Помощь студентам в учебе
Эколого-геохимическая оценка компонентов природной среды центральной части национального парка «Смоленское Поозерье»
|
Введение 3
Глава 1. Литературный обзор 5
Глава 2 Физико-географическое и геологическое описание территории национального парка «Смоленское Поозерье» 12
Глава 3. Материалы и методы исследования 26
Глава 4. Результаты исследования и выводы 37
Благодарности 56
Список использованной литературы 57
Приложение 1 61
Приложение 2 64
Глава 1. Литературный обзор 5
Глава 2 Физико-географическое и геологическое описание территории национального парка «Смоленское Поозерье» 12
Глава 3. Материалы и методы исследования 26
Глава 4. Результаты исследования и выводы 37
Благодарности 56
Список использованной литературы 57
Приложение 1 61
Приложение 2 64
Особо охраняемые природные территории (ООПТ) являются природными комплексами, имеющими природоохранное, научное, культурное и рекреационное значение. Уникальность охраняемых природных комплексов, а также особый режим, делает природные резерваты важнейшими объектами для разнообразных исследований, в том числе и экологических.
С 2014 года сотрудниками и студентами каф. Экологической геологии ведутся работы по комплексной эколого-геохимической оценке компонентов природной среды территории национального парка (НП) «Смоленское Поозерье» (Подлипский, 2014; Кононова и др., 2015), который является ООПТ федерального значения и имеет статус биосферного резервата под эгидой организации «ЮНЕСКО». В 2015-2016 гг. при участии автора (Терехова и др., 2016а) полевые и лабораторные работы были продолжены для более подробного и полного изучения территории.
В данной работе исследуется центральная часть НП «Смоленское Поозерье». На изучаемом участке находятся основные рекреационные и хозяйственные объекты парка, (базы отдыха, а также туристические стоянки и тропы). Таким образом, своевременный контроль антропогенного изменения природной среды и оценка степени «загруженности» национального парка как рекреационного и хозяйственного ресурса является на сегодняшний день актуальным и необходимым.
Оперативное отслеживание содержаний поллютантов, а также изучение закономерностей их распределения и миграции в природных компонентах таких объектов как особо охраняемые природные территории невозможно без четких представлений о фоновых содержаниях исследуемых элементов. Это является первоочередной эколого-геохимической задачей и служит основой для дальнейшего мониторинга окружающей среды.
Центральная часть НП «Смоленское Поозерье» является селитебной территорией с хозяйственными объектами с достаточно низкой антропогенной нагрузкой (территория ООПТ с охранным режимом). Исходя из этого, предполагается, что в данной работе результаты анализов концентраций поллютантов в природных средах будут достаточно равномерны по всей площади участка, а также будут находиться на гораздо более низком уровне, чем ПДК. Поэтому, определяя исходную точку для дальнейшего мониторинга природной среды, необходимо выбирать для анализа наиболее буферные природные среды, в которые отражают накопленные изменения в течение долгого периода времени (почвы, донные осадки и рыба, являющаяся вершиной пищевой цепи для водоемов, а также моллюски - фильтраторы водной взвеси).
Цели и задачи работы. Целью работы является комплексная эколого-геохимическая оценка состояния природных компонентов (почва, донные осадки, биота водных экосистем) НП «Смоленское Поозерье» как основы для усовершенствования системы дальнейшего эколого-геохимического мониторинга данной территории.
Для осуществления поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
1. Произвести полевой сбор проб донных отложений и почв и органов рыб
2. Выполнить анализ отобранных в 2015-2016 гг проб почв и донных отложений при помощи атомно-эмиссионного метода на валовое содержание следующих элементов, большинство из которых принадлежат к 1-2 классу опасности: Cu, Cr, Zn, Ni, As, Cd, Pb, Ni и атомно-абсорбционного метода для определения содержания в почвах подвижных форм тяжелых металлов, извлеченных аммонийно-ацетатным буфером (Fe, Cu, Cr, Zn, Ni, Cd, Pb).
3. Провести статистическую обработку всех полученных данных за 2014-2016 года, рассчитать фоновые концентрации исследуемых ТМ для почв и донных осадков
4. Исследовать закономерности площадного распределения тяжелых металлов и металлоидов (валовые концентрации и содержание подвижных форм) в почвах и донных осадках исследуемой территории, а также оценить соотношение их концентраций в данных природных средах
5. Статистически обработать результаты анализа проб органов и тканей хищных рыб (речной окунь), также моллюсков (беззубка обыкновенная) методом масс- спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой на содержание тяжелых металлов и металлоидов для дальнейшего изучения состояния биологических объектов в водных экосистемах в данном районе, возможности их использования как тест-объектов для мониторинга, а также интегральной оценки сопряженной системы геохимических ландшафтов и биоты
6. Оценить текущее состояние анализируемых компонентов природной среды, разработать некоторые рекомендации по оптимизации системы мониторинга территории НП «Смоленское Поозерье».
С 2014 года сотрудниками и студентами каф. Экологической геологии ведутся работы по комплексной эколого-геохимической оценке компонентов природной среды территории национального парка (НП) «Смоленское Поозерье» (Подлипский, 2014; Кононова и др., 2015), который является ООПТ федерального значения и имеет статус биосферного резервата под эгидой организации «ЮНЕСКО». В 2015-2016 гг. при участии автора (Терехова и др., 2016а) полевые и лабораторные работы были продолжены для более подробного и полного изучения территории.
В данной работе исследуется центральная часть НП «Смоленское Поозерье». На изучаемом участке находятся основные рекреационные и хозяйственные объекты парка, (базы отдыха, а также туристические стоянки и тропы). Таким образом, своевременный контроль антропогенного изменения природной среды и оценка степени «загруженности» национального парка как рекреационного и хозяйственного ресурса является на сегодняшний день актуальным и необходимым.
Оперативное отслеживание содержаний поллютантов, а также изучение закономерностей их распределения и миграции в природных компонентах таких объектов как особо охраняемые природные территории невозможно без четких представлений о фоновых содержаниях исследуемых элементов. Это является первоочередной эколого-геохимической задачей и служит основой для дальнейшего мониторинга окружающей среды.
Центральная часть НП «Смоленское Поозерье» является селитебной территорией с хозяйственными объектами с достаточно низкой антропогенной нагрузкой (территория ООПТ с охранным режимом). Исходя из этого, предполагается, что в данной работе результаты анализов концентраций поллютантов в природных средах будут достаточно равномерны по всей площади участка, а также будут находиться на гораздо более низком уровне, чем ПДК. Поэтому, определяя исходную точку для дальнейшего мониторинга природной среды, необходимо выбирать для анализа наиболее буферные природные среды, в которые отражают накопленные изменения в течение долгого периода времени (почвы, донные осадки и рыба, являющаяся вершиной пищевой цепи для водоемов, а также моллюски - фильтраторы водной взвеси).
Цели и задачи работы. Целью работы является комплексная эколого-геохимическая оценка состояния природных компонентов (почва, донные осадки, биота водных экосистем) НП «Смоленское Поозерье» как основы для усовершенствования системы дальнейшего эколого-геохимического мониторинга данной территории.
Для осуществления поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
1. Произвести полевой сбор проб донных отложений и почв и органов рыб
2. Выполнить анализ отобранных в 2015-2016 гг проб почв и донных отложений при помощи атомно-эмиссионного метода на валовое содержание следующих элементов, большинство из которых принадлежат к 1-2 классу опасности: Cu, Cr, Zn, Ni, As, Cd, Pb, Ni и атомно-абсорбционного метода для определения содержания в почвах подвижных форм тяжелых металлов, извлеченных аммонийно-ацетатным буфером (Fe, Cu, Cr, Zn, Ni, Cd, Pb).
3. Провести статистическую обработку всех полученных данных за 2014-2016 года, рассчитать фоновые концентрации исследуемых ТМ для почв и донных осадков
4. Исследовать закономерности площадного распределения тяжелых металлов и металлоидов (валовые концентрации и содержание подвижных форм) в почвах и донных осадках исследуемой территории, а также оценить соотношение их концентраций в данных природных средах
5. Статистически обработать результаты анализа проб органов и тканей хищных рыб (речной окунь), также моллюсков (беззубка обыкновенная) методом масс- спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой на содержание тяжелых металлов и металлоидов для дальнейшего изучения состояния биологических объектов в водных экосистемах в данном районе, возможности их использования как тест-объектов для мониторинга, а также интегральной оценки сопряженной системы геохимических ландшафтов и биоты
6. Оценить текущее состояние анализируемых компонентов природной среды, разработать некоторые рекомендации по оптимизации системы мониторинга территории НП «Смоленское Поозерье».
Эколого-геохимическая оценка состояния почв центральной части национального парка «Смоленское Поозерье». В работе рассчитаны фоновые концентрации следующих тяжелых металлов и металлоидов в почвах парка «Смоленское Поозерье»: Cu, Cr, Zn, Ni, As, Cd, Pb, Ni. Содержание кадмия и мышьяка во всех пробах оказалось ниже порога обнаружения прибора. Для всех остальных элементов статистический анализ выявил однородное площадное распределение, а также не установил значимого накопления тяжелых металлов в областях трансэлювиальных и иллювиальных ландшафтов. Результаты исследования содержания подвижных форм тяжелых металлов показали низкую подвижность химических элементов (не более 20% от валового содержания).
Кроме того, все содержания тяжелых металлов и металлоидов в почвах центральной части «Смоленского Поозерья» (валовое и подвижных форм) находятся ниже установленных нормативов ПДК, в том числе и на полигоне ТБО п. Пржевальское, где содержание никеля, хрома и цинка однородно, но находятся на более высоком уровне (в 2 раза выше фона). Локальных точек накопления токсичных элементов выявлено не было.
Эколого-геохимическая оценка состояния водных объектов центральной части национального парка «Смоленское Поозерье».
Во всех пробах донных отложений, как и почв, концентрации As и Cd находятся ниже порога обнаружения (менее 0,4 мг/кг). Для Cu и Ni установлен дифференцированный фон для разных озер. Этот факт следует учесть при будущих эколого-геохимических исследованиях. По остальным элементам значимых отличий фоновых содержаний между озерами не обнаружено.
Цинк является основным маркером общего антропогенного воздействия на территорию (наиболее интенсивно накапливающийся элемент в донных отложениях озер). Для него выявлено неоднородное распределение в оз. Бакановское и оз. Сапшо, а также наибольшая подвижность (присутствует во всех формах - легодоступные, умереннодоступные, слабодоступные). Определены зоны наиболее интенсивной аккумуляции элемента: районы рядом с п. Бакланово и базой отдыха для оз. Баклановское и центральная и северная части оз. Сапшо. Однако в этих районах концентрации цинка превышают фоновые не более чем в три раза.
По результатам анализа содержания тяжелых металлов в водных биологических объектах можно сделать следующие выводы:
• В большей степени тяжелые металлы накапливаются в жабрах и печени, а также в некоторых случаях - в чешуе рыбы.
• Наиболее интенсивно аккумулирующимся металлом оказался цинк. Он практически одинаково накапливается как в моллюсках, фильтрующих водную взвесь, так и в хищных рыбах.
• Выявленное присутствие кадмия в организмах моллюсков и рыбы интересно и требует дальнейшего более подробного изучения.
На основании полученных результатов эколого-геохимической оценки состояния природных компонентов центральной части национального парка «Смоленское Поозерье» за период с 2014 по 2016гг можно сформулировать следующие рекомендации по дальнейшей оптимизации системы эколого-геохимического мониторинга территории:
1. Для участка поселка вокруг полигона ТБО п. Пржевальское отбирать пробы почв каждый год для мониторинга содержания Zn, Сг и Ni, так как их содержания в данном районе превышают фоновые.
2. Отбор проб донных осадков осуществлять в местах наибольшего накопления Zn, так как он является основным маркером антропогенного воздействия.
3. Такие биологические тестовые объекты как речной окунь и беззубка обыкновенная оказались достаточно показательными для отслеживания содержания Zn и Cd в водных экосистемах. Так как в исследовании использовались окуни возрастом 3-4 года, мы можем рекомендовать ежегодно отбирать пробы наиболее интенсивно аккумулирующих органов окуня (жабры и печень) или тел моллюсков этого же возраста. В условиях заповедника отбор проб органов рыб и моллюсков является более простым, например, для глубоких озер, нежели донных осадков. Помимо этого, живые организмы, аккумулирующие в себе тяжелые металлы, в некоторых случаях являются наиболее интегральными показателями состояния водных экосистем.
Полученные данные о фоновых содержаниях тяжелых металлов в почвах потенциально чистой территории ООПТ могут также в будущем использоваться как региональные кларковые показатели для эколого-геохимических исследований всего региона.
Кроме того, все содержания тяжелых металлов и металлоидов в почвах центральной части «Смоленского Поозерья» (валовое и подвижных форм) находятся ниже установленных нормативов ПДК, в том числе и на полигоне ТБО п. Пржевальское, где содержание никеля, хрома и цинка однородно, но находятся на более высоком уровне (в 2 раза выше фона). Локальных точек накопления токсичных элементов выявлено не было.
Эколого-геохимическая оценка состояния водных объектов центральной части национального парка «Смоленское Поозерье».
Во всех пробах донных отложений, как и почв, концентрации As и Cd находятся ниже порога обнаружения (менее 0,4 мг/кг). Для Cu и Ni установлен дифференцированный фон для разных озер. Этот факт следует учесть при будущих эколого-геохимических исследованиях. По остальным элементам значимых отличий фоновых содержаний между озерами не обнаружено.
Цинк является основным маркером общего антропогенного воздействия на территорию (наиболее интенсивно накапливающийся элемент в донных отложениях озер). Для него выявлено неоднородное распределение в оз. Бакановское и оз. Сапшо, а также наибольшая подвижность (присутствует во всех формах - легодоступные, умереннодоступные, слабодоступные). Определены зоны наиболее интенсивной аккумуляции элемента: районы рядом с п. Бакланово и базой отдыха для оз. Баклановское и центральная и северная части оз. Сапшо. Однако в этих районах концентрации цинка превышают фоновые не более чем в три раза.
По результатам анализа содержания тяжелых металлов в водных биологических объектах можно сделать следующие выводы:
• В большей степени тяжелые металлы накапливаются в жабрах и печени, а также в некоторых случаях - в чешуе рыбы.
• Наиболее интенсивно аккумулирующимся металлом оказался цинк. Он практически одинаково накапливается как в моллюсках, фильтрующих водную взвесь, так и в хищных рыбах.
• Выявленное присутствие кадмия в организмах моллюсков и рыбы интересно и требует дальнейшего более подробного изучения.
На основании полученных результатов эколого-геохимической оценки состояния природных компонентов центральной части национального парка «Смоленское Поозерье» за период с 2014 по 2016гг можно сформулировать следующие рекомендации по дальнейшей оптимизации системы эколого-геохимического мониторинга территории:
1. Для участка поселка вокруг полигона ТБО п. Пржевальское отбирать пробы почв каждый год для мониторинга содержания Zn, Сг и Ni, так как их содержания в данном районе превышают фоновые.
2. Отбор проб донных осадков осуществлять в местах наибольшего накопления Zn, так как он является основным маркером антропогенного воздействия.
3. Такие биологические тестовые объекты как речной окунь и беззубка обыкновенная оказались достаточно показательными для отслеживания содержания Zn и Cd в водных экосистемах. Так как в исследовании использовались окуни возрастом 3-4 года, мы можем рекомендовать ежегодно отбирать пробы наиболее интенсивно аккумулирующих органов окуня (жабры и печень) или тел моллюсков этого же возраста. В условиях заповедника отбор проб органов рыб и моллюсков является более простым, например, для глубоких озер, нежели донных осадков. Помимо этого, живые организмы, аккумулирующие в себе тяжелые металлы, в некоторых случаях являются наиболее интегральными показателями состояния водных экосистем.
Полученные данные о фоновых содержаниях тяжелых металлов в почвах потенциально чистой территории ООПТ могут также в будущем использоваться как региональные кларковые показатели для эколого-геохимических исследований всего региона.
