Аэротехногенный мониторинг состояния городской среды по загрязнению снежного покрова (на примере города Воронежа)

Эколого-геохимический мониторинг – один из эффективных методов региональной экологической диагностики состояния городских ландшафтов. Весьма информативным индикатором аэрогенного загрязнения служит снежный покров как естественный накопитель техногенных загрязнений [4]. Целью данного исследования является анализ химического состава снежного покрова и выявление связи между уровнем техногенного воздействия на городскую среду и присутствием загрязняющих веществ в снеге на территориях различных функциональных зон г. Воронежа.

Для пространственного анализа уровней аэрогенного загрязнения в течение 2-летнего периода (февраль 2013 и 2014 гг.) были отобраны 48 проб снега (см. табл. 1), из них 47 проб – в различных функциональных зонах г. Воронежа с разной степенью техногенного воздействия (14 проб – в жилой зоне; 11 – в промышленной зоне; 12 – в транспортной зоне; 10 – в зоне рекреации) и 1 фоновая проба в 20 км от города. Расположение точек отбора проб снега на местности показано на рисунке.

Репрезентативные пробы «лежалого» снега отбирались по всей толще снежного покрова, за исключением нижних 2–3 см (во избежание загрязнения частицами почвы). Отбор проб проводился пластиковой трубкой площадью сечения 78,5 см2 и длиной 30 см. В месте отбора пробы трубу врезали на всю толщину снежного покрова до поверхности земли. После чего трубку из снега вынимали, поддерживая снизу пластмассовой лопаткой. Нижнюю часть трубки тщательно очищали от частиц грунта [2].

Пробы снега растапливались при комнатной температуре, талую воду фильтровали. По осадку, полученному на фильтре, определяли количество взвешенных частиц в отобранной пробе, а в фильтрате определяли следующие показатели: NH4+, NO3-, NO2- (колориметрический метод); минерализация (кондуктометрический); общая жесткость, Са2+, Cl-, SO42-,

HCO3- (титриметричес рН (потенциометрический); Mg2+ (расчетный) [3].

Исследования химического состава снега выполнялись в течение следующего дня после отбора всех проб (февраль 2013 и 2014 гг.) на базе учебной эколого-аналитической лаборатории факультета географии, геоэкологии и туризма Воронежского госуниверситета.

Для более объективной характеристики геохимической индикации загрязнения снежного покрова за основу принимается сопоставление концентраций поллютантов городских проб снега с соответствующими значениями их фонового аналога. Это достигается расчетом коэффициента концентрации химических элементов ( К_с ) по формуле: К_с = С/С_ф , где С – содержание элемента в исследуемом объекте; С_ф – среднее фоновое содержание элемента [4]. Для расчета коэффициентов концентрации в качестве фоновой приняли пробу снега в точке 48, расположенной вблизи д. Медовка Рамонского района.

Результаты анализа химического состава талой воды показали, что содержание минеральной пыли в пробах снега варьирует от 48,9 (фон) до 324,0 мг/л. Низкие значения взвешенных веществ (менее 85,0 мг/л) отмечаются в пробах снега, отобранных преимущественно в зоне рекреации (точки 4, 11, 17, 19, 47). Высокие значения взвешенных веществ (более 150 мг/л) отмечаются в пробах снега, отобранных в транспортной (точки 10, 24, 2 7, 30, 35) и в промышленной зонах (точки 2, 6, 8, 14, 26, 28, 38). Именно в этих точках, вероятно, высоко содержание пыли и в воздухе.

Об антропогенном загрязнении атмосферы также свидетельствует увеличение концентрации катионов Ca2+ иMg2+ в атмосферных осадках и, соответственно, общей жесткости снежных проб, которая варьирует от 0,05 до 0,26 ммоль/л. Минимальные значения жесткости (менее 0,1 ммоль/л) отмечаются в точках 17, 39, 47 (зона рекреации) и в точке 42 (жилая зона). Максимальные значения (более 0,18 ммоль/л) отмечены в транспортной и промышленной зонах.

Присутствие хлоридов в снеге напрямую связано с интенсивностью применения анти-гололедных средств для дорожных покрытий в зимний период. В г. Воронеже для этих целей используется песчано-соляная смесь. Содержание хлорид-ионов в пробах снега варьирует от 3,16 мг/л (фон) до 27,77 мг/л. Максимальные концентрации (более 15 мг/л) отмечаются в пробах снега транспортной (точки 46, 30, 24, 34, 35, 37, 45 – ряд по увеличению) и промышленной зон (точки 26, 27).

Содержание сульфат-ионов в талой воде большинства промышленных и транспортных зон превышает фоновые показатели более чем в 3 раза. Максимальные концентрации (более 100 мг/л) отмечаются в промышленной (точки 29, 28, 38, 44) и транспортной зонах (точки 35, 45, 46). Это можно объяснить загрязненностью воздуха диоксидом серы.

Наличие азотсодержащих соединений в воде определяется деятельностью бактерий, но в зимний период в снежном покрове их при- сутствие невозможно, поэтому все содержание NO3-, NO2-, NH4+-ионов в талой воде обусловлено только антропогенным воздействием, к которому можно отнести в первую очередь выбросы от промышленных предприятий и автотранспорта (оксиды азота). Так, например, значения NO3--аниона изменяются от 1,46 до 25,69 мг/л. Максимальные значения нитратов (более 20 мг/л) отмечаются в транспортной (точки 10, 27, 34, 35, 37, 45) и промышленной зонах (точка 8). Минимальные значения NO3--аниона (менее 2 мг/л) обнаружены в жилой зоне, а также на территориях парков (точки 19, 43, 47).

Величина рН снежных проб изменяется в интервале от 4,86 до 7,06. Пониженные значения рН связаны с увеличением содержания кислотных окислов (NO2, SO2) в городских выбросах в атмосферу. Это подтверждается преобладанием в снежных пробах NO3-, NO2-, SO42--ионов.

Согласно проведенным ранее исследованиям, степень минерализации снеговых вод

Картосхема расположения точек отбора проб снега

Примечание. Составлено авторами на основании картографической основы города в среде MapInfo.

Таблица 1

№ точки	Местоположение точки отбора проб	Функциональная зона
1	ул. Ростовская, 50/4	Жилая
2	ул. Лебедева, 2	Промышленная
3	ул. Черепанова, 18	Жилая
4	Парк Авиастроителей (ул. Полины Осипенко)	Рекреационная
5	ул. Героев Стратосферы, 8	Жилая
6	ул. Ильюшина, 12б	Промышленная
7	ул. Димитрова – ул. Волгоградская	Транспортная
8	ул. Старых Большевиков, 47	Промышленная
9	Парк «Дельфин» (ул. Остужева)	Рекреационная
10	Ленинский проспект, 149	Транспортная
11	больница Электроника	Рекреационная
12	ул. Грибоедова, 5	Жилая
13	ул. Землячки, 1	Промышленная
14	ул. Богдана Хмельницкого, 3 5	Промышленная
15	ул. Куйбышева – ул. Панфилова	Транспортная
16	ул. Калининградская, 6 1	Жилая
17	СОК «Олимпик»	Рекреационная
18	ул. Ломоносова, 114	Рекреационная
19	ул. Дарвина, 1	Рекреационная
20	ул. Ломоносова, 83	Жилая
21	ул. Вл. Невского, 53	Жилая
22	ул. Хользунова, 102	Транспортная
23	ул. Генерала Лизюкова, 73а	Жилая
24	Московский проспект – ул. Хользунова	Транспортная
25	ул. Ломоносова, 1	Жилая
26	ул. Лидии Рябцевой, 42	Промышленная
27	Московский проспект, 36	Транспортная
28	ул. Машиностроителей, 8	Промышленная
29	Ясный проезд, 13	Промышленная
30	ул. 9 Января – ул. Антонова-Овсеенко	Транспортная
31	ул. Холмистая, 41	Промышленная
32	ул. 3 Интернационала, 4	Жилая
33	Парк «Орленок»	Рекреационная
34	ул. Степана Разина – ул. Большая Манежная	Транспортная
35	ул. 9 Января, 49	Транспортная
36	ул. Володарского, 60	Жилая
37	ул. 20-летия Октября, 94	Транспортная
38	ул. Пирогова, 79	Промышленная
39	Петровская Набережная	Рекреационная
40	ул. Моисеева, 11	Жилая
41	ул. Депутатская, 12	Жилая
42	ул. Ворошилова, 30	Жилая
43	Парк «Танаис» (ул. Южно-Моравская)	Рекреационная
44	ул. Кривошеина, 1 1	Промышленная
45	ул. Матросова, 6	Транспортная
46	ул. Краснознаменная – пер. Казарменный	Транспортная
47	санаторий им. Горького	Рекреационная
48	около д. Медовка Рамонского района	Фоновая

Точки отбора проб снега

Примечание. Составлено авторами. Наименования функциональных зон и принадлежность различных точек отбора проб к той или иной зоне определены по Генеральному плану города, 2008 г. (карта Функционального зонирования территории); данные по загрязнению снега – на основании собственных эколого-аналитических исследований авторов.

достоверно характеризует интенсивность техногенного воздействия на городскую среду [1].

Полученные нами результаты показывают, что величина минерализации снежных проб варьирует от 62,6 (фон) до 183,9 мг/л. Максимальные значения минерализации (больше 150 мг/л) характерны для проб, отобранных в транспортной зоне (точки 45, 46, 37, 34, 35). Также высокие значения минерализации (более 120 мг/л) отмечаются в пробах снега, отобранных в промышленной зоне (точки 38, 28, 44). Можно сделать вывод, что территории транспортной и промышленной зон испытывают наибольшее «техногенное давление».

Таким образом, по обобщенным расчетным данным основным источником загрязнения приземных слоев атмосферы и снежного покрова выступает автотранспорт, а исследуемые городские зоны можно расположить в следующий ряд по убыванию уровня загрязненности: транспортная зона > промышленная зона > жилая и рекреационная зоны > фоновая территория.

Сравнением химического состава проб снега в исследуемых функциональных зонах г. Воронежа с фо-ном были получены ряды коэффициентов аномальности в снежном покрове среди анионов (по осредненным значениям за 2 зимних сезона), которые приведены в таблице 2.

Полученные ряды свидетельствуют о том, что в пробах снега всех городских зон г. Воронежа преобладающее место занимают NO3-, NO2-, Cl--ионы, что косвенно отражает состав техногенных выбросов в атмосферу.

Таким образом, анализ химического состава снежного покрова может служить основой аэротехногенного мониторинга состояния городской среды. Полученные на примере города Воронежа результаты свидетельсвуют, что реакция среды (рН), минерализация и содержание взвешенных веществ в снеговых водах характеризуют интенсивность техногенного пресса на городскую среду, а состав талых вод указывает на характер ее загрязнения.