ИСТИНА

Определены элементы-приоритетные поллютанты почв на изучаемых модельных территориях (ЮВАО и ЗАО г. Москвы, Серпухов, Улан-Удэ, Пермь), положение основных техногенных аномалий в них. Выявлены преобладающие типы латерального и радиального распределения ТММ в почвенных катенах с диагностикой геохимических барьеров по модельным территориям. В нижних звеньях катен, где изучен состав донных отложений, накапливаются Sb, W, Pb, Zn, Cd, Te и As до опасного и очень опасного санитарно-токсикологических уровней. По сравнению с другими минеральными компонентами городских ландшафтов в донных отложениях накапливаются Sb, Pb и W из-за замыкания миграции этих поллютантов в подчиненных позициях городских ландшафтно-геохимических катен, занятых водоемами. Охарактеризован микроэлементный состав газонных трав в ЮВАО, гибридов тополей в Улан-Удэ и одуванчика лекарственного в Серпухове и его изменений в условиях различной антропогенной нагрузки. Анализ данных Мосэкомониторинга за 2007-2016 гг. о загрязнении почв Москвы Cu, Cd, Pb, Zn, Hg, Ni и As показал двукратное увеличение содержания Cu, Cd, As в ЦАО и Cd в ЗАО и СЗАО, а также As в САО, СВАО и ВАО в 1,4–2,3 раза. Во всех АО наметилась тенденция к снижению загрязнения Zn, Pb и Hg. По сравнению с 2007 г. в 2016 г. среднее содержание всех тяжелых металлов в почвах города уменьшилось или осталось неизменным, что может быть обусловлено значительным сокращением выбросов от автотранспорта и промышленных источников. Пространственное распределение ТММ в почвах Москвы контролируется количеством и геохимической специализацией источников загрязнения, которые сильно различаются по административным округам. Центральный, Восточный, Юго-Восточный округа лидируют по загрязнению Cu и Pb, особенно в щелочных почвах. Центральный и Юго-Восточный АО выделяются по загрязнению Hg, также наиболее выраженному в щелочных почвах. Центральный, Северо-Восточный, Юго-Восточный и Южный АО наиболее загрязнены Zn. Северо-Восточный, Юго-Восточный и Западный округа отличаются высокими концентрациями As, особенно в почвах легкого грансостава с высоким содержанием органического вещества. Выявление приоритетных загрязнителей, особенностей и факторов их пространственного распределения в почвах городов с нефтеперерабатывающей и химической специализацией промышленности проведено на примере Индустриального района г. Перми. Приоритетными загрязнителями почв Индустриального района г. Перми являются Ba, Sn, Pb. Ведущими факторами накопления Cd, Mo, Sb, Sn, Bi, Ni, Pb, Zn в поверхностных горизонтах почв являются их физико-химические свойства, а для As, Ba, Cr, Ti, V и W – почвообразующие породы. Элементы накапливаются в основном на биогеохимическом и щелочном барьерах, емкость которых зависит от содержания гумуса и pH.

The main pollutant of soils in the studied model areas (SEAD and WAO of Moscow, Serpukhov, Ulan-Ude, Perm), the position of the main technogenic anomalies in them were determined. The prevailing types of lateral and radial distribution of HMM in soil catenas were identified with the diagnosis of geochemical barriers in model territories. In the lower parts of the catenas, where the composition of bottom sediments has been studied, Sb, W, Pb, Zn, Cd, Te, and As accumulate to dangerous and very dangerous sanitary-toxicological levels. Compared with other mineral components of urban landscapes, Sb, Pb, and W accumulate in bottom sediments due to the closure of migration of these pollutants in subordinate positions of urban landscape-geochemical catenas occupied by water bodies. The microelement composition of lawn grasses in SEAD, poplar hybrids in Ulan-Ude and dandelions in Serpukhov and its changes under different anthropogenic pressures are characterized. Analysis of Mosekomonitoring data for 2007-2016 pollution of Moscow soils Cu, Cd, Pb, Zn, Hg, Ni and As showed a twofold increase in the content of Cu, Cd, As in the Central Administrative District and Cd in Western and North-Western Administrative Okrugs, as well as As in the Northern Administrative Okrug, Northern Administrative Okrug and Eastern Administrative Okrug in 1.4–2 ,3 times. In all AOs, there is a tendency towards a decrease in pollution of Zn, Pb and Hg. Compared to 2007, in 2016, the average content of all heavy metals in the soils of the city decreased or remained unchanged, which may be due to a significant reduction in emissions from vehicles and industrial sources. The spatial distribution of HMM in Moscow soils is controlled by the number and geochemical specialization of pollution sources, which vary greatly in administrative districts. Central, Eastern, Southeastern districts are leading in terms of pollution of Cu and Pb, especially in alkaline soils. Central and Southeastern Districts are distinguished by Hg pollution, also most pronounced in alkaline soils. Central, Northeastern, Southeastern, and Southern Districts are most contaminated with Zn. The Northeastern, Southeastern, and Eestern districts are characterized by high concentrations of As, especially in soils of light grain composition with a high content of organic matter. The identification of priority pollutants, features and factors of their spatial distribution in the soils of cities with oil refining and chemical specialization of industry was carried out on the example of the Industrial District of Perm. The priority pollutants of the soils of the Industrial District of Perm are Ba, Sn, Pb. The leading factors in the accumulation of Cd, Mo, Sb, Sn, Bi, Ni, Pb, Zn in the surface soil horizons are their physicochemical properties, and for parent rocks, for As, Ba, Cr, Ti, V, and W. Elements accumulate mainly on biogeochemical and alkaline barriers, the capacity of which depends on the humus content and pH.

1. Составление моно- и полиэлементных карт загрязнения поверхностного слоя почв на территорию г. Улан-Удэ, Серпухова и ЗАО и ЮВАО г. Москвы с выделением техногенных аномалий ТММ-приоритетных загрязнителей. 2. Анализ пространственно-го распределения и локализации зон аккумуляции ТММ в почвенном покрове и катенах модельных территорий в зависимости от физико-химических свойств почв и техногенной нагрузки; с диагностикой физико-химических барьеров. 3. Оценка интенсивности накопления ТММ в подчиненных геохимических ландшафтах на основе изучения химического состава донных отложений водоемов ВАО г. Москвы. 4. Определение условий формирования и основных параметров биогеохимических аномалий в городах Улан-Удэ (по микроэлементному составу ассимилирующих и многолетних органов древесной растительности) и Серпухов по микроэлементному составу травянистой растительности. 5. Характеристика пространственно-временного распределения ТММ в почвенном покрове г. Москвы в пределах МКАД за последнее десятилетие. 6. Выявление приоритетных загрязнителей, особенностей и факторов их пространственного распределения в почвах городов с концентрацией предприятий нефтеперерабатывающей и химической промышленности, на примере Индустриального района г. Перми. 7. Подготовка к публикации 3-4 научных статей из списка ВАК, WoS или Скопус, принять участие в 3-4 всероссийских и международных конференциях.

Исполнителями получены значимые результаты в разработке методологии и методики оценки экологического состояния городской среды (Экогеохимия городских ландшафтов, 1995; Касимов, Никифорова, 2004; Регионы и города России..., 2014). На основе этих подходов дана оценка состояния окружающей среды ряда городов СССР и России, а также Польши, Кубы, Монголии,Эквадора. Перспективность и оригинальность применяемого подхода проявили себя при установлении для ряда городов специфических различий в уровнях и типах загрязнения городских почв различных функциональных зон, при изучении поведения ТММ и полициклических ароматических углеводородов в городских почвах. Предложена и апробирована система методов многомерного анализа геохимических данных. С ее помощью установлены пространственно-временные тренды в загрязнении почв и городских растений валовыми и подвижными формами ТММ, выявлены эколого-индикационные свойства окружающей среды, контролирующие накопление поллютантов. В эколого-геохимических оценках городов обоснованы и использованы различные методы математического и картографического моделирования (Касимов и др., 1995; Кошелева, Никифорова, 2007; Kasimov et al., 2008; Касимов и др., 2012, 2013). Предложен и апробирован на примере Восточного округа г. Москвы способ выявления парагенезисов ТММ путем сравнения геохимической специализации компонентов городского ландшафта, разработана типология техногенных геохимических аномалий ТММ в городских ландшафтах (Власов, Касимов, 2016). В качестве удобного способа обобщения и визуализации экогеохимической информации о состоянии урбанизированных территорий предложен их эколого-геохимический портрет, разработана и апробирована методика картографирования педогеохимических барьеров. В 2013-2016 гг. проведены эколого-геохимические работы на территории Западного, Северо-Западного и Восточного округов г. Москвы; для Серпухова и Улан-Удэ получены данные, дающие представление о свойствах и характере загрязнения компонентов городских ландшафтов.

Определены элементы-приоритетные поллютанты почв на изучаемых модельных территориях и положение основных техногенных аномалий в них. В почвах Эго-Восточного округа Москвы (ЮВАО) накапливаются 8 элементов: W6,2 Sb6,1 Zn5,8 Cd5,6 Fe4 Bi4 Pb3,2 Cu3 и выделяются две наиболее контрастные техногенные аномалии: на севере округа Cd, Bi, Sb, Zn, W, Cr с суммарным показателем загрязнения Zc=159 и на востоке ЮВАО с контрастностью Zc=72,1, сформированная в основном Sb и W. В аккумуляции W и Sb в почвах ЮВАО заметную роль играет Fe2O3, который образует хемосорбционный геохимический барьер. С ростом рН концентрация всех элементов увеличивается, однако для Cd это первый по значимости фактор, а для W, Sb, Zn второй. Электропроводность, характеризующая антропогенное засоление противогололедными реагентами, является третьим по значимости фактором для Sb и Cd в почвах, способствуя их осаждению на площадном щелочном геохимическом барьере. Содержание органического углерода в почвах имеет первостепенное значение для Zn; для W в почвах Сорг выделяется как второй и третий по значимости фактор, который способствует их закреплению на органоминеральном барьере. Влияние абс. высоты, характеризующей степень подчиненности геохимических ландшафтов, проявилось у Sb и Zn. Латеральное распределение Zn отличается наибольшим накоплением в автономных позициях, где размещено большинство источников загрязнения. Зоны аккумуляции Sb приурочены к нижним звеньям катен, где проходят наиболее крупные транспортные автомагистрали. В почвах Западного округа Москвы (ЗАО) интенсивнее всего накапливаются W6,4 Sb4,8 Mo3,2 Cu3 Sn2,5 Zn2,4 Bi2,3 Cd2 As1,8 Ni1,5, образуя несколько техногенных геохимических аномалий с опасной экологической обстановкой, связанных преимущественно с техногенным воздействием автотранспорта. Они формируются в почвах рядом с крупными автомагистралями – проспектом Вернадского, Ленинским, Ломоносовским и Кутузовским проспектами, а также рядом с загруженными транспортом дорогами с частыми заторами – Бережковской набережной и ул. Косыгина. Большинство ТММ в почвах ЗАО Москвы накапливается за счет формирования хемосорбционного барьера, связанного с оксидами Fe и Mn (накопление Cu, Zn, Be, V, Cr, Co, Ni, As, Sr, Sn, Sb, W, Tl, Pb, Bi), сорбционно-седиментационного (Be, V, Cr, Co, Ni, Sr, Mo, W, Tl) и органоминерального (Cu, Zn, As, Mo, Cd, Sn, Sb, W, Pb) барьеров, обусловленных частицами физической глины и содержанием органического вещества соответственно, а также щелочного барьера, обрузующегося из-за повышения рН городских почв (аккумуляция Cu, Co, Ni, Mo). Для Cu, Mo, Cd, Sn, W, Bi, As, Sr, Be, Zn, Ni, Sb одним из важнейших факторов накопления в почвах ЗАО Москвы является засоление. На территории г. Улан-Удэ установлено неопасное загрязнение почвенного покрова, что обусловлено невысокой современной аэральной поставкой ТММ, летним ливневым характером осадков, низкой сорбционной способностью почв. Незначительные превышения (1,5-2 раза) фоновых уровней и ПДК на всей территории города характерны для Sb, Pb, Cd, Sn и Zn. При в целом слабом загрязнении почвенного покрова города выделяется ряд контрастных (Kc=3-68) геохимических аномалий Cu, W, Zn, Bi, Сd, Sn, Ni, As, Sb, Pb, Cr, Mo, сформированных интенсивными многолетними выбросами «Улан-Удэстальмост» и ряда других крупных предприятий, автотранспорта в жилой зоне и использованием средств химизации в огородной зоне. Локальные превышения ПДК для Pb, Zn, As, Cu, Sb составляют 2-23 раза. Аккумуляция ТММ в городских почвах слабо усиливается с ростом содержания органического вещества (Cu, Zn, Cd), физической глины, оксидов железа и марганца (V, Cr, Co, Ni, As). Приоритетные для почв Серпухова поллютанты – Cu, Pb, Zn, Sb, Ni, Cr, W, Sn, Bi. Наиболее загрязнена Cu, Pb, Zn, Sn (Кс 11–8), W, Sb, Ni, Bi, Cr, Cd (Кс 7,2–3,4) транспортная зона. Накопление катионогенных элементов Cu, Pb, Zn, Ni и Bi усиливается из-за нейтральных и щелочных условий. Наиболее контрастные аномалии ТММ в поверхностном слое почв тяготеют к источникам их поступления. На концентрацию Zn и W оказывает положительное влияние высокое содержание гумуса в почвах, что находит отражение в пространственной структуре аномалий этих элементов. Выявлены преобладающие типы латерального и радиального распределения ТММ в почвенных катенах с диагностикой геохимических барьеров по модельным территориям. Радиальное распределение ТММ в почвах Улан-Удэ слабодифференцированное или поверхностно-аккумулятивное, реже с максимальным накоплением в нижней части профиля. Оно зависит от присутствия ТММ в аэральных выпадениях, исходных содержаний в отложениях угольной золы и насыпных грунтов, биогеохимического накопления, емкости поверхностного органоминерального барьера, наличия погребенных гумусовых горизонтов. В подстилающих артииндустраты техногенных отложениях с переменными окислительно-восстановительными условиями аномалии приурочены к участкам с повышенным содержанием оксидов железа и оглеением. Латеральная дифференциация ТММ в почвенных катенах Улан-Удэ в целом невысокая из-за легкого гранулометрического состава, нейтральных и слабощелочных условий и максимальна в урбостратоземах транспортной зоны. В урбостратоземах и артииндустратах определяется степенью геохимической неоднородности насыпного материала и отложений угольной золы, в естественно-ненарушенных каштановых почвах – влиянием источника загрязнения и различиями почвообразующих пород. В Серпухове для большей части элементов характерен срединно- и нижне-аккумулятивный типы распределения валового содержания в почвенных катенах (V, As, Mo, Sb, Ba, Fe). Mn отличается нижне-аккумулятивным типом дифференциации, т.к. на его поведение сильное влияние оказывает смена окислительно-восстановительных условий. Наибольшая аккумуляция ТММ выявлена в трансаккумулятивных и супераквальных элементарных ландшафтах. К трансаккумулятивным позициям в катенах приурочены почвы с наиболее тяжелым гранулометрическим составом, где происходит закрепление ТММ на сорбционном геохимическом барьере. Латеральная дифференциация подвижных форм ТММ в обоих катенах города более контрастна. На нее наибольшее влияние оказывает смена окислительно-восстановительных условий, поэтому максимальные концентрации подвижных Mn, Zn, Cu и Cr в парково-рекреационной катене и Fe и Mn в промышленной приурочены к супераквальным ландшафтам. Главными факторами, определяющими аккумуляцию ТММ в почвах катен, являются: концентрации Al2О3 (Cu, Fe, Ni, Sn, V, W, Zn) и Fe2O3 (As, Ba, Co, Mo, Sb), формирующие хемосорбционный геохимический барьер. Для большей части ТММ в почвах Серпухова характерна слабо- и среднеконтрастная радиальная дифференциация. Профильное распределение ТММ чаще всего равномерное и регрессивное в парково-рекреационной катене и равномерное, регрессивное и поверхностно-аккумулятивное в промышленной. В промышленной катене Cu, Zn, Sn и Pb аккумулируются на биогеохимическом барьере. В разрезах промышленной катены выявлены максимумы содержания подвижного Zn, приуроченные верхнему гумусовому горизонту. В нижних звеньях катен, где изучен состав донных отложений, накапливаются Sb, W, Pb, Zn, Cd, Te и As до опасного и очень опасного санитарно-токсикологических уровней. По сравнению с другими минеральными компонентами городских ландшафтов в донных отложениях накапливаются Sb, Pb и W из-за замыкания миграции этих поллютантов в подчиненных позициях городских ландшафтно-геохимических катен, занятых водоемами. Охарактеризован микроэлементный состав газонных трав в ЮВАО, гибридов тополей в Улан-Удэ и одуванчика лекарственного в Серпухове и его изменений в условиях различной антропогенной нагрузки. В ЮВАО г. Москвы газонные травы концентрируют Sn, Mo, Cd, W, Fe в разнотравье, Sn, Mo, W в бобовых, Sn, Mo, W в злаках. Аккумулирующиеся элементы образуют несколько техногенных аномалий: на востоке округа в разнотравье (Sn, Mo, W), бобовых (Mo, Sn, W), злаках (Sn, Mo, W); на юго-западе в бобовых (Sn, W, Cd) и в злаках (Sn, W, Mo). Для газонных трав среди почвенных факторов первостепенное значение имеет содержание физической глины, а среди ландшафтных – близлежащая функциональная зона. Дисбаланс микроэлементов во всех группах газонных трав достигает максимального, чрезвычайно опасного уровня (разнотравье Zv=91,6; злаки Zv=101; бобовые Zv=111). На территории г. Серпухова в листьях одуванчиков по сравнению с урбанизированным фоном аккумулируются Bi, V, Pb, W, Cr. Наиболее загрязненной зоной является транспортная, где накапливаются Bi, V, Pb, As, Cr, Ni, W, Sc, Co. Большая часть элементов поступает с выбросами автотранспорта, а Bi – в основном в составе строительной пыли. При этом элементный состав листьев на урбанизированном фоне сильно отличается от среднемировых кларков. Они обогащены Sn, Mo, Cd и обеднены Bi, V, As, Pb, Mn, Co, Hg. Формирование аномалий в листьях одуванчика связано как с поглощением подвижных форм элементов из почв, так и с фолиарным поглощением. Наиболее равномерное распределение выявлено у биофильного Zn. Аномалии Вi приурочены либо к почвам с высоким содержанием подвижных форм Bi, либо к источникам элемента. Наиболее высокая интенсивность биологического поглощения присуща Fe (Ах > 10). Также из почвы поглощаются Mo, Sn и W (Ах>1). Большая часть ТММ не вовлекается растениями в биологический круговорот. Наибольшая степень рассеяния характерна для токсичных элементов Sc, V, As, Bi, Pb. Самая большая биогеохимическая подвижность выявлена у Cr и Cu (Вх>100), она свойственна также эссенциальным Zn, Mn и Fe. Аккумуляцию Cr, Bi, Sb в листьях одуванчика лекарственного на территории г. Серпухова определяет принадлежность к функциональной зоне. Значение рН почв положительно влияет на биоконцентрацию Ni и отрицательно – Mn. Установлена положительная зависимость между содержанием Pb и Fe в листьях одуванчика и в почве, и обратная для Sn. Выявлены синергетические отношения между Cu и Zn, что подтверждает корреляционный анализ (r=0,7). Ассимилирующие органы тополя г. Улан-Удэ обладают более интенсивной аккумуляцией элементов относительно фона по сравнению с многолетними органами. Анализ связи микроэлементного состава древесных растений и почв позволил выявить, что основным путем поступления элементов во всех функциональных зонах является фолиарное поглощение. Исключением являются два катионогенных элемента Zn и Cd, что характерно для биогеохимической специализации Забайкалья. Слабое и очень слабое поглощение из почвы типично для анионогенных ПТЭ – As, Cr, Mo Sb, Sn, V, W. Анализ данных Мосэкомониторинга за 2007-2016 гг. о загрязнении почв Москвы Cu, Cd, Pb, Zn, Hg, Ni и As показал двукратное увеличение содержания Cu, Cd, As в ЦАО и Cd в ЗАО и СЗАО, а также As в САО, СВАО и ВАО в 1,4–2,3 раза. Во всех АО наметилась тенденция к снижению загрязнения Zn, Pb и Hg. По сравнению с 2007 г. в 2016 г. среднее содержание всех тяжелых металлов в почвах города уменьшилось или осталось неизменным, что может быть обусловлено значительным сокращением выбросов от автотранспорта и промышленных источников. Пространственное распределение ТММ в почвах Москвы контролируется количеством и геохимической специализацией источников загрязнения, которые сильно различаются по административным округам. Центральный, Восточный, Юго-Восточный округа лидируют по загрязнению Cu и Pb, особенно в щелочных почвах. Центральный и Юго-Восточный АО выделяются по загрязнению Hg, также наиболее выраженному в щелочных почвах. Центральный, Северо-Восточный, Юго-Восточный и Южный АО наиболее загрязнены Zn. Северо-Восточный, Юго-Восточный и Западный округа отличаются высокими концентрациями As, особенно в почвах легкого грансостава с высоким содержанием органического вещества. Частота превышения гигиенических нормативов к 2016 г. уменьшилась. В транспортной зоне она стала меньше на 3%, в основном за счет Zn и Pb. Наибольший антропогенный пресс испытывает транспортная зона ЦАО и ВАО, наименьший – ЮАО. Количество загрязненных Cu–Zn–Pb точек в селитебной зоне уменьшилось на 15%. В промышленной зоне частота превышения нормативов сократилась на 13%. Приоритетными загрязнителями являются Zn и Pb с максимальным содержанием в промзонах СВАО, ВАО, ЮВАО и САО. Использование для рекультивации городских почв торфо-песчаных смесей, обогащенных органическим веществом, приводит к ускоренному накоплению в городских почвах многих ТММ, особенно Cd, Cu, As, Ni, Hg. Необходима оптимизация состава рекультивационных материалов. Выявление приоритетных загрязнителей, особенностей и факторов их пространственного распределения в почвах городов с нефтеперерабатывающей и химической специализацией промышленности проведено на примере Индустриального района г. Перми. Парагенетические ассоциации и факторы накопления ПТЭ в поверхностных горизонтах почв выявлены с помощью кластерного и регрессионного анализов. Степень техногенной геохимической трансформации почв определена по коэффициентам накопления Кс и рассеяния Кр, опасность загрязнения – путем сравнения с ПДК и по показателю суммарного загрязнения Zc. Приоритетными загрязнителями почв Индустриального района г. Перми являются Ba, Sn, Pb. Выявлены три ассоциации ПТЭ с общими источниками и близким пространственным распределением: Zn-Ni-Cu-Cr-V-Co-As, Pb-Cd-Mo, Sb-W-Bi и пара Ba-Ti. Ведущими факторами накопления Cd, Mo, Sb, Sn, Bi, Ni, Pb, Zn в поверхностных горизонтах почв являются их физико-химические свойства, а для As, Ba, Cr, Ti, V и W – почвообразующие породы. Элементы накапливаются в основном на биогеохимическом и щелочном барьерах, емкость которых зависит от содержания гумуса и pH.