CC BY
25
УДК 551.510.42 © 2013: Ю.Г. Тютюнник, О.Б. Блюм, А.А. Игнатюк; ФНИ «XXI век»
СТРУКТУРА И ГЕНЕЗИС АТМОГЕОХИМИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ НА ОСОБО ОХРАНЯЕМОЙ ПРИРОДНОЙ ТЕРРИТОРИИ ПО ДАННЫМ ЛИХЕНОИНДИКАЦИИ Ю.Г. Тютюнник1*, О.Б. Блюм1, А.А. Игнатюк2
1 Национальный ботанический сад НАН Украины и 2 Институт эволюционной экологии НАН Украины, Киев, Украина
* Эл. почта: carme1@mail.ru Статья проступила в редакцию 15.05.2013; принята к печати 31.10.2013
Методом биогеохимической лихеноиндикации определена и представлена в виде карты изолиний содержания атмосферных поллютантов в лишайниках, нормированного по Parmelia sulcata Tayl., пространственная структура загрязнения приземной атмосферы выдающегося памятника садово-паркового искусства — дендропарка «Софиевка» (г. Умань, Украина) химическими элементами Са, Cd, Fe, Pb, S, Ti, V. Каждый химический элемент интерпретируется как показатель определенных причин и факторов атмосферного загрязнения дендропарка, а именно: S индицирует источники загрязнения и миграцию газообразных загрязнителей; Pb, Cd, V — мелкодисперсных аэрозолей (главным образом, пирогенного происхождения); Fe и Са — крупнодисперсных пыле-аэрозолей механической дезинтеграции; Ti — крупнодисперсных терригенных частиц пыле-аэорозолей. Пространственная структура ореола атмосферного загрязнения дендропарка обусловливается: а) наличием и расположением источников газов и пыле-аэрозолей вокруг него; б) градостроительной ситуацией; в) метеорологическим явлением «городского бриза»; г) микро- и наноклиматами территории, которые, в свою очередь, определяются сложным рельефом, открытыми водными поверхностями, древесно-кустарниковым покровом. Ключевые слова: лихеноиндикация, атмосферное загрязнение, памятник садово-паркового искусства.
ATMOGEOCHEMICAL FIELDS STRUCTURE AND GENESIS WITHIN A PROTECTED AREA ACCORDING TO LICHEN INDICATION DATA Yu.G. Tiutiunnik1*, O.B. Blum1, A.A. Ignatiuk2 1 National Botanical Garden and 2 Institute of Evolutionary Ecology, National Academy of Sciences of Ukraine, Kiev, Ukraine
* E-mail: carme1@mail.ru
Lichen indication was used to draw up a map of isolines of atmospheric pollutants contents in lichens, which were normalised by pollutant levels found in Parmelia sulcata Tayl., in order to characterise the spatial structure of pollution of ground air with Ca, Cd, Fe, Pb, S, Ti, V within the territory of "Sofiyevka" arboretum (the city of Uman', Ukraine), an outstanding memorial of landscape development. Each of the above elements is interpreted as an indicator of certain sources of air pollution, i. e.: S — gaseous pollutant sources; Pb, Cd and V — pyrogenic sources of fine solid aerosols; Fe and Ca — large-size aerosol particles resulting from mechanical tear and wear, and Ti — large-size terrigenous dust particles. The results suggest that the spatial structure of ground air pollution in the arboretum is determined by the following factors: a) the presence and location of gas sources around; b)house building conditions; c) "city breeze" phenomena; and d) microclimatic and smaller-scale climatic conditions. These factors, in their turn, are modulated by complex relief, open water areas and shrub and tree patterns. Keywords: biogeochemistry, lichen indication, air pollution, landscape development.
Введение исследовательских работ по определению причин и Особо охраняемые территории, в том числе объек- пространственной структуры атмотехногенного влиты природно-заповедного фонда и культурно-исто- яния на ландшафты парка. Их результаты излагают-рического наследия, в последние годы привлекают ся в настоящей статье. повышенное внимание геоэкологов. В силу своего
статуса и особой «хрупкости» они требуют тщатель- Объект и методы исследования
но продуманных, превентивных и действенных уже Национальный дендрологический парк «Софи-
сегодня, а не в «перспективе», подходов к охране, ре- евка» Национальной академии наук Украины был
культивации и прогнозу состояния природных сред, заложен графом С. М. Потоцким в 1796 г. и открыт
находящихся в зоне воздействия техногенеза, даже в 1802 г. Автор и руководитель проекта — Людвиг
слабо проявленного. Метцель. Благодаря живописному расположению в
Одной из наиболее известных из особо охраняе- долине реки Каменки и системе оврагов и балок, в
мых территорий Украины культурно-исторического которых на дневную поверхность выходят кристал-
и природно-заповедного назначения является денд- лические породы Украинского щита, а также широко-
ропарк «Софиевка» в городе Умань Черкасской обл. му биоразнообразию (в 2008 г. здесь насчитывалось
В 2011 г. нами был осуществлен комплекс научно- 3323 видов и сортов растений) и особой ландшафтно-
архитектурной стилистике, символически связанной с древнегреческой мифологией, «Софиевка» является одним из красивейших и считается самым популярным дендропарком Украины. Его площадь - 204,7 га. За год «Софиевку» посещает около полумиллиона туристов.
Главной особенностью «Софиевки», с экологической точки зрения, является та градостроительная ситуация, в которой она пребывает. По существу, дендропарк является большим «зеленым клином», врезающимся в застройку с самой периферии города едва ли не до его центральной части. В связи с большими размерами «Софиевки» и сравнительно небольшими размерами города (площадь Умани 41 км2; население 86,6 тыс. чел.) дендропарк является важнейшим градоформирующим фактором, влияет на распланировку и пространственную организацию городского ландшафта Умани в ее северо-восточной части. С другой стороны, активно и разнообразно город воздействует на дендропарк. Причины его ат-мотехногенного влияния на «Софиевку» носят двоякий характер. Во-первых, парк со всех сторон окружен разными объектами, «поставляющими» на его территорию загрязняющие атмосферу ингредиенты. К таким объектам относятся: 1) автотрассы, а также автовокзал, расположенный практически рядом с западной оконечностью парка; 2) жилая застройка с индивидуальными системами отопления; 3) кафедра механизации (на северо-востоке) и отапливаемые теплицы (на севере) Уманского национального университета садоводства (УНУС); 4) пашня (фактор пыления с открытой поверхности почвы) и 5) коммунальная инфраструктура (мусорные площадки, гаражи) и стройплощадки. Во-вторых, «Софиевка» взаимодействует с территорией города по схеме городского бриза. От «теплового острова», сформированного в пределах коммунальной и промышленной застройки, на территорию дендропарка из верхних слоев приземной атмосферы поступают перемешанные воздушные массы, насыщенные техногенными продуктами1; с территории же парка в сторону застройки в нижних слоях атмосферы мигрируют более прохладные очищенные массы воздуха. Механизм бризовой циркуляции и его роль в загрязнении/ самоочищении городской среды хорошо известен и описан в городской климатологии [6]. Определенное влияние на загрязнение атмосферного воздуха в пределах дендропарка оказывают и источники, расположенные непосредственно на его территории: хозяйственный двор, технические дороги, туристская инфраструктура (прогулочный транспорт, места приготовления пищи и др.).
Другими важными особенностями ландшафтов «Софиевки» являются: 1) сильная пересеченность рельефа; 2) структурное разнообразие фитоценозов (видовой состав, высота и сомкнутость растительного покрова); 3) наличие открытых водных поверхностей (прудов). Эти факторы имеют большое значение для формирования мезоклимата дендропарка, а также его микро- и наноклиматов, от которых зависит
1 Это выбросы автомобильного транспорта и коммунальных отопительных
систем, рассредоточенные по всему городу, плюс выбросы промышленных предприятий, сконцентрированных на промплощадках и в промзонах. В Умани развиты машиностроение (более 40% объемов реализации всей промышленной продукции города), химическая (более 25%) и пищевая (около 9%) промышленность, также присутствуют некоторые другие отрасли (фармацевтическая, строительных материалов и т. д.).
перераспределение загрязненных воздушных масс и седиментация атмосферных поллютантов.
Для изучения пространственного распределения химических элементов в приземной атмосфере дендропарка был использован метод биогеохимической лихеноиндикации. Он неоднократно описывался в литературе (достаточно полный список литературных источников по этому вопросу можно найти, например, в [2]), и мы не будем повторяться. Напомним только, что содержание химических веществ и элементов в слоевищах эпифитных лишайников хорошо коррелирует с их средними концентрациями в приземной атмосфере (включая атмосферные осадки). Эта простая биогеохимическая закономерность сегодня широко используется для изучения атмогео-химических полей на самых разных по условиям воздушного загрязнения территориях - от заповедников до промплощадок.
Для биогеохимической индикации содержания химических элементов в приземной атмосфере дендропарка в конце мая 2011 г. нами в 41 точке были отобраны со стволов разных форофитов (в основном, кленовые, тополь, дуб) следующие виды эпифитных лишайников: Parmelia sulcata Tayl., Xanthoria parietina (L.) Th. Fr., Hypogymniaphysodes (L.) Nyl. и Pleurosticta acetabulum (Neck.) Elix. et Lumbsch. Точки пробоотбо-ра выбирались с учетом: 1) ландшафтной структуры территории; 2) фактического наличия лишайника-индикатора; 3) расположения источников загрязнения. Более-менее геометрически «строгий» квадратно-гнездовой способ заложения сети пробоотбора в условиях ландшафта «Софиевки» не применим из-за сложности рельефа и пространственного распределения древесной растительности (форофитов).
После стандартной доаналитической обработки (чистка, сушка, мокрое озоление в азотной кислоте в микроволновой печи MWS-2) в образцах лишайников на плазменно-эмиссионном спектрометре ICAP 6300 DUO определялось содержание элементов Al, B, Ba, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, K, Mg, Mn, Na, Ni, P, Pb, S, Sb, Se, Sr, Ti, V, Zn. В связи с тем, что для биоиндикации использовались разные виды лишайников с различной (хотя и не сильно отличающейся) накопительной способностью, измеренные концентрации нормировали на один вид - Parmelia sulcata (так называемый биогеохимический лихеноиндикационный показатель - БГХЛ-показатель [1]). Этот вид лишайников в пределах Украины является одним из самых распространенных в природных и антропогенных биотопах. По полеотолерантости он несколько уступает лишайнику Xanthoria parietina, однако превосходит его по теневыносливости. Золотянка настенная (X. parietina) в затененных условиях встречается редко, а пармелию бороздчатую (P. sulcata) в таких условиях найти можно почти всегда. При проведении биогеохимических лихеноиндикационных исследований на территориях с большими площадями сомкнутой древесно-кустарниковой растительности это является немаловажным фактором, влияющим на выбор вида, к которому «привязывается» БГХЛ-показатель. Изучение атмогеохимических полей на территории «Софиевки» осуществлялось на основе именно этого показателя - нормированного на лишайник P. sulcata содержания химических элементов, выражаемого в мкг/г или 10-4% на воздушно-сухой вес образца.
Исследование атмогеохимических полей проводилось путем картографирования величин БГХЛ-по-казателя методом изолиний. При проведении картографической интерполяции учитывались малейшие нюансы изменения в пространстве естественных и техногенных свойств и параметров ландшафта, в котором формируются воздушные выбросы и распределяются атмосферные примеси. Эти нюансы многочисленны и «переплетены» в пространстве квазихаотическим образом. Авторы считают, что, несмотря на все успехи компьютерного картографирования и «интеллектуальную» мощь ГИС-пакетов, картографические исследования, осуществляемые на основе классических способов, себя не исчерпали. При изучении в локальном масштабе такого «капризнейшего» стохастического явления, как распределение в деятельном слое воздушных примесей с разными свойствами и различного происхождения, важен скрупулезный учет всех реальных и потенциальных факторов и причин распределения поллютантов по территории. Вопрос о том, насколько адекватно может быть формализован весьма сложный алгоритм автоматизированного моделирования данного явления, по нашему мнению, решен не полностью.
Первоначально карты распределения поллютан-тов составлялись на топографической основе с масштабом 1:10 000, затем сканировались и обрабатывались в программе Corel. К сожалению, в процессе электронной обработки карт пришлось отказаться от передачи изогипс и контуров растительного покрова (сады, луга, лесные насаждения, кустарники). Во-первых, это сильно перегружало карты изоли-
ний атмосферного загрязнения и делало их плохо читаемыми; во-вторых, в связи с очень сильной пересеченностью рельефа дендропарка представляло значительную техническую сложность; в-третьих, контуры растительного покрова на топокартах, созданных в прошлые десятилетия, далеко не всегда соответствовали современным.
Результаты и их обсуждение
В таблице 1 приведены величины БГХЛ-показате-ля - нормированное на пармелию бороздчатую содержание Са, Cd, Fe, Pb, S, Ti, V в отобранных лишайниках для всех точек пробоотбора в пределах объекта исследования, а также среднее для всей территории «Софиевки». На рисунках 1-7 представлены атмогеохимические поля территории парка «Софиевка», выраженные в величине БХГЛ-показателя для Са, Cd, Fe, Pb, S, Ti, V. Выбор именно этих химических элементов продиктован следующими соображениями. В геохимии техногенеза известно, что разные химические вещества и элементы, загрязняющую среду, маркируют различные процессы технологического продуцирования поллютантов, их миграции в воздушной или водной среде, а также седиментации и поглощения биотой, почвой или донными отложениями. Согласно мнению А.Н. Геннадиева, разделяемому авторами статьи, для «идентификации источников загрязнения» можно успешно использовать «сами поллютанты, так как их состав и свойства несут определенную информацию о происхождении и путях поступления данного вещества в окружающую среду» [4, с. 33].
Табл. 1
Содержание (мкг/г сухого веса) химических элементов в эпифитных лишайниках, отобранных в дендропарке «Софиевка» (г. Умань, Украина), нормированное на вид лишайника Parmelia sulcata Tayl.
№ точек пробоотбора Ca Cd Fe Pb S Ti V
1 2114 0,76 1149 12,3 3438 122 7,46
3 2789 0,40 2369 7,8 3228 110 5,53
4 5075 0,56 2540 13,8 2911 141 4,99
5 7062 0,68 1520 9,2 2849 174 3,90
7 1615 0,22 1862 6,4 2165 76,2 4,39
8 2303 0,35 417 13,5 2959 222 3,45
9 2177 0,46 2828 8,6 2992 107 5,42
10 4131 0,77 9190 22,1 2181 585 14,88
11 2018 0,28 2015 6,4 2299 84,3 4,47
12 4911 0,45 4174 11,5 2628 242 7,50
13 2241 0,47 2415 8,7 2594 106 4,45
14 786 0,41 274 8,2 3631 99,1 1,83
15 2330 0,59 562 8,2 2875 111 4,69
16 931 0,65 523 6,6 2950 233 4,15
17 2838 0,29 3551 10,4 3458 218 6,17
18 1540 0,17 1326 6,0 2592 61,1 2,68
19 1794 0,35 545 8,1 2618 72,1 4,08
20 2953 0,51 959 9,2 2248 86,7 3,44
21 28960 0,61 1479 10,1 2346 112 3,20
22 3869 0,55 1436 8,98 1911 69,7 2,97
23 5428 0,31 1153 6,9 2099 56,4 2,59
25 4723 0,68 2266 13,6 1924 120 5,56
26 4234 0,51 1773 10,7 2485 102 4,42
27 3405 0,43 1924 10,5 2545 104 4,72
29 2266 0,13 1812 5,5 5315 108 3,71
30 11343 0,41 1934 16,8 2745 67,4 6,15
31 6025 0,21 1376 7,5 2556 55,3 3,48
32 5809 0,28 978 8,2 1944 41,6 2,89
33 4504 0,30 1310 5,0 2487 55,3 3,20
34 5434 0,54 1296 15,2 2671 50,2 3,76
40 1208 0,30 940 4,9 1866 50,1 2,22
Среднее по дендропарку 4358 0,44 1840 9,58 2673 122,5 4,52
Рис. 1. Изолинии концентраций серы (мкг/г сухого веса) в лишайниках дендропарка «Софиевка» (г. Умань, Украина). Точки с цифрами под ними, например 232, обозначают места отбора проб лишайников и концентрации химического элемента в них, нормированные на лишайник P. sulcata, мкг/г (БГХЛ-показатель)
Рис. 2. Изолинии концентраций кадмия (мкг/г сухого веса) в лишайниках дендропарка «Софиевка» (г. Умань, Украина). Обозначения: см. рис. 1
Рис. 3. Изолинии концентраций свинца (мкг/г сухого веса) в лишайниках дендропарка «Софиевка» (г. Умань, Украина). Обозначения: см. рис. 1
Рис. 4. Изолинии концентраций ванадия (мкг/г сухого веса) в лишайниках дендропарка «Софиевка» (г. Умань, Украина). Обозначения: см. рис. 1
Рис. 5. Изолинии концентраций железа (мкг/г сухого веса) в лишайниках дендропарка «Софиевка» (г. Умань, Украина). Обозначения: см. рис. 1
Рис. 6. Изолинии концентраций кальция (мкг/г сухого веса) в лишайниках дендропарка «Софиевка» (г. Умань, Украина). Обозначения: см. рис. 1
Рис. 7. Изолинии концентраций титана (мкг/г сухого веса) в лишайниках дендропарка «Софиевка» (г. Умань, Украина). Обозначения: см. рис. 1
Из списка всех изученных химических элементов мы выбрали такие, которые точнее всего маркируют наиболее важные для изучаемой территории тех-ногенно-, атмо- и биогеохимические процессы. Это своеобразные элементы-маркеры, элементы-индикаторы или типические химические элементы для тех или иных атмотехногенно-геохимических ситуаций. Например, свинец широко известен как типический химический элемент автотранспортного загрязнения [5]. Выбранные нами и представленные на рисунках химические элементы являются характерными маркерами основных процессов и ситуаций техногенного влияния на деятельный слой дендропарка «Софиевка». А именно:
— Сера маркирует загрязнение атмосферы сернистыми газами ^02, SO3) локального происхождения (то есть выброшенных в атмосферу в пределах города), а также является маркером регионального техногенного влияния - выпадения кислых осадков.
— Кадмий отражает и региональное, и локальное воздействие на атмосферу преимущественно мелкодисперсных аэрозолей пирогенного происхождения, поступающих в приземный слой воздуха из высоких (трубы) и низких (автомобили) источников выбросов. Возможно поступление кадмия в виде крупных пыле-аэрозолей дезинтеграции в процессе стирания автомобильных шин (металл добавляется в резину как стабилизатор).
— Свинец — «классический» маркер автотранспортного выхлопа. В районах развития цветной и черной металлургии он также является маркером процессов плавки металлов; в электротехнической промышлен-
ности он связан с изготовлением кабелей и аккумуляторов, но этого в Умани нет.
— Ванадий репрезентирует содержание в воздухе мелкодисперсных аэрозолей пирогенного происхождения, выбрасываемых, в основном, локальными высокими источниками — системами отопления (особенно электростанциями и котельными, работающими на мазуте).
—Железо на исследуемой территории отражает воздействие на приземный слой воздуха пыле-аэрозолей механической дезинтеграции и химической коррозии металлических частей строительных конструкций, машин и механизмов.
— Кальций показывает локальные поступления в атмосферный воздух преимущественно крупнодисперсных карбонатных пыле-аэрозолй дезинтеграции, образующихся при производстве стройматериалов и проведении строительных и отделочных работ.
— Титан в районах отсутствия предприятий, связанных с производством металла (металлургия титана) и его соединений (ТЮ2), — а таких заводов в Умани нет, — является хорошим маркером поступления в приземную атмосферу пыли с поверхности почв и рыхлых горных пород (терригенная пыль). Косвенно такой пылеподъем указывает на сельскохозяйственную активность, поскольку терригенная пыль с поверхности земли сильнее всего поступает в атмосферный воздух во время обработки сельхозугодий.
Некоторые из локальных атмогеохимических аномалий на территории дендропарка могут быть обусловлены микроклиматическими причинами. С одной стороны, наветренные части холмов испы-
тывают наибольший «удар» горизонтально перемещающихся загрязненных воздушных масс, и потому здесь концентрации поллютантов в лишайниках могут увеличиваться. С другой стороны, впадины и понижения служат ловушками, местами стока и застоя загрязненных воздушных масс, что также приводит к увеличению содержания в них продуктов техногенеза [3]. В связи с большой пересеченностью и разнообразием рельефа территории дендропарка микроклиматический фактор воздушной миграции и седиментации поллютантов в приземной атмосфере весьма важен для понимания причин формирования и особенностей пространственной структуры атмо-геохимического поля «Софиевки».
Общая оценка пространственного распределения содержания химических элементов в слоевищах лишайников (рис. 1—7) говорит, прежде всего, о том, что территория дендропарка по условиям формирования и состоянию атмогеохимического поля делится на две части — правую (восточную) и левую (западную) относительно оси, проходящей с севера на юг через нижний пруд и меридиональный отрезок долины реки Каменки. Причина такой структуры атмогеохимического поля — геоморфологическая. Слева от этой оси территория густо и глубоко пересечена балками и прекратившими рост оврагами; на западной оконечности парка она выходит на плакор. Справа от оси — северо-восточный субширотный отрезок долины реки Каменки (большей частью запруженный) с относительно спокойным и пологим рельефом. Сама же ось приурочена к заложенному на тектоническом разломе меридиональному отрезку долины, который служит для загрязненных воздушных масс самой глубокой на территории «Софиевки» ложбиной стока, понижающейся с севера на юг (на южной оконечности парка — минимальные отметки высот). Однако при южных ветрах по ней возможна и обратная миграция загрязненного воздуха — с юга на север.
Сравнительная оценка атмотехногенных полей территории дендропарка «Софиевка» дает основания утверждать следующее.
1. Ореолы рассеяния Fe и Са, с одной стороны, и Т^ с другой, в восточной части парка и его окрестностях существенно различаются. Содержание в лишайниках железа и кальция от пруда к окраинам парка уменьшается, а титана, наоборот, увеличивается. Примерно такое же, хотя и менее четко выраженное распределение металлов наблюдается к северу и северо-северо-западу от оси верхнего отрезка долины реки Каменки. Мастерские кафедры механизации УНУС на восточной оконечности парка являются, хотя и слабым, но источником поступления железа и кальция в атмосферу. На поступление же титана в атмосферу они никакого влияния не оказывают. Fe, Са и Т в целом ассоциируются с крупнодисперсными пыле-аэрозолями. В условиях умеренного техногенеза (наш случай) первые два химических элемента в значительной степени приурочены к пыле-аэрозо-лям техногенного происхождения, а титан — к тер-ригенной пыли.
2. У кадмия, свинца и ванадия как тяжелых металлов (ТМ), имеющих преимущественно пирогенное происхождение и приуроченных к мелкодисперсным аэрозолям, есть некоторое сходство в очертаниях
ореолов рассеяния на территории дендропарка. Наиболее характерными чертами этого сходства являются следующие:
а) «языки» повышенных концентраций Cd, РЬ, V вытягиваются с севера на юг, «ниспадая» со склона долины реки Каменки и протягиваясь к югу по её меридиональному отрезку;
б) по их содержанию более чистой является северовосточная часть дендропарка, имеющая более спокойный рельеф и более удаленная от центральной части города;
в) на пересеченной территории западной и северозападной части «Софиевки» ореолы рассеяния Cd, РЬ, V отличаются контрастностью и сложностью конфигурации.
Относительное сходство ореолов рассеяния С^ РЬ и V свидетельствует о том, что у этих металлов есть общие источники поступления на территорию ден-дропарка, а также о том, что механизмы миграции и седиментации мелкодисперсных аэрозолей, содержащих данные ТМ, имеют общее черты. В частности, важным источником поступления С^ РЬ, V на территорию дендропарка является общегородская загрязненная воздушная масса, мигрирующая сюда по схеме городского бриза.
3. Для серы, в целом, характерна конфигурация ореола рассеяния, напоминающая конфигурации пирогенных С^ РЬ, V. Но имеются и особенности. С одной стороны, для серы идентифицированы точки с повышенной концентрацией, которых нет у С^ РЬ и V (точки S4240 и S3190)2. С другой стороны, там, где наблюдаются повышенные содержания в лишайниках тяжелых металлов, их нет для S. Это говорит о том, что сера, хотя и попадает на территорию денд-ропарка также в составе воздушных масс городского бриза, в силу своего преимущественно газообразного состояния мигрирует и осаждается здесь иначе, чем мелкодисперсные аэрозоли ТМ.
В паттернах рассеяния отдельных элементов можно отметить следующие особенности.
Сера
В целом, концентрация серы в лишайниках уменьшается от окраин и периферии парка к его центральной части. Влияние автомобильных дорог как источников загрязнения не прослеживается по сере. В то же время возрастание концентраций серы идет в сторону жилой настройки, что указывает на поступление сернистых газов преимущественно из источников коммунального отопления и от промышленных предприятий, расположенных за пределами жилой настройки. В западной пересеченной части «Софи-евки» отмечаются 4 точки повышенных содержаний серы. Точка S5130 совпадает с таковыми для кадмия, свинца и ванадия. Точка S4240 аналогий среди других химических элементов не имеет. Точка S3190 совпадает с точкой высокого содержания кальция в лишайниках, а точка S4393 — с таковой для кадмия. Среди этих точек повышенных концентраций очевидное объяснение имеет только последняя: здесь расположена коммунальная мусорная площадка, где мусор периодически поджигается (на момент отбо-
2 Здесь и далее символ химического элемента указывает на соответствующую карту на рисунке, а цифры около символа идентифицируют точку пробоотбора на карте и одновременно указывают на величину БГХЛ-показателя.
ра проб он дымил). Остальные точки повышенного содержания серы не приурочены к существенным источникам загрязнения приземной атмосферы сернистыми газами и обусловлены, скорее всего, особенностями микроклимата.
Кадмий
По сравнению с остальными пирогенными ТМ, кадмий имеет наиболее сложный по конфигурации ореол рассеяния. Достоверными источниками поступления металла в приземную атмосферу являются упомянутая выше мусорная площадка (Cd0,49) и автомобильные дороги (Cd0,76; Cd0,76) и (Cd0,77). От машин этот химический элемент поступает в приземную атмосферу частично с выхлопом, частично из-за истирания шин. Обращает на себя внимание увеличение концентраций кадмия на восточной - юго-восточной окраинах парка (Cd0,65; Cd0,63; Cd046). Это может быть результатом регионального воздушного переноса, а также работы машин и механизмов кафедры механизации УНУС. С севера, со стороны города наблюдается глубокое вклинивание изолиний повышенных концентраций кадмия в центральную часть парка по долине реки Каменки. Язы-ковидное вклинивание изолиний повышенных концентраций от города в сторону парка наблюдается также на северо-западной оконечности «Софиевки». Здесь оно приурочено к верхней части балки.
Как видим, ореол рассеяния кадмия обусловливается сложной интерференцией таких факторов, как расположение источников выбросов, градостроительная ситуация, рельеф и микроклимат.
Свинец
Пункты высоких концентраций этого металла в лишайниках приурочены к автомобильным дорогам, что хорошо известно. Высокие концентрации свинца в точках в западной (РЬ16,8; РЬ10,1; РЬ8,6) и южной (РЬ15,2; РЬ11,3) частях дендропарка обусловлены, скорее всего, особенностями микроклимата. Отметим конфигурацию изолинии 8 мкг/г по оси «север-юг», проходящей через меридиональный отрезок долины реки Каменки (центральная часть дендропарка): она как бы разделяет территорию «Софиев-ки» на две части - западную и восточную, образуя в то же время «коридор» повышенных концентраций, насквозь проходящий с северной к южной оконечности парка. Это говорит о том, что в меридиональном направлении в центральной части «Софиевки» через всю ее территорию проходит достаточно свободная циркуляция мелкодисперсных пирогенных аэрозолей низких выбросов. Слабым источником загрязнения приземной атмосферы свинцом выступает кафедра механизации УНУС. В отличие от кадмия, для свинца не характерно увеличение концентраций на восточных - юго-восточных окраинах дендропарка. Вероятно, для него как для пирогенного ТМ, приуроченного больше к слабым автомобильным источникам выбросов, в отличие от кадмия, тяготеющего и к слабым, и к сильным источникам, не характерен региональный перенос в восточной части дендропарка.
Ванадий
Для этого химического элемента также свойственно высокое содержание в лишайниках, обусловленное работой автотранспорта и наблюдающееся вдоль
улиц ^15,0-У7,5 и V7,5-V8,1). В западной части хорошо выражена точка высоких концентраций микроклиматического происхождения ^6,15). К тепличному хозяйству УНУС приурочена точка V4,4: ванадий является типическим химическим элементом выбросов отопительных систем, особенно тех, которые используют мазут. Так же как и для кадмия, для ванадия наблюдается некоторое увеличение концентраций на юго-восточной оконечности дендропар-ка, однако более слабое. Вероятно, это повышение обусловливается только региональным переносом загрязненных воздушных масс (в отличие от Cd, который поступает в атмосферу также и от локальных источников кафедры механизации).
Железо
Повышенные концентрации железа, обусловленные автотранспортом, хорошо выражены вдоль одной улицы ^е9190; Fe4170), но не другой. Это можно объяснить так. Железо от автомобильной дороги поступает в воздух, в основном, как продукт механического истирания металлических частей работающего механизма автомобиля. Нагрузка на последний будет большей на участках спуска-подъема. Следовательно, здесь от автодорог в приземную атмосферу будет поступать больше крупнодисперсного железа дезинтеграционного происхождения. Участок спуска-подъема приурочен к месту отбора проб на первой улице, но не второй.
В западной части дендропарка для железа не фиксируются места высоких концентраций, обусловленных особенностями микроклимата, которые характерны для пирогенных ТМ. Небольшое увеличение содержания железа в лишайниках наблюдается около кафедры механизации УНУС. Зато можно видеть точки пониженных концентраций железа ^е545; Fe417), которые, скорее всего, обусловлены слабой доступностью в отдельные места парка воздушных масс с повышенной турбулентностью. Поскольку пыле-аэрозоли железа относительно тяжелы, для их более-менее свободной миграции необходима повышенная турбулентность воздушного потока, а сложный рельеф и густая растительность «Софиевки» во многих местах препятствуют ее формированию. В целом, повышение концентраций железа прослеживается от парка в направлении жилых массивов, окружающих его с севера, запада и юго-запада. На свободных от застройки восточных окраинах «Софиевки» повышения концентраций железа не наблюдается.
Кальций
Ореол рассеяния кальция сильно отличается от ореолов рассеяния остальных химических элементов. Во-первых, он не имеет «двучленной» восточно-западной пространственной структуры. Во-вторых, места повышенных содержаний кальция в лишайниках размещаются не там, где места высоких содержаний ТМ и серы в них, и отличаются сложностью конфигурации (особенно точка Са5430). В-третьих, для них характерна самая высокая контрастность в пределах дендропарка: БГХЛ-показатель колеблется от 20380 до 931 мкг/г. Пестрота и контрастность ореолов рассеяния продуктов техногенеза свидетельствует о разнообразии источников их поступления в окружающую среду и о сложности условий миграции-седиментации [7].
По одной улице в точках Са4130 и Са4900 небольшое увеличение содержания кальция в лишайниках обусловлено работой автотранспорта. А на другой таких точек нет. Но в точке Са5220 содержание химического элемента повышено. Здесь — въезд в хозяйственный двор «Софиевки». И в первом, и во втором случае возможно просыпание перевозимых машинами разнообразных субстратов, содержащих кальций. Точки повышенных концентраций кальция в лишайниках Са5100 и Са7050 возникли, вероятно, из-за того, что недалеко от них расположена новостройка: строительно-монтажные работы — одна из ведущих причин поступления пыли, содержащей Са, в окружающую среду города. Точка Са5430 расположена около теплиц: использование в тепличном хозяйстве известковых субстратов может обусловливать просыпи. А вот самые высокие концентрации в лишайниках кальция, наблюдающиеся в точках Са20380 и Са16680, практически посередине денд-ропарка, объяснить сложно. При отборе проб лишайников мы внимательно следили за тем, чтобы стволы деревьев не были когда-либо известкованы, так что влияние этой причины отпадает. Возможно, здесь мы сталкиваемся с воздействием влажности воздуха на атмосферную миграцию кальция (растворение каль-цийсодержащих частичек в капельной влаге), на что указывает расположение обеих точек около пруда. Вопрос требует дальнейшего изучения.
Титан
Наибольшие концентрации титана приурочены к восточным, юго-восточным и северным оконечностям и окрестностям «Софиевки». Здесь располагаются открытые пылящие поверхности: огороды, пашня. Поступающая в атмосферу пыль имеет тер-ригенное происхождение. Пункты повышенных концентраций в лишайниках титана, приуроченные к улице (^584; ^241), обусловлены, скорее всего, поднятием терригенной пыли во время движения машин на участке спуска-подъема. А пыль на дорогу надувается с соседних огородов и пашен. В целом, ореолы рассеяния титана на территории «Софиевки» сглажены и малоконтрастны (чем он отличается от кальция). Повышения и понижения содержания химического элемента в приземной атмосфере дендропарка обусловлены, вероятнее всего, влиянием микрокли-
матических причин, препятствующих или, наоборот, способствующих осаждению титансодержащих частичек из относительно однородной по содержанию терригенной пыли воздушной массы, приходящей в парк с окружающей территории.
Выводы
1. Интерпретация полей загрязнения приземной атмосферы продуктами техногенеза позволяет идентифицировать его источники и определить основные факторы, обусловливающие миграцию и седиментацию воздушных поллютантов в ландшафте. В условиях дендропарка «Софиевка» (г. Умань) сера индицирует источники загрязнения и миграцию газообразных загрязнителей; свинец, кадмий и ванадий — мелкодисперсных аэрозолей, главным образом, пирогенного происхождения; железо и кальций — крупнодисперсных пыле-аэрозолей механической дезинтеграции (металлических и минеральных материалов соответственно); титан — крупнодисперсных терригенных пыле-аэорозолей.
2. Пространственная структура ореола атмосферного загрязнения дендропарка «Софиевка» обусловливается: а) наличием и расположением вокруг ден-дропарка источников поступления в приземную атмосферу газов и пыле-аэрозолей; б) градостроительной ситуацией (положение дендропарка в урбо-ландшафте Умани); в) метеорологическим явлением «городского бриза»; г) микро- и наноклиматами территории дендропарка, которые, в свою очередь, определяются сложным рельефом, открытыми водными поверхностями, древесно-кустарниковым покровом.
3. По условиям атмосферного загрязнения дендро-парк «Софиевка» может быть разделен на три части: а) западную со сложным рельефом и определяющим значением микроклимата; б) восточную, загрязнение которой определяется, в первую очередь, наличием локальных источников выбросов и регионального переноса загрязненных воздушных масс; в) центральную, в которой загрязнение приземной атмосферы сильно зависит от наличия открытых водных пространств и циркуляции воздушных масс в направлении «север/юг» вдоль главной морфоструктуры территории дендропарка — меридионального отрезка долины реки Каменки.
Литература
1. Блюм О.Б., Тютюнник Ю.Г., Пащенко
B.М. Бiогеохiмiчна лiхеноiндикацiя важких металiв у приземному шарi повггря мюьких ландшафт1в // Укр. бот. журн. — 1988. — № 3. —
C. 66—71.
2. Бязров Л.Г. Лишайники в экологическом мониторинге. — М. : Научн. мир, 2002. — 336 с.
3. Владимиров С.А. Численное моделирование распространения пассивной примеси в атмосфере // Метеорология и гидрология. — 1999. — № 7. — С. 22—35.
4. Геннадиев А.Н. Нефть и окружающая среда // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. — 2009. — № 6. — С. 3—39.
5. Геохимия окружающей среды / Ю.Е. Сает, Б.А. Ревич, Е.П. Янин и др. — М. : Недра, 1990. — 335 с.
6. ЛандсбергГ.Е. Климат города. — Л.: Гидро-метеоиздат, 1983. — 248 с.
7. Тютюнник Ю.Г., Горлицкий Б.А. Техноген-не забруднення мюьких грушгв Украши (фе-номенолопчний анал1з) // Доп. НАН Украши. — 2000. — № 6. — С. 208—211.
