Оценка экологического состояния почв в зоне воздействия Среднеуральского медеплавильного завода

Аннотация

В рамках исследования экологического состояния почв и растительного покрова в зоне воздействия Среднеуральского медеплавильного завода (СУМЗ) были решены следующие задачи: определено содержание тяжелых металлов в почвах пробных площадок, заложенных в пределах зоны воздействия СУМЗ; выявлены макрокинетические закономерности сезонной динамики нормализованного относительного вегетационного индекса (NDVI) на пробных площадках в зоне воздействия СУМЗ; выявлены макрокинетические закономерности отклика растительности в форме NDVI, рассчитанного по данным MODIS и Landsat 8, на загрязнение почв комплексом тяжелых металлов в зоне воздействия СУМЗ; проведено ранжирование качества почв по закономерностям отклика растительности в форме NDVI на загрязнение почв комплексом тяжелых металлов в границах природно-защитной зоны (ПЗЗ) СУМЗ по данным 2023 г.

Внутрисезонную динамику фотосинтетически активной биомассы в форме NDVI моделировали с использованием теоретического уравнения роста по материалам спутниковых данных MODIS. Сезонный максимум вегетационного индекса на пробных площадках в 2012 г. пришелся на 25‒28 недели. В 2023 г. он наступил на 27‒33 неделе в зависимости от местоположения пункта пробоотбора. Показатель скорости достижения максимума характеризуется слабым внутрисезонным и межгодовым варьированием.

Закономерности изменения концентрации фотосинтетически активной биомассы в форме максимальных за сезон 2023 г. NDVI в ответ на валовое содержание комплекса тяжелых металлов (Cu, Pb, Cd и Zn) в почве пробных площадок моделировали с использованием теоретического уравнения дозовой зависимости. Предельно допустимый уровень содержания в почве комплекса тяжелых металлов в форме среднего геометрического, не вызывающий снижения значений вегетационного индекса, рассчитанного по данным спутников MODIS и Landsat 8, составил 101 и 106 мг×кг^-1 соответственно.

Проведен анализ гистограмм распределения величин NDVI в пределах природно-защитной зоны который показал, насколько истинные частоты встречаемости значений вегетационного индекса соответствуют ее эмпирической границе, ассоциированной с точкой максимума дозовой зависимости, выявленной по материалам исследования 2012 г. Характер распределения истинных значений NDVI исключительно полно поддерживает использованную теорию зонирования на основе анализа дозовой зависимости. Современные границы природно-защитной зоны СУМЗ удалены на 4–7 км от центра санитарно-защитной зоны.

Литература

1.           Барталев С.А., Егоров В.А., Жарко В.О. и др. Спутниковое картографирование растительного покрова России. М., 2016.

2.           Водяницкий Ю.Н., Ладонин Д.В., Савичев А.Т. Загрязнение почв тяжелыми металлами. М., 2012.

3.           Воробейчик Е.Л., Ермаков А.И., Гребенников М.Е. Начальные этапы восстановления сообществ почвенной мезофауны после сокращения выбросов медеплавильного завода // Экология. 2019. № 2. https://doi.org 10.1134/S0367059719020112

4.           Воробейчик Е.Л., Кайгородова С.Ю. Многолетняя динамика содержания тяжелых металлов в верхних горизонтах почв в районе воздействия медеплавильного завода в период снижения его выбросов // Почвоведение. 2017. № 8. https://doi.org 10.1134/S1064229317080130

5.           Воробейчик Е.Л., Трубина М.Р., Бергман Е.В. и др. Многолетняя динамика лесной растительности в период сокращения выбросов медеплавильного завода // Экология. 2014. № 6. https://doi.org 10.1134/S1067413614060150

6.               Гендугов В.М., Глазунов Г.П. Макрокинетическая модель микробного роста на многокомпонентном субстрате // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2014. № 3.

7.           Глазунов Г.П., Гендугов В.М., Евдокимова М.В. и др. Макроскопическая кинетика временной и пространственной изменчивости вегетационного индекса NDVI на территории заповедника «Ямская степь» в условиях загрязнения почвы тяжелыми металлами // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16, № 2.

8.           ГОСТ Р 58595-2019 «Национальный стандарт Российской Федерации «Почвы. Отбор проб»».

9.           Евдокимова М.В., Глазунов Г.П., Яковлев А.С. и др. Оценка экологического состояния земель, загрязненных комплексом тяжелых металлов, в окрестностях города Норильска за период с 2004 по 2019 г. по материалам NDVI MODIS с сервера Вега-science // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18, № 4.

10.        Евдокимова М.В., Яковлев А.С. Экологическая оценка состояния почв и растительного покрова в окрестностях горно-обогатительного комбината по данным дистанционного зондирования Земли // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2023. № 1.

11.        Единый государственный реестр почвенных ресурсов России [Электронный ресурс]. 2014. URL: http://egrpr.soil.msu.ru/download.php#soilmap (дата обращения: 13.12.2023).

12.        Железова С.В. Научно-методическое обоснование технологий точного и ресурсосберегающего земледелия для зерновых культур в Нечерноземной зоне РФ: Дисс. … д-ра с.-х. наук. СПб., 2020.

13.        Князев М.С., Третьякова А.С., Подгаевская Е.Н. и др. Конспект флоры Свердловской области. Часть III: Двудольные растения // Phytodiversity of Eastern Europe. 2018. XII (2).

14.        Копцик Г.Н., Смирнова И.Е., Копцик С.В. Анализ эколого-генетических особенностей почв для мониторинга лесных экосистем в зоне хвойно-широколиственных лесов // Почвоведение. 2023. № 10.

15.        Лесная энциклопедия: В 2-х т. / Гл. ред. Г.И. Воробьев; ред. колл.: Н.А. Анучин, В.Г. Атрохин., В.Н. Виноградов и др. М., 1985.

16.        Литтл Т.М., Хиллз Ф.Дж. Сельскохозяйственное опытное дело. Планирование и анализ. М., 1981.

17.        Лупян Е.А., Прошин А.А., Бурцев М.А. и др. Опыт эксплуатации и развития центра коллективного пользования системами архивации, обработки и анализа спутниковых данных (ЦКП «ИКИ-Мониторинг») // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16, № 3. https://doi.org 10.21046/2070-7401-2019-16-3-151-170

18.        Постановление Правительства Российской Федерации от 03.03.2018 № 222 «Об утверждении Правил установления санитарно-защитных зон и использования земельных участков, расположенных в границах санитарно-защитных зон».

19.        Публичная кадастровая карта [Электронный ресурс]: 2010. URL: https://pkk.rosreestr.ru (дата обращения 13.12.2023).

20.        СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания» (с изменениями на 30 декабря 2022 года).

21.        Уральское УГМС [Электронный ресурс]. 2014. URL: http://svgimet.ru (дата обращения: 13.12.2023).

22.        Федеральный закон «О проведении эксперимента по квотированию выбросов загрязняющих веществ и внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации в части снижения загрязнения атмосферного воздуха» от 26.07.2019 № 195-ФЗ.

23.        Федеральный проект «Чистый воздух» [Электронный ресурс]. 2022. URL: https://www.mnr.gov.ru/activity/directions/natsionalnyy_proekt_ekologiya/federalnyy_proekt_chistyy_v... (дата обращения: 12.12.2023).

24.        ЦВ 5.18.19.01-2005 «Методика выполнения измерений содержания элементов в твердых объектах методами спектрометрии с индуктивно связанной плазмой».

25.        Яковлев А.С., Евдокимова М.В. Подход к установлению зон экологической ответственности предприятий и уровней природно-антропогенного фона почв // Почвоведение. 2022. № 9.

26.        Conrad O., Bechtel B., Bock M. et al. System for Automated Geoscientific Analyses (SAGA) Vol. 2.1.4 // Geosci. Model Dev. 2015. Vol. 8, № 7.

27.        Conversion to TOA Reflectance. [Электронный ресурс]. 2023. URL: https://www.usgs.gov/landsat-missions/using-usgs-landsat-level-1-data-product (дата обращения: 13.12.2023).

28.        Jordan C. Derivation of leaf area index from quality of light on the forest floor // Ecology. 1969. Vol. 50, № 4.

29.        Knyazikhin Y., Glassy J., Privette J.L. et al. MODIS Leaf Area Index and Fraction of Photosynthetically Active Radiation Absorbed by Vegetation (FPAR) Product (MOD15) Algorithm Theoretical Basis Document. [Электронный ресурс]. 1999. URL: https://modis.gsfc.nasa.gov/data/atbd/atbd_mod15.pdf (дата обращения: 02.02.2024).

30.        Manual on Methods and Criteria for Harmonized Sampling, Assessment, Monitoring and Analysis of the Effects of Air Pollution on Forests. Part IIIa. Sampling and Analysis of Soil. UN-ECE. CLRTAP. 2006.

31.        Prudnikova E.V., Neaman A., Terekhova V.A. et al. Root elongation method for the quality assessment of metal-polluted soils: Whole soil or soil-water extract? // J. Plant Nutr Soil Sc. 2020. Vol. 20. https://doi.org/10.1007/s42729-020-00295-x

32.        Tucker C.J. Red and photographic infrared linear combinations for monitoring vegetation // Remote Sens Environ. 1979. Vol. 8, № 2.