CC BY
15
Опыт
экологического изучения территорий
Оригинальное исследование
DOI: 10.31862/2500-2961-2021-11-4-450-469 А.А. Васильев, А.Н. Чащин, Е.С. Лобанова
Пермский государственный аграрно-технологический университет имени академика Д.Н. Прянишникова, 614990 г. Пермь, Российская Федерация
Пространственное моделирование магнитной восприимчивости почв центральной части г. Перми
В работе представлены модели пространственного распределения магнитной восприимчивости почв на примере центральной части крупного города с многоотраслевой структурой экономики. Измерение магнитной восприимчивости почв является экспресс-методом оценки техногенной нагрузки на почвенный покров. Цель работы - пространственное моделирование магнитной восприимчивости почв центральной части г. Перми. Объект исследования - почвенный покров центральной части Ленинского района г. Перми. Пространственное моделирование магнитной восприимчивости почв выполнено четырьмя методами интерполяции - ordinary kriging, simple kriging, RBF, IDW. Для моделирования использовался модуль ArcGIS Spatial Analyst. Значения магнитной восприимчивости в почвах существенно варьируют: от 0,6 до 8,9 * 10-3 СИ. Наиболее высокие значения магнитной восприимчивости почв выявлены на придорожных территориях улиц с высокой интенсивностью движения транспорта и на стоянках автотранспорта во дворах жилых кварталов многоэтажной застройки. При проведении моделирования было установлено, что общие черты моделей магнитной восприимчивости почв совпадают при использовании всех методов, но есть и значительные различия. Наибольшее графическое сходство
© Васильев А.А., Чащин А.Н., Лобанова Е.С., 2021 _
Контент доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 international License КЯИ The content is Licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 international License
имеют карты, выполненные методами обычный (ordinary kriging) и простой (simple kriging) кригинг. Наименьшей ошибкой интерполяции характеризуется модель, построенная по методу простого кригинга, а самая высокая ошибка прогнозирования магнитной восприимчивости - у алгоритма IDW. Результаты интерполяции простого кригинга не отображают ареалы с низкой частотой значений. Оптимальный метод для отображения результатов магнитометрической съемки - метод RBF. Методика магнитометрической съемки почвенного покрова может применяться для картографирования магнитной восприимчивости почв и изучения пространственного распределения техногенных магнитных частиц.
Ключевые слова: магнитная восприимчивость почв, техногенное магнитное загрязнение почв, электронная картосхема, методы интерполяции
ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ: Васильев А.А, Чащин А.Н., Лобанова Е.С. Пространственное моделирование магнитной восприимчивости почв центральной части г. Перми // Социально-экологические технологии. 2021. Т. 11. № 4. С. 450-469. DOI: 10.31862/2500-2961-2021-11-4-450-469
Original research
DOI: 10.31862/2500-2961-2021-11-4-450-469 A.A. Vasiliev, A.N. Chashchin, E.S. Lobanova
Perm State Agro-Technological University, Perm, 614990, Russian Federation
Spatial modeling
of the magnetic susceptibility of soils in the central part of Perm
O >x I- X
The paper presents models of the spatial distribution of magnetic ° g-susceptibility of soils on the example of the central part of a large city with ¥ a diversified economic structure. Measuring the magnetic susceptibility ¡5 <u
X
of soils is an express method of assessing the anthropogenic load on the soil g cover. The purpose of the work is to create and compare spatial models £ <| of magnetic susceptibility of Perm soils. The object of the study is the soil cover of the central part of the Leninsky district of Perm. Spatial modeling
с
О
of magnetic susceptibility of soils was performed by four interpolation methods - ordinary kriging, simple kriging, RBF, IDW. The ArcGIS Spatial Analyst module was used for modeling. The values of magnetic susceptibility in soils vary significantly: from 0.6 to 8.9 * 10-3 SI. The highest values of magnetic susceptibility of soils were found in the roadside areas of streets with high traffic intensity and in parking lots in the courtyards of residential areas of multi-storey buildings. During the simulation, it was found that the general features of the models of magnetic susceptibility of soils coincide when using all methods, but there are also significant differences. Ordinary and simple kriging have the greatest graphical similarity. The model constructed by the simple kriging method is characterized by the smallest interpolation error, and the IDW algorithm has the highest prediction error of magnetic susceptibility. The results of simple kriging interpolation do not display areas with a low frequency of values. The optimal method for displaying the results of magnetometric survey is the RBF method. The technique of magnetometric survey of soil cover can be used to map the magnetic susceptibility of soils and study the spatial distribution of technogenic magnetic particles. Key words: magnetic susceptibility of soils, technogenic magnetic pollution of soils, electronic schematic map, interpolation methods.
FOR CITATION: Vasiliev A.A., Chashchin A.N., Lobanova E.S. Spatial modeling of the magnetic susceptibility of soils in the central part of Perm. Environment and Human: Ecological Studies. 2021. Vol. 11. No. 4. Pp. 450-469. (In Rus.) DOI: 10.31862/2500-2961-2021-11-4-450-469
Введение
Магнитная восприимчивость почвы - это физическое свойство почвы, которое характеризует ее способность намагничиваться во внешнем магнитном поле. Магнитная восприимчивость почв естественных ландшафтов зависит от содержания и состава диа-, пара-, анти-, ферримагне-тиков [Магнетизм почв, 1995]. Магнитная восприимчивость городских о почв определяется концентрацией техногенных магнитных частиц [Гла-§ дышева и др., 2007]. Единицей измерения магнитной восприимчивости ? || является ж х 10-3 СИ.
¡5 Измерение магнитной восприимчивости почв является экспресс-
§ методом оценки техногенной нагрузки на почвенный покров урбан ш низированных территорий [Оценка техногенной трансформации..., (!= ^ 2012]. Данный показатель можно снимать с большим числом точек
1 опробования, а результатом съемки является значительный массив
пространственных данных. Обобщение полученной информации будет иметь наибольшую ценность в форме картографических материалов.
На основании проведения магнитометрических исследований были составлены карты и схемы магнитной восприимчивостьи почвенного покрова ряда городов России и мира: Таллин [Bityukova et al., 1999], Лео-бен, Тюбинген [Scholger et al., 2002; Kapicka, Petrovsky, 2004], Лоян [Pang et al., 2011], Москва [Гладышева и др., 2007], Казань [Равилова, Чернова, 2007], Владимир [Оценка техногенной трансформации..., 2012], Чусовой [Васильев, Чащин, 2014], что позволило дать объективную оценку экологического состояния почвенного покрова этих урбанизированных территорий. Установлена тесная связь между величиной магнитной восприимчивости почв и концентрацией некоторых тяжелых металлов [Bityukova et al., 1999; Kapicka, Petrovsky, 2004; Гладышева и др., 2007; Равилова, Чернова, 2007; Yang et al., 2010; Васильев, Чащин, 2014; Васильев, Лобанова, 2015].
Город Пермь является крупнейшим промышленным и деловым центром России. Центральная часть города испытывает существенную техногенную нагрузку на все компоненты окружающей среды, в результате этой нагрузки формируются территории экологического риска для населения. Картографирование ареалов почв с высокой техногенной нагрузкой на основе измерений магнитной восприимчивости почв позволит разработать мероприятия по созданию благоприятной для здоровья населения городской среды.
В связи с этим целью настоящих исследований стало выполнение пространственного моделирования магнитной восприимчивости почв центральной части г. Перми.
Материалы и методы
Для исследований на территории города Перми был выбран участок в центральной части города - левобережная часть Ленинского района города (рис. 1).
Территория исследований является типичной для центральной части крупного города с многоотраслевой структурой экономики. Границы обследования ограничены реальными границами района, а с севера -береговой линией р. Кама. Почвенный покров данной территории представлен урбаноземами и техногенными поверхностными образованиями.
Регулярная сеть точек измерения магнитной восприимчивости была о р подготовлена на основании методических рекомендаций1. Масштаб ° §
m I н ^
1 Методические рекомендации по определению степени загрязнения городских почв о
и грунтов и проведение инвентаризации территорий, требующих рекультивации. М., 2004.
съемки составил 1 : 25 000, а шаг опробования - 200 м [Почвенное картирование, 2012]. Картографическая основа, подготовленная для проведения съемки, была экспортирована в мобильное ГИС-прило-жение NextGIS Mobile, которое было использовано для определения местоположения наблюдательных площадок (расставленных точек) в условиях местности2. Размер каждой наблюдательной площадки 1 м2.
Республика Коми
Кировская область
Удмурдская Республика
Республика 0 Башкортостан
Рис. 1. Местоположение территории исследований Fig. 1. Location of the research area
0 750 1500 km
§1 I
E ср
о £ лт
о к
^ X
m х t ®
с ^
JE СО
Измерения объемной магнитной восприимчивости почв выполнены в полевых условиях прибором «Каппаметр КТ-6» (Чехия). Чувствительность прибора составляет 1 х 10-5 единиц СИ, а диапазоны измерения варьируются от -9,99 до 99,99 х 10-5 СИ. Точечные измерения в пределах каждой площадки проведены в 10-кратной повторности. Таким образом, в результате измерения объемной магнитной восприимчивости на всех 116 площадках, намеченных на территории Ленинского района г. Перми, получена выборка из 1160 единичных наблюдений. Схема проведения измерений объемной магнитной восприимчивости на наблюдательной площадке показана на рис. 2.
Руководство пользователя АРМ «Многозадачное картирование». Версия от 20.12.2016 / Арктический и антарктический научно-исследовательский институт. 2016.
(Точки измерений магнитной восприимчивости [Magnetic susceptibility measurement points]
] Границы обследований [Research boundaries]
Рис. 2. Картографическая основа магнитометрической съемки Fig. 2. Cartographic asis of magnetometric surveying
Пространственное моделирование магнитной восприимчивости почв выполнено геостатистическими (ordinary kriging - обычный кригинг; simple kriging - простой кригинг) и детерминационными (RBF - радиальная базисная функция; IDW- обратное взвешенное расстояние) методами интерполяции при помощи модуля ArcGIS Spatial Analyst.
Результаты и их обсуждение
По результатам единичных измерений магнитной восприимчивости почв (n = 10) на каждой наблюдательной площадке были вычислены средние арифметические значения магнитной восприимчивости М( (табл. 1).
По результатам полевой магнитометрической съемки было установлено, что значения магнитной восприимчивости в почвах левобережной части Ленинского района г. Перми варьируют от 0,6 х 10-3 СИ (почвы сквера на набережной р. Камы) до 8,9 х 10-3 СИ (ул. Екатерининская, д. 142 - Детский сад № 36). При создании картосхемы объемной магнитной восприимчивости в геоинформационной программной среде было необходимо создать и использовать вспомогательный инструмент - шкалу значений магнитной восприимчивости. Для построения шкалы магнитной восприимчивости почв общий массив данных,
ср
0 I—
X
01
С
О
полученный в результате полевых измерений, был обработан в программе Statistica 6.0. Результаты вычислений показателей описательной статистики позволили определить границы центильных интервалов объемной магнитной восприимчивости: от 0 до 5%; от 5 до 10%; от 10 до 25%; от 25 до 75%; от 75 до 90%; от 90 до 95% (табл. 2).
Таблица 1
Средние арифметические значения объемной магнитной восприимчивости почв (Мср, ж х 10-3 СИ) на наблюдательных площадках (левобережная часть Ленинского района г. Перми) [Arithmetic mean values of the volumetric magnetic susceptibility of soils (M , ж х 10-3 SI) at the observation sites
v mean' '
(left-bank part of the Leninsky district of Perm)]
0 >X &!
1
E ср
О <U ^
о к
^ X
m x t ® iz ^
О x 456
№ площадки [Observation site number] М , ж х 10-3 СИ ср' [M , ж х 10-3 SI] 1 mean ' № площадки [Observation site number] М , ж х 10-3 СИ ср' [M , ж х 10-3 SI] 1 mean '
1 2,0 18 1,6
2 4,2 19 2,8
3 6,1 20 1,2
4 3,3 21 6,7
5 2,6 22 5,0
6 3,4 23 1,5
7 2,0 24 4,5
8 2,4 25 3,4
9 1,5 26 5,7
10 5,1 27 3,2
11 2,8 28 2,6
12 2,5 29 6,0
13 1,3 30 4,6
14 0,6 31 3,9
15 4,3 32 0,9
16 3,1 33 3,3
17 1,2 34 3,2
Продолжение табл. 1
№ площадки [Observation site number] М , ж х 10-3 СИ ср' [M , ж х 10-3 SI] 1 mean ' № площадки [Observation site number] М , ж х 10-3 СИ ср' [M , ж х 10-3 SI] 1 mean '
35 2,9 62 3,0
36 8,0 63 5,2
37 8,9 64 3,1
38 3,2 65 2,3
39 4,7 66 3,7
40 5,0 67 4,2
41 1,6 68 3,1
42 1,3 69 2,2
43 1,2 70 3,9
44 1,8 71 2,6
45 5,5 72 4,2
46 3,9 73 3,9
47 5,4 74 1,7
48 2,3 75 2,7
49 1,1 76 5,3
50 1,9 77 6,6
51 2,2 78 5,8
52 0,9 79 3,0
53 1,2 80 2,7
54 2,6 81 3,6
55 1,9 82 2,7
56 5,3 83 2,1
57 2,2 84 2,7
58 2,3 85 5,5
59 3,4 86 2,9
60 3,2 87 1,0
61 2,6 88 3,4
01
С
О
Окончание табл. 1
№ площадки [Observation site number] М , ж x 10-3 СИ ср' [M , ж x 10-3 SI] mean № площадки [Observation site number] М , ж x 10-3 СИ ср' [M , ж x 10-3 SI] mean
89 7,1 103 4,6
90 7,2 104 1,7
91 5,1 105 6,6
92 6,0 106 2,7
93 1,2 107 2,7
94 1,9 108 2,7
95 1,7 109 1,6
96 2,3 110 2,8
97 2,2 111 5,7
98 7,5 112 4,8
99 4,8 113 1,2
100 2,9 114 6,3
101 2,9 115 6,0
102 3,9 116 1,4
Таблица 2
Центильные интервалы объемной магнитной восприимчивости почв, ж х 10-3 СИ [Centile intervals of bulk magnetic susceptibility of soils, ж х 10-3 SI]
0 >x
1 ^ E ^
О £ ^
О к
^ X
m x t ?
О x 458
Градации центильных интервалов, n = 116 [Gradations of centile intervals, n = 116]
Очень низкая, <5% [Very low, <5%] Низкая, 5-10% [Low, 5-10%] Ниже средней, 10-25% [Below average 10-25%] Средняя «норма», 25-75% [Average "norm", 25-75%] Выше средней, 75-90% [Above average, 75-90%] Высокая, 90-95% [High, 90-95%] Очень высокая >95% [Very high, >95%]
<1,20 1,20-1,30 1,30-2,15 2,15-4,65 4,65-6,00 6,00-6,70 >6,70
Границы центильного интервала «Средняя» включают среднеарифметические и медианные значения в диапазоне от 2,15 до 4,65 х 10-3 СИ. Центильным анализом установлено среднее значение магнитной восприимчивости почвенного покрова левобережной части Ленинского района - 3,14 х 10-3 СИ. Шкала для выполнения пространственной интерполяции объемной магнитной восприимчивости почв представлена в табл. 3. На созданных моделях объемной магнитной восприимчивости почв исследованной территории было использовано семь градаций значений магнитной восприимчивости почв (табл. 3).
Применение методов пространственной интерполяции при составлении карт химического загрязнения почв описано в «Методических рекомендациях по выявлению деградированных и загрязненных земель»3.
Кроме того, в ряде публикаций указано, что наиболее распространенным на практике типом интерполяции, применяемым для создания непрерывных поверхностей свойств почв (картосхем состава и свойств почв), является кригинг, относящийся к группе геостатистических методов. Также для создания моделей свойств почв используются детерми-национные геостатистические методы, например, IDW и RBF, позволяющие без предварительной работы с данными оперативно выполнить прогнозное картографирование [Мыслова и др., 2017].
Для интерпретации результатов магнитометрической съемки почвенного покрова г. Перми было использовано четыре разных метода пространственной интерполяции. Два из них детерминационные - IDW и RBF, а другие два - геостатистические: обычный и простой кригинг.
Перед созданием интерполированных поверхностей было выполнено дополнительное статистическое исследование массива данных, необходимое для корректного применения геостатистических методов4 [Модели кригинга, 2021]. В табл. 4 приведены показатели описательной статистики магнитной восприимчивости почв. Ранжированная генеральная совокупность значений почв имеет слабовыраженную правостороннюю асимметрию. Значения средней и медианы в выборке близки между собой, поэтому полученные данные величин объемной магнитной восприимчивости соответствуют нормальному распределению и для дальнейшей кригинг-интерполяции не требуется их трансформация, например, по методу нормальных меток. При этом значение средней имеет небольшое отличие от расчетов, полученных центильным анализом. ¡5 ш
¡¿i
3 Методические рекомендации по выявлению деградированных и загрязненных земель. m J Письмо Минприроды России от 09.03.1995 № 25/8-34. Приложение 6. Методы интерполя- 3 ции при составлении карт химического загрязнения почв. q g
4 ArcGIS for Desktop. URL: http://desktop.arcgis.com (date of access: 14.10.2021).
6 Опыт экологического 0 изучения территорий
Г
Таблица 3
Шкала объемной магнитной восприимчивости почв [Scale of volumetric magnetic susceptibility of soils]
Номер группы [Group number] Рекомендуемый цвет раскраски на карте [Васильев, Лобанова, 2015] [Recommended coloring on the map [Vasiliev, Lobanova, 2015]] Объемная магнитная восприимчивость почв [Volumetric magnetic susceptibility of soils] Центильный интервал магнитной восприимчивости, ж х 10-3 СИ [Centile interval of magnetic susceptibility, ж х 10-3 SI]
1 Зеленый [Green] Очень низкая [Very low] <1,20
2 Темно-зеленый [Dark green] Низкая [Low] 1,20-1,30
3 Желтый [Yellow] Ниже средней [Below average] 1,30-2,15
4 Оранжевый [Orange] Средняя «норма» [Average "norm"] 2,15-4,65
5 Розовый [Pink] Выше средней [Above average] 4,65-6,00
6 Красный [Red] Высокая [High] 6,00-6,70
7 Черный [Black] Очень высокая [Very high] >6,70
г+
Таблица 4 i
Описательная статистика объемной магнитной восприимчивости почв (n = 116) .
[Descriptive statistics of volumetric magnetic susceptibility of soils (n = 116)] о
Значения показателей, жх10 3 СИ [Indicator values жх10 3 SI] Стандартное отклонение [Standard deviation] Эксцесс [Excess] Асимметрия [Asymmetry]
Минимум [Minimum] Максимум [Maximum] Среднее [Average] Медиана [Median]
0,6 8,9 3,4 3,0 1,76 2,97 0,75
Для корректной геостатистической интерполяции данных требуется оценить наличие в выборке глобальных трендов. Исследование тренда магнитной восприимчивости почв показало его отсутствие в направлениях запад-восток и север-юг. Поэтому перед интерполяцией удаление тренда не проводилось.
Взаимосвязь между значениями магнитной восприимчивости почв и их пространственной удаленностью друг от друга описывает варио-грамма. По форме кривой наблюдается пространственная автокорреляция магнитной восприимчивости: происходит возрастание кривой с расстоянием. Корректная интерполяция должна быть основана на оптимальной модели вариограммы. Оптимальная модель вариограммы подобрана автоматически при помощи функции «Оптимизация вариограммы» модуля Geostatistical Analyst ArcGIS.
Таким образом, в результате исследования совокупности данных, собранных при натурных наблюдениях, были подобраны оптимальные параметры создания картосхем объемной магнитной восприимчивости почв геостатистическими методами.
Всего было создано четыре модели объемной магнитной восприимчивости почв Ленинского района г. Перми (рис. 3). Использование различных методов интерполяции показало, что пространственная неоднородность объемной магнитной восприимчивости почв будет иметь как общие черты, так и свои особенности для каждой модели.
Общие черты моделей магнитной восприимчивости почв повторяются, но были выявлены и некоторые значительные различия между геостатистическими и детерминационными моделями (см. рис. 3). Наибольшее графическое сходство имеют обычный и простой кригинг. Однако по внешнему виду нельзя сказать, какая из моделей имеет наибольшую точность. Качественная оценка моделей была выполнена методом перекрестной проверки. Ее принцип заключается в том, что каждая точка последовательно убирается из интерполяции, данные интерполируются вновь и сравниваются со значениями измеренной точки [Мыслова и др., 2017]. Результаты оценки пространственных моделей магнитной восприимчивости представлены в табл. 5. о
Оценка показала, что наименьшей ошибкой интерполяции характеризуется модель, построенная по методу simple kriging, а самая высокая ошибка прогнозирования магнитной восприимчивости получилась ¡5 ш при использовании алгоритма IDW (см. табл. 5). Однако оформление § § картосхемы на основе пространственной модели кригинга, в соответ- £ | ствии с разработанной шкалой, для данного участка не представляется ^ ¡^ возможным. Результаты интерполяции simple kriging не отображают
ареалов с низкои частотой значении, которые соответствуют градациям шкалы «Очень низкая» и «Низкая». Оптимальное отображение результатов магнитометрической съемки показал метод RBF (см. рис. 3).
N
N
H Ï
Е ср
о а ^
о к
^ X
m I
t %
с ^
JE m
Объемная магнитная восприимчивость,® * 10-3 СИ [Volume magnetic susceptibility,œ * 10-3 SI]: ■ <1,20 и 1,20-1,30 □ 1,30-2,15 О 2,15-4,65 О 4,65-6,00 И 6,00-6,70 ■ >6,70
Рис. 3. Пространственные модели магнитной восприимчивости почв:
a - ordinary kriging; b - simple kriging; c - RBF; d - IDW Fig. 3. Spatial models of the magnetic susceptibility of soils: a- ordinary kriging; b - simple kriging; c - RBF; d - IDW
Подсчет площадей почв с разной магнитной восприимчивостью, на основе модели, созданной по методу RBF, показал, что на обследованной территории преобладают почвы с магнитной восприимчивостью в интервале от 2,15 до 4,65 х 10-3 СИ, что в 4-10 раз выше значений объемной магнитной восприимчивости для почв агрогенных ландшафтов на пригородной территории [Лобанова, Силина, 2013]. Площадь городских почв с магнитной восприимчивостью в интервале градации «средняя» на обследованной территории составила 3,071 км2 (66%). На моделях контуры овальной формы, характерные для ареалов почв с аномальной магнитной восприимчивостью, соответствуют территориям расположения стоянок автотранспорта внутри кварталов многоэтажной жилой застройки (см. рис. 3).
Таблица 5
Результаты перекрестной проверки моделей распределения магнитной восприимчивости почв [Results of cross-validation of models of distribution of magnetic susceptibility of soils]
Метод интерполяции [Interpolation method] МЕ RMSE
Ordinary kriging 0,0152 0,9860
Simple kriging 0,0146 0,9952
IDW 0,0206 1,5994
RBF 0,0168 1,6066
Примечание. МЕ - ошибка интерполяции; RMSE - среднеквадратичная ошибка, указывающая, насколько близко модель прогнозирует измеренные значения. [Note. ME - interpolation error; RMSE - the root mean square error, indicating how closely the model predicts the measured values.]
Модели (картосхемы) позволяют оценивать магнитную восприимчивость почв не только в целом для Ленинского района в центральной части г. Пермь, но и для отдельных социально-значимых территорий. В качестве практического примера применения модели магнитной восприимчивости почв было оценено магнитное состояние почвенного покрова на территории в радиусе 20 м от зданий некоторых дошкольных и общеобразовательных организаций района. Для этого был использован картографический слой «Здания» из открытых источников5. Были выделены здания десяти детских садов и школ на территории Ленинского района города. Методом создания буферных зон были определены границы территории в радиусе 20 м от каждого здания. Результат наложения территории дошкольных и общеобразовательных образовательных организаций на картосхему магнитной восприимчивости почв показан на рис. 4.
Для каждой из моделей пространственного распределения магнит- 1Х ной восприимчивости рассчитаны средние значения геостатистических о о.
ij °
поверхностей при помощи инструмента ГИС-анализа «Зональная статистика». По полученным данным было установлено, что 70% образовательных организаций на своей территории имеют значения магнитной восприимчивости почв в пределах градации «норма» (табл. 6). m
http://spatialdb.net (дата обращения: 14.10.2021).
Е ^
о £
с
О
Объемная магнитная восприимчивость,
œ « 10-3 СИ [Volume magnetic
Ш <1,20 (0,039 km2)
Ш 1,20-1,30 (0,033 km2) В 1,30-2,15 (0,619 km2) Щ 2,15-4,65 (3,071 km2)
Дошкольные и общеобразовательные
организации [Educational institutions]
Детский сад [Kindergarten]
4,65-6,00 (0,746 km2) I 6,00-6,70 (0,105 km2) I >6,70 (0,074 km2)
Школа [School]
■■ 1 Гимназия j [Gymnasium]
Рис. 4. Результат наложения карты территорий образовательных
организаций (левобережная часть Ленинского района г. Перми) на картосхему магнитной восприимчивости почв, созданной по методу RBF
Fig. 4. The result of overlaying the territories of educational institutions on the schematic map of the magnetic susceptibility of soils, created using the RBF method
ï
E ср
О <U ^
о к
^ X
m x
t ¥
iz ^
JE CO
Неблагоприятное эколого-магнитное состояние почвенного покрова было выявлено для территорий детских садов № 29 и 363, а также школы № 28, где уровень магнитной восприимчивости почв соответствует категории «Выше среднего». Основной причиной высокой магнитной восприимчивости почв этих территорий следует считать их дорожно-транспортное загрязнение, т.к. они имеют близкое расположение к проезжей части дорог с высокой интенсивностью движения автомобильного транспорта.
Заключение
Модели магнитной восприимчивости почв, созданные четырьмя различными методами, отражают пространственные закономерности концентрации магнитных частиц антропогенного генезиса в почвах и техногенных поверхностных образованиях центральной части г. Перми.
56.200
56.220
56.240
56.200
56.220
56.240
Таблица 6
Средняя магнитная восприимчивость почв на расстоянии 20 м от здания образовательной организации
(левобережная часть Ленинского района г. Перми) [Average magnetic susceptibility of soils at a distance of 20 m from the building of an educational organization]
о о J=
Название образовательной организации [Name of educational organization] Средняя объемная магнитная восприимчивость, ж х 10-3 СИ, по методам интерполяции [Average volumetric magnetic susceptibility, ж х 10-3 SI, by interpolation methods] Уровень [Level]
Геостатистические [Geostatistical] Детерминированные [Deterministic]
Ordinary kriging Simple kriging RBF IDW
Детский сад № 29 [Kindergarten No. 29] 4,80 4,71 4,97 4,75 Выше среднего [Above average]
Детский сад № 36 [Kindergarten No. 36] 2,79 2,86 2,19 2,37 Средний «норма» [Average "norm"]
Детский сад № 363 [Kindergarten No. 363] 4,79 4,47 4,75 4,81 Выше среднего [Above average]
Школа № 2 [School No. 2] 3,45 3,44 3,68 3,65 Средний «норма» [Average "norm"]
Школа № 6 [School No. 6] 2,70 2,70 2,35 2,77 Средний «норма» [Average "norm"]
Школа № 7 [School No. 7] 4,57 4,48 4,72 4,69 Средний «норма» [Average "norm"]
Школа № 21 [School No. 21] 3,90 3,89 3,47 3,44 Средний «норма» [Average "norm"]
Школа № 28 [School No. 28] 5,09 4,80 5,77 5,78 Выше среднего [Above average]
Гимназия № 17 [Gymnasium No. 17] 2,86 2,85 2,63 2,84 Средний «норма» [Average "norm"]
Православная гимназия [Orthodox gymnasium] 2,84 2,83 2,68 2,83 Средний «норма» [Average "norm"]
6 Опыт экологического 5 изучения территорий
L
На моделях контуры овальной формы, характерные для ареалов почв с аномальной магнитной восприимчивостью, соответствуют территориям расположения стоянок автотранспорта внутри кварталов многоэтажной жилой застройки. Администрации Ленинского района города следует обратить внимание на целесообразность проведения мониторинга экологического состояния почв района, в том числе с использованием методов магнитометрии, для выявления ареалов загрязненных почв и принятия природоохранных решений.
Методика магнитометрической съемки почвенного покрова, представленная в данной работе, может применяться для различных территорий не только для картографирования магнитной восприимчивости почв, но и для изучения пространственного распределения тяжелых металлов, в том числе при оценке их концентрации на территориях социально-значимых организаций (территории детских садов, школ и др.).
Точность методов интерполяции образует следующий ряд: обычный кригинг (simple kriging) ординарный кригинг (ordinary kriging) радиальная базисная функция (RBF) обратное взвешенное расстояние (IDW).
Библиографический список / References
Васильев А.А., Лобанова Е.С. Магнитная и геохимическая оценка почвенного покрова урбанизированных территорий Предуралья на примере города Перми. Пермь, 2015. [Vasiliev A.A., Lobanova E.S. Magnitnaya i geokhimicheskaya otsenka pochvennogo pokrova urbanizirovannykh territoriy Preduralya na primere goroda Permi [Magnetic and geochemical assessment of the soil cover of urbanized territories of the Urals on the example of the city of Perm]. Perm, 2015.]
Васильев А.А., Чащин А.Н. Особенности пространственной неоднородности в картографии загрязнения почв тяжелыми металлами // Природообустройство. 2014. № 2. С. 25-29. [Vasiliev A.A., Chashchin A.N. Features of spatial heterogeneity in the cartography of soil pollution with heavy metals. Prirodoobustroystvo. 2014. No. 2. Pp. 25-29. (In Rus.)].
Гладышева М.Н., Иванов А.В., Строганова М.Н. Выявление ареалов техно-генно-загрязненных почв Москвы по их магнитной восприимчивости // Почвоведение. 2007. № 2. С. 235-242. [Gladysheva M.N., Ivanov A.V., Stroganova M.N. Identification of areas of technogenically contaminated soils in Moscow by their magnetic susceptibility. Pochvovedenie. 2007. No. 2. Pp. 235-242. (In Rus.)]
Лобанова Е.С., Силина А.Н. Неоднородность магнитной восприимчивости дерново-подзолистых почв южной окраины г. Перми // Молодежная наука 2013: технологии, инновации. Пермь, 2013. Ч. 1. С. 177-180. [Lobanova E.S., Silina A.N. Heterogeneity of magnetic susceptibility of sod-podzolic soils of the southern outskirts of Perm. Molodezhnaya nauka 2013: tekhnologii, innovatsii. Perm, 2013. Part 1. Pp. 177-180. (In Rus.)]
§1 I
E ^
о £ лт
оя ки m x
t ? пз
Магнетизм почв / Бабанин В.Ф., Трухин В.И., Карпачевский Л.О. и др. М., 1995. [Babanin V.F., Truhin V.I., Karpachevskij L.O. et al. Magnetizm pochv [Soil magnetism]. Moscow, 1995.]
Мыслова Т.Н., Куцаева О.А., Подлесный А.А. Сравнение эффективности методов интерполяции на основе ГИС для оценки пространственного распределения гумуса в почве // Вестник БГСХА им. В.Р. Филиппова. 2017. С. 146-152. [Myslova T.N., Kutsaeva O.A. Podlesny A.A. Comparison of the effectiveness of interpolation methods based on GIS for assessing the spatial distribution of humus in the soil. Vestnik BGSHA im. V.R. Filippova. 2017. Pp. 146-152. (In Rus.)]
Оценка техногенной трансформации почвенного покрова с применением анализа магнитной восприимчивости почв / Ширкин Л.А., Трифонова Т.А., Кош-ман В.А., Краснощёков А.Н. // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2012. Т. 14. № 5 (3). С. 866-871. [Shirkin L.A., Trifonova T.A., Koshman V.A., Krasnoshchekov A.N. Assessment of the technogenic transformation of the soil cover using the analysis of the magnetic susceptibility of soils. Izvestia of Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. 2012. Vol. 14. No. 5 (3). Pp. 866-871. (In Rus.)]
Почвенное картирование: Учебно-методическое пособие / Под ред. Б.Ф. Апарина, Г.А. Касаткиной. СПб., 2012. [Pochvennoe kartirovanie [Soil mapping]. B.F. Aparin, G.A. Kasatkina (eds.). St. Petersburg, 2012.]
Равилова Н.Н., Чернова И.Ю. Экспресс контроль уровня загрязнения почв на территории г. Казань // Изменяющаяся геологическая среда: пространственно-временные взаимодействия эндогенных и экзогенных процессов: Материалы Международной конференции. Казань, 2007. Т. 1. C. 314-316. [Ravilova N.N., Chernova I.Yu. Express control of the level of soil pollution on the territory of Kazan. Izmenyayushchayasya geologicheskaya sreda: prostranstvenno-vremennye vzaimodeystviya endogennykh i ekzogennykh protsessov. Kazan, 2007. Vol. 1. Pp. 314-316. (In Rus.)]
Bityukova L., Scholger R., Birke M. Magnetic susceptibility as indicators of environmental pollution of soils in Tallinn. Physics and Chemistry of the Earth. Part A. Solid Earth and Geodesy. 1999. Vol. 24. No. 9. Pp. 829-835.
Kapicka A., Petrovsky E. Magnetismus hornin a jeho aplikace pri studiu znecis-teni zivotniho prostredi. Ceskoslovensky casopis pro fyziku. 2004. Vol. 54 (4). Pp. 240-243.
Pang S., Li T.X., Zhang X.F. et al. Spatial variability of cropland lead and its influencing factors: A case study in Shuangliu county, Sichuan province, China. Geoderma. 2011. Vol. 162. Pp. 223-230.
Scholger Р., Hanesch M., Scholger R. Mapping of heavy metal loadings in soils о j by means of magnetic susceptibility measurements. Journal Environ. Geol. 2002. No. 42. Рp. 857-870.
Yang T., Liu Q., Li H. et al. Anthropogenic magnetic particles and heavy
§ su y
¥ ^ ï ^ E ^
O a
metals in the road dust: Magnetic identification and its implications. Atmospheric g £
^ x m x H a
Environment. 2010. Vol. 44. No. 9. Pр. 1175-1185.
Статья поступила в редакцию 08.11.2021, принята к публикации 29.11.2021 The article was received on 08.11.2021, accepted for publication 29.11.2021
Сведения об авторах / About the authors
Васильев Андрей Алексеевич - кандидат сельскохозяйственных наук, доцент; заведующий кафедрой почвоведения, Пермский государственный аграрно-технологический университет имени академика Д.Н. Прянишникова
Andrey A. Vasiliev - PhD in Agriculture; Head at the Department of Soil Science, Perm State Agro-Technological University
E-mail: a.a.vasilev@list.ru
Чащин Алексей Николаевич - кандидат биологических наук; доцент кафедры почвоведения, Пермский государственный аграрно-технологический университет имени академика Д.Н. Прянишникова
Aleksey N. Chashchin - PhD in Biology; Associate Professor at the Department of Soil Science, Perm State Agro-Technological University, Perm
E-mail: chascshin@mail.ru
Лобанова Евгения Сергеевна - кандидат биологических наук; доцент кафедры почвоведения, Пермский государственный аграрно-технологический университет, г. Пермь
Evgeniya S. Lobanova - PhD in Biology; Associate Professor at the Department of Soil Science, Perm State Agro-Technological University, Perm
E-mail: evgeniyalobanova83@mail.ru
Заявленный вклад авторов
А.А. Васильев - общее руководство направлением исследования, планирование исследования, разработка шкалы объемной магнитной восприимчивости почв, подготовка текста статьи
А.Н. Чащин - геостатистический анализ измерений, выполнение картографических материалов, пространственный анализ данных
Е.С. Лобанова - измерение объемной магнитной восприимчивости почв на наблюдательных площадках, статистическая обработка полученных результатов, оценка эколого-магнитного состояния почв
Contribution of the authors
A.A. Vasiliev - general management of the direction of research, research planning, development of a scale for the volumetric magnetic susceptibility of soils, preparation of the text of the article
A.N. Chashchin - geostatistical analysis of measurements, implementation of cartographic materials, spatial data analysis
§1 Ki
Ï CP E ср
O ¡U ^
о к
X
m x
t ¥
iz ^ JE m
E.S. Lobanova - measurement of the magnetic susceptibility of soils on observation sites, statistical processing of the results obtained, assessment of the ecological and magnetic state of soils
Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи All authors have read and approved the final manuscript
о
Ol
с
О
