ИСТИНА

Продовольственная и экологическая безопасность страны напрямую связаны с устойчивостью функционирования почв и других компонентов окружающей среды. Для оценки состояния и нормирования качества компонентов окружающей среды созданы национальные системы мониторинга и национальные нормативы качества компонентов окружающей среды, находящиеся в процессе непрерывного совершенствования, обусловленного увеличением числа источников загрязнения и появлением новых загрязняющих веществ. Наиболее информативными среди перспективных систем непрерывного мониторинга окружающей среды являются глобальные спутниковые системы. Высокая степень коррелированности значений вегетационных индексов и текущей зеленой массы на земной поверхности, установленная многими исследователями, дает возможность использовать индексы в системах мониторинга состояния растительности. Одним из очевидных направлений повышения информативности методов дистанционного зондирования Земли, основанных на вегетационных индексах, является их использование в качестве основы для вычисления параметров, характеризующих закономерности сезонной динамики растительного покрова. В этой связи данный проект направлен на решение следующих фундаментальных задач: получение теоретически содержательных показателей сезонной динамики вегетационного индекса, используемых в качестве индикаторов состояния растительного покрова; количественный анализ дозовой зависимости с целью извлечения из нее пороговых значений концентрации в почве загрязняющих веществ; количественный учет комплексности загрязнения; обоснование правомерности распространения результатов количественной интерпретации дозовых зависимостей, полученных в лабораторных условиях методом биотестирования, на натурные условия. Обоснование подхода к мониторингу состояния и оценке качества почв и растительного покрова будет произведено путем: а) моделирования сезонной динамики вегетационного индекса для всех пунктов отбора проб в рамках представлений сплошной среды на основе законов сохранения механики и макроскопической химической кинетики реагирующих биологических систем с применением теории подобия и анализа размерности, б) анализа и исследования решений модели, получаемых в двух приближениях, (1) постоянства начальной концентрации компонентов субстрата, (2) постоянства времени, в) подгонки модели роста, получаемой в результате решения уравнений модели в приближении (1) к сезонным значениям вегетационного индекса NDVI для точек на поверхности Земли, обеспеченных наземными экспериментальными данными, г) подгонки модели толерантности, получаемой в результате решения уравнений модели в приближении (2) к одновременным (время достижения максимума роста) значениям вегетационного индекса NDVI для точек на поверхности Земли, обеспеченных наземными экспериментальными данными, д) интерпретации дозовой зависимости для NDVI в окрестностях горно-обогатительного комбината в рамках модели с получением пороговых значений концентрации загрязняющих веществ и особых точек дозовой зависимости, е) обобщения уравнения толерантности и обоснования правомерности распространения результатов биотестирования в лаборатории на натурные условия и ж) обоснования критериальной таблицы для ранжирования территории в окрестностях горно-обогатительного комбината по степени загрязнения почв на основе данных дистанционного зондирования.

Food and environmental safety are directly linked to the sustainability of soil and other environmental components. National systems of monitoring and environmental standards aim to assess and regulate the ecological quality of all environmental components. These systems are in the process of continuous improvement, due to the increase in the number of pollution sources and new pollutants. The most informative among the most promising systems for continuous monitoring of the environment is a global satellite system. A high degree of correlation of values of vegetation indices and the current green mass on the earth's surface established by many researchers, gives the opportunity to use the indexes in the condition monitoring system of the vegetation. One of the obvious ways of increasing the information content of remote sensing of the Earth based on vegetation indices is their use as the basis for the calculation of the parameters characterizing the regularities of seasonal dynamics of vegetation cover. In this context, the project aims at achieving the following fundamental objectives: obtaining theoretically meaningful indicators of the seasonal dynamics of the vegetation index used as indicators of vegetation; quantitative analysis of dose-response relationships for the purpose of extracting from it values of the threshold concentration in the soil of pollutants; quantitative account of the complexity of pollution (usually contaminants in the soil are present in the complex); the justification of the legality of the dissemination of the results of the quantitative interpretation of the dose dependencies obtained in the laboratory by the method of biotesting on field conditions. Justification for approach to monitoring and evaluating the quality of soils and vegetative cover will be made by: a) modelling of the seasonal dynamics of the vegetation index for all of the sampling points within the concept of the continuum based on the conservation laws of mechanics and of macroscopic chemical kinetics of reactive biological systems with the application of similarity theory and dimension analysis, b) analysis and research of solutions of the model derived two approximations, (1) the constancy of the initial concentration of the components of the substrate, (2) consistency of time, b) fit the model of growth the resulting solution of the model equations in the approximation of (1) to seasonal values of NDVI index for points on the Earth's surface, provided the ground experimental data, g) fit the model of tolerance, resulting from the solution of the equations of the model in the approximation (2) to simultaneous (the time to reach maximum growth) values of the vegetation index NDVI for points on the Earth's surface, provided the ground experimental data d) interpretation of dose-response relationships for NDVI in the vicinity of ore mining and processing plant in the framework of the obtaining of threshold values of pollutant concentrations and of singular points of dose-response relationships, and e) generalization of the equation of tolerance and justification of the lawfulness of dissemination of the results of the bioassay in the laboratory to field conditions, and g) justification of the criterion table for ranking in in the vicinity of ore mining and processing plant according to the degree of soil pollution based on remote sensing data.

1. В рамках законов сохранения механики, химической и биологической кинетики с использованием теории подобия и анализа размерности выбрана модель, описывающая динамику биомассы в зависимости от начальной концентрации загрязняющих веществ, для которой получено решение при оговоренных начальных и граничных условиях, позволяющее анализировать суточные кривые динамики биомассы и дозовые зависимости. 2. На основе анализа особых точек на кривых суточной динамики вегетационного индекса выявлены границы фаз роста и индивидуализирующие макрокинетические характеристики сезонной динамики разных типов растительности. 3. На основе анализа особых точек на кривых отклика почвенной микробиоты на загрязнение почвы комплексом поллютантов выявлены диапазоны показателей концентрации с индивидуальной "кинетикой" отклика на воздействие, а также пороговые концентрации комплекса загрязняющих веществ в почве в зоне воздействия горно-обогатительного комбината. 4. На основе анализа особых точек на кривых отклика растительности (вегетационного индекса) на загрязнение почвы комплексом поллютантов выявлены диапазоны показателей концентрации с индивидуальной "кинетикой" отклика на воздействие, а также пороговые концентрации комплекса загрязняющих веществ в почве в зоне воздействия горно-обогатительного комбината.

Имеющийся у коллектива задел по исследованию закономерностей динамики микробного роста, а также разработке подходов к экологическому нормированию и оценке почв обобщен в журнальных публикациях, а задел по анализу динамики фитомассы – в тезисах докладов на конференциях в ИКИ РАН, в АФИ, на двух геофизических съездах в Вене

1. В рамках законов сохранения механики, химической и биологической кинетики с использованием теории подобия и анализа размерности выбрана модель, описывающая динамику биомассы в зависимости от начальной концентрации загрязняющих веществ в почве, для которой получено решение при оговоренных начальных и граничных условиях, позволяющее анализировать суточные кривые динамики биомассы и дозовые зависимости. 2. На основе анализа особых точек на кривых суточной динамики вегетационного индекса выявлены границы фаз роста и индивидуализирующие макрокинетические характеристики сезонной динамики разных типов растительности. 3. На основе анализа особых точек на кривых отклика почвенной микробиоты на загрязнение почвы комплексом поллютантов выявлены диапазоны показателей концентрации с индивидуальной "кинетикой" отклика на воздействие, а также пороговые концентрации комплекса загрязняющих веществ в почве в зоне воздействия горно-обогатительного комбината. 4. На основе анализа особых точек на кривых отклика растительности (вегетационного индекса) на загрязнение почвы комплексом поллютантов выявлены диапазоны показателей концентрации с индивидуальной "кинетикой" отклика на воздействие, а также пороговые концентрации комплекса загрязняющих веществ в почве в зоне воздействия горно-обогатительного комбината. 5. Показана общность отклика почвенненной микробиоты и растительности на воздействие комплекса поллютантов, которая проявляется в совпадении их "макрокинетических" показателей при анализе в нормированных переменных. 6. Весь диапазон концентраций комплекса загрязняющих веществ в почве при прочих одинаковых условиях по результатам экспериментального изучения дозовых зависимостей закономерно распределяется по семи диапазонам, выявленным анализом особых точек модели отклика на воздействие, характеризуемым общностью макрокинетических показателей отклика. Предельно допустимой концентрацией является та, при которой происходит смена стимулирующего действия загрязняющих веществ на угнетающее. Она соответствует точке максимума модели. 7. Ареалы одинаковой устойчивости почв и растительного покрова к действию загрязняющих веществ в зоне воздействия горно-обогатительного комбината нанесены на топографическую основу. Прикладная значимость результатов научного исследования: подход может быть использован для разработки экологических нормативов качества компонентов окружающей среды и проведения экологического аудита промышленного предприятия.