Оценка воздействия промышленности и транспорта на экосистему национального парка "Лосиный остров"

Глава 2. Методика исследований

Полевые исследования на территории НП "Лосиный остров" проводились в 1998-2001 г.г. и включали в себя:

- эколого-геохимическое картирование территории парка с опробованием снегового покрова почв, растительности, вод и донных отложений водотоков (1998г.);

- детальное эколого-геохимическое картирование полосы, прилегающей к МКАД с опробованием почв, растительности и вод реки Ички (1999 г.);

- мониторинговые исследования в районе МКАД с опробованием снегового покрова, почв, растительности и поверхностных вод (2000 - 2001 г.г.).

При эколого-геохимическом картировании парка проводилось пространственное сопряженное опробование почв и растительности (листьев березы и хвои ели) с плотностью 1 проба/км². Пункты опробования располагались в местах пересечения квартальных просек. В зимний период в этих же точках был опробован снеговой покров. Опробование речных вод и донных отложений проводилось от истоков до их выхода из парка через равные интервалы: 2 км - по основному руслу р. Яузы, 1 км - по рекам Ичка и Пехорка.

Детальное картирование вдоль МКАД проводились в полосе шириной 1000 м (по 500 м с обеих сторон автомагистрали) и включало в себя опробование почв, растительности, снегового покрова и вод р. Ички. Опробование почв было проведено по 10-ти профилям, приуроченным к квартальным просекам, ориентированным примерно под углом 45⁰ к МКАД. Среднее расстояние между профилями составляло 500 м, расстояние между пикетами - 20-50 м, пробы отбирались с глубины 10 и 30 см. Опробование растительности и снегового покрова проводилось по разряженной сети: расстоянии между профилями - 1000 м, пункты отбора располагались в 0, 50, 100, 500 м от МКАД. Для изучения проникновения загрязнения на глубину проходились шурфы и производилось погоризонтное опробование почв.

Для определения концентраций химических элементов в пробах почв, донных отложений, растительности, пылевых смывах с листьев, речных и снеговых водах использовались эмиссионный спектральный, атомно-абсорбционный, химический и потенциометрический методы анализов.

Приближенно-количественный спектральный анализ выполнялся в лаборатории Опытно-методической экспедиции Минприродресурсов РФ.

В отобранных пробах почв и донных отложений было проведено определение 36 химических элементов: Cu, Zn, Pb, Ni, Co, Cr, V, Mo, Ag, Mn, As, Sb, W, Sn, Bi, Ba, Sc, Ti, Li, Be, Nb, Y, Yb, Zr, Hf, La, Ce, Cd, In, P, Ge, Ga, Sr, Ta, Tl, и B.

Определение содержаний химических элементов в пробах растительности проводилось после их предварительного озоления в муфельной печи без доступа кислорода. В золе растений определялись концентрации 18 химических элементов: Cu, Zn, Pb, Ni, Co, Cr, V, Mo, Ag, Mn, Sn, Ti, Cd, Li, Bi, Zr и Sr.

Определение концентраций 36 химических элементов в озоленных пробах взвеси из снега и пылевых смывах с листьев проводилось с предварительным буферированием углем в соотношении 1:3. Систематическая ошибка измерений отсутствует.

Ртуть в почвах и донных отложениях определялась на ртутно-абсорбционном фотометре "Меркурий-3 М". Предел обнаружения 2^. 10^-7%, _сист.= 0,94, _случ.= 1,5.

Для разделения растворимых и взвешенных форм тяжелых металлов в природных водах проводили их фильтрацию через мембранные фильтры с диаметром пор 0,45 мкм.

Концентрирование микроэлементов в фильтрате проводилось упариванием в окислительной среде (HClO₄+HNO₃=1:3). Мембранные фильтры со взвесью разлагались смесью кислот (HF+HNO₃+HClO₄). Определение Cu, Pb, Cd, Zn, Ni, Co, Mn, Cr, Ag, Fe проводилось из солянокислых растворов на спектрометре ААС-2 фирмы "Карл Цейс Йена" с дейтериевым корректором в пламени воздух-ацетилен. Пределы обнаружения Cu - 0,04, Pb - 0,1, Cd - 0,03, Zn - 0,01, Ni - 0,05, Co - 0,08, Mn - 0,03, Cr - 0,1, Ag - 0,03, Fe - 0,1 мкг/мл. Относительное стандартное отклонение не превышает 5%, правильность контролировалась методом добавок.

Ртуть в водах определяли методом беспламенной атомной абсорбции на приборе "Юлия-2". Предел обнаружения 0,3 мкг/л.

Определение As в природных водах проводилось методами Гутцайта (визуально-колориметрическим, чувствительность метода 0,1 мкг, относительное стандартное отклонение 30%) и спектрофотометрическим с ДДТКAg в пиридине на спектрофотометре "Хитачи-124". Чувствительность метода 0,04 мг/л.

Макросостав природных вод определялся методом объемного химического анализа по стандартным методикам (Лурье,1984).

Определение рН, NH₄⁺, NO₃^-, K, Na в природных водах проводилось потенциометрическим методом. В работе использовали иономеры И-120 и И-150 с комплектом ион-селективных электродов.

Содержания Fe, Mn и тяжелых металлов в пробах растительности определялось методом атомной абсорбции после разложения золы смесью HNO₃+HCl.

Подвижные формы тяжелых металлов извлекались из почв вытяжкой ацетатно-аммонийного буфера с рН = 4,8. Отношение твердой фазы к жидкой = 1:10.

Определение химических свойств почв в пробах, отобранных из шурфов, включало: измерение рН потенциометрическим методом в суспензии при отношении тв.ф.:ж.=1:5; определение суммы обменных оснований в кислых почвах по методу Каппена-Гильковица, гидролитической кислотности по методу Каппена для оценки степени насыщенности основаниями по формуле V(%)=100S/(S+H), где S - сумма обменных оснований в мг-экв, Н - гидролитическая кислотность в мг-экв; определение содержаний карбонатов в почвах ацидометрическим титрованием; определение гумуса в почвах его окислением бихроматом калия в серной кислоте (по методике Тюрина).

Обработка геохимических данных осуществлялась с помощью программного пакета "Gold digger" (разработан на кафедре геохимии МГУ).

При обработке геохимических данных производилось определение параметров фона (С_Ф -фоновые концентрации и - стандартный множитель), минимально-аномальных концентраций (С_мин.ан.), средних содержаний в контуре аномалий (_Ан), коэффициентов концентрации (К_с), коэффициентов биологического поглощения (А_х) химических элементов (Справочник , 1990).

Для характеристики подвижности химических элементов в почвах определялась доля подвижных форм металлов от их валовых (общих) концентраций:

Доля п.ф.% = (С_I / С_II) 100%

где С_I - содержание химического элемента в почвенной вытяжке, С_II - валовое содержание химического элемента в почве.

Для характеристики распределения химических элементов в речных и снеговых водах по фазовому составу использовались коэффициенты распределения

Кр= С_взв./С_раст.

Для установления балансовых соотношений между растворенной и взвешенной формами в загрязненном снеговом покрове использовались отношение между площадными продуктивностями тяжелых металлов:

P_взв./ P_раст.= (_{Ан. взв.}- С_{ф взв.})^. S _{Ан. взв.} / (_{Ан. раст.}- С_{ф раст.})^. S _{Ан. раст}.

Оценка интенсивности выпадений (т/км² в сутки) определялась по формуле (Фридман, 1985):

U = Q/t

где Q - поверхностная плотность загрязняющих веществ (т/км²), t - время от начала установления устойчивого снегового покрова до момента отбора пробы, в сутках.

Запас (поверхностную плотность) загрязняющих веществ:

Q = 10^-2. C_i^. P.

где С - концентрация загрязняющих веществ в снеге (мг/л), Р - средний влагозапас (г/см²).

Для характеристики загрязнения в изученных компонентах окружающей среды использовались отношения содержаний химических элементов к ПДК (К_ПДК) и суммарный показатель загрязнения (Сает и др., 1990):

Z_С= (С_i -С_ф)/С_ф+1 = К_с-(n-1),

где Кс - сумма коэффициентов концентрации загрязнителей, n - число химических элементов, входящих ассоциацию загрязнителей, С_i - аномальное содержание, С_ф - фоновое содержание.

Определение уровней загрязнения по значениям суммарного показателя Z_С в снеговом покрове, почвах, растительности, донных отложениях и водах проводилось в соответствии с существующими нормативами (Методические рекомендации . . ., 2001).

Компьютерная обработка данных наряду с определением статистических параметров распределения химических элементов включала факторный и кластерный анализы.

Результаты картографирования, включающие построение моноэлементных геохимических карт по компонентам среды (снеговому покрову, почвам, донным отложениям, растительности по видам), карт пылевой нагрузки (общей и по видам); карт суммарных показателей загрязнения снегового покрова, почв и растительности (по видам), карты значений рН в почвах, отображающие результаты пространственной дифференциации химических элементов, созданы в виде ГИС-проекта с использованием программного пакета "ArcView".