ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДОВ БИОИНДИКАЦИИ
|
ВВЕДЕНИЕ 3
1. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ И ИСТОРИЯ ГОРОДА 5
1.1 Тектоническое строение и рельеф 6
1.2 Климат 9
1.3 Внутренние воды 10
1.4 Почвы 10
1.5 Растительность и животный мир 11
1.6 ГОК «Карельски Окатыш» 12
2. ПОВЕДЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ 13
2.1 Основные свойства тяжелых металлов 13
2.2 Факторы, определяющие подвижность тяжелых металлов в природных средах. 14
2.3 Миграция тяжелых металлов в почвенном профиле 18
2.4 Особенности миграции тяжелых металлов в растениях. 19
3. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ 21
3.1. Отбор проб 21
3.2. Подготовка проб к геохимическому анализу 23
3.3 Геохимическая обработка. 26
4. СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В КОМПОНЕНТАХ ЛАНДШАФТА ГОРОДА
КОСТОМУКШИ 29
4.1 Содержание элементов в почве 30
4.2 Содержание элементов в растениях 46
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 51
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ: 57
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 60
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 64
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 65
1. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ И ИСТОРИЯ ГОРОДА 5
1.1 Тектоническое строение и рельеф 6
1.2 Климат 9
1.3 Внутренние воды 10
1.4 Почвы 10
1.5 Растительность и животный мир 11
1.6 ГОК «Карельски Окатыш» 12
2. ПОВЕДЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ 13
2.1 Основные свойства тяжелых металлов 13
2.2 Факторы, определяющие подвижность тяжелых металлов в природных средах. 14
2.3 Миграция тяжелых металлов в почвенном профиле 18
2.4 Особенности миграции тяжелых металлов в растениях. 19
3. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ 21
3.1. Отбор проб 21
3.2. Подготовка проб к геохимическому анализу 23
3.3 Геохимическая обработка. 26
4. СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В КОМПОНЕНТАХ ЛАНДШАФТА ГОРОДА
КОСТОМУКШИ 29
4.1 Содержание элементов в почве 30
4.2 Содержание элементов в растениях 46
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 51
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ: 57
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 60
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 64
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 65
Актуальность работы - рядом с городом Костомукшей расположено Костомукшское месторождение -крупнейшее по запасам железистых кварцитов на Северо-Западе России. ОАО «Карельский окатыш» - горнорудное предприятие, добывающее железную руду и перерабатывающее ее в железорудные окатыши. Производство в свою очередь оказывает воздействие на окружающую среду. Основными компонентами загрязняющих веществ комбината являются диоксид серы и полиметаллическая пыль, содержащая тяжелые металлы (ТМ), значительная часть поллютантов выпадает в радиусе 0,5-5 (10) км от него [14].
Попадая в почву, тяжелые металлы сравнительно легко вовлекаются в биологический круговорот, накапливаются в компонентах среды и оказывают негативное воздействие на растения и почвенную биоту, что приводит к нарушению биоценозов, а в отдельных случаях - даже к их деградации. Таким образом крайне важно оценить степень влияния ГОК на городскую среду посредством оценки накопления ТМ в почвах и растениях [2].
Цель работы - оценка текущего уровня загрязнения компонентов ландшафтов на территории г. Костомукша с помощью достоверных биогеохимических индикаторов антропогенных изменений.
Для достижения цели были решены следующие задачи:
• Изучение особенностей поведения тяжелых металлов в естественных и антропогенно нарушенных северо-таежных ландшафтах
• Проведены натурные исследования на фоновых и нарушенных участках (на территории города, под факелом выбросов ГОК) с применением биоиндикационных методов исследований.
• Произведен отбор проб компонентов ландшафта (почвы и индикаторные виды растений)
• Проведена оценка потоков миграции ТМ в ландшафтах нарушенных и фоновых территорий
Биогеохимический подход к анализу живого вещества, основанный на идеях В.И. Вернадского, заключается в первую очередь с сопоставлением состава живых организмов с составом других природных компонентов - горных пород, почв, вод, атмосферного воздуха. Это создает возможности для системного анализа биологического круговорота химических элементов, биогеохимических циклов в ландшафтах и биосфере в целом. Метод основан на определении химических элементов (тяжелых металлов) в золе органов и частей растений (коры, древесины, корней, плодов) и в почве (генетических горизонтах). Установлено, что на территориях, где имеются рудные залежи, в растениях накапливаются повышенные концентрации металлов по сравнению с фоновыми или кларковыми содержаниями, характерными для растений, заселяющих безрудные площади[2,7,16].
Биогеохимический метод может успешно применяться для оценки интенсивности техногенных потоков тяжелых металлов.
Биоиндикатор (indicator — указатель) — организм, вид или сообщество, по наличию, состоянию и поведению которого можно с большой достоверностью судить о свойствах среды, в том числе о присутствии и концентрации загрязнителей [13]. Биоиндикация - это оценка состояния окружающей среды по реакции живых организмов. Поэтому стоит рассмотреть миграцию тяжелых металлов от почв к расстениям.
В данном исследовании биоиндикаторами выступают 2 компонента среды - это почва (генетические горизонты О и В) и растения (корка сосны Pmus sylvestris)
Почва - это единственный компонент ландшафта, который возникает в результате взаимодействия всех других его компонентов: горных пород, климата, природных вод, растительности, микроорганизмов и животных. Являясь основной депонирующей средой, почвы сами могут рассматриваться как интегральный индикатор загрязнения природно-территориального комплекса [13].
Сосна имеет наибольшее распространение в регионе исследования и является лесообразующей породой. Корка у деревьев представляет собой наружный слой тканей, состоящий из мертвых клеток, и предназначенный для защиты от неблагоприятных воздействий внешней среды. Зольность и элементный состав корки сосны является важным интегральным показателем в данном исследовании [27].
Попадая в почву, тяжелые металлы сравнительно легко вовлекаются в биологический круговорот, накапливаются в компонентах среды и оказывают негативное воздействие на растения и почвенную биоту, что приводит к нарушению биоценозов, а в отдельных случаях - даже к их деградации. Таким образом крайне важно оценить степень влияния ГОК на городскую среду посредством оценки накопления ТМ в почвах и растениях [2].
Цель работы - оценка текущего уровня загрязнения компонентов ландшафтов на территории г. Костомукша с помощью достоверных биогеохимических индикаторов антропогенных изменений.
Для достижения цели были решены следующие задачи:
• Изучение особенностей поведения тяжелых металлов в естественных и антропогенно нарушенных северо-таежных ландшафтах
• Проведены натурные исследования на фоновых и нарушенных участках (на территории города, под факелом выбросов ГОК) с применением биоиндикационных методов исследований.
• Произведен отбор проб компонентов ландшафта (почвы и индикаторные виды растений)
• Проведена оценка потоков миграции ТМ в ландшафтах нарушенных и фоновых территорий
Биогеохимический подход к анализу живого вещества, основанный на идеях В.И. Вернадского, заключается в первую очередь с сопоставлением состава живых организмов с составом других природных компонентов - горных пород, почв, вод, атмосферного воздуха. Это создает возможности для системного анализа биологического круговорота химических элементов, биогеохимических циклов в ландшафтах и биосфере в целом. Метод основан на определении химических элементов (тяжелых металлов) в золе органов и частей растений (коры, древесины, корней, плодов) и в почве (генетических горизонтах). Установлено, что на территориях, где имеются рудные залежи, в растениях накапливаются повышенные концентрации металлов по сравнению с фоновыми или кларковыми содержаниями, характерными для растений, заселяющих безрудные площади[2,7,16].
Биогеохимический метод может успешно применяться для оценки интенсивности техногенных потоков тяжелых металлов.
Биоиндикатор (indicator — указатель) — организм, вид или сообщество, по наличию, состоянию и поведению которого можно с большой достоверностью судить о свойствах среды, в том числе о присутствии и концентрации загрязнителей [13]. Биоиндикация - это оценка состояния окружающей среды по реакции живых организмов. Поэтому стоит рассмотреть миграцию тяжелых металлов от почв к расстениям.
В данном исследовании биоиндикаторами выступают 2 компонента среды - это почва (генетические горизонты О и В) и растения (корка сосны Pmus sylvestris)
Почва - это единственный компонент ландшафта, который возникает в результате взаимодействия всех других его компонентов: горных пород, климата, природных вод, растительности, микроорганизмов и животных. Являясь основной депонирующей средой, почвы сами могут рассматриваться как интегральный индикатор загрязнения природно-территориального комплекса [13].
Сосна имеет наибольшее распространение в регионе исследования и является лесообразующей породой. Корка у деревьев представляет собой наружный слой тканей, состоящий из мертвых клеток, и предназначенный для защиты от неблагоприятных воздействий внешней среды. Зольность и элементный состав корки сосны является важным интегральным показателем в данном исследовании [27].
Исследование ландшафтов на территории города Костомукши проводились несколько этапов.
Первый этап - литературный обзор.
Собраны данные о физико-географическом положении территории исследования и история Карельского окатыша. Были изучены данные об особенностях поведения тяжелых металлов в естественных и антропогенно нарушенных ландшафтах, этому посвящена вторая глава. Были выбраны биогеохимические индикаторы в виде генетических горизонов почв и корки сосны. Также рассматривались результаты исследований прошлых лет на данной территории. На основе которых был разработан план сбора информации: заложение точек, система описания растительности, отбор проб.
Второй этап - полевых работ:
• Произведено описание 22 точек
• Отобрано 17 проб корки сосны Pmus sylvestris.,
• 45 почвенных пробы (гор. О и В)
Можно сделать несколько выводов по типам растительности:
• Преобладают сосново-еловые и елово-сосновые сообщества, что говорит о сохранении естественных ландшафтов в городской среде.
• На площадка которые испытывают сильное антропогенное воздействие идет процесс вторичной сукцессии и в первый растительный ярус выходят лиственные породы деревьев (березы и осины).
• В травяно-кустарничковом ярусе преобладают: черничники, черничники- брусничники и разнотравье.
• Мохово-лишайниковый ярус в основном представлен зелеными мхами, что обусловлено переувлажнением в условиях северной тайги.
Третий этап - камеральная обработка полученных данных.
• 45 почвенных пробы были подготовлены и исследованы на содержание подвижных форм элементов методом атомно-эмиссионной спектрометрии в Ресурсном центре СПБГУ.
• 60 проб почвы и корки сосны были подготовлены и отправлены на определение
валового содержания тяжелых металлов методом атомно-абсорбционной спектроскопии во ВСЕГЕИ.
Результатом третьего тапа стала электронная база данных, в которой можно найти содержание основных тяжелых металлов в почве и корке сосны.
Sc, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Ba, Pb, Mn, Fe - для валового содержания в корке и в почве.
Ba, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, V, Zn - для подвижных форм металлов в почве.
Четвертый этап - статистическая обработка.
Содержание элементов в почве.
Доля подвижных форм, V, Pb, Cr, Fe составляет соответственно от 0,2 % до 3% от их общего содержания. Доля подвижных форм Mn, Zn в почвах от их общего содержания достаточно велика от 10% до 21%,а доля подвижных форм Cd достигает 70%, что увеличивает их реальную токсичность, поскольку подвижная форма является лабильной и может перейти в растения.
Кларки концентраций, рассчитанные для тяжелых металлов, в большей части не превышают среднего содержания в земной коре (Кк<<1), поэтому можно предположить, что они рассеиваются в почвах Co, Zn элементы, которые превышают Кларк, Кк>>1, что указывает на региональные особенности и влиянием Zn-содержащих руд. То есть основные биогеохимические циклы на территории исследования не нарушены.
Расчёт интегральных геохимическим показателей, таких как Zc и сравнение с фоном. Превышение Zc в большей мере зависти от высокого содержания кадмия, железа и марганца в некоторых образцах почв. Преимущественно в горизонте О. Это может быть связано с естественным высоким содержанием марганца и железа в почвах Карелии.
Кадмий, как правило, замещает цинк в сфалерите, а также кальций и марганец в таких широко распространенных силикатах, как биотит и амфиболы. Среди магматических пород кадмий концентрируется в основных (габбро, базальты) [22], а среди осадочных пород накапливается в тонкозернистых сланцах. В общем этот элемент склонен концентрироваться в поверхностных горизонтах почв и ассоциироваться с органическим веществом.
Превышение фона в поверхностном горизонте наблюдается по нескольким элементам Cd, Cr, Fe, Ni. Содержание железа в городских ландшафта в 16 раз больше фоновых, хрома в 7 раз, никеля в 4 раза,и кадмия в 2 раза. Ситуация распределения элементов меняется в 52
горизонте В. Здесь зафиксированы превышения по Ba, Cr, Mn, Zn. Содержание кадмия больше в 44 раза, никеля в 6 раз, марганца в 5 раз, цинка в 2,5 и бария в 2 раза.
При рассмотрении содержания ТМ по удалению от источника были определены ключевые элементы превышения Fe, Mn, Zn. Их повышенное содержание обусловлено месторасположением в местах скопления транспорта, рядом с трассами и промышленными свалками. Они соответственно расположены близ ГОКа. Остальные всплески содержания ТМ находятся в городской черте рядом с ЖД путями.
Миграция элементов напрямую зависит от условий среду, так было обнаружено, что значительная часть элементов в кислых переувлажненных почвах присутствует в относительно подвижных и опасных для живого вещества формах; таковы соединения Pb, Cr, Ni, Co, Cu, Zn, Cd. Такие переувлажненные участки встречались на ЭП №21,23,29. В слабокислых и нейтральных почвах с хорошей аэрацией образуются труднорастворимые соединения Pb.
Для определения загрязнения территории были использованы гигиенические нормы ПДК[9] и ОДК[8]. Превышения ПДК по валовому содержанию ванадия, марганца и свинца наблюдается локально в паре точек, которыми являются сильно нарушенные сообщества недалеко от ГОКа близ хвостохранилища и площадка вдоль "плотины" за насыпью. По Свинцу превышения на площадке рядом с промышленной свалкой и около крупных авто и ЖД линий.
ПДК по подвижным формам. Превышение по никелю обнаружено локально. Пиковые значения относятся к поверхностному горизонту О. ЭП №30- ГОК. У здания Дирекции, на верхней части склона. Сильно нарушенное сообщество рядом с парковкой. На ЭП №29-Рядом с ЖД вокзалом. ЭП№33-в 5 км от ГОКа, так же близ трассы. Можно предположить, что данные показатели содержания зависят от внешнего фактора в виде транспорта. Выбросы активно аккумулируются и закрепляются в верхнем слое. Содержание цинка, превышающее ПДК в основном в горизонте О, так же точки отбора с повышенным содержанием цинка расположены рядом с трассой и непосредственно на берегу шламохранилища. Повышенное содержание марганца обусловлено высоким естественным его содержанием в данных природных условиях. Так же марганцу свойственно аккумулироваться в подстилке, поэтому максимальные его содержания обнаружено в горизонте О.
Оценивая ОДК по валовому содержанию подтвердили выводы по ПДК. Повторяются локальные всплески содержания Ni и Pb. Только по цинку наблюдается частые превышения по ОДК, но это связано с низким показателем ОДК и естественным высоким фоном цинка.
Следующим компонентом исследования и статистической обработки стала золя корки сосны.
При сравнении содержания ТМ в корке сосны с Кларком по Добровольскому [16] было выявлено что ни по одному из элементов нет превышений, кроме кадмия. В отличие от других токсических элементов, кадмий легко поглощается корнями растений, поскольку находится в подвижных формах. Кадмий наиболее подвижен в кислых почвах, а для региона исследования характерны кислые почвы. Для растительного организма кадмий очень токсичен.
Миграция ТМ зависит от подвижности элементов и более подвижные элементы будут мигрировать и накапливаться в растении. Например, показатели по Cd, Mn, Fe, Zn, Ba параллельно увеличиваются в почве и в золе корки.
То какие элементы поглощаются и интенсивность этого процесса в рассеяниях можно отследить с помощью коэффициента биологического поглощения. Для сосны на изучаемой территории был построен ряд интенсивности поглощения:
Cd>Zn>Cu>Mn>Pb>Ba>Ni>Fe>Co>V>Sc
Сосна интенсивнее всего поглощают Cd, Zn, Cu, в то время, как её потребность в V, Fe, Co, Ni, особенно, Cr и Sc минимальна. Элементы «биологического накопления». это Cd. Другие элементы, такие как Zn, Cu V, Fe, Co, Ni, только захватываются, а не накапливаются данным видом.
По некоторым данным можно сделать вывод что в целом в городских почвах определены низкие уровни накопления тяжелых металлов относительно регионального фона, выявлены лишь локальные загрязнения отдельными элементами. Основные ареалы концентрации тяжелых металлов (Mn, Cd, Cu, Zn, Fe) приурочены к местам скопления автотранспорта, а также несанкционированным свалкам строительного, технического и бытового мусора. Максимальные концентрации по Fe и Mn приурочены к берегу шламохранилища.
Краткая характеристика доминирующих элементов.
Кадмий (Cd) отличается подвижностью в кислых средах и более доступен для растений. Помимо антропогенного влияния, большое значение имеет содержания в материнской породе [15]. В ходе исследования поведение кадмия было подтверждено, его содержание в почвах и в растении пропорционально, но не превышает региональное содержание элемента.
Загрязнение почвенного покрова кадмием считается одним из наиболее опасных экологических явлений, так как он накапливается в растениях выше нормы даже при слабом загрязнении почвы и относится к первому класс опасности.
Цинк (Zn)
Важными факторами, влияющими на подвижность Zn в почвах, являются содержание глинистых минералов и кислотность. При повышении кислотности элемент переходит в органические комплексы и связывается почвой. С органическим веществом Zn образует устойчивые формы, поэтому в большинстве случаев он накапливается в поверхностных горизонтах почв[15]. Повышенное содержание цинка приурочено к техногенному загрязнению близ свалок промышленного мусора.
Медь (Cu)
В химическом отношении медь - малоактивный металл. Основополагающим фактором, влияющим на величину содержания Cu, является концентрация ее в почвообразующих породах [15]. Наибольшее количество меди в почве связано с содержание железа, марганца, поэтому его повышенное содержание на территории исследования напрямую связано с большим содержанием этих элементов.
Никель (Ni)
Содержание никеля в почвах в так же зависит от обеспеченности этим элементом почвообразующих пород. Наибольшие концентрации никеля, как правило, наблюдаются в глинистых и суглинистых почвах, в почвах, сформированных на основных и вулканических породах и богатых органическим веществом [15,17]. Распределение Ni в почвенном профиле определяется содержанием органического вещества, поэтому его максимальные показатели обнаружены по горизонту О.
Марганец (Mn)
Марганец накапливается в верхних слоях почв как составляющая органических веществ. Наибольшее количество элемента содержится в кислых затапливаемых грунтах. Недостаток его наблюдается чаще всего на нейтральных почвах с высоким содержанием гумуса, богатых кальцием и активными микроорганизмами. Марганец образует соединения с гуминовыми веществами почв. Соединения марганца с фульвокислотами отличаются повышенной миграционной способностью и доступностью для растений [17]. Повышенное содержание марганца можно объяснить тем что на территории исследовании распространены подзолистые и дерново-подзолистые почвы с высоким содержанием фульвокислот, что создает благоприятные условия для закрепления и накопления марганца.
Железо (Fe)
Органические соединения железа легко преобразуются в почвах. При этом органическое вещество оказывает большое влияние на образование оксидов железа.
Соединения железа с органикой почвы является важным резервом доступных соединений данного металла для растений. С железом взаимодействуют гуминовые вещества, органические кислоты, сидерофоры, фенолы.
Взаимодействие железа с гуминовыми веществами сопровождается образованием водорастворимых и малорастворимых в воде соединений. На растворимость комплексов влияют многие факторы, в частности, химическая природа, соотношение компонентов, а также реакция среды. Как правило, гуминовые кислоты характеризуются большей склонностью к образованию нерастворимых соединений с металлами, чем фульвокислоты. В этой связи фульватные комплексы железа рассматривают как важный фактор, определяющий и миграцию этого металла по почвенному профилю, и его доступность растениям. Соответственно повышенное содержание железа определено его естественным высоким содержанием в почвах региона. В целом избыток закисных соединений железа отрицательно влияет на рост растений. Характерными признаками токсического воздействия железа на растения являются отсутствие некротической ткани, развитие хлороза, угнетённое состояние растений обнаружено только на сильнонарушеных экологических площадках близ ЖД путей или трасс. Там же наблюдаются повышенные содержания основных элементов [5].
Проведенное исследование показало, что на протяжении более 30 лет выбросы комбината не оказывали значимого воздействия на природные территории внутри города. Однако увеличение количества жителей привело к уплотнительной застройке, увеличение количества автотранспорта и автодорог. Это привело к увеличению интенсивности антропогенного воздействия и ухудшению оставленных при строительстве фрагментов леса.
Первый этап - литературный обзор.
Собраны данные о физико-географическом положении территории исследования и история Карельского окатыша. Были изучены данные об особенностях поведения тяжелых металлов в естественных и антропогенно нарушенных ландшафтах, этому посвящена вторая глава. Были выбраны биогеохимические индикаторы в виде генетических горизонов почв и корки сосны. Также рассматривались результаты исследований прошлых лет на данной территории. На основе которых был разработан план сбора информации: заложение точек, система описания растительности, отбор проб.
Второй этап - полевых работ:
• Произведено описание 22 точек
• Отобрано 17 проб корки сосны Pmus sylvestris.,
• 45 почвенных пробы (гор. О и В)
Можно сделать несколько выводов по типам растительности:
• Преобладают сосново-еловые и елово-сосновые сообщества, что говорит о сохранении естественных ландшафтов в городской среде.
• На площадка которые испытывают сильное антропогенное воздействие идет процесс вторичной сукцессии и в первый растительный ярус выходят лиственные породы деревьев (березы и осины).
• В травяно-кустарничковом ярусе преобладают: черничники, черничники- брусничники и разнотравье.
• Мохово-лишайниковый ярус в основном представлен зелеными мхами, что обусловлено переувлажнением в условиях северной тайги.
Третий этап - камеральная обработка полученных данных.
• 45 почвенных пробы были подготовлены и исследованы на содержание подвижных форм элементов методом атомно-эмиссионной спектрометрии в Ресурсном центре СПБГУ.
• 60 проб почвы и корки сосны были подготовлены и отправлены на определение
валового содержания тяжелых металлов методом атомно-абсорбционной спектроскопии во ВСЕГЕИ.
Результатом третьего тапа стала электронная база данных, в которой можно найти содержание основных тяжелых металлов в почве и корке сосны.
Sc, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Ba, Pb, Mn, Fe - для валового содержания в корке и в почве.
Ba, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, V, Zn - для подвижных форм металлов в почве.
Четвертый этап - статистическая обработка.
Содержание элементов в почве.
Доля подвижных форм, V, Pb, Cr, Fe составляет соответственно от 0,2 % до 3% от их общего содержания. Доля подвижных форм Mn, Zn в почвах от их общего содержания достаточно велика от 10% до 21%,а доля подвижных форм Cd достигает 70%, что увеличивает их реальную токсичность, поскольку подвижная форма является лабильной и может перейти в растения.
Кларки концентраций, рассчитанные для тяжелых металлов, в большей части не превышают среднего содержания в земной коре (Кк<<1), поэтому можно предположить, что они рассеиваются в почвах Co, Zn элементы, которые превышают Кларк, Кк>>1, что указывает на региональные особенности и влиянием Zn-содержащих руд. То есть основные биогеохимические циклы на территории исследования не нарушены.
Расчёт интегральных геохимическим показателей, таких как Zc и сравнение с фоном. Превышение Zc в большей мере зависти от высокого содержания кадмия, железа и марганца в некоторых образцах почв. Преимущественно в горизонте О. Это может быть связано с естественным высоким содержанием марганца и железа в почвах Карелии.
Кадмий, как правило, замещает цинк в сфалерите, а также кальций и марганец в таких широко распространенных силикатах, как биотит и амфиболы. Среди магматических пород кадмий концентрируется в основных (габбро, базальты) [22], а среди осадочных пород накапливается в тонкозернистых сланцах. В общем этот элемент склонен концентрироваться в поверхностных горизонтах почв и ассоциироваться с органическим веществом.
Превышение фона в поверхностном горизонте наблюдается по нескольким элементам Cd, Cr, Fe, Ni. Содержание железа в городских ландшафта в 16 раз больше фоновых, хрома в 7 раз, никеля в 4 раза,и кадмия в 2 раза. Ситуация распределения элементов меняется в 52
горизонте В. Здесь зафиксированы превышения по Ba, Cr, Mn, Zn. Содержание кадмия больше в 44 раза, никеля в 6 раз, марганца в 5 раз, цинка в 2,5 и бария в 2 раза.
При рассмотрении содержания ТМ по удалению от источника были определены ключевые элементы превышения Fe, Mn, Zn. Их повышенное содержание обусловлено месторасположением в местах скопления транспорта, рядом с трассами и промышленными свалками. Они соответственно расположены близ ГОКа. Остальные всплески содержания ТМ находятся в городской черте рядом с ЖД путями.
Миграция элементов напрямую зависит от условий среду, так было обнаружено, что значительная часть элементов в кислых переувлажненных почвах присутствует в относительно подвижных и опасных для живого вещества формах; таковы соединения Pb, Cr, Ni, Co, Cu, Zn, Cd. Такие переувлажненные участки встречались на ЭП №21,23,29. В слабокислых и нейтральных почвах с хорошей аэрацией образуются труднорастворимые соединения Pb.
Для определения загрязнения территории были использованы гигиенические нормы ПДК[9] и ОДК[8]. Превышения ПДК по валовому содержанию ванадия, марганца и свинца наблюдается локально в паре точек, которыми являются сильно нарушенные сообщества недалеко от ГОКа близ хвостохранилища и площадка вдоль "плотины" за насыпью. По Свинцу превышения на площадке рядом с промышленной свалкой и около крупных авто и ЖД линий.
ПДК по подвижным формам. Превышение по никелю обнаружено локально. Пиковые значения относятся к поверхностному горизонту О. ЭП №30- ГОК. У здания Дирекции, на верхней части склона. Сильно нарушенное сообщество рядом с парковкой. На ЭП №29-Рядом с ЖД вокзалом. ЭП№33-в 5 км от ГОКа, так же близ трассы. Можно предположить, что данные показатели содержания зависят от внешнего фактора в виде транспорта. Выбросы активно аккумулируются и закрепляются в верхнем слое. Содержание цинка, превышающее ПДК в основном в горизонте О, так же точки отбора с повышенным содержанием цинка расположены рядом с трассой и непосредственно на берегу шламохранилища. Повышенное содержание марганца обусловлено высоким естественным его содержанием в данных природных условиях. Так же марганцу свойственно аккумулироваться в подстилке, поэтому максимальные его содержания обнаружено в горизонте О.
Оценивая ОДК по валовому содержанию подтвердили выводы по ПДК. Повторяются локальные всплески содержания Ni и Pb. Только по цинку наблюдается частые превышения по ОДК, но это связано с низким показателем ОДК и естественным высоким фоном цинка.
Следующим компонентом исследования и статистической обработки стала золя корки сосны.
При сравнении содержания ТМ в корке сосны с Кларком по Добровольскому [16] было выявлено что ни по одному из элементов нет превышений, кроме кадмия. В отличие от других токсических элементов, кадмий легко поглощается корнями растений, поскольку находится в подвижных формах. Кадмий наиболее подвижен в кислых почвах, а для региона исследования характерны кислые почвы. Для растительного организма кадмий очень токсичен.
Миграция ТМ зависит от подвижности элементов и более подвижные элементы будут мигрировать и накапливаться в растении. Например, показатели по Cd, Mn, Fe, Zn, Ba параллельно увеличиваются в почве и в золе корки.
То какие элементы поглощаются и интенсивность этого процесса в рассеяниях можно отследить с помощью коэффициента биологического поглощения. Для сосны на изучаемой территории был построен ряд интенсивности поглощения:
Cd>Zn>Cu>Mn>Pb>Ba>Ni>Fe>Co>V>Sc
Сосна интенсивнее всего поглощают Cd, Zn, Cu, в то время, как её потребность в V, Fe, Co, Ni, особенно, Cr и Sc минимальна. Элементы «биологического накопления». это Cd. Другие элементы, такие как Zn, Cu V, Fe, Co, Ni, только захватываются, а не накапливаются данным видом.
По некоторым данным можно сделать вывод что в целом в городских почвах определены низкие уровни накопления тяжелых металлов относительно регионального фона, выявлены лишь локальные загрязнения отдельными элементами. Основные ареалы концентрации тяжелых металлов (Mn, Cd, Cu, Zn, Fe) приурочены к местам скопления автотранспорта, а также несанкционированным свалкам строительного, технического и бытового мусора. Максимальные концентрации по Fe и Mn приурочены к берегу шламохранилища.
Краткая характеристика доминирующих элементов.
Кадмий (Cd) отличается подвижностью в кислых средах и более доступен для растений. Помимо антропогенного влияния, большое значение имеет содержания в материнской породе [15]. В ходе исследования поведение кадмия было подтверждено, его содержание в почвах и в растении пропорционально, но не превышает региональное содержание элемента.
Загрязнение почвенного покрова кадмием считается одним из наиболее опасных экологических явлений, так как он накапливается в растениях выше нормы даже при слабом загрязнении почвы и относится к первому класс опасности.
Цинк (Zn)
Важными факторами, влияющими на подвижность Zn в почвах, являются содержание глинистых минералов и кислотность. При повышении кислотности элемент переходит в органические комплексы и связывается почвой. С органическим веществом Zn образует устойчивые формы, поэтому в большинстве случаев он накапливается в поверхностных горизонтах почв[15]. Повышенное содержание цинка приурочено к техногенному загрязнению близ свалок промышленного мусора.
Медь (Cu)
В химическом отношении медь - малоактивный металл. Основополагающим фактором, влияющим на величину содержания Cu, является концентрация ее в почвообразующих породах [15]. Наибольшее количество меди в почве связано с содержание железа, марганца, поэтому его повышенное содержание на территории исследования напрямую связано с большим содержанием этих элементов.
Никель (Ni)
Содержание никеля в почвах в так же зависит от обеспеченности этим элементом почвообразующих пород. Наибольшие концентрации никеля, как правило, наблюдаются в глинистых и суглинистых почвах, в почвах, сформированных на основных и вулканических породах и богатых органическим веществом [15,17]. Распределение Ni в почвенном профиле определяется содержанием органического вещества, поэтому его максимальные показатели обнаружены по горизонту О.
Марганец (Mn)
Марганец накапливается в верхних слоях почв как составляющая органических веществ. Наибольшее количество элемента содержится в кислых затапливаемых грунтах. Недостаток его наблюдается чаще всего на нейтральных почвах с высоким содержанием гумуса, богатых кальцием и активными микроорганизмами. Марганец образует соединения с гуминовыми веществами почв. Соединения марганца с фульвокислотами отличаются повышенной миграционной способностью и доступностью для растений [17]. Повышенное содержание марганца можно объяснить тем что на территории исследовании распространены подзолистые и дерново-подзолистые почвы с высоким содержанием фульвокислот, что создает благоприятные условия для закрепления и накопления марганца.
Железо (Fe)
Органические соединения железа легко преобразуются в почвах. При этом органическое вещество оказывает большое влияние на образование оксидов железа.
Соединения железа с органикой почвы является важным резервом доступных соединений данного металла для растений. С железом взаимодействуют гуминовые вещества, органические кислоты, сидерофоры, фенолы.
Взаимодействие железа с гуминовыми веществами сопровождается образованием водорастворимых и малорастворимых в воде соединений. На растворимость комплексов влияют многие факторы, в частности, химическая природа, соотношение компонентов, а также реакция среды. Как правило, гуминовые кислоты характеризуются большей склонностью к образованию нерастворимых соединений с металлами, чем фульвокислоты. В этой связи фульватные комплексы железа рассматривают как важный фактор, определяющий и миграцию этого металла по почвенному профилю, и его доступность растениям. Соответственно повышенное содержание железа определено его естественным высоким содержанием в почвах региона. В целом избыток закисных соединений железа отрицательно влияет на рост растений. Характерными признаками токсического воздействия железа на растения являются отсутствие некротической ткани, развитие хлороза, угнетённое состояние растений обнаружено только на сильнонарушеных экологических площадках близ ЖД путей или трасс. Там же наблюдаются повышенные содержания основных элементов [5].
Проведенное исследование показало, что на протяжении более 30 лет выбросы комбината не оказывали значимого воздействия на природные территории внутри города. Однако увеличение количества жителей привело к уплотнительной застройке, увеличение количества автотранспорта и автодорог. Это привело к увеличению интенсивности антропогенного воздействия и ухудшению оставленных при строительстве фрагментов леса.
Содержание магистерской диссертации – ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДОВ БИОИНДИКАЦИИ
Выдержки из магистерской диссертации – ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДОВ БИОИНДИКАЦИИ
Подобные работы
- Применение методов биоиндикации при экологическом мониторинге окружающей среды территорий газоконденсатных месторождений севера Западной Сибири
Курсовые работы, природопользование. Язык работы: Русский. Цена: 4270 р. Год сдачи: 2019 - ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ФЛУКТУИРУЮЩЕЙ
АСИММЕТРИИ ЛИСТОВОЙ ПЛАСТИНКИ ЛИПЫ
СЕРДЦЕЛИСТНОЙ {ТШа cordata) И РЯБИНЫ
ОБЫКНОВЕННОЙ (Sorhus aucuparia) ДЛЯ ОЦЕНКИ
ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПРИДОРОЖНЫХ
ПОЛОС Г.КАЗАНИ
Дипломные работы, ВКР, биология. Язык работы: Русский. Цена: 4990 р. Год сдачи: 2017 - БИОТЕСТИРОВАНИЕ ПОЧВ ТЕХНОГЕННЫХ ЗОН ГОРОДСКИХ ТЕРРИТОРИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОРГАНИЗМОВ
Диссертация , экология и природопользование. Язык работы: Русский. Цена: 500 р. Год сдачи: 2005 - ПАЛИНОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ПАРКОВ ГОРОДА КАЗАНИ
Главы к дипломным работам, биология. Язык работы: Русский. Цена: 7300 р. Год сдачи: 2018 - БИОИНДИКАЦИЯ СОСТОЯНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА В ОКРЕСТНОСТЯХ Г. БЕЛГОРОДА
Дипломные работы, ВКР, биология. Язык работы: Русский. Цена: 4315 р. Год сдачи: 2018 - Элементный состав листьев березы как индикатор состояния окружающей среды
территории Комсомольского хвостохранилища (Кемеровская область)
Магистерская диссертация, химия. Язык работы: Русский. Цена: 5900 р. Год сдачи: 2016 - ВОЗМОЖНОСТИ ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГОРОДСКИХ ПАРКОВ ПО ПОКАЗАТЕЛЮ СТАБИЛЬНОСТИ РАЗВИТИЯ БЕРЕЗЫ ПОВИСЛОЙ
Дипломные работы, ВКР, природопользование. Язык работы: Русский. Цена: 6300 р. Год сдачи: 2018 - Кресс-салат как тест объект для оценки загрязнения городских почв и снегового покрова
Магистерская диссертация, экология и природопользование. Язык работы: Русский. Цена: 5700 р. Год сдачи: 2017 - Особенности влияния техногенного загрязнения воздушной среды па ель сибирскую (Picea obovata Ledeb)
Магистерская диссертация, экология и природопользование. Язык работы: Русский. Цена: 4900 р. Год сдачи: 2016