Российские ученые решают задачу оценки загрязненности почвы без взятия проб
В ходе исследований состава почв на наличие потенциально токсичных металлов группой ученых Лаборатории нейтронной физики ОИЯИ была отмечена корреляция между картой загрязнений и картой почвенного покрова, основанной на снимках со спутника. Данную взаимосвязь, по мнению исследователей, при определенных условиях можно использовать для выявления областей аномального загрязнения почвы в местах, где невозможно взять пробы.
Сегодня загрязнение почвы потенциально токсичными металлами представляет серьезную проблему из-за растущей индустриализации и урбанизации в мире, которая затрагивает и сельские, и городские районы. Большинство токсичных металлов биологически активны и практически не удаляются из экосистемы, что может привести к ряду неблагоприятных последствий для окружающей среды и здоровья людей. Однако исследовательских работ, посвященных экологии в малых городах, проведено не так много. Ученые ОИЯИ выбрали город Кольчугино Владимирской области, где много предприятий цветной металлургии, в значительной степени влияющих на экологию города.
В отобранных образцах почвы ученые определили уровень содержания 4-х металлов 1-го и 2-го классов опасности: Zn, Pb, Cu и Cd, – проанализировав образцы с помощью атомно-абсорбционного спектрометра (ААС). Для оценки антропогенного загрязнения почв они рассчитали потенциальный экологический риск, индекс нагрузки загрязнения и индекс общего загрязнения (с целью выявления источников загрязнения в почве был использован многомерный статистический анализ).
Исследователи определили и нанесли на карту массовые доли четырех тяжелых металлов, рассчитали уровни загрязнения и построили (с помощью комплекса геоинформационных программных продуктов ArcGIS) картосхемы загрязнения почв, что позволило выявить области аномального загрязнения тяжелыми металлами.
Далее, в ходе следующего этапа исследования, ученые выделили (с применением методов дистанционного зондирования) на изучаемой территории участки с различиями почвенно-растительного покрова (LULC). Они воспользовались снимками с пространственным разрешением 30 м, сделанными с помощью оперативного наземного имидж-сканера (OLI), который получил данные 31 июля 2021 года. Для классификации спутниковых снимков с целью получения карты LULC был использован метод максимального правдоподобия. По результатам были определены шесть классов землепользования/почвенного покрова, – городские, водные, зеленые, лесные, болотные, промышленные районы. Доминирующим, как показал LULC-анализ, оказался городской класс. Места пиков загрязнения определили как промышленные зоны, что вполне сопоставимо с результатами определения индексов загрязнения.
Как отметили ученые, полученные в ходе исследования данные могут служить научным доказательством загрязнения тяжелыми металлами промышленного города, а также могут помочь определить области, в которых следует принять меры по контролю за выбросами, – например, увеличить объем вторичной переработки или ужесточить законодательство. Как рассказал ст. науч. сотр. ЛНФ Ваель Бадави – один из авторов исследования, найдя сходство между фотографиями со спутника и составленной в ходе исследования картой, ученые предположили, что этот метод можно использовать для оценки загрязнения почвы в тех областях, где невозможно взять пробы, – то есть можно смоделировать ситуацию, исходя из карты LULC. «И этот подход выглядит очень перспективным с точки зрения экологических исследований», – отметил он. Ученый уточнил, что в настоящий момент такой метод не дает ответа на вопрос, чем именно загрязнена почва и какой элемент имеет превышенную концентрацию (снимки со спутника дают общую картину, и их пока нельзя использовать для дифференциации загрязнений). «Безусловно, работу мы продолжим, в разных местах и в разное время года, будем смотреть динамику и подключать машинное обучение, будем создавать модели для нахождения закономерностей», – заключил Ваель Бадави.
Сельское хозяйство, ветеринария, зоотехния, агрономия, агроинженерия, пищевые технологии
