Воздух стран-участниц ОИЯИ оценили с помощью мхов-биомониторов

Новости, 06 июля 2022

В 2015-2016 гг. учеными сектора нейтронного активационного анализа и прикладных исследований Отделения ядерной физики Лаборатории нейтронной физики им. И. М. Франка были проанализированы многочисленные образцы мхов, взятые на территориях сразу нескольких стран-участниц Объединенного института. Биомониторинг проведен в Беларуси, Болгарии, Вьетнаме, Грузии, Молдове, Центральной России и Чехии. Используя метод нейтронно-активационного анализа, ученые Института определяют содержание химических элементов на мхах, которые уже принято считать своего рода биомониторами. Исследование выполнено в рамках участия ОИЯИ в Программе ООН по воздуху Европы ICP Vegetation.

За работу «Атмосферные выпадения тяжелых металлов – оценка на основе анализа мхов-биомониторов: результаты одномоментного сбора мхов-биомониторов за 2015-2016 гг.» по оценке качества воздуха в государствах-членах Института, группа исследователей ЛНФ ОИЯИ получила вторую премию ОИЯИ за 2021 г. в номинации «За научно-технические прикладные работы». Над исследованием работала целая группа авторов в составе Марина Фронтасьева, Юлия Алексеенок, Константин Вергель, Инга Зиньковская, Павел Нехорошков, Анета Свозиликова Краковска, Гергана Христозова, Омари Чалигава, Чинь Тхи Тху, Никита Юшин.

Сектор ЛНФ ОИЯИ участвует в Программе ООН по воздуху Европы с 1995 года. Используя метод нейтронно-активационного анализа, они определяют содержание химических элементов на мхах. Мхи — уникальные растения для изучения пагубного влияния антропогенного воздействия на экологию. Они эффективно концентрируют загрязняющие вещества из воздуха и осадков, они не имеют корневой системы и, следовательно, вклад других источников, кроме атмосферных выпадений, в большинстве случаев ограничен. Некоторые типы мхов (Hylocomium splendens, Pleurozium schreberi, Hypnum copressiforme) распространены в широком интервале умеренных климатических зон. Сбор образцов несложен, анализ мхов значительно проще, чем анализ, скажем, осадков.

Интернациональный коллектив сектора выполняет большой объем работ для ряда стран-участниц и не участниц ОИЯИ, внося вклад в Программу ООН, в которой уже участвуют 40 стран западной и восточной Европы, а в последнее время также Канада и ряд стран Азии. С 2014 года координация этой Программой (атмосферных выпадений тяжелых металлов – оценки на основе анализа мхов-биомониторов) ведется из ОИЯИ, где на облачной платформе создана DATA MANAGEMENT SYSTEM. Именно в эту программу страны-участницы Программы передают данные по элементному анализу мхов-биомониторов (Al, As, Cd, Cr, Cu, Fe, Hg, Ni, Pb, Sb, V, Zn), а также данные по азоту (N) и стойким органическим загрязнителям. В перспективе, в программу будут также включены радионуклиды природного и антропогенного происхождения и микроплаcтик.

В ноябре 2020 года вышел в свет Отчет Координационного центра Международной программы ООН о состоянии воздушных загрязнений в Европе и частично в Азии на основе анализа мхов-биомониторов для определения тяжелых металлов, азота и стойких органических загрязнений (СОЗ) d 2015/2016 гг.

Награжденные сотрудники сектора приводят примеры своего вклада в Программу ООН по регионам, в которых они не только руководили экспедиционными работами по сбору экологических образцов, но и проводили аналитические работы, анализировали полученные результаты, интерпретировали их с применением современных статистических методов анализа больших массивов данных и строили карты распределения определяемых элементов с помощью ГИС-технологий.

Биомониторинг в Республике Беларусь

Исследования на территории Республики Беларусь в рамках программы ICP Vegetation начали проводиться с 2005 г. В 2015 г. было отобрано 86 образцов мха Pleurozium schreberi на территории Минской, Витебской и Могилевской областей. Для выявления источников загрязнения был применен факторный анализ, который выделил три группы происхождения элементов во мхах. Фактор 1 формирует ассоциацию – Na, Al, Sc, V, Fe, As, La, Sm, Tb, Hf, Ta, Th и U. Он вероятнее всего связан с почвенным влиянием, максимумы зафиксированы вблизи сельскохозяйственных полей. Фактор 2 сформирован элементами антропогенного происхождения – Zn, Cd, Ni, W, Pb. Влияние этого фактора наблюдается в нескольких местах и объясняется влиянием локальных источников – промышленные выбросы г. Минска, Бобруйска и Барановичей (Рисунок 1). Судя по тому, что элементы локализуются в разных областях и городах с отличными друг от друга типами предприятий, то выпадения этих элементов связаны с разными источниками. Фактор 3 связан с биохимическими процессами в клетках мхов и других растений, концентрирующих ассоциацию элементов – Cl, К, Ca, Mn, Br, Sr, Ba.

Рисунок 1. Пространственное распределение элементов, формирующих Фактор 2

Для каждой точки пробоотбора были рассчитаны суммарные показатели загрязнения воздуха (К3) экологически опасными химическими элементами, относящимися к нескольким классам опасности: чрезвычайно опасные − 1 класс (Pb, Cd, Se, Ba), умеренно опасные − 2 класс (Сu, Ni, Co, Sb, Br, As, Mn, V, Fe) и малоопасные − 3 класс опасности (W, Sr, Zn) (Алексеенок и др., 2021). Для отслеживания временной динамики показатель рассчитывался для площадок пробоотбора 2005 и 2015 гг. Анализ территории с помощью суммарного показателя загрязнения воздуха (Kз) показал, что в 2005 году в Минской области высокий уровень загрязнения наблюдался только в 4 местах пробоотбора. Эти площадки располагаются рядом с городами Борисов и Минск. Умеренный или средний уровень загрязнения характерен для 31% мест пробоотбора. На 15% территории наблюдается низкий уровень загрязнения, а 46% исследуемой территории не относится к загрязненной (Рис. 2).

Рисунок 2. Географическое распределение показателя К3 в исследованиях 2005 г

В 2015 году ситуация изменилась в лучшую сторону: высоких уровней загрязнения в Минской области не наблюдалось, средний уровень составил всего 8%. Низкий уровень загрязнения определен в 15% всех мест пробоотбора, а в 77% мест загрязнение отсутствует (Рис. 3).

Рисунок 3. Географическое распределение показателя К3 в исследованиях 2015 г

Сравнение данных, полученных за 2015 г., с данными 2005 г. показало, что в целом по Беларуси не наблюдается резкой изменчивости содержания металлов приоритетной группы загрязнителей за период наблюдений. Тем не менее явно прослеживается тенденция к снижению уровня накопления мхами ванадия и свинца 28 и 38% соответственно, и увеличению содержания мышьяка и кадмия на 50 и 80% соответственно (Aleksiayenak and Frontasyeva, 2018).

Литература:

  1. Алексеенок Ю. В., Вергель К. Н., Юшин Н. С.. Оценка уровней загрязнения территории Республики Беларусь атмосферными выпадениями тяжелых металлов с использованием бриоиндикации // Успехи современного естествознания. 2021. №10. С. 43-50.
  2. Aleksiayenak Y.V. and Frontasyeva M.V., 2018A ten-year biomonitoring study of atmospheric deposition of trace elements at the territory of the Republic of Belarus // Ecological Chemistry and Engineering S. 2019. Vol. 26, № 3. P. 455-464.
Биомониторинг в Болгарии

Болгария впервые присоединилась к Европейской программе UNECE ICP Vegetation в 1995/1996 гг. (Yurukova, 2000 г.). В период с 1995/1996 по 2010/2011 гг. основным аналитическим методом, используемым для определения содержания интересующих элементов, была атомно-эмиссионная спектроскопия с индуктивно-связанной плазмой (АЭС-ИСП) (Yurukova, 2000, 2006, 2010; Yurukova et al., 2014). Нейтронный активационный анализ (НАА) применялся для определения максимально возможного количества элементов, включая микроэлементы, во время обследования мхов 2000/2001 гг. (Stamenoc et al., 2002) и еще раз в 2005/2006 гг. (Marinova et al, 2010). Затем для кампаний 2015/2016 и 2020/2023 гг. в Болгарии этот метод анализа стал основным (Htistozova et al., 2020а), а содержание только трех элементов, а именно Cu, Cd и Pb, определялось дополнительно методом ИСП-АЭС. Количество точек отбора проб в каждом обследовании было следующим: 215 в 1995/1996 гг., 217 в 2000/2001 гг., 213 (Yurukova, 2010 г.) и 97 (Marinova et al., 2010 г.) в 2005/2006 г., 129 в 2010/2011 гг. , 115 в 2015/2016 и 70 в 2020/2023.

Поскольку с годами сопоставимость данных могла вызывать сомнение из-за неоднородного и непоследовательного дизайна выборки, Hristozova et al. (2020b) ретроспективно исследовали наборы данных за 2005/2006 и 2015/2016 гг., представленные по Болгарии в Программу ООН по растительности. Авторы анализировали парные точки отбора проб по двум критериям: виды мхов (Hypnum cupressiforme) и расстояние между точками отбора проб (радиус менее 8 км между двумя съемками) (рис. 1). Был проведен критический обзор схемы выборки, и в результате ее оптимизирован план в предстоящем одномоментном сборе мхов-биомониторов в 2025/2026 гг. за счет минимизации количества участков и повышения однородности сетки выборки.

Рис 1. Карты распределения свинца, иллюстрирующие закономерности отложений, определенные в ходе двух выбранных севеев мхов: 2005/2006 и 2015/2016 гг. на участках, отобранных для исследования Hristozova et al. (2020б). Интерполяции выполнялись в ArcGIS/ArcMap методом сплайновой интерполяции с натяжением. В тематических отчетах МСП по растительности использовались классификации концентраций и соответствующие цвета. Показаны места расположения известных промышленных источников выбросов Pb (завод цветной металлургии «KCM Group» и Кырджалинский Pb-Zn завод), а также диаграммы роз ветров для соответствующих регионов

Yurukova (2007) и Gribacheva et al. (2016) обобщили имеющиеся данные по Болгарии, и пришли к выводу, что «горячие точки» местных источников выбросов загрязняющих веществ связаны с производством цветных металлов, открытым способом, карьерами, историческими и действующими рудниками, а также вторичное загрязнение переносимой ветром пылью. Hristozova et al. (2020a) провели многофакторный анализ большего набора элементов и сообщили, что в севее 2015/2016 гг. добыча и сжигание угля для производства электроэнергии и отопления жилых помещений являются основными антропогенными факторами, влияющими на экологическую ситуацию в стране, за которыми следуют эффекты связанные со строительством дорог и сопутствующим загрязнением дорожного движения. Во время трех последних севеях участвовали специалисты Пловдивского университета им. Паисия Хилендарского: Гергана Христозова, Савка Маринова и Гана Гечева.

Литература:

  1. Gribacheva N, Yurukova L, Gecheva G (2016) Atmospheric pollution trends in Bulgaria within the European moss surveys. C R Acad Bulg Sci 69:151–154
  2. Hristozova G, Marinova S, Motyka O, Svozilík V, Zinicovscaia I (2020b) Multivariate assessment of atmospheric deposition studies in Bulgaria based on moss biomonitors: trends between the 2005/2006 and 2015/2016 surveys. Env Sci Poll Res 27(31): 39330–39342
  3. Hristozova G, Marinova S, Svozilík V, Nekhoroshkov P, Frontasyeva MV (2020a) Biomonitoring of elemental atmospheric deposition: spatial distributions in the 2015/2016 moss survey in Bulgaria. J Radioanal Nucl Chem 323:839–849. https://doi.org/10.1007/s10967-019-06978-9
  4. Marinova S, Yurukova L, Frontasyeva MV, Steinnes E, Strelkova LP, Marinov A, Karadzhinova A. (2010) Air pollution studies in Bulgaria using the moss biomonitoring technique. Ecological Chemistry and Engineering S 17(1):37-52
  5. Stamenov J, Iovchev M, Vachev B, Gueleva E, Yurukova L, Ganeva A, Mitrikov M, Antonov A, Srentz A, Varbanov Z, Batov I, Damov K, Marinova E, Frontasyeva MV, Pavlov SS, Strelkova LP (2002) New Results From Air Pollution Studies in Bulgaria (Moss Survey 2000–2001). Preprint E14–2002–204. JINR, Dubna
  6. Yurukova L (2000) The first Bulgarian data in the European bryomonitoring of heavy metals. BAS, Sofia. p 56
  7. Yurukova L (2006) Second Bulgarian data of the European Bryomonitoring of Heavy Metals. BAS, Sofia. p 66
  8. Yurukova L (2007) Bulgarian experience during the last 3 EU moss surveys. In: proceedings of the 7th subregional meeting on effect-oriented activities in the countries of eastern and southeastern Europe, Baia Mare, Romania. RISOPRINT, Cluj-Napoca
  9. Yurukova L (2010) Third Bulgarian data of the European bryomonitoring of heavy metals. Bulgarian Academy of Sciences, Sofia
  10. Yurukova L, Gecheva G, Popgeorgiev G (2014) “Ecological hotspots” atmospheric assessment with mosses in Bulgaria. C R Acad Bulg Sci 67:683–686
Биомониторинг во Вьетнаме

Биомниторинг во Вьетнаме в одномоментном сборе мха в 2015-2016 гг. был сосредоточен в двух районах, характеризующихся сильно различающимися источниками загрязнения: городском районе Ханоя и металлургической зоне Тайнгуен на севере Вьетнама (Рис.1). В частности, металлургическая зона Тайнгуен работает с 1960-х годов до настоящего времени. Было отобрано 54 образца мха в соответствии со стандартной процедурой отбора проб, принятой в Программе UNECE ICP Vegetation.

Риcунок 1. Пробоотбор во Вьетнаме в районе Ханоя и Тайнгуен. Стрелка показывает расположение металлургического комбината

Двумя аналитическими методами (ААС и ИНАА) в образцах мха было определено 38 элементов. Для загрузки в факторный анализ (ФА) были выбраны те элементы, которые характеризуют источники загрязнения. Для набора данных Ханоя 85,4% объясняется четырьмя основными факторами: фактор 1 (34,21%) может быть связан с транспортной деятельностью; фактор 2 (27,4%) может быть связан с местной почвенной составляющей. Остальные факторы 3 и 4 (13,57% и 10,18%, соответственно) могут быть связаны с различными видами деятельности в выбранных секторах Ханоя. Для набора данных Тайнгуена четыре основных фактора объясняют 81,9 % общей вариации. Фактор 1 (44,92%) местного легкого и тяжелого компонента почвы, усиленный горнодобывающей деятельностью, фактор 2 (22,11%) металлургической промышленности, фактор 3 (8,15%) деятельности по добыче угля и цветных металлов и фактор 4 (6,73%) прочей деятельности. Процент общего количества факторов показывает два очень разных типа загрязнения в Ханое и Тайнгуэне. В состав загрязнения Ханоя входит высокая доля городского транспорта (34,2%), довольно высокая доля почвенных компонентов (27,4%) и доли разнообразной деятельности (13,6%, 10,2%). В состав загрязнения Тайнгуэна входят первые три основных фактора (75,2%), связанные с промышленной деятельностью, и последний только 6,8%, связанный с другой антропогенной нагрузкой.

Литература:

  1. Hung Nguyen Viet , Marina Vladimirovna Frontasyeva, Thu My Trinh Thi, Daniel Gilbert, Nadine Bernard. Atmospheric heavy metal deposition in Northern Vietnam: Hanoi and Thainguyen case study using the moss biomonitoring technique, INAA and AAS. In: Environ Sci Pollut Res (2010) 17:1045–1052 DOI 10.1007/s11356-009-0258-6
Биомониторинг в Грузии
C 2014 года Грузия участвует в Программе UNECE ICP Vegetation. Первые исследования мхов в Грузии были проведены в период с 2014 по 2017 год.

Сбор образцов в горах Грузии

В исследовании использовались 3 вида мха: Pleurozium schreberi, Hypnum cupressiforme и Hylocomium splendens. Всего, с 2014 года по 2017 год, было собрано 120 образцов мха с разных высот от 161 м до 2763 м над уровнем моря. Отбор проб проводился в соответствии с рекомендациями UNECE ICP Vegetation.

Методом эпитепловой нейтронной активации на реакторе ИБР-2 ЛНФ ОИЯИ были определены концентрации 39 элементов (Na, Mg, Al, Cl, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, As, Se, Br, Sr, Zr, Mo, Pb, Sb, I, Cs, Ba, La, Ce, Nd, Sm, Eu, Tb, Yb, Hf, Ta, W, Au, Th, U). Концентрации Cu, Cd и Pb были получены методом атомно-абсорбционной спектрометрии. Для графического представления данных использовались инструменты ГИС. В качестве примера карта распределения мышьяка, хрома, свинца и ванадия во мхах представлена на рис. 1.

Рис. 1. Распределение мышьяка (As), хрома (Cr), свинца (Pb) и ванадия (V) в образцах мхов (Примечание: черные точки на карте — места отбора проб)

Для выявления ассоциаций химических элементов и характеристики источников элементов-загрязнителей, определенных в пробах, применялась многомерная статистика. Факторный анализ выявил геогенные факторы с редкоземельными элементами, также смесь геогенных и антропогенных элементов, а также промышленные и морские компоненты.

Было определено несколько очагов с повышенным содержанием атмосферных выпадений токсичных элементов, среди них надо отметить металлургические предприятия и горнодобывающие предприятия, такие как машиностроительный завод в Кутаиси, Зестафонский завод ферросплавов, заброшенные месторождения мышьяка в д. Урави, Чиатурский горнорудный комплекс и другие. Для визуализации пространственного распределения «горячих точек» использовался индекс нагрузки загрязнения PLI (Pollution Load Index) (рис. 2) [1-3].

Сравнение установленных значений элементов с соответствующими данными стран Европы показало, что концентрации тяжелых металлов во мхах, собранных в Грузии, в основном выше.

Рисунок 2. Пространственное распределение индекса нагрузки загрязнения PLI (Pollution Load Index)

Полученные результаты, свидетельствуют о том, что на распределение элементов большую роль играет не только антропогенные факторы, но и такие факторы как направление ветра, рельеф гор Большого и Малого Кавказа, а также климатические зоны Восточной и Западной Грузии, что в значительной степени способствуют выветриванию и переносу элементов из морских и/или горных зон. В конечном итоге все эти факторы влияют на степень накопления микроэлементов мхами из атмосферы, а ассоциация пород земной коры и почвы выявляет значительный вклад геогенных элементов, что в нашем случае неизбежно.

Полученные данные могут быть использованы в качестве исходных данных для характеристики и отслеживания динамики загрязнения воздуха металлами в Грузии.

Литература:

  1. Shetekauri, S.; Shetekauri, T.; Kvlividze, A.; Chaligava, O.; Kalabegeshvili, T.; Kirkesali, E.I.; Frontasyeva, M.V.; Chepurchenko, O.E. Preliminary results of atmospheric deposition of major and trace elements in the Greater and Lesser Caucasus Mountains studied by the moss technique and neutron activation analysis. Ann. Bot. 2015, 89–95.
  2. Shetekauri, S.; Chaligava, O.; Shetekauri, T.; Kvlividze, A.; Kalabegishvili, T.; Kirkesali, E.; Frontasyeva, M.V.; Chepurchenko, O.E.; Tselmovich, V.A. Biomonitoring air pollution with moss in Georgia. Polish J. Environ. Stud. 2018, 27, 2259–2266.
  3. Chaligava, O.; Shetekauri, S.; Badawy, W.M.; Frontasyeva, M.V.; Zinicovscaia, I.; Shetekauri, T.; Kvlividze, A.; Vergel, K.; Yushin, N. Characterization of Trace Elements in Atmospheric Deposition Studied by Moss Biomonitoring in Georgia. Arch. Environ. Contam. Toxicol. 2020.
  4. Frontasyeva, M.; Harmens, H.; Uzhinskiy, A.; Chaligava, O.; Participants of the Moss Survey. Mosses as Biomonitors of Air Pollution: 2015/2016 Survey on Heavy Metals, Nitrogen and POPs in Europe and beyond; Report of the ICP Vegetation Moss Survey Coordination Centre; Joint Institute for Nuclear Research: Dubna, Russian, 2020; p. 136. ISBN 978-5-9530-0508-1.
Биомониторинг в Республике Молдова

Республика Молдова присоединилась к Европейской программе «Атмосферные выпадения тяжелых металлов в Европе – оценки на основе анализа мхов» в 2015 году, когда на территории страны были отобраны 33 образца мха (рис. 1). Используя метод нейтронного активационного анализа в пробах мха были определены 38 элементов: Na, Mg, Al, Cl, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Se, Br, Rb, Sr, Zr, Cd, Sb, Cs, Ba, La, Ce, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Tm, Yb, Hf, Ta, W, Th, and U и 3 элемента (Cu, Cd и Pb) определили методом атомно-абсорбционной спектрометрии. Для классификации источников загрязнения применяли факторный анализ, который позволил выделить три группы элементов во мхах. Фактор 1 — почвенно-антропогенный фактор включил в себя целый ряд элементов источниками, которых могут быть процессы выветривания поверхностного слоя земной коры (Al, Fe, Ti, Cs, La, Th, U) и промышленная деятельность (Fe, Cr, As, V и U). Самые высокие концентрации данных элементов были определены в районах городов Бельцы и Кишинев. Фактор 2 включил в себя Cl, Se и Sr, элементы необходимые для протекания биохимических процессов. Третий фактор включил в себя такие элементы как Pb, Sb и Zn, источником повышенных концентраций которых является транспорт.

Для оценки степени загрязнения окружающей среды в стране был рассчитан ряд индексов как для всего массива данных, охватывающего всю территорию Республики Молдова, так и для Кишинева и Бельц отдельно. Согласно значениям индекса загрязнения и индекса геоаккумуляции степень загрязнения территории Республики Молдова варьирует от незагрязненной до умеренно загрязненной, в то время как города Кишинев и Бельцы подвержены повышенному экологическому стрессу. Основными источниками загрязнения воздуха тяжелыми металлами на территории Республики Молдова являются транспорт, промышленная и сельскохозяйственная деятельность, тепловые электростанции, а также добыча полезных ископаемых.

Рисунок 1. Карта Молдовы с указанием точек отбора проб (а), а также распределения факторов 1 (б), 2 (в) и 3 (г), соответственно

Литература:

  1. Zinicovscaia, I., Hramco, C., Duliu, O.G., Vergel, K., Culicov, O.A., Frontasyeva, M. V., Duca, G. Air Pollution Study in the Republic of Moldova Using Moss Biomonitoring Technique. In: Environmental Contamination and Toxicology. 2017, nr 98, pp. 262–269. ISSN 0007-4861
Биомониторинг в Центральной России

Биомониторинг в Центральной России проводился в Московской, Тульской, Ярославской, Владимирской, Тверской, Ивановской, а также в Ленинградской областях.

В Московской области проведено уже 3 широкомасштабных исследования. Первое исследование в 2004 году охватывало небольшую часть северо-востока региона и включало 26 точек пробоотбора. Второй пробоотбор в 2014 году охватывал уже большую часть севера и северо-востока области и включал 39 точек пробоотбора, а третий севей в 2019 году охватывал уже всю территорию Московской области и включал 156 точек пробоотбора (рис.1).

Рис. 1 Карта пробоотбора в 2004, 2014 и 2019 годах

В результате комбинации нейтронного активационного анализа и атомно-абсорбционной спектрометрии были получены содержания 40 элементов в каждом из исследований. При помощи статистических методов были выявлены основные источники выбросов поллютантов в атмосферный воздух. Во всех трех севеях основными источниками являлись транспорт и промышленные предприятия, расположенные в городах-спутниках вокруг Москвы: Балашиха, Мытищи, Электросталь, Подольск и др. Выявлено, что восточная часть региона более загрязнена, чем западная (рис.2).

Рис. 2 Карты распределения Co и Cr на территории Московской области в 2019 г.

В 2018 году впервые были проведены биомониторинговые исследования на территории Владимирской и Ярославской областей. Было отобрано 73 и 53 точки пробоотбора, соответственно (рис. 3).

Рисунок 3. Карты пробоотбора на территории Владимирской и Ярославской областей

По результатам проведенного НАА и ААС были определены содержания более 30 элементов. Применение статистических методов позволило выявить основные источники загрязнения на изучаемой территории: предприятия топливно-энергетического комплекса, нефтеперерабатывающие предприятия, расположенные в Ярославле и Тутаеве, индустриальные предприятия г. Рыбинска, а также транспорт (рис. 4 и 5).

Рисунок 4. Карта распределения As и Fe на территории Владимирской области

Рисунок 5. Карта распределения Ni и Sb на территории Ярославской области

Исследования в Ленинградской области проводились в районе города Тихвин. В 2010 году было отобрано 36 проб мха, а в 2017 году собраны образцы с 37 точек пробоотбора (рис.6).

Константин Вергель, сбор мхов в Московской области

В результате анализа было определено содержание 37 элементов. С использованием факторного анализа были выявлены основные источники загрязнения, а при помощи подсчета коэффициентов загрязнения были выявлены уровни воздействия на окружающую среду. Основным источником на исследуемой территории является Тихвинский ферросплавный завод. Отмечено также, что воздействие этого завода в 2017 году заметно снизилось по сравнению с первым исследованием (рис. 7).

Рисунок 6. Карта пробоотбора в Ленинградской области в 2010 и 2017 годах

Рис. 7. Карта распределения хрома в Тихвинском районе Ленинградской области

Литература:

  1. Vergel, K.; Zinicovscaia, I.;Yushin, N.; Chaligava, O.;Nekhoroshkov, P.; Grozdov, D. Moss Biomonitoring of Atmospheric Pollution with Trace Elements in the Moscow Region, Russia.Toxics2022,10, 66. https://doi.org/10.3390/toxics10020066
  2. Vergel, K., Zinicovscaia, I., Yushin, N. et al. Heavy Metal Atmospheric Deposition Study in Moscow Region, Russia. Bull Environ Contam Toxicol 103, 435–440 (2019). https://doi.org/10.1007/s00128-019-02672-4
  3. Вергель К.Н., Фронтасьева М.В., Каманина И.З., Павлов С.С. Биомониторинг атмосферных выпадений тяжелых металлов на северо-востоке Московской области с помощью метода мхов-биомониторов// Журнал «Экология урбанизированных территорий» №3 2009
  4. Vergel, K., Zinicovscaia, I., Yushin, N., & Gundorina, S. (2020). Assessment of atmospheric deposition in Central Russia using moss biomonitors, neutron activation analysis and GIS technologies. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. doi:10.1007/s10967-020-07234-1
  5. Вергель К.Н., Горяйнова З. И., Вихрова И.В., Фронтасьева М.В. Метод мхов-биомониторов и ГИС-технологии в оценке воздушных загрязнений промышленными предприятиями Тихвинского района Ленинградской области// Журнал «Экология урбанизированных территорий» №2 2014
Биомониторинг в Чехии

Согласно карте Европейского агентства по окружающей среде (ЕАОС), представляющей среднегодовые концентрации PM10 в 2016 году, территориями с самыми высокими аэрозольными пылевыми нагрузками являются Польша, Чешская Республика, Моравско-Силезский край, особенно в районах Остравы и Карвины. В 2015 году с использованием ГИС-технологий был выбран участок отбора проб и создана сеть точек отбора проб на чешско-польских приграничных территориях с самыми высокими в Европе аэрозольными запыленностями. Также в одном месте были собрано разные виды мхов для возможности сравнения их сорбционной способности. Сеть также была расширена до мест, где загрязнение не ожидалось. Всего было отобрано 44 пробы с 41 точки отбора проб регулярной сетью на площади 1600 км2 (40 х 40 км). В 2016 г. сеть была расширена еще на 44 точки отбора проб, где всего было отобрано 50 проб мхов (рис. 1). Отбор проб проводился в квадратной сети со стороной 60 км, площадью 3600 км2, где точки находятся на расстоянии не более 10 км друг от друга. Всего опробовано 85 локаций, взято 94 пробы мхов.

Рисунок 1. Территория пробоотбора

Индексы загрязнения окружающей среды, а именно коэффициент загрязнения (CF), индекс геоаккумуляции (Igeo), коэффициент обогащения (EF) и индекс нагрузки загрязнения (PLI) позволили выделить элементы, концентрации которых соответствуют природному фону, и элементы, концентрация которых свидетельствующие о загрязнении окружающей среды.

Рисунок 2. Карта пробоотбора

В течение 2015, 2016 годов было собрано 99 проб мхов. Определение концентраций элементов проводили с помощью инструментального нейтронного активационного анализа. Факторный анализ (метод главных компонент) позволил места, наиболее типичные для изучаемой территории в непосредственной близости от металлургических заводов, что позволяет предположить, что доминирующим загрязнителем в данной области, является металлургическая промышленность. Путем иерархической кластеризации территория была разделена по типу загрязнения на три группы, состоящие из группы промышленного влияния, группы с преобладающими выбросами от бытового отопления, а также промышленных выбросов от дальней передачи и так называемой чистая группа (рис. 3). Во всех факторах имело место пересечение набора элементов Sm, W, U, Tb и Th, которые были определены как элементы-загрязнители и концентрации которых не приближаются к естественному фону исследованных местоположений. Элементы выбрасываются, в частности, металлургической промышленностью. Sm и Th применяются в ряде химических производств. Кроме того, Tb используется электронной промышленностью. W и U представляют собой существенные соединения угля. Высокие концентрации в пробах, поступающих из районов, где отсутствуют локальные источники загрязнения, могут быть связаны с климатической точкой зрения, особенно с преобладающим направлением ветра, и переносом загрязнения на большие расстояния.

Рисунок 3. Результат иерархической кластеризации по трем компонентам

Литература:

  1. Svozilík, V., Svozilíková Krakovská, A., Bitta, J., & Jančík, P. (2021). Comparison of the air pollution mathematical model of pm10 and moss biomonitoring results in the tritia region. Atmosphere, 12(6) doi:10.3390/atmos12060656
  2. Svozilíková Krakovská, A.; Svozilík, V.; Zinicovscaia, I.; Vergel, K.; Jančík, P. Analysis of Spatial Data from Moss Biomonitoring in Czech–Polish Border. Atmosphere 2020, 11, 1237. https://doi.org/10.3390/atmos11111237
  3. Svozilík, V., Krakovská, A., Bitta, J., Lacková, E., & Jančík, P. (2016). Characterization of air pollution in moravia-silesia region. Paper presented at the International Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying Geology and Mining Ecology Management, SGEM, 3(BOOK 4) 99-106
  4. Svozilíková Krakovská, A. Analýza Prostorových Dat z Biomonitoringu v Pr °umyslových Oblastech. Ph.D. Thesis, VSB–Technical University of Ostrava, Ostrava, Czech Republic, 2020