CC BY
29
УДК 502.55, 556.51, 556.55, 632.15
DOI: 10.24411/1728-323X-2020-12064
ТЕОРЕТИКО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ КОМПОНЕНТОВ ЛАНДШАФТОВ ДЛЯ ОЗДОРОВЛЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ МОСКОВСКОГО РЕГИОНА
С. В. Суслов, к.г.н, ст. преподаватель кафедры земледелия и растениеводства ФГБОУ ВО «Государственный университет по землеустройству», М. А. Хрусталева, к.г.н., с.н.с. кафедры физической географии и ландшафтоведения Географического факультета ФГБОУ ВО «МГУ им. М. В. Ломоносова», О. М. Родионова, начальник отдела интеллектуальной собственности Управления научных исследований ФГБОУ ВО «Государственный университет по землеустройству»,
Л. И. Бойценюк, к.б.н, д.с-х.н, профессор, заведующий кафедрой земледелия и растениеводства ФГБОУ ВО «Государственный университет по землеустройству»
В статье подведены итоги разработанных теоретико-методологических основ эколого-геохимических исследований состояния компонентов природных и антропогенных ландшафтов Московского региона. Важное значение в экологогеохимических исследованиях компонентов ландшафтов играют полевые экспедиционные, камеральные и экспериментальные лабораторные исследования. Начинаются исследования с рекогносцировочных регулярных режимных мониторинговых полевых наблюдений за состоянием природной среды ландшафтов с оценкой экологического состояния. Также показана необходимость режимного контроля за состоянием компонентов ландшафтов, разработки прогноза за отрицательным состоянием изменений с целью выявления источников загрязнения и с разработкой мероприятий по их уменьшению и ликвидации, оказывающих негативное влияние на состояние окружающей природной среды и здоровья людей.
Авторами в результате проведенных исследований в компонентах ландшафтов выявлено содержание химических элементов, определены пути их миграции для установления источников загрязнения водосборного бассейна с целью улучшения экологической обстановки.
The article summarizes the developed theoretical and methodological fundamentals of environmental and geochemical studies of the state of the components of natural and anthropogenic landscapes in the Moscow Region. Field expeditionary, cameral andexperimental laboratory studies play an important role in the ecological geochemical studies of landscape components. The studies begin with regular reconnaissance routine monitoring field observations of the state of the natural environment of the landscapes with the assessment of their ecological state. The need for regime monitoring over the state oflandscape components, for developing a forecast for the negative state of changes in order to identify sources of pollution and for developing measures to reduce and eliminate them that have a negative impact on the state of the environment and human health is also given.
As a result of the studies, in the landscape components, the authors revealed the content of chemical elements, determined the ways of their migration to identify the sources of pollution of the catchment area in order to improve the ecological situation.
Ключевые слова: мониторинг, компоненты ландшафтов, водные ресурсы, почвы, растительность, снежный покров, загрязнение.
Keywords: monitoring, landscape components, water resources, soils, vegetation, snow cover, pollution.
Введение
Задача эколого-геохимических исследований заключается в изучении условий формирования и выявления факторов ландшафтной геохимической дифференциации, познании закономерностей распределения химических элементов, определении их уровней содержания, путей распределения в ландшафтах.
Основы эколого-геохимических исследований, методические принципы которых во многом базируются на достоверно установленных корреляционных связях распределения химических элементов в миграционной цепи: источники эмиссий (природные и техногенные объекты, процессы, явления) — транспортирующие миграционные и главные жизнеобеспечивающие среды (воздух и вода) — временно депонирующие химические элементы (поллютанты) природные среды (почвы, донные отложения, снеговой покров) — живые организмы. В общем эколого-геохимические исследования можно подразделить на следующие этапы:
— выявление источников и путей поступления загрязняющих веществ в окружающую среду, изучение ассоциаций, уровней содержания и форм нахождения химических элементов в твердых отходах, выбросах, сточных водах, средствах химизации;
— прослеживание путей и способов миграции химических элементов в среде обитания, установление природных компонентов, взаимодействующих с миграционным потоком, изучение интенсивности и результатов этого взаимодействия;
— оценка масштабов и площади распространения техногенных геохимических аномалий, выявление их морфоструктурных особенностей, центров
наиболее интенсивного распространения и воздействия, характеризующихся максимальным влиянием на живые организмы;
— эколого-геохимическая и эколого-гигиени-ческая оценки выявленных геохимических аномалий, изучение последствий этого накопления.
Разработку теоретико-методологических основ эколого-геохимических исследований в сезонном и многолетнем аспекте проводили методом ландшафтно-геохимического профилирования по катенам, заложенным в направлении потока вещества от автономных позиций к подчиненным, в шести видах современных ландшафтов: лесные, луговые, антропогенные, гидро-морфные, трансаквальные, аквальные, в которых делали описание, проводили отбор проб: атмосферных осадков (снега), вод весеннего половодья, растительности, почв (береговых и затопленных), донных отложений.
Исследования проводили ландшафтно-гео-химическим методом с определением концентрации, аккумуляции, путей миграции элементов для определения источников загрязнения.
В целях эколого-геохимической оценки состояния компонентов ландшафтов авторами была разработана комплексная система режимного эко-логогидробиогеохимического мониторинга компонентов ландшафтов (лесных, луговых, гидро-морфных, антропогенных, трансаквальных и ак-вальных) бассейновых систем водохранилищ, для которой были решены следующие задачи: выявление пространственно-временных связей и устойчивости к внешним и внутренним воздействиям: определение свойств компонентов ландшафтов и проведение анализа количественного и качественного содержания в них миграции химических элементов; выявление влияния негативных процессов: воздушных, водных, биогенных и техногенных потоков (автомобильный транспорт, топ-ки-котельни, ТЭЦ, автозаправочные станции, сброс различных стоков, внесение удобрений и др.) на состояние компонентов природных ландшафтов. Техногенные потоки способны резко изменять поведение химических элементов, вплоть до появления химических соединений, а также процессов и явлений, чуждых условиям биосферы. Следует отметить, что интенсивность выноса химических элементов с водосборов в водохранилища определяется степенью их вовлечения в водную миграцию. В результате внутриводоемных процессов многие растворенные вещества выпадают в осадок и накапливаются в донных отложениях.
Исследовались атмосферные осадки (твердые и жидкие) в виде летне-осенних дождевых паводков и вод весеннего половодья, оказывающих большое влияние на формирование химическо-
го состава поверхностных, грунтовых, подземных вод и геохимические процессы зоны гипергенеза.
Выявлено, что снег является важным компонентом ландшафта с подвижной фазой вещества, индикатором и концентратором химических элементов. Снег для определения плотности отбирали плотноснегомером, а для химического анализа — по слоям с учетом структуры и плотности. Воды из снега имеют кислую и нейтральную реакцию среды при гидрокарбонатно-хлоридно- и сульфатно-кальциевом составе с минерализацией 30—34 мг/л — в начале снеготаяния и максимальными ее значениями (344 мг/л) — в конце половодья, что обусловлено выносом элементов снеговыми водами из почв ландшафтов, распаханных под зябь [1—3].
Отбор проб вод из водохранилищ для определения химического состава в сезонном и многогодичном аспекте проводился по длине, ширине, глубине акватории водохранилищ батометрами Рутнера и Молчанова в чисто вымытые канистры различной емкости.
Исследовали лед, водоемов, отобранный буром. Колонку льда подразделяли на две части. Верхняя часть керна — снежная, была более обогащена элементами, по сравнению с таковыми из льда кристаллического, образованного из воды водохранилищ.
Полученный изо льда керн делили на 2 части: снежный и кристаллический. Следует отметить, что первый был более обогащен элементами по сравнению со вторым.
Распределение содержания химических элементов во льду не превышает ПДК для вод (рис. 1, а). Концентрации микроэлементов в атмосферных осадках Учинского водохранилища показаны на рис. 1, б.
Воду отбирали в 500 м западнее от Пестовской плотины Учинского водохранилища, а также в 1 км восточнее от Акуловской плотины Учинского водохранилища. В водах водохранилища происходит аккумуляция легкорастворимых соединений химических элементов, которые легко подвижны и осаждаются в донные отложения. Однако содержание микроэлементов в водах не превышает санитарно-гигиенических норм и ПДК (рис. 2).
Исследовались пробы дерново-подзолистых, среднесуглинистых почв, отобранных с глубины пахотного горизонта в Пушкинском районе Московской области в компонентах ландшафта. Наибольшая вариабельность характерна для Си (13,1—23,6 при ПДК-3,0), РЬ (14,6—23,3 при ПДК-6,0), Со (7,24—13,7 при ПДК-4,0), N1 (16,9—25,0 при ПДК-4,0) и 2и (39,8—83,7 при ПДК-23,0) [4, 5].
№ 2, 2020
65
Распределение микроэлементов во льду с акватории Учинского водохранилища, мг/л
ц™к Медь „ 0,017 о,034 С™ 0,021
Кобальт 0,049
Распределение микроэлементов в снеге с акватории Учинского водохранилища, мг/л
Медь
Цинк 0,015
0,090
Свинец 0,041
Кобальт 0,087
а) б)
Рис. 1. Концентрации микроэлементов во льду с акватории (а) и в атмосферных осадках Учинского водохранилища (б)
Также изучали миграцию химических элементов в антропогенных, луговых и лесных ландшафтах (рис. 3). Максимальные значения концентрации химических элементов выявлены в
Рис. 2. Распределение микроэлементов в воде Учинского водохранилища, мг/л
Рис. 3. Распределение микроэлементов в почвах антропогенных ландшафтах, мг/г
антропогенных ландшафтах в связи с несоблюдением сроков и норм внесения удобрений. Повышение содержания химических элементов в л уго-вых и лесных ландшафтах (рис. 4) может быть обусловлено миграцией элементов из антропогенных источников.
Также были отобраны образцы сельскохозяйственных культур и взяты пробы корнеплодов картофеля, отобранных в фазе физиологической спелости, вблизи д. Дарьино Пушкинского района Московской области. Повышенные концентрации химических элементов в картофеле (калий, фосфор, сера, магний и др.) обусловлены внесением минеральных удобрений в почву.
Отобраны донные отложения, образующиеся в результате непрерывного накопления органических и минеральных частиц, отобранных грунтовой трубкой ГОИН (Государственный океанографический институт) в верхнем слое отложений с глубины 40—45 см.
Для каждой группы аквальных комплексов проанализировано несколько десятков образцов донных отложений и затопленных почв (рис. 5). Так, средние показатели (мг/г) исследуемых тяжелых металлов в донных отложениях Учинского водохранилища значительно превышают фоновые значения.
Учинское водохранилище является отстойным водоемом, в связи с чем аккумуляция химических элементов в нем, и особенно цинка, происходит в донные отложения. Обогащение донных отложений происходит за счет поступления цинка из ландшафтов водосбора, связанного с выбросами из ТЭЦ, из выхлопов автомобильного транспорта и различных промышленных предприятий.
Отбор проб поверхностных вод, льда и атмосферных осадков в виде снега осуществлялся в соответствии с ГОСТ 17.1.5.05—85; отбор проб донных отложений водных акваторий осуществлялся
Медь 19,2
Цинк 83,7
k Свинец 21,2
Кобальт 9,24
Никель 20,2
Кобальт 7,24
Медь 32,8
Цинк 237,5
Свинец 24,5
Кобальт
11,5 Никель 22,5
Рис. 4. Распределение микроэлементов в почвах луговых (а) и лесных (б) ландшафтах, мг/г
Рис. 5. Распределение микроэлементов в донных отложениях Учинского водохранилища, мг/г
в соответствии с ГОСТ 17.1.5.01—80; отбор почв осуществлялся в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02— 2017.
В результате проведенных комплексных исследований установлено, что экологическая ситуация в ландшафтах водосбора благоприятная, но требующая постоянного режимного мониторинга [6—9].
Масштабы современного техногенного воздействия на окружающую среду исключительно велики и приводят к формированию очагов с повышенной экотоксичностью химических элементов в атмосферных осадках и водах [10—12]. Техногенные преобразования, захватывая огромные площади ландшфатов, проявляются в коренной трансформации компонентов биосферы и представляют собой главный фактор, определяющий эколого-геохимические особенности этих регионов и жизни человека.
Выводы. Эколого-геохимические комплексные исследования имеют важное научное и практическое значение и могут служить основой для разработки рекомендаций, направленных на снижение, предотвращение отрицательного влияния на компоненты ландшафта. Результаты таких работ могут быть использованы для целей агро-геохимических, медико-биологических и социальных исследований для разработки мероприятий по оптимизации природопользования в ландшафтах.
В результате проведения эколого-геохимичес-ких исследований ландшафтов определено количественное содержания элементов в их ком-
понентах, выявлены пути миграции химических соединений в природных и антропогенных ландшафтах с учетом ландшафтно-геохимической дифференциации процессов.
Данные исследований свидетельствуют о том, что степень загрязнения компонентов изученных ландшафтов, связанных с антропогенным загрязнением, увеличилась, что обусловлено развитием различных процессов распределения в них химических элементов.
Данные химических анализов по содержанию микроэлементов в компонентах ландшафтов выявили следующие закономерности: в атмосферных осадках и водах водохранилищ микроэлементы содержатся в значениях, не превышающих ПДК. Также установлена тенденция уменьшения содержания химических элементов в почвах от антропогенных ландшафтов к лесным.
В клубнях картофеля выявлено содержание калия, что важно для обеспечения организма человека сбалансированным питанием.
Значительное превышение содержания цинка и никеля выявлено в донных отложениях водохранилищ по сравнению с фоновыми значениями.
Для уменьшения последствий антропогенной деятельности в ландшафтах и разработки оптимальной взаимосвязи человека и природы необходимо проведение комплексных ландшафтно-геохимических исследований с целью контроля за экологической ситуацией и за состоянием окружающей природной среды, предотвращения и ликвидации негативных воздействий на компоненты ландшафта.
Библиографический список
1. Хрусталева М. А. Аналитические методы исследования в ландшафтоведении / Техполиграфцентр. — 2003. — 88 с.
2. Хрусталева М. А. Экобиогеохимия ландшафтов / LAP LAMBERT Academic Publishing. Saarbrucken. Deutschland. — 2015. — 352 c.
3. Хрусталева М. А. Современные экологобиогеохимические исследования ландшафтов в период активизации научно-технического прогресса для актуального решения экологических проблем / Хрусталева М. А., Суслов С. В. // Гео-
графия и экология: научное творчество, междисциплинарность, образовательные технологии: материалы Межд. научно-практической конференции — М.: ИИУ МГОУ, 2017. — С. 165—169.
4. Постановление Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 23.01.2006 № 1 «О введении в действие гигиенических нормативов ГН 2.1.7.2041—06 «ПДК химических веществ в почве».
5. Постановление Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 07.04.2009 № 20. «Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. СанПиН 2.1.4.1074—01».
6. Бойценюк Л. И., Желонкина Е. Э. Анализ состояния природнорекреационной зоны Мытищинского района // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. — 2018. — № 3. — С. 38—41.
7. Груздева Л. П., Шаповалов Д. А., Груздев В. С. и др. Роль макрофитов в формировании качества воды водоемов ближнего Подмосковья // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. — 2008. — № 4. — С. 47—51.
8. Груздева Л. П., Груздев В. С. Применение ресурсосберегающих технологий в сельском хозяйстве Нечерноземья // Изменение состава и структуры ландшафтов в условиях техногенеза: Сборник научных трудов под общ. редакцией Л. П. Груздевой. — М.: Издательство ФГБОУ ВО «ГУЗ». 2014. — С. 72—80.
9. Груздева Л. П., Суслов С. В., Груздев В. С. Водоохранные зоны водохранилищ Нечерноземья. — М.: Издательство ФГБОУ ВО «ГУЗ», 2005. — 158 с.
10. Груздев В. С. Биоиндикация состояния окружающей среды. — М.: Издательство ФГБОУ ВО «ГУЗ». 2008. — 148 с.
11. Корженевский Б. И., Толкачев Г. Ю., Коломийцев Н. В. Загрязнение донных отложений Клязьмы тяжелыми металлами // Использование и охрана природных ресурсов в России. — 2019. — № 4. — С. 79—84.
12. Суслов С. В., Хрусталева М. А., Груздева Л. П., Груздев В. С. Эколого-геохимические исследования ландшафтов с целью решения экологических проблем // Проблемы региональной экологии. — 2017. — № 3. — С. 5—10.
THEORETICAL AND METHODOLOGICAL FUNDAMENTALS OF ECOLOGICAL-GEOCHEMICAL RESEARCH OF LANDSCAPES COMPONENTS TO IMPROVE THE NATURAL ENVIRONMENT OF THE MOSCOW REGION
S. V. Suslov, Ph.D. in Geography, Senior Lecturer, Department of Agriculture and Crop Production, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "State University of Land Management",
M. A. Khrustaleva, Ph.D. in Geography, Senior Researcher, Department of Physical Geography and Landscape Science, Faculty of Geography, FSBEI "Lomonosov Moscow State University",
O. M. Rodionova, Head of the Department of Intellectual Property, Office of Scientific Research, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "State University of Land Management",
L. I. Boytsenyuk, Ph.D. in Biology, Doctor of Agricultural Sciences, Dr. Habil., Professor, Head of the Department of Agriculture and Plant Growing, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "State University of Land Management"
References
1. Khrustaleva M. A. [Analytical research methods in landscape science. Technical polygraph center]. Tekhpoligrafcentr. 2003. 88 p. [in Russian].
2. Khrustaleva M. A. [Ecobiogeochemistry of landscapes]. LAP LAMBERT Academic Publishing. Saarbrucken. Deutschland. 2015. 352 p. [in Russian].
3. Khrustaleva M. A. [Modern ecological and biogeochemical studies of landscapes during the period of intensification of scientific and technological progress for the urgent solution of environmental problems] Khrustaleva M. A., Suslov S. V. Geo-grafiya i ekologiya: nauchnoe tvorchestvo, mezhdisciplinarnost', obrazovatel'nye tekhnologii: materialy Mezhd. nauchno-prak-ticheskoj konferencii. — Moscow, IIUMGOU. 2017. P. 165—169 [in Russian].
4. O vvedenii v dejstvie gigienicheskih normativov GN 2.1.7.2041—06 "PDK himicheskih veshchestv v pochve". [Resolution of the Chief State Sanitary Doctor of the Russian Federation of January 23, 2006 No. 1 "On the Enactment of Hygienic Standards GN 2.1.7.2041—06 "MPC for Chemicals in Soil"] [in Russian].
5. Sanitarno-epidemiologicheskie pravila i normativy "Pit'evaya voda. Gigienicheskie trebovaniya k kachestvu vody centrali-zovannyh sistem pit'evogo vodosnabzheniya. Kontrol' kachestva. SanPiN 2.1.4.1074—01. [Decree of the Chief State Sanitary Doctor of the Russian Federation of April 7, 2009 No. 20. "Sanitary and Epidemiological Rules and Norms" Drinking Water. Hygienic requirements for water quality of centralized drinking water supply systems] [in Russian].
6. Boitsenyuk L. I., Zhelonkina E. E. Analysis of the state of the natural recreation zone of the Mytishchi District. Zemleustro-jstvo, kadastr i monitoring zemel'. 2018. No. 3. P. 38—41 [in Russian].
7. Gruzdeva L. P., Shapovalov D. A., Gruzdev V. S. et al. [The role of macrophytes in the formation of water quality in the water bodies of the Moscow Region] Zemleustrojstvo, kadastr i monitoring zemel'. 2008. No. 4. P. 47—51 [in Russia].
8. Gruzdeva L. P., Gruzdev V. S. [The use of resource-saving technologies in agriculture of the Non-Black Earth Territory] Iz-menenie sostava i struktury landshaftov v usloviyah tekhnogeneza: Sbornik nauchnyh trudov pod obshch. redakciej L. P. Gruzde-voj. Moscow, Izdatel'stvo FGBOU VO "GUZ". 2014. P. 72—80 [in Russian].
9. Gruzdeva L. P., Suslov S. V., Gruzdev V. S. Moscow, Izdatel'stvo FGBOU VO "GUZ", 2005. 158 p. [in Russian].
10. Gruzdev V. S. [Bioindication of the state of the environment]. Moscow, Izdatel'stvo FGBOU VO "GUZ". 2008. 148 p. [in Russian].
11. Korzhenevskiy B. I., Tolkachev G.Yu., Kolomiytsev N. V. [Heavy metal pollution of the Klyazma bottom sediments] Is-pol'zovanie i ohrana prirodnyh resursov v Rossii. 2019. No 4. P. 79—84 [in Russian].
12. Suslov S. V., Khrustaleva M. A., Gruzdeva L. P., Gruzdev V. S. [Ecological and geochemical studies of landscapes in order to solve environmental problems] Problemy regional'noj ekologii. No. 3. 2017. P. 5—10 [in Russia].
