Статьи

В работе представлены результаты исследования воздействия железнодорожного транспорта на лесные экосистемы национального парка «Валдайский». Ранее комплексных научных исследований влияния железной дороги на особо охраняемых природных территориях не проводилось. Расположение парка в важном транспортном коридоре сказывается на экологическом состоянии природных систем. В отличие от большинства территорий, по которым осуществляется железнодорожное сообщение, выбранный для исследований участок позволяет оценить влияние на окружающую среду железнодорожного транспорта при отсутствии других антропогенных источников воздействия. Определено валовое содержание тяжелых металлов и металлоидов в почвах примыкающего к железной дороге участка и фоновых территорий парка. Анализ валового содержания тяжелых металлов в почвенных пробах, отобранных с шагом 5 м от железнодорожной насыпи, показал превышение предельно допустимых концентраций (ПДК) некоторых элементов на расстоянии 30 м от полотна. Превышение ПДК наблюдается у марганца, никеля, меди, цинка, мышьяка, кадмия и свинца. У насыпи наблюдается высокое содержание таких элементов, как стронций, барий, медь и железо. Расчет количественных показателей загрязнения почв показал, что сильный уровень загрязнения наблюдается у насыпи и на удалении 25 и 30 м от нее. Проведен корреляционный анализ и представлена модель распределения тяжелых металлов и металлоидов. Важным результатом исследования стало выявление роли естественных растительных сообществ в миграции и накоплении загрязняющих веществ. Установлено, что сероольшаник, расположенный на расстоянии 30 м от насыпи, выступает в качестве первого механического барьера, ограничивающего поступление тяжелых металлов. Второй барьер образован ельником кисличником, произрастающим на удалении 43 м от железнодорожного полотна. Эти природные фильтры способствуют снижению интенсивности миграции загрязняющих веществ вглубь лесного массива. Превышение содержание ПДК марганца, никеля, меди, цинка, кадмия в почвах связано с износом объектов железнодорожного транспорта (колёс, рельсов, вагонов). Мышьяк входит в состав фракций дизельных частиц. Повышенное содержание меди связано с железнодорожной смазкой, а бария и стронция свидетельствует о применении на железнодорожной насыпи карбонатного щебня. Полученные результаты вносят вклад в понимание механизмов распространения загрязняющих веществ от линейных транспортных объектов, имеют практическое значение для разработки природоохранных мероприятий и могут быть использованы для нормирования воздействия железнодорожного транспорта в пределах особо охраняемых природных территорий.

В статье представлен сравнительный анализ пространственной структуры техногенного воздействия на почвенный покров в условиях локализованного (точечного) и фонового (площадного) загрязнения. Объектами исследования выступили территории Свердловской и Тульской областей, контрастные по характеру природопользования и техногенной трансформации. Первая характеризуется доминированием индустриальных ландшафтов с преобладанием стационарных источников выбросов, вторая является агропромышленным регионом с развитым фоновым загрязнением, обусловленным совокупным влиянием сельскохозяйственной деятельности, рассеянных выбросов и долговременных последствий радиационного воздействия. На основе данных по содержанию подвижных форм тяжелых металлов (Cu, Pb, Cd, Zn) в почвах, а также с использованием методов дистанционного зондирования и геоинформационного анализа предложена методика функционального зонирования, позволяющая дифференцировать участки по степени техногенной нагрузки и экологической трансформации. Ключевыми элементами предлагаемого подхода являются понятия экологически приемлемого естественного природного фона (ЕПФ), природно-антропогенного фона (ПАФ) и точки невозврата (ТНВ), последняя рассматривается как пороговое значение, преодоление которого ведет к устойчивому снижению биопродуктивности и необратимым изменениям в составе и структуре экосистем. Концепция зонирования реализуется через выделение санитарно-защитных зон (СЗЗ), зон экологической ответственности (ЗЭО) и природнозащитных зон (ПЗЗ), каждая из которых обладает своими функциональными и регуляторными характеристиками. В статье обоснована необходимость отказа от универсального подхода к нормированию загрязняющих веществ в пользу регионально-специфичных ориентиров, основанных на характеристиках реального фона и эмпирических наблюдениях. Методика апробирована на ключевых участках с различной плотностью и типом антропогенного воздействия и продемонстрировала высокую чувствительность к сочетанию физико-химических и ландшафтных факторов. Полученные результаты позволяют более обоснованно подходить к проектированию санитарно-защитных мероприятий, экологическому нормированию и разработке рекомендаций по устойчивому землепользованию. Представленный подход может быть применим в практической деятельности природоохранных и кадастровых служб, при территориальном планировании и в рамках экологической экспертизы промышленных объектов, а также в системах мониторинга состояния почв и окружающей среды на региональном и муниципальном уровнях.

Представлены результаты вегетационного опыта на гумусовом горизонте дерново-подзолистой супесчаной почвы (Albic Retisol), в которую до 1990 г. вносили осадки сточных вод, в результате чего сформировалось комплексное полиэлементное загрязнение с высоким уровнем содержания тяжелых металлов (ТМ) и даже спустя 30 лет почвы остались загрязненными. За это время содержание фосфора уменьшилось в 4 раза, а калия — в 1,5, содержание органического углерода — в 1,6 раза. Значительно снизилось и содержание тяжелых металлов: Cd в 5 раз, Zn и Cu в 1,5 раза, Pb в 1,4 раза по сравнению с исходным. Вегетационные опыты с применением цеолита клиноптилолита, цеолита ZION и гуминового препарата «Вибростенд» показали возможность снижения содержания тяжелых металлов в растениях вики и, в меньшей степени, овса с помощью мелиорантов. Изучение влияния мелиорантов на содержание ТМ в растениях, выращенных на почвах, удобренных осадком сточных вод 30 лет назад, показало, что их внесение изменяет содержание ТМ и распределение их по органам растений. Причем бобовые растения (Vicia sp.) значительно меньше накапливают ТМ, чем злаковые (Avena sativa), что можно использовать на почвах с учетом уровней их загрязнения. Использованные в опытах мелиоранты снижают содержание Cd, Zn, Cu и Ni в растениях Vicia sp. на 40–60%, но нормативного содержания тяжелых металлов в растениях достичь не удалось при таком высоком уровне загрязнения почв. Для растений Avena sp. мелиоранты были менее эффективны.

Численность почвенных бактерий является индикатором состояния и здоровья почв при химическом загрязнении. Однако нативная численность почвенных бактерий в почвах разных климатических зон значительно различается. В зависимости от почвообразующих факторов численность бактерий в почвах разных климатических зон будет различаться. Для оценки изменения численности почвенных бактерий было смоделировано загрязнение почв разных климатических зон (полупустыни, степи и леса) свинцом (Pb) в следующих концентрациях: 100, 1000 и 10000 мг Pb×кг^–1 почвы. Установлено, что при максимальной концентрации в 10000 мг Pb×кг^–1 почвы происходило ингибирование численности почвенных бактерий в разных типах почв на 46–92% по сравнению с контролем. При увеличении концентрации Pb численность почвенных бактерий снизилась в почвах полупустыни: от 1,61 (солончак типичный) до 0,89 млрд×г^–1 (каштановая и бурая полупустынная почвы); в почвах степи: от 4,50 (чернозем оподзоленный) до 0,80 млрд×г^–1 (чернозем обыкновенный); в почвах леса: от 8,00 (темно-серая лесная почва) до 1,90 млрд×г^–1 (дерново-подзолистая почва). Наиболее устойчивыми к загрязнению Pb оказались почвы лесной климатической зоны, а наименее — почвы степной климатической зоны. Среди полупустынных почв наиболее чувствительные солончаки типичные, среди степных — черноземы оподзоленные, лесных почв — дерново-подзолистые иллювиально-железистые почвы. Проведено сравнение численности бактерий почв трёх климатических зон России при загрязнении свинцом. Результаты исследования возможно использовать при индикации экологического состояния и здоровья почв при загрязнении тяжелыми металлами.

Понятие «здоровье почвы» набрало значительную популярность в научной литературе как основная концепция для обеспечения устойчивости экосистем. Однако значение этого термина остается неоднозначным, а универсальные критерии оценки отсутствуют. Цель статьи — рассмотреть современные определения понятия «здоровье почвы», предлагаемые отечественными и зарубежными почвоведами, и дать обзор методов его оценки. Акцент сделан на показатели и системы мониторинга, претендующие на некоторую универсальность в индикации здоровья почв. Согласно европейской концепции, понятие «здоровье почвы» должно отражать широкое влияние почвенного покрова на экосистему, включая традиционно рассматриваемую способность производить урожай, обеспечение качества воды и воздуха, регулирование климата, сохранение биоразнообразия и обеспечение социальных и культурных экосистемных услуг. В 2021 году Евросоюз принимает стратегию почвенного развития, направленную на достижение здорового состояния всех почв ЕС к 2050 году. Юридически термин «здоровье почвы» должен закрепиться с принятием закона Soil Monitoring and Resilience Law, устанавливающего стандарты здоровья почв. Сотрудниками Корнелльского университета (США) предлагается схожая методика комплексной оценки почвенного здоровья, CASH. Обе системы — CASH и Soil Monitoring and Resilience Law — подробнее рассмотрены в статье. Помимо этого, продолжается поиск универсального индикатора здоровья почвы. В статье рассмотрены показатели содержания органического вещества, соотношения почвенного углерода к физической глине (SOC : Clay) и его альтернатив (Observed / Typical SOC ratio, SOC / SOCexp). Обзор литературы показывает, что целесообразность введения термина «здоровье почвы» весьма сомнительна. На практике под этим термином почти всегда понимается совокупность физических и химических свойств, потенциально влияющих на ее плодородие. А практики восстановления «здоровья почвы» сосредоточены, прежде всего, на поддержании её агрономических свойств. В этом плане показатели и методы оценки «здоровья почвы» мало отличаются от показателей и методов, принятых для оценки «качества почвы». Российские работы чаще исследуют фундаментальные аспекты устойчивости почвенных систем, акцентируясь на биологическом происхождении и биодинамической сути понятия «почва». Предлагаемые методы оценки соответственно основаны на микробиологических показателях: термодинамическая характеристика микробных систем, гетеротрофный параметр здоровья почвы, параметр самообеспечения биофильными элементами, показатели фитосанитарного состояния почвы, ферментативная активность. Рассмотренные индикаторы и системы мониторинга демонстрируют потенциал для комплексной диагностики состояния почв. Однако их универсальность ограничена вариабельностью почвенно-климатических условий и типов землепользования.

В обзоре дана краткая характеристика экотоксикодинамики как раздела экологической токсикологии, включающая предмет исследований, элементы теоретической базы и актуальные научные направления. Показано, что развитие экотоксикодинамических исследований на современном этапе связано с оценкой качества окружающей среды и экологических рисков, разработкой базы данных для экологического нормирования химических веществ, изучением процессов деградации и самовосстановления природных экосистем. Особое внимание уделено анализу достижений в изучении действия новых видов экотоксикантов на примере наночастиц, микропластика, лекарственных средств и пищевых добавок. Показана потенциальная возможность проявления ими токсических эффектов от генетического до экосистемного уровней, в том числе и при реально существующем содержании в экосистемах. В организмах данные эффекты проявляются как гено- и цитотоксичность и отражаются в нарушениях ферментативных систем, репродуктивной сферы и иммунного статуса, в изменении поведенческих реакций, снижении темпов роста и развития организмов, скорости фотосинтеза и др. В экосистемах это может приводить к уменьшению численности чувствительных видов и даже к их исчезновению, негативным изменениям в межвидовых взаимоотношениях, падению биоразнообразия и продуктивности биоценоза. Показаны пробелы в изучении новых экотоксикантов, для их ликвидации предложены перспективные направления исследований, в частности: выявление сублетальных эффектов при реально существующих нагрузках в экосистемах; оценка возможности развития хронического и отсроченного действия; изучение влияния свойств экотоксиканта и факторов окружающей среды на экотоксичность, учет последствий комбинированного действия группы экотоксикантов и продуктов их трансформации. Как проблемные аспекты авторами исследовательских работ отмечаются: (1) различия в «сценарии» проведения экспериментов у разных авторов, что затрудняет выявление общих закономерностей проявления токсического действия экотоксикантов в экосистемах; (2) применение в модельных экспериментах стандартных сред, не отражающих реальные природные условия, что снижает практическую значимость полученных результатов.