Комплексная оценка экологической комфорности почв и их устойчивости к воздействию тяжелых металлов

Введение…………………………………………………………… 5
Глава 1. Экологические функции и экосистемные сервисы загрязненных тяжелыми металлами городских почв (обзор литератруры) ………………………………………………………………. 8
1.1 1.1 Почвы городов и их экологическая роль……………………………… 8
1.2 Особенности детектирования и классификации городских почв…… 12
1.3 Загрязнение почв урбоэкосистем тяжелыми металлами, особенности поведения и пространственного размещения тяжелых
металлов в урбопочвах……………………………………………………. 16
1.4 Загрязнение почв урбоэкосистем на территории Российской
Федерации тяжелыми металлами…………………………………………. 28
1.6 Тяжелые металлы в биомассе живых организмов: накопление и
воздействие………………………………………………………………… 44
1.7 Восстановление экосистемных сервисов и ремедиация
загрязненных тяжелыми металлами городских почв……………………. 49
Глава 2. Объекты и методы исследования………………………………. 52
2.1 Общая схема организации и проведения исследования.
Обоснование выбора и описание ключевых объектов исследования…… 52
2.2 Методология и методы исследования………………………………… 57
Глава 3. Подходы к нормированию, оптимизации и управлению
качеством почв урбоэкосистем…………………………………………. 61
3.1 Комплексная оценка экологической комфортности почв и их
устойчивости к воздействию тяжелых металлов………………………… 61
3.2 Регионально адаптированный алгоритм управления
экосистемными сервисами загрязненных тяжелыми металлами городских почв……………………………………………………………… 76
Заключение…………………………………………………………………. 80
Перечень использованных источников……………………………………. 83

Весь текст будет доступен после покупки

Актуальность темы. Загрязнение урбоэкосистем тяжелыми металлами (ТМ) имеет особую актуальность в силу того, что ТМ являются одними из приоритетных загрязняющих элементов, имеющих длительный период полувыведения и оказывающих негативное воздействие на функционирование урбоэкосистем и здоровье человека (Горбов, Безуглова, 2020; Колесников и др. 2021).
Исследователи отмечают тенденцию к неуклонному росту массовых концентраций ТМ в почвах и других компонентах урбоэкосистем (Неведров, 2018б; 2018в). Кинетика загрязнения почв ТМ во многом зависит от сочетаний почвенных свойств, которые могут достигать максимальной пестроты в условиях повышенной дифференциации городского землепользования (Савич и др., 2022).
На современном этапе экологическая оценка загрязненности почв ТМ основывается на сопоставлении актуального содержания ТМ в поверхностном корнеобитаемом слое почвы с установленными санитарно-гигиеническими нормативами ПДК и ОДК (Асылбаев, Хабиров, 2015). Вместе с тем имеются разработки, которые при масштабном апробировании можно будет внедрять в экологическую практику (Водяницкий, Минкина, 2021). Высокая пространственная неоднородность почвенного покрова в урбоэкосистемах требует более детального подхода, учитывающего оценку функционального состояния всех компонентов экосистем и базирующегося на отношении уровня техногенного воздействия на почвы и биоту к их экологической устойчивости (Габбасова, Афзалов, 2006; Пинский и др., 2022). Требуют дальнейшего решения вопросы, связанные с организацией почвенного экологического мониторинга на территории городов ЦЧР в частности и РФ в целом (Касимов, 2014).
Почвы урбоэкосистем выполняют ряд важнейших экологических функций и являются фундаментом экологического каркаса городских территорий (Трифонова и др., 2020; Хасанова и др., 2019).
Они резко отличаются от своих фоновых аналогов (Петрова, Абакумов, 2019). Мощный антропогенный пресс лимитирует экосистемные сервисы и функции городских почв и ведет к их деградации (Мазиров М.А., 2020). Сохранение и повышение качества экосистемных сервисов почв – важный инструмент в системе формирования экологически комфортной окружающей среды и снижения социальных рисков (Зубкова и др., 2022).
Проблемы очистки почв и обезвреживания поллютантов в условиях стремительной динамики свойств почв урбоэкосистем требуют быстрых и эффективных решений (Переломов, 2019; 2021). Поэтому разработка научных и технологических решений по оптимизации экологических функций почвурбоэкосистем, управлению их экосистемными сервисами и достижению за счет этого экологической безопасности в настоящее время весьма актуальна.
Цель работы – проведение комплексной экологической оценки почвенно- растительного покрова урбоэкосистем для разработки стратегии рационального управления экосистемными сервисами почв и повышения их экологической устойчивости к загрязнению тяжелыми металлами.
Задачи исследования:
1. Провести сопряженный анализ официальных данных Росгидромета по текущим уровням загрязненности городских почв Приволжского ФО и сведений Федеральной службы государственной статистики (Росстат) по социально-экономическим характеристикам городов.
2. Выявить регионально-типологические закономерности варьирования базовых свойств почв.
3. Разработать и верифицировать регионально адаптированный подход к комплексной экологической оценке и управлению экосистемными сервисами загрязненных тяжелыми металлами почв урбоэкосистем.
Методология и методы исследования. Представленные в работе исследования выполнены с применением комплексного экосистемного подхода к экологической оценке почвенно-растительного покрова урбоэкосистем и его экологических функций. Данный подход сфокусирован на системной оценке влияния ведущих экологических факторов (рельеф, тип почвы, степень и характер антропогенной трансформации почвенного покрова, характер источника загрязнения и удаление от него, принадлежность к функциональной зоне, тип растительного сообщества) на депонирование, транслокацию и миграцию ТМ в урбоэкосистемах. Подход к рациональному управлению экосистемными сервисами загрязненных ТМ почв позволил определить уровень экологической безопасности и комфортности городских территорий для проживания человека и ведения им хозяйственной деятельности и разработать эффективные модели оптимизации свойств почв урбоэкосистем городов.
Структура работы. Работа изложена на 88 страницах основного текста, состоит из трех глав, содержит 7 таблиц и 6 рисунков, список литературы включает 96 наименования.

Весь текст будет доступен после покупки

Глава 1. Экологические функции и экосистемные сервисы загрязненных тяжелыми металлами городских почв (обзор литературы)

Почвенный покров современных городов представляет собой многомерные сочетания техногенно преобразованных и фоновых почв, а также сугубо антропогенных почвенных конструкций. Пестрота почвенного покрова и его высокая пространственная неоднородность способствует формированию разнообразных природно-антропогенных и антропогенных экосистем, отличающихся направленностью процессов биогеохимических превращений и миграции веществ. Порядок и структура землепользования на городских территориях должны основываться на результатах комплексной экологической оценки, учитывающей сложные и многообразные структурно-функциональные связи между компонентами экосистем.

1.1 Почвы городов и их экологическая роль

Стремительные темпы трансформации природной среды, вызванные развитием индустрии, беспокоили ученых, начиная с конца XIX века. К вопросу изучения городских почв проявлял интерес еще В.В. Докучаев (Докучаев, 1936). Василий Васильевич указывал на необходимость исследования почв Санкт- Петербурга и других Российских городов. Комплексная исследовательская программа «Детальное естественно-историческое, физико-географическое и сельскохозяйственное исследование Санкт-Петербурга и его окрестностей» была разработана Докучаевым в 1890 году. В 1922 году Х. Берроуз предложил изучать взаимоотношения между людьми и территорией. В.И. Вернадский в своей работе «Химическое строение биосферы Земли и ее окружения» выделил новый вид геохимической миграции элементов в биосфере, двигателем которой является человеческий разум и труд (биогенная миграция атомов 3-го рода). В работе «География и экология» В.Б. Сочава акцентирует внимание на исключительную скорость преобразования окружающей среды в ходе деятельности человека (Сочава, 1970).
К концу XX века количество работ, посвященных изучению городских экосистем и, в частности, городским почвам заметно увеличилось (Экогеохимия городских ландшафтов … 1995). В них отмечается, что усиление антропогенного пресса в городе негативно сказывается на выполнении почвами экологических функций. Также отмечено, что происходят: переуплотнение корнеобитаемого горизонта почв, изменение водно-воздушного режима, нарушение и истощение органопрофиля, загрязнение экотоксикантами, сокращение биоразнообразия почвенной микробиоты, изменение кислотно- основных и окислительно-восстановительных условий, заражение патогенными микрорганизмами. Также авторы работ прогнозируют, что в дальнейшем воздействие на почвы городов будут только усиливаться, площадь почв с дневной поверхностью будет уменьшаться, а запечатанных почв – увеличиваться (Почвы и техногенные…, 2012).
В начале XXI века в России продолжался рост количества научных изысканий в области исследования почв урбоэкосистем. На Всероссийском съезде Общества почвоведов им. В.В. Докучаева, состоявшемся в 2008 году в Ростове- на-Дону проблемам городских почв был посвящен отдельный симпозиум – «Почвы урбанизированных территорий и техногенных ландшафтов и их эколого- геохимическое состояние» (Безуглова и др., 2012).
Мнения отечественных и зарубежных исследователей однозначны в той части, что почвы, функционирующие в условиях городских территорий, являются важным фактором их экологического и санитарного состояния. Поэтому их систематическая инвентаризация, а также изучение их свойств и экологических функций крайне необходимы (Почвы и техногенные…, 2012).
Касательно терминологического и понятийного аппарата, используемого различными учеными, стоит уточнить, что термин городские почвы – двусмыслен. Это, в первую очередь, связано с классическим Докучаевским понятием – почва. Исследователи рассматривают городские почвы сквозь призмы широкого и узкого понимания этого термина, где в широком смысле – это любая почва на урбанизированной территоии, а в узком – это собственно урбопочва, являющаяся продуктом деятельности (Строганова, Агаркова, 1992). В руководстве НИиПИ экологии города приведено определение типичной городской почвы: «Урбанозем – искусственно образованная в процессе формирования городской среды почва, являющаяся биокосной многофазной системой, состоящей из твердой, жидкой и газовой фаз с непременным участием живой фазы, функционирующая под воздействием тех же факторов почвообразования, что и естественные почвы, но с добавлением специфического в городской среде антропогенного фактора» (Оценка почв и грунтов…, 2001).

Весь текст будет доступен после покупки

1. Асылбаев И.Г., Хабиров И.К. Экологическая оценка содержания тяжелых элементов в почвах южного Урала // Агрохимия, 2015, № 11. – С. 84–96
2. Бабкина Л. А., Балабина И. П., Балабина Н. А. Химический анализ почв несанкционированных свалок // Агроэкологические проблемы почвоведения и земледелия: сборник докладов международной научно-практической конференции, г. Курск 21 апреля 2017 года. Курск : ФГБНУ ВНИИЗиЗПЭ, 2017а. С. 23–26.
3. Бабкина Л. А., Балабина И. П., Миронов С. Ю. Эколого-токсикологический анализ почв, загрязненных отходами производства и потребления // Актуальные проблемы экологии: сборник научных статей по материалам XII Международной научно-практической конференции, г. Гродно, 4–6 октября 2017 года. Гродно : ЮрСаПринт. 2017б, С. 136–138.
4. Безуглова О. С. , Горбов С. Н., Морозов И. В. , Невидомская Д. Г. Урбопочвоведение: учебник. Ростов н/Д : Изд-во Южного федерального университета, 2012. 264 с.
5. Богданов Н. А. Диагностика территорий по интегральным показателям химического загрязнения почв и грунтов // Гигиена и санитария. 2014. №1. С. 92–97
6. Васильев А. А., Лобанова Е. С. Магнитная и геохимическая оценка почвенного покрова урбанизированных территорий Предуралья на примере города Перми. Пермь : ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, 2015. 243 с.
7. Васильев А. А. Тяжелые металлы в почвах города Чусового: оценка и диагностика загрязнения. Пермь : ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, 2011. 197с.
8. Водяницкий Ю. Н. Формулы оценки суммарного загрязнения почв тяжелыми металлами и металлоидами // Почвоведение. 2010. № 10б. С. 1276–1280.
9. Водяницкий Ю. Н. Концепция гибкого подхода к оценке ориентировочно допустимой концентрации тяжелых металлов и металлоидов в почве // Бюллетень Почвенного института им. В. В. Докучаева. 2011а. Вып. 67. С. 49–66
10. Водяницкий Ю. Н. Об опасных тяжелых металлах / металлоидах в почвах // Бюллетень Почвенного института им. В. В. Докучаева. 2011б. № 68. С. 56–82.
11. Водяницкий Ю. Н. Загрязнение почв тяжелыми металлами и металлоидами и их экологическая опасность (аналитический обзор) // Почвоведение. 2013. № 7. С. 872–881.

Весь текст будет доступен после покупки