ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2013, № 3, с. 232-242
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ
УДК 504.064.2.001.18
АНАЛИЗ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ
РАСПРЕДЕЛЕНИЙ ХРОМА И НИКЕЛЯ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СКРИНИНГА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ПОЧВЫ СЕЛИТЕБНЫХ ЗОН МУНИЦИПАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОД НОВЫЙ УРЕНГОЙ
© 2013 г. А. П. Сергеев, Е. М. Баглаева, А. Н. Медведев
Институт промышленной экологии УрО РАН, ул. С.Ковалевской, 20, Екатеринбург, 620990 Россия.
E-mail: sem@ecko.uran.ru
Поступила в редакцию 20.09.2011 г. После исправления 22.12.2011 г.
Представлен анализ результатов подробного почвенного экологического скрининга селитебных зон муниципального образования (МО) г. Новый Уренгой, касающийся распределений концентраций валовых форм хрома и никеля. Рядовая выборка включала 306 образцов почвы, отобранных в Южной и Северной частях Нового Уренгоя и в поселках Лимбяяха и Коротчаево. Дополнительно отобраны 34 пробы почвы на удаленной фоновой территории. Обнаружена гетерогенность пространственного распределения в почве валовых концентраций хрома, превышающая фоновые на порядок величины, и никеля, превышающая фоновые примерно в 2 раза. Показано, что происхождение пятен аномально высоких валовых концентраций хрома не может быть объяснено индустриальной активностью и/или атмосферными выпадениями.
Ключевые слова: почва, экологический скрининг, пространственное распределение, атмосферное выпадение, хром.
ВВЕДЕНИЕ
Эффективность и обоснованность управленческих решений в области охраны окружающей среды и рационального природопользования напрямую зависит от полноты и достоверности информации, на основе которой принимаются эти решения. Проблема надежного определения характера и уровней загрязнения территорий - одна из наиболее актуальных проблем в экологии, так как ее решение есть основа для оценки, прогнозирования и управления состоянием и динамикой изменений компонентов окружающей среды и, в конечном счете, здоровья населения.
Существуют, по крайней мере, две крупные группы методов оценки загрязнения территории: экспериментальные исследования и моделирование. Математические модели всегда есть значительное упрощение основных процессов, которые происходят в реальности и имеют ограниченную область применения [2, 15]. Они требуют большего количества входных данных, большей частью экспериментальных. В некоторых случаях подбор самой модели может оказаться невозможным
в силу высокой неопределенности территориальной ситуации. Кроме того, существует достаточно много причин, по которым затруднительно, а иногда и практически невозможно получить удовлетворительную точность исходных данных для расчета по математической модели. Такими причинами являются, например, особенности констелляции источников загрязнения, включающие их взаимные расположения и интенсивности эмиссии, а также трудно предсказуемые изменения этих характеристик. Отдельную проблему представляют передвижные источники загрязнения, основные из них - наземный, водный и воздушный транспорт. Особенности застройки, климата, гидрогеологической ситуации, быстрое изменение погодных условий и многие другие факторы вносят еще большую неопределенность в исходные данные [3, 6]. Поэтому результаты моделирования пространственного распределения загрязнения не надежны, однако они могут быть использованы для предварительной оценки загрязнения территории. Основные преимущества моделирования по сравнению с реальным экспериментом таковы: относительно низкая стои-
мость, легкость модификации модели, возможность многократного повторения экспериментов [5]. В отличие от модельных расчетных методов экспериментальные методы позволяют получить действительную, в пределах погрешности, картину загрязнения, но, применяемые без должной оптимизации, они могут оказаться весьма затратными.
Различные типы депонирующих природных сред, такие как почва, снег, вода, донные отложения, биота, накапливающие загрязняющие вещества, могут быть использованы для изучения характера и особенностей загрязнения. Загрязняющие вещества рано или поздно оказываются спроецированными на условную поверхность депонирующей среды.
Картирование пространственного распределения загрязняющих веществ в депонирующих средах позволяет распознавать аномалии разных размеров и уровней и предоставляет важную информацию для географических информационных систем - ГИС [16, 20]. Анализ таких аномалий в зависимости от вида депонента оказывается полезным для формулирования гипотез о происхождении и дальнейшей эволюции пространственной картины загрязнения [17].
Почвенный экологический скрининг есть важная составляющая часть изучения состояния окружающей среды. Он может проводиться как отдельное самостоятельное исследование, так и предшествовать мониторингу. В отличие от миграционных сред, таких как вода и атмосферный воздух, почва - наиболее объективный и устойчивый показатель техногенного загрязнения экосистемы. Почва является компонентом окружающей среды, стабильно накапливающим загрязнения за длительный период. Загрязнение любого компонента окружающей среды оставляет свой след в почве. Пространственное распределение загрязняющих веществ в почве отражает окончательное загрязнение территории, особенности эмиссии загрязняющих веществ и механизмы их распространения [7, 9, 10, 13].
Имеющиеся в литературе данные о распределениях химических агентов в почве показывают, что вероятностное распределение концентраций не всегда соответствует нормальному [8, 20]. Вид функций распределения вероятностей концентраций загрязняющих веществ в почве может указывать на некоторые особенности картины пространственного распределения химических агентов. Особого внимания при этом заслуживают мультимодальные распределения. Анализ этих
распределений может быть полезен при формулировании гипотез о происхождении различных особенностей пространственной структуры состояний экологически значимых средовых компонентов.
Цель настоящей работы - представление результатов почвенного экологического скрининга, проведенного в селитебных зонах муниципального образования г. Новый Уренгой Ямало-Ненецкого автономного округа (ЯНАО) и анализ возможного происхождения пятен аномально высоких концентраций в почве валовых форм хрома и никеля.
ПОЧВЕННЫЙ ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ
СКРИНИНГ И ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
Ситуационная картосхема изучаемых территорий представлена на рис. 1. Данные о загрязнении почв, используемые в настоящей работе, были получены в рамках программы рутинного экологического скрининга МО г. Новый Уренгой в 2008 г. Город Новый Уренгой, основанный в 1975 г., расположен приблизительно в 50 км к югу от Северного полярного круга в Ямало-Ненецком автономном округе. Примерно в 5 км к юго-западу от центра города находится аэропорт. Основание города связано с началом разработки Уренгойского нефтегазоконденсатного месторождения. Рабочие поселки Коротчаево и Лимбяяха были основаны несколько позже в 1982 г. и 1983 г., расположены приблизительно в 60 км и 70 км к востоку от Нового Уренгоя, соответственно, и вошли в его состав в 2004 г. В поселке Лимбяяха расположена гидроэлектростанция. В поселке Коротчаево находится железнодорожная станция и речной порт
Рис. 1. Ямало-Ненецкий автономный округ.
на реке Пур. В целом экономика Нового Уренгоя определяется предприятиями по добыче газа, конденсата и нефти. Аграрный сектор практически отсутствует.
Новый Уренгой расположен на плоской озерно-аллювиальной равнине левобережья р. Пур, несколько наклоненной к северу, в долине р. Седе-Яха и ее притока - р. Томчару-Яха. Эти реки делят город на Северную и Южные части. Реки Седе-Яха и Варенга-Яха - притоки р. Ево-Яха, она течет на восток и впадает в р. Пур вблизи города. Реки имеют равнинный характер.
Отбор проб почвы в черте г. Новый Уренгой спланирован по точкам, расположенным в узлах квадратной сетки с шагом 250 м и проведен в июне 2008 года в селитебных зонах четырех урбанизированных территорий: Южная часть, Северная часть, Лимбяяха и Коротчаево. Фактическое расположение точек определялось при проведении опробования непосредственно на местности, исходя из необходимости отбора проб почвы на ненарушенных и естественных участках исследуемой зоны. Географическая привязка осуществлялась с помощью GPS-приемника.
Всего в рамках настоящего почвенного скрининга было отобрано 340 проб почвы. Из них 306 проб составили регулярную выборку и 34 пробы - фоновую. Регулярная выборка составлена из четырех территориальных групп проб почвы: Южная часть (NUS) - 150 проб, Северная часть (NUN) - 80 проб, Лимбяяха (NUL) - 20 проб, Коротчаево (NUK) - 56 проб. Фоновая выборка (NUB) представлена 34 пробами, удаленными от урбанизированных территорий с целью исключения влияния возможных источников загрязнения. В скобках приведены пространственные префиксы групп.
Поверхность места предполагаемого отбора пробы почвы размечалась в виде квадрата со стороной около 1 м. В вершинах, центре и внутри размеченного квадрата пробоотборником из нержавеющей стали диаметром порядка 0.05 м отбирались семь кернов почвы на глубину 0.05 м. Отобранные керны объединялись в одну пробу и запаковывались в двойные полиэтиленовые пакеты для пищевых продуктов. На внутреннем пакете маркером наносился уникальный идентификатор пробы. Таким образом, суммарная площадь семи кернов составляла 0.0143 м2, а суммарный объем - 0.000715 м3. Масса каждой высушенной пробы составляла приблизительно 1.0 кг.
Подготовка проб почвы для количественного химического анализа была выполнена в соответ-
ствии с действующими на тот момент нормативными документами и включала следующие стадии: сушка до воздушно-сухого состояния при температуре до 105°C; просеивание на сите 1.0 мм для определения подвижных форм; измельчение до 0.074 мм для определения валовых форм.
Количественный химический анализ проведен в аккредитованном химико-аналитическом центре ИПЭ УрО РАН. Растворимые формы экстрагировались аммонийно-ацетатным буфером (AAB) с pH = 4.8 и массовой пропорцией почва : раствор, равной 1:10. Элементные концентрации в экстрагированных растворах опред
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.