс. единичных измерений ОМВ с поверхности почвы. Фоновые значения ОМВ получены в трансектах залежных и лесных дерновоподзолистых тяжелосуглинистых почв на южной окраине г. Перми, где в 2012 г. выполнено
более 1 тыс. единичных измерений ОМВ. Математическая обработка результатов исследований выполнена общепринятыми методами статистики с использованием прикладных программ Microsoft Excel и Statistica 8,0. Составление электронной картосхемы выполнено с использованием программы MapInfo Professional 6,5.
Результаты исследований. Анализ статистических показателей ОМВ почвенного покрова г. Перми показал, что наиболее вероятная величина (мода) ОМВ составляет 0,90*10-3 СИ, медиана - 1,1*10-3 СИ, среднее арифметическая величина - 1,83*10-3 СИ. Величина стандартного отклонения и коэффициента вариации высокие (табл. 1). В генеральной совокупности средняя арифметическая величина в 3,6 раза, а медиана в 2,2 раза выше, чем фоновое значение (0,5*10-3 СИ). Квартальный анализ выявил, что на 25% всех наблюдательных площадок коэффициент маг-нитности КМ почв меньше 1,0. Коэффициент магнитности КМ по Э.А. Молостовскому [3] показывает отношение ОМВ в изученной почве к фоновому значению ОМВ. Низкие значения КМ в некоторой части почвенного покрова города объясняются легким гранулометрический составом дерново-подзолистых почв на аллювиальных супесчаных отложениях, а также использованием диамагнитных торфоминеральных смесей в формировании урбано-земов в скверах и бульварах города. Так, в почвах газона по ул. Ленина при содержании Сорг 40% и 22%, ОМВ составляет 0,3 и 0,6 *10-3 СИ, соответственно.
Таблица 1
Статистические параметры ОМВ почв г. Перми
Выборки n M S а lim V, % Mo Md
Г енеральная совокупность 2636 1,83 1,42 2,12 0,07-19,31 116 0,90 1,10
1 квартиль 0-25% 656 0,35 0,11 0,13 0,07-0,56 37 0,40 0,35
2 квартиль 25-50% 654 0,81 0,13 0,15 0,57-1,09 19 0,90 0,80
3 квартиль 50-75% 661 1,47 0,23 0,27 1,10-2,09 19 1,30 1,42
4 квартиль 75-100% 665 4,61 1,89 2,57 2,10-19,31 56 2,10 3,90
В квартилях 2, 3 и 4 среднеарифметические и медианные значения ОМВ выше фона, соответственно, в 1,6; 2,9; 9,2 и в 1,6; 2,8; 7,8 раза. Наиболее существенный размах значений и высокие коэффициенты вариации ОМВ в верхнем квартиле. Средняя величина ОМВ в верхнем квартиле в 13 раз выше, чем в нижнем квартиле, а значение медианы отличается в 11 раз. Разница между верхним и нижним квартилем по средней арифметической величине ОМВ составляет 4,26 *10-3 СИ. Статистические параметры ОМВ свидетельствуют о значительной и крайне неоднородной магнитно-техногенной нагрузке на почвенный покров г. Перми.
Распределение ОМВ в почвенном покрове г. Перми не подчиняется нормальному гауссовому закону распределения. Ранее на это указывалось [4, 5, 6] при характеристике
почв урбанизированных территорий. Если величины каких-либо свойств или признаков не подчиняются нормальному гауссовому закону распределения, то для их оценки используются градации центильных интервалов [7, 8, 9].
Максимальное значение ОМВ 19*10-3 СИ установлено в Мотовилихинском районе г. Перми. Использование центильного анализа позволило создать объективную оценочную шкалу ОМВ почв г. Перми (табл. 2). Для сравнения отметим, что границы центильных интервалов ОМВ для г. Перми значительно шире, чем, например, для г. Владимира, где были проведены аналогичные исследования [6]. Таким образом, известное положение А.И. Перельмана и Н.С. Касимова [10] о техногенной геохимической специализации городов находит свое подтверждение в различиях магнитно-минералогического состава почв.
Таблица 2
Шкала объемной магнитной восприимчивости почв г. Перми
№ группы Центиль Оценка МВ ОМВ*10"3 СИ
фон для г. Перми п=1020 почвы г. Перми п=2636 почвы г. Владимира п=1500
1 < 5 очень низкая <0,29 < 0,21 <0,174
2 5-10 низкая 0,29-0,34 0,21-0,3 0,174-0,207
3 10-25 ниже среднего 0,34-0,43 0,3-0,57 0,207-0,276
4 25-75 средняя 0,43-0,62 0,57-2,1 0,276-0,524
5 75-90 выше среднего 0,62-0,70 2,1-4,5 0,524-0,699
6 90-95 высокая 0,70-0,75 4,5-6,3 0,699-0,831
7 > 95 очень высокая >0,75 > 6,3 > 0,831
Градация центильного интервала «средняя» характеризует «норму» ОМВ для почвенного покрова селитебной части г. Перми. Верхняя граница «нормы» составляет 0,57*10-3 СИ, нижняя граница - 2,1*10-3 СИ. Превышение «нормы» ОМВ свидетельствует о загрязнении почвенного покрова ТМ [2].
Пространственная неоднородность распределения магнитных соединений заметно
проявляется в почвенном покрове функциональных зон г. Перми. В большей мере магнетики аккумулируются в почвах придорожных территорий (ПД) (табл. 3). Размах колебаний ОМВ здесь очень широкий. В почвах бульваров и скверов (ПР), а также во дворах кварталов жилых домов (ПК) значения ОМВ достоверно ниже.
Статистические параметры ОМВ почвенного покрова функциональных зон г. Перми и оценка их различий по ^критерию Стьюдента
Таблица 3
ФЗ п М±т а V, % Разница средних t факт для пар сравнения
ПР-ПК ПД-ПР ПД-ПК ПР-ПК ПД-ПР ПД-ПК
ПР 48 1,2±0,9 0,7 57 -0,1 2,7 2,6 0,4 5,0* * 40 4,
ПК 24 1,3±1,3 0,9 70
ПД 50 3,9±3,7 2,8 73
'■ t
)акт > теор
Выполненные нами исследования подтверждают интенсивную аккумуляцию высокомагнитных соединений в почвах придорожной полосы, что ранее было установлено рядом автором [5, 11, 12, 13].
С использованием ГИС-технологий впервые была построена картосхема ОМВ почвенного покрова г. Перми в масштабе 1:1750. Почвы с наиболее высокой ОМВ сформировались на территориях, прилегающих к цехам ОАО «Мотовилихинские заводы» (рис. 1). Загрязнение почв высокомагнитными соедине-
ниями связано с более чем 270-летней историей металлургического и машиностроительного производства на этом крупном промышленном предприятии Предуралья. Дочернее предприятие ОАО «Мотовилихинские заводы» ЗАО МЗ «Камасталь» ежегодно производит более 300 тыс. тонн стали для нужд машиностроения [14], что сопровождается загрязнением магнетиками атмосферы и почвенного покрова. Высокая ОМВ почв характерна и для центра г. Перми.
Рис. 1. Картосхема ОМВ почвенного покрова г. Перми, М 1 : 1750
На левом берегу р. Камы в ядре городского центра большая часть почвенного покрова характеризуется ОМВ в центильных интервалах «средняя» и «выше средней», а 40-45% почвенного покрова городского центра имеют ОМВ «выше средней», «высокая» и «очень высокая».
Ареалы почв с «очень высокими» значениями ОМВ соотносятся на картосхеме с пе-
рекрестками улиц с интенсивным движением автотранспорта: ул. Попова - ул. Петропавловская, ул. Попова - ул. Ленина, ул. Куйбышева - ул. Революции. «Очень высокая» МВ и в почвах вдоль загруженных автотранспортом улиц: ул. Революции, ул. Пушкина, ул. Екатерининская, ул. Петропавловская на отрезке от Комсомольского проспекта до площади Гайдара. Почвы по Комсомольскому проспекту,
где наблюдается высокая интенсивность движения транспорта, на картосхеме выделены как почвы с ОМВ в интервале «средняя» -«выше средней». Верхние горизонты почв бульвара на Комсомольском проспекте в последнее десятилетие регулярно обновляются торфо-минеральной смесью, что заметно снижает их ОМВ. Ареалы почв с ОМВ «ниже средней» и «средняя» приурочены к территориям скверов, бульваров города и парка им. М. Горького.
Основные территории города с очень низкой и низкой ОМВ почв совпадают с границами особо охраняемых природных территорий - Черняевского леса и Верхнекурьин-ского природного ландшафта. Хвойные древесные породы этих территорий защищают почвенный покров от загрязнения высокомаг-
нитными соединениями. Низкая ОМВ почв природных ландшафтов на первой и второй надпойменных террасах р. Камы связана с их легким гранулометрическим составом.
Выводы. «Норма» ОМВ почв г. Перми соответствует интервалу от 0,57*10-3СИ до 2,1*10-3СИ, что значительно выше, чем «норма» ОМВ для фоновых территорий, где она составляет 0,43-0,62*10-3 СИ. Загрязнение почвенного покрова магнетиками происходит от выбросов промышленных предприятий и автотранспорта. Магнитно-техногенная
нагрузка на почвенный покров города очень высокая. Увеличение ОМВ в почвах функциональных зон происходит в ряду: «почвы рекреации = почвы внутриквартальных территорий < почвы придорожных территорий».
Литература
1. Копылов И.С. Эколого-геохимические закономерности и аномалии содержания микроэлементов в почвах и снежном покрове Приуралья и города Перми // Вестник Пермского университета. Сер. Геология. 2012. Вып. 4 (17). С. 39-45.
2. Водяницкий Ю.Н., Васильев А.А., Лобанова Е.С. Загрязнение тяжелыми металлами и металлоидами почв г. Перми // Агрохимия. 2009. № 4. С. 60-68
3. Молостовский Э.А., Еремин В.Н. Способ определения техногенного загрязнения почв и донных осадков металлами: патент. Саратовский гос. ун-т им. Н.Г. Чернышевского. 1998.
4. Иванов А.В., Ломоносова М.В., Гладышева М.А., Строгонова М.Н. Применение метода магнитной восприимчивости для диагностики загрязненных тяжелыми металлами городских почв // Тр. Межд. науч. конф. «Современные проблемы загрязнения почв». М., 2004. С. 159.
5. Гладышева М.Н., Иванов А.В., Строганова М.Н. Выявление ареалов техногенно-загрязненных почв Москвы по их магнитной восприимчивости // Почвоведение. 2007. № 2. С. 235-242.
6. Ширкин Л.А., Трифонова Т.А., Кошман В.А., Краснощёков А.Н. Оценка техногенной трансформации почвенного покрова с применением анализа магнитной восприимчивости почв // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2012. №5(3). Т. 14. С. 866-871.
7. Трифонова Т.А., Ширкин Л.А., Селеванова Н.В. Эколого-геохимический анализ загрязнения ландшафтов. Владимир: Владимир Полиграф, 2007. 170 с.
8. Басова О.М., Хамитова Р.Я. Риск здоровью детей малых городов от перорального поступления тяжелых металлов // Казанский медицинский журнал. 2008. № 2. Т. 89. С. 203-206.
9. Наркович Д.В. Элементный состав волос детей как индикатор природно-техногенной обстановки территории (на примере Томской области): автореф. дис. ... канд. геол.-минерал. наук. Томск, 2012. 21с.
10. Касимов Н.С., Батоян В.В., Белякова Т.М. [и др.]. Эколого-геохимическая оценка городов // Вестник Моск. ун-та. Сер. 5. География. 1990. № 3. С. 3-12.
11. Страдина О.А. Магнитная восприимчивость почв Среднего Предуралья как показатель их загрязнения тяжелыми металлами: автореф. дис. канд. с.-х. наук. Уфа, 2008. 21с.
12. Hoffmann V., Knab M., Appel E. Magnetic susceptibility mapping of roadside pollution // Geochemical Exploration. 1999. Vol. 66. № 1-2. P. 313-326.
13. Qian P., Zheng X., Zhou L. Magnetic Properties as Indicator of Heavy Metal Contaminations in Roadside Soil and Dust Along G312 Highways // Procedia Environmental Sciences. 2011. Vol. 10. P. 1370-1375.
14. Инвестиционный обзор ОАО «Мотовилихинские заводы». 2007. 49 с.
