Застосування методів математичної статистики Для характеристики поелементного забруднення ґрунтів урбоекосистеми важкими металами

Abstract

UK: Постановка проблеми. Стійкий розвиток урбоекосистем з урахуванням забезпечення норм екологічної безпеки життєдіяльності людини в межах міста та раціонального використання і відновлення природноресурсного потенціалу території потребує пошуку ефективних методів характеристики ступеня гостроти екологічної ситуації. В умовах прогресуючого пресингу на навколишнє середовище провідна роль належить методам математичної статистики як інструменту, що дає можливість дослідження і детального аналізу екологічних систем різного рівня складності. З усіх абіотичних складових довкілля ґрунту приділено найменшу увагу, що пов’язано, по-перше, з неоднозначністю характеристики екологічної ситуації за валовим вмістом елемента-забруднювача, а, по-друге, з проблемою вибору його додаткових форм, за якими буде здійснено статистичний аналіз. Мета статті ‑ обґрунтування використання в системі екомоніторингу методів математичної статистики поряд із загально прийнятими для характеристики поелементного забруднення ґрунтів урбоекосистеми важкими металами шляхом визначення статистичних характеристик та встановлення зв’язків між валовим вмістом, потенційно-рухомими та рухомими формами на прикладі забруднення Zn м. Дніпро. Для визначення поелементного забруднення Zn використовували його валовий вміст, потенційно-рухомі та рухомі форми. Масив даних щодо вмісту досліджуваних форм Zn був одержаний в мережі екологічного моніторингу ґрунтів урбоекосистеми м. Дніпро: розмір сітки (2 км × 2 км), загальна кількість ключових ділянок відбору проб – 65. У відібраних зразках визначали валовий вміст Zn атомно-абсорбційним методом після кислотної обробки ґрунту, її потенційно-рухомі форми у витягу 1 H HСl, а рухомі форми – у ААБ (рН 4,8) за стандартними методиками. Для встановлення закономірностей поширення Zn по території застосовували методи математичної статистики та пакет прикладних програм Microsoft Excel 2010. Висновок. Науково підтверджено доцільність застосування методів математичної статистики для характеристики масивів даних, як первинних величин, у блоці оцінки системи екомоніторингу забруднення важкими металами ґрунтів урбоекосистем. Виявлено інтенсивне техногенне забруднення Zn ґрунтів усієї території м. Дніпро відносно валового вмісту та збільшення строкатості забруднення за потенційно-рухомими та рухомими формами за допомогою статистичних методів та під час нормування за санітарно-гігієнічними (ГДК) та екологічними показниками (природний геохімічний фон). Установлено тісний кореляційний зв’язок між валовим вмістом Zn у ґрунтах урбоекосистеми м. Дніпро та потенційно-рухомими формами, на відміну від рухомих форм, де він не простежувався, що свідчить про вибіркове спрацювання механізмів буферності відносно Zn.

RU: Постановка проблемы. Устойчивое развитие урбоэкосистем с учетом обеспечения норм экологической безопасности жизнедеятельности человека в пределах города и рационального использования и восстановления природно-ресурсного потенциала территории требует поиска эффективных методов характеристики степени остроты экологической ситуации. В условиях прогрессирующего прессинга на окружающую среду ведущая роль принадлежит методам математической статистики как инструмента, который позволяет исследовать и детально проанализировать экологические системы различного уровня сложности. Из всех абиотических составляющих окружающей среды почвам уделено наименьшее внимание, что связано, во-первых, с неоднозначностью характеристики экологической ситуации по валовому содержанию элемента-загрязнителя, а, во-вторых, с проблемой выбора его дополнительных форм, по которым будет осуществлен статистический анализ. Цель статьи – обоснование использования в системе экомониторинга методов математической статистики наряду с общепринятыми для характеристики поэлементного загрязнения почв урбоэкосистемы тяжелыми металлами путем определения статистических характеристик и установления связей между валовым содержанием, потенциально подвижными и подвижными формами на примере загрязнения Zn г. Днепр. Для определения поэлементного загрязнения Zn использовали его валовое содержание, потенциально подвижные и подвижные формы. Массив данных по содержанию изучаемых форм Zn был получен в сети экологического мониторинга почв урбоэкосистемы г. Днепр: размер сетки (2 км × 2 км), общее количество ключевых участков отбора проб – 65. В отобранных образцах определяли валовое содержание Zn атомно-абсорбционным методом после кислотной обработки почвы, ее потенциально подвижные формы в извлечении 1 H HСl, а подвижные формы – в ААБ (рН 4,8) по стандартным методикам. Для установления закономерностей распространения Zn по территории использовали методы математической статистики и пакет прикладных программ Microsoft Excel 2010. Вывод. Научно подтверждена целесообразность использования методов математической статистики для характеристики массивов данных как первичных величин в блоке оценки системы экомониторинга загрязнения тяжелыми металлами почв урбоэкосистем. Выявлено интенсивное техногенное загрязнение Zn почв всей территории г. Днепр относительно валового содержания и увеличение пестроты загрязнения потенциально-подвижными и подвижными формами с помощью статистических методов и при нормировании по санитарно-гигиеническим (ПДК) и экологическим показателям (природный геохимический фон). Установлена тесная корреляционная связь между валовым содержанием Zn в почвах урбоэкосистемы г. Днепр и потенциально-подвижными формами, в отличие от подвижных форм, где она не наблюдалась, что свидетельствует о выборочной утрате механизмов буферности относительно Zn.

EN: Raising of problem. Sustainable development of the urban ecosystems, taking into account the provision of ecological safety standards for the human life within the city and the rational use and restoration of the resource potential of the territory, requires the search for effective methods of the characteristic of the ecological situation. In the conditions of the progressive pressure to the environment, the leading role belongs to the mathematical statistics methods, as a tool that allows us to examine and analyze in detail ecological systems of the various complexity. Of all the environmental abiotic components, soils have been given the least attention, which is due, firstly, to the ambiguous characteristic of the environmental situation according to the total content of the contaminant, and secondly, to the problem of choice its additional forms for the statistical analysis. Purpose. Substantial using of the mathematical statistics methods in the ecomonitoring system along with the generally accepted for the characterization of the elemental soil contamination of the urban ecosystem by the heavy metals, by determining the statistical characteristics and establishing relationships between the total content, potentially available and available forms by the example of Zn contamination in the Dnieper. The total content, potentially available and available forms have been used to determine the elemental Zn contamination. An array of the content data of the studied Zn forms has been obtained in the network of ecological monitoring of soils of the Dnieper urban ecosystem: grid (2 km × 2 km), key sampling sites – 65. In the selected samples, the Zn total content yas been determined by the atomic absorption method after acidizing the soil, its potentially available forms in the extraction of 1 H HCl, and the available forms in AAB (pH 4.8) by standard methods. The mathematical statistics methods and the application package Microsoft Excel 2010 has been used to determine the patterns of Zn distribution of the across the territory. Conclusion. The using of the mathematical statistics methods for characterizing data sets, as primary values, has been scientifically confirmed in the block for estimating the ecomonitoring system of the heavy metals contamination of the urban ecosystems soils. The intensive technogenic Zn contamination soils of the whole Dnieper territory according to the total content and the increase in the contamination variegation by the potentially available and available forms have been revealed using statistical methods and in the rationing of the sanitary- hygienic (MAC) and ecological indicators (natural geochemical background). A close correlation has been established between the total Zn content in the soils of Dnieper urban ecosystem and the potentially available forms, in contrast to the available forms, where it has been not observed, which indicates a selective loss of buffer mechanisms relative to Zn.