Яковлев Александр Сергеевич

Предложен подход к оценке экосистемных услуг различных компонентов ландшафта городских лесопарков. Методология учитывает природоохранные и рекреационные функции территории, основывается на взаимосвязи экосистемных услуг, экологических функций и свойств отдельных компонентов ландшафта. Оценка осуществляется дифференцированно с учетом снижения качества предоставляемых услуг в условиях значительной антропогенной нагрузки. Показано. что наибольший вклад в стоимость услуг вносит почва.

Проанализированы закономерности пространственной и временной изменчивости нормализированного относительного вегетационного индекса в окрестностях источника поступления в окружающую среду тяжелых металлов в зависимости от их концентрации в почвах. Анализом особых точек теоретического уравнения зависимости концентрации фотосинтетически активной биомассы от результирующей концентрации поллютантов в почве выявлена предельно допустимая концентрация тяжелых металлов в почве. Результаты ее определения в условиях, характерных для северной лесостепи при текущем уровне антропогенной нагрузки, по материалам MODIS составили 12,3, по Sentinel-2–12,5 мг/кг соответственно. Предложен способ обобщения макрокинетических закономерностей отклика живого на антропогенное воздействие. Результаты оценки экологических рисков показали, что вероятность превышения пороговой концентрации, установленной при обобщении макрокинетических закономерностей отклика на воздействие, составляет 74%.

На основе принятой в природоохранной практике пятиуровневой шкалы качества почвы и показателя ее состояния провели ранжирование качества почв и растительного покрова в окрестностях горно-обогатительного комбината (ГОКа). Ареалы одинаковой устойчивости почв и растительного покрова к действию загрязняющих веществ в зоне воздействия ГОКа нанесены на топографическую основу. В окрестностях ГОКа преобладают территории, относящиеся к I и II категориям качества почв, то есть характеризующиеся фоновым и переходным состоянием. Выделена природно-защитная зона предприятия и определены фоновые территории.

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.

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.