Оценка и прогноз техногенного загрязнения локальных экосистем химическими элементами на основе балансовых расчетов

Глава 4. Оценка и прогноз загрязнения почв тяжелыми металлами из атмосферных выпадений.

4.1. Модель загрязнения почв ТМ. В основу модели загрязнения почв положено представление о формировании техногенных аномалий за счет пылевых выпадений, характеризующихся избыточными по отношению к фону почв концентрациями ТМ, при участии некоторого количества растворенных форм элементов, которые могут переходить в твердую фазу при взаимодействии атмосферных осадков с почвами (за счет процессов сорбции, образования труднорастворимых соединений).

Изменение запасов ТМ в почвах (почвенном объеме V=Sh) определяется выражением:

В связи с тем, что наиболее технологичными из существующих методов оценки атмосферных выпадений являются снеговые съемки, оптимальным вариантом решения задач по прогнозу загрязнения почв является проведение расчетов по твердой фазе выпадений в зимний период с введением поправочных коэффициентов, учитывающих сезонную динамику и растворенные формы в поступлении.

С учетом сезонной динамики поступление ТМ с пылевыми выпадениями, приходящимися на площадь почв S за год, и общая масса пыли составляют:

где P_з^ТМ_взв и - интенсивности выпадений взвешенных форм ТМ и пыли в зимний период (г/км²сут, кг/км²сут) продолжительностью T_з (сут); k^ТМ_pл/pз и k^П_pл/pз - отношение нагрузок взвешенных форм ТМ и пыли в летний и зимний периоды. Оценки выпадений в летний период, необходимые для получений коэффициентов k^ТМ_pл/pз, k^П_pл/pз, могут быть получены по результатам пылевых смывов.

В основе определений коэффициентов ƒ^взв, ƒ^p лежат соотношения потерь взвешенных и растворенных форм ТМ при выносе с поверхностной составляющей речного стока (W^взв, W^p) и аккумуляции в донных отложениях и их поступления на площадь водосбора с атмосферными выпадениями:

С учетом коэффициентов (k^ТМ_pл/pз, k^П_pл/pз, K_p, ƒ^взв, ƒ^p) изменение запасов тяжелых металлов в почвах за год определяется уравнением:

где τ^П = T_з/T+k^П_pл/pз(1-T_з/T); τ^ТМ = T_з/T+k^ТМ_pл/pз(1-T_з/T) - коэффициенты пересчета нагрузок пыли и ТМ в зимний период на средние за год с учетом летних выпадений.

Расчет прогнозируемых (на конец расчетного периода n) концентраций ТМ в почвах (слое мощностью h) может осуществляться по уравнению: C(n) = C(0) + ∑ΔQ_ТМ/h^.d, где C(n) и C(0) - прогнозируемые и текущие концентрации ТМ в почвах (C(0) = C_Ф на начало техногенного воздействия); d - плотность почв.

4.2. Балансовые расчеты загрязнения почв в НП <Лосиный остров>.

Предыдущими исследованиями (Самаев и др., 1998, Николаев и др., 2000) установлено, что основными загрязнителями почв являются Zn, Pb, Cu, Ni, Mo и Ag.

Расчеты загрязнения почв указанными элементами включали: 1) оценку поступления загрязнителей в зимний (холодный) период (Т_з=140 сут); 2) определение коэффициентов: а) распределения между взвешенной и растворенной формами ТМ в выпадениях (K_p); б) учитывающих разницу в нагрузках твердофазных выпадений в летний и зимний периоды (k^ТМ_pл/pз, k^П_pл/pз); в) характеризующих потери взвешенных и растворенных форм ТМ при выносе с речным стоком и аккумуляции в аллювии (ƒ^взв, ƒ^p); 3) проведение расчетов загрязнения почв за период техногенного воздействия и проверку модели путем сопоставления расчетных и прямых оценок аккумуляции ТМ в почвах; 4) прогноз загрязнения почв ТМ из атмосферных выпадений.

Расчеты загрязнения почв были проведены для частей парка, находящихся под воздействием: а) промышленных; б) транспортных источников.

Поступление ТМ от промышленности и транспорта для их взвешенных форм определяется интенсивностью выпадений пыли и содержанием в ней загрязнителей.

Пылевая нагрузка на территории парка (по данным снеговой съемки, 2000 г.) варьирует от 12 до 120 кг/км²сут, составляя в среднем 50 кг/км²сут, что соответствует минимальному уровню загрязнения атмосферного воздуха (Гуляева, 2002).

Выпадения от промышленных источников г. Москвы (рис.1) перекрывают всю московскую часть парка. На фоне относительно равномерного поступления пыли от многочисленных предприятий (60-90 кг/км²сут в краевых частях, 30-60 кг/км²сут - во внутренних) выделяется шлейф выпадений от ТЭЦ-23 с максимумом (до 100 кг/км²сут) в долине р. Яузы. Выбросы предприятий гг. Королев и Мытищи приводят к интенсивным (> 60 кг/км²сут) выпадениям пыли только в краевых частях парка.

Общий план распределения пылевой нагрузки от промышленных источников городов осложнен пылевыми выпадениями от автомагистралей, в полосе 200 м от которых их интенсивность может составлять 185 кг/км²сут (по данным около МКАД).

Содержания ТМ в снеговой пыли на территории парка многократно превышают фон почв: в 8 раз - для Ni и Mo, в 15-18 раз - для Cu, Zn, в 24 раза - для Pb, в 75 раз - для Ag (по данным на озоленную взвесь). Вблизи автомагистралей содержания ТМ в выпадениях в среднем 2,8 0,9 раз ниже, что связано с поступлением большого количества крупнодисперсной пыли с низкими содержаниями ТМ, образующейся при разрушении дорожного полотна.

Структура выпадений взвешенных форм ТМ, составляющих на территории парка для Zn, Cu, Pb, Ni - n - 10n г/км2сут; для Mo, Ag - 0,01n-0,1n г/км²сут, определяется распределением пылевой нагрузки.

Поступление растворенных форм ТМ достаточно равномерно, не коррелирует с выпадениями их взвешенных форм (-0,06 =< r =< 0,22 при r_5%=0,287) и составляет на территории парка n^.10 г/км²сут Zn; n - n^.10 г/км²сут Cu, Ni; n г/км²сут Pb; 0,01^.n - n г/км²сут Ag. Транспортная составляющая в их поступлении проявляется слабо.

При относительно равномерном поступлении растворенных форм ТМ на территории парка структура выпадений, характеризуемая суммарными нагрузками, определяется пространственным распределением их взвешенных форм.

Вынос тяжелых металлов из экосистемы происходит, главным образом, с водами рек и ручьев, дренирующих отдельные участки территории парка. Определения коэффициентов, характеризующих потери ТМ при выносе с речным стоком и аккумуляции в аллювии (ƒ^взв, ƒ^p), были проведены для бассейна р.Ички.

Поступление ТМ с выпадениями на водосбор (S=23км²) рассчитывалось по данным 2000 г. (см. рис.1). Вынос ТМ с речным стоком оценивался по результатам ежемесячного опробования и замеров расходов воды на створе, расположенном на выходе реки из парка (2001-02 гг.). Выделение на гидрографе фаз зимней межени, весеннего половодья и летне-осеннего периода позволило оценить объемы речного стока и, с учетом определенных содержаний в воде ТМ, общий вынос Cu, Zn, Pb, Ni.

Сопоставление данных по поступлению ТМ с выпадениями на водосбор и их выносу с поверхностной составляющей речного стока (грунтовая составляющая была исключена по интенсивностям выноса ТМ в межень) позволило определить значения ƒ_w^взв, ƒ^p, характеризующих потери ТМ из экосистемы с речным стоком (табл.1).

Таблица 1. Соотношение поступления ТМ с выпадениями и выноса с речным стоком р.Ички
Элемент	Холодный период			Теплый период			Год
	QTM,г/км2	WTM,г/км2	WTM/QTM,%	QTM,г/км2	WTM,г/км2	WTM/QTM,%	QTM,г/км2	WTM,г/км2	WTM/QTM,%
Взвешенные формы ТМ
Cu	1080	83	7,7	2205	35	1,6	3285	117	3,6
Zn	2592	422	16,3	5292	191	3,6	7884	613	7,8
Pb	1176	57	4,8	2401	26	1,1	3577	83	2,3
Ni	552	30	5,4	1127	13	1,2	1679	43	2,6
Растворенные формы ТМ
Cu	636	361	57	1299	157	12	1935	517	27
Zn	3600	2139	59	7350	635	8,6	10950	2774	25
Pb	240	113	47	490	70	14	730	183	25
Ni	900	339	38	1838	261	14	2738	600	22

В соответствии с распределением поверхностной составляющей речного стока основная масса ТМ выносится в половодье (69 1% - по взвешенным, 67 9% - по растворенным формам от потерь загрязнителей за год).

Вынос взвешенных форм ТМ за год составляет в среднем 2,8% для Cu, Pb и Ni от их поступления с выпадениями на водосбор и 7,8% для Zn, имеющего дополнительные источники поступления (оцинкованная сетка на участках русла).

Приведенные данные характеризуют потери ТМ, обусловленные выносом пыли, поступившей с водосбора с талым/дождевым стоком, и русловых наносов.

Результаты сопоставления содержаний ТМ в пыли, взвеси и аллювии показывают, что мутность воды в половодье в среднем на 30% обеспечивается пылью, поступающей в русло с талым стоком. В выносе взвешенных форм ТМ в половодье доля пыли составляет 54-69% для Cu, Pb и Ni и 24% для Zn.

Полагая, что вклад пылевых выпадений в вынос взвешенных форм элементов в паводки не выше, чем в половодье, можно оценить потери ТМ за год, обусловленные выносом пыли. Они составляют для Cu - 2,3%, для Zn - 1,9%, для Pb - 1,6%, для Ni - 1,4% (в среднем 1,8%) от их количества, поступившего на водосбор.

Вынос растворенных форм ТМ определяется водным балансом реки. В половодье выносится 38-59% Cu, Zn, Pb, Ni, аккумулированных в снеге (в среднем 50%), что соотносится со значением коэффициента стока талых вод ƒ_r =0,5-0,6 (при влагозапасах в снежном покрове в бассейне 100-120 кг/км²). В целом за год потери растворенных форм ТМ составляют 22-27% от их поступления с выпадениями.

Поступающие с водосбора в русло ТМ частично аккумулируются в донных отложениях. Значения коэффициента α', полученные при сопоставлении запасов ТМ в донных отложениях р.Ички и почвах в полосе около МКАД (S=6 км²) в пределах бассейна (без учета запасов в почвах на остальной площади водосбора), составили для Cu - 0,011, Zn - 0,012, Pb - 0,009, Ni - 0,008, Мо - 0,007, Ag - 0,003.

Поскольку вынос с речным стоком и аккумуляция в донных отложениях практически не имеют значения в перераспределении взвешенных форм ТМ, поступивших с выпадениями в экосистему (ƒ_w^взв→0, α'→0), при расчетах загрязнения почв их потерями можно пренебречь (ƒ^взв = ƒ_w^взв + α' → 0).

Потери растворенных форм ТМ при несущественных вариациях величины коэффициента ƒ^p для Cu, Zn, Pb и Ni могут быть учтены при использовании его среднего значения по указанным элементам (ƒ^p =0,25).

Оценка и прогноз загрязнения почв от промышленных источников проводились на основе результатов снеговой съемки 2000 г. (с исключением из выборки проб вблизи автомагистралей) в соответствии со схемой районирования территории парка по удаленности ее участков от промышленных объектов (рис.2).

Интенсивности выпадений пыли и ТМ в ее составе обратно коррелируют с расстоянием до промышленных объектов. Характер убывания нагрузок при удалении от множественных источников при аппроксимации фактических данных может быть описан уравнением вида P(x) = b / x^a, где х - расстояние от границ промышленных зон, значение показателя степени a→0,6 (рис.3).

Результаты расчетов интенсивностей выпадений в интервалах различной удаленности от промышленных объектов (табл.2) показывают, что около 45-50% загрязнителей выпадает на удалении до 1 км от источников. Поступление ТМ с пылевыми выпадениями в ближайшем от источников интервале 0-1 км в 4,2-5,7 раз больше, чем в наиболее удаленных от них частях парка (в интервале 4-5 км).

Поскольку выпадение растворенных форм ТМ на территории парка достаточно равномерно, убывание значений K_p определяются, главным образом, градиентом нагрузок взвешенных форм элементов. В наиболее приближенном к источникам выбросов интервале 0-1 км взвешенные формы ТМ обеспечивают 40-50% для Zn, Ni, 70% для Cu, Ag и 90% для Pb от их поступления в зимний период. Доля взвешенных форм элементов в выпадениях на расстоянии 4-5 км от источников составляет около 15% (Zn, Ni), 30-35% (Cu, Ag) и 60% (Pb). Полученные данные по соотношениям взвешенных и растворенных форм ТМ свидетельствуют о значительной роли последних в формировании загрязнения почв.

Таблица 2. Средние нагрузки пыли, взвешенных форм ТМ и значения Кр в выпадениях в зимний период на различном расстоянии от промышленных источников
Загрязнитель	Характеристика	Расстояние от промышленных источников, км
		0-1	1-2	2-3	3-4	4-5	0-5
Пыль	1-PП, кг/км2сут	52	32	28	25	23	32
	2-PП, кг/км2сут	27	11	8,7	7,3	6,5	12
Cu	Pвзв, г/км2сут	15,9	5,4	4,0	3,2	2,8	6,3
	Кр	2,33	0,97	0,74	0,62	0,55	1,04
Zn	Pвзв, г/км2сут	25,8	8,8	6,4	5,2	4,5	10,1
	Кр	0,70	0,34	0,27	0,23	0,21	0,35
Pb	Pвзв, г/км2сут	15,2	5,2	3,8	3,1	2,6	6,0
	Кр	9,6	3,1	2,2	1,8	1,5	3,6
Ni	Pвзв, г/км2сут	5,0	2,2	1,7	1,4	1,2	2,3
	Кр	0,88	0,31	0,23	0,19	0,16	0,35
Mo	Pвзв, г/км2сут	0,35	0,15	0,11	0,10	0,08	0,16
	Кр	нет данных
Ag	Pвзв, г/км2сут	0,28	0,10	0,07	0,06	0,05	0,11
	Кр	2,55	0,91	0,64	0,55	0,45	1,02
Примечание: приведены данные по общей (1) и озоленной (2) пыли

Сопоставление нагрузок взвешенных форм ТМ в зимний и летний периоды (по данным пылевых смывов с листьев березы) не выявило расхождений в течение года (k^ТМ_pл/pз=1,1 0,2), т.к. увеличение интенсивности пылевых выпадений летом (k^П_pл/pз =3,2 по неорганической пыли) компенсируется снижением в них содержаний элементов. Равномерное поступление ТМ свидетельствует об отсутствии значимых сезонных изменений в технологии промышленного производства в настоящее время.

Оценка интенсивностей выпадений пыли и ТМ в ее составе в интервалах различной удаленности от промышленных объектов в зимний период и значений коэффициентов К_р, k^ТМ_pл/pз, k^П_pл/pз позволила с учетом потерь ТМ ( =0 =0,25) провести расчеты загрязнения почв (при условии С(0)=С_ф).

При получении расчетных оценок загрязнения за период интенсивного развития промышленного производства в Московском регионе (с конца 1930-х гг.) была учтена динамика нагрузок загрязнителей, установленная при использовании результатов снеговых съемок 1978, 1988 гг., проведенных МОМГЭ ИМГРЭ.

Сравнительный анализ данных показал (табл.3), что за период с 1978 по 2000 гг. поступление загрязнителей (кроме Ag) на территорию парка снизилось в связи с внедрением оборудования по очистке выбросов на предприятиях в середине 1980-х гг. и спадом производства в 1990-е гг. Сокращение нагрузок по Cu, Zn, Pb, Mo обусловлено соответствующим уменьшением пылевых выпадений, по Ni - дополнительным снижением содержаний в пыли, связанным с переводом ТЭЦ-23 с мазутного топлива на природный газ (1995 г.). Поток Ag в окружающую среду резко возрос за последнее десятилетие, что, вероятно, вызвано интенсивным развитием строительной отрасли и внедрением в производство и потребление новых материалов.

Таблица 3. Динамика нагрузок пыли и ТМ в ее составе в НП <Лосиный остров> за период 1978-2000 гг. (по данным снеговых съемок)
Год	Пыль	Cu	Zn	Pb	Ni	Mo	Ag
Р1978/Р2000	4,0	3,5	5,3	3,9	13,1	5,6	0,8
Р1988/Р2000	1,1	1,2	2,6	1,6	3,8	1,7	0,3

Расчеты аккумуляции ТМ в почвах проводились на период общей продолжительностью 60 лет (по нагрузкам 1978 г. - на 40 лет, за 1988 г.- на 10 лет, за 2000 г. - на 10 лет). Для Ni, поступающего в основном с выбросами ТЭЦ, при расчетах по значениям интенсивностей за 1978, 1988 гг. была учтена разница в нагрузках в течение года, оцененная исходя из соответствия динамики его летних выпадений и нагрузок прочих элементов за период 1978-2000 гг. (k^ТМ_pл/pз =0,35).

Для проверки модели проводилось сопоставление расчетных данных с прямыми (фактическими) оценками аккумуляции ТМ в почвах, полученными по результатам их опробования в 1998 г.

На фоне слабых вариаций среднеаномальных содержаний удельные запасы ТМ в почвах (слое 0,1 м) убывают от внешней зоны (0-1 км) к внутренней (4-5 км) в 3 - 12 раз: Cu - с 1041 до 386 кг/км², Zn - с 4491 до 1432 кг/км², Pb - с 857 до 178 кг/км², Ni - с 1193 до 98 кг/км², Mo - с 67 до 22 кг/км², Ag - с 5,1 до 2,2 кг/км². Аномалии ТМ (вне влияния транспортных магистралей) занимают на удалении до 1 км от источников 36 7%, 1-2 км - 22 4%, 2-3 км - 18 7%, 3-4 км - 14 4%, 4-5 км - 11 4% площадей зон, попадающих в заданные интервалы (в среднем 21% площади НП <Лосиный остров>).

Отношение расчетных и фактических оценок загрязнения в интервале 0-5 км от промышленных объектов для рассматриваемых элементов близко к единице (1,1 0,1), что свидетельствует об удовлетворительной сходимости данных (рис.4). Наибольшие расхождения в оценках загрязнения почв получены для Ni, фактические запасы которого более резко убывают при удалении от источников, чем расчетные, что обусловлено сложной динамикой его выпадений.

Полагая, что расчетные оценки объективно отражают загрязнение почв, можно оценить вклад взвешенных форм ТМ (Q_расч^взв) в общий запас загрязнителей, сформированный на территории парка из выпадений (Q_расч^∑). Результаты расчетов свидетельствуют, что загрязнение почв промышленными выбросами в интервале 0-5 км от источников формируется за счет аккумуляции сопоставимых количеств взвешенных и растворенных форм ТМ (табл.4).

Таблица 4. Расчетные запасы ТМ в почвах в интервале 0-5 км от промышленных объектов
Показатель	Cu	Zn	Pb	Ni	Mo	Ag
Qрасчвзв, кг/км2	307	797	353	240	11,0	1,7
Qрасч∑ , кг/км2	556	2568	438	646	41	3,1
Qрасчвзв / Qрасч∑	0,55	0,31	0,81	0,37	0,27	0,55
Примечание: по Mo принята равной фактическим запасам в почвах

Использование результатов расчетной модели позволяет осуществить прогноз загрязнения почв выпадениями от промышленных источников. При современных нагрузках загрязнителей превышения средними содержаниями в почвах минимально-аномального уровня будут зафиксированы в интервале 0-1 км для Pb, Zn и Ag через 35, 60 и 65 лет соответственно; для Cu и Mo - через 200 лет, для Ni - через 280 лет. С учетом районирования территории по удаленности от промышленных объектов прогнозные оценки актуальны примерно для 20% площади НП <Лосиный остров>.

В интервалах, более удаленных от границы промышленных объектов, минимально-аномальные уровни будут превышены не ранее, чем через 150 лет - по Ag, 250-300 лет - по Pb, Zn, 400-600 лет - по Mo, Ni, Cu.

На отдельных участках за счет латерального перемещения элементов в процессах снеготаяния и плоскостного смыва загрязнение почв происходит быстрее. Можно полагать, что динамика загрязнения почв на участках формирования аномалий, занимающих около 21% площади парка, будет выше, чем в целом по территории. Низкий уровень загрязнения почв Cu (превышения ОДК) будет достигнут в интервалах различной удаленности от промышленных объектов через 110 15 лет, средний уровень загрязнения - через 990 125 лет. Загрязнение почв Zn, Pb и Ni в аномалиях, соответствующее в настоящее время низкому уровню, превысит его через 120 15, 150 25 и 670 230 лет соответственно.

Оценка и прогноз загрязнения почв в зоне влияния автомагистралей.

Расчеты загрязнения почв выпадениями от транспортной магистрали были проведены для участка МКАД, проходящего по территории парка. В основу расчетов были положены результаты опробования снежного покрова в 2000-06 гг., характеризующие транспортную нагрузку на магистрали после ее реконструкции в 1996-97 гг.

Интенсивности выпадений пыли и ТМ быстро убывают при удалении от дорожного полотна (рис. 5). Аппроксимация фактических данных (функцией вида P(x) = b / x^a) позволила выявить особенности поступления загрязнителей в придорожной полосе. Более резко при удалении от МКАД снижается интенсивность выпадений пыли и Zn (значение показателя степени a→0,9), более плавно - Cu, Mo, Pb, Ni и Ag (0,54 =< a =< 0,67), содержания которых в снеговой взвеси обратно коррелирует со значениями пылевой нагрузки (0,36 =< |r| =< 0,46 при r_5%=0,325).

Результаты расчетов нагрузок пыли и ТМ в интервалах различной удаленности от дорожного полотна МКАД (табл.5) свидетельствуют о том, что около 70% пылевых выпадений приходится на полосу 0-100 м. В этот же интервал поступает около 70% Zn, 55% Cu, 43-48% Ni, Pb, Ag и Mo. Коэффициенты распределения между формами нахождения ТМ в выпадениях при удалении от МКАД имеют резко убывающий характер, что обусловлено снижением нагрузок взвешенных форм загрязнителей, происходящим на фоне относительно равномерного поступления их растворенных форм. Доля взвешенных форм в выпадениях в полосе 0-500 м от МКАД составляет около 45% для Ni и Mo, 60-70% для Zn, Ag, Cu и 86% для Pb.

Таблица 5. Средние нагрузки взвешенных форм ТМ и значения Кр в выпадениях в зимний период в полосе, прилегающей к МКАД
Загрязнитель	Характеристика	Интервал расстояний от МКАД, м
		0-25	25-50	50-100	100-200	200-500	0-500
Cu	Pвзв, г/км2сут	79,6	28,4	17,6	10,8	6,1	12,8
	Кр	15,6	5,6	3,5	2,1	1,2	2,5
Zn	Pвзв, г/км2сут	404,6	101,2	54,2	29,1	13,9	44,1
	Кр	12,8	3,2	1,7	0,9	0,4	1,4
Pb	Pвзв, г/км2сут	63,8	27,2	17,8	11,8	7,2	12,9
	Кр	30,4	13,0	8,5	5,6	3,4	6,1
Ni	Pвзв, г/км2сут	24,2	12,0	8,6	6,0	4,0	6,2
	Кр	3,2	1,6	1,1	0,8	0,5	0,8
Mo	Pвзв, г/км2сут	2,08	0,80	0,60	0,40	0,23	0,42
	Кр	4,0	1,5	1,2	0,8	0,4	0,8
Ag	Pвзв, г/км2сут	0,83	0,40	0,24	0,16	0,10	0,18
	Кр	6,4	3,1	1,8	1,2	0,8	1,4

В летний период года происходит увеличение нагрузок пыли и ТМ вблизи автомагистрали. Полученные значения коэффициентов, характеризующих отношение нагрузок в летний (по данным пылевых смывов с листьев березы, 1999, 2001 гг.) и зимний периоды, имеют устойчивый характер. Для Cu, Zn, Pb и Ni k^ТМ_pл/pз =2,0 0,3 при k^П_pл/pз =2,4 (по неорганической пыли). Содержания Mo и Ag в пылевых смывах в 1,7-1,8 раз выше, чем в снеговой взвеси, вследствие чего их нагрузки в летний период увеличиваются сильнее, чем по остальным элементам (k^ТМ_pл/pз =3,0-3,1).

По выпадениям растворенных форм ТМ транспортная составляющая загрязнения проявляется слабо, основной вклад в их поступление в полосе около МКАД, как и на территории парка в целом, вносят промышленные источники городов, для которых в настоящее время отсутствуют значимые сезонные изменения в технологии производства (k^ТМ_pл/pз ~= 1 по растворенным формам ТМ).

При получении расчетных оценок загрязнения почв за период эксплуатации МКАД (1965-2005 гг.) была учтена динамика твердофазных выпадений загрязнителей около автомагистрали в предшествующий период (по данным снеговых съемок 1978, 1988 гг., выполненных МОМГЭ ИМГРЭ).

Сравнительный анализ данных снеговых съемок (табл.6) показал, что интенсивность пылевых выпадений достаточно равномерно возрастала с увеличением транспортной нагрузки на магистрали (в 1,3-1,5 раз/10 лет). Общее поступление ТМ имело тенденцию к резкому увеличению в конце 1980-х гг. c последующим небольшим уменьшением в период после реконструкции МКАД за счет сокращения/отказа от применения этилированного бензина, использования очищенных масел и смазок, улучшения качества дорожного покрытия, модернизации парка автомашин, компенсирующих рост транспортной нагрузки (суммарное поступление Cu, Zn, Pb, Ni, Mo и Ag составляло в 1978 г. - 63 г/км²сут, в 1988 г. - 102 г/км²сут и в 2000-06 гг. - 86 г/км²сут).

На фоне общей тенденции выделяется связанное с последним этапом эксплуатации значительное увеличение нагрузок Ag и столь же заметное снижение выпадений Ni, около 75% поступления которого в зимний период в полосу МКАД с 1965 по 1995 г. обеспечивалось выпадениями от ТЭЦ-23.

Таблица 6. Динамика нагрузок пыли и ТМ в ее составе в полосе, прилегающей к МКАД за период 1978-2000 гг. (по данным снеговых съемок)
Год	Пыль	Cu	Zn	Pb	Ni	Mo	Ag
Р1978/Р2000-06	0,49	0,59	0,51	0,80	2,30	0,36	0,15
Р1988/Р2000-06	0,65	0,74	0,95	1,43	3,06	0,90	0,22

При расчетах общего поступления загрязнителей в полосу, прилегающую к МКАД, за период ее эксплуатации (1965-2005 гг.) полагали, что нагрузки за 1978 г. характеризуют выпадения в 1965-1985 гг., за 1988 г. - в 1985-1995 гг., за 2000-06 гг. - в 1995-2005 гг. Для Ni при оценках поступления за период 1965-1995 гг. были введены поправки на уменьшение промышленных выпадений (от ТЭЦ) и увеличение транспортной составляющей нагрузки в летний период.

Для учета растворенных форм ТМ, в поступление которых основной вклад вносят городские источники, были использованы коэффициенты, характеризующие динамику выпадений на территории парка (см. табл.3). Поступление растворенных форм ТМ (за исключением Ni) было принято постоянным в течение года.

Расчетные данные загрязнения почв около МКАД сопоставлялись с фактическими оценками аккумуляции ТМ в почвах (слое 0,1 м), которые были получены по результатам их детального опробования в 2000-02 гг. в полосе 1000 м (по 500 м в обе стороны от МКАД) на отрезке магистрали, пересекающем парк (около 7 км). По результатам расчетов установлено, что в прилегающей к МКАД полосе на территории парка аккумулировано около 1,8 т Cu, 14 т Zn, 2,5 т Pb, 2,3 т Ni, 195 кг Mo и 36 кг Ag. Запасы ТМ в интервале 0-100 м составляют 20-30% для Ni, Ag, Mo, Pb и около 40% для Cu и Zn от их общего количества в почвах придорожной полосы.

Сопоставление рассчитанных по выпадениям запасов ТМ в почвах за период эксплуатации МКАД с прямыми оценками их аккумуляции показало, что в целом для полосы 0-500 м отношение расчетных и фактических данных составляет 1,0 0,2 (рис. 6). Наибольшие расхождения в оценках загрязнения получены для Ni и Ag, нагрузки которых за период эксплуатации МКАД менялись значительным образом (отношения расчетных и фактических данных составили 1,19 и 0,72 соответственно).

Полагая, что расчетная модель объективно отражает загрязнение почв, можно оценить вклад взвешенных форм ТМ в общий запас загрязнителей, сформировавшийся к настоящему времени из выпадений. Результаты расчетов свидетельствуют, что аккумуляция твердофазных выпадений за 1965-2005 гг. в полосе до 500 м от автомагистрали обеспечила около 30-40% существующих запасов Mo, Ni и Zn, 60-70% - Cu и Ag и 80% - Pb. В интервале 0-100 м от МКАД вклад взвешенных форм элементов в загрязнение почв составил около 40-50% для Mo и Ni, 60% - для Zn, 75-80% для Cu и Ag и 90% для Pb.

С ростом транспортной нагрузки на МКАД на фоне снижения интенсивностей выпадений от промышленных предприятий, обеспечивающих основное поступление растворенных форм, происходит увеличение вклада взвешенных форм ТМ в формирование загрязнения почв. В настоящее время загрязнение почв в полосе до 500 м от МКАД на 60-70% для Ni и Mo, на 80% - для Cu, Zn Ag и на 90% - для Pb обеспечивается аккумуляцией твердофазных выпадений. В интервале 0-100 м от дорожного полотна вклад взвешенных форм ТМ в формирование их запасов составляет около 65% по Ni, 80% по Mo, 85-90% по Zn, Cu и Ag и более 95% по Pb.

Использование результатов расчетной модели позволяет осуществить прогноз загрязнения почв около МКАД при существующих нагрузках на магистрали.

Проведенные расчеты показывают, что наибольшая динамика загрязнения отмечается по Zn и Pb, минимально-аномальный уровень средних содержаний которых будет превышен в интервале 25-50 м от автомагистрали - в ближайшие 35-40 лет, в полосе 50-100 м - через 80-90 лет, 100-200 м - через 120-150 лет. При соблюдении запрета на применение этилированного бензина (расчетные нагрузки по Pb соответствуют данным 2006 г.) загрязнение почв этим элементов будет происходить значительно медленнее. В этом случае превышение минимально-аномального уровня будет отмечено в интервале 25-50 м от автомагистрали не ранее, чем через 90 лет, в полосе 50-100 м - через 180 лет.

Слабая динамика загрязнения почв отмечается для Cu, минимально-аномальный уровень концентраций которой даже в полосе отчуждения(0-25 м) будет превышен не ранее чем через 40 лет, а для формирования аномалий по средним содержаниям в полосе 25-50 м от автомагистрали понадобится более 150 лет. Еще меньшую опасность представляет Ni, средние содержания которого в интервале 0-50 превысят минимально-аномальный уровень не ранее, чем через 240 лет.

Концентрации Ag достигнут минимально-аномального уровня в интервалах 25-50 м и 50-100 м от МКАД через 20 и 40 лет соответственно. Минимально-аномальный уровень для Mo будет превышен за счет выпадений в полосе отчуждения (0-25 м) через 30 лет; в интервале 25-50 м от МКАД -через 100 лет.

При вводе в эксплуатацию новой автомагистрали, по классу соответствующей МКАД (при условии С(0)=С_ф), превышения средними содержаниями элементов в почвах минимально-аномальных уровней будут достигнуты на полосе отчуждения по Zn и Ag - через 20 лет, по Pb - через 40-50 лет (при соблюдении запрета на применение этилированного бензина - через 130-140 лет), по Cu и Mo - через 80-90 лет, Ni - через 300-350 лет. В интервале 25-50 м от дорожного полотна формирование аномалии Ag произойдет через 40 лет, Zn - через 80 лет, Pb - через 90 лет (200 лет во втором варианте прогноза), Cu, Mo - через 170-190 лет.

В полосе 50-100 м от автомагистрали содержания Ag превысят минимально-аномальный уровень через 60 лет, Zn - через 130 лет, Pb - через 120 лет (270 лет во втором варианте прогноза).