ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 5
ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ 21
2.1. ГИДРОГРАФИЯ 21
2.2. КЛИМАТ 22
2.3. РАСТИТЕЛЬНОСТЬ 23
2.4. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ 23
2.5 АНТРОПОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ 24
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ 26
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 30
ГЛАВА 5. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ 34
5.1. ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ПОЧВАХ И ГРУНТАХ. 34
5.2. ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ОДУВАНЧИКЕ ЛЕКАРСТВЕННОМ (TARAXACUM OFFICINALE) 41
5.3 ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В БИОСУБСТРАТАХ (ВОЛОСАХ) ЧЕЛОВЕКА 47
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 57
СПИСОК ЛИЕТРАТУРЫ 59
На сегодняшний день люди, проживающие в крупных городах, подвергаются воздействию интенсивной антропогенной нагрузки, что, несомненно, сказывается на качестве жизни и здоровье населения.
Исследуемые в этой работе районы г. Санкт-Петербурга относятся к наиболее загрязненным районам города. Остров Котлин имеет богатую военную и промышленную историю, которая сегодня отражается на состоянии городских экосистем. Кроме того, остров представляет собой изолированное пространство, практически полностью исключающее проникновение загрязнения извне, что само по себе представляет интерес для экологического мониторинга и научных исследований.
Василеостровский р-н Санкт-Петербурга является одним из наиболее загрязненный районов. Васильевский остров, в отличии от о. Котлин, расположен в пределах урбанизированных территорий, и постоянно подвергаются возрастающему техногенному прессингу, что определяет проблему интенсивного техногенного геохимического и биогеохимического воздействия на компоненты окружающей среды. Несмотря на высокую плотность жилой застройки, на острове расположено около 50 различных производственных предприятий, которые функционируют до сегодняшнего дня.
В целях оценки качества окружающей среды чаще всего выбирают почвогрунты. Эта депонирующая среда удобна тем, что отражает загрязнение городской среды за весь период антропогенного воздействия, а также в течение одного сезона.
Основными полютантами в почвах являются тяжелые металлы. Они попадают в почвы вместе с атмосферными осадками, сельскохозяйственными удобрениями, пылью, сточными водами, концентрируясь преимущественно в верхнем почвенном слое. Тяжелые металлы способны мигрировать в почвенном профиле, образовывать соединения с другими элементами и переходить в малоподвижные и недоступные для растений формы, а также, при определенных условиях, способны проникать в организм растений и концентрироваться в них.
Кроме того, загрязнение абиотических природных сред, растений и продуктов питания приводит проникновению и накоплению поллютантов в организме человека.
Увеличение содержание загрязняющих веществ в биологических субстратах человека является важным экологическим показателем воздействия этих веществ на здоровье человека и используется для оценки экологического состояния городов.
Таким образом, цель данной работы заключается в определении роли абиотической и биотической компоненты природной среды в оценке загрязнения почв тяжелыми металлами на территории Кронштадтского и Василеостровского районов г. Санкт-Петербурга с учетом его воздействия на здоровье человека.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Осуществить техногенное районирование Кронштадтского и Василеостровского районов г. Санкт-Петербурга;
2. В пределах выделенных техногенных районов отобрать образцы почв и растений (Taráxacum officinále) для проведения анализа на содержание в них ТМ.
3. На основании полученных данных выделить геохимические и биогеохимические зоны с целью оценки степени техногенной нагрузки в пределах исследуемых территорий.
4. С целью оценки степени воздействия геохимической и биогеохимической зональности на здоровье человека отобрать биосубстраты (образцы волос) в детских дошкольных учреждениях и определить их микроэлементный состав.
5. Провести корреляционный анализ содержания ТМ в исследуемых биосубстратов и установить возможную степень воздействия геохимической и биогеохимическо зональности на здоровье людей.
На сегодняшний день проблема загрязнения почв тяжелыми металлами активно изучается как в России, так и за рубежом. Растения в качестве биоиндикаторов легко и удобно использовать из-за их широкого географического распространения и высокой устойчивости к поллютантам. Мониторинг экосистемы почва-растение важен для поддержания качества почв, предупреждения негативных последствий интенсивной антропогенной деятельности и устранения рисков заболевания населения.
Изучение состояния экосистем, подверженных загрязнению тяжелыми металлами, остается важной частью экологических исследований. Исследуемые районы г. Санкт-Петербурга отличаются своей многолетней военно-промышленной историей и современным уровнем техногенной нагрузки, что оказывает негативное влияние на состояние почвогрунтов, растений и здоровье человека. В ходе исследования удалось дать геоэкологическую оценку состоянию Кронштадтского и Василеостровского районов г. Санкт-Петербурга на основе изучения почвогрунтов и растительной компоненты, а также микроэлементного состава волос.
Результаты исследования показали, что степень загрязнения почвогрунтов на изученных участках не равномерна. В наибольшей степени загрязнению подвержены производственные и общественно-деловые зоны. Высокими концентрациями характеризуется Zn и Pb как в Кронштадтском, так и в Василеостровском районе.
Нами установлена зависимость между содержанием ТМ в почвогрунтах и в органах растений. Растения, произрастающие на сильно загрязненных почвогрунтах, определяют подверженность экосистем острова высоким экологическим нагрузкам. Установлено, что в целом корневая система более восприимчива к ТМ
Znи Pb хорошо экстрагируются Taraxacum officinale и не оказывают негативного влияния на его жизнедеятельность. Следовательно, Одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale) может использоваться в целях мониторинга состояния городских почв, а также в целях фиторемедиации загрязненных территорий.
В волосах детей г. Кронштадта наблюдается превышение значений нормального содержания эссенциальных элементов, таких как хрома и железа. У части детей отмечено повышенное содержание кобальта, марганца и пониженное меди и цинка в волосах.
Наблюдается превышение допустимого содержания токсичных металлов в волосах детей, таких как свинец и кадмий. У меньшего количества детей зафиксировано превышение допустимого содержания алюминия, мышьяка, никеля и стронция в волосах.
К основным выводам исследования можно отнести следующее:
1. Осуществлено техногенное районирование Кронштадтского и Василеостровского районов г. Санкт-Петербурга;
2. В пределах выделенных техногенных районов были отобраны образцы почв и растений (Taráxacum officinále) для проведения анализа на содержание в них ТМ.
3. На основании полученных данных нами были выделены геохимические и биогеохимические зоны и оценена степень техногенной нагрузки в пределах исследуемых территорий.
4. С целью оценки степени воздействия геохимической и биогеохимической зональности на здоровье человека, были отобраны биосубстраты (образцы волос) в детских дошкольных учреждениях (г. Кронштадт) и определен их микроэлементный состав.
5. При анализе биопроб волос детей, проживающих в г. Кронштадте, на содержание таких элементов как Fe, Mn, Zn, Cu, Pb, Cr, As, Ni, Co, Al, Ti, Cd, Sr, K, Ca, Na, Mg, Hg были выявлены повышенные содержания свинца, хрома, кадмия и железа.
6. Установлена закономерность в распределении свинца и хрома в волосах детей и почвах района постоянного проживания детей. Распределение цинка и меди в волосах в меньшей степени зависят от содержания этих элементов в почвах.
7. Проведен корреляционный анализ содержания ТМ в исследуемых биосубстратах и установлена возможная степень воздействия геохимической и биогеохимической зональности на здоровье людей.
1. Белоголова Г.А., Гордеева О.Н., Соколова М.Г. Роль ризосферных бактерий в биогеохимической миграции тяжелых металлов, мышьяка и биофильных элементов в техногенных экосистемах//Совеременные проблемы геохимии. Иркутск: Изд-во Института географии им. В.Б.Сочавы СО РАН, 2012С.113-116.
2. Белюченко И.С. Вопросы защиты почв в системе агроландшафта//Научный жцрнал КабГАУ, 2014, № 95(01). С.1-32.
3. Болотов В.П. Оценка содержания и миграция тяжелых металлов в экосистемах Волгоградского водохранилища.//Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук, М., 2015, С.120.
4. Ваганов П. А. Как рассчитать риск угрозы здоровью из-за загрязнения окружающей среды? Задачи с решениями. Издательство СПбГУ, 2008 г.
5. Воскресенская О.В. Большой практикум по биоэкологи. Ч.1: учеб. Пособие/Мар.гос. ун-т; Йошкар-Ола, 2006. – 107с.
6. Галактионова Л.В., Степанова М.А., Тесля А.В., Ануфриенко А.А. Сравнительный анализспособности представителей флоры урбанизированных территорий к аккумуляции тяжелых металлов//Вестник ОГУ,2013, № 10(159). С. 186-189.
7. Галиулин Р.В. Очистка почв от тяжелых металлов с помощью растений/Р. В. Галиулин, Р. А. Галиулина //Вестник Российской академии наук,2008, №3., С. 247-249.
8. Геологический атлас Санкт-Петербурга, СПб, Комильфо, 2009. С. 57.
9. ГН 2.1.7.2511-09 "Ориентировочно-допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве ".
10. ГОСТ 54003-2010 Экологический менеджмент. Оценка прошлого, накопленного в местах дислокации организаций, экологического ущерба. Общие положения.
11. ГОСТ 17.4.4.02-84 Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа.
12. ГОСТ 17.4.3.01-83 Охрана природы (ССОП). Почвы.
13. Горький А.В., Петрова Е.А.Загрязнение почв Санкт-Петербурга тяжелыми металлами.//Российский геоэкологический центр - филиал ФГУГП «Урангео» МПР РФ, СПб, 2007.
14. Горький А.В., Потифоров А.И. «Правил охраны почв в Санкт-Петербурге» (Вторая редакция)//Российский геоэкологический центр - филиал ФГУГП «Урангео» МПР РФ. СПб, 2006
15. ГОСТ 33850-2016 Почвы. Определение химического состава методом рентгенофлуоресцентной спектрометрии
16. Дабахов М.В., Дабахова Е.В., Титова В.И. Экотоксикология и проблемы нормирования //Н. Новгород: Изд-во ВВАГС, 2005. С. 165.
17. Добровольский В. В. Основы биогеохимии: Учебник для студ. высш. учеб, заведений.//М.: Издательский центр «Академия», 2003, С. 400.
18. Добровольский В.В. Роль органических веществ почв в миграции тяжелых металлов//Природа, 2014, №7. С.35-39.
19. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х., Микроэлементы в почвах и растениях: Пер с англ. – М.:Мир,1989, 439с., ил.
20. Кайгородов Р.В., Новоселова Л.В., Мозжерина Е.В Загрязнение почв придорожных газонов г.Перми тяжелыми металлами, их распределение в вегетаивных и генеративных органах и влияние на фртильность и линейные размеры пыльцевых зерен TaraxacumOfficinaleS.L.//Вестник Пермского университета, 2010, №3. С. 30-35.
21. Корельская Т.А., Попова Л. Ф., Тяжелые металлы в почвенно-растительном покрове селитебного ландшафта города Архангельска//Арктика и север, 2012, №7. С. 1-17.
22. Корчагина К.В., Оценка загрязнения городских почв тяжелыми металлами с учетом профильного распределения их объемных концентраций. /Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук, 2014.
23. Куриленко В.В., Изосимова О.С. Эколого-геологической ресурсоведение. СПб.: С.-Петерб. гос. ун-т, 2014.-128с.
24. Куриленко В.В., Осмоловская Н.Г., и др. Экогеологическая характеристика Кронштадта и оценка загрязненности его территории тяжелыми металлами // Вестник СПБГУ. Сер 7. 2015. Вып. 2. – С.107-124.
25. Лебедева О.Ю., Фрумин Г.Т распределение валовых форм тяжелых металлов в почвах Костромской области//Общество. Среда. Развитие., 2010, №3. С.239-242.
26. Морозова Н.А., Прохорова Н. В., Аккумуляция тяжелых металлов в почвах и растениях урбосреды//Университет им. В. И. Вернадского, 2007, №4 (10). С.77-81.
27. МР 2.3.1.1915-04. Рекомендуемые уровни потребления пищевых и биологически активных веществ: Методические рекомендации. - Москва.: Федеральный центр госсанэпиднадзора Минздрава России, 2004. - 46 с.
28. МУК 4.1.776-99
29. Неведов Н.П., Проценко Е.П., Фитоэкстракция цинка растительность урбоэкотопов города Курска в стравнении с культурными растениями//Ученые записки. Электронный научный журнал Курского государственного университета, 2013, №4 (28). С.28-33.
30. Нефедова Е.Д. Отчет по оценке эксплатационных запасов вендского комплекса на участке северной водопроводной станции и водопроводной станции в Кронштадте для нецентрализованного резервного хозяйственно-питьевого водоснабжения северных районов Санкт-Петербурга и г. Кронштадта. Отчет.СПб, Санкт-Петербургское отделение института геоэкологии, 2007, 160 С. (Геологический фонд).
31. Окина О. И. Влияние техногенного загрязнения окружающей среды на микроэлементный состав биосубстратов человека (на примере гг. Гусь-Хрустальный Владимирской области и Подольск Московской области). Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва, 2011
32. ПДН Ф 16.1:2,3:3,11-98. Медодика выполнения измерений содержания металлов в твердых объектах методом спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой, 2005.
33. Прохорова Н.В., Матвеев Н.М. Тяжелые металлы в почвах и растениях в условиях техногенеза//Весник СамГУ, Специальный выпуск, 1996. С.125-147.
34. Почвоведение. Учеб. для ун-тов. В2ч./ Под ред. В.А.Ковды, Б.Г.Розанова.Ч.1.Почва и почвообразование / Г.Д.Белицина, В.Д.Васильевская, Л.А.Гришинаидр. —М.:Высш.шк.,1988.— 400с :ил.
35. Сафонов М.А., Шамраев А.В., Башкатова Е.В., Дволучанская Ю.В. Накопление тяжелых металлов в системе «почва-дерево-гриб» в Южном Приуралье//Вестник Оренбургского государственного университета, 2013, №6 (155). С.127-133.
36. Скальный А. В. Химические элементы в физиологии и экологии человека. - М.: Издательский дом «ОНИКС 21 век»: Мир, 2004. - 216 с., ил.
37. Скальный А. В., Рудаков И. А. Биоэлементы в медицине. - М.: Издательский дом «ОНИКС 21 век»: Мир, 2004. - 272 с., илл.
38. Сорокин Н.Д, Королева Е.Б., Лосева Е.В., Осинцева Н.В. Пособие по вопросам изучения загрязненных земель и их санации.// СПб., 2012. С.119.
39. Хлущевская О.А., Химич Г.З. Экологические проблемы адаптации и здоровье детей. // «Проблемы современной науки» №3, 2012. с. 32-42
40. Dong, Dai, Research on the migration simulation of heavy metal Cr, Pb and Zn in soil of mining area//18th International Conference on Heavy Metals in the Environment, 12 to 15 September 2016, Ghent, Belgium, 2016.
41. Kouame, Dibi. Statistical approach of assessing horizontal mobility of heavy metals in the soil of Akouedo landfill nearly Ebrie Lagoon (Abidjan-Cote D’ivoire)//International journal of conservation science, Vol. 1. 2010, P/149-160.
42. Lawan et al. Study of Vertical Migration of Heavy Metals in Dumpsites Soil//ARPN Journal of Science and Technology, 2012, Vol 2, P. 50-55.
43. Ko, Yan, Wong. Heavy Metal Overloads and Autism in Children from Mainland China and Hong Kong: A Preliminary Study // Environmental Contamination: Health Risks and Ecological Restoration (Edited by Ming H. Wong) 2013 p. 35-46
44. Ghosh, Singh. A Review on Phytoremediation of Heavy Metals and Utilization of It’s by Products // Asian Journal on Energy and Environment.- 2005. - №6. - С. 214-231.
45. Ligocki et all. Common dandelion (Taraxacum officinale) as an indicator of anthropogenic toxic metal pollution of environment//Acta Sci. Pol., Zootechnica, 2011, №10 (4), P.73-82.
46. Petrova, S., L. Yurukova and I. Velcheva. Taraxacum officinale as a biomonitor of metals and toxic elements (Plovdiv, Bulgaria).// Bulgarian Journal of Agricultural Science. 2013, №19(2),P241-247.
47. Prabha, Padmavathiamma, Loretta Y. Li. Phytoremediation Technology: Hyper-accumulationMetals in Plants // Water, Air, Soil, Pollut. – 2007. - №124. – С.105-126.
48. Skalny A. et al. Assessment of hair metal levels in aluminium plant workers using scalp hair ICP-DRC-MS analysis / Journal of Trace Elements in Medicine and Biology (2018)
49. Urban Ecology: patterns, processes and applications. Jari Niemela (editor-in-chief). Oxford University Press, 2011.
50. http://rusnauka.com/8_DNI_2009/Ecologia/43516.doc.htm - материалы всероссийской конференции «Дни науки-2009». Яковишина Т.Ф., Столярова К.Н., Яковенко О.А. Экологические и метеорологические проблемы больших городов и промышленных зон. Перспективы использования фиторемедиации на загрязненных тяжелыми металлами почвах урбанизированных территорий.
51. http://conf.sfukras.ru/sites/mn2011/section14.html - Молодёжь и наука: Сборник материалов VII Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, посвященной 50-летию первого полета человека в космос, 2011. Степанова С.В., Нашивочникова А.Н. Фиторемедиация почв, загрязненных тяжелыми металлами.
52. http://www.kgau.ru/new/all/konferenc/konferenc/2013/b5.pdf - Проблемы современной аграрной науки: материалы международной заочной научной конференции. Коротченко, И.С. Фиторемедиация почв, загрязненных тяжелыми металлами (Co, Ni), 15 октября 2013 г.
53. http://industry-portal24.ru/tyazhelye-metally/4486-svoystva-pochv-vliyayuschie-na-tyazhelye-metally.html -Все о горном деле. Добывающая промышленность. Свойства почв, влияющие на тяжелые металлы.
54. http://elib.sfu-kras.ru/handle/2311/5610 - Степанова, Нашивочникова, Фиторемедиация почв, загрязненных тяжелыми металлами, 2011
55. https://e-ecolog.ru/reestr/doc/1024110– электронный каталог. Проект нормативов предельно допустимых выбросов (ПДВ) загрязняющих веществ в атмосферу для котельных Василеостровского района.