uzakuescУченые записки Казанского университета. Серия Естественные наукиUchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta Seriya Estestvennye Nauki2542-064X2500-218XKazan (Volga Region) Federal University10.26907/2542-064X.2024.3.476-494uzakuesc-165Research ArticleСтатьиЭколого‑геохимическая оценка состояния территории города Уфы по данным изучения листьев тополя (Populus balsamifera L.)Ecological and Geochemical Assessment of the Urban Environment in the Ufa City Based on the Study of Poplar Leaves (Populus balsamifera L.)ГончаровГ. А.GoncharovG. A.

Гончаров Гавриил Александрович, инженер отделения геологии Инженерной школы природных ресурсов

пр. Ленина, д. 30, г. Томск, 634050.

Tomsk, 634050.

gavriil.goncharov@gmail.comСоктоевБ. Р.SoktoevB. R.

Соктоев Булат Ринчинович, кандидат геолого-минералогических наук, доцент отделения геологии Инженерной школы природных ресурсов,

пр. Ленина, д. 30, г. Томск, 634050.

Tomsk, 634050.

bulatsoktoev@tpu.ruЛяпинаЕ. Е.LyapinaE. E.

Ляпина Елена Евгеньевна, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник лаборатории физики климатических систем,

пр. Академический, д. 10/3, г. Томск, 634055.

Tomsk, 634055.

eeldv@mail.ruФархутдиновИ. М.FarhutdinovI. M.

Фархутдинов Исхак Мансурович, кандидат геолого-минералогических наук, доцент, ученый секретарь,

ул. Моховая, стр. 11, г. Москва, 125009.

Moscow, 125009.

iskhakgeo@gmail.comНациональный исследовательский Томский политехнический университетРоссияTomsk Polytechnic UniversityRussian FederationИнститут мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наукРоссияInstitute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems, Siberian Branch of RASRussian FederationГосударственный геологический музей им. В.И. Вернадского Российской академии наукРоссияVernadsky State Geological Museum, Russian Academy of SciencesRussian Federation2024220920241663476494Copyright © Гончаров Г.А., Соктоев Б.Р., Ляпина Е.Е., Фархутдинов И.М., 20242024Гончаров Г.А., Соктоев Б.Р., Ляпина Е.Е., Фархутдинов И.М.Goncharov G.A., Soktoev B.R., Lyapina E.E., Farhutdinov I.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://uzakuesc.elpub.ru/jour/article/view/165

Актуальность изучения эколого-геохимического состояния городской среды обитания заключается в необходимости ее устойчивого развития, обеспечения условий для сохранения здоровья населения, а также защиты окружающей среды. Проведена оценка эколого-геохимического состояния окружающей среды на территории г. Уфы по данным изучения элементного состава листьев тополя (Populus balsamifera L.) с применением инструментального нейтронно-активационного анализа, атомно-абсорбционной спектроскопии, сканирующей электронной микроскопии и картографирования (пространственное распределение индикаторных геохимических показателей и содержания приоритетных химических элементов). По результатам проведенного исследования выделены основные элементы-загрязнители (As, Br, Cr, Zn, Co, La, Ce, Nd и Ta), поступление которых связано с деятельностью предприятий нефтепереработки, теплоэнергетики и машиностроения. Влияние техногенных источников проявляется также в микроминеральных фазах на поверхности листьев: нефтепереработка и нефтехимия – фосфаты редкоземельных элементов, машиностроение – металлы в самородной форме (W, Ti), участки с повышенной транспортной нагрузкой – интерметаллиды (Cr-Ni, Ni-Cr-Fe).

Assessing the ecological and geochemical state of urban areas is important for ensuring their sustainable development, maintaining public health, and protecting the natural environment. In this article, the ecological and geochemical features of the Ufa city were studied by investigating the elemental composition of poplar leaves (Populus balsamifera L.) using instrumental neutron activation analysis, atomic absorption spectroscopy, scanning electron microscopy, and mapping (spatial distribution of geochemical indicators and concentrations of key chemical elements). The main pollutants (As, Br, Cr, Zn, Co, La, Ce, Nd, and Ta) from oil refining, heat power engineering, and machine building industry were identified. Depending on the source of anthropogenic activity, various micro-mineral phases on the surface of poplar leaves were found: rare earth phosphates associated with oil refining and petrochemical industry, native metals (W, Ti) resulting from machine building, and intermetallic compounds linked to the areas with heavy traffic (Cr-Ni, Ni-Cr-Fe).

биоиндикациялистья тополяУфаэколого-геохимическая оценкаметаллообработканефтехимический комплексbioindicationpoplar leavesUfaecological and geochemical assessmentmetal processingpetrochemical complexРабота выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FSWW-2023-0010). Анализ ртути выполнен в рамках бюджетного проекта ИМКЭС СО РАН (г. Томск). Авторы выражают благодарность А.Ф. Судыко и Л.Ф. Богутской за проведение нейтронно-активационного анализа, а также к. г.-м. н. Е.Е. Ляпиной и к. г.-м. н. С.С. Ильенку за консультации по атомно-абсорбционному анализу и сканирующей электронной микроскопии соответственно.This study was supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (project no. FSWW-2023-0010). The mercury analysis was performed as part of the budget project of the Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences (Tomsk, Russia). We thank A.F. Sudyko and L.F. Bogutskaya for their assistance with the neutron-activation analysis, as well as E.E. Lyapina (PhD in Geology and Mineralogy) and S.S. Il’enok (PhD in Geology and Mineralogy) for their guidance on atomic absorption spectroscopy and scanning electron microscopy, respectively.ReferencesСокольская Е.В., Кочуров Б.И. Геоэкология города: модели качества среды. М.: ИНФРА-М, 2021. 185 с.Sokol’skaya E.V., Kochurov B.I. Geoekologiya goroda: modeli kachestva sredy [Geoecology of the City: Models of Environmental Quality]. Moscow, INFRA-M, 2021. 185 p. (In Russian)Лобанов Н.Н. Охрана атмосферного воздуха. Ижевск: Ижевский государственный сельскохозяйственный институт, 1982. 82 с.Lobanov N.N. Okhrana atmosfernogo vozdukha [Protection of the Atmospheric Air]. Izhevsk, Izhevsk. Gos. S-kh. Inst., 1982. 82 p. (In Russian)Данчева А.В., Залесов С.В., Назарова В.В. Оценка состояния среды придорожных территорий города Тюмень на основе использования методов биоиндикации // Известия СПбЛТА. 2022. Вып. 240. С. 47–63. https://doi.org/10.21266/2079-4304.2022.240.47-63.Dancheva A.V., Zalesov S.V., Nazarova V.V. Assessing the environmental condition of roadside areas in the city of Tyumen using bioindication methods. Izv. SPbLTA, 2022, no. 240, pp. 47–63. https://doi.org/10.21266/2079-4304.2022.240.47–63. (In Russian)Бакулин В.Т. Использование тополя в озеленении промышленных городов Сибири: краткий анализ проблемы // Сиб. экол. журн. 2005. Т. 12, Вып. 4. С. 563–571.Bakulin V.T. Use of poplar in the landscaping of industrial cities of Siberia: A brief analysis of the problem. Sibi. Ekol. Zh., 2005. vol. 12, no. 4, pp. 563–571. (In Russian)Цветкова Н.В. Влияние антропогенных факторов на морфологические особенности листового аппарата тополя бальзамического (Populus balsamifera L.) // Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии. 2023. Т. 22. Вып. 1. С. 405–408. https://doi.org/10.14258/pbssm.2023078.Tsvetkova N.V. The influence of anthropogenic factors on the morphological features of the leaf apparatus in balsam poplar (Populus balsamifera L.). Probl. Bot. Yuzhn. Sib. Mong., 2023. vol. 22, no. 1, pp. 405–408. https://doi.org/10.14258/pbssm.2023078. (In Russian)Aryal N., Reinhold D.M. Reduction of metal leaching by poplars during soil treatment of wastewaters: Small-scale proof of concept studies // Ecol. Eng. 2015. V. 78. P. 53–61. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2014.05.020.Aryal N., Reinhold D.M. Reduction of metal leaching by poplars during soil treatment of wastewaters: Small-scale proof of concept studies. Ecol. Eng., 2015. vol. 78. pp. 53–61. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2014.05.020.Юсупов Д.В. Методология биогеохимической индикации урбанизированных и горнопромышленных территорий на основе анализа древесной растительности: дис. … д-ра геол.-минерал. наук. Томск, 2022. 344 с.Yusupov D.V. Methodology for biogeochemical indication of urban and mining areas based on the analysis of woody vegetation. Doct. Geol.-Mineral. Sci. Diss. Tomsk, 2022. 344 p. (In Russian)Levei L., Cadar O., Babalau-Fuss V., Kovacs E., Torok A.I., Levei E.A., Ozunu A. Use of black poplar leaves for the biomonitoring of air pollution in an urban agglomeration. Plants. 2021. V. 10, No 3. Art. 548. https://doi.org/10.3390/plants10030548.Levei L., Cadar O., Babalau-Fuss V., Kovacs E., Torok A.I., Levei E.A., Ozunu A. Use of black poplar leaves for the biomonitoring of air pollution in an urban agglomeration. Plants, 2021. vol. 10, no. 3, art. 548. https://doi.org/10.3390/plants10030548.Юсупов Д.В., Рихванов Л.П., Барановская Н.В., Робертус Ю.В., Радомская В.И., Павлова Л.М., Судыко А.Ф. Бром в листьях тополя урбанизированных территорий: природные и антропогенные источники поступления // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2021. Т. 332, № 1. С. 76–87. https://doi.org/10.18799/24131830/2021/1/3001.Yusupov D.V., Rikhvanov L.P., Baranovskaya N.V., Robertus Yu.V., Radomskaya V.I., Pavlova L.M., Sudyko A.F. Bromine in the poplar leaves of urban areas: Natural and anthropogenic sources of scattering. Izv. Tomsk. Polytekh. Univ. Inzh. Georesur., 2021. vol. 332, no. 1. pp. 76–87. https://doi.org/10.18799/24131830/2021/1/3001. (In Russian)Турсуналиева Е.М. Cодержание и ореолы рассеяния ртути в листьях тополя в городах Сибири // Вопросы естествознания. 2018. T. 17, Вып. 3. С. 131–136.Tursunalieva E.M. Content and dispersion halos of mercury in poplar leaves from Siberian cities. Vopr. Estestvozn., 2018, vol. 17, no. 3, pp. 131–136. (In Russian)Эдер Л.В., Филимонова И.В., Проворная И.В., Мамахатов Т.М. Состояние нефтяной промышленности России: добыча, переработка, экспорт // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. 2016. Вып. 6. С. 41–51.Eder L.V., Filimonova I.V., Provornaya I.V., Mamakhatov T.M. The state of the Russian oil industry: Production, refining, and export. Mineral. Resur. Ross. Ekon. Upr., 2016, vol. 6, pp. 41–51. (In Russian)Рихванов Л.П., Юсупов Д.В., Барановская Н.В., Ялалтдинова А.Р. Элементный состав листвы тополя как биогеохимический индикатор промышленной специализации урбасистем // Экология и промышленность России. 2015. Т. 19, № 6. С. 58–63. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2015-6-58-63.Rikhvanov L.P., Yusupov D.V., Baranovskaya N.V., Yalaltdinova A.R. The elemental composition of poplar foliage as a biogeochemical indicator of the industrial specialization of urban systems. Ekol. Prom. Ross., 2015. vol. 19, no. 6. pp. 58–63. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2015-6-58-63. (In Russian)ГОСТ 26929-94. Сырье и продукты пищевые. Подготовка проб. Минерализация для определения содержания токсичных элементов. М.: Стандартинформ, 2010. 12 с.State Standard 26929-94. Raw material and food stuffs. Preparation of samples. Decomposition of organic matters for analysis of toxic elements. Мoscow, Standartinform, 2010. 12 p. (In Russian)Li Q., Fu X., Peng X., Wang W., Badia A., Fernandez R.P., Cuevas C.A., Mu Y., Chen J., Jimenez J.L., Wang T., Saiz-Lopez A. Halogens enhance haze pollution in China // Environ. Sci. Technol. 2021. V. 55, No 20. P. 13625–13637. https://doi.org/10.1021/acs.est.1c01949.Li Q., Fu X., Peng X., Wang W., Badia A., Fernandez R.P., Cuevas C.A., Mu Y., Chen J., Jimenez J.L., Wang T., Saiz-Lopez A. Halogens enhance haze pollution in China. Environ. Sci. Technol. 2021, vol. 55, no. 20, pp. 13625–13637. https://doi.org/10.1021/acs.est.1c01949.Варфоломеев М.С. Решение технологических проблем повышения надежности и качества литых изделий ответственного назначения из титановых сплавов. М.: ПРОБЕЛ-2000, 2017. 72 с.Varfolomeev M.S. Reshenie tekhnologicheskikh problem povysheniya nadezhnosti i kachestva litykh izdelii otvetstvennogo naznacheniya iz titanovykh splavov [Solving the Technological Problems of Increasing Reliability and Quality of Titanium Alloy Castings]. Moscow, PROBEL-2000, 2017. 72 p. (In Russian)Гончаров Г.А., Соктоев Б.Р., Фархутдинов И.М. Эколого-геохимическая оценка состояния почвенного покрова на территории города Уфы // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2023. Т. 334, № 11. С. 61–79. https://doi.org/10.18799/24131830/2023/11/4307.Goncharov G.A., Soktoev B.R., Farkhutdinov I.M. Ecological and geochemical assessment of soil cover in the Ufa city. Izv. Tomsk. Politekh. Univ. Inzh. Georesur., 2023, vol. 334, no. 11, pp. 61–79. https://doi.org/10.18799/24131830/2023/11/4307. (In Russian)Макарчук Г.В., Лазарева Т.П. Применение металлов в военном деле // Актуальные проблемы военно-научных исследований. 2021. № 2 (14). С. 423–432.Makarchuk G.V., Lazareva T.P. Using metals in military affairs. Aktual. Probl. Voenno-Nauchn. Issled., 2021, no. 2 (14), pp. 423–432. (In Russian)Talovskaya A.V., Yazikov E.G., Filimonenko E.A., Lata J.-C., Kim J., Shakhova T.S. Characterization of solid airborne particles deposited in snow in the vicinity of urban fossil fuel thermal power plant (Western Siberia) // Environ. Technol. 2018. V. 39, No 18. P. 2288–2303. https://doi.org/10.1080/09593330.2017.1354075.Talovskaya A.V., Yazikov E.G., Filimonenko E.A., Lata J.-C., Kim J., Shakhova T.S. Characterization of solid airborne particles deposited in snow in the vicinity of urban fossil fuel thermal power plant (Western Siberia). Environ. Technol., 2018, vol. 39, no. 18, pp. 2288–2303. https://doi.org/10.1080/09593330.2017.1354075.Koltun P., Tharumarajah A. Life cycle impact of rare earth elements // ISRN Metall. 2014. V. 2014, No 1. Art. 907536. https://doi.org/10.1155/2014/907536.Koltun P., Tharumarajah A. Life cycle impact of rare earth elements. ISRN Metall., 2014, vol. 2014, no. 1, art. 907536. https://doi.org/10.1155/2014/907536.Rabha S., Subramanyam K.S.V., Sawant S.S., Saikia B.K. Rare-earth elements and heavy metals in atmospheric particulate matter in an urban area // ACS Earth Space Chem. 2022. V. 6, No 7. P. 1725–1732. https://doi.org/10.1021/acsearthspacechem.2c00009.Rabha S., Subramanyam K.S.V., Sawant S.S., Saikia B.K. Rare-earth elements and heavy metals in atmospheric particulate matter in an urban area. ACS Earth Space Chem., 2022, vol. 6, no. 7, pp. 1725–1732. https://doi.org/10.1021/acsearthspacechem.2c00009.Дорохова Л.А., Юсупов Д.В., Рихванов Л.П., Судыко А.Ф., Барановская Н.В., Радомская В.И., Павлова, Л.М. Редкоземельные элементы и формы их нахождения в пылевых выпадениях на поверхности листьев тополя как индикаторы геологической среды и техногенеза // Разведка и охрана недр. 2020. №. 12. С. 57–66.Dorokhova L.A., Yusupov D.V., Rikhvanov L.P., Sudyko A.F., Baranovskaya N.V., Radomskaya V.I., Pavlova L.M. Rare-earth elements and their forms in dust precipitations on poplar leaves surface as indicators of geological environment and technogenesis. Razved. Okhr. Nedr, 2020, no. 12, pp. 57–66. (In Russian)Снежко С.И., Шевченко О.Г. Источники поступления тяжелых металлов в атмосферу // Ученые записки РГГМУ. 2011. № 18. С. 35–37.Snezhko S.I., Shevchenko O.G. Emission sources of heavy metals to the atmosphere. Uch. Zap. RGGMU, 2011, no. 18, pp. 35–37. (In Russian)Лукин В.И., Оспенникова О.Г., Ковальчук В.Г., Даутов С.Х., Супов А.В., Саморуков М.Л. Метод линейной сварки трением сочетания жаропрочных никелевых сплавов ВКНА-1ВР с ЭП975-ИД // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2016. Т. 57, № 3. С. 28–34. https://doi.org/10.12737/18078.Lukin V.I., Ospennikova O.G., Kovalchuk V.G., Dautov S.H., Supov A.V., Samorukov M.L. Friction seam welding technique with the use of the BKHA-1BP with AP975-ID hightemperature nickel alloys. Naukoemkie Tekhnol. Mashinostr., 2016, vol. 57, no. 3, pp. 28–34. https://doi.org/10.12737/18078. (In Russian)Hannun R.M., Razzaq A.H.A. Air pollution resulted from coal, oil and gas firing in thermal power plants and treatment: A review // IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 2022. V. 1002. Art. 012008. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1002/1/012008.Hannun R.M., Razzaq A.H.A. Air pollution resulted from coal, oil and gas firing in thermal power plants and treatment: A review. IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci., 2022, vol. 1002, art. 012008. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1002/1/012008.Rosselot K.S., Allen D.T., Ku A.Y. Comparing greenhouse gas impacts from domestic coal and imported natural gas electricity generation in China // ACS Sustainable Chem. Eng. 2021. V. 9, No 26. P. 8759–8769. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c01517.Rosselot K.S., Allen D.T., Ku A.Y. Comparing greenhouse gas impacts from domestic coal and imported natural gas electricity generation in China. ACS Sustainable Chem. Eng., 2021, vol. 9, no. 26, pp. 8759–8769. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c01517.Стадничук Н., Рангулов Р. Проблема загруженности пересечений главных артерий г. Уфа на примере кольцевой развязки на Центральном рынке // Архйорт. 2016. № 2 (4). С. 37–42.Stadnichuk N., Rangulov R. The problem of traffic congestion at the hubs of major arteries in the Ufa city (a case study of the roundabout at the central market). Arkhyort, 2016, no. 2 (4), pp. 37–42. (In Russian)Radziemska M., Gusiatin Z.M., Kowal P., Bęś A., Majewski G., Jeznach-Steinhagen A., Mazur Z., Liniauskienė E., Brtnický M. Environmental impact assessment of risk elements from railway transport with the use of pollution indices, a biotest and bioindicators // Hum. Ecol. Risk Assess. 2021. V. 27, No 2. P. 517–540. https://doi.org/10.1080/10807039.2020.1736984.Radziemska M., Gusiatin Z.M., Kowal P., Bęś A., Majewski G., Jeznach-Steinhagen A., Mazur Z., Liniauskienė E., Brtnický M. Environmental impact assessment of risk elements from railway transport with the use of pollution indices, a biotest and bioindicators. Hum. Ecol. Risk Assess., 2021, vol. 27, no. 2, pp. 517–540. https://doi.org/10.1080/10807039.2020.1736984.Seo J.-W., Hur H.-M., Kwon S.-J. Effect of mechanical properties of rail and wheel on wear and rolling contact fatigue // Metals. 2022. V. 12, No 4. Art. 630. https://doi.org/10.3390/met12040630.Seo J.-W., Hur H.-M., Kwon S.-J. Effect of mechanical properties of rail and wheel on wear and rolling contact fatigue. Metals, 2022, vol. 12, no. 4, art. 630. https://doi.org/10.3390/met12040630.СанПиН 2.1.7.1287-03. Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы и грунтов. Постановление главного государственного санитарного врача РФ от 17.04.2003. № 53. 16 с.Sanitary Rules and Norms 2.1.7.1287-03. Sanitary and epidemiological requirements for soil quality. Resolution of the Chief State Sanitary Doctor of the Russian Federation dated April 17, 2003. No. 53. 16 p. (In Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.