CC BY
40
УДК 504.3.054
DOI: 10.24412/1816-1863-2020-13045
ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА КАК ФАКТОРА ФОРМИРОВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ РИСКОВ НА ТЕРРИТОРИИ ДУБНЫ
Е. Ю. Рунова, аспирант, государственный университет «Дубна», burova_elen@mail.ru, Дубна, Россия О. А. Савватеева, кандидат биологических наук, доцент, государственный университет «Дубна», ol_savvateeva@mail.ru, Дубна, Россия О. А. Макаров, доктор биологических наук, профессор, Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, oa makarov@mail.ru, Москва, Россия
Загрязнение атмосферного воздуха в городах в большинстве случаев вызывает неблагоприятные последствия для окружающей среды в целом и состояния здоровья проживающего населения в частности. Часто именно загрязнение воздуха является основным фактором формирования экологических рисков городских территорий. Тем не м енее, всегда стоит вопрос о степени воздействия и частоте и глубине проявляющихся в живых системах последствиях.
Оценка состояния атмосферного воздуха с целью анализа экологических рисков и рисков для здоровья населения Дубны Московской области проведена в 2019 году на основе анализа содержания в снежном покрове тяжелых металлов и биоиндикации (анализировались повреждения и усыхания хвои Сосны обыкновенной).
В Дубне общая масса пыли, осажденная в результате выпадения из атмосферного воздуха на поверхности снегового покрова, невелика. Однако наличие превышенных в несколько раз значений концентраций изучаемых веществ в атмосферном воздухе в местах проботбора по сравнению со значениями фоновых концентраций свидетельствует о наличии антропогенного воздействия на исследуемые участки.
Результаты биоиндикационных исследований позволили выявить участки повышенного загрязнения атмосферного воздуха, приуроченные к отдельным техногенным системам или автодорогам с интенсивным движением транспорта.
Возможное изменение объемов и состава загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу как имеющимися, так и создаваемыми источниками загрязнения, позволяет считать состояние атмосферного воздуха одним из критических факторов формирования экологических рисков в наукограде.
Air pollution in cities has a number of negative consequences for public health and the environment. Air pollution is often the main factor in the formation of environmental risks in urban areas. The assessment of the atmospheric air state is aimed on analyzing the environmental risks and risks to the Moscow Region Dubna population health. It has been carried out in 2019 based on the analysis of heavy metals concentration in the snow cover and bio indication (damage and drying of Pinus Sylvestris L. needles were analyzed).
In Dubna the total mass of dust falling on the snow from the atmospheric air is small. However, studied substances in the atmospheric air at several times exceed concentrations in comparison with the values ??of background concentrations. That fact indicates anthropogenic impact on the studied area. Bioindication studies identify increased air pollution areas, confined to individual technogenic systems and heavy traffic highways.
A possible change in the volume and composition of pollutants emitted into the atmosphere by both existing and created pollution sources allows us to consider the atmospheric air state as one of the critical factors in Dubna science city environmental risks formation.
Ключевые слова: экологический риск, риск для здоровья, атмосферный воздух, тяжелые металлы, снежный покров, биоиндикация, Pinus Sylvestris L.
Keywords: ecological risk, environmental risk, risk for health, atmospheric air, heavy metals, snow cover, bioindication, Pinus Sylvestris L.
o>
TS
о
О -i X x
CD Г) TS Q
б
CD ы
О ^
0 Г)
1
о
Г)
Г) -I
тз
о
-I
CD
О-
Г> -I 03
О
О ТЗ О Ш
Г)
О
X
о
ы ш
Г) -I
оз О
Согласно ФЗ № 7 «Об охране окружающей среды» экологический риск трактуется как «вероятность наступления события, имеющего неблагоприятные последствия для природной среды и вызванного негативным воздействием хозяйственной
и иной деятельности, чрезвычайными ситуациями природного и техногенного характера» [1]. В ряде исследований доказано, что состояние и качество атмосферного воздуха в городах коррелирует с уровнем заболеваемости населения, это в
45
о
m i-
U
w
CO
О X
О ^
и а
О ^
О
о
U
Ш
I-
О
I-
и
и о
X
и о
с
о
со
ш vo
О ^
и ш
т
о (Г)
46
полной мере относится и к малым и средним городам [2, 3]. Помимо всех антропогенных выбросов в атмосферу, основное количество из которых составляют оксиды углерода, серы, азота и углеводороды, в атмосферный воздух также выбрасываются твердые вещества, тяжелые металлы, оказывающие, в свою очередь, высокое негативное воздействие на живые организмы [4].
Количественные связи между содержанием металлов в атмосферном воздухе и выпадением их на территории городов фиксируют аномалии в почве и снежном покрове. Полученные связи позволяют по результатам изучения почв и снега проводить ориентировочную гигиеническую оценку загрязнения воздушного бассейна по следующему ряду показателей — суммарному показателю загрязнения снежно -го покрова, суммарному показателю нагрузки выпадения металлов и др. [5, 6].
Исследуя состояние атмосферного воздуха, кроме изучения загрязненности снежного покрова, специалистами активно используются методы биоиндикации, причем в качестве биоиндикаторов нередко выступают различные виды растений [7]. Растения-биоиндикаторы очень чувствительны к загрязнению атмосферного воздуха, проявляют высокую восприимчивость к действию газообразных веществ и тяжелых металлов.
Целью исследований является оценка загрязненности снегового покрова, а также некрозов и усыхания хвои Сосны обыкновенной для анализа состояния атмосферного воздуха и установления его роли в формировании экологических рисков на территории города Дубны, в частности для здоровья населения — в аспекте возникновения дополнительных случаев заболеваемости.
Модели и методы
Город Дубна с численностью населения около 75 тыс. чел. относится к средним городам. В целом экологическая обстановка в городе характеризуется как относительно благополучная [8].
Однако с каждым годом происходит прирост населения, вместе с тем активное развитие города, что способствует увеличению техногенного воздействия на исследуемой территории.
На территории Дубны расположены предприятия различного профиля, характеризующиеся небольшими объемами производства и не являющиеся крупными промышленными центрами в общепринятом смысле [9]. Что касается автотранспорта, то следует отметить нарастание числа его единиц и интенсивности д виже-ния в последние 15—20 лет [3].
Оценка загрязнения атмосферного воздуха в Дубне в 2019 г. проводилась на основе анализа снежного покрова, а также по результатам исследования состояния Pinus Sylvestris L.
Места проботбора снега приурочены к основным промышленным предприятиям и автотрассам города. Все пробы снега являются смешанными (размеры пробной площадки составляют 10 s 10 м, количество индивидуальных проб 5 шт.). Исследовался снег, пролежавший на городской территории с момента установления устойчивого снежного покрова до момента активного снеготаяния. При расчетах концентраций учитывалось время, за которое накопились в снегу атмосферные выпадения [10]. Фоновым участком принят национальный парк «Лосиный остров» (находится на территории Москвы и Московской области), содержание тяжелых м еталлов в почвенном покрове которого заимствованы из работы Т. Н. Лубковой [11].
Химический анализ отобранных проб снега проводился методом атомно-абсорб-ционного анализа. Высушенный сухой остаток был проанализирован на валовое содержание тяжелых металлов — кадмия, никеля, свинца, меди и цинка. Состояние снежного покрова в соответствии с Методическими рекомендациями [12] оценивалось по общепринятым геохимическим показателям, полученные результаты сопоставлены с разработанными шкалами.
При проведении биоиндикационных исследований в качестве биоиндикатора выступает Сосна обыкновенная Pinus sylvestris L., повсеместно распространенная на территории Дубны. Выбор индикатора обусловлен высокой чувствительностью вида к изменению качества атмосферного воздуха. Метод основан на зависимости степени повреждения хвои сосны обыкновенной Pinus sylvestris L. (наличии и степени проявления некрозов и усыха-
ния) от уровня загрязнения атмосферного воздуха.
Растительный материал (хвоя) отобран в 64 точках по всем функциональным зонам Дубны, так как они характеризуются разной степенью чистоты воздуха (в зеленой зоне, вблизи автодорог и промышленных предприятий и т. п.).
Для оценки степени загрязнения воздуха в каждой точке определялись хвоинки с пятнами, усыханием и здоровые. По степени повреждения и усыхания хвои выделяют несколько классов: 1 — на хвоинках нет сухих участков; 2 — на хвоинках усох кончик 2 — 5 мм; 3 — усохла 1/3 хвоинки; 4 — вся или большая часть хвоинки сухая» [13]. Оценка степени загрязнения воздуха проводилась по оценочной шкале с выявлением одного из шести классов: I — воздух идеально чистый; II — чистый;
III — относительно чистый («норма»);
IV — загрязненный («тревога»); V — грязный («опасно»); VI — очень грязный («вредно») [14].
Результаты и обсуждение
С использованием ГИС MapInfo Professional (версии 17.0.3) построены картосхемы распределения тяжелых металлов в снеговом покрове Дубны. Результаты расчета указанных геохимических показателей для исследуемой территории приведены в картосхеме пространственного распределения общей массы пыли в снеговых пробах и общей нагрузки каждому
анализируемому параметру (рис. 1, см. 3-ю страницу обложки), фоновые значения приведены в таблице 1. Интерпретация полученных результатов проводилась путем их сопоставления с разработанными шкалами (табл. 2).
Показатель общей массы пыли в снеговой пробе Рп (кг/км2 • сут) для всех площадок пробоотбора Дубны демонстрирует уровень выпадения пыли ниже минимального критерия по МР от 15.05.1990 (рис. 1).
Максимальное значение общей массы пыли наблюдается на Иваньковской ГЭС (плотине), которая на момент отбора проб являлась единственным участком транспортного сообщения между левым и правым берегом исследуемой территории. Близкие по значению показатели общей массы пыли к Иваньковской ГЭС наблюдаются на Восточной котельной и АО «ДМЗ» — МКБ «Радуга». Однако показатель общей массы пыли на территории АО «Тензор» ниже значения Рп даже на фоновом участке.
Картосхема пространственного распределения показателей (коэффициентов) концентрации тяжелых металлов в пыли, уловленной снежным покровом (Кс), показывает, насколько концентрация загрязняющих веществ в пыли на территории Дубна в выбранных точках пробо-отбора, уловленной снежным покровом, превышает концентрацию загрязняющих веществ на фоновой территории (Лоси-
о>
О
О -1 X х
CD
Г)
О
б
а>
ы
О ^
0 Г)
1
о
Г)
Г) -I
тз
о
-I
а>
О-
Г> -I 03
О
О ТЗ О Ш
Г)
О
X
о
ы ш
Г) -I
оз О
Таблица 1
Результаты измерения общей массы пыли в снеговых пробах и общей нагрузки загрязнения для каждого вещества на фоновом участке
Общая масса пыли в пробе снега (Рп), кг/км2 • сут Общая нагрузка загрязнения (Робщ), мг/км2 • сут
Cd 228 Cu 327 Ni 231 Pb 220 Zn 213
12,0 252,173913 396,000 324,000 276,000 756,000
Таблица 2
Уровни загрязнения почв и снежного покрова металлами и пылью [12]
Уровень Суммарный показатель загрязнения почв () Суммарный показатель загрязнения снежного покрова (Zc) Выпадение ныли (кг/км2 • сутки (Рп) Выпадение металлов или суммарный показатель нагрузки (Z.)
Низкий 8—16 32—64 100—250 1000
Средний 16—32 64—128 250—450 1000—5000
Высокий 32—129 128—256 450—850 5000—10 000
Очень высокий 128 256 850 10 000
47
№3, 2020
о
т
I-
и
со О X
О ^
и а О СР
О
а
и
Ф
IX
о
СР
I-
и
и о
X
и о с
о
со ф
Ю ч;
О ^
и Ф т X
О
48
ный остров Московской области, рис. 2, см. 3-ю страницу обложки). Максимальное превышение, например, по (до 8,5 раза) наблюдается вблизи АО «Тензор», близкое значение — в 7,9 раза — определено на территории промзоны Александровки. Аналогичная ситуация наблюдается с медью: лидирующие позиции по превышению содержания меди по сравнению с фоном занимают АО «Тензор» — в 6,3 раза и промзона «Александровка» — в 6,1 раза.
Тем не менее, максимальное значение суммарного показателя загрязнения снежного покрова — 18,7 (АО «Тензор») показывает, что для всех площадок пробо-отбора рассчитанный уровень загрязнения не достигает даже низкого уровня.
По результатам биоиндикационных исследований установлено, что большинство (46) точек пробоотбора (рис. 3, см. 3-ю страницу обложки) относятся ко 2-му классу загрязнения атмосферного воздуха, 4 точки — к 1-му классу, 11 точек — к 3-му классу, 3 точки — к 4-му классу. Пятого и шестого классов загрязнения атмосферного воздуха на территории города не зафиксировано. Таким образом, основная часть городской территории характеризуются 2-м классом загрязнения воздуха и имеет незначительную тенденцию перехода к 3-му классу загрязнения. Повышенное загрязнение воздуха (4-й класс), выявленное в 3 точках пробоотбора, может быть обусловлено наличием локальных (точечных) источников техногенного воздействия.
Участки с первым уровнем загрязнения воздуха (воздух идеально чистый) выявлены преимущественно в районе города, расположенном на левом берегу р. Волги, однако отдельные небольшие участки также выявлены в районах города, расположенных на правом берегу р. Волги.
Территории с третьим уровнем загрязнения атмосферного воздуха (воздух относительно чистый) приурочены к полигону ТКО «Дубна Правобережная», улицам Вернова и Энтузиастов, Восточной котельной и заводу «Тензор». Несколько точек исследования тяготеют к автобусным остановкам.
Таким образом, анализ загрязненности снежного покрова и измененности хвои Сосны обыкновенной позволяет сделать заключение о достаточно благоприятном
состоянии атмосферного воздуха на территории Дубны в 2019 году. Низкая загрязненность воздуха (за исключением отдельных локальных участков, приуроченных к точечным источникам техногенного воздействия) в целом свидетельствовала о невысоких уровнях экологических рисков для окружающей среды и здоровья человека в пределах наукограда в исследуемом году. В то же время возможное изменение объемов и состава загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу как имеющимися, так и создаваемыми источниками загрязнения, позволяет считать состояние атмосферного воздуха одним из критических факторов формирования экологических рисков в наукограде.
Заключение
В настоящей работе проведено изучение состояния атмосферного воздуха на территории Дубны Московской области в 2019 году. В качестве интегральных показателей загрязненности атмосферы авторами использовались загрязнение снежного покрова и повреждение и усыхание хвои Сосны обыкновенной.
По результатам исследования снежного покрова выявлено невысокое количество пыли в атмосферном воздухе в местах проботбора. Тем не менее, установлены превышения концентраций по сравнению с фоновой территорией фактически по всем рассматриваемым тяжелым металлам, особенно и Си.
Согласно биоиндикационным исследованиям состояние воздушной среды города можно охарактеризовать как «воздух чистый», однако выявлены участки со снижением качества воздуха, приуроченные к отдельным объектам промышленности или участкам повышенной интенсивности движения автотранспорта.
Представленные результаты прямого и косвенного исследования состояния атмосферного воздуха на территории наукограда Дубна позволяют утверждать, что оно изменено под влиянием антропогенного воздействия. Кроме того, существует вероятность повышения уровня экологических рисков и риска для здоровья населения. В последнем аспекте критическими органами и системами организма выступают дыхательная и иммунная системы и кровь.
Библиографический список
Собрание законодательства. — 2002. — № 2 (14 янв.). 2. Савватеева О. А., Рунова (Бурова) Е. Ю. Комплексные оценки состояния окружающей среды: подходы рискологии // Тезисы докладов XI Всероссийской конференции по анализу объектов
к
Об охране окружающей среды: Федеральный закон от 10.01.2002 № 7-ФЗ (ред. от 27.12.2019) // О
л
а>
окружающей среды с международным участием «ЭКОАНАЛИТИКА-2019». — Пермь: Перм. гос. п
нац. исслед. ун-т, 2019. — С. 145—146. О
3. Савватеева О. А., Миронова К. В., Белова А. Н. Автотранспорт как один из ключевых факторов ^ воздействия на окружающую среду м алых и средних городов // Экология урбанизированных тер- ф риторий. — М.: Камертон, 2016. — № 4. — С. 50—55. О
4. Лящук Ю. О. Оценка экологического риска загрязнения атмосферного воздуха в Рязанской об- О ласти в результате деятельности предприятий агропромышленного комплекса / Ю. О. Лящук, н А. И. Новак // Вестник ТГУ. — Тамбов: ТГУ, 2014. — Вып. 5. — Т. 19. — С. 1700—1703. о
5. Василенко В. Н., Назаров И. М., Фридман Ш. Д. Мониторинг загрязнения снежного покрова. — Ь Л.: Гидрометеоиздат, 1985. — 182 с.
6. Кораблев Г. Г. Геохимическая оценка экологического состояния г. Миасса и его окрестностей // Экологические исследования в Ильменском гос. заповеднике. — Миасс: ИГЗ, 1994. — С. 148—177. О
7. Скупченко В. Б. Биоиндикация окружающей среды: учебное пособие / В. Б. Скупченко, Л. О. Со- ф колова — СПб.: СПбГЛТА, 2009 — 70 с. — Режим доступа: http://spbftu.ru/site/upload/ ь 201512092320_Skupchenko_2008.pdf, свободный. Дата обращения: 15.06.2020. Т
8. Официальный интернет-портал органов местного самоуправления городского округа Дубна Мос- О ковской области. [Электронный ресурс] — Режим доступа: http://www.naukograd-dubna.ru/ ° activities/ecology?tab=tab103, свободный. Дата обращения 25.06.2020. —
9. Савватеева О. А., Алексеева Л. И., Каманина И. З., Каплина С. П. Оценка загрязнения террито- -§ рии городского поселения от источников антропогенного воздействия на основе химического ана- О лиза снежного покрова на примере Дубны // Современные проблемы науки и образования. — М.: п Издательский дом «Академия Естествознания», 2007. — № 5. — С. 115—123. О
10. Макаров А. А. Опыт оценки риска химического загрязнения городских почв Московского региона: дис. на соиск. ст. к.б.н. — М., 2017. — 151 с. О
11. Лубкова Т. Н. Оценка и прогноз техногенного загрязнения локальных экосистем химическими ы элементами на основе балансовых расчетов: дис. на соиск. ст. к.г.-м.н. — М., 2007. — 172 с.
т
Г) -I
ТЗ
12. Методические рекомендации по оценке степени загрязнения атмосферного воздуха населенных пунктов металлами по их содержанию в снежном покрове. 5174-90. — М.: ИМГРЭ, 1990. О
13. Ашихмина Т. Я. Экологический мониторинг. — М.: Академический проект; Альма Матер. — 2008. — 416 с.
14. Мелехова О. П., Егорова Е. И. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование. — М.: Издательский центр «Академия», 2007. — 288 с.
ASSESSMENT OF ATMOSPHERIC AIR STATE AS THE FACTOR
OF THE ENVIRONMENTAL RISKS FORMATION ON THE DUBNA CITY TERRITORY
E. Y. Runova, graduate student, Dubna State University, burova_elen@mail.ru, Dubna, Russia O. A. Savvateeva, PhD (Biology), docent, Dubna State University, ol_savvateeva@mail.ru, Dubna, Russia
O. A. Makarov, PhD (Biology), Dr. Habil, professor, Lomonosov Moscow State University, oa_makarov@mail.ru, Moscow, Russia
References
1. Ob ohrane okruzhayushchej sredy: Federal'nyj zakon ot 10.01.2002 No 7-FZ (red. ot 27.12.2019). Sobranie zakonodatel'stva. [Federal law on environmental protection. Collected Legislation]. — 2002. — No 2 (14 Jan.) [in Russian].
2. Savvateeva O. A., Runova (Burova) E. Yu. Tezisy dokladov XI Vserossijskoj konferenciipo analizu obektov okruzhayushej sredy s mezhdunarodnym uchastiem "EK0ANALITIKA-2019" [Abstracts of the XI All-Russian conference on the analysis of environmental objects with international participation "ECOANALI-TIKA-2019"] // Perm. — 2019. — P. 145—146 [in Russian].
3. Savvateeva O. A., Mironova K. V., Belova A. N. Avtotransport kak odin iz klyuchevyh faktorov vozdejstviya na okruzhayushuyu sredu malyh i srednih gorodov. Ekologiya urbanizirovannyh territorij [Ecology of urbanized areas] // M.: Kamerton. — 2016. — No 4. — P. 50—55 [in Russian].
49
u
IK
CO
O
4. Lyashuk Yu. O., Novak A. I. Ocenka ekologicheskogo riska zagryazneniya atmosfernogo vozduha v Ryazan-ö skoj oblasti v rezultate deyatelnosti predpriyatij agropromyshlennogo kompleksa [Assessment of the environ-
mental risk of air pollution in the Ryazan region because of the activities of agricultural enterprises.] // Bulletin of TSU. - 2014. - Ed. 5. - Vol. 19. - P. 1700-1703 [in Russian]. 6. Vasilenko V. N., Nazarov I. M., Fridman Sh. D. Monitoring zagryazneniya snezhnogo pokrova [Snow pol-X lution monitoring]. - L.: Hydrometeoizdat. - 1985. - 182 p. [in Russian].
O 7. Korablev G. G. Geohimicheskaya ocenka ekologicheskogo sostoyaniya g. Miassa i ego okrestnostej. Ekolog-
O icheskie issledovaniya v Ilmenskom gos. Zapovednike [Geochemical assessment of the ecological state of
u the city of Miass and its environs. Environmental studies in Ilmensky state. Reserve] // Miass: IGZ. -
O 1994. - P. 148-177 [in Russian].
^ 8. Skupchenko V. B., Sokolova L. O. Bioindikaciya okruzhayushchej sredy: uchebnoe posobie [Enviromebtal bioindication: textbook]. - SPb.: SPbSFTU. - 2009. - 70 p. - URL: spbitu.ru/site/upload/ s 201512092320_Skupchenko_2008.pdf, date ofaccess 15.06.2020 [in Russian].
§ 9. Oflcial'nyj internet-portal organov mestnogo samoupravleniya gorodskogo okruga Dubna Moskovskoj Oblasti.
[The official Internet portal of local self-government bodies of the city district of Dubna, Moscow Region] // [Electronic resource] URL: naukograd-dubna.ru/activities/ecology?tab=tab103, date of access 25.06.2020 [in Russian].
10. Savvateeva O. A., Alekseeva L. I., Kamanina I. Z., Kaplina S. P. Ocenka zagryazneniya territorii gorod-^ skogo poseleniya ot istochnikov antropogennogo vozdejstviya na osnove himicheskogo analiza snezhnogo pokro-
u va naprimere Dubny. Sovremennyeproblemy nauki i obrazovaniya [Assessment of pollution of the territory
k of an urban settlement from sources of anthropogenic impact based on chemical analysis of snow cover on
O the example of Dubna] // Modern problems of science and education. - 2007. - No 5. - P. 115-123
J [in Russian].
Ö 11. Makarov A. A. Opyt ocenki riska himicheskogo zagryazneniya gorodskih pochv Moskovskogo regiona [Ex-O perience in assessing the risk of chemical pollution of urban soils in the Moscow region]: dis. kand. biol.
$ sc. - Moscow. - 2017. - 151 p. [in Russian].
^ 12. Lubkova T. N. Ocenka iprognoz tehnogennogo zagryazneniya lokalnyh ekosistem himicheskimi elementami na osnove balansovyh raschetov [Estimation and forecast of technogenic pollution of local ecosystems with chemical elements based on balance calculations]: dis. kand. geol.-math. sc. - Moscow. - 2007. -0 172 p. [in Russian]
x 13. Metodicheskie rekomendaciipo ocenke stepeni zagryazneniya atmosfernogo vozduha naselennyhpunktov metO allami po ih soderzhaniyu v snezhnom pokrove [Guidelines for assessing the degree of pollution of atmos-q pheric air of settlements with metals by their content in the snow cover] // Moscow. - IMGRE. - 1990 [in Russian].
14. Ashihmina T. Ya. Ekologicheskij monitoring [Ecological monitoring] / M.: Akademicheskij Proekt Alma Mater [Academic Project Alma Mater]. - 2008. - 416 p. [in Russian].
15. Melehova O. P., Egorova E. I. Biologicheskij kontrol okruzhayushej sredy: bioindikaciya i biotestirovanie [Enviromental biocontrol: bioindication and biotesting]. - M.: Izd. "Akademiya" [Publishing Center "Academy"]. - 2007. - 288 p. [in Russian].
O
u
(T)
50
