Anthropo-technogenic load on the environment of the Khopyor River Region

Full Text

Прихоперье представляет собой обширную территорию, занимающую долинные природно-территориальные комплексы бассейна реки Хопер и прилегающие к ним районы. Гидрографическая сеть, представленная малыми и средними реками, обусловила относительную изрезанность орографического рисунка и неравномерность распределения основных типов и подтипов почв в пределах Окско-Донской равнины и прилегающих участков [1–4]. В Прихоперье очевидны деградационные явления в природных экосистемах и ландшафтах.

Почвенно-геохимические особенности и биогеоценотический рисунок Прихоперья определяются, прежде всего, неравномерным распределением разных вариантов степной, луговой и лесной растительности. Реки, крупные ручьи и пойменные природные комплексы, представленные лесными массивами, лугами, болотами, старичными образованиями [5–8], составляют основу природно-экологических каркасов. В этом контексте разнообразие растительности [9; 10] способствует поддержанию устойчивости и продуктивности местных геокомплексов, а также является условием сложности их организации. Сложность ландшафтной структуры Саратовского и Воронежского Прихоперья [11–13], как и Прихоперского субрегиона в пределах соседней Пензенской области [14], а также неравномерность распределения водотоков, погодно-климатические особенности обусловливают дискретность, мозаичность территориального размещения и функциональной основы биогеоценозов. Разнообразие ландшафтов и экосистем обусловили высокую ресурсную ценность для общества и народного хозяйства, что выразилось в различных направлениях сельского хозяйства, лесохозяйственного, производственного, энергетического и транспортного комплексов в данном субрегионе.

Большое значение для поддержания экологической устойчивости и биологического разнообразия принадлежит экотонным экосистемам, развившимся как в долинных комплексах, водосборных бассейнах, так и на обширных и небольших водоразделах, в том числе на границах отдельных урочищ, подурочищ, фаций в лесостепных, лесных, лугово-степных, луговых, болотных, старично-озерных комплексов. Во многом относительная густота гидрографической сети способствует геоморфологическому, почвенному, микроклиматическому и экосистемному разнообразию территории Прихоперья. Эти природные комплексы концентрируют биологическое и генетическое разнообразие многих организмов, способствуют поддержанию экологического равновесия в экосистемах, примыкающих к экотонным сообществам. Это же относится как к урбанизированным экосистемам, так и к экологическим системам загородных районов.

В настоящее время антропотехногенный фактор в Прихоперье приобрел комплексный и при этом многогранный характер. В наибольшей степени он проявляется в крупных населенных пунктах, прежде всего в поселениях – центрах муниципальных районов [13; 15], преимущественно заключающих в себе львиную долю производств, различных вариантов сервиса, сферы обслуживания и иных сфер народного хозяйства. Результаты сельскохозяйственного производства также в значительной мере связаны с реализацией, хранением и переработкой полученного сырья, с дальнейшим продвижением продукции агропромышленного сектора на местные и межрегиональные рынки. Доминирующее значение приобрел автомобильный транспорт, обеспечивающий доминантную роль в ухудшении экологической обстановки. Отрицательные по геохимическим, биогеохимическим и, в числе прочих проявлений, экотоксическим эффектам последствия для окружающей среды заключаются в образовании и распространении широкого наименования газообразных веществ, элементов группы тяжелых металлов, углеводородов различного состава и реакционной способности.

Поступление их в разные среды и загрязнение ими косных, биокосных, биотических компонентов экосистем, в особенности на урбанизированных и пригородных территориях, определенно можно расценивать в качестве первостепенных, реальных факторов экологических рисков локального и районного значения в Прихоперье. Поэтому особенно важно установить значимость основных источников и причин негативных воздействий на окружающую среду рассматриваемого субрегиона. Эта значимость определяется в соответствующих параметрах последствий видов антропотехногенного прессинга на объекты окружающей среды.

Цель работы: обобщение и анализ результатов определения преимущественных видов и мощности антропотехногенных воздействий на окружающую среду в условиях урбаносреды Прихоперья, выявление основных трендов экологической обстановки и обоснование значимости материалов осуществленных эколого-мониторинговых исследований в эколого-охранной деятельности, в деле создания и эффективного использования художественно-декоративных и эколого-защитных зеленых насаждений, а также в работе по обеспечению устойчивого эколого-хозяйственного развития городских и пригородных территорий данного субрегиона.

Методы исследований

Регистрация и интерпретация уровней замусоренности и уплотнения почв и почвогрунтов осуществлялись на основе общепринятой, стандартизированной методики [16]. Плотность дорожно-тропиночной сети (ДТС) выявлялась по ее составным компонентам, в том числе не относящимся к их планировке (прикатанные газоны, протоптанные тропинки вне основных пешеходных дорожек и т.п.), и анализировалась по общей площади этих территориальных образований [17; 18]. Устанавливалась интенсивность пешеходного [19; 20] и автомобильного движения [20; 21] за выбранные единицы времени в удобной для наблюдений и регистрации транспортных средств модификации [22]. Данные мониторинга статистически обработаны, проанализированы. Результаты получены в статистически доверительном интервале 95%. В статобработке использован сервис Microsoft Office Excel 2019. Полученные средние арифметические значения показателей антропотехногенных воздействий переводились в эколого-оценочные баллы. Градация значений баллов выглядит следующим образом: 7–10 баллов – высокое значение оцениваемого показателя, 4–6 – среднее (умеренное) значение, 1–3 – низкое (незначительное) значение. Итоговый анализ выполнялся по суммам баллов по каждому из экологических показателей, характеризующих соответствующие антропотехногенные воздействия. Градация балльной оценки: 41–50 баллов – высокая антропотехногенная нагрузка, 31–40 баллов – средняя нагрузка, 21–30 баллов – низкая нагрузка, до 20 баллов – крайне низкая (незначительная) нагрузка. В итоге выявлены и дифференцированы уровни результирующих нагрузок на окружающую среду в поселениях субрегиона исследований.

Результаты исследований

В данной работе приведены результаты определения в течение многолетнего периода времени (2011–2019 гг.) антропотехногенной нагрузки на объекты окружающей среды в Прихоперье на примере муниципальных районов Воронежской области, Саратовской области. В составе первого региона рассмотрены Грибановский, Поворинский, Новохоперский, Борисоглебский муниципальные районы, в составе второго региона – Аркадакский, Ртищевский, Романовский и Балашовский районы.

Постоянные посещения населенных пунктов Прихоперья, анализ материалов экологических статистических материалов-ежегодников, а самое важное, многолетние наблюдения за качеством окружающей среды позволили установить объекты, испытывающие непосредственный антропогенно-техногенный пресс. Это прежде всего почвенный и растительный покровы, а также атмосферный воздух. Кроме того, наблюдения показали, что приоритетными источниками давления на эти среды являются автомобильный транспорт и сами жители (пешеходы). При этом нагрузка от автомобилепотоков обусловлена в последние годы, в том числе в настоящее время, развитием внутригородского и внешнего наземного транспорта обусловливающего экологически кризисное состояние окружающей среды вблизи транспортных и инженерно-коммуникационных зон. Это также объясняется территориально-планировочным, связующим и хозяйственным значением автомобильных сообщений между функциональными зонами и объектами внутри них, поселениями и их окрестными территориями, между центрами административных районов и, что особенно важно, между разными регионами.

Автомобильный транспорт в районе исследований призван в первую очередь обслуживать различные техносферные (энергетики, торговли, сферы услуг, производства, стройплощадок, топливозаправочные станции, коммунальные и многие другие), социальные и культурные объекты. Помимо производственно-хозяйственных и общественных функций автотранспорт осуществляет обеспечение частных потребностей населения. Поэтому автотранспортная активность представляет интегрированный, комплексный фактор техногенных воздействий на окружающую среду и на ее объекты.

Как свидетельствуют наблюдения и экомониторинговые исследования, автотранспортная и пешеходная нагрузка обусловливают основной фон антропогенных нарушений в биокосных, биотических и косных элементах экосистем в Прихоперье. Статистически обработанные результаты сведены в таблице 1.

Уплотненность почв наивысшая установлена в городах с максимально выраженным транспортно-хозяйственным потенциалом: в Балашове (1,38 г/см³), Борисоглебске (1,34 г/см³), Ртищево (1,32 г/см³), Поворино (1,27 г/см³). Минимальные среднеарифметические значения этого антропогенно-деградационного фактора характерны для поселений с незначительным транспортно-хозяйственным потенциалом в сравнении с вышеназванными населенными пунктами – для рабочего поселка Романовка (1,07 г/см³), городов Аркадак (1,12 г/см³), Новохоперск (1,14 г/см³) и поселка городского типа Грибановский (1,21 г/см³).

Показатели ДТС распределены аналогичным значениям уплотненности почв образом. Максимальные усредненные значения ДТС выражены в Балашове (43,2%), Борисоглебске (39,5%), Ртищево (35,3%), Поворино (32,3%). Анализ результатов определения интенсивности пешеходного и автомобильного движений выявил схожую тенденцию усиления этих деградационных условий в наиболее крупных поселениях с наибольшим совокупным транспортным и хозяйственным потенциалом. Изменение значений интенсивности передвижения пешеходов и автомобилепотоков в рассматриваемых поселениях установлено в аналогичном порядке.

 

Таблица 1 – Среднестатистические значения параметров антропотехногенной деградации объектов окружающей среды Прихоперья

Насел. пункты   Показатели деградации	Грибановский	Поворино	Новохоперск	Борисоглебск	Аркадак	Ртищево	Романовка	Балашов
Уплотнение почв, г/см³	1,21	1,27	1,14	1,34	1,12	1,32	1,07	1,38
Плотность ДТС, %	28,2	32,3	18,7	39,5	22,8	35,3	16,4	43,2
Захламленность почв, %	25,5	22,8	12,4	8,6	11,4	17,1	10,3	15,6
Интенсивность пешеходов, чел./ч.	62,7	75,8	39,9	196,5	69,2	137,6	32,1	248,4
Интенсивность автотранспорта, ед./ч.	113,9	122,8	74,1	254,3	104,2	144,6	38,5	327,3

 

При анализе параметров захламленности, являющихся, по существу, общесанитарными показателями состояния почвенного и растительного покровов и влияющих, в том числе, на показатели локального загрязнения приземного воздуха, выявлены некоторые особенности. Максимум захламленности приходится на Грибановский (25,5%) и Поворино (22,8%). В среднем, наименьшая замусоренность выявлена в Борисоглебске (8,6%), Романовке (10,3%), Аркадаке (11,4%), Новохоперске (12,4%). Такие различия в значениях связаны с соответствующим общим уровнем и периодичностью ухода за городскими и пригородными территориями. Относительно своевременная уборка населенных территорий, главным образом, в Борисоглебске, Романовке, Аркадаке, Новохоперске обеспечивает снижение токсического влияния компонентов мусора на объекты окружающей среды. Захламление представляет собой дополнительный фактор эколого-токсической и эколого-эпидемической опасности для домашних животных и (прямо и опосредованно по трофическим цепям в антропоэкосистемах) для населения и гостей данных урбанизированных районов.

Несмотря на установленные критериальные значения описываемых эколого-оценочных показателей, они не дают в полной мере возможность охарактеризовать различия в установленных среднеарифметических параметрах между поселениями. Кроме этого, затруднен и их интегрированный анализ. Поэтому для раскрытия всей полноты картины совокупного деградационного влияния общества на окружающую среду урбанизированных территорий района исследований выполнен комплексный анализ полученных среднеарифметических результатов экологического мониторинга в баллах.

Эколого-оценочные баллы дифференцированно раскрывают значимость каждого рассматриваемого антропогенно-деградационного фактора в территориальном аспекте, то есть для каждого населенного пункта. В свою очередь суммы баллов демонстрируют результирующие значения деградационных воздействий на окружающую среду на урбанизированные и пригородные территории. Данные балльной экологической диагностики антропотехногенной нагрузки в районе исследований отражены в таблице 2.

Приведенные в этой таблице результаты дифференцируют значения антропотехногенных воздействий на объекты окружающей среды на городские и пригородные территории Прихоперья. Анализ позволил разделить урбанизированные районы на группы: с высокой антропотехногенной нагрузкой – Балашов (43,8 баллов); со средним уровнем нагрузки – Борисоглебск (35,2), Ртищево (33,9 баллов); с низким значением нагрузки – Поворино (27,1) и Грибановский (25,4 балла); с крайне низкой нагрузкой – Романовка (12,4), Аркадак (18,4), Новохоперск (15,7 баллов). С учетом ежегодного роста числа автовладельцев и, соответственно, автомобильного транспорта, можно с большой долей вероятности прогнозировать усиление совокупного техногенного – физического и химико-токсического – пресса на экосистемы как в пределах урбанизированных территорий, в их окрестностях, так и в удаленных от них районах.

Обработанные и проанализированные данные реализованной программы экологического мониторинга обобщенно свидетельствуют о двух результирующих видах антропотехногенных воздействий на экосистемы и окружающую среду урбанизированных и пригородных территорий Прихоперья: 1) механических, 2) химических, и в том числе химико-токсических, загрязнителей (в составе выбросов и при последующих поступлениях вредных компонентов нефтепродуктов, соединений тяжелых металлов, газообразных и иного рода вредных веществ).

Первая группа негативных воздействий связана с прикатыванием почвенного и растительного покровов автотранспортом, притаптыванием пешеходами на городских и пригородных территориях. В результате нарушаются ярусы фитоценозов. Особенно отрицательные эффекты проявляются в уничтожении подстилки и травяного яруса, подроста древесных растений из местной флоры. Это ведет в итоге к встраиванию в растительные сообщества сорно-рудеральных растений, часть из которых обладает аллергенным и мутагенным действием на человеческий организм. Существенную опасность представляет натурализация карантинных видов растений. Проблема биологических инвазий остается актуальной для Воронежской и Саратовской областей. Ослабление и уничтожение растений с полезными свойствами в биоценотическом, эколого-стабилизирующем, эколого-реабилитационном аспектах способствует распространению инвазионных видов в первую очередь в населенных пунктах, в их окрестностях и затем в удаленных от поселений территориях. Распространение инвазионных видов порождает другие проблемы в связи изменением состава, структуры сообществ, функциональных связей, энергетических балансов и биогеохимических круговоротов в биогеоценозах.

Также значимым отрицательным последствием с экологической точки зрения является обнажение почв и почвогрунтов, когда повышается уязвимость верхнего горизонта при физических, эрозионных и химических процессах. Обнажение почв и почвогрунтов опасно еще их излишним иссушением, что обусловлено, с одной стороны, умеренно континентальным климатом Прихоперья с преобладанием аридных процессов в летние сезоны (особенно в Саратовской области), с другой – образованием пыли. Вместе с пылевыми частицами, взвешивающимися и распространяющимися воздушными потоками и дождевыми водами при смывах, происходит распространение неспецифических для почв и растительности веществ, в том числе экотоксикантов и суперэкотоксикантов. В их составе также опасные и высокоопасные тяжелые металлы, другие различные неорганические и также органические вещества вредного действия на человека, животных, растения и другие биотические объекты. Это представляет, по сути, вторичный и последующие циклы эмиссии вредных веществ, в числе которых нефтепродукты и элементы группы тяжелых металлов, и загрязнения ими различных объектов в окружающей среде городских и пригородных территорий. Последующая деградация таких объектов ведет к потере ресурсных качеств эксплуатируемых экосистем и ландшафтов.

 

Таблица 2 – Среднестатистические значения экологического состояния объектов окружающей среды Прихоперья

Насел. пункты Показатели деградации	Грибановский	Поворино	Новохоперск	Борисоглебск	Аркадак	Ртищево	Романовка	Балашов
Уплотнение почв, баллы	5,1	5,8	2,9	7,2	2,6	7,1	1,8	9,3
Плотность ДТС, баллы	5,8	7,1	4,8	9,5	5,1	8,1	4,2	9,8
Захламленность почв, баллы	8,2	7,2	4,4	2,5	4,2	8,4	4,1	5,1
Интенсивность пешеходов, баллы	2,1	2,5	1,3	7,2	2,4	5,4	1,2	9,9
Интенсивность автотранспорта, баллы	4,2	4,5	2,3	8,8	4,1	4,9	1,1	9,7
∑ баллов	25,4	27,1	15,7	35,2	18,4	33,9	12,4	43,8

 

Анализируемые объекты – почвенный покров и растительность – состоят в группе первостепенных условий (совместно с поверхностными и подземными водоисточниками, продовольственными ресурсами, качеством социального и медицинского обслуживания) в жизнеобеспечении, регуляции и оптимизации биогеохимических круговоротов (в том числе почвы и растения являются главными депонирующими вредные вещества средами). То есть данные компоненты окружающей среды во многом создают и поддерживают на необходимом уровне условия экологического комфорта для жизни, отдыха и труда местных жителей. Они предоставляют жизнеобеспечивающие экосистемные услуги для населения. Таким образом, определенные эколого-диагностические значения и установленные уровни антропотехногенных нагрузок на окружающую среду в районе исследований отражают соответствующие лимиты экологической комфортности и благоустроенности поселений. Поэтому предложенную экологическую шкалу можно использовать в качестве комплексного индикатора оценки жизнеобеспечивающих услуг природно-хозяйственных и искусственных экосистем. Перечень параметров экологической оценки, безусловно, может быть расширен. Это полезно учитывать муниципалитетами при планировании и последующей реализации работ по благоустройству, защите и оздоровлению окружающей среды.

Заключение

В целом данные выполненного экомониторинга демонстрируют два ключевых тренда. Первый показывает преимущественный характер результатов антропотехногенных воздействий на урбанизированные территории. Он выражается в соответствующих среднеарифметических значениях уплотненности почв, плотности ДТС, захламленности. Второй экологический тренд связан с основными причинами антропотехногенного прессинга на рассматриваемые экосистемы, инициирующего условия нарушения и деградации почв, растительности и вызывающие ухудшение состояния воздушного бассейна на приземном уровне. Эти изменения в указанных компонентах экосистем обусловливают потерю ими ресурсных, средоформирующих, эколого-стабилизирующих и эколого-оптимизирующих свойств, что в итоге лимитирует целостность и общую функциональность озеленительных структур.

Дифференциация баллов антропотехногенной нагрузки предоставляет возможность для выработки природоохранных и эколого-реабилитационных программ, в том числе компенсационного, защитного, защитно-декоративного и декоративного озеленения, с обязательной детализацией мер, приоритетности, эффективности. В районе исследований эти программы должны сочетаться с установленными уровнями антропотехногенной нагрузки на объекты окружающей среды и с местными градостроительными особенностями.

Грамотное использование средоформирующих, средорегулирующих, санитарно-гигиенических и комплексных утилитарных возможностей почвенного и растительного покровов в поселениях Прихоперья может позволить повысить их совокупную экологическую, ресурсную и художественно-эстетическую ценность. Важно, чтобы была выработана эффективная система управления защитой окружающей среды и природопользования с обязательным использованием экосистемного подхода к любой хозяйственной деятельности, связанной с городским и загородным природопользованием.

Предложенный балльный подход комплексного анализа важнейших эколого-диагностических признаков компонентов экосистем дает возможность объективно оценивать фактическое экологическое состояние и выявлять ситуации экологического неблагополучия как в антропогенно трансформированных территориях, так и в пределах сохранившихся природных комплексов за период эколого-мониторинговых исследований. Реализованный комплексный балльный экологический анализ являет собой контролирующий и в то же время корректирующий инструмент в экологическом проектировании и в последующей работе по конструировании новых экосистем, реконструкции и регуляции их. Он необходим также для гармоничного, эффективного управления различными сообществами, представляющими хозяйственную, декоративную, эколого-защитную и эколого-улучшающую значимость. Подобный подход в оценке экосистем представляется наиболее доступным, достоверным (в пределах статистически достоверных диапазонов средних арифметических данных мониторинга), объективным и высокоинформативным средством с научно-теоретической и прикладной точек зрения. Его можно внедрить в системы регионального и локального экологического мониторинга, ведомственного экологического контроля (в масштабах конкретных хозяйственных объектов и их объединений), в деятельность в рамках экологического проектирования.

Целесообразно использовать полученные и обработанные результаты экологического мониторинга, представленные в данной статье, в качестве ключевых критериев в экологической диагностике биокосных, косных и биотических компонентов экосистем района исследований. Ввиду того что эти объекты взаимосвязаны и взаимозависимы между собой в составе экосистем, комплексность эколого-мониторинговых исследований и последующих природоохранных и эколого-восстановительных мероприятий будет благоприятствовать общему улучшению качества окружающей среды и повышению устойчивости сообществ и других составных частей местных ландшафтов. Все приведенные наименования работ гармонично соотносятся с принципами рационального природопользования, обязательности эколого-охранной деятельности общества в ходе эксплуатации природных и природно-хозяйственных систем и, следовательно, с идеей устойчивого развития различных территорий.

About the authors

Tatyana Sergeevna Gromova

Saratov State University

Email: gromova.tatiana2015@rambler.ru

postgraduate student of Botany and Ecology Department

Russian Federation, Saratov

Irina Salavatovna Siraeva

Saratov State University

Email: irina.siraeva@mail.ru

postgraduate student of Botany and Ecology Department

Russian Federation, Saratov

Anna Sergeevna Ermolenko

Saratov State University

Email: berestnevaanna@mail.ru

postgraduate student of Botany and Ecology Department

Russian Federation, Saratov

Nikolai Viktorovich Larionov

Secondary School № 2 of Kotelniki

Email: lnv0001@yandex.ru

candidate of biological sciences, director

Russian Federation, Kotelniki

Maxim Viktorovich Larionov

Balashov Institute of Saratov State University

Author for correspondence.
Email: m.larionow2014@yandex.ru

doctor of biological sciences, associate professor, professor of Biology and Ecology Department

Russian Federation, Balashov

References

Supplementary files