PDF-файл статьи

Научная статья

Original article

УДК 551.582

doi: 10.55186/2413046X_2023_8_2_72

СПЕЦИФИКА МАССИВОВ ДАННЫХ СЕВЕРО-КАВКАЗСКОГО И ЮЖНОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО ОКРУГА В ИЗУЧЕНИИ КЛИМАТИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ РЕГИОНОВ

THE SPECIFICITY OF THE DATA ARRAYS OF THE NORTH CAUCASUS AND THE SOUTHERN FEDERAL DISTRICT IN THE STUDY OF CLIMATIC CHANGES IN THE REGIONS

Лазовский Анатолий Иванович, аспирант, ФГБОУ ДПО «Институт повышения квалификации руководящих работников и специалистов», lazovskiy.tolik@mail.ru

Lazovsky Anatoliy Ivanovich, post-graduate student, Institute for advanced training of executives and specialists, lazovskiy.tolik@mail.ru

Аннотация. Целью данной работы является сбор и анализ данных, для определения динамики климатических изменений Северо-Кавказского и Южного федерального округа (СК и ЮФО), а так же анализ качества этих данных. В ходе сбора и анализа метеорологических данных, необходимых, в том числе для последующего проведения оценки гидрометеорологической безопасности Северо-Кавказского и Южного федерального округа (СК и ЮФО), были выявлены некоторые особенности, несогласованность и наличие ошибок в различных источниках этих данных. В качестве примера взяты данные метеостанций города Лабинска Краснодарского края и города Грозный Чеченской республики (в ходе проведённой работы в некоторых источниках метеорологических данных, подобное было выявлено у одной трети массива по СКФО). Определено возможное влияние таких данных на результаты исследований выборочным методом, к примеру, в определении многолетней динамики и тренда изменения приземной температуры воздуха. Выявлена необходимость, перепроверки и сравнения данных с данными альтернативных источников, а так же необходимость разработки соответствующих методов по выявлению скрытых ошибок, и необходимость внесения дополнений в программы подготовок специалистов в сфере гидрометеорологии, с учётом результатов данной работы. К тому же из ежегодных обзоров и докладов по мониторингу окружающей среды, опасные гидрометеорологические явления (ОЯ) по Северо-Кавказскому федеральному округу (СКФО) стали фиксировать с 2010 года, с момента образования округа, что в свою очередь также накладывает определённые ограничения при мониторинге изменения климата в СКФО.

Abstract. The purpose of this work is to collect and analyze data to determine the dynamics of climate change in the North Caucasus and Southern Federal Districts (NC and SFD), as well as to analyze the quality of these data. During the collection and analysis of meteorological data necessary, including for the subsequent assessment of the hydrometeorological safety of the North Caucasus and Southern Federal Districts (NC and SFD), some features, inconsistencies and errors in various sources of these data were identified. As an example, data from weather stations in the city of Labinsk in the Krasnodar Territory and the city of Grozny in the Chechen Republic were taken (in the course of the work carried out in some sources of meteorological data, this was found in one third of the array in the North Caucasus Federal District). The possible influence of such data on the results of research by a selective method is determined, for example, in determining the long-term dynamics and the trend in changes in surface air temperature. The necessity of rechecking and comparing data with data from alternative sources, as well as the need to develop appropriate methods for identifying hidden errors, and the need to make additions to the training programs for specialists in the field of hydrometeorology, taking into account the results of this work, have been identified. In addition, from the annual reviews and reports on environmental monitoring, dangerous hydrometeorological phenomena (HP) in the North Caucasus Federal District (NCFD) have been recorded since 2010, from the moment the district was formed, which in turn also imposes certain restrictions on monitoring changes climate in the NCFD.

Ключевые слова: изменение климата, окружающая среда, гидрометеорологическая безопасность, приземная температура воздуха, тепловое загрязнение, скрытые ошибки, статистическая обработка данных, климатические аномалии

Key words: climate change, environment, hydrometeorological safety, surface air temperature, thermal pollution, hidden errors, statistical data processing, climatic anomalies

По данным, отражённым в докладах Росгидромета, известно, что рост приземной температуры воздуха в Севевро-Кавказском (СКФО) и Южном федеральных (ЮФО) округах, опережает средние значения по России. Значительное увеличение температуры по СК и ЮФО, приходится на летние и зимние месяцы [1].

На сегодняшний день вопросы в сфере гидрометеорологии и мониторинга окружающей среды округов находятся в ведении ФГБОУ СК УГМС. По количеству и плотности МС на территории округов, УГМС занимает первое место по РФ, но для объективной оценки изменения климата округов, этого недостаточно. Если, к примеру, сравнивать количество МС расположенных на территории СК и ЮФО с количеством МС таких отдельно взятых европейских стран, как Франция, Германия или Великобритания, то округа на их фоне выглядят достаточно скромно, хотя по площади эти страны уступают общей площади СК и ЮФО [2].

Говоря о недостаточности метеоданных необходимых для объективной оценки изменения климата СК и ЮФО, необходимо отметить, что речь в большей степени идёт даже не о недостаточном количестве МС в округах, о чём именно, будет отмечено ниже. В ходе сбора и анализа метеоданных МС округов, было замечено, что значительная часть метеостанций расположены, как правило, в больших населенных пунктах округов, а зачастую даже в крупных и промышленных центрах. Если даже учесть, что некоторые МС и не находятся в черте населенных пунктов, а расположены за их пределами, всё равно МС находятся в непосредственной близости к ним (то есть лишь формально находятся за пределами городов). К примеру, как известно, для городов и крупных населенных пунктов, в последние десятилетия, характерен рост населения, за счёт миграции населения из сельской местности [2]. Соответственно в них растёт потребления энергии (топлива), развивается промышленность, увеличивается интенсивность хозяйственной деятельности [3], города развиваются, территориально расширяются и выходят за свои административные границы (застраиваются загородные дачные участки, выносятся за черту города промышленные предприятия и многое др.). То есть образующееся тепловое загрязнение крупных населённых пунктов, городов, промышленных центров, распространяется и на территории, где расположены метеостанции. И если МС при создавшихся условиях и не находятся в центре этого теплового загрязнения, то как минимум они оказываются в зоне воздействия поля этого загрязнения. По сути, на сегодняшний день, с уверенностью можно сказать, что на метеостанциях СК и ЮФО, фиксируется (наблюдается) изменение климата, происходящее непосредственно в крупных населенных пунктах и мегаполисах, которое в свою очередь обусловлено антропогенными факторами. И да, действительно скорость этих изменений опережает изменения в среднем, по стране. Конечно же, за счет конвективных процессов в атмосфере, всё это перемешивается, и распространяется от мегаполисов дальше, на другие территории которые менее подвержены непосредственному антропогенному воздействию, с большой вероятностью на этих территориях будут фиксироваться несколько другие метеопараметры. А вот то, что происходит, грубо говоря, в «чистом поле» или в естественных природных условиях, в этих данных, на сегодняшний день мы ограничены, и увеличение МС или альтернативных систем наблюдения за климатом на этих территориях, возможно в корне могло бы изменить наше видение на процессы регионального изменения климата. Ещё раз необходимо отметить, что для объективного подхода к вопросу изменения климата, необходимо развитие наблюдательной метеорологической сети, совершенствование имеющихся, разработку и внедрения новых методов наблюдения, методов анализа и оценки изменения климата округов [2,4].

Безусловно, со стороны Росгидромета сегодня предпринимаются беспрецедентные шаги, и относительно недавно, в рамках проекта модернизации вычислительных мощностей Росгидромета, был внедрён высокопроизводительный вычислительный кластер (суперкомпьютер). Этот вычислительный ресурс позволяет внедрять различные мезомасштабные модели при обработке и анализе метеорологических данных.

Не у всех исследователей есть доступ к таким ресурсам, как правило они обращаются к имеющимся открытым или коммерческим источникам. Но при их использовании возможны возникновения неточностей в ходе исследований. На результаты вычислений могут повлиять системные сбои или человеческий фактор при размещении (переносе) данных на этих ресурсах (сайтах). При проведении расчётов, к примеру, среднегодовых величин, используемые вычислительные программы и системы (к примеру программа Excel или аналоги Open Offis, SoftMaker PlanMaker, Google Sshet, ZohoShet, Polaris Ofis, Libre Ofis, и прочие), используют алгоритмы и массивы метеорологических данных, которые задаются или формируются на начальном этапе сбора этих массивов, человеком, или под его непосредственным контролем. Допущенную человеком ошибку программа не распознаёт, как ошибку, и использует ошибочно заданные метеорологические данные для расчётов или построения моделей, при этом искажается общая картина. То есть допущенные человеком ошибки или результат системных сбоев, могут быть восприняты, как некие климатические аномалии, и на основании этого существует риск прийти к выводам, которые не будут соответствовать действительности.

Примеры подобных ошибок, опечаток, и искажений метеорологических данных, а так же ошибок допущенных при преобразовании данных из одного формата в другой, приведены на рис.1.на примере г.Грозный (ЧР)

На рис.1а данные с допущенными пропусками по МС г. Грозного (допущены, видимо в связи с разрушением инфраструктуры, в результате проходящих там, в 90х годах, военных действий). Данные были взяты на сайте Всероссийского Научно — Исследовательского Института Гидрометеорологической Информации — Мирового Центра Данных (ВНИИГМИ-МЦД, в рассматриваемом случае первоисточник) г. Обнинска. На рис.1б данные с другого источника, где пропуски данных первоисточника, были восстановлены с использованием методов статистической обработки данных. Да действительно современные методы статистической обработки, на сегодняшний день, с достаточно высокой точностью, могут позволить нам восстанавливать недостающие ряды данных. Эти данные воспроизводятся из данных, которые входят в доверительный интервал и не выходят за его границы, или ещё говорят данные входящие в генеральную совокупность. То что касается климатических аномалий, например в нашем случае, касающегося аномально высоких или аномально низких температур приземного воздуха, наблюдаемых на рис.1в, допущенных в результате искажений, предположительно в ходе преобразования данных из одного формата в другой, или касающихся реальных аномалий (с точки зрения статистики т.н. статистические выбросы) приведенных на рис.2, то при их восстановлении (в случае пропуска таких данных), методами статистической обработки, в связи с ограниченностью информации в вопросе их возникновения (реальных аномалий), возникают определённые трудности.

На рис.2 приведена многолетняя динамика приземной температуры, по данным Краснодарской ВС и МС Лабинск. Предположим, что у нас по какой то причине отсутствуют данные за 1966 и 2010 года (рис.2а), то есть, как раз в те года, когда в действительности наблюдались аномально высокие температуры приземного воздуха. Восстановив допущенные пропуски, методами статистической обработки, мы получили, что общий тренд роста по многолетним данным приземной температуры, значительно снизился в сравнении с построенным трендом в соответствии с реальными данными. То есть из-за отсутствия данных периодов, на которые могут прийтись всего несколько положительных климатических аномалий, и при применении методов статистической обработки для их восстановления (используя осреднение предыдущих и последующих периодов, периодам пропусков), общая картина изменения климата СК и ЮФО может измениться. Может оказаться (ошибочно), что климат СК и ЮФО меняется не с опережающими темпами к общероссийским, а находится на уровне средних по РФ. Конечно, можно предположить и обратное, рассмотреть отсутствие данных по низким аномалиям приземного воздуха, и тогда окажется, что скорость изменения климата СК и ЮФО недооценена. С большой вероятностью возможно, что так оно и есть, результат исследования метеоданных Краснодарской ВС и МС Лабинск вполне согласовывается с этим предположением. Наблюдение за климатом на МС Лабинск ведётся с 1925 года, по некоторым месяцам в период с 1925 по 1936, и с 1941 по 1945 года, наблюдаются пропуски метеоданных (видимо сказались годы формирования новой страны советов, затем годы второй мировой войны), подобные пропуски характерны и на других, даже реперных метеостанциях округов. Из-за допущенных пропусков месячных метеоданных, появляется объективный вопрос определения среднегодовой приземной температуры, решение которого сопряжено с определёнными сложностями. Согласно же имеющимся данным МС Лабинск (в годы пропусков) января и февраля, наблюдаются низкие температурные аномалии, и малое количество осадков. В январе 1927 года среднемесячная температура приземного воздуха была -2,9°С, в феврале -4,7°С, в январе 1928 года -2,1°С, в феврале этого же года -4,4°С. , в январе 1929 -3,6 °С и уже более теплым февралём +1,7°С. Средняя приземная температура воздуха за весь период наблюдений на МС Лабинск, на сегодняшний день в январе составляет -1,8°С, а в феврале -0,8°С. Аномальные климатические условия этих лет, видимо были характерны не только, для рассматриваемых месяцев. Даже рассматриваемые имеющиеся метеоданные согласовываются с историческими событиями тех лет, а именно с низкими урожаями, нехваткой хлеба и голодом 1927-1929 и 1931-1933 года (похожая ситуация была и в период 1921-1922 года). На низкую урожайность даже озимой пшеницы, сильно могли повлиять погодные условия января и февраля. Озимая пшеница выдерживает низкие температуры, но при условии наличия снежного покрова. Мы же видим, что аномально низкие температуры сопровождались низким количеством снежных осадков, что в свою очередь видимо и привело к гибели большей части всходов озимой пшеницы.

Бесспорным остаётся, то, что климатические аномалии были, но из-за отсутствия полной информации по ним, в определение тренда динамики изменения климата СК и ЮФО они не включаются. Наличие достоверных метеорологических величин, описанных для примера выше, недостающих лет, может изменить динамику и тренд изменения климата СК и ЮФО, изменение климата за последние сто лет, может оказаться недооценённым.

Вывод. В ходе достижения поставленной цели, сбора метеоданных СК и ЮФО, необходимых для последующей оценки гидрометеорологической безопасности округов, были выявлены проблемные вопросы, в том числе наличия пропусков и недостоверности размещённых метеоданных в некоторых открытых источниках. Для снижения трудоёмкости перепроверки и сравнения метеоданных, с целью восстановления допущенных пропусков метеоданных, и подтверждения их достоверности, по нескольким источникам, необходимость которой подтверждается проведённой работой, определена целесообразность разработки и внедрения соответствующих методов по выявлению скрытых ошибок. Соответственно с учётом выше предложенного, необходимо рассмотреть и внести коррективы в программы подготовки специалистов, образовательных технологий и стандартов в сфере гидрометеорологии [5,6,7]. Для решения этих вопросов необходим комплексный подход, с использованием различных методов для получения данных, особо важным остаётся, чтобы полученные разными методами данные, между собой, согласовывались [4].

Список источников

1. Лазовский, А. И. Специфика климатических изменений Северо-Кавказского и Южного Федерального округа на фоне глобального потепления / А. И. Лазовский. — Текст : непосредственный // Лучшая научно-инновационная работа 2022: сборник статей Международного научно-исследовательского конкурса (18 апреля 2022 г.) . — г. Петрозаводск : МЦНП «Новая наука», 2022. — С. 201.
2. Лазовский, А. И. Тенденции и причины климатических изменений в Северо-Кавказском и Южном федеральных округах. / А. И. Лазовский. — Текст : непосредственный // Развитие науки и общества в современных условиях.. — Петрозаводск : МЦНП «Новая наука», 2022. — С. 297-319 .
3. Лазовский, А. И. Динамика сельскохозяйственной деятельности Южного и Северо-Кавказского Федерального округа как дополнительный драйвер изменения климата округов / А. И. Лазовский. — Текст : непосредственный // Исследователь года 2022: сборник статей Международного научно-исследовательского конкурса (20 апреля 2022 г.) . — г. Петрозаводск : МЦНП «Новая наука», 2022. — С. 161.
4. Лазовский, А. И. Особенности изучения изменения климата в СКФО. / А. И. Лазовский. — Текст : непосредственный // Приоритеты системы научного обеспечения АПК. — Москва : РАКО АПК, 2022. — С. 145-154.
5. Ломакин О.Е. Практикоориентированность как актуальный тренд дополнительного образования / О.Е. Ломакин, Е.Е. Можаев // Гидрометеорология и образование. – 2022. – № 1. – С. 63-71. – ISSN 2713-2102
6. Ломакин О.Е. О развитии дистанционных образовательных технологий / О.Е. Ломакин, Е.Е. Можаев // Гидрометеорология и образование. – 2021. – № 2. – С. 82-97. – ISSN 2713-2102
7. Ломакин О.Е. О разработке профессиональных стандартов в сфере гидрометеорологии / О.Е. Ломакин, Е.Е. Можаев // Гидрометеорология и образование. – 2021. – № 3. – С. 75-87. – ISSN 2713-2102

Referents

1. Lazovsky, A. I. Specifics of climatic changes in the North Caucasus and Southern Federal District against the backdrop of global warming / A. I. Lazovsky. – Text: direct // Best scientific and innovative work 2022: collection of articles of the International Research Competition (April 18, 2022) . — Petrozavodsk : MTsNP «New Science», 2022. — S. 201.
2. Lazovsky, A. I. Trends and causes of climate change in the North Caucasian and Southern federal districts. / A. I. Lazovsky. — Text: direct // Development of science and society in modern conditions .. — Petrozavodsk: MTsNP «New Science», 2022. — P. 297-319.
3. Lazovsky, A. I. Dynamics of agricultural activity in the Southern and North Caucasian Federal District as an additional driver of climate change in the districts / A. I. Lazovsky. — Text: direct // Researcher of the Year 2022: Collection of articles of the International Research Competition (April 20, 2022) . — Petrozavodsk: MTsNP «New Science», 2022. — P. 161.
4. Lazovsky, AI Features of the study of climate change in the North Caucasus Federal District. / A. I. Lazovsky. — Text: direct // Priorities of the scientific support system for the agro-industrial complex. — Moscow: RAKO APK, 2022. — S. 145-154.
5. Lomakin O.E. Practice orientation as an actual trend of additional education / O.E. Lomakin, E.E. Mozhaev // Hydrometeorology and education. — 2022. — No. 1. — P. 63-71. – ISSN 2713-2102
6. Lomakin O.E. On the development of distance learning technologies / O.E. Lomakin, E.E. Mozhaev // Hydrometeorology and education. — 2021. — No. 2. — S. 82-97. – ISSN 2713-2102
7. Lomakin O.E. On the development of professional standards in the field of hydrometeorology / O.E. Lomakin, E.E. Mozhaev // Hydrometeorology and education. — 2021. — No. 3. — P. 75-87. – ISSN 2713-2102

Для цитирования: Лазовский А.И. Специфика массивов данных Северо-Кавказского и Южного федерального округа в изучении климатических изменений регионов // Московский экономический журнал. № 2. 2023. URL: https://qje.su/rekreacia-i-turizm/moskovskij-ekonomicheskij-zhurnal-2-2023-25/

© Лазовский А.И., 2023 Московский экономический журнал. № 2. 2023.

PDF-файл статьи

Научная статья

Original article

УДК 330.322.5

doi: 10.55186/2413046X_2023_8_2_59

ЗЕЛЕНАЯ ЭКОНОМИКА И УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПАРКОВ

GREEN ECONOMY AND SUSTAINABLE DEVELOPMENT OF INDUSTRIAL PARKS

Кузнецова Светлана Николаевна, к.э.н., доцент кафедры экономики предприятия, ФГБОУ ВО Нижегородский государственный педагогический университет им. К.Минина, E-mail: dens@52.ru

Назарова Анна Николаевна, аспирант, Нижегородский государственный педагогический университет имени Козьмы Минина, г. Нижний Новгород, E-mail:  nazarovaan@st.mininuniver.ru

Назарова Екатерина Николаевна, Нижегородский государственный педагогический университет имени Козьмы Минина, г. Нижний Новгород, E-mail: nazarovaen@std.mininuniver.ru

Некрасов Максим Николаевич, Нижегородский государственный педагогический университет имени Козьмы Минина, г. Нижний Новгород, E-mail: zatonirovan52@mail.ru

Мольков Егор Николаевич, Нижегородский государственный педагогический университет имени Козьмы Минина, г. Нижний Новгород, E-mail: ubiycanegrov1@mail.ru

Kuznetsova Svetlana Nikolaevna, Candidate of Economic Sciences, Associate Professor of the Department of Enterprise Economics, Minin Nizhny Novgorod State Pedagogical University, E-mail: dens@52.ru

Nazarova Anna Nikolaevna, postgraduate student, Minin Nizhny Novgorod State Pedagogical University, E-mail: nazarovaan@st.mininuniver.ru

Nazarova Ekaterina Nikolaevna, Minin Nizhny Novgorod State Pedagogical University, E-mail: nazarovaan@st.mininuniver.ru

Nekrasov Maxim Nikolaevich, Minin Nizhny Novgorod State Pedagogical University, E-mail: zatonirovan52@mail.ru

Molkov Egor Nikolaevich, Minin Nizhny Novgorod State Pedagogical University, E-mail: ubiycanegrov1@mail.ru

Аннотация. В статье авторы дают интерпретацию концепции устойчивого развития, которая объединяет вопросы экономического, социального и экологического развития. В статье рассматривается концепция зеленой экономики промышленных парков и технопарков. Авторы статьи указывают на необходимость создания с учетом экологических и социальных факторов экономической системы промышленных парков. Авторы указывают, что решать экологические проблемы возможно  с учетом применения системного подхода к зеленым методам управления. Необходимо провести реформирование финансового сектора, переориентировать финансовый сектор в эколого-социальном направлении. Устойчивое развитие промышленных парков характеризуется открытостью и учетом экологических и климатических факторов. Промышленные парки используют бизнес-модель промышленного симбиоза. Целью исследования является создание экономических моделей, ориентированных на экономику замкнутого цикла и формы потребительского поведения, расширение зеленой повестки дня, объединение тем климата и биоразнообразия, а также развитие зеленых финансовых инструментов. Авторы предлагают создать экосистему промышленного симбиоза в России за счет развития центров промышленного симбиоза. Зеленая экономика выступает в качестве движущей силы устойчивого развития. Задачи исследования: поиск эффективных решений по использованию отходов и привлечению рентабельных вторичных ресурсов; сбор и анализ лучших практик развития промышленного симбиоза; формирование перечня инновационных технологий декарбонизации промышленного симбиоза; оценка бизнес-моделей промышленного симбиоза; создание и развитие экотехнопарков, где отходы одного промышленного производства резидента экотехнопарка становятся сырьем для другого резидента; разработка цифровой платформы для промышленного симбиоза для формирования партнерских отношений между компаниями для эффективного обмена и использования ресурсов и переработанных продуктов.

Abstract. In the article, the authors give an interpretation of the concept of sustainable development, which combines the issues of economic, social and environmental development. The article discusses the concept of the green economy of industrial parks and technology parks. The authors of the article point to the need to create an economic system of industrial parks, taking into account environmental and social factors. The authors point out that it is possible to solve environmental problems, taking into account the application of a systematic approach to green management methods. It is necessary to reform the financial sector, reorient the financial sector in the environmental and social direction. The sustainable development of industrial parks is characterized by openness and consideration of environmental and climatic factors. Industrial parks use the industrial symbiosis business model. The aim of the study is to create economic models focused on the circular economy and consumer behavior, expand the green agenda, integrate climate and biodiversity topics, and develop green financial instruments. The authors propose to create an ecosystem of industrial symbiosis in Russia through the development of centers of industrial symbiosis. The green economy acts as a driving force for sustainable development. Research objectives: search for effective solutions for the use of waste and the attraction of cost-effective secondary resources; collection and analysis of the best practices for the development of industrial symbiosis; formation of a list of innovative technologies for the decarbonization of industrial symbiosis; assessment of business models of industrial symbiosis; creation and development of ecotechnoparks, where waste from one industrial production of an ecotechnopark resident becomes a raw material for another resident; development of a digital platform for industrial symbiosis to form partnerships between companies for the efficient exchange and use of resources and recycled products.

Ключевые слова: зеленая экономика, промышленные парки, устойчивое развитие, модель, замкнутый цикл, экология

Keywords: green economy, industrial parks, sustainable development, model, closed cycle, ecology 

Введение. Необходимо построить экономику замкнутого цикла. Создание замкнутого цикла производства, потребления и утилизации выходит на первый план. Отходы служат возобновляемыми ресурсами для производства. В данных условиях снижается потребление и необходимость поддержки и развития промышленности. Возникает необходимость интеграции экономики замкнутого цикла [1]. Новые подходы к государственному регулированию отрасли становятся решающим фактором, стимулирующим цикличность решений, потребительских ожиданий и требований. Повестка дня зеленой экономики скоро станет более широкой и взаимосвязанной [2].

Цель исследования — формирование согласованных действий и координации усилий по развитию промышленного симбиоза на территории промышленных парков и технопарков, условий для устойчивого развития и обеспечение экологического благополучия регионов [3].

Основными инструментами достижения этого результата являются: формирование перечня инновационных технологий декарбонизации, чистых зеленых технологий в сфере промышленного симбиоза; создание цифровой площадки промышленного симбиоза, отображающей побочное производство; создание эко-промышленных парков [4].

Обзор литературы. Степень научной разработанности проблемы. Исследованию устойчивого развитие промышленных парков посвящены работы: Абаниной Е.Н., Агапова Д.А., Выпхановой Г.В., Гамидовой А.Р., Эфендиевой А.Т., Должикова А.В., Кузнецовой Ю.А., Кукушкиной А.В., Миркина Б.М., Николайкина Н.И., Ражабова А.Х., Раянова Ф.М., Серикова С.Г., Скоморохиной Е.В., Шумилова Ю.В., Шумиловой М.Ю.

Такой аспект проблемы, как устойчивое развитие промышленных парков, рассматриваемый в исследовании, недостаточно изучен. В настоящее время в научной литературе не рассматривается широко проблематика зеленой экономики.

Существует необходимость в комплексах, в которых резиденты промышленных парков и стейкхолдеры используют ресурсы и побочные производства друг друга во взаимозависимости и с взаимной выгодой. Данная модель устойчивого развития производства в экономике замкнутого цикла обозначает промышленный симбиоз. В экономике замкнутого цикла играет важную роль промышленный симбиоз, в результате обеспечивается эффективность использования ресурсов и климатические преимущества [5].

Экономика замкнутого цикла является процессом рационального применения оборотных средств по всей цепочке. Оборотные средства перерабатываются, а затем возвращаются в производственный цикл. Данный процесс является социальной основой инклюзивного и устойчивого развития, что способствует формированию инновационных решений для экономики замкнутого цикла. Использование возобновляемых ресурсов и переход на безотходное производство относится к задачам обеспечения циклической экономики. Минимизировать экономический ущерб окружающей среде поможет многократное использование одного и того же материала как сырья [6].

Методология исследования. Есть два решения данного вопроса:

1. Самостоятельная постройка цепочек.
2. Постройка цепочек через Единую платформу.

В результате осуществления зеленой экономики достигнуты следующие результаты: потенциальный объем рынка – 195 млрд руб., общий объем рынка – 116 млрд руб., доступный объем рынка – 58 млрд руб., реально достижимый объем рынка — 1 млрд руб.[7].

Циклические бизнес-модели модифицируют направленность производства. Данные модели помогают снижать негативное воздействие добычи, использования и утилизации оборотных средств на окружающую среду. Меняется процесс производства, потребления и совершенствуется специфический производственный цикл резидентов промышленного парка. Природные ресурсы используются более эффективно. Существует пять основных направлений бизнес-моделей, которые эффективно используются в промышленном симбиозе: модель циклического предложения, модель рециркуляции, модель продления жизни, модель совместного использования и модели обслуживания [8].

Промышленные парки сочетают в себе разные бизнес-модели, например, производить, перерабатывать продукцию и оказывать услуги в рамках зеленой экономики. Бизнес-модели не существуют изолированно: резиденты выбирают аналогичную бизнес-модель. Экопромышленный парк является совершенной моделью промышленного сообщества, согласно эко промышленному подходу. Отходы повторно используются, перерабатываются для достижения циклического потока ресурсов и обеспечения устойчивого развития [9].

Исследование (анализ). В значительной степени прогресс в энергетике связан с развитием альтернативной энергетики, перспективами зеленого развития отраслей и экономики России. Диверсификация и декарбонизация являются приоритетными направлениями энергетической модернизации и основой зеленого экономического роста. Важную роль играют мощные мультипликативные и антикризисные эффекты зеленой экономики. Следует подчеркнуть связывающую и стимулирующую роль экологических инноваций в отношении мультипликативного эффекта [10].

Прямым применением подхода промышленной экологии являются экопромышленные парки, например, в Нижегородской области работает экотехнопарк «Реал-Инвест».

Целью данного комплекса является использование отходов одних промышленных парков в качестве сырья для других, в результате минимизируются затраты. Расстояние между промышленными парками, экономика, степень совместимости отходов, немаловажно изучить перед сравнением. Необходима трансформация экономики к 2050 году в низкоуглеродную и ресурсоэффективную. В качестве основного механизма реализации авторы предлагают ежегодные инвестиции в размере 1,3 трлн долл. в десять ключевых секторов. Развитие четырех основных секторов зависит от наличия природного капитала и погодно-климатических рисков. Рекомендуется направить на устойчивое развитие зеленые инвестиции в размере 325 млн долл. [11].

При использовании инновационных механизмов финансирования и микрофинансировании возможно привлечь необходимые средства, что обеспечит ежегодные темпы экономического роста. Отношение выбросов к экологической емкости уменьшится до 1,2, что соответствует устойчивому развитию. К 2050 году спрос на энергию уменьшится на 40%, а выбросы парниковых газов сократятся на треть. Произойдёт повышению энергоэффективности в качестве окупаемости инвестиций в зеленую экономику [12].

Выводы. Необходимо сформулировать структурированную многокритериальную систему оценки оптимальности стратегий развития. Усилия промышленных парков должны быть направлены на эффективную интеграцию комплексных ESG-практик в бизнес-процессы. Необходимо сохранять сложившиеся отраслевые практики и развивать их с учетом требований новых деловых партнеров. Для выпуска нефинансовой интегрированной отчетности, ее проверки, необходима разработка нормативно-практической базы. Экоинновации и зеленая экономика позволяют увеличить занятость и снизить безработицу, стимулировать активность, выйти из рецессии, с точки зрения антикризисного потенциала. К 2025 году мировой рынок экологически чистого оборудования достигнет 4,4 трлн евро или 6 трлн долл., что означает 30% среднегодовой рост зеленой экономики и увеличение ее вклада в мировой ВВП до 6-7% [13].

Список источников

1. Абанина Е.Н., Агапов Д.А. Российское правотворчество в целях перехода к устойчивому развитию / Е.Н. Абанина, Д.А. Агапов // Право. Законодательство. Личность. 2019. № 2. С. 134-141.
2. Выпханова Г.В. Понятие и правовое обеспечение концепции устойчивого развития / Г.В. Выпханова // Вестник Университета имени О.Е. Кутафина. 2019. № 1 (17). С. 64-93.
3. Гамидова А.Р., Эфендиева А.Т. Проблема устойчивого развития в эколого-экономических системах /А.Р. Гамидова, А.Т. Эфендиева // Молодой ученый. 2018. №12. Т.1. С. 70-73.
4. Должиков А.В. Конституционализация экологических отношений в России / А.В. Должников //Конституция Российской Федерации: 20 лет спустя. Саратов, 2018. С. 26-30.
5. Кузнецова Ю.А. Этапы формирования и развития концепции устойчивого развития / Ю.А. Кузнецова // Молодой ученый. 2019. №5. С. 337-339.
6. Кукушкина А.В. Концепция устойчивого развития (экологический, экономический и социальный аспекты) /А.В. Кукушкина //Московский журнал международного права. 2019. № 1. С. 52-60.
7. Миркин Б.М. Устойчивое развитие: вводный курс: учеб. пособие / Б.М. Миркин, Л.Г. Наумова. М.: Университетская книга, 2018. 312 с.
8. Николайкин Н.И. Экология: учеб. для вузов / Н.И. Николайкин, Н.Е. Николайкина, О.П. Мелехова. 2 изд., перераб. и доп. М.: Дрофа, 2019. 624 с.
9. Ражабов А.Х. О теоретических основах устойчивого развития / А.Х. Ражабов // Молодой ученый. 2018. № 13. С. 495-498.
10. Раянов Ф.М. Концепция устойчивого развития и российская государственно-правовая действительность/ Раянов Ф.М. //Право и политика. 2019. № 12. С. 5-10.
11. Сериков С.Г. Концепция устойчивого развития: теоретический аспект / С.Г. Сериков // Сибирская финансовая школа. 2019. № 4 (117). С. 36-40.
12. Скоморохина Е.В. Стратегия (концепция) устойчивого развития: перспективы реализации в мире и России / Е.В. Скоморохина // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Право. 2018. № 4 (23). С. 13-18.
13. Шумилов Ю.В., Шумилова М.Ю. О концепции устойчивого развития в неустойчивом мире/Ю.В. Шумилов, М.Ю. Шумилова // Евразийское Научное Объединение. 2017. Т. 2. № 2 (24). С. 159-162.

References

1. Abanina E.N., Agapov D.A. Rossijskoe pravotvorchestvo v celyax perexoda k ustojchivomu razvitiyu / E.N. Abanina, D.A. Agapov // Pravo. Zakonodatel`stvo. Lichnost`. 2019. № 2. S. 134-141.
2. Vy`pxanova G.V. Ponyatie i pravovoe obespechenie koncepcii ustojchivogo razvitiya / G.V. Vy`pxanova // Vestnik Universiteta imeni O.E. Kutafina. 2019. № 1 (17). S. 64-93.
3. Gamidova A.R., E`fendieva A.T. Problema ustojchivogo razvitiya v e`kologo-e`konomicheskix sistemax /A.R. Gamidova, A.T. E`fendieva // Molodoj ucheny`j. 2018. №12. T.1. S. 70-73.
4. Dolzhikov A.V. Konstitucionalizaciya e`kologicheskix otnoshenij v Rossii / A.V. Dolzhnikov //Konstituciya Rossijskoj Federacii: 20 let spustya. Saratov, 2018. S. 26-30.
5. Kuzneczova Yu.A. E`tapy` formirovaniya i razvitiya koncepcii ustojchivogo razvitiya / Yu.A. Kuzneczova // Molodoj ucheny`j. 2019. №5. S. 337-339.
6. Kukushkina A.V. Koncepciya ustojchivogo razvitiya (e`kologicheskij, e`konomicheskij i social`ny`j aspekty`) /A.V. Kukushkina //Moskovskij zhurnal mezhdunarodnogo prava. 2019. № 1. S. 52-60.
7. Mirkin B.M. Ustojchivoe razvitie: vvodny`j kurs: ucheb. posobie / B.M. Mirkin, L.G. Naumova. M.: Universitetskaya kniga, 2018. 312 s.
8. Nikolajkin N.I. E`kologiya: ucheb. dlya vuzov / N.I. Nikolajkin, N.E. Nikolajkina, O.P. Melexova. 2 izd., pererab. i dop. M.: Drofa, 2019. 624 s.
9. Razhabov A.X. O teoreticheskix osnovax ustojchivogo razvitiya / A.X. Razhabov // Molodoj ucheny`j. 2018. № 13. S. 495-498.
10. Rayanov F.M. Koncepciya ustojchivogo razvitiya i rossijskaya gosudarstvenno-pravovaya dejstvitel`nost`/ Rayanov F.M. //Pravo i politika. 2019. № 12. S. 5-10.
11. Serikov S.G. Koncepciya ustojchivogo razvitiya: teoreticheskij aspekt / S.G. Serikov // Sibirskaya finansovaya shkola. 2019. № 4 (117). S. 36-40.
12. Skomoroxina E.V. Strategiya (koncepciya) ustojchivogo razvitiya: perspektivy` realizacii v mire i Rossii / E.V. Skomoroxina // Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Pravo. 2018. № 4 (23). S. 13-18.
13. Shumilov Yu.V., Shumilova M.Yu. O koncepcii ustojchivogo razvitiya v neustojchivom mire/Yu.V. Shumilov, M.Yu. Shumilova // Evrazijskoe Nauchnoe Ob«edinenie. 2017. T. 2. № 2 (24). S. 159-162.

Для цитирования: Кузнецова С.Н., Назарова А.Н., Назарова Е.Н., Некрасов М.Н., Мольков Е.Н. Зеленая экономика и устойчивое развитие промышленных парков // Московский экономический журнал. 2023. № 2. URL: https://qje.su/rekreacia-i-turizm/moskovskij-ekonomicheskij-zhurnal-2-2023-12/

© Кузнецова С.Н., Назарова А.Н., Назарова Е.Н., Некрасов М.Н., Мольков Е.Н. 2023. Московский экономический журнал, 2023, № 2.

PDF-файл статьи

Научная статья

Original article

УДК 66.067.1

doi: 10.55186/2413046X_2023_8_1_22

ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЛЬТРАЦИИ ЖИДКОСТЕЙ С ОРГАНИЧЕСКИМИ ПРИМЕСЯМИ ЧЕРЕЗ ПЕСЧАНЫЕ ФИЛЬТРЫ

LABORATORY STUDIES OF FILTRATION OF LIQUIDS WITH ORGANIC IMPURITIES THROUGH SAND FILTERS

Кущев Иван Евгеньевич, д.т.н., профессор кафедры ПГС Рязанского института (филиала) фгаоу во «Московский политехнический университет»

Лебедев Илья Сергеевич, магистрант кафедры ПГС Рязанского института (филиала) фгаоу во «Московский политехнический университет», Ilalebedev218@gmail.com

Kushchev Ivan E., Doctor of Engineering Science, professor, Industrial and Civil Construction Department, Ryazan Institute (Branch) of FSAEI HE Moscow Polytechnic University

Lebedev Ilya S., Master’s Degree Student, Industrial and Civil Construction Department, Ryazan Institute (Branch) of FSAEI HE Moscow Polytechnic University, Ilalebedev218@gmail.com

Аннотация. Статья посвящена вопросам фильтрации жидкостей от органических примесей, которые появляются при доочистке животноводческих стоков че­рез насыпные песчаные фильтры для последующего использования их в системах орошения.

В статье рассмотрен наиболее рациональный и экологически безопасный способ утилизации навозных стоков, использование их для удобрения и полива с.-х. угодий.

Для проведения исследований была разработана технологическая схема по очистке водных стоков содержащих органические примеси с помощью насыпных песчаных фильтров, на которой были проведены фильтрационные исследования.

В качестве исходного материала для проведения фильтрационных исследований было взято базовое количество воды 1000 мл. Основными факторами для исследования являлись: торфяная примесь; варьируемая длина песчаного фильтра; изменяемый угол наклона фильтра.

В качестве функций отклика были приняты две величины: время фильтрации (количественная характеристика процесса); плотность отфильтрованной воды (качественная характеристика процесса).

В рамках исследований было проведено базовое количество опытов для полнофакторного эксперимента, результаты которого были обработаны по программе регрессионного анализа, сформулированы выводы.

Основными выводами из проведённых исследований можно сделать следующее:

• для уменьшения габаритов фильтрующей системы угол наклона необходимо держать максимально возможным;
• для поднятия эффективности и сокращения времени фильтрования на песчаных фильтрах воду с органическими примесями нужно подвергать предварительной очистке с помощью механических или гравитационных способов;
• при использовании песчаных фильтров для не аграрных целей, с целью повышения качества очистки воды, допускается их делать поворотными или серпантинными, однако при этом следует помнить, качество фильтрации на обычных песчаных фильтрах приближается к 0,999, а дальнейшее повышение качества начнёт резко повышать стоимость очистки.

Abstract. The article is devoted to the issues of filtration of liquids from organic impurities that appear during post-treatment of livestock effluents through bulk sand filters for their subsequent use in irrigation systems.

The article considers the most rational and environmentally friendly way of disposal of manure, their use for fertilization and irrigation of farms.

To conduct research, a technological scheme was developed for the treatment of water effluents containing organic impurities using bulk sand filters, on which filtration studies were carried out.

A basic amount of water of 1000 ml was taken as the starting material for filtration studies. The main factors for the study were: peat admixture; variable sand filter length; changeable angle of inclination of the filter.

Two quantities were taken as response functions: filtration time (quantitative characteristic of the process); density of filtered water (qualitative characteristic of the process).

As part of the research, a basic number of experiments was carried out for a full-factorial experiment, the results of which were processed according to the regression analysis program, and conclusions were formulated.The main conclusions from the conducted research can be drawn as follows:

• to reduce the dimensions of the filtering system, the angle of inclination must be kept as high as possible;
• to increase the efficiency and reduce the filtration time on sand filters, water with organic impurities must be subjected to pre-treatment using mechanical or gravitational methods;
• when using sand filters for non-agricultural purposes, in order to improve the quality of water purification, it is allowed to make them rotary or serpentine, however, it should be remembered that the filtration quality on conventional sand filters approaches 0.999, and a further increase in quality will begin to sharply increase the cost of purification.

Ключевые слова: песчаные фильтры, жидкости с органическими примесями, фильтрация

Key words: sand filters, liquids with organic impurities, filtration

Одной из важнейших проблем современных промышленных техноло­гий в любой сфере является утилизация побочных продуктов производства, а после окончания срока эксплуатации и основного продукта производства. К числу таких технологий относится и промышленное производство мяса, яиц, молока и др. продуктов аграрного сектора экономики, связанное с утилиза­цией навозных стоков. Решение данной проблемы направлено на создание безотходной технологии, предотвращающей загрязнение окружающей среды, а также получения дополнительной сельскохозяйственной продукции в растениеводстве и снижение затрат на приобретение минеральных удобрений» [1, с. 86].

Навоз и навозные стоки со всех типов животноводческих ферм явля­ются ценным органическим удобрением, содержащим азот, фосфор, калий, микроэлементы, причем большая часть полезных элементов находится в легко растворимой форме и является для растений легко усвояемым про­дуктом [2, с. 8]. Кроме того, получаемые в процессе жизнедеятельности животных навоз и навозные стоки можно использовать на чистых парах для обогащения почвы азотом и другими полезными элементами питания, улучшения оборота макро- и микроэлементов в системе почва – растение      [8, с. 77].

Навозные стоки, используемые для орошения должны соответствовать  требованиям нормативной документации по микрофлоре и антибиотикам, быть безвредными для окружающей среды, не содержать патогенную микрофлору, в том числе  сальмонелл и яиц гельминтов [3].

Обычно очистка сточных вод осуществляют механическим, химичес­ким или биологическим способами, но достигнуть 100% очистки на искус­ственных очистных сооружениях практически невозможно, а стоимость этих сооружений достаточно высока.

Наиболее рациональным и экологически безопасным способом утили­зации навозных стоков является использование их для удобрения и полива с.-х. угодий. При этом способе обеспечивается повышение плодородия почвы, урожайности сельскохозяйственных культур и используется высокая способ­ность почвы к самоочищению[7, с.101].

В этих схемах сточные воды после частичной фильтрации направляют на полив сельскохозяйственных культур, что позволяет в результате деятельности микроорганизмов, находящихся в почве, кислорода воздуха, воздействия солнечных лучей и ряда других факторов на полях орошения

производить их очистку [4].

В мировой практике очистка сточных вод осуществляется на однослой­ных песчаных напорных зернистых фильтрах, которая позволяет удалить взвеси, снизив биохимическое потребление кислорода (БПК) и химическое потребление кислорода (ХПК) в соответствии с требованиями на сброс в водоемы содержащие рыбу с предварительным использованием для ороше­ния [5, с. 21].

На кафедре ПГС РИ(ф)МПУ разработана технологическая схема по очистке водных стоков содержащих органические примеси с помощью насыпных песчаных фильтров (рис. 1), на которой были проведены фильтрационные исследования.

В качестве исходного материала для проведения фильтрационных исследований была выбрана вода в количестве 1000 мл. Основными факторами для исследования являлись: X₁ – торфяная примесь в количестве 30, 50 и 70 г торфа; X₂ – варьируемая длина песчаного фильтра 0,1 м, 0,2 м и 0,3 м; X₃ – изменяемый угол наклона фильтра 5, 10 и 15 градусов.

В качестве функций отклика были приняты две величины: Y₁ – время фильтрации, сек. (количественная характеристика процесса); Y₂ – плотность отфильтрованной воды, г/см³ (качественная характеристика процесса)

По результатам первой серии опытов с коротким фильтром (0,1 м) и вариантами засорённости и углов наклона приведённых в табл. 1, 2 и 3 был построен график на рисунке 2.

Как видно из рисунка 2 поверхность функции отклика (времени фильтрации) почти прямая плоскость поставленная под достаточно крутым к

Для исследований во второй серии опытов с средним по длине фильтром (0,2 м) были взяты те же варианты засорённости и углы наклона песчаного фильтра. По полученным результатам, приведённым в табл. 4, 5 и 6, был построен график на рисунке 3.

Как видно из графика, построенного по проведённым исследованиям на песчаном фильтре, среднее время фильтрования выросло в 1,5 раза. При этом изменился и характер функции отклика, которая от почти прямой плоскости перешла в поперечном сечении к плоскостям 2-го порядка, хотя влияние угла наклона носит линейный характер, что видимо, связано с ограниченной областью исследования.

В завершающей третьей серии исследований опыты проводились с длинным фильтром (0,3 м) при тех же вариантах засорённости и углах наклона песчаного фильтра. По полученным результатам, приведённым в табл. 7, 8 и 9, был построен график на рисунке 3.

Исходя из полученных экспериментальных значений время фильтрации сравнению со второй серией выросло в 1,8 раза, что однозначно показало, что главным фактором в процессе фильтрации является длина фильтра, вторым по значимости фактором является засорённость органическими примесями и третьим является угол наклона фильтра.

Основными выводами из проведённых исследований можно сделать следующее:

• для поднятия эффективности и сокращения времени фильтрования на песчаных фильтрах воду с органическими примесями нужно подвергать предварительной очистке с помощью механических или гравитационных способов;
• учитывая то, что угол наклона песчаного фильтра влияет на процесс фильтрации незначительно, по сравнению с другими факторами, его для уменьшения габаритов фильтрующей системы необходимо держать максимально возможным;
• при использовании песчаных фильтров для не аграрных целей, с целью повышения качества очистки воды, допускается их делать поворотными или серпантинными, однако при этом следует помнить, качество фильтрации на обычных песчаных фильтрах приближается к 0,999, а дальнейшее повышение качества начнёт резко повышать стоимость очистки.

Список источников

1. Неверова О.П., Ильясов О.Р., Зуева Г.В., Шаравьев П.В. Современ­ные методы утилизации навозосодержащих и сточных вод // АВУ. 2015. №1 (131). С. 86-89.
2. Праниченко Н.В. Магистерская диссертация на тему «Экологически сбалансированные подходы к утилизации отходов животноводческих ком­плексов (на примере ООО «Стригуновский свинокомплекс»). Белгород 2016. С. 8-12.
3. Ветеринарно-санитарные правила по использованию животновод­ческих стоков для орошения и удобрения пастбищ. Департамент ветеринарии Министерства сельского хозяйства Российской Федерации 18 октября 1993 г. N 19-7-2/148. Часть 2.
4. Гостищев Д. П., Вершинин В. В., Хватыш Н. В. Утилизация сточных вод и животноводческих стоков на полях орошения // Евразийский Союз Ученых. 2015. №7-7 (16). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/utilizatsiya-stochnyh-vod-i-zhivotnovodcheskih-stokov-na-polyah-orosheniya.
5. Залетова Н.А., Залетов С.В. Потенциал технологии доочистки сточных вод на зернистых фильтрах с инертной загрузкой // Вода и экология: проблемы и решения. 2019. № 4 (80). С. 20-28.
6. Пат. 2257682 Российская Федерация, МПК C05F 11/08 (2006.01) Способ переработки фекальных и животноводческих стоков / В.А. Шапиро. Опубликовано: 25.06.2019 Бюл. № 18.
7. Методические рекомендации по технологическому проектированию систем удаления и подготовки к использованию навоза и помёта РД-АПК 1.10.15.02-17. С. 100-107.
8. Тютюнов С.И., Соловиченко В.Д., Навольнева Е.В. Использование свиных стоков в качестве органических удобрений // Международный научно-исследовательский журнал. 2015. № 10 (41) часть 3. С. 76-79.

References

1. Neverova O.P., Ilyasov O.R., Zueva G.V., Sharaviev P.V. Modern methods of utilization of manure-containing and waste water // AVU. 2015. No. 1 (131). pp. 86-89.
2. Pranichenko N.V. Master’s thesis on the topic «Environmentally balanced approaches to the disposal of waste from livestock breeding complexes (on the example of Strigunovsky Pig Farm LLC»). Belgorod 2016. S. 8-12.
3. Veterinary and sanitary rules for the use of livestock wastewater for irrigation and fertilization of pastures. Department of Veterinary Medicine of the Ministry of Agriculture of the Russian Federation October 18, 1993 N 19-7-2 / 148. Part 2.
4. Gostishchev D. P., Vershinin V. V., Khvatysh N. V. Utilization of wastewater and livestock effluents in irrigation fields // Eurasian Union of Scientists. 2015. No. 7-7 (16). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/utilizatsiya-stochnyh-vod-i-zhivotnovodcheskih-stokov-na-polyah-orosheniya.
5. Zaletova N.A., Zaletov S.V. Potential of technology for post-treatment of wastewater on granular filters with inert loading // Water and ecology: problems and solutions. 2019. No. 4 (80). pp. 20-28.
6. Pat. 2257682 Russian Federation, IPC C05F 11/08 (2006.01) Method for processing fecal and livestock wastewater / V.A. Shapiro. Published: 25.06.2019 Bull. No. 18.
7. Guidelines for process design systems for removal and preparation for use of manure and litter RD-APK 1.10.15.02-17. pp. 100-107.
8. Tyutyunov S.I., Solovichenko V.D., Navolneva E.V. Use of pig drains as organic fertilizers // International Scientific Research Journal. 2015. No. 10 (41) part 3. S. 76-79.

Для цитирования: Кущев И.Е., Лебедев И.С. Лабораторные исследования фильтрации жидкостей с органическими примесями через песчаные фильтры // Московский экономический журнал. 2023. № 1. URL: https://qje.su/rekreacia-i-turizm/moskovskij-ekonomicheskij-zhurnal-1-2023-22/

© Кущев И. Е., Лебедев И. С., 2023. Московский экономический журнал, 2023, № 1.

PDF-файл статьи

Научная статья

Original article

УДК 338.1

doi: 10.55186/2413046X_2023_8_1_18

ИССЛЕДОВАНИЕ ОТДЕЛЬНЫХ ПОДХОДОВ К ОЦЕНКЕ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЯ

RESEARCH OF INDIVIDUAL APPROACHES TO ASSESSING THE COMPETITIVENESS OF AN ENTERPRISE

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-78-10002, https://rscf.ru/project/22-78-10002/

Медведев Сергей Олегович, к.э.н., старший научный сотрудник, ФГБОУ ВО «Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева», E-mail: medvedev_serega@mail.ru

Позднякова Мария Олеговна, старший преподаватель, Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева, E-mail: m_o_pozdnyakova@mail.ru

Зырянов Михаил Алексеевич, к.т.н., доцент, ФГБОУ ВО «Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева», E-mail: zuryanov13@mail.ru

Безруких Юлия Александровна, к.э.н., доцент, ФГБОУ ВО «Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева», E-mail: expert-sib@yandex.ru

Medvedev Sergey Olegovich, PhD in Economics, senior researcher, Reshetnev Siberian State University of Science and Technology, E-mail: medvedev_serega@mail.ru

Pozdnyakova Maria Olegovna, senior lecturer, Reshetnev Siberian State University of Science and Technology, E-mail: m_o_pozdnyakova@mail.ru

Zyryanov Mikhail Alekseevich, PhD in Technical, associate professor, Reshetnev Siberian State University of Science and Technology, E-mail: zuryanov13@mail.ru

Bezrukikh Yulia Alexandrovna, PhD in Economics, senior researcher, Reshetnev Siberian State University of Science and Technology, E-mail: expert-sib@yandex.ru

Аннотация. В статье приведены результаты исследований авторского коллектива относительно существующих подходов к конкурентоспособности предприятия. На текущий момент времени данная экономическая категория выступает одной из наиболее значимых в практике хозяйствования бизнес-единиц. Следует отметить, что конкурентоспособность – это сложный экономический термин и к ее оценке существует множество отличных друг от друга подходов. Тем не менее, в ходе анализа литературных данных был представлен принципиальный алгоритм оценки конкурентоспособности предприятия, показаны особенности каждого из выявленных этапов. Также важно отметить, что в работе обоснована необходимость проведения оценки конкурентоспособности, которая отдельными исследователями ставится в настоящее время под сомнение. В ходе работы были обобщены сведения по методам оценки конкурентоспособности предприятия. Полученные результаты позволили выявить как положительные, так и негативные черты для каждого из представленных подходов. Проведенное исследование позволило определить, что одними из наиболее целесообразных для применения инструментов при оценке конкурентоспособности предприятий являются SWOT-анализ и составление матрицы БКГ. Первый позволяет выявить множество фактов относительно внутренних особенностей и внешних угроз, действующих на предприятие, оценить потенциальные возможности по их устранению, а также получить множество дополнительной ценной информации. Второй – используется для получения количественных оценок относительно позиции предприятия и/или его продуктов в сравнении с конкурентами. Синтез двух данных подходов позволяет проводить эффективное стратегическое планирование, опирающееся на достоверную и адекватную оценку конкурентоспособности предприятия.

Abstract. The article presents the results of the research of the author’s team regarding the existing approaches to the competitiveness of the enterprise. At the moment, this economic category is one of the most significant in the practice of managing business units. It should be noted that competitiveness is a complex economic term and there are many different approaches to its assessment. Nevertheless, during the analysis of the literature data, a fundamental algorithm for assessing the competitiveness of the enterprise was presented, the features of each of the identified stages were shown. It is also important to note that the paper substantiates the need for an assessment of competitiveness, which some researchers are currently questioning. In the course of the work, information on the methods of assessing the competitiveness of the enterprise was summarized. The results obtained allowed us to identify both positive and negative features for each of the presented approaches. The conducted research made it possible to determine that one of the most appropriate tools for the use in assessing the competitiveness of enterprises is SWOT analysis and the compilation of the BCG matrix. The first one allows you to identify a lot of facts about the internal features and external threats acting on the enterprise, assess the potential for their elimination, and also get a lot of additional valuable information. The second one is used to obtain quantitative estimates regarding the position of the enterprise and/or its products in comparison with competitors. The synthesis of these two approaches allows for effective strategic planning based on a reliable and adequate assessment of the competitiveness of the enterprise.

Ключевые слова: конкурентоспособность, эффективность, предприятие, оценка, исследование, стратегическое планирование, SWOT-анализ

Keywords: competitiveness, efficiency, enterprise, evaluation, research, strategic planning, SWOT-analysis

В современных экономических условиях эффективность деятельности предприятий является важнейшим элементом для успеха экономики страны. При этом как практикой, так и теоретическими исследованиями подтверждается то, что конкуренция ведет к приросту эффективности компаний. В условиях острой рыночной борьбы предприятия вынуждены оптимизировать свою деятельность, минимизировать расходы, находить более качественные решения на всех этапах и процессах менеджмента. Естественно, что в процессе конкуренции часть предприятий, не справившись с трудностями, прекращает свое существование, а часть, добиваясь еще больших успехов, становятся одними из лидеров в отраслях своего присутствия [1]. Данный порядок установился во всей мировой экономике.

Обращаясь к практике хозяйствования отечественных предприятий, следует отметить, что период перехода на рыночные условия, состоявшийся в 90-е годы прошлого века, характеризовался значительным присутствием «серой, теневой экономики». Для многих организаций на тот период времени главной задачей было сохранить свое существование, а повышение эффективности являлось второстепенной задачей. Если рассматривать еще более ранний период – этап существования СССР – термин конкурентоспособность стоило рассматривать лишь в контексте мировой экономики и соперничества с зарубежными странами. При этом сама эффективность деятельности предприятий являлась важной задачей, над ее повышением работали как в самих организациях, так и на государственном уровне. Для этих задачей создавались научно-исследовательские институты, работали профильные организации и т.д.

В настоящее время государственное вмешательство во многие отрасли экономики в целях повышения эффективности деятельности предприятий практически не требуется. Каждая бизнес-единица сама осознает потребность в своем совершенствовании.

На текущий момент времени оценка конкурентоспособности предприятий является важной задачей. Однако в науке и практике, как и для многих других областей, не найдено единого универсального подхода, который бы позволил проводить исследование данной экономической категории на качественном и достоверном уровне [2]. Авторами данной работы предпринята попытка обобщить отдельные представления об оценке конкурентоспособности, провести их некоторую систематизацию.

Конкурентоспособность компании – это ее характеристика, характеризующая степень, в которой она удовлетворяет или имеет потенциал для удовлетворения отдельных желаний и потребностей клиентов при определенном сравнении с предприятиями-конкурентами [3]. Также данный термин можно трактовать как возможность продолжать успешную деятельность не смотря на деятельность аналогов на рынке.

Конкурентоспособность может быть выражена рядом разнообразных показателей. При этом ключевая цель проведения оценки конкурентоспособности организации – идентификация ее места на рынке.

Ключевой элемент конкурентоспособности – ее конкурентное преимущество [4]. Эта та характеристика, которая позволяет достигать текущих позиций, не смотря на множество сдерживающих и негативных факторов.

Конкурентная позиция фирмы является функцией уровня ее конкурентного преимущества. Конкурентная позиция фирмы (конкурентный статус) – это ее положение в конкурентной борьбе, своего рода мера ее положения на рынке. Конкурентоспособность фирмы напрямую зависит от того, насколько эффективно она использует различные виды ресурсов в процессах производства, продажи обслуживания клиентов.

В настоящее время в научной литературе сформирован следующий подход к оценке конкурентоспособности (рис. 1):

1. Постановка цели. Конечная цель может несколько варьироваться в зависимости от целей, специфики, особенностей деятельности предприятия. Цель выявления конкурентоспособности своей компании (в большинстве случаев) – установление текущего положения относительно конкурентов и разработка на основе полученной информации мероприятий по развитию бизнеса.
2. Идентификация конкретных анализируемых сфер деятельности. В ходе исследования анализу могут подвергаться различные аспекты хозяйствования предприятия. Зачастую это может быть как вся деятельность предприятия (общие экономические показатели), так и отдельные направления, продукты, услуги. В отдельных случаях предприятиям требует понять насколько их отдельный товар конкурентоспособен на рынке и как это влияет на их позицию. При этом в рамках текущего исследования более важны именно профили деятельности компаний, что в большинстве случаев более репрезентативно.
3. Идентификация показателей, на основании которых будет проводиться оценка. В ходе исследования необходимо определиться с методическим подходом к оценке, тем показателям, которые будут рассчитываться и на основании которых будут делаться выводы о конкурентоспособности предприятия. В отдельных случаях традиционных данных о темпах роста рынка и доли предприятия в объемах продаж, выручке недостаточно. При этом могут встречаться и достаточно специфические показатели (зачастую на узких и закрытых рынках).
4. Установление конкретных анализируемых объектов в рамах исследуемых сфер деятельности. Данный пункт применяется в случае, если нужны дифференциация конкретных объектов в рамках общего направления деятельности компании. Например, в если необходимо выявить конкурентоспособность отдельных товаров в рамках выпускаемой сельскохозяйственной продукции.
5. Анализ установленных на предыдущем этапе объектов, в том числе расчет показателей. Наиболее важный этап исследования. Именно на нем происходит оценка конкурентоспособности организации, проводится основная часть исследования, основные расчеты. Если применяются матричные подходы, то на данном этапе происходит формирование матриц (БКГ, Портера, конкурентных преимуществ и т.д.).
6. Выполнение расчетов общих индексов конкурентоспособности. В случае если это необходимо выявляется интегральный индекс конкурентоспособности. Например, если применяется подход, согласно которому итоговая оценка конкурентоспособности осуществляется на основании нескольких отдельных показателей (по профилям деятельности, процессам, направлениям и т.д.). Также важно, что общий (интегральный) индекс конкурентоспособности может рассчитываться с учетом весовых коэффициентов (по значимости используемых в расчетах отдельных показателях). В отдельных случаях данный аспект крайне важен, так как может иметь существенное влияние на получение итоговой оценки.
7. Подведение итогов оценки конкурентоспособности. Заключительный этап, результатом которого выступает получение общего заключения о конкурентоспособности предприятия. Полученная на данном этапе информация необходима для принятия управленческих решений, формирования стратегий развития организаций, изменения товарной политики и т.д. Качество принимаемых решений является ключевым аспектом будущих успехов бизнеса. При этом часто данный этап недооценивается, так как считается, что получаемая информация позволяет однозначно трактовать возможные направления развития компании. На практике это практически невозможно. Любые принимаемые решения сопряжены с массой рисков. Фактически, оценка конкурентоспособности – это лишь малая часть (пусть и крайне важная, информативная) от объема данных, необходимых руководителям компаний для изменения стратегий деятельности.

Одни из важнейших критериев конкурентоспособности предприятия признается занимаемая им доля на рынке [5]. Вполне логично, что чем выше данный показатель, тем оно более конкурентоспособно. Другим связанным показателем выступает темп роста рынка. При эффективной производственной и маркетинговой стратегиях данные показатели должны увеличиваться.

В современном экономическом состоянии, консолидация конкурентоспособности предприятия, безусловно одно из главных условий эффективной деятельности компаний во всех секторах мировой экономики. С целью получения высоких результатов руководство предприятия должно чётко оценивать свои возможности, задействовав всяческие методы и способы, существующие в настоящее время.

На этапе инновационного развития экономики умеренный рост конкурентоспособности составляет одну из главных целей большинства организаций, в связи с этим допустимо считать его одним из важнейших показателем коммерческого достижения предприятия. В условиях рынка вопрос повышения конкурентоспособности предприятия приобретает особое значение [6]. Умеренный рост добивается не исключительно качеством управления, но и конкурентоспособностью выпускаемой продукции, то есть ее превосходством над продукцией конкурентов.

Для оценки конкурентоспособности существует ряд методов расчета и методов вычислительной графики. Естественно, что каждый из используемых методов отличается рядом особенностей. В литературе встречаются различные классификации оценки конкурентоспособности компаний по различным основаниям [7]:

1. Область деятельности предприятия (финансы, промышленность, IT и т.п.).
2. Используемые для анализа конкурентоспособности объекты.
3. Сложность и объем работ при проведении анализа конкурентоспособности.
4. Специфика выявления показателей конкурентоспособности (расчетный, графический, расчетно-графический).
5. Возможности для применения методов планирования и прогнозирования показателей конкурентоспособности.
6. Применение в исследовании стандартных или рассчитываемых весовых коэффициентов для отдельных показателей конкурентоспособности.
7. Используемые источники данных для исследования (внутренняя информация, экспертные методы, официальная статистика, прогнозные данные и т.д.).

Обобщенные сведения по методам оценки конкурентоспособности предприятия представлены в табл. 1.

Рассмотрим представленные в таблицы методы несколько более подробно.

Матричный метод оценки конкурентоспособности компании позволяет провести качественный анализ ее конкурентной позиции, который понятен и прост в расчетах, при этом доступна достоверная информация, основанная на динамичном представлении процесса конкуренции [8].

Матрица конкурентной силы – это метод, предложенный Boston Consulting Group и применяемый для исследования конкурентоспособности элементов бизнес моделей. Под последними могут пониматься как непосредственно компании, так и их отдельные товары, услуги, направления деятельности. Скорость изменений на рынке или Матрица BCG (БКГ) – это элемент бизнес модели (стратегическая бизнес-единица) организации, бизнес и портфель продуктов.

Методология, основанная на оценке конкурентоспособности продукции и услуг компании, связывает конкурентоспособность компании с конкурентоспособностью товаров и услуг через «потребительскую эффективность». Последняя выражается в том, что более конкурентоспособны товары, для которых цена ниже, а качество выше в сравнении с конкурентами, то есть чем выше качество продукции и ниже цена, тем она конкурентоспособнее.

К методам анализа конкурентоспособности продукта традиционно относят следующие:

• дифференциальная методология, позиционирующаяся на применении единичных параметров и сравнительной базы для анализируемых товаров или услуг;
• комплексная методология, сущность которой заключается в применении интегральных показателей и оценке отдельных свойств и качеств  исследуемых товаров.
• смешанный метод – это синтез двух первых методов, при котором одновременно используются инструменты каждого из них.

Методы, исследующие основы эффективной конкуренции   опираются на использование следующих показателей [9]:

• конкурентные преимущества товаров и услуг (цена, качество, эргономичность и т.д.);
• эффективность производства (затраты на единицу продукции, производительность и рента, а также эффективность трудозатрат);
• финансовое состояние компании (коэффициенты ликвидности, независимости, платежеспособности, оборачиваемости и т.д.);
• эффективность PR (эффективность рекламных компаний, количество и объемы рекламаций, рентабельность продаж, доля рынка и т.п.).

Также на практике применяется комплексный метод исследования конкурентоспособности предприятия, который включает в себя два компонента: критерии удовлетворенности покупателей и эффективности производственных процессов. Достоинством такого подхода является то, что его легко рассчитать, а результаты можно однозначно интерпретировать; однако его основной недостаток заключается в том, что он неполно характеризует деятельность предприятия.

Также часто используются подходы, согласно которым используются единичные показатели конкурентоспособности. Они получаются путем нахождения отношений значений отдельных оцениваемых критериев и их максимальной величины (собственной или конкурента). Наиболее распространенный подход заключается в нормализации единичных показателей конкурентоспособности таким образом, чтобы их нормализованные значения, т.е. их сумма, были равны 1. В этом случае составной индекс конкурентоспособности оценивается по тем же принципам, что и единичный индекс.

Еще одним важным подходом, который используют предприятия на практике, является SWOT-анализ. Авторским коллективом предлагается, что именно данный вид анализа является одним из наиболее подходящих для проведения оценки конкурентоспособности предприятия [10]. Разумеется, для получения более точных (количественных) оценок он должен дополняться другими подходами. В таком случае, по авторскому мнению, следует использовать также являющийся классическим метод построения матрицы БКГ. SWOT-анализ — достаточно распространенный и несложный инструмент, который получил широкое распространение в мировой практике. Вместе с тем, при серьезном подходе и подключении в исследование экспертов в предметных областях данный инструмент позволяет достигать отличных результатов по позиционированию предприятия на рынке и оценке его конкурентоспособности. Общая (принципиальная схема) такого анализ показана на рис. 2.

Выявление факторов внутренней и внешней среды, влияющих на бизнес – одна из сложных, но выполнимых задач на пути стратегического планирования. При этом данная задача, по сути, позволяет выявлять конкурентоспособность компании. Оценка угроз со стороны предприятий-конкурентов и тех ключевых особенностей предприятия, которые позволяют ей продолжать успешное функционирование, выступают неотъемлемыми элементами рассматриваемой в данной работе проблематики.

Таким образом, в ходе проведенного исследования выявлены ключевые особенности проведения оценки конкурентоспособности предприятий. Показаны принципиальные методы и дана их краткая характеристика. В работе показана и обоснована принципиальная необходимость проведения данного типа исследований. Одним из дальнейших направлений работы авторского коллектива является разработка авторского подхода к оценке конкурентоспособности предприятия.

Список источников

1. Елсукова Ю.Ю., Хало Л.А. Конкурентоспособность как экономическая категория маркетинга. Методы оценки конкурентоспособности // Философия социальных коммуникаций. 2014. № 4 (29). С. 81-90.
2. Фатхутдинов Р.А. Конкурентоспособность: экономика, стратегия, управление. – М.: ИНФРА-М, 2011. — 312 с.
3. Саринов, Р. Как оценить конкурентоспособность компании? Альтернативная технология анализа // Маркетолог. 2012. № 9. С. 4-8
4. Мусальников Д.А. Конкурентоспособность предприятия. Факторы, пути повышения конкурентоспособности // Вопросы науки и образования. 2019. № 1 (43). С. 4-8.
5. Фомченкова Л.В., Крупенькина В.С. Оценка конкурентоспособности организации в системе «потенциал — конкурентное преимущество — конкурентоспособность» // Экономика и бизнес: теория и практика. 2018. № 12-2. С. 175-178.
6. Медведев С.О., Лукин В.А. Эффективное использование сырьевых ресурсов как фактор конкурентоспособности предприятий лесного комплекса // Лесной экономический вестник. 2009. № 3. С. 33.
7. Никитина Е.А. Взаимосвязь показателя конкурентоспособности предприятия и конкурентоспособности товара // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2013. № 4. С. 125-128.
8. Жданова Е.С. Анализ современных методов определения конкурентоспособности предприятий // Часопис економiчних реформ. 2018. № 1 (29). С. 44-49.
9. Smither R.D., Houston J.M. The nature of competitiveness: the development and validation of the competitiveness index // Educational and Psychological Measurement. 1992. Т. 52. № 2. С. 407-418.
10. Medvedev S., Rjabova T., Mokhirev A. Methodical approach to increase efficiency of use of wood resource potential of the region // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019. С. 012036.

References 

1. Elsukova Yu.Yu., Xalo L.A. Konkurentosposobnost` kak e`konomicheskaya kategoriya marketinga. Metody` ocenki konkurentosposobnosti // Filosofiya social`ny`x kommunikacij. 2014. № 4 (29). S. 81-90.
2. Fatxutdinov R.A. Konkurentosposobnost`: e`konomika, strategiya, upravlenie. – M.: INFRA-M, 2011. — 312 s.
3. Sarinov, R. Kak ocenit` konkurentosposobnost` kompanii? Al`ternativnaya texnologiya analiza // Marketolog. 2012. № 9. S. 4-8
4. Musal`nikov D.A. Konkurentosposobnost` predpriyatiya. Faktory`, puti povy`sheniya konkurentosposobnosti // Voprosy` nauki i obrazovaniya. 2019. № 1 (43). S. 4-8.
5. Fomchenkova L.V., Krupen`kina V.S. Ocenka konkurentosposobnosti organizacii v sisteme «potencial — konkurentnoe preimushhestvo — konkurentosposobnost`» // E`konomika i biznes: teoriya i praktika. 2018. № 12-2. S. 175-178.
6. Medvedev S.O., Lukin V.A. E`ffektivnoe ispol`zovanie sy`r`evy`x resursov kak faktor konkurentosposobnosti predpriyatij lesnogo kompleksa // Lesnoj e`konomicheskij vestnik. 2009. № 3. S. 33.
7. Nikitina E.A. Vzaimosvyaz` pokazatelya konkurentosposobnosti predpriyatiya i konkurentosposobnosti tovara // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo texnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuxova. 2013. № 4. S. 125-128.
8. Zhdanova E.S. Analiz sovremenny`x metodov opredeleniya konkurentosposobnosti predpriyatij // Chasopis ekonomichnix reform. № 1 (29). S. 44-49.
9. Smither R.D., Houston J.M. The nature of competitiveness: the development and validation of the competitiveness index // Educational and Psychological Measurement. T. 52. № 2. S. 407-418.
10. Medvedev S., Rjabova T., Mokhirev A. Methodical approach to increase efficiency of use of wood resource potential of the region // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019. С. 012036.

Для цитирования: Медведев С.О., Позднякова М.О., Зырянов М.А., Безруких Ю.А. Исследование отдельных подходов к оценке конкурентоспособности предприятия // Московский экономический журнал. 2023. № 1. URL: https://qje.su/rekreacia-i-turizm/moskovskij-ekonomicheskij-zhurnal-1-2023-18/

© Медведев С.О., Позднякова М.О., Зырянов М.А., Безруких Ю.А., 2023. Московский экономический журнал, 2023, № 1.

PDF-файл статьи

Научная статья

Original article

УДК 911.3:234.8

doi: 10.55186/2413046X_2022_7_12_763

РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ СВЧ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ВНЭ И АНАЛИЗ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

DEVELOPMENT OF AN EXPERIMENTAL MICROWAVE INSTALLATION FOR SEPARATION IN THE N E AND ANALYSIS OF FIRE SAFETY DURING OPERATION

Аксенов Сергей Геннадьевич, д.э.н., профессор, кафедры землеустройства, заведующий кафедрой «Пожарная безопасность», Уфимский государственный авиационный технический университет, E-mail: t_papaskiri@mail.ru

Елизарьев Алексей Николаевич, кандидат географических наук, доцент, ФГБОУ ВО «УГАТУ», E-mail: Tanya.vorobyeva135@gmail.com

Сулиманова Эльнара Тагировна, Уфимский государственный авиационный технический университет, E-mail: elnara_sulimani@mail.ru

Гималетдинова Алина Римовна, Уфимский государственный авиационный технический университет, E-mail: ah@bgutmo.ru

Гатауллина Юлия Ильгизовна, Уфимский государственный авиационный технический университет, E-mail: t_papaskiri@mail.ru

Биккулов Кирилл Рустамович, Уфимский государственный авиационный технический университет, E-mail: t_papaskiri@mail.ru

Aksenov Sergey Gennadievich, Doctor of Economics Sciences, Professor, Head of the Department «Fire Safety», Ufa State Aviation Technical University, E-mail: t_papaskiri@mail.ru

Yelizaryev Alexey Nikolaevich, Candidate of Geographical Sciences, Associate Professor, Ufa State Aviation Technical University, E-mail: Tanya.vorobyeva135@gmail.com

Suleymanova Elnara Tagirovna, Ufa State Aviation Technical University, E-mail: elnara_sulimani@mail.ru

Himaletdinova Alina Rimovna, Ufa State Aviation Technical University, E-mail: ah@bgutmo.ru

Gataullina Yulia Ilgizovna, Ufa State Aviation Technical University, E-mail: t_papaskiri@mail.ru

Bikkulov Kirill Rustamovich, Ufa State Aviation Technical University, E-mail: t_papaskiri@mail.ru

Аннотация. Целью данной работы было исследование возможности более эффективного применения микроволнового воздействия для деэмульгирования эмульсий вода-в-нефти, стабилизированных гелеобразными ассоциатами, для разделения водной и масляной фаз, присутствующих в их составе, а также разработка рекомендации по пожарной безопасности при эксплуатации экспериментальной установки.  Для этого изучаются существующие методы переработки с точки зрения разделения ее на отдельные компоненты, дана классификация методов физического разделения, в том числе гравитационного осаждения, разделения с использованием центробежных сил, химических и комбинированных воздействий.

Abstract. The purpose of this work was to investigate the possibility of more effective use of microwave exposure for demulsification of water-in-oil emulsions stabilized with gel-like associates to separate the water and oil phases present in their composition. For this purpose, existing processing methods are studied from the point of view of its separation into individual components, a classification of physical separation methods, including gravitational deposition, separation using centrifugal forces, chemical and combined effects is given.

Ключевые слова: СВЧ, водонефтяная эмульсия, обработка, деэмульгирование, пожарная безопасность

Keywords: Microwave, oil-water emulsion, processing, demulsification, fire safety 

Россия лидирует по добыче нефти. Следовательно, и объемы отходов крайне велики. На данный момент широко используются устаревшие методы их ликвидации. На нефтебазах, включая нефтяные терминалы или автозаправочные станции, хранится много легковоспламеняющихся нефтепродуктов. Практика показывает, что большинство предприятий нефтегазодобывающего комплекса складируют водонефтяной шлам на открытом воздухе в специально отведенных местах, образуя шламовые озера. В России ежегодно образуется более 3 миллионов тонн нефтешламов. Структура образования нефтешламов примерно следующая:

• Нефтедобывающие компании – более 1 миллиона тонн нефтешламов и нефтезагрязненных грунтов;
• Нефтеперерабатываюие предприятия – 0,7 миллионов тонн ежегодно;
• Нефтяные терминалы – 0,3 миллиона тонн;
• Другие источники, включая ж/д транспорт, аэропорты, морские порты – 0,5 миллионов тонн [1].

Но утилизация нефтеотходов может проводиться и по современным технологиям. Последние активно разрабатываются учеными. Отделение и извлечение масляной фазы из отработанных нефтяных эмульсий оказывает мощное влияние на защиту окружающей среды и экономические выгоды для нефтеперерабатывающих заводов.

В ходе исследований была разработана структурная схема установки для разделения водонефтяной эмульсии включающая в себя 1-блок питания, 2- СВЧ генератор, 3- камера для СВЧ-обработки, 4- таймер, 5 –подставка для пробирок.

В данной установке исходную суспензию ВНЭ, приготовленную путем смешивания нефти с дистиллированной водой, помещают в камеру для СВЧ-обработки, под воздействием СВЧ генератора. Работа проводится за определенный период времени для этого используется таймер. После чего испытуемый образец попадает в отстойник, где происходит последний этап — отстаивание. На выходе мы наблюдаем образец эмульсии с осадком воды.

В данной установке исходную суспензию ВНЭ, приготовленную путем смешивания нефти с водой, в пробирке помещают в камеру для облучения. После чего испытуемый образец в пробирке отстаивается. На выходе мы наблюдаем образец эмульсии с осадком воды. Далее берутся пробы испытуемого образца для микроскопического изучения.

Разработан метод приготовления образцов из гельсодержащих эмульсий вода-в-масле присутствующих в композиции, для их последующего анализа[2]. Исследованы реальные образцы углеводородсодержащих эмульсий, различающихся по составу (различное содержание воды).

Существует несколько способов получения эмульсий такие как:

• метод впрыска заключается в том, что дисперсная фаза (вода) впрыскивается в непрерывную среду (нефть), затем он может быть разбит на большие капли;
• метод перемешивания заключается в применении некоторого механического воздействия или оборудования для однородного смешивания эмульсии.

В лабораторных условиях были приготовлены углеводородсодержащие эмульсии путем динамического  перемешивания испытуемых материалов нефти и воды в пробирках. Основой метода является комбинация инъекций с перемешиванием. Вода при поступлении в дисперсную фазу, дробится на мелкие частицы, при этом образуя глобулы воды. Для образования глобул ВНЭ необходимо размешивать смесь в течение 15 минут.

Различают качественные и количественные методы определения содержания воды [3-4].

В данной работе предлагается применять прямые измерения и алгоритм измерения на микроскопе.

Преимущества данного метода:

• прямые измерения;
• для анализа требуется минимальное количество пробы;
• модульная система позволяет проводить ручные измерения по изображениям, а также статистическую обработку результатов измерений.

Капли (глобулы) воды имеют диаметр (dk) от 0,1 до 1000 мкм [18]  их размер можно определить, используя метод оптической микроскопии с использованием модульного биологического микроскопа МИКРОМЕД С-1, Р-1, включающего в себя программное обеспечение анализа изображений. При  помощи пипетки наносим каплю образца на предметное стекло накрываем его покровным  и помещаем все в микроскоп. Используя окулярную камеру фиксируем изображение. Далее полученный результат вносим в систему трехмерного моделирования КОМПАС-3D для выявления геометрических параметров глобул ВНЭ [5].

В процессе наших исследований при рассмотрении видеокадров было выявлено, что толщина слоя нефтешлама на стекле составляет доли миллиметра, а размеры глобул – нанометры, поэтому на рисунках видны глобулы нескольких слоев. Нефть при взаимодействии с водой всегда сопровождается нежелательным образованием эмульсий промежуточного слоя, вызванным присутствием естественных поверхностно-активных молекул, таких как асфальтены и смолы. Эмульсия промежуточного слоя представляет собой два слоя видимый и невидимый, разделенных межфазной поверхностью дисперсионных сред «нефть-вода».

Так как  наблюдать за внутренними каплями воды гораздо труднее, предлагаемый  подход может позволить проводить измерения количества и размеров с относительно небольшими погрешностями.

Была определена точка наибольшей концентрации СВЧ — волн в камере для облучения, чтобы реализовать дальнейшие исследования.

Эксперименты проводятся при мощности генератора  3 – 1000 Вт, частотах 2,45…10 ГГц.

Для определения эффективной частоты эксперименты проводятся в пробирках, объем которых составляет 10 мл.

Условно разделив корпус камеры для облучения на 4 части, в каждом эксперименте пробы эмульсии должны фиксироваться в разных местах (рис.2)

Измерительные приборы:

1. Весы лабораторные, ВЛКТ-200
2. Весы лабораторные типа «Сартогосм СЕ 423-С»
3. Секундомер
4. Измеритель температуры для влажной среды (термометр)
5. Измеритель температуры воздуха
6. Измеритель влажности воздуха (электронный гигрометр)

Порядок проведения экспериментов:

1. Собрать установку с СВЧ-генератором
2. Взвесить пронумерованные пробирки со шкалой
3. Подготовить 5 образцов нефтешлама с разным содержанием воды в этих емкостях.
4. Взвесить подготовленные образцы с точностью 0,01мг.
5. Определить точку максимальной мощности СВЧ-волн
6. Провести обработку проб по одной с разным временем в точке максимальной мощности.
7. Результаты и исходные данные занести таблицу 1.

Далее проводился микроскопический анализ исследуемых эмульсий. При помощи пипетки наносим каплю образца нефтешлама на предметное стекло накрываем его покровным после чего помещаем в микроскоп с калибровочной сеткой. Фиксируем полученный результат, используя окулярную камеру, для микроскопической фотофиксации изображения глобул до и после СВЧ – воздействия (рис.3).

В результате расчетов было получено уравнение множественной регрессии: Y = -11.3125 + 0.825X1 + 0.04875X2. Возможна экономическая интерпретация параметров модели: увеличение времени СВЧ-воздействия на 1 единицу измерения приводит к увеличению объема отстоявшейся воды в среднем на 0.825 ед.изм.; увеличение мощности СВЧ-воздействия на 1 единицу измерения приводит к увеличению объема отстоявшейся воды в среднем на 0.0488 ед.изм. По максимальному коэффициенту β2=0.489 делаем вывод, что наибольшее влияние на результат объема отстаивания оказывает фактор мощность СВЧ-воздействия.

При подготовке рекомендаций по пожарной безопасности были рассмотрены следующие нормативно-правовые акт:

1. ФЗ-123, «Тех. регламентом о требованиях ПБ» — контроль за безопасным состоянием объектов защиты.
2. СП 18.13330.2011
3. СП 155.13130.2014 –требования к складам нефти и нефтепродуктов.
4. СП 123.13330.2012 – о подземных хранилищах нефти, газа, продукции.
5. Проект СП от 2014 года о требованиях пожарной безопасности к нефтеперерабатывающим, нефтехимическим предприятиям.
6. Приказ № 125 Федеральной службы по технадзору от 29.03.16 года об утверждении «Правил безопасности нефтегазоперерабатывающих производств»

Соблюдение требований этих нормативно-правовых актов является первостепенной задачей при построении системы пожарной безопасности на нефтяном предприятии.

Подводя итоги, можно сказать, что результаты эксперимента подтверждают расчетные данные, причем мощность СВЧ-излучения практически находится на нижнем пределе необходимой для разрушения глобул мощности. Поэтому разрушаются глобулы только определенных размеров. Объясняется это тем, что, во-первых, от размеров глобул зависит сила поверхностного натяжения, во-вторых, частота СВЧ-излучения в 3 раза меньше, чем резонансная частота молекул воды. При расчетах минимальной напряженности электрического поля мы не учитывали силу поверхностного натяжения. Для ее преодоления необходимо увеличить мощность излучения. Таким образом, низкотемпературное разделение эмульсии возможно за счет разрыва химических связей под воздействием электромагнитного поля, а не нагрева.

Список источников

1. Владимиров В.С., Корсун Д.С., Карпухин И.А., Мойзис С.Е. Переработка и утилизация нефтешламов резервуарного типа // ПромХим-Сфера [Электронный ресурс] URL: http://www.promhim-sfera.ru/articles?id=7
2. Хабаева А.Р., Шавалеев Э.И., Абдеев Э.Р., Рукомойников А.А., «Изучение влияния механических воздействий на глобулы воды в углеродсодержащих средах», в сборнике: Проблемы современного физического образования Сборник материалов V Всероссийской научно-методической конференции. Ответственный редактор М.Х Балапанов. 2019. С. 76-79
3. ГОСТ 2477-2014 Нефть и нефтепродукты. Метод определения содержания воды
4. Интернет ресурс — https://www.ngpedia.ru/id617240p4.html: «Большая энциклопедия нефти и газа»
5. Э.Р. Абдеев, Р.И. Саитов, Р.Г. Абдеев, М.А. Фатыхов, А.Ф. Хасанова. Разработка энергоресурсоэффективной техники и технологии экологически безопасной СВЧ-переработки нефтешламов. Материалы конгресса «Техноген-2019» «Фундаментальные исследования и прикладные разработки процессов переработки и утилизации техногенных образований». 18-21 июня 2019 г. г. Екатеринбург.

References

1. Vladimirov V.S., Korsun D.S., Karpukhin I.A., Moizis S.E. Processing and utilization of tank-type oil sludge // PromHim-Sphere [Electronic resource] URL: http://www.promhim-sfera.ru/articles?id=7
2. Khabaeva A.R., Shavaleev E.I., Abdeev E.R., Rukomoinikov A.A., «Study of the influence of mechanical influences on water globules in carbon-containing media», in the collection: Problems of modern physical education Collection of materials of the V All-Russian Scientific and Methodological Conference. Responsible editor M.H. Balapanov. 2019. pp. 76-79
3. GOST 2477-2014 Oil and petroleum products. Method for determining the water content
4. Internet resource — https://www.ngpedia.ru/id617240p4.html : «The Great Encyclopedia of Oil and Gas»
5. E.R. Abdeev, R.I. Saitov, R.G. Abdeev, M.A. Fatykhov, A.F. Khasanova. Development of energy-efficient equipment and technology for environmentally safe microwave processing of oil sludge. Materials of the congress «Technogen-2019» «Fundamental research and applied development of processes of processing and utilization of technogenic formations». June 18-21, 2019 Yekaterinburg.

Для цитирования: Аксенов С.Г., Елизарьев А.Н., Сулиманова Э.Т., Гималетдинова А.Р., Гатауллина Ю.И., Биккулов К.Р. Разработка экспериментальной установки СВЧ для разделения ВНЭ и анализ пожарной безопасности при эксплуатации // Московский экономический журнал. 2022. № 12. URL: https://qje.su/rekreacia-i-turizm/moskovskij-ekonomicheskij-zhurnal-12-2022-66/

© Аксенов С.Г., Елизарьев А.Н., Сулиманова Э.Т., Гималетдинова А.Р., Гатауллина Ю.И., Биккулов К.Р., 2022. Московский экономический журнал, 2022, № 12.

PDF-файл статьи

Научная статья

Original article

УДК 55

doi: 10.55186/2413046X_2022_7_12_738

СУТОЧНАЯ ДИНАМИКА РТУТИ В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ И ФАКТОРЫ, ЕЁ ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ

DAILY DYNAMICS OF MERCURY IN NATURAL WATERS AND FACTORS DETERMINING IT

Овсепян Ася Эмильевна, к.г.н., доцент кафедры физической географии, экологии и охраны природы, Институт наук о Земле, Южный федеральный университет, ORCID : 0000-0002-6914-2539

Ovsepyan Asya E., Ph.D., Associate Professor Department of Physical Geography, Ecology and Nature Protection, Institute of Earth Sciences, Southern Federal University

Аннотация. Изучение суточной динамики ртути даёт возможность моделировать и прогнозировать временные особенности поведения металла и его соединений. Знание особенностей поведении металла в природных водах на примере конкретных водных объектов позволит разрабатывать рекомендации для оптимизации сети водозаборов с целью обеспечения хозяйственно-бытовых нужд населения, и минимизации возможного негативного воздействия на здоровье людей. В статье рассмотрены результаты современных исследований, направленных на выявление изменений концентраций ртути в воде, приводном слое атмосферы, определение направленности её потоков в разное время суток и для различных природных объектов. Целью работы явилось изучение суточной динамики концентраций ртути в природных водах, выявление факторов, влияющих на этот процесс. Для достижения цели был проведен эксперимент в дельте реки Северная Двина, когда в течение суток проводился отбор и анализ проб воды из поверхностного и придонного горизонтов. Параллельно изучались физико-химические условия среды для анализа взаимосвязей. Это позволило имеющиеся в научном обиходе данные сравнить с результатами автора, полученными для устья реки в результате натурного эксперимента. Выявлено, что в дельте реки Северная Двина суточная динамика концентраций ртути зависит от различных факторов, причем для поверхностного и придонного горизонтов эти факторы отличаются. Значимые коэффициенты корреляции выявлены для суточного хода лишь с такими параметрами воды из исследованных, как содержание кислорода и валовой формой ртути в поверхностном горизонте вод (r=0.54), и pH и общей растворенной формой ртути в поверхностном горизонте (r=0.61). В остальных случаях коэффициенты корреляции между концентрациями ртути и исследованными параметрами оказались ниже уровня значимости.

Abstract. The study of the daily dynamics of mercury makes it possible to model and predict the temporal features of the behavior of the metal and its compounds. Knowledge of the features of the behavior of metal in natural waters on the example of specific water bodies will allow us to develop recommendations for optimizing the network of water intakes in order to meet the household needs of the population, and minimize the possible negative impact on human health. The article discusses the results of modern research aimed at identifying changes in mercury concentrations in water, the driving layer of the atmosphere, determining the direction of its flows at different times of the day and for various natural objects. The aim of the work was to study the daily dynamics of mercury concentrations in natural waters, to identify factors affecting this process. To achieve this goal, an experiment was conducted in the delta of the Northern Dvina River, when water samples from the surface and bottom horizons were taken and analyzed during the day. In parallel, the physicochemical conditions of the environment were studied to analyze the relationships. This allowed the data available in scientific use to be compared with the author’s results obtained for the mouth of the river as a result of a full-scale experiment. It was revealed that in the delta of the Northern Dvina River, the daily dynamics of mercury concentrations depends on various factors, and these factors differ for the surface and bottom horizons. Significant correlation coefficients were found for the daily course only with such water parameters from the studied ones as oxygen content and the gross form of mercury in the surface water horizon (r=0.54), and pH and the total dissolved form of mercury in the surface horizon (r=0.61). In other cases, the correlation coefficients between mercury concentrations and the studied parameters were below the significance level.

Ключевые слова: суточная динамика, ртуть, влияющие факторы, река Северная Двина

Keywords: daily dynamics, mercury, influencing factors, the Northern Dvina River

Введение

В настоящее время на фоне неугасающего интереса к изучению ртутного загрязнения окружающей среды – проводится все больше исследований, направленных на выявление суточных циклов ртути в атмосфере, воде, почвах, донных отложениях и других средах. В районах с различным уровнем антропогенной нагрузки устанавливаются станции, производящие непрерывное измерение концентраций ртути в атмосферном воздухе, ставятся эксперименты по изучению потоков металла. Целью всех этих исследований является установление закономерностей и факторов, определяющих поведение вещества первого класса опасности – ртути в различных средах.

С совершенствованием технической базы возникла возможность бесперебойного измерения ртути в атмосферном воздухе, отчасти с этим связано увеличение числа исследований на данную тематику в последние годы. Так, например, авторы [1] представили результаты своих более чем 2-х-летних (2018-2020 гг) наблюдений за динамикой концентраций газообразной элементарной ртути (ГЭР), проведенных на наземной станции мониторинга на южном побережье Италии. В ходе измерительной кампании также отслеживались метеорологические параметры для изучения изменчивости суточного цикла ГЭР. Авторы пришли к выводу, что увеличение концентраций ГЭР происходило при росте температуры воздуха и усилении ветра, что, по мнению исследователей, подтверждает в качестве потенциальных локальных источников ртути её поступление с окружающих поверхностей моря и суши, и связан этот процесс с механизмами фоторедукции [1].

Подобные исследования на протяжении 9-ти лет (c 2007 по 2015 гг) выполнялись авторами в Белтсвилле (Мэриленд, США) на относительно загрязненном ртутью пригородном участке [2]. В суточной динамике авторы выделили небольшой пик в утренние часы. Если говорить о сезонной динамике – наблюдались относительно низкие уровни осенью, а в межгодовом ходе концентраций было выявлено снижение в среднем на 0,020 ± 0,007 нг/м3 в год (или 1,3 ± 0,5 % в год) [2]. Также отмечается взаимосвязь между концентрациями газообразной элементарной ртути и усилением, и направлением ветра, что авторы объясняют влиянием близлежащих источников ртути.

Образование растворенной газообразной ртути (ГРР) и её последующее улетучивание в атмосферу являются частью биогеохимического цикла, способствуя удалению металла из водной среды и, таким образом, уменьшая объем, доступный для метилирования и биоаккумуляции. В этом контексте оценка газообразного обмена ртутью между водной толщей и атмосферой предоставляет полезную информацию о потенциальном воздействии ртути на окружающую среду. Авторами [3] измерялись потоки газообразной ртути в пресноводных водоемах, в прошлом подверженных загрязнению соединениями металла в результате воздействия хлорщелочной и горнодобывающей промышленности. Они пришли к выводам, что в летнее время поток из водной толщи усиливается, и инициируется этот процесс возрастанием температуры воды и усилением фоторедукции (связано с освещенностью). Эти выводы подтверждаются авторами [4], проводившими наблюдения в Триестском заливе Адриатического моря (Словения). Ими выявлено, что потоки газообразной элементарной ртути на границе раздела вода-атмосфера значительно выше летом (на 40 %) и коррелируют с солнечной радиацией и температурой воды, что подтверждает важность этих двух параметров для процессов фоторедукции и биотического восстановлении Hg²⁺ до растворенной газообразной ртути, которая является летучей и легко выбрасывается в атмосферу в виде газообразной элементарной ртути. Интересно исследование авторов [5], когда параллельно изучались вариации суточных концентраций растворенной газообразной ртути и процесс флуоресценции растворенного органического углерода на водных объектах Канады. Исследователи определили влияние средневолнового ультрафиолетового излучения, длинноволнового ультрафиолетового излучения и видимого света на процессы фотоиндукции и образования растворенной газообразной ртути. Была выявлена значимая взаимосвязь между концентрациями газообразной растворенной ртути и интенсивностью света, а также между выработкой ГРР и процессом флуоресценции растворенного органического углерода на всех участках исследования. Отмечено, что при ультрафиолетовом излучении в средневолновом диапазоне (UVB) выработка ГРР была выше в чистых озерах по сравнению с озерами с большими концентрациями гуминовых кислот, а при УФ-излучении длинноволнового спектра (UVA), образование газообразной растворенной ртути интенсивнее происходило в гуминовых озерах [5]. Исследователи [6] изучили роль микробного окисления и восстановления ртути в пресноводных озерах Онтарио и Джека. Пик концентраций ГРР отмечался между 9:00 и 10:30, снижаясь к 16:00. Активность микробной ртутьредуктазы (преобразует Hg²⁺ в Hg⁰) повышалась с концентрацией ГРР, а активность оксидазы ртути (преобразует Hg⁰ в Hg²⁺) повышалась с уменьшением концентрации ГРР в середине дня. В эксперименте также показано, что активность оксидазы ртути была связана с суточными режимами перекиси водорода (H₂O₂), данные согласуются со следующей последовательностью событий: утром микробная активность продуцирует ГРР, по мере увеличения концентрации фотохимически образующегося H₂O₂ происходит биологически опосредованное снижение концентрации ГРР в течение второй половины дня. Таким образом, чтобы предсказать концентрацию газообразной растворенной ртути в поверхностных водах и скорости потока в атмосферу, вклад фоторедукции и фотоокисления должен учитываться совместно со скоростями восстановления и окисления обусловленными микробной активностью. Другие современные авторы также отмечают суточные закономерности в ходе концентраций газообразной элементарной ртути, тесно связанные с изменением солнечной радиации. Так, авторы, проводившие работы на озере Кейн-Крик (Теннесси, США), [7] пришли к выводу, что солнечная радиация, по-видимому, является основным фактором, контролирующим водно-воздушный обмен ртутью, а скорость ветра оказывает вторичное влияние на перенос ртути из воды в воздух. Другие исследователи, проводившие измерения на пяти водохранилищах на реке Вуцзян, Гуйчжоу, Юго-западный Китай, также говорят о максимальных концентрациях газообразной ртути в атмосфере в дневное время. Авторы делают вывод, что температура воздуха может быть лучшим показателем для прогнозирования потоков ртути из воды для этих природных объектов [8]. Также отдельно выделим работу авторов [9], которые провели эксперимент на мезокосмах, измеряя ГРР и ГЭР в одном случае на мезокосме с закрытым дном, и в другом – на мезокосме с открытым дном. При этом испарение ртути в обоих мезокосмах значительно коррелировало с солнечной радиацией, а концентрации растворенной газообразной ртути уменьшались с глубиной в мезокосме с закрытым дном, но увеличивались с глубиной в мезокосме с открытым дном, что указывает на донные отложения как источник поступления ртути в водную толщу. Как видим, на суточный цикл концентраций ртути в различных средах влияет значительное число факторов, как природных, так и антропогенных. Причем в районах, подвергающихся или уже имеющих ртутное загрязнение, — поведение металла прогнозировать и моделировать сложнее, поскольку учитывать следует большее количество факторов (такие, как вторичное загрязнение, направление ветра и др.). Так, авторы [3], на фоне общей тенденции — интенсификации потока ртути в приводные слои воздуха в летний сезон, выявили, что из подвергавшихся ртутному загрязнению озер эти потоки были на порядок интенсивнее по сравнению с теми, которые наблюдаются в нетронутой среде. Всё это демонстрирует, что загрязненные участки ландшафтов даже спустя десятилетия после первичного поступления ртути, способны оказывать негативное влияние на окружающую среду. Под руководством автора в дельте реки Северная Двина, для которой длительное время ртуть являлась характерным загрязняющим веществом (стоки хлорных производств от целлюлозно-бумажного комбината), поставлен натурный эксперимент по изучению суточной динамики концентраций ртути в воде реки Северная Двина, выявлению приоритетных факторов миграции и трансформации элемента.

Методы и принципы исследования

Для Российской территории подобные исследования все ещё являются уникальными. Станция отбора проб находилась в устье р. Северная Двина, г. Архангельск, Россия, — в 39 км выше по течению от морского края дельты (рис. 1). Исследования проводились в летний период (август), вода отбиралась из поверхностного и придонного горизонтов с периодичностью 3 часа. Параллельно определялись температура, содержание кислорода, Eh и pH воды. Изучались валовое содержание ртути и концентрации растворенной формы ртути (в отфильтрованных через мембранные фильтры с размером пор 0.45 мкм пробах воды). Определение ртути проводилось методом атомной абсорбции в холодном паре в аттестованной лаборатории Гидрохимического института. Подробнее с методикой отбора, консервации, подготовки и анализа проб можно ознакомиться в работах [10, 11, 12].

Основные результаты

Концентрации валовой формы ртути изменялись в поверхностном горизонте в пределах: 0.002-0.095 мкг/л; в придонном горизонте: 0.007-0.062 мкг/л (рис. 2).

Как видим, в поверхностном горизонте воды ярко выраженный максимум содержания валовой формы ртути приходится на 22 часа (0.095 мкг/л), также наблюдается ещё 2 пика концентраций: в 16 часов дня (0.073 мкг/л) и в 7 часов утра (0.061 мкг/л). Минимальные содержания характерны для 10 часов утра (0.002 мкг/л). Для придонного горизонта ход концентраций валовой формы ртути в целом повторяет картину, наблюдающуюся в поверхностном горизонте. В то же время имеются существенные отличия. Так, интервал колебания концентраций валовой формы ртути в воде придонного горизонта меньше, чем в поверхностном, а содержание ртути в среднем в 2 раза ниже. Пики концентраций в придонном горизонте также наблюдаются в 16 (0.046 мкг/л) и в 22 часа (0.033 мкг/л), максимальные значения выявлены в 10 часов утра (0.062 мкг/л). Минимальные концентрации обнаруживались в придонном горизонте в 1 час ночи (0.007 мкг/л).

Для общей растворенной формы ртути выявлены следующие особенности суточной динамики концентраций (рис. 3). В поверхностном горизонте содержание варьировало в пределах: 0.001-0.044 мкг/л, в придонном: 0.002-0.025 мкг/л.

Для рассматриваемой формы ртути характерен в данном случае меньший разброс значений в целом, а также между поверхностным и придонным горизонтами. В среднем значения в поверхностном горизонте выше, чем в придонном в 1,8 раза. В суточном ходе выделяется значительный всплеск концентраций в 16 часов для поверхностного горизонта (0.044 мкг/л) и в 10 часов утра для придонного горизонта (0.025 мкг/л). Минимальные значения наблюдаются в поверхностном горизонте в 10 часов утра (0.001 мкг/л), в придонном горизонте в 13 часов дня и в 4 часа утра (0.002 мкг/л).

При анализе корреляционных зависимостей между суточным ходом концентраций различных форм ртути и таких параметров воды, как температура, содержание кислорода, pH и Eh, выявлено следующее.

Значимых коэффициентов корреляции между содержанием различных форм ртути и температурой воды для суточного хода не обнаружено. В то же время ранее нами были выявлены значимые взаимосвязи между температурой воды и различными формами миграции ртути в Северной Двине [13]. Возможно, отсутствие значимых связей в данном конкретном случае обусловлено малым диапазоном колебания температур (температура воды во время проведения эксперимента изменялась от 16,5 до 18,6ºС).

Достаточно высокий коэффициент корреляции выявлен между содержанием кислорода и валовой формой ртути в поверхностном горизонте вод (r=0.54). В остальных случаях значимых зависимостей для этих характеристик не получено (содержание кислорода в воде изменялось в пределах 5,92-7,84 мг/л).

Корреляционный анализ, направленный на выявление зависимостей между содержанием различных форм ртути и pH среды выявил значимые коэффициенты положительной корреляции лишь в случае для общей растворенной формы ртути в поверхностном горизонте (r=0.61). Значения pH изменялись в узком интервале от 7,38 до 7,74, то есть незначительно.

Величины окислительно-восстановительного потенциала характеризовались следующим разбросом: +64 … +128,6 мВ. Значимых коэффициентов корреляции для различных форм ртути и Eh не выявлено. Все значения этого коэффициента оказались ниже 0,4.

Обсуждение

Исследование суточной изменчивости концентраций ртути в воде реки Северная Двина выявило большой разброс значений между максимальным и минимальным содержаниями для поверхностного и придонного горизонтов воды.

Важным гидродинамическим фактором, действующим в устье реки Северная Двина, являются приливно-отливные колебания уровня. Приливные воды могут оказывать на концентрации загрязняющих веществ и ртути в частности неоднозначное воздействие – с одной стороны происходит увеличение объема воды, с другой – подпор речных вод водами устьевого взморья.  Так, воздействие приливов на концентрации ртути по трансекту Северная Двина – устьевое взморье описано в работе [13]. Отметим, что на станции отбора проб для эксперимента минерализация воды в среднем составляет 0,17 ‰, а колебания уровня в течение приливно-отливного цикла могут достигать 1 м, но проникновение солоноватых вод устьевого взморья в обычных условиях не происходит. Об этом свидетельствует отсутствие заметных изменений содержания хлор-иона за приливный цикл при штилевых условиях ни во времени, ни в пространстве [14]. Таким образом, во время прилива существенного колебания минерализации воды на станции не происходит, идет увеличение объема воды и подпор.

Наиболее высокие концентрации валовой формы ртути в воде отмечаются в поверхностном горизонте примерно в 22 часа. Отметим, что именно на 22 часа приходился максимальный уровень большой воды в период наблюдений. Имеющиеся данные [15] для рек бассейна Белого моря позволяют сделать вывод, что в некоторых случаях, приток морских вод увеличивает концентрации ртути в устьях рек. Конечно, это относится в основном к слабо загрязненным рекам, с низкими концентрациями элемента в воде и донных отложениях. В нашем случае – река Северная Двина является водным объектом, для которого ртуть долгое время числилась в списках характерных загрязняющих веществ [16], и накопленные уровни металла в устье выше, чем в водах Белого моря [17, 18]. Уточним, что имеющиеся уровни ртути обусловлены преимущественно антропогенным фактором, поскольку для водных объектов исследуемого района, не принимавших сточные воды предприятий, — характерны более низкие, фоновые концентрации [19, 20].  Однако, второй пик концентраций ртути в воде отмечался в 16 часов, что совпало с наименьшим уровнем малой воды. То есть взаимосвязь поведения ртути с приливно-отливной деятельностью на данной станции неоднозначна. Природу данного всплеска интересно было бы изучить дополнительно. Так, есть исследования, описывающие взаимосвязи между содержанием растворенной ртути и уровнем освещенности, который влияет на процессы фоторедукции и фотоокисления [5, 6]. Не исключено и влияние антропогенного фактора, поскольку выше по течению реки имеются потенциальные источники поступления ртути (промышленные и сельскохозяйственные предприятия городов Новодвинска, Архангельска).

В придонном горизонте суточный ход концентраций валовой формы ртути отличается тем, что первый пик приходится на 10 часов утра, и это согласуется с данными многих исследователей [5, 6, 7]. Вероятно, механизм одинаков – а именно поступление ртути из донных отложений вследствие активизации процессов биологического метилирования ртути, высвобождения ртутьсодержащих соединений зообентосом, десорбции ртути с поверхности донных отложений. Если предположить, что высвободившаяся из донных отложений ртуть мигрирует от придонного к поверхностному горизонту, постепенно увеличивая там концентрации – данный процесс может объяснить ход концентраций, отраженный на рис. 2. На графике можно наблюдать снижение концентраций в придонном, начиная с 10 часов, и в это же время — рост содержания валовой формы ртути в поверхностном слое.

Пик, отмечавшийся в 16 часов – также требует дополнительных данных. Это можно было бы объяснить влиянием фоторедукционных процессов, однако не стоит забывать, что река все еще подвержена воздействию хозяйственно-бытовых и промышленных стоков, то есть присутствует вероятность, что данный пик связан с загрязненными сточными водами.

Для общей растворенной формы ртути ярко выраженный пик отмечается в поверхностном горизонте также в 16 часов, а в придонном – приходится на 10 часов, 16 часов, что отчасти согласуется как с нашими данными, так и с данными коллег [6], изучавших суточную динамику ртути на других водных объектах.

Значимые коэффициенты корреляции выявлены между содержанием кислорода и валовой формой ртути (r=0.54), pH и общей растворенной формой ртути в поверхностном горизонте (r=0.61). Для pH  также отмечается ярко выраженный пик в 16 часов. Если это обусловлено сбросом сточных вод – в таком случае это были воды, обогащенные соединениями ртути, с повышенным pH (от 7,7 и выше), скорее всего также содержащие другие загрязняющие вещества (соединения тяжелых металлов). Однако, наличие взаимосвязи с pH и содержанием кислорода в наиболее освещенном поверхностном горизонте воды, позволяет говорить о роли фотосинтеза и водных организмов, влияющих на суточный цикл ртути. Отсутствие значимых взаимосвязей с другими изученными параметрами воды говорит о наличии неучтенных влияющих факторов, которые необходимо исследовать и учитывать при прогнозировании уровней ртути в воде.

Заключение

Обработка результатов исследования показала наличие значительных изменений всех изученных форм ртути в воде в течение суток. В суточной изменчивости концентраций ртути самые низкие содержания в воде характерны для периода между 1 часом ночи и 7 часами утра. На это время в период постановки эксперимента приходился спад большой воды, а также наименьшие температуры, и, предположительно, снижение интенсивности сброса в реку загрязненных сточных вод.

В придонном горизонте воды испытывают воздействие вторичного загрязнение из донных отложений, механизм высвобождения ртути, скорее всего, связан с деятельностью микроорганизмов.

В поверхностном горизонте концентрации воды выше, чем в придонном, что связано с высокой пиковой концентрацией ртути, выявленной для всех слоев в 16 часов, и возможно связанной с воздействием сточных вод промышленных и сельскохозяйственных предприятий.

На суточную динамику концентраций ртути оказывает влияние множество различных факторов, причем для поверхностного и придонного горизонтов эти факторы отличаются. В то же время значимые коэффициенты корреляции выявлены для суточного хода лишь с такими параметрами воды из исследованных, как содержание кислорода и валовой формой ртути в поверхностном горизонте вод (r=0.54), и pH и общей растворенной формой ртути в поверхностном горизонте (r=0.61), что позволяет говорить о роли фотосинтеза и водных организмов, влияющих на суточный цикл ртути. В остальных случаях коэффициенты корреляции между концентрациями ртути и исследованными параметрами оказались ниже уровня значимости.

Воздействие приливно-отливных процессов неочевидно, и требует дополнительных исследований.

Роль антропогенного фактора в суточной динамике ртути для реки исключать не следует.

Установленные отличия в поведении и содержании ртути в поверхностном и придонном горизонтах воды говорят о воздействии различных факторов на суточную динамику ртути в этих горизонтах.

Список источников

1. Martino M First atmospheric mercury measurements at a coastal site in the Apulia region: seasonal variability and source analysis. / M Martino, A Tassone, L Angiuli et al. // Environmental Science and Pollution Research. — 2022. — 29. — p. 68460–68475. — URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s11356-022-20505-6 (accessed: 22.11.22). — DOI: 10.1007/s11356-022-20505-6
2. Xinrong R Atmospheric mercury measurements at a suburban site in the Mid-Atlantic United States: Inter-annual, seasonal and diurnal variations and source-receptor relationships. / R Xinrong, T.L. Winston, P. Kelley et al. // Atmospheric Environment. — 2016. — 146. — p. 141-152. — URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1352231016306215?via%3Dihub (accessed: 22.11.22). — DOI: doi.org/10.1016/j.atmosenv.2016.08.028
3. Floreani Federico Gaseous Mercury Exchange from Water–Air Interface in Differently Impacted Freshwater Environments. / Federico Floreani, Alessandro Acquavita, Nicolò Barago et al. // Environmental Research and Public Health. — 2022. — 19(13). — p. 8149. — URL: https://www.mdpi.com/1660-4601/19/13/8149 (accessed: 22.11.22). — DOI: doi.org/10.3390/ijerph19138149
4. Floreani F Diurnal fluxes of gaseous elemental mercury from the water-air interface in coastal environments of the northern Adriatic Sea. / F Floreani, A Acquavita, E Petranich et al. // Science of The Total Environment. — 2019. — 668. — p. 925-935. — URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0048969719309908?via%3Dihub (accessed: 22.11.22). — DOI: doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.03.012
5. Garcia E Relationship between DOC photochemistry and mercury redox transformations in temperate lakes and wetlands. / E Garcia, M Amyot, P.A. Ariya // Geochimica et Cosmochimica Acta. — 2005. — 68(8). — p. 1917-1924. — URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0016703704008531 (accessed: 20.11.22). — DOI: doi.org/10.1016/j.gca.2004.10.026
6. Siciliano S.D. Microbial reduction and oxidation of mercury in freshwater lakes. / S.D. Siciliano, N.J. O’Driscoll, D.R.S. Lean // Environ Sci Technol. — 2002. — 36(14). — p. 3064-8. — URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/12141483/ (accessed: 22.11.22). — DOI: 10.1021/es010774v
7. Crocker W.С. Seasonal and Diurnal Variation of Air/Water Exchange of Gaseous Mercury in a Southern Reservoir Lake (Cane Creek Lake, Tennessee, USA). / W.С. Crocker, H Zhang // Water . — 2020. — 12(8). — p. 2102. — URL: https://www.mdpi.com/2073-4441/12/8/2102 (accessed: 22.11.22). — DOI: doi.org/10.3390/w12082102
8. Fu X Distribution and production of reactive mercury and dissolved gaseous mercury in surface waters and water/air mercury flux in reservoirs on Wujiang River, Southwest China. / X Fu, X Feng, Y Guo et al. // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. — 2013. — 118. — p. 3905-3917. — URL: https://hal-insu.archives-ouvertes.fr/insu-03620496 (accessed: 22.11.22). — DOI: 10.1002/jgrd.50384
9. O’Driscoll N.J. Dissolved Gaseous Mercury Concentrations and Mercury Volatilization in a Frozen Freshwater Fluvial Lake. / N.J. O’Driscoll, L. Poissant, J. Canário et al. // Environ. Sci. Technol.. — 2008. — 42(14). — p. 5125–5130. — URL: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/es800216q (accessed: 22.11.22). — DOI: doi.org/10.1021/es800216q
10. Федоров ЮА Комплексная эколого-геохимическая экспедиция в устьевой области Северной Двины в зимний сезон 2008 г.. / ЮА Федоров, АЭ Овсепян, АА Зимовец и др. // Известия высших учебных заведений. Северо-кавказский регион. Серия: естественные науки.. — 2009. — 1(149). — c. 110-114. — URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=12224249 (дата обращения: 21.11.22).
11. Zimovets A.A. Geochemical specific features of aquatic landscapes of the Northern Dvina River mouth area. / A.A. Zimovets, Yu.A. Fedorov, AE Ovsepyan // 16th International multidisciplinary scientific geoconference SGEM 2016; — Albena, Bulgaria: Общество с ограниченной ответственностью СТЕФ92 Технолоджи, 2016. — p. 319-326. — URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42823597.
12. Ovsepyan AE Diurnal dynamics of mercury in water objects of the North European part of Russia. / AE Ovsepyan, YuA Fedorov, AA Zimovets et al. // 16th International multidisciplinary scientific geoconference SGEM 2016; — Sofia: Общество с ограниченной ответственностью СТЕФ92 Технолоджи, 2016. — p. 243-250. — URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42832147.
13. Овсепян АЭ Ртуть в устьевой области реки Северная Двина / АЭ Овсепян, ЮА Федоров — Ростов-на-Дону: ЗАО «Ростиздат», 2011. — 198 c. — URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=35354873. doi: doi.org/10.12731/978-5-7509-1274-2
14. Зотин МИ Гидрология устьевой области Северной Двины / МИ Зотин, ВН Михайлов — М.: Гидрометеоиздат, 1965. — 376 c.
15. Fedorov YuA Mercury in the water of small rivers of the Onega Bay basin of the White Sea. / YuA Fedorov, AE Ovsepyan, VA Savitsky et al. // Doklady Earth Sciences. — 2019. — 487(1). — p. 804-806. — DOI: 10.1134/S1028334X19070109
16. Федоров ЮА Геохимические особенности формирования элементарных аквальных ландшафтов устьевой области р. Северная Двина. / ЮА Федоров, АА Зимовец, АЭ Овсепян // Современные проблемы гидрохимии и мониторинга качества поверхностных вод; — Ростов-на-Дону: Федеральное государственное бюджетное учреждение «Гидрохимический институт», 2015. — c. 322-326.
17. Fedorov YuA Mercury in White Sea bottom sediments: distribution, sources, and deposition chronology. / YuA Fedorov, AE Ovsepyan, V.A. Savitsky et al. // Oceanology. — 2019. — 59(1). — p. 143-150.
18. Зимовец А.А. Тяжелые металлы в почвах устьевой области реки Северная Двина // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Естественные науки. 2013. № 5 (177). С. 70-74.. / А.А. Зимовец, ЮА Федоров // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: естественные науки. — 2013. — 5(177). — c. 70-74. (дата обращения: 15.12.22).
19. Ovsepyan AE Features of accumulation of mercury in the bottom sediments of lakes in Arkhangelsk and its surrounding area . / AE Ovsepyan, YuA Fedorov, AA Zimovets et al. // 15th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2015; — Sofia: Общество с ограниченной ответственностью СТЕФ92 Технолоджи , 2015. — p. 353-360.
20. Овсепян АЭ Ртуть в воде и донных отложениях озер г. Архангельска и окружающих территорий. / АЭ Овсепян // Астраханский вестник экологического образования. — 2018. — 6(48). — c. 77-89. (дата обращения: 15.12.22).

References

1. Martino M First atmospheric mercury measurements at a coastal site in the Apulia region: seasonal variability and source analysis. / M Martino, A Tassone, L Angiuli et al. // Environmental Science and Pollution Research. — 2022. — 29. — p. 68460–68475. — URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s11356-022-20505-6 (accessed: 22.11.22). — DOI: 10.1007/s11356-022-20505-6
2. Xinrong R Atmospheric mercury measurements at a suburban site in the Mid-Atlantic United States: Inter-annual, seasonal and diurnal variations and source-receptor relationships. / R Xinrong, T.L. Winston, P. Kelley et al. // Atmospheric Environment. — 2016. — 146. — p. 141-152. — URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1352231016306215?via%3Dihub (accessed: 22.11.22). — DOI: doi.org/10.1016/j.atmosenv.2016.08.028
3. Floreani Federico Gaseous Mercury Exchange from Water–Air Interface in Differently Impacted Freshwater Environments. / Federico Floreani, Alessandro Acquavita, Nicolò Barago et al. // Environmental Research and Public Health. — 2022. — 19(13). — p. 8149. — URL: https://www.mdpi.com/1660-4601/19/13/8149 (accessed: 22.11.22). — DOI: doi.org/10.3390/ijerph19138149
4. Floreani F Diurnal fluxes of gaseous elemental mercury from the water-air interface in coastal environments of the northern Adriatic Sea. / F Floreani, A Acquavita, E Petranich et al. // Science of The Total Environment. — 2019. — 668. — p. 925-935. — URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0048969719309908?via%3Dihub (accessed: 22.11.22). — DOI: doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.03.012
5. Garcia E Relationship between DOC photochemistry and mercury redox transformations in temperate lakes and wetlands. / E Garcia, M Amyot, P.A. Ariya // Geochimica et Cosmochimica Acta. — 2005. — 68(8). — p. 1917-1924. — URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0016703704008531 (accessed: 20.11.22). — DOI: doi.org/10.1016/j.gca.2004.10.026
6. Siciliano S.D. Microbial reduction and oxidation of mercury in freshwater lakes. / S.D. Siciliano, N.J. O’Driscoll, D.R.S. Lean // Environ Sci Technol. — 2002. — 36(14). — p. 3064-8. — URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/12141483/ (accessed: 22.11.22). — DOI: 10.1021/es010774v
7. Crocker W.С. Seasonal and Diurnal Variation of Air/Water Exchange of Gaseous Mercury in a Southern Reservoir Lake (Cane Creek Lake, Tennessee, USA). / W.С. Crocker, H Zhang // Water . — 2020. — 12(8). — p. 2102. — URL: https://www.mdpi.com/2073-4441/12/8/2102 (accessed: 22.11.22). — DOI: doi.org/10.3390/w12082102
8. Fu X Distribution and production of reactive mercury and dissolved gaseous mercury in surface waters and water/air mercury flux in reservoirs on Wujiang River, Southwest China. / X Fu, X Feng, Y Guo et al. // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. — 2013. — 118. — p. 3905-3917. — URL: https://hal-insu.archives-ouvertes.fr/insu-03620496 (accessed: 22.11.22). — DOI: 10.1002/jgrd.50384
9. O’Driscoll N.J. Dissolved Gaseous Mercury Concentrations and Mercury Volatilization in a Frozen Freshwater Fluvial Lake. / N.J. O’Driscoll, L. Poissant, J. Canário et al. // Environ. Sci. Technol.. — 2008. — 42(14). — p. 5125–5130. — URL: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/es800216q (accessed: 22.11.22). — DOI: doi.org/10.1021/es800216q
10. Fedorov YuA Kompleksnaya e’kologo-geoximicheskaya e’kspediciya v ust’evoj oblasti Severnoj Dviny’ v zimnij sezon 2008 g. [Complex ecology and geochemical expedition in Northern Dvina estuary during the winter season in 2008]. / YuA Fedorov, AE’ Ovsepyan, AA Zimovecz et al. // Izvestiya vy’sshix uchebny’x zavedenij. Severo-kavkazskij region. Seriya: estestvenny’e nauki. [Bulletin of higher educational institutions. North Caucasus region. Natural Sciences]. — 2009. — 1(149). — p. 110-114. — URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=12224249 (accessed: 21.11.22). [in Russian]
11. Zimovets A.A. Geochemical specific features of aquatic landscapes of the Northern Dvina River mouth area. / A.A. Zimovets, Yu.A. Fedorov, AE Ovsepyan // 16th International multidisciplinary scientific geoconference SGEM 2016; — Albena, Bulgaria: Общество с ограниченной ответственностью СТЕФ92 Технолоджи, 2016. — p. 319-326. — URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42823597.
12. Ovsepyan AE Diurnal dynamics of mercury in water objects of the North European part of Russia. / AE Ovsepyan, YuA Fedorov, AA Zimovets et al. // 16th International multidisciplinary scientific geoconference SGEM 2016; — Sofia: Общество с ограниченной ответственностью СТЕФ92 Технолоджи, 2016. — p. 243-250. — URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42832147.
13. Ovsepyan AE’ Rtut’ v ust’evoj oblasti reki Severnaya Dvina [MERCURY IN THE NORTHERN DVINA RIVER ESTUARINE AREA] / AE’ Ovsepyan, YuA Fedorov — Rostov-na-Donu: ZAO «Rostizdat», 2011. — 198 p. — URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=35354873. doi: doi.org/10.12731/978-5-7509-1274-2 [in Russian]
14. Zotin MI Gidrologiya ust’evoj oblasti Severnoj Dviny’ [Hydrology of the estuarine region of the Northern Dvina River] / MI Zotin, VN Mixajlov — M.: Gidrometeoizdat, 1965. — 376 p. [in Russian]
15. Fedorov YuA Mercury in the water of small rivers of the Onega Bay basin of the White Sea. / YuA Fedorov, AE Ovsepyan, VA Savitsky et al. // Doklady Earth Sciences. — 2019. — 487(1). — p. 804-806. — DOI: 10.1134/S1028334X19070109
16. Fedorov YuA Geoximicheskie osobennosti formirovaniya e’lementarny’x akval’ny’x landshaftov ust’evoj oblasti r. Severnaya Dvina [Geochemical features of the formation of elementary aquatic landscapes of the estuarine region of the Northern Dvina]. / YuA Fedorov, AA Zimovecz, AE’ Ovsepyan // Modern problems of hydrochemistry and monitoring of surface water quality; — Rostov-na-Donu: Federal’noe gosudarstvennoe byudzhetnoe uchrezhdenie «Gidroximicheskij institut», 2015. — p. 322-326. [in Russian]
17. Fedorov YuA Mercury in White Sea bottom sediments: distribution, sources, and deposition chronology. / YuA Fedorov, AE Ovsepyan, V.A. Savitsky et al. // Oceanology. — 2019. — 59(1). — p. 143-150.
18. Zimovecz A.A. Tyazhely’e metally’ v pochvax ust’evoj oblasti reki Severnaya Dvina // Izvestiya vy’sshix uchebny’x zavedenij. Severo-Kavkazskij region. Seriya: Estestvenny’e nauki. 2013. № 5 (177). S. 70-74. [Heavy metals in the soils of the Northern Dvina River]. / A.A. Zimovecz, YuA Fedorov // Izvestiya vy’sshix uchebny’x zavedenij. Severo-Kavkazskij region. Seriya: estestvenny’e nauki [Bulletin of higher educational institutions. North Caucasus region. Natural sciences]. — 2013. — 5(177). — p. 70-74. (accessed: 15.12.22). [in Russian]
19. Ovsepyan AE Features of accumulation of mercury in the bottom sediments of lakes in Arkhangelsk and its surrounding area . / AE Ovsepyan, YuA Fedorov, AA Zimovets et al. // 15th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2015; — Sofia: Общество с ограниченной ответственностью СТЕФ92 Технолоджи , 2015. — p. 353-360.
20. Ovsepyan AE’ Rtut’ v vode i donny’x otlozheniyax ozer g. Arxangel’ska i okruzhayushhix territorij [Mercury in water and bottom sediments of lakes of Archangel’sk city and it’s surrounding area]. / AE’ Ovsepyan // Astraxanskij vestnik e’kologicheskogo obrazovaniya [Asrakhan bulletin of ecological education]. — 2018. — 6(48). — p. 77-89. (accessed: 15.12.22). [in Russian]

Для цитирования: Овсепян А.Э. Суточная динамика ртути в природных водах и факторы, её определяющие // Московский экономический журнал. 2022. № 12. URL: https://qje.su/rekreacia-i-turizm/moskovskij-ekonomicheskij-zhurnal-12-2022-41/

© Овсепян А.Э, 2022. Московский экономический журнал, 2022, № 12.

PDF-файл статьи

Научная статья

Original article

УДК 504.054.062.4

doi: 10.55186/2413046X_2022_7_11_689

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЕРХОВОГО ТОРФА ДЛЯ ОЧИСТКИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЁННЫХ ПОЧВ НА СЕВЕРЕ ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ

THE USE OF TOP PEAT FOR CLEANING OIL-CONTAMINATED SOILS IN THE NORTH OF THE IRKUTSK REGION

Горбаев Алексей Викторович, геолог, ООО «Иркутская нефтяная компания», Россия, г. Иркутск, Большой Литейный проспект д. 4, Gorbaev87@mail.ru

Gorbachev Alexey Viktorovich, geologist, Irkutsk Oil Company LLC,. Russia, Irkutsk, Bolshoy Liteyny Prospekt, 4, Gorbaev87@mail.ru

Аннотация. Производственная деятельность нефтегазодобывающих и нефтеперерабатывающих предприятий оказывает техногенное воздействие на объекты природной среды. Одними из наиболее опасных загрязнителей практически всех компонентов природной среды – поверхностных и подземных вод, почвенно-растительного покрова, атмосферного воздуха – являются нефть и нефтепродукты[1]. Рекультивация земель – это комплекс мероприятий, направленных на восстановление продуктивности и хозяйственной ценности нарушенных и загрязненных земель. Основная задача рекультивации – снизить содержание нефтепродуктов и находящихся с ними других токсичных веществ до безопасного уровня, восстановить продуктивность земель, утерянную в результате загрязнения[2].

Актуальность проблемы становится значительно выше для нефтегазодобывающей промышленности, где вероятны аварийные разливы нефти и нефтепродуктов. Естественное самоочищение природных объектов загрязненных нефтью является длительным процессом, в особенности в районах Крайнего Севера, регионе, в котором длительный промежуток времени сохраняется пониженная температура. Для решения этой проблемы были выделены различные виды торфа на территории Даниловского месторождения Иркутской области, определён их физико-химический состав и в лабораторных условиях измерена нефтеёмкость каждого из них. По результатам исследований для очистки нефтезагрязнённых почв в данной местности рассмотрена возможность использования в качестве сорбента местного верхового торфа.

Abstract. The production activities of oil and gas producing and oil refining enterprises have a man-made impact on the objects of the natural environment. One of the most dangerous pollutants of almost all components of the natural environment – surface and groundwater, soil and vegetation cover, atmospheric air — are oil and petroleum products[1]. Land reclamation is a set of measures aimed at restoring productivity and economic value of disturbed and polluted lands. The main task of reclamation is to reduce the content of petroleum products and other toxic substances associated with them to a safe level, to restore the productivity of land lost as a result of pollution[2].

The urgency of the problem becomes much higher for the oil and gas industry, where accidental oil and petroleum product spills are likely. Natural self-purification of natural objects polluted with oil is a long process, especially in the regions of the Far North, a region in which low temperatures persist for a long period of time. To solve this problem, various types of peat were identified on the territory of the Danilovsky deposit of the Irkutsk region, their physico-chemical composition was determined and the oil capacity of each of them was measured in laboratory conditions. According to the results of research for the purification of oil-contaminated soils in this area, the possibility of using local peat as a sorbent was considered.

Ключевые слова: нефтезагрязнённые почвы, очистка почв, сорбенты, верховой торф, нефтеёмкость

Keywords: oil-contaminated soils, soil purification, sorbents, peat, oil capacity

1. Введение

В настоящий момент проблема очистки нефтезагрязнённых почв на территории Восточной Сибири в районах Крайнего Севера остаётся достаточно сложной и нерешённой. Почва способна активно аккумулировать загрязняющие вещества, но способность самоочищаться имеет свои пределы. В условиях тундры, тайги заявленная проблема доставляет массу неудобств. Суровые климатические условия становятся причиной низкого скоростного режима биологического круговорота веществ, что, в свою очередь, объясняет агрохимические и морфологические преобразования. Почва в климатических условиях тундры и тайги наделена минимальными свойствами  к самоочищению, биодеструкция нефти протекает очень медленно, что благоприятствует формированию потоков нефти, загрязняющих природные экологические системы на значительном расстоянии от места разлива.

В случае аварийного разлива нефтепродуктов возникает необходимость  в оперативном устранении последствий. Различают следующие восстановительные этапы:

• технический этап, на котором происходит ликвидация при помощи механических способов основного объема загрязнения;
• биологический, предполагающий восстановление растительных и животных сообществ в зоне экологического бедствия.

На биологическом этапе используются сорбционные материалы, которые способны поглощать нефть. В настоящее время с этой целью прибегают к синтетическим сорбентам, а также сорбентам природного происхождения. Функция этих веществ – способствование распаду углеводородов нефти на безопасную воду и углекислый газ. Подобные функции могут выполняться бактериями, грибами, микроводорослями, но их эффективность будет на порядок ниже, чем это требуется. Одним из таких сорбентов натурального происхождения, который способен изолировать нефтепродукты является торф [3].

Торф относится к сорбентам. Он имеет природное происхождение и обладает способностью накапливать нефтепродукты. Торф является осадочным полезным ископаемым, образуемым из отсыревшей болотной растительности из-за ее неполного микробиологического разложения в условиях переизбытки влаги, слабом доступе кислорода. Основа торфа — остатки растений торфообразователи – твердые высокополимеры целлюлозы природы, продукты их распада, лигнин. Помимо органической составляющей, в торфе присутствуют минеральные компоненты: разной природы нерастворимые минералы, адсорбционные образования минералов с гуминовыми веществами, другими продуктами распада, неорганическими компонентами торфяной воды, ионообменными органоминеральными соединениями, комплексно-гетерополярными производными. Из-за своей структуры, присутствия углеводородсодержащей микрофлоры (УОМ) торф может применяться в качестве адсорбента нефтяных углеводородов, их биодеструктором, Применение торфа для деструкции нефтяных углеводородов сопряжено с его активацией посредством привнесения азотно-фосфорных удобрений с последующей инкубацией в мезофильном режиме на протяжении 3-7 суток. Привнесение активированного торфа в нефтяную среду обеспечивается рост общего числа УОМ [4].

Микрофлора торфяников развивается в ситуации полуразрушенной органики и отличается сильной деструктивной активностью из-за присутствия углеродоокисляющих микроорганизмов. Эта микрофлора, попадая в нефтяную среду, не требует длительного адаптационного периода. Относительно нефти сорбционная емкость торфа детерминирована степенью разложения и составляет 8-10 г нефти для верхового торфа, 6-8 г нефти для низинного на 1 г абсолютно сухого торфа. Торф способен подавлять пары (это снижает опасность возгорания), впитывать нефтяные углеводороды из земли и из воды.

Торф может впитать в 8-12 раз больше собственного веса. Численность углеводородокисляющих микроорганизмов в 4-5 раз превышает аналогичный показатель для почвы, количество этих микроорганизмов по окончании физико-химической активации торфа увеличивается в 20-100 раз.

Все вышесказанное позволяет сделать вывод, что применение активированного торфа для очистки нефтезагрязненной почвы содействует их быстрому восстановлению.  Самым подходящим к использованию считается местный торф. В него вносят минеральные добавки, содержащие азот, фосфор, калий.

Восстановление нефтезагрязненных почв при помощи торфа не вызывает никаких ограничений с экологической точки зрения, кроме того, оно выгодно и экономически. Еще одним позитивным моментом является то, что использованный торф можно оставить на месте как органическое удобрение, повышающее биопродуктивность почвы для следующей стадии фиторемедиации[5].

2. Объекты и методы исследования

Объектами исследования являются верховые торфы, образующиеся в долинах рек Нижняя Тунгусска и Непа на территории Даниловского нефтегазового месторождения Иркутской нефтяной компании, которое относится к Лено-Тунгусской нефтегазоносной провинции. Располагается данное месторождение в 350 км к северо-востоку от г. Усть-Кут и в 190 км к северу от города Киренск Иркутской области. Активная эксплуатация ведется с начала 2000 х годов.

Проведены лабораторные испытания по определению состава, физико-химических свойств, измерена нефтеёмкость различного вида торфа на данном месторождении. Сделан вывод о возможности применения верхового торфа в качестве сорбента для очистки нефтезагрязнённых почв после аварийных разливов нефти в данной местности.

3. Результаты исследования

Главным физическим свойством сорбента является нефтеёмкость (г/г), то есть масса нефтепродукта, которую  способен  поглотить 1 г сорбента.

Статическая нефтеёмкость поглощения рассчитывается по формуле:

N_стат=M _{поглощ /} M _{сорбента,}  г/г

где M _поглощ   — масса поглощённого нефтепродукта, г

M _{сорбента}    — масса используемого сорбента, г

Нефтеёмкость поглощения в динамических условиях

N_дин=(M_{начальная —}  M_{остаточная)  /} M _{сорбента,}  г/г

где M_{начальная}   — исходная масса нефтепродукта, г

M_{остаточная}   — остаточная масса несорбируемых нефтепродуктов, г [6].

Нефтеёмкость торфа определяли гравиметрическим способом.

Методика вычисления нефтеёмкости:

1.Определяли массу углеводорода, удерживаемого сеткой-ловушкой. Для этого при помощи весов 2-ого класса точности определяли ее массу m₁. В стеклянную чашку наливали 200 мл нефти или стабильного газового конденсата. На 10 минут опускали сетку-ловушку в сорбтив. Чашку с сеткой-ловушкой прикрывали часовым стеклом. Далее сетку извлекали в стеклянный стакан и давали углеводороду стечь в течение 10 минут. Стакан накрывали также часовым стеклом.  По истечении 10 минут взвешивали сетку ловушку, определяли массу сетки с углеводородом m₂.  По разнице масс находили массу удерживаемого сеткой-ловушкой углеводорода:

m_{3 =} m₂ – m₁, г

m₁ – масса сетки-ловушки, г;

m₂ – масса сетки-ловушки с удерживаемым ею углеводородом, г;

m₃ – масса, удерживаемого сеткой-ловушкой углеводорода, г.

2. Определяли нефтеемкость торфа следующим образом. Навеску одной фракции торфа m_т  в количестве 3 г размещали в сетку-ловушку равномерным слоем. Далее сетку опускали в углеводород и эксперимент проводили по аналогии с вышеописанным. Массу углеводорода, удерживаемого торфом, находили по формуле:

N_e=(m₅ – m₄ – m_{3) /} m_т,  г/г

где N_e – нефтеёмкость, 1 г УВ/1 г торфа;

m₅ – масса сетки-ловушки, торфа и удерживаемого углеводорода, г;

m₄ – масса сетки-ловушки и торфа, г;

m_т – масса навески торфа, г.

3. Полученную нефтеемкость N_eпересчитывали на сухое вещество торфа по следующей формуле:

m_тc  =m_т*(100- W_i^a  ) / 100,  г

где  m_тс – масса абсолютно сухого торфа, г;

W_i^a – влажность аналитическая i-ой навески торфа, %.

N_e= m_т / m_тc,    г/г

N_ec – нефтеемкость на сухое вещество торфа, 1 г УВ/1 г торфа.

Эксперименты проводили до достижения сходимости результатов: Р=0,95, n=5, разброс значений нефтеемкости принимался в интервале ±2,5%[6].

На Даниловском месторождении были взяты пробы верхового торфа и в лаборатории ЦЛАТИ г.Усть-Кут определён элементный состав в зависимости от степени разложения. Результаты представлены в таблице 1.

На Даниловском месторождении в лаборатории установки подготовки нефти определили физико-химические свойства местной нефти с добывающих скважин.

Для местного верхового торфа с  территории Даниловского месторождения в лаборатории ЦЛАТИ г. Усть-Кут определили нефтеёмкость по отношению к нефти р=840 кг/м3, добываемой на Даниловском месторождении для разной степени его разложения. Результаты представлены в таблице 3.

4. Обсуждение

Из таблицы 3 видно, что нефтеёмкость верхового торфа из данной местности по отношению к нефти рн=840 кг/м3 находится в пределах от 9,14 г/г до 1,57 г/г в зависимости от степени его разложения от 5 % до 35 % соответственно. Наибольшая нефтеёмкость характерна для верховых торфов малой степени разложения R=5% сфагново-мочажинного типа. С увеличением степени разложения отмечено резкое снижение нефтеёмкости. Это связано с влиянием степени биохимического распада растений-торфообразователей на структуру самого торфа.

5. Заключение

Очистка нефтезагрязненных почв с использованием верхового торфа мелиорантов безупречна с экологической точки зрения и экономически выгодна. Абсорбент способен подавлять пары углеводородов, что уменьшает опасность возгорания, и впитывает их не только из земли, но и из воды, поэтому может быть использован и на водной поверхности.

На севере Иркутской области в бассейнах рек Нижняя Тунгусска и Непа, что возле Даниловского месторождения, есть значительные запасы верхового торфа имеющего нефтеёмкость в пределах 1,57-9,14 г/г. Этих значений вполне достаточно чтобы в дальнейшем данный верховой торф использовать в качестве сорбента для очистки нефтезагрязненных почв после аварийных разливов нефти на трубопроводах в данной местности. При этом негативное антропогенное воздействие на природную среду существенно снижается[7].

Список источников

1. Ахметов А.Ф., Гайсина А.Р., Мустафин И.А. Методы утилизации нефтешламов различного происхождения //  Нефтегазовое дело. − 2011. −  №9. −  С.98-101.
2. Кузнецов Ф. М. Рекультивация нефтезагрязненных почв / Ф. М. Кузнецов, А. П. Козлов, В. В. Середин, Е. В. Пименова. – Пермская государственная сельскохозяйственная академия: Пермь, 2003. – 196 с.
3. Адельфинская Е. А., Беляев А.М.  Исследование эффективности микробиологической рекультивации нефтезагрязнённых земель. – Санкт-Петербургский государственный университет: Санкт-Петербург, 2018 – №5. −  С.41-45.
4. Гаврилов С. В., Канарская З. А. Адсорбционные свойства торфа и продуктов его переработки //Вестник Казанского национального исследовательский технологического университета. Казань — 2015. — Т. 18. — № 2. – С. 422–427.
5. Бурмистрова Т.И., Алексеева Т.П., Стахина Л.Д., Середина В.П. Биодеградация нефти и нефтепродуктов в почве с использованием  мелиорантов на основе активированного торфа /– Томск: Институт химии нефти, 2010. – № 1(9). – С. 5–12.
6. Чухарева Н.В., Шишмина Л.В., Маслов С.Г. Определение нефтеёмкости торфов Томской области. // Химия растительного сырья. Национальный исследовательский Томский политехнический университет. Томск — 2013. — № 2. С.227-235.
7. Горбаев А.В., Тимофеева С.С. Применение торфа для очистки почв тайги от загрязнений нефтью и нефтепродуктами // Безопасность-2020 XXV Всероссийская студенческая научно-практическая конференция с международным участием «Проблемы экологической и промышленной безопасности современного мира». Иркутский национальный исследовательский технический университет, Иркутск − 2020. −  С. 179-181.

References

1. Akhmetov A.F., Gaisina A.R., Mustafin I.A. Methods of utilization of oil sludge of various origin // Oil and gas business. − 2011. − №9. − P.98-101.
2. Kuznetsov F. M. Recultivation of oil-contaminated soils / F. M. Kuznetsov, A. P. Kozlov, V. V. Seredin, E. V. Pimenova. – Perm State Agricultural Academy: Perm, 2003. – 196 p.
3. Adelfinskaya E. A., Belyaev A.M. Investigation of the effectiveness of microbiological reclamation of oil-contaminated lands. – St. Petersburg State University: St. Petersburg, 2018 – No. 5. − Pp.41-45.
4. Gavrilov S. V., Kanarskaya Z. A. Adsorption properties of peat and its processed products //Bulletin of the Kazan National Research Technological University. Kazan — 2015. — Vol. 18. — No. 2. – pp. 422-427.
5. Burmistrova T.I., Alekseeva T.P., Stakhina L.D., Seredina V.P. Biodegradation of oil and petroleum products in soil using meliorants based on activated peat /– Tomsk: Institute of Petroleum Chemistry, 2010. – No. 1(9). – pp. 5-12.
6. Chukhareva N.V., Shishmina L.V., Maslov S.G. Determination of the oil capacity of peat of the Tomsk region. // Chemistry of vegetable raw materials. National Research Tomsk Polytechnic University. Tomsk — 2013. — No. 2. pp.227-235.
7. Gorbaev A.V., Timofeeva S.S. The use of peat for cleaning taiga soils from oil and petroleum products pollution // Safety-2020 XXV All-Russian student scientific and practical conference with international participation «Problems of environmental and industrial safety of the modern world». Irkutsk National Research Technical University, Irkutsk − 2020. − Pp. 179-181.

Для цитирования: Горбаев А.В. Использование верхового торфа для очистки нефтезагрязнённых почв на севере Иркутской области // Московский экономический журнал. 2022. № 11. URL: https://qje.su/rekreacia-i-turizm/moskovskij-ekonomicheskij-zhurnal-11-2022-58/

© Горбаев А.В., 2022. Московский экономический журнал, 2022, № 11.

PDF-файл статьи

Научная статья

Original article

УДК 332:551

doi: 10.55186/2413046X_2022_7_11_675

СОВРЕМЕННЫЕ КЛИМАТИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В КОНТЕКСТЕ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОДОВОЛЬСТВЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

MODERN CLIMATE CHANGES IN THE CONTEXT OF ENSURING FOOD SECURITY OF THE RUSSIAN FEDERATION

Волков Сергей Николаевич, д.э.н., профессор, заведующий кафедрой землеустройства, академик РАН, ФГБОУ ВО «Государственный университет по землеустройств»

Черкашина Елена Вячеславовна, д.э.н., профессор, профессор кафедры землеустройства, ФГБОУ ВО «Государственный университет по землеустройств»

Шаповалов Дмитрий Анатольевич, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой информатики, проректор по научной и инновационной деятельности,  ФГБОУ ВО «Государственный университет по землеустройств»

Братков Виталий Викторович, д.г.н., профессор кафедры географии, ФГБОУ ВО «Московский государственный университет геодезии и картографии»

Петрова Лариса Евгеньевна, к.г.н., доцент кафедры землеустройства, ФГБОУ ВО «Государственный университет по землеустройств»

Volkov S.N., Doctor of Economics, Professor, Head of the Department of Land Management, Academician of the Russian Academy of Sciences, The State University of Land Use Planning

Cherkashina E.V., Doctor of Economics, Professor, Professor of the Department of Land Management, The State University of Land Use Planning

Shapovalov D.A., Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of Computer Science, Vice-Rector for Research and Innovation, The State University of Land Use Planning

Bratkov V.V., Doctor of Geographical Sciences, Professor of the Department of Geography, Moscow State University of Geodesy and Cartography

Petrova L.E., PhD, Associate Professor of the Department of Land Management, The State University of Land Use Planning

Аннотация.  Изменение климата является одной из важнейших международных проблем XXI века, которая охватывает экологические, экономические и социальные аспекты устойчивого развития Российской Федерации. В Климатической доктрине Российской Федерации отмечается необходимость учёта изменений климата в качестве одного из ключевых долговременных факторов безопасности Российской Федерации. Особенностью реакции климата как на антропогенное воздействие, так и  на меры по смягчению антропогенного воздействия является её запаздывание по отношению к такому воздействию [1]. Данная особенность предопределяет актуальность и стратегическую значимость своевременной адаптации к неизбежным в ближайшие десятилетия климатическим изменениям. Сельское хозяйство относится к тем отраслям экономики, которые, с одной стороны, наиболее чувствительны к изменениям климата, с другой, играют определяющую роль в обеспечении продовольственной безопасности. Важнейшим элементом повышения устойчивости землепользования к климатическим изменениям являются методы «умного» землеустройства на основе современных цифровых технологий.

Abstract. Climate change is one of the most important international problems of the XXI century, which covers environmental, economic and social aspects of sustainable development of the Russian Federation. The Climate Doctrine of the Russian Federation notes the need to take into account climate change as one of the key long-term security factors of the Russian Federation. The peculiarity of the climate response to both anthropogenic impact and measures to mitigate anthropogenic impact is its delay in relation to such an impact [1]. This feature determines the relevance and strategic importance of timely adaptation to the inevitable climate changes in the coming decades. Agriculture is one of those sectors of the economy that, on the one hand, are most sensitive to climate change, on the other, play a decisive role in ensuring food security. The most important element of increasing the sustainability of land use to climate change is the methods of «smart» land management based on modern digital technologies.

Ключевые слова: продовольственная безопасность, изменение климата, безопасность страны, Российская Федерация

Keywords: продовольственная безопасность, изменение климата, безопасность страны, Российская Федерация

1. Введение (Introduction)

Продовольственная безопасность является одним из главных направлений обеспечения национальной безопасности страны в долгосрочном периоде, фактором сохранения её государственности и суверенитета, важнейшей составляющей социально-экономической политики, а также необходимым условием реализации стратегического национального приоритета – повышения качества жизни российских граждан путём гарантирования высоких стандартов жизнеобеспечения. Стратегической целью обеспечения продовольственной безопасности является обеспечение населения страны безопасной, качественной и доступной сельскохозяйственной продукцией, сырьём и продовольствием в объёмах, обеспечивающих рациональные нормы потребления пищевой продукции. Обеспечение продовольственной безопасности сопряжено с рисками и угрозами, которые могут существенно её снизить, в том числе  неблагоприятными климатическими угрозами и аномальными природными явлениями стихийного характера [2].

Глобальное изменение климата создаёт для Российской Федерации (с учётом размеров её территории, географического положения, исключительного разнообразия климатических условий, структуры экономики, демографических проблем и геополитических интересов) ситуацию, которая предполагает необходимость заблаговременного формирования всеобъемлющего и взвешенного подхода государства к проблемам климата и смежным вопросам на основе комплексного научного анализа экологических, экономических и социальных факторов [1]. В этих условиях принятие мер по адаптации к изменениям климата необходимо для снижения потерь и использования выгод, связанных с наблюдаемыми и будущими изменениями климата [3].

Одной из основных задач, решаемой с целью обеспечения продовольственной безопасности страны, является устойчивое развитие производства сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия, достаточное для обеспечения продовольственной независимости на основе принципов научно обоснованного планирования  [2].

В сельском хозяйстве земля является не только пространственным базисом и основным природным ресурсом, но и главным средством производства, рациональное использование которого определяет эффективность отрасли и состояние окружающей природной среды. Землеустройство, должно являться главным механизмом осуществления аграрной политики государства, основным фактором повышения конкурентоспособности сельского хозяйства и встраиваться в общую систему управления экономикой.

В «Обзоре по управлению земельными ресурсами мира», подготовленном Европейской экономической комиссией ООН, указывалось, что «…уровень цивилизации общества определяется уровнем развития землеустройства и использовании земли». Там же подчеркивалось, что «…в связи с недостаточным землеустройством в России пустуют миллионы гектаров ранее обрабатываемых сельскохозяйственных земель». Данные Национального союза землеустроителей России показывают, что более 60 млн. га земель, состоящих из 6,2 млн. участков могут быть вовлечены в сельскохозяйственный оборот.

Совершенно очевидно, что для сельского хозяйства России без использования этого резерва, оценки земельно-ресурсного потенциала, оформления отношений собственности на сельскую землю и её обустройства, невозможно добиться существенных успехов в экономике [4].

2. Материалы и методы (Materials and methods)

Оценка и планирование (программирование) урожайности сельскохозяйственных культур на основе внутриполевой организации территории является важнейшей составляющей проектов адаптивно-ландшафтного землеустройства.

Применяемые в настоящее время методы оценки и планирования урожайности сельскохозяйственных культур базируются на анализе состояния посевов, проводимом на основании данных аэрокосмических наблюдений с учётом прогноза погодных условий и учёта возможностей своевременного проведения различных видов и объёмов полевых работ по обработке посевов, внесению удобрений, уборке урожая и др.

Они дают определённую точность (более 75 %), однако исходят из существующей ситуации, характеризующей не всегда оптимальное размещение посевов и их структуру относительно качества почв по признакам пригодности для возделывания культур и местоположения хозяйственных центров. Это не даёт возможности получать большие урожаи, ориентированные на максимально возможное и рациональное использование ресурсов пашни (почвенного плодородия) и не позволяет должным образом управлять процессами получения высоких и гарантированных (устойчивых) урожаев.

Для решения этой проблемы целесообразно использовать методы оценки и планирования урожайности сельскохозяйственных культур на основе многофакторного анализа геопространственной  информации в разрезе полей севооборотов с учётом их внутриполевой организации и разделения на отдельно обрабатываемые агротехнически и технологически однородные рабочие участки.

Это позволит решить следующие вопросы:

• повысить точность оценки и прогноза урожайности сельскохозяйственных культур с вероятностью до   95 % ;
• увеличить урожайность на 25-30 % только за счёт оптимизации размещения посевов на оптимальных земельных участках;
• снизить производственные затраты на возделывание культур до 15-20 % за счёт учёта технологических свойств и местоположения земельных участков;
• привязать технологии возделывания сельскохозяйственных культур к конкретным участкам пахотных земель;
• наметить систему противоэрозионных и природоохранных мероприятий в границах полей и рабочих участков (агротехнических, лесомелиоративных, гидротехнических, организационно-хозяйственных).

3. Результаты и обсуждение (Results and Discussion)

Ставропольский край —  это зона рискованного земледелия, и влагообеспеченность является главным фактором, лимитирующим развитие сельскохозяйственного производства. Однако, если взять в целом картину по региону, то среднегодовое количество осадков (около 530 мм) говорит о неплохой влагообеспеченности. Но наличие на территории края крайне засушливой и засушливой зон, где количество осадков в год составляет 300–400 мм, всё объясняет.

Интегральным климатическим показателем, характеризующим условия тепло- и влагообеспечения вегетационного периода, и, следовательно, возможность ведения сельскохозяйственной деятельности, является гидротермический коэффициент Г.Т. Селянинова (ГТК). Он представляет собой отношение суммы осадков за период активной вегетации к сумме температур за этот же период. Его ранжирование положено в основу выделения агроклиматических зон. В пределах Ставропольского края ГТК колеблется от 0,5 в крайне засушливой агроклиматической зоне до 1,3 в зоне достаточного увлажнения (предгорная зона) (рис. 1).

Рассматриваемая территория делится на четыре климатические зоны (крайне засушливая, засушливая, неустойчивого увлажнения, достаточного увлажнения). Средняя температура воздуха составляет по краю в январе -3-5°С, в июле – +17+25°С, а среднегодовая температура составляет +10,4°С. Среднемесячные температуры края имеют синхронный ярко выраженный ход с одним максимумом в тёплое время года. Январь является самым холодным месяцем; а самый тёплый месяц – июль. В большинстве районов безморозный период может длиться более 190 дней, а сумма активных температур варьирует от 2570°С в предгорьях до 3800°С в равнинной части, что позволяет возделывать большой спектр сельскохозяйственных культур. Продолжительность вегетационного периода в Ставропольском крае составляет 200-234 дня. Климатические условия в пределах агроклиматических зон иллюстрирует таблица 1.

Вышеприведённая схема агроклиматического районирования территории Ставропольского края была составлена учёными на основе климатических данных, характеризующих опорный период 1931-1960 гг. Однако за время, прошедшее после её составления, климат претерпел некоторые изменения.

Так как наши исследования охватывают 2000-2017 гг., то необходимо охарактеризовать климатические условия этого периода.

Изменение годовой температуры за 1965-2017 гг. по базовым метеостанциям в пределах агроклиматических зон иллюстрирует рисунок 2.

Как видно из приведённых данных, для всех агроклиматических зон отмечается хорошо выраженная тенденция повышения температуры воздуха, которая иллюстрируется как линейным, так и полиноминальным трендами. Второй особенностью этого процесса является повышение температуры в 2010 г., которое перекрыло её максимум в 1966 г. Следующей особенностью является то, что примерно до середины 1980 гг. отмечалась довольно большая межгодовая изменчивость температуры воздуха с некоторой тенденцией к снижению. Примерно с середины 1990-х годов наметился устойчивый тренд повышения температуры воздуха, при этом её колебания от года к году стали гораздо меньше, чем до середины 1980-х годов. Начиная с 2010 г. температура устойчиво выше, чем её среднее значение  за рассматриваемый период.

Изменение годового количества осадков за 1965-2017 гг. по агроклиматическим зонам иллюстрирует рисунок 3.

При аналитическом рассмотрении количества выпадающих осадков на территории Ставропольского края отмечается в разной степени выраженности тенденция увеличения количества выпадающих осадков. Меньше всего она выражена в крайне засушливой зоне, тогда как в остальных просматривается более отчётливо. Однако в отличие от температур, изменения количества осадков протекают не столь синхронно. В засушливой зоне и зоне неустойчивого увлажнения максимум осадков и их большая амплитуда отмечались в середине 1980-х годов, а в настоящее время осадки в целом близки к норме, а их межгодичная изменчивость существенно меньше, чем ранее. В зоне достаточного увлажнения режим выпадения осадков довольно стабильный. Наконец, в крайне засушливой зоне хорошо заметно уменьшение их изменчивости в последние десятилетия, а также периоды их поступательного от года к году роста и сокращения.

Наиболее интересный вывод получается при рассмотрении изменения величины гидротермического коэффициента Г.Т. Селянинова (рис. 4). Линейный тренд иллюстрирует стабильность данного показателя, несмотря на его большие изменения от года к году. То есть в целом условия ведения сельского хозяйства за продолжительный период, несмотря на современные изменения климата, остаются довольно стабильными. Однако повышение температуры воздуха должно найти своё отражение через некоторые интегральные климатические показатели, например, такие, как сумма активных температур, количество осадков за этот период, суммы температур холодного периода и осадки холодного периода (табл. 2).

Констатируем, что за последние 20 лет отмечается хорошо выраженный рост температуры воздуха, который в данном случае привёл к тому, что вегетационный период увеличился во всех агроклиматических зонах Ставропольского края. Относительно осадков вегетационного периода, то за этот же период они как увеличивались, так и уменьшались.

Повышение температуры воздуха, особенно в период активной вегетации, как отмечают учёные, привело к тому, что осадки стали выпадать в виде кратковременных интенсивных ливней, которые способствуют развитию эрозионных процессов [5]. То есть, современные климатические условия способствуют развитию деградационных процессов в агроландшафтах  края и приводят к повышению рисков для обеспечения продовольственной безопасности страны. Деградация земель, в свою очередь, способствует изменению климата и увеличивает уязвимость миллионов людей к стрессовым воздействиям со стороны окружающей среды [6].

Важнейшим элементом повышения устойчивости землепользования к  климатическим изменениям являются методы «умного» землеустройства на основе современных цифровых технологий, которые позволяют:

1. Создать информационную компьютерную систему оценки качества и местоположения земельных участков сельскохозяйственного назначения на основе их инвентаризации и оценки производительных и территориальных свойств (Аналог американской системы «LESA» – Land Evaluation and Site Assessment System и советской системы внутрихозяйственной оценки земель) [7, 8].
2. Завершить формирование земельной собственности в АПК страны, организационно и технологически осуществить эти процессы, обеспечив разграничение всех форм собственности, постановку всех земельных участков сельскохозяйственного назначения на государственный кадастровый учет и их регистрацию. Это позволит привлечь в АПК дополнительные кредитные ресурсы под залог земли и увеличить налогооблагаемую базу.
3. Осуществлять функцию планирования использования земель в АПК на федеральном, региональном и муниципальном уровнях, как это делается в странах Европейского Союза, США и Китае [8], что позволит увязать развитие сельского хозяйства с социально-экономическими и природными условиями страны, отдельных регионов, интересами и возможностями бизнеса.
4. Разработать в составе проектов землеустройства сельскохозяйственные (землеустроительные) регламенты, меры по охране земель от процессов деградации и по воспроизводству плодородия почв, повышению эффективности использования земли.
5. Разработать для каждого сельскохозяйственного товаропроизводителя региональные бизнес-ориентированные проекты адаптивно-ландшафтного землеустройства, позволяющие привязать систему земледелия (технологии возделывания сельскохозяйственных культур: систему обработки, удобрений, мелиорации почв, защиты растений, семеноводства, систему машин) к земле, и за счёт этого существенно повысить эффективность её использования [9, 10].
6. Выводы (Conclusion)

Ожидаемые изменения климата и природной среды в первой половине XXI в. приведут как к положительному, так и к отрицательному воздействию на продуктивность сельскохозяйственных культур. Однако значительное положительное влияние на сельское хозяйство России они могут оказать только при условии заблаговременной адаптации на федеральном уровне аграрного сектора экономики к ожидаемым изменениям климата [11, 12]. Упреждающая адаптация к последствиям климатических изменений относится к числу приоритетов политики в области климата.

Разработка пилотных проектов в нескольких субъектах Российской Федерации детерминировала следующие выводы:

1. Достижение технологического прорыва в агропромышленном комплексе на базе цифровой трансформации сельского хозяйства возможно лишь при создании оптимальных почвенно-агротехнических и организационно-территориальных условий, обеспечивающих на всём жизненном цикле сельскохозяйственной продукции существенное повышение урожайности на основе её планирования и программирования, выхода продукции на одного работника, снижения материальных затрат на горюче-смазочные материалы, электроэнергию, средства защиты почв, растений, окружающей среды, оплату труда и другие виды расходов.
2. Современные цифровые технологии дают возможность оптимизации всех ключевых параметров влияющих на урожайность сельскохозяйственных культур, а именно: плодородие почв; технологические свойства земли; местоположение и структура земельных угодий.
3. Для широкого внедрения цифровых технологий в агропромышленном комплексе необходима подготовка квалифицированных кадров. Предлагается создать единую он-лайн платформу «Открытое аграрное образование». Эта образовательная платформа должна стать частью единой национальной системы он-лайн образования и быть сопряжена с информационными системами Минсельхоза России: «Электронный атлас земель сельскохозяйственного назначения», Система мониторинга и прогнозирования продовольственной безопасности, Федеральная информационная система о землях сельскохозяйственного назначения.

В основе цифровизации сельского хозяйства должно лежать решение главной задачи – создание «умного землепользования», которое достигается методами «умного землеустройства».

Этот бесспорный факт объясняется следующими причинами:

1. Основные вопросы развития отрасли (умное поле, умная ферма, умный сад и др.) должны рассматриваться не изолированно, а в общей системе функционирования сельскохозяйственной организации. Так, система земледелия – это элемент целостной системы ведения хозяйства. Она определяется не только необходимостью развития полеводства, но и влиянием на нее отраслей животноводства, кормопроизводства и др.
2. Все основные отрасли сельскохозяйственной организации объединены единой территорией в её границах и связаны элементами производственной и социальной инфраструктуры (дорогами, скотопрогонами, мелиоративной сетью), что требует взаимоувязанного решения следующих вопросов:

• упорядочения земельно-имущественных отношений (как известно, только 30% земельных участков на селе зарегистрировано и стоит на кадастровом учёте), что не позволяет осуществлять планомерное использование и оборот земель сельскохозяйственного назначения;
• налаживания учёта и оценки качественного состояния земель с целью наилучшей привязки размещения отраслей сельского хозяйства к территории путём учёта производительных и территориальных свойств земель (плодородия почв, местоположения участков, мелиоративного и культуртехнического состояния земель и др.);
• проектирования единой взаимосвязанной системы мелиоративных, противоэрозионных и природоохранных мероприятий, границы осуществления которых совпадают с водосборными площадями, бассейнами малых рек, районами ветровой эрозии и др.

При этом «умное землеустройство» должно являться как средством получения информации и её обработки, так и механизмом принятия адекватных управленческих решений в области регулирования землепользования, повышения плодородия и охраны почв, обеспечения продовольственной безопасности страны с учётом современных тенденций климатических изменений.

Список источников

1. Климатическая доктрина Российской Федерации (распоряжение Президента Российской Федерации от 17.12.2009 № 861-рп) [Электронный ресурс]: https://base.garant.ru/2170243/
2. Доктрина продовольственной безопасности Российской Федерации (утверждена Указом Президента Российской Федерации от 21.01.2020 № 20) [Электронный ресурс]: https://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/73338425/
3. Национальный план мероприятий первого этапа адаптации к изменениям климата на период до 2022 года (утверждён распоряжением Правительства Российской Федерации от 25.12.2019 № 3183-р) [Электронный ресурс]: https://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/73266443/
4. Волков С.Н., Шаповалов Д.А., Клюшин П.В. Эффективное управление земельными ресурсами – основа продовольственной безопасности России. – Международный сельскохозяйственный журнал. 2017. №4. – С. 12-15.
5. Оценка современных климатических изменений на территории Предкавказья для целей прогнозирования урожайности озимой пшеницы / Волков С.Н., Савинова С.В., Черкашина Е.В., Шаповалов Д.А., Братков В.В., Клюшин П.В. Юг России: экология, развитие. 2021. Т. 16. №1 (58). – С. 117-127.
6. Глобальный климат и почвенный покров России: опустынивание и деградация земель, институциональные, инфраструктурные, т ехнологические меры адаптации (сельское и лесное хозяйство): Национальный доклад / Москва, 2019. Том 2. – 476 с.
7. Волков С.Н. Землеустройство. Т. 7. Землеустройство за рубежом. – М.: КолосС, 2005. – 408 с.: ил. – (Учебники и учеб. пособия для студентов высш. учеб. заведений). – С. 71–78.
8. Закон США «О Федеральной земельной политике и землеустройстве». Сост.: Бюро по землеустройству Министерства внутренних дел и Правовое управление Министерства труда США, Вашингтон, округ Колумбия / пер. Г.В. Ковалевской. – М.: ГУЗ, 2016. – С. 24–25.
9. Volkov S N, Shapovalov D A, Klyushin P V.  Solutions of problems in defining indicators of agricultural land within the framework of activities for the implementation of the concept of development monitoring in the Russian Federation / // GeoConference SGEM. — 2017. — Vol. 17, no. 52. — P. 819–828.
10. Volkov S N, Shapovalov D A and Fomin A A. Development of cartographic materials for optimal placement of objects and lands using the information logical system of automated land management design // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 579 (2020) 012155
11. Доклад о климатических рисках на территории Российской Федерации. – Санкт-Петербург. – 106 с.
12. Semenova E P and Shirokova V A. 2018 Assessment of the adverse effect objects as a starting point for ecological reform Current aspects of natural resource management problem solving (Moscow: State University of farming) pp 431–7.

References

1. Klimaticheskaya doktrina Rossijskoj Federacii (rasporyazhenie Prezidenta Rossijskoj Federacii ot 17.12.2009 № 861-rp) [E`lektronny`j resurs]: https://base.garant.ru/2170243/
2. Doktrina prodovol`stvennoj bezopasnosti Rossijskoj Federacii (utver-zhdena Ukazom Prezidenta Rossijskoj Federacii ot 21.01.2020 № 20) [E`lek-tronny`j resurs]: https://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/73338425/
3. Nacional`ny`j plan meropriyatij pervogo e`tapa adaptacii k izmeneniyam klimata na period do 2022 goda (utverzhdyon rasporyazheniem Pravitel`stva Ros-sijskoj Federacii ot 25.12.2019 № 3183-r) [E`lektronny`j resurs]: https://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/73266443/
4. Volkov S.N., Shapovalov D.A., Klyushin P.V. E`ffektivnoe upravlenie ze-mel`ny`mi resursami – osnova prodovol`stvennoj bezopasnosti Rossii. – Mezhdunarodny`j sel`skoxozyajstvenny`j zhurnal. 2017. №4. – S. 12-15.
5. Ocenka sovremenny`x klimaticheskix izmenenij na territorii Predkavkaz`ya dlya celej prognozirovaniya urozhajnosti ozimoj pshenicy / Volkov S.N., Savinova S.V., Cherkashina E.V., Shapovalov D.A., Bratkov V.V., Klyushin P.V. Yug Rossii: e`kologiya, razvitie. 2021. T. 16. №1 (58). – S. 117-127.
6. Global`ny`j klimat i pochvenny`j pokrov Rossii: opusty`nivanie i degrada-ciya zemel`, institucional`ny`e, infrastrukturny`e, t exnologicheskie mery` adaptacii (sel`skoe i lesnoe xozyajstvo): Nacional`ny`j doklad / Moskva, 2019. Tom 2. – 476 s.
7. Volkov S.N. Zemleustrojstvo. T. 7. Zemleustrojstvo za rubezhom. – M.: KolosS, 2005. – 408 s.: il. – (Uchebniki i ucheb. posobiya dlya studentov vy`ssh. ucheb. zavedenij). – S. 71–78.
8. Zakon SShA «O Federal`noj zemel`noj politike i zemleustrojstve». Sost.: Byuro po zemleustrojstvu Ministerstva vnutrennix del i Pravovoe upravlenie Ministerstva truda SShA, Vashington, okrug Kolumbiya / per. G.V. Kovalevskoj. – M.: GUZ, 2016. – S. 24–25.
9. Volkov S N, Shapovalov D A, Klyushin P V. Solutions of problems in defining indicators of agricultural land within the framework of activities for the implementa-tion of the concept of development monitoring in the Russian Federation / // GeoCon-ference SGEM. — 2017. — Vol. 17, no. 52. — P. 819–828.
10. Volkov S N, Shapovalov D A and Fomin A A. Development of cartographic ma-terials for optimal placement of objects and lands using the information logical system of automated land management design // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 579 (2020) 012155
11. Doklad o klimaticheskix riskax na territorii Rossijskoj Federacii. – Sankt-Peterburg. 2017. – 106 s.
12. Semenova E P and Shirokova V A. 2018 Assessment of the adverse effect objects as a starting point for ecological reform Current aspects of natural resource manage-ment problem solving (Moscow: State University of farming) pp 431–7.

Для цитирования: Волков С.Н., Черкашина Е.В., Шаповалов Д.А., Братков В.В., Петрова Л.Е. Современные климатические изменения в контексте обеспечения продовольственной безопасности Российской Федерации // Московский экономический журнал. 2022. № 11. URL: https://qje.su/rekreacia-i-turizm/moskovskij-ekonomicheskij-zhurnal-11-2022-44/

© Волков С.Н., Черкашина Е.В., Шаповалов Д.А., Братков В.В., Петрова Л.Е., 2022. Московский экономический журнал, 2022, № 11.

PDF-файл статьи

Научная статья

Original article

УДК 711.01/09

doi: 10.55186/2413046X_2022_7_11_673

РОЛЬ РЕКОНСТРУКЦИИ ОЗЕЛЕНЕННЫХ И БЛАГОУСТРОЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ЗЕЛЕНОГО КАРКАСА ГОРОДСКИХ ТЕРРИТОРИЙ

THE ROLE OF THE RECONSTRUCTION OF LANDSCAPED AND LANDSCAPED LANDSCAPES FOR THE FORMATION OF A GREEN FRAMEWORK OF URBAN AREAS

Старостина Айталина Анисимовна, кандидат архитектуры, доцент, заведующая кафедрой землеустройства и ландшафтной архитектуры,  ФГБОУ ВО «Арктический государственный агротехнологический университет» (Адрес:677007, Республика Саха (Якутия), г. Якутск, ш. Сергеляхское, 3 км., д. 3) тел. 8(914) 279-08-09, e-mail: Linastar2005@mail.ru

Гаврильева Надежда Константиновна, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры землеустройства и ландшафтной архитектуры, ФГБОУ ВО «Арктический государственный агротехнологический университет» (Адрес:677007, Республика Саха (Якутия), г. Якутск, ш. Сергеляхское, 3 км., д. 3) тел. 8(924) 567-53-82, e-mail: nadezheda@inbox.ru

Андреева Нюргуяна Викторовна, старший преподаватель кафедры землеустройства и ландшафтной архитектуры, ФГБОУ ВО «Арктический государственный агротехнологический университет» (Адрес:677007, Республика Саха (Якутия), г. Якутск, ш. Сергеляхское, 3 км., д. 3) тел. 8(924) 567-53-82, e-mail: kuiaara@mail.ru 

Starostina Aitalina Anisimovna, PhD in architecture, associate Professor, head of the Department of Land Management and Landscape Architecture, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education «Arctic State Agrotechnological University» (Address:677007, Republic of Sakha (Yakutia), Yakutsk, Sh. Sergelyakhskoe, 3 km. 3) tel. 8(914) 279-08-09, e-mail: Linastar2005@mail.ru

Gavrilieva Nadezhda Konstantinovna, Candidate of Agricultural Sciences, associate Professor, Department of Land Management and Landscape Architecture, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education «Arctic State Agrotechnological University» (Address:677007, Republic of Sakha (Yakutia), Yakutsk, Sh. Sergelyakhskoe, 3 km. 3) tel. 8(924) 567-53-82, e-mail: nadezheda@inbox.ru

Andreeva Nyurguyana Viktorovna, Senior Lecturer of the Department of Land Management and Landscape Architecture, Arctic State Agrotechnological University (Address: 677007, Republic of Sakha (Yakutia), Yakutsk, Sergelyakhskoye Highway, 3 km., 3) tel. 8(924) 567-53-82, e-mail: kuiaara@mail.ru

Аннотация. Благоустройство городов связано с этапами развития градостроительства. В процессе изменения городской среды от одного исторического периода к другому происходило создание и накопление культурных ценностей, внедрение новых технологий и строительных материалов. Городское благоустройство всегда было направлено на улучшение жизненной среды, создание комфорта и повышение эстетических качеств города. К сожалению, данные о состоянии древесных насаждений и озеленения в городе Якутске  до настоящего времени носят приблизительный либо локальный характер. Таким образом, актуальность изучения состояния озеленения города определяется влиянием увеличением территории населения на экологическое состояние среды города, возрастающей ролью жилых районов и рекреационных территорий, появляется необходимость проведения инвентаризации и паспортизации насаждений. Также важной задачей становится поиск практических решений, касающихся различных аспектов зеленого строительства города.

Актуальными в настоящее время становятся вопросы реконструкции и возобновления городских насаждений. В связи с чем, весьма важным является изучение влияния городской среды на семенное размножение растений. В статье отражены актуальные нормативно-техническое регулирование в области озеленения городской среды Республики Саха (Якутия), также  нормы правила общегородского озеленения и результаты градостроительных и планировочных анализов благоустройства улицы города Якутска. Основным результатом проведенной работы является определение общих ландшафтно-архитектурных требований при реконструкции и создании элементов озеленения, на примере улицы Петра Алексеева ГО «город Якутск». Для этого проведены анализ современного состояния функционально-планировочной структуры улицы, выявлены положительные качества существующих насаждений, также их основные недостатки при уходе за зелеными насаждениями.

Abstract. The beautification of cities is connected with the stages of development of urban planning. In the process of changing the urban environment from one historical period to another there was the creation and accumulation of cultural values, the introduction of new technologies and building materials. Urban landscaping has always been aimed at improving the living environment, creating comfort and enhancing the aesthetic qualities of the city. Unfortunately, the data on the state of tree plantings and landscaping in Yakutsk are still approximate or local. Thus, the relevance of studying the state of the city’s greenery is determined by the influence of the increasing territory of the population on the environmental condition of the city, the increasing role of residential areas and recreational areas, the need for an inventory and passportization of plantations appears. Also an important task is the search for practical solutions relating to various aspects of green building of the city.

The issues of reconstruction and renewal of urban plantations become urgent at present. In this regard, it is very important to study the impact of the urban environment on the seed multiplication of plants. The article reflects the current normative and technical regulation in the field of landscaping of the urban environment of the Republic of Sakha (Yakutia), as well as the norms of urban landscaping and the results of urban planning and planning analysis of street landscaping in Yakutsk. The main result of the work is the definition of general landscape-architectural requirements for the reconstruction and creation of landscaping elements, on the example of Petr Alekseev Street in the city of Yakutsk. To do this, the analysis of the current state of the functional and planning structure of the street, identified the positive qualities of the existing plantings, as well as their main drawbacks in the care of green spaces.

Ключевые слова: ландшафтная архитектура, территориальное планирование, реконструкция, озеленение и благоустройство территории

Key words: landscape architecture, spatial planning, reconstruction, landscaping and site improvement

Введение

Город Якутск с населением 330 тыс. человек считается одним из самых «холодных» городов Земли, расположенных в зоне вечной мерзлоты. Короткое лето Якутии успевает порадовать жителей и гостей города зеленью и цветами от силы четыре месяца в году [1]. За этот короткий промежуток времени необходимо успеть провести работы по озеленению и благоустройству.  Проблема обусловлена рядом факторов, в том числе:  наличием пыли, загазованности, шума и других неблагоприятных факторов, присущих крупному городу. В Якутске остро стоит проблема озеленения. В последнее время городское пространство города становится все более востребованным горожанами для целей проведения свободного времени в праздничные и выходные дни.

Главной составляющей экологической инфраструктуры является система зелёных насаждений и акваторий города, имеющая своей главной функцией формирование городской среды и стабилизацию среды. В нашей стране делаются обоснованные предложения для градостроительной планировки термин «зеленый каркас» или «природный каркас». Зеленый каркас является и должен быть основной структурной частью жизнеобеспечения города.

Актуальность исследования

Актуальность обусловлена тем, что благоустройство и озеленение являются важнейшей сферой деятельности муниципального хозяйства. Именно в этой сфере создаются те условия для населения, которые обеспечивают комфорт, эстетику, безопасность городской среды. Озеленение участков города является проблемой окружающей среды. Это связано с решением различного рода вопросов по  планировке, эксплуатации, агротехники и по созданию различных объектов рекреации и хозяйственно — бытовой деятельности.

Целью исследования является комплексная оценка     современного состояния зеленых насаждений и разработка научно-обоснованного подхода к озеленению ГО «город Якутск» на примере магистральной улицы Петра Алексеева. Соответственно, исходя из задач: описать нормативно-техническое регулирование в области озеленения городской среды; провести анализ современного состояния грунта и газонов, древесно- кустарниковой флоры и элементов благоустройства территорий на примере магистральной улицы Петра Алексеева ГО «город Якутск»; провести анализ современного состояния композиционных составляющих элементов озеленения; определить общие ландшафтно-архитектурные требования при реконструкции и создании элементов озеленения; изучить основные виды технологий и методов посадки и ухода за элементами озеленения; подобрать оптимальный состав газонных трав и устройство цветочного оформления; выработка предложений и рекомендаций по проектированию и реконструкции и созданию элементов озеленения на примере улицы Петра Алексеева ГО «город Якутск»; разработка технологий посадки и ухода за элементами озеленения на примере магистральной улицы Петра Алексеева ГО «город Якутск».

Результаты

В каждом городе есть проблемы в магистральных улицах по озеленению. В основном на магистральных улицах смотрят в первую очередь безопасность, не затрагивая вопрос о рассмотрения повышения эстетического, санитарно-гигиенического уровня формировании ландшафта дороги. Деревья и кустарники создают защиту дороги от снежных заносов, ветровой эрозии, пыли  и другие защитные мероприятии. Соответственно, выполняют важную роль в решении проблем по охране окружающей среды от загрязнения различными веществами, вносимыми автомобильным транспортом являясь средством регулирования распределения и перераспределения.

Основное требование озеленения трассы с окружающим ландшафтом это декоративное оформление. Декоративное озеленение должно целенаправленно усилить связь автомобильной дороги с окружающей природной средой, способствовать развитию современной инфраструктуры зеленого хозяйства.

После изучения актуальных требований правил  благоустройства территории городского округа «город Якутск» по содержанию и восстановления зеленых насаждений [2] был проведен анализ современного состояния благоустройства улицы Петра Алексеева (Рисунок 1).

В нашем городе по ул. Петра Алексеева дороги покрыты асфальтобетоном. Эти покрытия особенно в летний период сильно нагреваются и медленно остывают, поддерживая высокую температуру окружающего воздуха. Из-за этого воздух, где растут  деревья и кустарники, нагревается, и часть солнечной радиации отражается на кронах деревьев. Впоследствии часть деревьев засыхает, это в основном новые саженцы деревьев и кустарников. Отставшие  зеленые насаждения увеличивают влажность воздуха приблизительно на 15-30%.

Деревья и кустарники должны не только создавать благоприятную среду для движения и пребывания на улицах людей, но и участвовать в эстетическом формировании придорожного пространства. Крупномерные растения также не должны закрывать перспективу на архитектурные комплексы. Не забывая о  целостности архитектурной композиции и связи уличных насаждений. По улице П. Алексеева можно отметить места с деревьями, кустарниками, с водоемом — это П. Алексеева 40, где есть участки с газонами. Насаждения эффективно отфильтровывают воздух от пыли. Летнее время растения с клейкими и шероховатыми листьями накапливают до 40-50% пыли, в осенне-весенний сезон 25-40 %. На участках улиц, лишенных растительности, запыленность повышается в 2-3 раза. Рекомендуется использовать подходящую в нашем регионе боярышник, можжевельник, кизильник, спирею и др.

Одним из основных факторов экологии городской среды  является шумовой режим. В пешеходных зонах города уровень шума должен быть не более 75 дб А, а шум свыше 90 дб А неблагоприятно воздействует на организм человека. Здесь опять-таки вступают на помощь растения, которые снижают уровень в среднем на 6.0- 13,2 дб А. Эффективна посадка деревьев и кустарников с плотными, раскидистыми, густо облиственными кронами. Но с другой стороны на перекрестках и поворотах улиц посадки деревьев и кустарников не должны мешать видимость дороги, движущийся транспорт пешеходам и водителям автотранспорта. Такие места находятся на кольцевой дороге между улицами Пирогова и Стадухина, где растут деревья высотой 3, 4 метра. На повороте П. Алексеева 83/9 посажены деревья, кусты высотой от 3 до 6 метров. Эти насаждения можно пересадить на другие участки улицы, где разрешена посадка высотными деревьями [3].

Анализ современного состояния грунта и газонов придорожных территорий проводился летом ‒ осенью 2021 года по улице Петра Алексеева города Якутска.

На территории преобладают искусственно созданные или сильно трансформированные почвы под посадками деревьев на придорожной территории. Для них характерно отсутствие генетических почвенных горизонтов, в профиле сочетаются различные по окраске и мощности слои искусственного происхождения.

В результате агрохимического анализа почвы от 08.10.2021 г. отмечено низкое содержание гумуса от 1,5 до 3,8 % на контрольных точках 1–11. Содержание фосфора низкое ‒ от 15 до 23 мг/кг. Содержание калия в почве низкое ‒ от 30 до 40. Реакция среды щелочная, рН 7,9‒9,0.

Для сравнения: на контрольной точке 12 до окультуривания, проведенного 25 февраля 2021 года, наблюдалось среднее и очень низкое содержание    азота,    среднее    содержание    фосфора    и    калия,    после окультуривания увеличилось количество органического вещества до 5,8.

Реакция почвы стала нейтральной, увеличилось в разы количество питательных элементов почвы. Отсутствуют признаки засоления.

Специалистами ГБУ «Служба земледелия Республики Саха Якутия» проведен лабораторный анализ почвы открытого грунта. В образцах определили реакцию среды, содержание нитратного азота, гумуса, подвижного фосфора, обменного калия. Результаты исследований приведены в протоколе № 123 от 16.09.2022 и 21.09.2022 г.

Почва участка 12.1 имеет близкую к нейтральной реакцию среды (6,44 рН), содержание нитратного азота очень высокое (190 мг/кг), содержание подвижного фосфора и обменного калия также очень высокое (> 500 млн^-1), содержание гумуса (5,05 %).

Почва участка 12.2 имеет нейтральную реакцию среды (7,21 рН), содержание нитратного азота очень высокое (178 мг/кг), содержание подвижного фосфора и обменного калия среднее (>500 млн^-l), содержание гумуса (6,8%).

По результатам химического анализа почвенных образцов выбранного из участка, участок показало истощенность, сильное хлорирование и засоленность. Также выявлено низкое содержание гумуса от 1,5 до 3,8 %, фосфора от 15 до 23 мг/кг, калия   от 30 до 40 мг/кг. Реакция почвенной среды щелочная: рН 7,9‒9,0.

На данном участке магистральной улицы Петра Алексеева, в первую очередь, производилось окультуривание почвы. Так как придорожные территории засолены, содержат органические вещества, нитратный азот, фосфор, кали, кальций, магний, натрий и хлор, отмечалось закисление и защелачивание почвы. После окультуривания и подготовительных работ,  осенью было рекомендовано производить обработку почвы. Частично начать реконструкцию деревьев и кустарников ‒ больных, отмирающих, внесение удобрений, удаление и срезка заросли по территориям:

• с улицы Орджоникидзе до Лермонтова деревья и кустарники по осени находились в удовлетворительном состоянии: требуется удаление отмирающих, срезка зарослей березы, боярышника, кизильника;
• с улицы Лермонтова до Кутузова состояние деревьев и кустарников осенью также удовлетворительное: требовалось удаление отмирающих, срезка зарослей ивы, шиповника, березы, спиреи.
• с улицы Кутузова до Семена Данилова деревья находились в неудовлетворительном состоянии: больные, отмирающие сосна и лиственница ‒ их нужно заменить и внести удобрение. Кустарники: в удовлетворительном состоянии ‒ шиповник, акация, спирея и в хорошем ‒ боярышник и ива.

На улице Петра Алексеева мало места между дорожной сетью и жилыми домами для посадки больших деревьев, кустарников, в связи с этим растениям достается мало солнечного света. Высокорастущие деревья и густые кустарники, в данном участке береза и боярышник, должны обеспечивать режим инсоляции придомового пространства (рисунок 2).

Сухой климат, усугубляемый пылью и песком, в воздухе оказывает воздействие выветривание открытого грунта. Соответственно, в городе необходимо предусмотреть мероприятия от открытого грунта. Первый посев нами был произведен в конце июня сплошным ручным способом смесью трав «ПАРК-СЕВЕР».

В 2022 году посеяли газонную траву на площади 274 м², вдоль тротуара были посажены однолетние цветы. Так как конец июня и первая половина июля были засушливыми, в травостое наблюдались проплешины ‒ 35‒40 % от общей площади, поэтому дополнительно провели подсев в начале июля готовой смесью «GnomGras». Состав травостоя: овсяница красная – 15 %, райграс однолетний – 35 %, мятлик луговой – 5 %, овсяница луговая – 15 %, райграс пастбищный – 30 % с дополнением семян костреца безостого.

Важно правильно определить время первой стрижки молодого газона. С одной стороны, скашивание травостоя подавляет развитие растений, особенно молодых. С другой, запоздание со скашиванием густого травостоя также действует отрицательно: нижние междоузлия этиолируются, травостой полегает, газон теряет декоративность. Поэтому впервые скашивают молодой травостой, когда растения достигнут 10‒15 см. Делают это только в сухую погоду косилкой с остро отточенными ножами на высоту 5-6 см. После того как трава отрастет до высоты 7-8 см, нужно прикатать ее катком для стимуляции кущения. После этого следуют подсев трав с мульчированием в местах, где отсутствуют всходы, внесение комплекса удобрений и вторая стрижка. При озеленении качество стрижки напрямую зависит от используемой газонокосилки и другой садовой техники.

Следующий элемент озеленения это газон. Зимостойкими многолетними травами после многолетних исследований ученые Якутии создали следующие сорта: овсянка красная и мятлик луговой.  Но эти сорта газонной травы при эксплуатации требуют особого ухода. Для перезимовки газонных трав имеет значение срок последнего его скашивания и высота газонной травы под снегом. Слишком высокие побеги (20-25 см), отставшие под слоем снега, осенью, из-за повышенной влажности, загнивают, а весной, из-за недостатка питательных элементов, могут погибать. При низкой надземной части (4-6 см) травы более подвержены вымерзанию и не способны обеспечить корневую систему растений необходимым количеством кислорода и других веществ [4].

Развитие зеленого каркаса города в условиях сложившейся застройки – чрезвычайно сложная задача, хотя минимальные возможности для этого существуют (массовое озеленение земель вдоль транспортных магистралей, мест свалок, ликвидируемых баз, складов и др.)[5].

Для принятия и обоснования планировочных решений необходим учет специфики природного ландшафта. В этот ряд логично встраиваются проекты экологической инфраструктуры «зеленого» строительства города. Это позволяет сформировать городскую среду – урбонизированный ландшафт,  как гармоничный синтез предметных, пространственных, природных  и художественных  компонентов. В процессе реализации градостроительных проектов, для возведения зданий и сооружений используются, корректируются и преобразуются почти все компоненты и элементы ландшафта (геологическая среда, рельеф, гидрография, почвенно-растительный покров). Создается новая геолого-геоморфологическая среда, формируются техногенные почвы и грунты, изменяется растительность и климат[6].

Проект реконструкции озеленения

Разработан проект реконструкции насаждений по установленным нормам и правилам проектирования (рисунок 3 и 4). Посадка зеленых насаждений магистральной улицы Петра Алексеева должна проводиться по общему требованию свода правил СП 42.13330.20. [4]. На участке ул. Петра Алексеева г. Якутска выделяется несколько зон: пешеходная, зеленая и зона проезжей части.

К зеленым разделительным полосам относятся насаждения вдоль магистралей и улиц, отделяющие пешеходные пути от проезжей части с интенсивным транспортным движением. Для лучшей защиты пешеходов от пыли и выхлопных газов посажены рядовой посадкой кустарники  акации в количестве 110 штук, для создания живой изгороди из кустарников. Расстояние между растениями 50-55 см друг от друга, 80 см от проезжей части и 80 см от тротуара.

Для сохранения естественной природной среды в городском пространстве, надо сохранить существующие зеленые территории города и создать связь вновь посаженными зелеными зонами, чтобы город стал комфортным и чистым для человека. Поэтому в развитых городах формирование городов идет в гармонии с окружающей средой, в градостроительстве активно используются концепции «экологического (или зеленого) каркаса» [7], то есть, обеспечивая озеленение магистральных улиц города можно добиться непрерывного озеленения между скверами и парками города.

Почва

Рекомендовано внесение органического вещества в виде навоза, гумуса, перегноя с осени в дозе 30 кг/м² и с последующей обработкой почвы для посадки древесно-кустарниковой растительности с внесением подкормки минеральными удобрениями в дозе (NPK)₉₀ под посадку.

По основным требованиям к качеству почвенного покрова при создании объектов ландшафтной архитектуры особое требование предъявляется к верхнему горизонту почвы. Наличие гумуса должна составлять не менее 4-5%. Содержание нитратного азота от 20 и выше, фосфора и калия более 250 млн^-l.

Путем внесения почвогрунтовая смесь из перегноя, песка и дерновой земли на участках получили положительные результаты.

Газон

При подготовке газонов рекомендовано начать с осенней обработки почвы против сорняков, внесения перегноя для улучшения гумусового слоя, внесения удобрений ‒ фосфора, калия. Весной провести перепашку, внести удобрения с азотом, тщательно выровнять прикатыванием поверхность почвы. Посев газонных трав рекомендуется с мая по июль месяц, пересев ‒ до августа месяца. Перед посевом провести легкое рыхление. Сеять в безветренный, сухой день широко используемые сорта травы ‒ овсяницу красную и мятлик луговой. У них высокая зимостойкость, засухоустойчивость, выживаемость, сохраняются при частом скашивании и вытаптывания, что является одной из положительных особенностей сортов. При посадке использовать адаптированный к условиям севера материал.

Деревья и кустарники

При посадке деревьев и кустарников в прилегающих территориях городских улиц следует учитывать размещение. В первую очередь как выше сказанного деревья и кустарники не должны мешать пешеходам и водителям видеть дорогу и движущийся транспорт, заслонять светофоры и дорожные указатели. Далее при посадке саженцев должны учитывать требуемые расстояния друг от друга и добиваться целостности архитектурной концепции.

Осенью 2021 г. в реконструируемом участке были посажены березы вдоль забора (50 шт.) на расстоянии 1 м друг от друга, 1 м от боярышника, 1,2 м от ограждения. Боярышники (50 шт.) высажены на расстоянии 1 м друг от друга, 1 м от березы, 100 см от тротуара (рисунок 2).

Цветы однолетники

Ухудшение экологической обстановки, возрастающая потребность цветочного озеленения повышает спрос на посадочно-рассадный материал однолетников. Соответственно рассадная технология позволяет удовлетворить самые высокие  требования покупателей:

• во-первых, она позволяет значительно расширить весенне-летние сроки посадки, что очень важно для короткого якутского лета;
• во-вторых, рассада однолетних растений легче переносят транспортировку, они не пересыхают, корни не повреждаются. Кроме того, если нет возможности посадить растения сразу же после приобретения, можно на некоторое время оставлять при поливе. При посадке значительно увеличивается приживаемость растений и резко снижается их отмирание;
• в-третьих, красивый декоративный эффект цветочного оформления достигается в довольно короткие сроки.

Цветы в скверах, парках, на клумбах, рабатках, аллеях, улицах, балконах, приусадебных участках, дачах, искусно вписанные в общий ансамбль столицы Крайнего Севера, придают неповторимый колорит и удивительную красоту. Наша столица со скудной растительностью может превратиться в прекрасный современный зеленый оазис.

Заключение

К территории зеленых зон постсоветских городов, которые всегда были вписаны в окружающий их ландшафт и являлись наиболее живописной его частью, можно применять разработанные подходы по реконструкции среды. Работы следует проводить в соответствии с общими принципами ландшафтной композиции и правилами формирования планировочной структуры объекта комплексно.

Федеральный проект «Формирование комфортной городской среды» национального проекта «Жилье и городская среда» концептуально является продолжением приоритетного проекта «Формирование комфортной городской среды», который реализовывался в период 2017–2018 годов. Наработанный за два года опыт лег в основу федерального проекта, который стартовал в 2019 году.

Мероприятия по реализации федерального проекта позволят улучшить качество городской среды к 2030 году в полтора раза. В связи с этим был подписан приказ Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 06.04.17 № 691/пр  «Об утверждении методических рекомендаций по подготовке государственных программ субъектов Российской Федерации и муниципальных программ формирования современной городской среды в рамках реализации приоритетного проекта «Формирования комфортной городской среды» на 2018–2022 годы (с изм. на 21.12.17) [8]. В данном приказе  к городской среде относят благоустройство территорий муниципальных образований соответствующего функционального назначения (площадей, набережных, улиц, пешеходных зон, скверов, парков), дворовых территорий многоквартирных домов.

Как показывает мировая практика, появляется все больше и больше данных о преимуществах озеленения в городах.

Департамент городского развития Сената Берлина в 2011 году  выпустил — Дизайн для всех «Общественное открытое пространство».  В данном издании  рекомендуется не только правила посадки саженцев, но и составление композиции ландшафтной архитектуры с помощью элементов озеленения. Так, например, деревья и кустарники помогают определить выдающиеся достопримечательности, такие как парки. Живые изгороди и бордюры, такие как окружающие стены, должны, по крайней мере, периодически обеспечивать визуальную связь (на уровне глаз, приблизительно 0,60 м). Дорожки должны быть свободны от корней и ветвей [9].

В Нью-Йорке действует Руководство по проектированию улиц (Street Design Manual), впервые выпущенное в 2009 году, в котором определен единый стандарт для проектов благоустройства, список мероприятий и элементов городской среды. Стандарт проектирования улиц формирует дизайн-код — видение того, как должно выглядеть улично-дорожное пространство Нью-Йорка (геометрия дорог и улиц, материалы, элементы освещения, уличная мебель, озеленение)[10].

2020 году Центром Компетенций Республики Саха (Якутии) по вопросам городской среды «LETO»  было выпущено  методическая  рекомендация,  разработанная на материалах директора Ботанического сада СВФУ Ивановы Натальи Сергеевны. Где были рассмотрены общие вопросы по: выбору растений, посадке, подготовке посадок, уходу за растениями [11].

Перечень озелененных территорий городского округа, их границы утверждаются главой городского округа «город Якутск» (паспортизация скверов, парков и т.д.). Озелененные территории ограниченного пользования используются для декоративного озеленения, средозащитных, оздоровительных и санитарно-гигиенических функций. Озелененные территории специального назначения используются для экранирования, шумозащиты, ассимиляции и фильтрации загрязнителей атмосферного воздуха и повышения комфортности микроклимата. Озелененные территории создаются и функционируют в соответствии с проектом, согласованным в установленном порядке [1].

В настоящее время сотрудниками университета Арктического ГАТУ разработано научно-методическое пособие, где по результатам  детального исследования был разработан проект реконструкции улицы Петра Алексеева.

Список источников

1. Изюменко С.А. Климат Якутска / Под ред. Ц. А. Швер, С. А. Изюменко. — Л.: Гидрометеоиздат, 1982.
2. Правила  благоустройства    территории    ГО    «город    Якутск», утвержденные решением Якутской городской думы от 06.2021 № РЯГД- 30-1.
3. Сивцева Н.Е. Экогеохимические особенности формирования урбаноземов в условиях криолитозоны (на примере г. Якутска): дис. канд. биол. наук: 02.08. – ФГАОУ ВПО Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова, город Якутск, 20212 г. – 142.
4. Мазиров И. М. Газон: Создание и уход/ И. М. Мазиров- ЛитРес: Самиздат. – 2018.- 110 с.
5. Калманова В.Б. Анализ формирования зеленого каркаса в планировочной структуре г. Биробиджана // Региональные проблемы. 2019. Т. 22, № 3. С. 70–77.
6. Кочуров Б.И., Хазиахметова Ю.А., Ивашкина И.В., Сукманова Е.А. Ландшафтный подход в градостроительном проектировании // Юг России: экология, развитие. 2018. Т.13, N C.71-82. DOI: 10.18470/1992-1098-2018-3-71-82, с. 75.
7. Старостина А.А., Гаврильева Н.К. Градостроительный анализ благоустройства водоемов Якутска //журнал «Инновации и инвестиции». 2020. № 9, С. 221-225.
8. Об утверждении методических рекомендаций по подготовке государственных программ субъектов Российской Федерации и муниципальных программ формирования современной городской среды в рамках реализации приоритетного проекта «Формирования комфортной городской среды [Электронный ресурс]: Приказ от 6 апреля 2017 г. № 691 / Принят Министерством строительства Российской Федерации. – URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_215257
9. Berlin — Design for All. Public Outdoor Space. Berlin: Berlin Senate Department for Urban Development, 2011.
10. Street Desing Manual, New York City, Department of Transportation// Third Edition, 2020. – URL: http://www.nyc.пov/dot.
11. Методические рекомендации. Озеленение городов и сел Республики Саха (Якутия): разработано Центром Компетенций Республики Саха (Якутия) по вопросам городской среды «LETO». 2020.

References

1. Izyumenko S.A. Climate of Yakutsk / Ed. Ts. A. Shver, S. A. Izyumenko. — L .: Gidrometeoizdat, 1982.
2. Rules for the improvement of the territory of the GO «Yakutsk city», approved by the decision of the Yakutsk City Duma dated June 30, 2021 No. RYAGD-30-1.
3. Sivtseva N.E. Ecogeochemical features of the formation of urbanozems in the permafrost zone (on the example of the city of Yakutsk): dis. cand. biol. Sciences: 03.02.08. – FGAOU VPO North-Eastern Federal University. M.K. Ammosov, the city of Yakutsk, 20212 — 142.
4. Mazirov I. M. Lawn: Creation and care / I. M. Mazirov- LitRes: Samizdat. – 2018.- 110 p.
5. Kalmanova V.B. Analysis of the formation of a green frame in the planning structure of the city of Birobidzhan // Regional problems. 2019. V. 22, No. 3. S. 70–77.
6. Kochurov B.I., Khaziakhmetova Yu.A., Ivashkina I.V., Sukmanova E.A. Landscape approach in urban planning // South of Russia: ecology, development. 2018. V.13, N3. C.71-82. DOI: 10.18470/1992-1098-2018-3-71-82, p. 75.
7. Starostina A.A., Gavrilieva N.K. Urban planning analysis of the improvement of water bodies of Yakutsk // Journal «Innovations and Investments». 2020. No. 9, pp. 221-225.
8. On the approval of guidelines for the preparation of state programs of the constituent entities of the Russian Federation and municipal programs for the formation of a modern urban environment as part of the implementation of the priority project «Formation of a comfortable urban environment [Electronic resource]: Order No. 691 dated April 6, 2017 / Adopted by the Ministry of Construction of the Russian Federation . – URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_215257
9. Germany. Berlin — Design for All. public outdoor space. Berlin: Berlin Senate Department for Urban Development, 2011.
10. Street Design Manual, New York City, Department of Transportation// Third Edition, 2020. – URL: http://www.nyc.pov/dot.
11. Guidelines. Landscaping of cities and villages of the Republic of Sakha (Yakutia): developed by the Competence Center of the Republic of Sakha (Yakutia) on the urban environment «LETO». 2020.

Для цитирования: Старостина А.А., Гаврильева Н.К., Андреева Н.В. Роль реконструкции озелененных и благоустроенных ландшафтов для формирования зеленого каркаса городских территорий // Московский экономический журнал. 2022. № 11. URL: https://qje.su/rekreacia-i-turizm/moskovskij-ekonomicheskij-zhurnal-11-2022-42/

© Старостина А.А., Гаврильева Н.К., Андреева Н.В., 2022. Московский экономический журнал, 2022, № 11.

PDF-файл статьи

Научная статья

Original article

УДК 504

doi: 10.55186/2413046X_2022_7_11_672

ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВА ТРАВОСМЕСЕЙ ДЛЯ ФИТОРЕМИДИАЦИИ ПОЧВ ПОСЛЕ НЕФТЯНЫХ РАЗЛИВОВ В УСЛОВИЯХ ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА

OPTIMIZATION OF THE COMPOSITION OF GRASS MIXTURES FOR PHYTOREMIDIATION OF SOILS AFTER OIL SPILLS IN THE CONDITIONS OF THE FAR EAST

Малиновская Светлана Анатольевна, канд. хим. наук, доцент кафедры «Нефтегазовое дело, химия и экология» Дальневосточного государственного университета путей сообщения 680021, Хабаровск, ул. Серышева,47, E-mail: ngd.dvgups@mail.ru

Малиновская Надежа Сергеевна, студент направления специальности 21.03.01 Нефтегазовое дело Дальневосточного государственного университета путей сообщения, 680021, Хабаровск, ул. Серышева,47, E-mail: malin_ndy@mail.ru

Malinovskaya Svetlana Anatolyevna, Ph.D. chem. Sci., Associate Professor, Department of Oil and Gas Business, Chemistry and Ecology, Far Eastern State Transport University 680021, Khabarovsk, st. Serysheva, 47, E-mail: ngd.dvgups@mail.ru

Malinovskaya Nadezha Sergeevna, student of the specialty 21.03.01 Oil and gas business of the Far Eastern State Transport University, 680021, Khabarovsk, st. Serysheva, 47, E-mail: malin_ndy@mail.ru

Аннотация. Добыча и транспортировка нефти сегодня являются одними из самых экологичных процессов. Однако избежать аварийных разливов и загрязнений, возникающих в процессе эксплуатации объектов нефтяной отрасли, не удается. Экологические последствия разливов и загрязнений в процессе эксплуатации нефти носят трудно учитываемый характер, поскольку нефтяное загрязнение нарушает многие естественные процессы и взаимосвязи, существенно изменяет условия обитания всех видов живых организмов и накапливается в биомассе. Нефть является продуктом длительного распада, проникает вглубь почвы, нарушая экосистему почвы. Кроме того, наземные загрязнения приводят к загрязнениям водоемов дождевыми стоками. В статье рассмотрена возможность оптимизации процесса фиторемедиации почвы. Для восстановления почвенных покровов после нефтяных разливов обязательно проводят рекультивацию загрязненных почв. Важным способом восстановления почвы является фиторемедиация — устранение остатков нефти путем высева нефтестойких трав, активизирующих почвенную микрофлору. С этой целью  используют травяные смеси, состоящие из многолетних сидератов, резистентных к наличию некоторого количества нефтяных загрязнений. Нами исследована возможность использования в целях фиторемедиации однолетних сидератов, широко используемых в условиях Дальнего Востока. Исследована их способность к прорастанию в загрязненной нефтью воде и почве. Для сидератов с наибольшим процентом прорастания проведены модельные исследования на загрязненной нефтью почве. Проанализирован процент убывания органического углерода в процессе вегетации растений. Проанализирована цена на семена трав для составления травосмесей для фиторемедиации и обоснована экономическая целесообразность использования исследованных культур.

Abstract. Extraction and transportation of oil today are among the most environmentally friendly processes. However, accidental spills and pollution arising during the operation of oil industry facilities cannot be avoided. The environmental consequences of spills and pollution during the operation of oil are difficult to take into account, since oil pollution disrupts many natural processes and relationships, significantly changes the living conditions of all types of living organisms and accumulates in biomass. Oil is a product of long-term decay, it penetrates deep into the soil, disrupting the soil ecosystem. In addition, terrestrial pollution leads to pollution of water bodies by rain runoff. The article considers the possibility of optimizing the process of soil phytoremediation. To restore soil cover after oil spills, it is imperative to reclaim contaminated soils. An important method of soil restoration is phytoremediation — the elimination of oil residues by sowing oil-resistant herbs that activate soil microflora. For this purpose, herbal mixtures are used, consisting of perennial green manure, resistant to the presence of a certain amount of oil pollution. We have studied the possibility of using annual green manure crops widely used in the conditions of the Far East for phytoremediation. Their ability to germinate in oil-contaminated water and soil has been studied. For green manure with the highest percentage of germination, model studies were carried out on oil-contaminated soil. The percentage of organic carbon decrease in the process of plant vegetation was analyzed. The price of grass seeds for the preparation of grass mixtures for phytoremediation has been analyzed and the economic feasibility of using the studied crops has been substantiated.

Ключевые слова: загрязнение почв нефтью, фиторемидиация почв, рекультивация почв, однолетние сидераты, травосмеси

Key words: soil pollution with oil, soil phytoremidia, soil recultivation, annual green manure, grass mixtures

Актуальность

Несмотря на то, что нефть – самое ценное сырье, и обустройству его производства и транспортировки уделяется очень большое внимание, полностью исключить аварийные разливы нефтепродуктов и загрязнения, возникающие в процессе эксплуатации объектов нефтяной отрасли, все равно не удается.

Даже при современном уровне оборудования, в том числе для ликвидации аварий, разливы нефти приравниваются к техногенным катастрофам.

Проблема

Экологические последствия разливов и загрязнений в процессе эксплуатации нефти носят трудно учитываемый характер, поскольку нефтяное загрязнение нарушает многие естественные процессы и взаимосвязи, существенно изменяет условия обитания всех видов живых организмов и накапливается в биомассе.

Нефть является продуктом длительного распада, проникает вглубь почвы, нарушая экосистему.

Цель работы

Выявить экономически и биологически выгодный способ восстановления биологической активности почвы после разлива нефти или загрязнения почвы в процессе эксплуатации объектов нефтяной отрасли.

Гипотеза

Восстановление биологической активности почвы возможно при использовании однолетних сидератов.

Задачи

1. Выбрать сидераты, чаще всего используемые на территории Дальнего Востока;
2. Определить и сравнить процент прорастания однолетних и многолетних сидератов в воде;
3. Определить способность к прорастанию семян в воде, загрязненной нефтью, определить способность прорастания семян в почве, загрязненной нефтью;
4. Определить, какой из видов семян экономически выгоден.

Наземные разливы приводят к попаданию в почвы токсичных элементов – бор, молибден, свинец, уран, стронций, сера и кобальт; дефициту элементов минерального питания, таких как азот, фосфор и кислород, из-за избытка органических углеродосодержащих соединений; снижению почвенного плодородия, вследствие образования гидрофобных пленок из нефти вокруг почвенных агрегатов, препятствующих проникновению в них водных растворов; нарушается уровень аэрации в почве – она заполняет часть свободного порово-трещинного пространства, вытесняя из него почвенный воздух; отрицательному воздействию на почвенную фауну – быстрая гибель крупных беспозвоночных организмов (насекомые, черви); при концентрации нефти более 5% снижается биологическая активность растений и наступает их гибель; кроме того, наземные загрязнения приводят к загрязнениям водоемов дождевыми стоками.

Кроме аварий причиной загрязнения почвы может быть процесс эксплуатации скважин, сбор, транспортировка, и подготовка нефти. Установлено, что наиболее загрязненными участками являются участки возле устья скважин, насосной, земляных амбаров и в местах скопления сточных вод.

Для восстановления почвенных покровов после нефтяных разливов обязательно проводят рекультивацию загрязненных почв. Рекультивация – это создание искусственного слоя почвы с благоприятными для произрастания растений свойствами.

Важным способом восстановления почвы является фиторемедиация. Это устранение остатков нефти путем высева нефтестойких трав, активизирующих почвенную микрофлору.

Ликвидацию нефтяных загрязнений почвы проводят в два этапа: технический и биологический. Технический этап начинают непосредственно после аварийного разлива нефти, когда биологическая активность почвы в значительной степени подавлена острым токсическим действием загрязнителя. Технический этап предполагает использование механических и физико-химических методов. То есть, приходится удалять верхние слои почвы для очистки от нефтяных загрязнений.

Исследуя способность семян однолетних сидератов к прорастанию, мы выяснили, что прорастание горчицы белой подавляется присутствием нефти незначительно. Для этого мы провели ряд экспериментов: для начала, мы проверили всхожесть семян в воде. Семена горчицы, люпина и гороха были залиты 10 мл воды и оставлены в чашках Петри для прорастания.

Также была исследована всхожесть этих семян в воде, загрязненной нефтью (1 проба: 0,3 г нефти на 10 мл воды, 2 проба: 0,5 г нефти на 10 мл воды).

На третий день был рассчитан процент прорастания семян (см. таблицу 1).

Прорастание семян горчицы в воде загрязненной нефтью составляет приблизительно  50%,  процент прорастания гороха в этих условиях меньше, составляет около 30%, но это больше, чем процент прорастания люпина, который в загрязненной нефтью воде не пророс совсем (0%).

Затем были проведены модельные эксперименты с почвой. Для исследования были взяты пробы почвы массой 2 кг. Площадь поверхности проб составляла 216 см². На эту поверхность была разлита нефть объемом 100 мл, глубина проникновения нефти составила 3 см. Объем почвы, загрязненной нефтью составил 648 см³, а процент загрязнения нефтью – 15,4%, что в три раза превышает уровень критического загрязнения для флоры. Затем пробы, загрязненные нефтью были засеяны горчицей и горохом,  массой по 5 г. Были сделаны две контрольные пробы чистых почв, засеянных горчицей и горохом, и оставлено по одной пробе почвы без посевов, но залитой нефтью, и одной пробе почвы. Все пробы регулярно поливались водой. Наблюдение велось в течение 14 дней. Пробы для анализа на органический углерод отбирались каждые три дня по «конверту», смешивались между собой, и бралась для анализа средняя проба. Определение органического углерода проводилось по известной методике.

Наши наблюдения показали, что прорастание семян горчицы в почве угнетается незначительно в присутствии нефти. Чего нельзя сказать о горохе. Его прорастание составило только 10%.

Процесс рекультивации оценивался по изменению органического углерода в почве.

Почва, не загрязненная нефтью, содержала 0,860 мг/мл органического углерода, после внесения нефти содержание углерода выросло до 1,16 мг/мл в слое, содержащем нефть. Опыты, проведенные с чистой почвой и посеянными сидератами показали, что в процессе прорастания и развития растений органический углерод в почве убывает, но сравнение убыли органического углерода в почве загрязненной нефтью и засеянной сидератами оказалось больше. Если сравнивать между собой убыль органического углерода, то в пробах с горчицей она значительно выше, чем в пробах с горохом.

Наши эксперименты позволяют нам сделать вывод, что использование горчицы приводит к постепенному восстановлению почвы без предварительной физико-химической подготовки. Такой процесс восстановления можно использовать при незначительных по площади загрязнениях, а также для фиторемедиации (устранения остатков нефти) земель.

Традиционно (ГОСТ Р 57447-2017) для этих целей используют клевер белый, клевер красный, осоку, ежу сборную, овсяницу луговую, кострец безостый и др.

Для определения экономически выгодного сидерата, мы сравнили средние цены на семена, используемые в нашем эксперименте.

Таким образом, среди сидератов самыми экономически выгодными являются горох полевой и горчица белая.  Так как процент прорастания гороха гораздо меньше, чем у горчицы, то мы рекомендуем использовать горчицу белую для рекультивации и фиторемедиации земель.

Выводы:

1. В ходе нашей работы мы исследовали возможность прорастания семян однолетных сидератов в условиях нефтяного загрязнения почвы.
2. Нефтяное загрязнение почвы незначительно подавляет всхожесть и рост семян горчицы белой.
3. В процессе роста и развития растений наблюдается убыль органического углерода в почве и постепенная его нормализация, это позволяет предложить горчицу белую и горох полевой в качестве растений для рекультивации и фиторемедиации загрязненных нефтью земель.
4. Сравнили цены на семена сидератов, используемых в ГОСТе Р 57447-2017 и предложенных нами, выяснили, что использование горчицы белой экономически выгодно.

Список источников

1. Каменщиков Ф.А., Богомольный Е.И. Удаление нефтепродуктов с водной поверхности и грунта. – М.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», Институт компьютерных исследований, 2006. – 528с.
2. Тучкова О.А. Структурообразователи для обеспечения экологической безопасности при разливах нефти и нефтепродуктов // Вестник Казанского технологического университета. 2017. №16. С. 44-46
3. Тучкова О.А., Гасилов В.С. Разливы нефти и нефтепродуктов. Часть 1: основные положения разработки Планов по предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов // Вестник Казанского технологического университета, 19, 21, 69-72 (2016).
4. Шайхиев И. Г., Степанова С. В., Шайхиева К. И. Исследование хвои сосновых деревьев в качестве сорбционных материалов для удаления нефтей и масел с водной поверхности // Вестник Казанского технологического университета, 20, 3, 183-186 (2017).

References

1. Kamenshchikov F.A., Bogomolny E.I. Removal of oil products from the water surface and soil. — M.-Izhevsk: Research Center «Regular and Chaotic Dynamics», Institute for Computer Research, 2006. — 528p.
2. Tuchkova O.A. Structure-forming agents to ensure environmental safety in case of oil and oil products spills // Bulletin of the Kazan Technological University. 2017. No. 16. pp. 44-46
3. Tuchkova O.A., Gasilov V.S. Spills of oil and oil products. Part 1: the main provisions for the development of Plans for the Prevention and Response to Oil and Oil Product Spills // Bulletin of the Kazan Technological University, 19, 21, 69-72 (2016).
4. Shaikhiev I. G., Stepanova S. V., Shaikhieva K. I. Study of needles of pine trees as sorption materials for removing oils and oils from the water surface // Bulletin of the Kazan Technological University, 20, 3, 183-186 ( 2017).

Для цитирования: Малиновская С. А., Малиновская Н. С. Оптимизация состава травосмесей для фиторемидиации почв после нефтяных разливов в условиях Дальнего Востока // Московский экономический журнал. 2022. № 11. URL: https://qje.su/rekreacia-i-turizm/moskovskij-ekonomicheskij-zhurnal-11-2022-41/

© Малиновская С. А., Малиновская Н. С., 2022. Московский экономический журнал, 2022, №11.