Крупномасштабное картографирование загрязнения почв тяжелы ми металлами (Cu, Ni) на участке техногенной пустоши (г. Мончегорск) на основе полевых pXRF измерений и данных дистанционного зондирования

Загрязнение тяжелыми металлами остается важной экологической проблемой, которая приводит к деградации экосистем в целом и почвенного покрова в частности. Для больших по площади территорий важным этапом для локализации вторичного загрязнения является крупномасштабное картографирование загрязнения почв, позволяющее выделить зоны, наиболее нуждающиеся в проведении работ по рекультивации. В работе изучено распределение никеля (Ni) и меди (Cu) с использованием портативного рентгенофлуоресцентного спектрометра в верхнем горизонте почв на участке техногенной пустоши в импактной зоне медноникелевого комбината в окрестностях г. Мончегорск (Кольский полуостров). Валовые концентрации Cu и Ni были измерены в 84 точках на территории площадью два гектара, включавшей деградированные подзолы и торфяные почвы; растительность на участке была представлена единичными деревьями. Концентрации металлов варьировали от 0.2 до 9.0 г/кг Cu и от 0.2 до 21.0 г/кг Ni. На участке также была произведена съемка с беспилотного летательного аппарата и дифференциального GNSS приемника для получения детальной гидрологически-корректной цифровой модели рельефа с разрешением 1.5 метра для изучения влияния параметров рельефа на пространственную неоднородность концентраций загрязнителей. Данные полевых наблюдений были интерполированы на территорию всего ключевого участка с использованием регрессионного кригинга. В качестве регрессионной модели использовалась модель «расширяемые регрессионные деревья». Было выявлено, что тип почв и топографический индекс влажности являются переменными, в наибольшей степени объясняющими пространственную неоднородность распределения тяжелых металлов в верхнем горизонте почв техногенной пустоши.

Industrial pollution by heavy metals remains a key environmental threat, resulting in degradation of ecosystem in general and soils in particular. Large-scale mapping of polluted areas is a crucial stage in localizing the secondary contamination in vast areas. Such mapping makes it possible to indicate the zones that are in the most need in remediation. The distribution of nickel (Ni) and copper (Cu) was analyzed using field portable XRF analyzer in the topsoil within the industrial barren around the Ni and Cu smelter near the Monchegorsk town (Kola Peninsula). Bulk Cu and Ni contents were measured at 84 observation points within the area of two hectares with degraded podsols and tuff soils; vegetation in the area was represented by single trees. The heavy metal content varied from 0.2 to 9.0 g kg-1 for Cu and from 0.2 to 21 g kg-1 for Ni. The area was surveyed with unmanned aerial vehicle and differential global navigation satellite system to obtain a high-accuracy hydrologically correct digital terrain model with 1.5 m spatial resolution to explore environmental variables behind the spatial variability. Field observations were interpolated on the key area by regression kriging with gradient boosting machines as an input regression model. The soil type and topographic wetness index were found to be the most important variables, explaining the heavy metal content variability at the topsoil at the industrial barren.