CC BY
11
УДК 504.45.058 DOI: 10.24412/1816-1863-2023-2-45-50
о
РАЙОНИРОВАНИЕ ТЕРРИТОРИИ О
СУБЪЕКТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО УРОВНЮ § ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ВНЕШНЕЙ БИОГЕННОЙ НАГРУЗКИ я
НА ВОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ
Е. А. Минакова, канд. геогр. наук, доцент, Казанский (Приволжский) федеральный университет (КФУ), ekologyhel@ mail.ru, г. Казань, Россия,
А. П. Шлычков, канд. геогр. наук, старший научный сотрудник, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ (ИПЭН), anatoliy.shlychkov@yandex.ru, г. Казань, Россия,
Т. Ш. Леонова, канд. биол. наук, доцент, Казанский (Приволжский) федеральный университет (КФУ), leonova.tamila@ mail.ru, г. Казань, Россия,
Д. А. Минакова, бакалавр, Казанский (Приволжский) федеральный университет (КФУ), miinakova@ icloud.com, г. Казань, Россия
В статье представлены результаты проведенной работы по выявлению особенностей распределения внешней биогенной нагрузки на водные объекты в муниципальных районах Республики Татарстан. Приведены результаты районирования территории республики с использованием показателя потенциальной внешней биогенной нагрузки на водный объект. Показано, что в муниципальных районах Республики Татарстан уровень биогенной нагрузки на водные объекты распределен неравномерно. Дана оценка вклада индикаторов в показатель потенциальной внешней биогенной нагрузки на водный объект. Обоснован выбор водоохранных мероприятий в границах муниципальных районов Республики Татарстан.
The article presents research results to identify the features of the external nutrient load distribution on water bodies in the municipal districts of the Republic of Tatarstan. The results of zoning of the territory of the Republic of Tatarstan using the indicator of potential external biogenic load on a water body are presented. It is shown that in the municipal districts of the Republic of Tatarstan the level of nutrient load on water bodies is unevenly distributed. An assessment of the contribution of indicators to the indicator of potential external biogenic load on a water body is given. The choice of water protection measures within the boundaries of the municipal districts of the Republic of Tatarstan is substantiated.
Ключевые слова: водосбор, биогенные элементы, потенциальная внешняя биогенная нагрузка, физико-географические районы, районирование.
Keywords: catchment area, nutrient elements, potential external nutrient load, nutrient load zonation, map- scheme.
Введение
Важным свойством природных систем является их устойчивость как способность сохранять или восстанавливать свою структуру и функции при воздействии внешних (в том числе антропогенных) факторов [1]. Ведение хозяйственной деятельности на водосборе ведет к существенной трансформации водных геосистем, что приводит к эвтрофированию водных объектов. Для сдерживания развития процессов эвтрофирования необходимо поддерживать устойчивость водных объектов путем планирования водоохранных мероприятий, направленных на поэтапное снижение внешней биогенной нагрузки на водосборе, как от точечных, так и от рассеянных (диффузных) источников путем комплексной реализации нормативно-
правовых актов, организационно-хозяйственных и инженерно-технических мероприятий.
В настоящее время информация о воздействии на окружающую среду формируется в рамках административных единиц, границы которых, как правило, не совпадают с границами природно-территори-альных комплексов. В экономической и природоохранной практике в большинстве случаев в качестве регионов выступают субъекты Российской Федерации (РФ). Внутри субъектов наиболее распространенным видом территориальных хозяйственных систем являются локальные хозяйственные системы, формируемые в границах муниципальных районов (м. р-нов), а также городов, являющихся ключевым
45
IK
О ^
m О ш
46
объектом локальных хозяйственных систем управления.
Целью данной работы является районирование территории субъекта РФ по уровню биогенной нагрузки на водные объекты для обоснования водоохранных мероприятий на водосборе.
Статья является продолжением работ по изучению процессов миграции биогенных элементов в водных геосистемах и разработке подходов по оптимизации биогенной нагрузки на водосборе [2—7, 9—12].
Материалы и методы
В настоящей работе в качестве исследуемой территориальной единицы выступает совокупность м. р-нов на уровне субъекта РФ на примере Республики Татарстан (РТ).
Объектом исследования являются частные водосборы Куйбышевского и Нижнекамского водохранилищ в границах РТ.
В качестве исходной информации использованы обобщенные данные по водным объектам и м. р-нам РТ за 2001— 2016 гг. о сбросе в водные объекты соединений азота и фосфора в пересчете на общий азот (N) и фосфор (P). Исследование диффузного стока биогенных элементов выполнено по материалам Государствен -ной службы наблюдений за состоянием окружающей среды Росгидромета, Министерства сельского хозяйства и продовольствия РТ, Министерства лесного хозяйства РТ, Территориального органа Федеральной службы государственной статистики по РТ. Кроме того, были использованы собственные исследования об удельном стоке N и P с различных типов ландшафтов.
В результате проведенных предварительных исследований [9—11] в качестве индикаторов биогенной нагрузки на водные объекты приняты: сбросы промышленных и коммунально-бытовых сточных вод; сток, обусловленный массообменом с атмосферой, производством продукции животноводства, с естественной подстилающей поверхности, производством продукции растениеводства, с урбанизированных территорий и неканализованных поселений.
Индикаторы биогенной нагрузки рассчитаны с использованием модели IL_LM — Institute of Limnology Load
Model, разработанной в Институте озероведения РАН [8].
В работе использован интегральный показатель потенциальная внешняя биогенная нагрузка на водный объект (PNL). Расчет показателя PNL для N и P проводится путем линейного преобразования частных показателей индикаторов путем аддитивной свертки по формулам (1, 2):
PNL
N = Z wjINp j = 1
(1)
где РЫЬр] — интегральный показатель потенциальной внешней биогенной нагрузки N на водные объекты; у е (1, ..., п) — число показателей; му — вес у-го показателя; N — значение у-го индикатора для N.
PNLp = z wjlpj, j = 1
(2)
где PNLp — интегральный показатель потенциальной внешней биогенной нагрузки Р на водные объекты; му — вес у-го показателя; 1р — значение у-го индикатора для Р.
Веса индикаторов, как правило, устанавливаются экспертным путем, в случае когда значения показателей имеют одинаковую размерность можно также использовать простое среднее от частных показателей (т. е. все веса полагаются равными 1/п).
Результаты и обсуждение
Внешняя биогенная нагрузка на водные объекты на территории РТ формируется на водосборах под действием природных процессов в ходе литогенеза, а также в результате антропогенной деятельности.
Проведено районирование территории республики по уровню PNLN и PNLp (рис. 1, 2). Оценен вклад индикаторов в PNLN и PNLP.
Анализ рис. 1 показывает, что уровень PNLN распределен по физико-географическим районам РТ неравномерно. Наибольшая доля площадей с высоким уровнем PNLN выявлена в м. р-нах, расположенных в Западном Закамье (70,7 %), наибольшие площади со средним уровнем отмечены в Восточном Предкамье (81,1 %), с низким в Предволжье (51,7 %).
Оценка вклада индикаторов в PNLN в разрезе м. р-нов показала, что наиболь-
Уровень потенциальной внешней нагрузки соединений азота на водные объекты
Высокий Средний
Индикаторы биогенной нагрузки на водные объекты
ЩЩ Низкий и Сток, обусловленный массообменом с атмосферой ■ Сток с естественной подстилающей поверхности
■ Сбросы промышленных и коммунально-бытовых Сток, обусловленный производством продукции сточных вод животноводства
Н Сток с урбанизированных территорий |__Сток, обусловленный производством продукции
■ Сток с неканализованных поселений растениеводства
Ш
О ^
О
О -1
Рис. 1. Районирование территории РТ по PNL
N
шую долю вносит ицдикатор сток, обусловленный массообменом с атмосферой (21,1—71,6 %). Существенный вклад вносит сток, обусловленный производством продукции животноводства (0,7—38,5 %), и сток с естественной подстилающей поверхности 5,0—28,2 %. В м. р-нах с низкой лесистостью доля вклада индикатора сток с естественной подстилающей поверхности составляет 1,2—4,7 %. В м. р-нах, на территории которых расположены города и крупные промышленные предприятия, доля организованных сбросов составляет 5,6—86,9 %. Вклад индикаторов сток с урбанизированных территорий и неканализованных поселений составляет менее 5 %.
Как показывает анализ рис. 2 уровень PNLp распределен по физико-географическим районам РТ неравномерно. Наибольшая доля площадей с высоким уровнем PNLp выявлена в м. р-нах, расположенных в Западном Закамье, средний уровень зарегистрирован в Западном За-камье и Восточном Закамье, низкий уровень наблюдается в Восточном Предкамье.
Оценен вклад индикаторов биогенной нагрузки в PNLp в разрезе м. р-нов РТ. Выявлено, что наибольший вклад вносит сток, обусловленный производством продукции животноводства (48,6—89,1 %). Существенный вклад вносит сток, обусловленный массообменом с атмосферой (5,4—66,6 %). В случае размещения на территории м. р-нов крупных промышленных предприятий доля индикатора сбросы промышленных и коммунально-бытовых сточных вод составляет от 5,6 до 96,2 %. Вклад индикаторов: сток, обусловленный производством продукции растениеводства, сток с естественной подстилающей поверхности, сток с урбанизированных территорий и неканализованных поселений составляет менее 10 %.
В городском округе г. Казань основной вклад в биогенную нагрузку вносят сбросы промышленных и коммунально-бытовых сточных вод.
На основе систематизации современных российских и западных литературных источников составлен перечень наиболее эффективных водоохранных мероприя-
47
О ^
т О ш
Уровень потенциальной внешней нагрузки соединений фосфора на водные объекты
Индикаторы биогенной нагрузки на водные объекты
| Высокий Средний
^^И Низкий Ц Сток, обусловленный массообменом с атмосферой Я Сток с естественной подстилающей поверхности
■ Сбросы промышленных и коммунально-бытовых Щ Сток, обусловленный производством продукции сточных вод животноводства
Я Сток с урбанизированных территорий Сток, обусловленный производством продукции
■ Сток с неканализованных поселений растениев°дства
Рис. 2. Районирование территории РТ по РЫЬр
48
тий, направленных на снижение биогенных элементов на водосборе.
Для субъекта РФ на примере РТ составлен реестр м. р-нов с наиболее высоким уровнем биогенной нагрузки на водные объекты и индикаторов, вносящих наибольший вклад в показатели РИЬ^ и РЫЬр.
В целях регулирования биогенной нагрузки в м. р-нах РТ обоснованы водоохранные мероприятия на водосборах в зависимости от уровня РИЬ^ и РИЬр. В приоритетном порядке водоохранные мероприятия рекомендовано проводить в м. р-нах с высоким уровнем РИЬ^ и РИЬр.
Выводы
1. Проведено районирование территории РТ с использованием показателя РИЬ. Построены картосхемы, отражающие закономерности распределения внешней нагрузки N и Р на поверхностные воды в разрезе м. р-нов РТ.
2. Показано, что уровень биогенной нагрузки на водные объекты в физико-географических районах РТ распределен
неравномерно. Наибольшая доля площадей с высоким уровнем нагрузки N на водные объекты выявлена в м. р-нах, расположенных в Западном Закамье (70,7 %), наибольшие площади со средним уровнем нагрузки отмечены в Восточном Пред-камье (81,1 %), а с низким в Предволжье (51,7 %). Наибольшая доля площадей с высоким уровнем нагрузки Р выявлена в м. р-нах, расположенных в Западном Закамье (43,7 %), средний уровень нагрузки зарегистрирован в Западном Закамье (56,3 %) и Восточном Закамье (54,2 %), низкий уровень нагрузки наблюдается в Восточном Предкамье (64,4 %).
3. Выявлено, что в м. р-нах РТ наибольший вклад в PNLN вносит индикатор сток, обусловленный массообменом с атмосферой (21,1—71,6 %). Существенный вклад вносит сток, обусловленный производством продукции животноводства (0,7—38,5 %). Вклад индикатора сток с естественной подстилающей поверхности составляет 1,2—4,7 % в м. р-нах с низкой лесистостью. В м. р-нах, на территории которых расположены города и крупные промышленные предприятия, доля вклада
индикатора сбросы промышленных и коммунально-бытовых сточных вод в PNLN составляет от 5,6 до 86,9 %. Вклад в PNLN индикаторов сток с урбанизированных территорий и неканализованных поселений составляет менее 5 %.
4. Установлено, что наибольший вклад в PNLp в м. р-нах РТ вносит индикатор сток, обусловленный производством продукции животноводства (48,6—89,1 %). Существенный вклад вносит сток, обусловленный массообменом с атмосферой (5,4—66,6 %). При размещении на территории м. р-нов крупных промышленных предприятий доля индикатора сбросы промышленных и коммунально-бытовых сточных вод составляет от 5,6 до 96,2 %. Вклад индикаторов: сток, обусловленный производством продукции растениеводства, сток с естественной подстилающей поверхности, с урбанизированных территорий и неканализованных поселений составляет менее 10 %.
5. Показано, что в городском округе г. Казань основной вклад в PNLN и PNLp вносят организованные сбросы.
6. Обоснованы рекомендации по поэтапному снижению внешней биогенной е нагрузки на водные объекты на уровне э субъекта РФ (на примере РТ). Осущест- о вление первоочередных водоохранных § мероприятий по стабилизации регулиро- я ванию внешней биогенной нагрузки на водосборе предложено проводить на территории м. р-нов с высоким уровнем биогенной нагрузки.
8. Составлен реестр м. р-нов с высоким уровнем нагрузки, в которых необходимо проведение первоочередных работ по снижению биогенной нагрузки.
9. Проведенные исследования позволили на административно-территориальном уровне субъекта РФ провести районирование территории по уровню PNLN и PNLp с учетом специфики сложившегося комплекса природ но-антропогенных условий и рекомендовать эффективные водоохранные мероприятия, позволяющие оптимизировать бюджетные расходы и регулировать биогенную нагрузку на водосборах с целью минимизации поступления биогенных элементов в водные объекты.
Библиографический список
1. Кочуров Б. И. Экодиагностика и сбалансированное развитие: учеб. пособие для студентов вузов. — Смоленск: Маджента, 2003. — 381 с.
2. Минакова Е. А., Латыпова В. З. и др. Подходы к региональному нормированию нагрузки фосфор-и азотсодержащих минеральных удобрений на водосборную площадь реки // Безопасность жизнедеятельности. — 2003. — № 12. — С. 36—41.
3. Минакова Е. А., Латыпова В. З., Яковлева О. Г., Жданова Г. Н., Захаров С. Д. Динамика ионного состава и кислотные свойства атмосферных осадков Приказанского региона (Республика Татарстан) // Ученые записки Казанского государственного университета. Серия: Естественные науки. — 2005. — Т. 147. — № 3. — С. 141—150.
4. Шлычков А. П., Латыпова В. З., Минакова Е. А., Ильясова А. Р. Поверхностный сток биогенных элементов с аграрно освоенных водосборов: роль метеорологических факторов // Проблемы региональной экологии. — № 4. — 2012. — С. 55—61.
5. Минакова Е. А., Мелквист А. Ю., Мухаметшина Е. Г., Шлычков А. П., Сушкова А. В. Оценка антропогенной нагрузки предприятий на водные объекты Республики Татарстан // Экология и промышленность России. — 2013. — № 6. — С. 39—41.
6. Мшакоуа E. A., Shlychkov A. P., Ьа1уроуа V. Z. Studying of processes of formation of quality of a surface water in modern conditions of climate change. 14th International multidisciplinary scientific geoconfer-ence SGEM. Sofia, 2014. — P. 641—648.
7. Минакова Е. А., Шлычков А. П., Шайхиев И. Г. Многолетняя динамика биогенных веществ в воде Куйбышевского водохранилища в современный период // Вестник Технологического университета. — 2017. — Т. 20. — № 8. — С. 134—137.
8. Кондратьев С. А. Формирование внешней нагрузки на водоемы: проблемы моделирования. — СПб.: Наука, 2007. — 253 с.
9. Поздняков Ш. Р., Кондратьев С. А., Брюханов А. Ю. и др. Оценка биогенной нагрузки на Куйбышевское водохранилище со стороны водосбора // Журнал География и природные ресурсы. — 2019. — № 3. — С. 67—76.
10. Минакова Е. А., Шлычков А. П., Биктемирова Э. И., Кондратьев С. А. Внешняя биогенная нагрузка организованных источников на водотоки в пределах Республики Татарстан в современный период // Проблемы региональной экологии. — 2020. — № 1. — С. 74—78.
11. Kondratyev S. A., Ignatyeva N. V., Shmakova M. V. и др. Model-Based Assessment of Nutrient Load into Water Bodies from Different Landscape Types // Landscape Modelling and Decision Support "Innovations in Landscape Research" Cham. — 2020. — С. 299—310.
49
IK
О
12. Минакова Е. А., Шлычков А. П., Кондратьев С. А. Миграционные потоки биогенных элементов в геосистеме «водосбор — водный объект» в современных условиях // Экология урбанизированных территорий. — 2022. — № 2. — С. 13—21.
§ THE TERRITORY ZONING OF THE RUSSIAN FEDERATION REGION BY THE LEVEL OF POTENTIAL EXTERNAL BIOGENIC LOAD ON WATER BODIES
E. A. Minakova, Ph. D. (Geography), Associate professor, Kazan Federal University (KFU), ekologyhel@ mail.ru, Kazan, Russia,
A. P. Shlychkov, Ph. D. (Geography), Senior researcher, Institute of Ecology and Subsoil Use of the Academy of Sciences of the Republic of Tatarstan (IPEN), anatoliy.shlychkov@yandex.ru, Kazan, Russia,
T. Sh. Leonova, Ph. D. (Biology), Assoc. Professor, Kazan Federal University (KFU), leonova.tamila@ mail.ru, Kazan, Russia,
E. A. Minakova, bachelor (Geography), Kazan Federal University (KFU), miinakova@icloud.com, Kazan, Russia
References
50
1. Kochurov B. I. Ekodiagnostika i sbalansirovannoye razvitiye: uchebnoe posobie [Ecodiagnostics and balanced development: textbook]. Smolensk: Madzhenta. 2003. 381 p. [in Russian].
2. Minakova E. A. Latypova V. Z. etc. Podkhody k regionalnomu normirovaniyu nagruzki fosfor- i azotsod-erzhashchikh mineralnykh udobreniy na vodosbornuyu ploshchad reki [Approaches to the regional regulation of the load of phosphorus- and nitrogen-containing mineral fertilizers on the catchment area of the river]. Life safety. 2003. No. 12. P. 36-41 [in Russian].
3. Minakova E. A., Latypova V. Z., Yakovleva O. G., Zhdanova G. N., Zakharov S. D. Dinamika ionnogo sostava i kislotnyye svoystva atmosfernykh osadkov Prikazanskogo Regiona (Respublika Tatarstan) [Dynamics of the ionic composition and acidic properties of precipitation in the Prikazan Region (Republic of Tatarstan)]. Scientific notes of Kazan State University. Series: Natural Sciences. 2005. 147. No. 3. P. 141—150 [in Russian].
4. Shlychkov A. P., Latypova V. Z., Minakova E. A., Ilyasova A. R. Poverkhnostnyy stok biogennykh ele-mentov s agrarno osvoyennykh vodosborov: rol meteorologicheskikh faktorov [Surface Runoff of Biogenic Elements from Agriculturally Developed Watersheds: The Role of Meteorological Factors]. Problems of regional ecology. 2012. No. 4. P. 55—61 [in Russian].
5. Minakova E. A., Melquist A. Yu., Mukhametshina E. G., Shlychkov A. P., Sushkova A. V. Otsenka an-tropogennoy nagruzki predpriyatiy na vodnyye obyekty Respubliki Tatarstan [Assessment of the anthropogenic load of enterprises on water bodies of the Republic of Tatarstan]. Ecology and industry of Russia. 2013. No. 6. P. 39—41 [in Russian].
6. Minakova E. A., Shlychkov A. P., Latypova V. Z. Studying of processes of formation of quality of a surface water in modern conditions of climate change 14th International multidisciplinary scientific geoconfer-ence SGEM. Sofia, 2014. P. 641—648.
7. Minakova E. A., Shlychkov A. P., Shaikhiev I. G. Mnogoletnyaya dinamika biogennykh veshchestv v vode kuybyshevskogo vodokhranilishcha v sovremennyy period [Long-term dynamics of biogenic substances in the water of the Kuibyshev reservoir in the modern period]. Bulletin of the Technological University. 2017. Vol. 20. No. 8. P. 134—137 [in Russian].
8. Kondratiev S. A. Formirovaniye vneshney nagruzki na vodoyemy: problemy modelirovaniya [Formation of external load on water bodies: modeling problems]. St. Petersburg: Nauka. 2007. 253 p. [in Russian].
9. Pozdnyakov Sh. R., Kondratiev S. A., Bryukhanov A. Yu. et al. Otsenka biogennoy nagruzki na Kuyby-shevskoye vodokhranilishche s vodosbora [Estimation of nutrient load on the Kuibyshev reservoir from the catchment area] Journal Geography and Natural Resources. 2019. No. 3. P. 237—246 [in Russian].
10. Minakova E. A., Shlychkov A. P., Biktemirova E. I., Kondratiev S. A. Vneshnyaya biogennaya nagruzka organizovannykh istochnikov na vodotoki v predelakh Respubliki Tatarstan v sovremennyy period [External nutrient load of organized sources on watercourses within the Republic of Tatarstan in the modern period]. Problems of regional ecology. 2020. No. 1. P. 74—78 [in Russian].
11. Kondratyev S. A., Ignatyeva N. V., Shmakova M. V., etc. Model-Based Assessment of Nutrient Load into Water Bodies from Different Landscape Types 2020. P. 299—310.
12. Minakova E. A., Shlychkov A. P., Kondratiev S. A. Migratsionnyye potoki biogennykh elementov v geosis-teme "vodosbor — vodnyy obyekt" v sovremennykh usloviyakh [Migration flows of nutrient elements in the geosystem "catchment — water body" in modern conditions]. Ecology of urbanized territories. 2022. No. 2. P. 13—21 [in Russian].
