авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Оценка накопления тяжелых металлов в почвах урболандшафтов волгограда

На правах рукописи

СПИРИДОНОВА ИРИНА ВАЛЕРЬЕВНА ОЦЕНКА НАКОПЛЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ УРБОЛАНДШАФТОВ ВОЛГОГРАДА 03.00.27 – почвоведение 03.00.16 – экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Ростов-на-Дону 2009 2

Работа выполнена на кафедре промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности Волгоградского государственного технического университета Научный руководитель доктор биологических наук, доцент Околелова Алла Ароновна

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Колесников Сергей Ильич кандидат биологических наук Горбов Сергей Николаевич Ведущая организация ФГООУ ВПО «Новочеркасская Государственная мелиоративная академия» Зашита состоится «29» декабря 2009 года в 10оо часов на заседании диссертационного совета Д 212.208.16 по биологическим наукам в Научно исследовательском институте биологии Южного Федерального университета (344090, г. Ростов-на-Дону, проспект Стачки, 194/1, кафедра почвоведения, конференц зал), (kravcova_n@mail.ru, факс: (863) 263-87 23).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южного Федерального университета по адресу: 340006, г. Ростов-на-Дону, ул.

Пушкинская, 148.

Автореферат разослан «26» ноября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук, доцент Н.Е. Кравцова

Общая характеристика работы

Актуальность исследований. Основной результат урбанизации – прогрессирующее накопление в почвах поллютантов различного происхождения. Ведущий фактор почвообразования – техногенез, часто «перекрывающий» влияние естественных биоклиматических факторов.

Изучению тяжелых металлов в почве посвящено большое количество исследований. В почвах проанализировано содержание большого числа металлов (А.В. Большаков и др., Д.С. Орлов, Т.М.

Минкина, С.И. Колесников с соавторами, Ю.Н. Водяницкий, Н.В.

Прохорова). В Поволжье активно изучалось накопление тяжелых металлов в почвах (Н.В. Прохорова, Н.М. Матвеев и др.). Подробные исследования имеются по почвам Ростовской области (С.И. Колесников, О.С. Безуглова, Т.М. Минкина), Калмыкии (Ю.А. Мажайский, Л.Х. Саганджиева).

Цель работы – установить характер влияния антропогенеза на состояние почв урболандшафтов промышленно-развитого города, в результате загрязнения почвенного покрова тяжелыми металлами.

Задачи исследования:

Обосновать оптимально допустимые уровни содержания 1.

тяжелых металлов в почвах урболандшафтов.

Определить закономерности накопления тяжелых металлов в 2.

почвах города.

Дать экологическую оценку особенностям накопления 3.

тяжелых металлов в почвах урболандшафтов.

Оценить информативность данных об аккумуляции тяжелых 4.

металлов в почвах.

Положения, выносимые на защиту:

Накопление тяжелых металлов в почве в первую очередь 1.

зависит от близости источника их выброса.

На интенсивность поглощения тяжелых металлов почвой 2.

влияют химические свойства элемента.

Аккумуляция элементов в почве взаимосвязана с ее свойствами 3.

– гумусовым, карбонатным режимом, окислительно-восстановительной средой, структурой, солонцеватостью.

Полиметалльное загрязнение в почве изменяет характер 4.

накопления органических соединений и профильную дифференциацию органического углерода, микробиологическую активность.

Научная новизна исследований. Впервые изучена динамика изменения содержания тяжелых металлов в почвах Волгограда. Впервые исследованы свойства почвенного покрова объектов различной социальной значимости, разно удаленные от источников загрязнения.

Установлена зависимость содержания тяжелых металлов в почвах от близости источника загрязнения и свойств почв. Обоснованы и предложены индикатор оценки содержания тяжелых металлов в почвах – суммарный интегрированный показатель, и модифицированный показатель оценки аккумуляции элементов в почвенном покрове – индекс аккумуляции, разработаны способы их расчета.

Практическая значимость исследований. Предложена новая интерпретация результатов определения содержания валовых форм тяжелых металлов и металлоидов в почве по величине суммарного интегрированного показателя, который может быть использован для объективной оценки аккумуляции элементов и сравнения полученных результатов в различных типах почв. Обоснован модифицированный способ оценки интенсивности аккумуляции тяжелых металлов и металлоидов в конкретном горизонте или слое почвы по показателю индекс аккумуляции. Предлагаемые индикаторы мониторинга загрязнения почв тяжелыми металлами могут служить информативными и объективными показателями при организации контроля за динамикой изучаемых элементов, разработке мероприятий по предотвращению деградации почв. Проведенные исследования и полученные результаты могут быть использованы в учебно-методической работе.

Личный вклад автора. Автору принадлежит постановка проблемы, разработка теоретических положений, методика проведения экспериментальных исследований. Оценка фондовых материалов, обобщение полученных результатов, полевых, лабораторных и экспериментальных исследований выполнена лично автором. Основные положения, выносимые на защиту, получены лично автором. В основу диссертации положены собственные теоретические разработки и научные исследования.



Апробация результатов исследования. Материалы и результаты работы были представлены на научных конференциях аспирантов и молодых ученых ВолгГТУ (2007-2009), доложены и обсуждены на научных конференциях и съезде почвоведов: Всероссийская научно практическая конференция «Проблемы геологии, охраны окружающей среды и управления качеством экосистем» (Оренбург, 2006);

Международная научная конференция «Пространственно-временная организация почвенного покрова: теоретические и прикладные аспекты» (Санкт-Петербург, 2007);

региональная научно-практическая конференция «Музей как центр экологического просвещения: опыт инноваций» (Волгоград, 2007), ХVІІІ и ХІХ краеведческие чтения (Волгоград, 2008, 2009);

Первый международный экологический конгресс «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов ELPIT (Тольятти, 2007);

Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Водохозяйственные проблемы и рациональное природопользование» (Оренбург, 2008);

V съезд Всероссийского общества почвоведов (Ростов-на-Дону, 2008);

ежегодная Всероссийская научная конференция «Научное творчество ХХІ века» (Красноярск, 2009);

ІІ межрегиональная научно-практическая конференция студентов и молодых ученых «Актуальные проблемы государственной молодежной политики», (Волгоград, 2009), ХVI Всероссийская Школа «Экология и почвы» (г. Пущино, ИФХиБПП РАН, 2009).

Исследования проводили в соответствии с планом госбюджетной НИР кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности Волгоградского государственного технического университета, код темы по ГАСНТИ 87.53.13. «Повышение эффективности существующих способов защиты окружающей среды».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ, объемом в 3,75 п. л., в том числе ва изданиях, рекомендованных ВАК-1.

Доля участия автора в публикациях составляет 60 %.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 145 страницах машинописного текста, состоит из введения, 6 глав, выводов и приложений, содержит 55 таблиц и 36 иллюстраций, в том числе в Приложении – 20 таблица и 4 иллюстрации. Список литературы включает 220 работ, в том числе 52 – иностранных.

Содержание работы Глава 1. Особенности накопления тяжелых металлов в почвах урболандшафтов Антропогенный пресс способствует формированию в урболандшафтах хемоземов – почв, подвергшихся химическому загрязнению тяжелыми металлами и металлоидами, содержание которых превышает существующие нормативы. С целью составления научно обоснованных прогнозов возможности накопления тяжелых металлов в почвах и ландшафтах необходимо определить основные факторы, способствующие их аккумуляции.

Глава 2. Объекты и методы исследования Нами были выбраны объекты, различающиеся удаленностью от источника загрязнения, видом землепользования, типом почв.

Мониторинговые площадки были заложены в 2006 году на различном удалении от основного источника загрязнения (ОАО «Химпром», рис. 1).

Основным видом его деятельности является производство химической продукции технического назначения (полимеры, пластификаторы, растворители, синтетические моющие средства, инсектопрепараты).

Загрязнение окружающей среды происходит в основном за счет выбросов в атмосферу поллютантов органической и неорганической природы.

Санаторий «Волгоград» (т.10) Кардиоцентр (т.6) Санитарно-защитная зона Лапшин сад Лапшин сад ОАО «Химпром» (т.1) 90 (т.2) Григорова балка Парк «Дружба» (т.16) Соленый пруд (т.18) (т.14) Высота рельефа, м Рис. 1. Расположение исследуемых объектов Контроль содержания элементов проводили в течение четырех лет – с 2006 по 2009 годы. Графическую часть работы выполняли с помощью прикладных программ Microsoft office Word, Microsoft office Excel, Microsoft office Power point, Microsoft office Visio, CorelDraw, Photoshop.

Лабораторно-аналитические исследования выполнены с использованием общепринятых в экологии и почвоведении методов на кафедре промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности ВолгГТУ.

Отбор почвенных образцов проведен согласно существующим ГОСТам.





Атомно-адсорбционным методом на приборе «СПЕКТ-5» определяли Pb, Cd, Zn, Cu, Co, Ni. Анализ почв на содержание ртути (Hg) проводили атомно-адсорбционным методом на приборе «Юлия-МК». Мышьяк (As) в почве определяли на фотоколориметре «ФЭК-3».

Глава 3. Природно-климатические условия Волгоград расположен на Приволжской возвышенности, постепенно понижающейся к югу. В пределах городской черты овраги и балки занимают около 5 % всех городских земель. Для климата Волгограда характерно при обилии тепла и света малое количество осадков (318 мм за год), выпадающих в виде кратковременных ливней.

Глава 4. Свойства почв урболандшафтов Сумма поглощенных катионов в исследуемых почвах изменяется в широком диапазоне – от 7,30 до 77,83 мг-экв/100 г почвы. Наименьшие величины выявлены в почвах Григоровой балки. Диапазон изменения содержания поглощенного натрия в исследуемых почвах – 0,05-1,13 мг экв/100 г почвы. Эти величины не типичны для сухостепной зоны каштановых почв. Минимальное поглощение натрия в исследуемых почвах можно объяснить вытеснением его другими катионами, в частности, тяжелыми металлами, приток которых на почвенный покров в условиях урболандшафтов и источников загрязнения постоянен.

Окислительно-восстановительные условия обуславливают особенность процессов почвообразования. Для исследуемых почв характерно изменение рН от слабокислой в почвах санатория «Волгоград» (6,24) и Кардиоцентра (6,40), нейтральной (6,24-7,27) и слабощелочной (7,70-8,12). Наиболее высокая щелочность характерна для светло каштановой почвы санитарно-защитной зоны ОАО «Химпром» (санитарно-защитная зона ОАО «Химпром»), которая достигает 8,03 и светло-каштановой почвы Лапшин сада – 8,12.

Карбонатность почв, степень их выщелоченности являются индикаторами классификационного различия почв (Вальков и др., 2007).

Низкое содержание карбонатов кальция в исследуемых почвах – четко выраженная провинциальная особенность антропогенно нарушенных почв урболандшафтов. Светло-каштановые почвы соседнего Городищенского района высококарбонатны, вскипают с поверхности.

Плотность почв колеблется от 1,01 до 1,04 г/см3. Плотность твердой фазы незначительно варьирует в пределах 2,11 -2,30 г/см3, что типично для исследуемых почв. В исследуемых почвах порозность изменяется от 51 до 62 %. Большая порозность выявлена в светло-каштановой супесчаной почве санитарно-защитной зоны ОАО «Химпром». Порозность аэрации в почвах урболандшафтов изменяется в диапазоне 31-49 %.

Лучшая оструктуренность почв Григоровой балки – фактор, способствующей меньшему накоплению в ней поллютантов.

Содержание органического углерода определяли в почвах санитарно защитной зоны ОАО «Химпром» и Григоровой балки за 2007-2009 годы на приборе «Флюорат». В почвах, отобранных в 2009 году, дополнительно определяли Сорг методом И.В. Тюрина (табл. 1.).

Таблица 1. Содержание органического углерода в почвах, % 2007 г. 2008 г. 2009 г.

Гори Объект зонт Флюорат Флюорат По Тюрину Санитарно-защитная А1 2,45 2,47 1,68 2, зона ОАО В1 2,65 2,58 1,82 1, «Химпром» А1 1,76 1,88 1,56 0, Григорова балка В1 1,53 1,71 1,36 0, Отчетливо видно преобладание органического углерода за все годы наблюдений в почве санитарно-защитной зоны ОАО «Химпром».

Наблюдается тенденция к его снижению к 2009 году. Уменьшение разброса между максимальными и минимальными значениями может говорить о снижении интенсивности процессов трансформации органических соединений. Большая обуглероженность выявлена в иллювиальном горизонте светло-каштановой почвы санитарно-защитной зоны ОАО «Химпром». В почве памятника природы Григорова балка доля углерода снижается с глубиной.

В светло-каштановой легкосуглинистой почве на целине содержание Сорг составляет 0,65 %. Превышение этих значений в 3-4 раза в аналогичной светло-каштановой почве санитарно-защитной зоны ОАО «Химпром» можно объяснить привносом органических соединений, источником которых являются выбросы цехов, производящих синтетические моющие средства, полимеры и пластификаторы. В светло каштановой почве санитарно-защитной зоны ОАО «Химпром» при определении углерода по методу И.В. Тюрина получены более высокие значения, чем на приборе «Флюорат-02-3М Люмекс», в лугово-каштановой почве Григоровой балки – значительно меньшие.

Заниженное содержание органического углерода, при его определении методом И.В. Тюрина можно объяснить образованием элементоорганических соединений с тяжелыми металлами, которые трудно поддаются окислению бихроматом калия.

При изучении микробиологических свойств почв было установлено, что наиболее активными являются бактерии Bacillus sp. и Azotobacter sp.

Активность микроорганизмов в почве санитарно-защитной зоны ОАО «Химпром» вдвое ниже, чем в почве Григоровой балки.

Загрязнение почв тяжелыми металлами приводит к снижению численности азотфиксирующих бактерий, что С.И. Колесников с соавторами (2006) объясняют токсичностью поллютантов.

Глава 5. Динамика изменения содержания тяжелых металлов в почвах урболандшафтов Для оценки антропогенной нагрузки нами были определены валовые формы тяжелых металлов (Zn, Cu, Hg, Cd, Co, Ni, Pb) и металлоида (As), (далее для сокращения – тяжелые металлы) в гумусовых горизонтах (А1, В1) исследуемых почв. Указаны значения кларка и фона, а также диапазон изменения содержания валовых форм тяжелых металлов для Волгограда (табл. 2.).

Ртуть. Пределы колебаний в незагрязненных почвах ртути – 0,01 0,7 мг/кг (Орлов, и др., 2005). В исследуемых почвах Волгограда доля ртути невысока и составляет 0,006-0,068 мг/кг. Наибольшая ее аккумуляция за четыре года отмечена в почве санитарно-защитной зоны ОАО «Химпром», особенно в 2007 году и достигает величины 0,68 мг/кг.

Почва Григоровой балки отличается практически неизменным содержанием этого элемента.

Свинец. А.П. Виноградов предложил кларк свинца, равный 10 мг/кг.

В почвах исследованных объектов доля свинца находится в широком диапазоне – от 2,46 до 34,30 мг/кг. Максимальная его концентрация выявлена в почве санитарно-защитной зоны ОАО «Химпром» в 2009 году – 34,30 мг/кг. Наименьшая доля свинца за все годы наблюдений характерна для почв Григоровой балки (2,46-9,70 мг/кг).

Кадмий. Концентрация кадмия в почве колеблется в диапазоне от 0,2-1,0 (Учватов, 1984) до 3-5 мг/кг в странах Западной Европы (Мильков, 1984, Тарасов и др., 1985). Его содержание изменяется в исследуемом почвенном покрове в диапазоне 0,06-1,07 мг/кг, Наибольшее значение в почве санитарно-защитной зоны ОАО «Химпром» (2006 г.). Наименьшая его концентрация – в почве «Григоровой балки (0,07-0,16 мг/кг).

Таблица 2. Нормативы тяжелых металлов и мышьяка в почве, мг/кг Фон Элемент Кларк ПДК ОДК Max Min 34,30 2,46 10 16 32 Pb Нет 1,07 0,06 0,16 0,5 Cd 488,7 5,49 50 54 55 Zn 182,0 2,48 20 20 33 Cu 0,068 0,006 0,10 0,15 2,1 Hg 12,7 0 5 5,2 2 As 9,96 0,39 8 12 - Co 33,0 1,76 40 35 20 Ni Примечание: 1 – Письмо Минприроды РФ № 04-25, Роскомзема № 61 5678 от 27.12. Цинк. Фоновое содержание цинка в почвах Волгоградской области составляет 25-65 мг/кг (Дегтярева, 1970). В почвах исследуемых объектов доля цинка колеблется в широком интервале от 5,49 до 488,70 мг/кг. В почве санитарно-защитной зоны ОАО «Химпром» концентрация цинка превышает ПДК и ОДК. Наименьшие величины цинка отчетливо выявлены в почве Григоровой балки (8,75-15,50 мг/кг).

Мышьяк. Кларк мышьяка в почвах мира по А.П. Виноградову составляет 5 мг/кг (Добровольский, 2003). В почвах исследуемых объектов доля мышьяка изменяется в диапазоне 0-12,7 мг/кг. Наименьшие величины этого элемента в почве Григоровой балки, но за четырехлетний период доля мышьяка увеличивается до 5,40 мг/кг.

Кобальт. Природное содержание кобальта в поверхностном почвенном слое изменяется в широких пределах: от 1 до 40 мг/кг (Мажайский). Фоновое содержание кобальта в почвах Волгоградской области составляет 0,40-4,0 мг/кг (Дегтярева, 1970). В почвах урболандшафтов доля кобальта колеблется в интервале от 0,39 до 9, мг/кг. Наименьшие значения характерны для почв Григоровой балки.

Никель. Кларк по А.П. Виноградову равен 40 мг/кг. В почвах исследуемых объектов доля никеля колеблется в интервале от 1,76 до 33,00 мг/кг. Наибольшее значение никеля характерно для почв санитарно защитной зоны ОАО «Химпром», наименьшее – в почвах Григоровой балки.

Медь. Нормативы концентрации меди в почвах России изменяется от 23 до 55 мг/кг (Натаров, 1998,Учватов, 1984 (Хрусталева, 1985). Фоновое содержание меди в почвах Волгоградской области составляет 1,5-30 мг/кг (Дегтярева, 1970). Доля меди в почвах исследуемых объектов изменяется в широком диапазоне – 2,48-182,00 мг/кг. Максимальное ее значение выявлено в почве санитарно-защитной зоны ОАО «Химпром» в течение всего периода наблюдений и достигает 182,00 мг/кг (табл.3.).

Таблица 3. Оценка нормативных значений тяжелых металлов и мышьяка в почве, мг/кг Элемент Кларк Фон ПДК ОДК Pb Cd Zn Cu Hg As - Co Ni Д.С. Орлов с соавторами установил, что среднее содержание элементов в почве убывает в ряду (2005): Zn Cd Hg.

В исследуемых нами образцах почв эта зависимость сохраняется, но ряд можно расширить. По полученным результатам был построен аккумулятивный ряд. Селективность ионного обмена можно описать следующей последовательностью:

Zn Pb Ni Cu As Co Cd Hg.

Установленную нами последовательность можно объяснить химическими свойствами элементов. Zn, Cd и Hg – элементы подгруппы цинка, полные аналоги, каждый в своем периоде. Потенциал ионизации ртути самый высокий в своей группе (Ахметов, 1969). Соединения свинца в обычных условиях устойчивы по отношению к воздуху и воде. Его соединения амфотерны, что может свидетельствовать об их устойчивости при изменении окислительно-восстановительных условий (Ахметов, 1969).

Сорбция кадмия в щелочной среде снижается (Kabata-Penias, 2000;

Laxen, 1985). Этим можно объяснить его меньшее содержание в почве по сравнению с цинком. Никель относится к элементам, легко образующим катионные и анионные комплексы (Ахметов,1969, Kabata-Рenias, 2000), что делает его соединения относительно более устойчивым по сравнению с другими элементами правой части селективного ряда. Химическая активность меди невелика. В отсутствии окислителей ее соединения устойчивы по отношению к основаниям. Соединения кобальта растворимы, этим можно объяснить его более высокую подвижность и меньшее содержание по сравнению с другими элементами левой части селективного ряда (Ахметов, 1969). Мышьяк имеет несколько аллотропных форм. Неметаллическая модификация менее устойчива, чем металлическая. В обычных условиях металлическая модификации устойчива по отношению к воздуху и воде (Ахметов, 1969). Положение мышьяка в рассмотренном нами ряду можно объяснить преобладанием неметаллической формы.

Максимальная степень загрязнения почв тяжелыми металлами выявлена в санитарно-защитной зоне ОАО «Химпром» на территории санитарно-защитной зоны ОАО «Химпром». В почве Соленого пруда, расположенного ближе всего к зоне влияния ОАО «Химпром», выявлена большая концентрация свинца, кобальта, преобладание других элементов.

Существенно снижены по сравнению с другими урболандшафтами концентрации Pb, Zn, Cu, Co, Ni в почве памятника природы Григорова балка. Мышьяк, ртуть и кадмий также имеют невысокие значения.

Показатели суммарного накопления в почве контролируемых элементов характеризуют запас в почвах образованных ими соединений в основном техногенного происхождения (Мотузова, Безуглова, 2007).

Степень концентрации тяжелых металлов в почве позволяет расположить объекты в следующем порядке:

Санитарно-защитная зона ОАО «Химпром» Соленый пруд Кардиоцентр лугово-каштановая почва Лапшин сада санаторий «Волгоград» светло-каштановая почва Лапшин сада Григорова балка.

В почве санитарно-защитной зоны ОАО «Химпром» выявлено значительное превышение доли поллютантов органического происхождения. Накопление загрязняющих веществ органической и неорганической природы подстегивают процесс их обоюдного закрепления в почве, в результате образования элементорганических соединений.

Лучшее экологическое состояние лугово-каштановой почвы Григоровой балки можно объяснить тем, что этому способствуют «благоприятные» факторы – большая удаленность от источника выброса и возможность выщелачивания поллютантов, по сравнению со светло каштановой почвой санитарно-защитной зоны ОАО «Химпром».

Глава 6. Параметры оценки накопления валовых форм тяжелых металлов в почве Известные ученые обосновали положение о том, что «нормирование содержания ТМ в почве необходимо проводить на основе почвенно экологических принципов, которые отрицают возможность нахождения единых значений для всех типов почв» (Вальков и др., 2001, с. 152). К параметрам, которые не учитывают класс опасности можно отнести показатель суммарного загрязнения (Белых и др., 2006), индекс загрязнения почвы (ИЗП), предложенный Воронцовым (2004), они основаны на нормировании приращения каждого элемента к фону.

Показатель Ю.Е. Саета (1990) классифицирован по степени опасности, учитывает количество поллютантов. При использовании данных показателей существуют разночтения, вызванные следующими причинами: определение всех элементов, включая обедненные по сравнению с фоном, что противоречит смыслу понятия загрязнения, – считают С.Г. Выборов с соавторами (2004);

учет только накапливающихся элементов с использованием граничных значений (Кашулина и др., 2007, Большаков и др., 1999).

Ю.А. Водяницкий (2008) вводит поправочный коэффициент на токсичность, в результате формула расчета суммарного показателя будет иметь следующий вид:

с=(Ккi Ктi) – (п – 1), где (1) Ккi – отношение концентрации данного элемента к фоновой его концентрации в почве, Ктi – коэффициент токсичности каждого элемента, п – число определенных веществ, относящихся к данному классу опасности.

Для оценки экологической ситуации Т.Ф. Тарасова и Н.С. Тарасова (2009) предлагают экотоксикологический показатель (Эс) оценки качества почв и формулу его расчета:

Эс = К1 + К2 +… Кп, где (2) К1,К2… Кп – кратность превышения ПДК конкретного загрязняющего вещества для веществ различного класса опасности.

Область применения данного показателя ограничена по нескольким причинам: за основу берется превышение концентрации по отношению к ПДК;

если отсутствует превышение ПДК, то, «токсичность» не будет выявлена;

не учитывается эмерджентность, которая проявляется не зависимо от того, превышает какой-либо поллютант ПДК, или нет;

если в почве присутствуют элементы различных классов опасности, то получится два и более экотоксикологических показателя. Фактически мы, таким образом, оцениваем накопления элементов одного класса опасности раздельно, но не состояние самой почвы. Применение данных способов оценки экологической ситуации не совсем объективно, так как необходимо определять степень загрязнения почв элементами различного класса опасности, в результате получится несколько значений.

В связи с этим мы предлагаем использовать в качестве новых нормативов показатели, основанные на пересчете содержания валовых форм тяжелых металлов на абсолютно сухую почву, с учетом плотность почв, мощности горизонтов, иными словами учет запасов тяжелых металлов в определенном слое.

Суммарный интегрированный показатель. Критериально значимым лимитирующим показателем при нормировании экотоксикантов может быть такой показатель, который оценивает стабильность нахождения данного соединения в почве. Используя его можно экспериментально определить «запасы» загрязнителей и допустимые уровни их накопления.

Предлагаем для определения содержания одного или нескольких поллютантов металлической природы и мышьяка в почве ввести суммарный интегрированный показатель (сигма, мг/100 г абс. сухой почвы, рис.2.).

По величине сигма состояние почвы санитарно-защитной зоны ОАО «Химпром» в 2007 г. – оценивается как экстремальное, в 2009 году – опасное. Загрязнение почв Григоровой балки в 2006 году не превышает безопасный уровень, в последующие годы – допустимый.

мг/100г почвы 80, 70, 60, 50, 40, 2008 30, 20, 10, 0, Сан.-защ. зона Сан.-защ. зона Григорова Григорова "Химпром",А1 "Химпром",В1 балка,А1 балка,В Рис. 2. Суммарный интегрированный показатель,, мг/100 г абс. сух. почвы Индекс аккумуляции. Существует несколько способов оценки степени аккумуляции элементов в почвенном профиле. Геохимики применяют коэффициент радиальной дифференциации R относительно почвообразующей породы (Гаврилова и др., 1980). Метод сравнения содержания тяжелых металлов в гумусовом горизонте и почвообразующей породе разработали В.Д. Муха с соавторами (1998). Их соотношение зависит от генетических особенностей и гранулометрического состава почв и пород. В.Б. Ильин (1995) считает возможным оценивать концентрацию тяжелых металлов по их валовому содержанию путем сравнения с местным фоном;

а также сравнение концентраций элементов в горизонте А1 и С. Для этого необходима гомогенность субстрата и отсутствие нисходящей миграции по профилю, – считает автор.

Выше перечисленные показатели затрудняют и усложняют их применение для оценки степени загрязнения из-за необходимости определять содержание элементов в породе.

Величина плотности почвы связана с ее структурным состоянием, сложением (Вальков и др., 2006). Определение запасов тяжелых металлов в почве с учетом ее плотности – характеристика, позволяющая объективно сравнивать их содержание в различных типах почв, отличающихся по количественным и качественным показателям.

Для выявления возможности аккумуляции тяжелых металлов в почве мы предлагаем рассчитывать запас токсикантов – индекс аккумуляции, Iak (мг/см2), и использовать его в оценочных целях:

Iak= 10-3ТМd h;

где (3) d – плотность почвы, г/см3;

h – мощность горизонта, см, ТМ – концентрация тяжелых металлов в данном слое или горизонте почвы (одного или нескольких), мг/кг;

10-3 – коэффициент пересчета.

По индексу аккумуляции Iак (рис. 3.) состояние почв санитарно защитной зоны ОАО «Химпром» в 2007 году – оценивается как экстремальное, в 2009 году – опасное. Почвы Григоровой балки за четыре года наблюдений не превышают безопасный уровень.

По предложенной нами градации почвы санитарно-защитной зоны ОАО «Химпром» подвержены интенсивному антропогенному прессу, который оценивается как опасное и экстремальное их состояние. Для почв Григоровой балки уровень антропогенной нагрузки можно оценить как безопасную.

А1 В А1 В1 20 0, 1,5 0, 2,1 20 0, 2,7 0, 9,5 20 20 0, 20 1,9 0, 2,8 0, 4,0 0, 7, Григорова балка Санитарно-защитная зона ОАО «Химпром» Рис. 3. Индекс аккумуляции, Iak, мг/см Нами также предложена градация состояния почв по величине данных показателей (рис. 4.).

Суммарный интегральный Индекс Характеристика показатель,, аккумуляции, Iак, мг/см мг/100г абс.сух.почвы 0-5 0-2 Безопасный 2-4 Допустимый 5- 4-6 Диапазон толерантности 20- 40-60 6-8 Опасный 8-10 Экстремальный 60- Рис. 4. Градация почв по величине сигма и индексу аккумуляции В отличие от научно и теоретически обоснованных показателей (ПДК, ОДК и другие) нами предложены индикаторы, которые учитывают важнейшие и легко определяемые свойства каждого конкретного почвенного индивидуума – мощность горизонта, плотность и влажность.

Их можно использовать для выявления степени накопления и аккумуляции отдельно каждого или любого числа элементов.

ВЫВОДЫ 1. Наибольшая доля поглощенных оснований в почве санитарно защитной зоны ОАО «Химпром», наименьшая – в почве Григоровой балки. Более высокая щелочность и доля карбонатов в почвах Лапшин сада и санитарно-защитной зоны ОАО «Химпром», наименьшая – в почвах Григоровой балки и Кардиоцентра. Значения плотности, плотности твердой фазы почвы, общей порозности типичны для исследуемых почв, являются стабильным показателем оценки их свойств. Лучшая структура в почве Григоровой балки.

2. Содержание органического углерода превышает фоновые значения и выше в почве санитарно-защитной зоны ОАО «Химпром», за счет более высокой доли органических соединений антропогенного происхождения.

Профильное распределение углерода в исследуемых почвах различно. В почве санитарно-защитной зоны ОАО «Химпром» отмечено максимальное его накопление в иллювиальном горизонте, в почве Григоровой балки – равномерное снижение с глубиной. Снижение обуглероженнсти почв в период наблюдений (с 2007 к 2009 году) можно объяснить способностью почв к самоочищению, активизацией микробиологической деятельности.

3. Выявлена большая микробиологическая активность в лугово каштановой почве Григоровой балки по сравнению со светло-каштановой почвой санитарно-защитной зоны ОАО «Химпром», что является мощным фактором детоксикации почв. Активность микроорганизмов с увеличением загрязнения почв нефтепродуктами снижается.

4. Тяжелые металлы изменяют карбонатный режим, способствуют снижению доли поглощенного натрия, изменяют профильную дифференциацию органического углерода, ухудшают оструктуренность почвы, способствуют накоплению поллютантов органического происхождения (более чем на 60 % по сравнению с целиной), снижают микробиологическая активность. Накопление поллютантов органической и неорганической природы подстегивают сам процесс их обоюдного закрепления в почве, в результате образования элементорганических соединений.

5. Концентрации тяжелых металлов – цинка, меди и металлоида – As превышают в исследуемых почвах урболандшафтов нормативные величины – кларк, фон, ПДК, ОДК. Содержание свинца превышает кларк, фон, ПДК. Концентрация кадмия превышает фоновые значения и ПДК, никеля – ПДК. Для кобальта значения ПДК и ОДК не определены, его концентрация превышает кларк и фон. Ртуть не превышает установленных для нее нормативов.

Максимальное накопление тяжелых металлов выявлено за четыре года наблюдений в почве санитарно-защитной зоны ОАО «Химпром».

Наименьшая концентрация рассмотренных элементов в почве памятника природы Григорова балка.

6. Селективность ионного обмена описывается следующей последовательностью: Zn Pb Ni Cu As Co Cd Hg и обусловлена химическими свойствами элементов. Степень концентрации тяжелых металлов в почве позволяет расположить объекты в следующем порядке:

Санитарно-защитная зона ОАО «Химпром» Соленый пруд Кардиоцентр лугово-каштановая почва Лапшин сада санаторий «Волгоград» светло-каштановая почва Лапшин сада Григорова балка.

7. Нами предложены показатели, которые учитывают важнейшие и легко определяемые свойства каждого конкретного почвенного индивидуума – мощность горизонта, плотность и влажность. Их можно использовать для определения степени накопления и аккумуляции отдельно каждого или любого числа элементов, они позволяют сравнить данные различных авторов. Новые показатели оценки загрязнения почв тяжелыми металлами и металлоидами (одним или несколькими) – суммарный интегрированный показатель () и индекс аккумуляции (Iак) дают возможность оценить степень экологического неблагополучия почв.

Разработаны способы их расчета. Обоснована шкала градации этих показателей.

8. По величине сигма состояние почвы санитарно-защитной зоны ОАО «Химпром» в 2007 г. оценивается как экстремальное, в 2009 году – опасное. Загрязнение почв Григоровой балки в 2006 году не превышает безопасный уровень, в последующие годы – допустимый.

По индексу аккумуляции Iак состояние почв санитарно-защитной зоны ОАО «Химпром» в 2007 году оценивается как экстремальное, в 2009 году – опасное. Почвы Григоровой балки за четыре года наблюдений не превышают безопасный уровень.

По предложенной нами градации почвы санитарно-защитной зоны ОАО «Химпром» подвержены интенсивному антропогенному прессу, который оценивается как опасное и экстремальное их состояние. Для почв Григоровой балки уровень антропогенной нагрузки можно оценить как безопасный.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ 1. Предлагаем для оценки загрязнения почв одним или несколькими поллютантами ввести суммарный интегрированный показатель (сигма, мг/100 г абс. сухой почвы).

2. Для выявления возможности аккумуляции поллютантов (тяжелых металлов и металлоидов) предлагаем показатель: индекс аккумуляции (Iak мг/см2), и формулу его расчета.

Список публикаций 1. Владимцева, И.В. Исследование роста культур Bacillus sp. и Azotobacter sp. в условиях нефтезагрязнения [Текст] / И.В. Владимцева, И.В. Соколова, И.В. Спиридонова // Естественные и технические науки. 2008. - № 5. - C. 76-79 (30 %, 0,25 п. л.).

2. Надточий, И.В. Методы снижения токсичности люизита [Текст] / И.В. Надточий, А.А. Околелова // Процессы и оборудование экологических производств: Тез. докл. VI традиционной науч.-техн. конф.

стран СНГ / ВолгГТУ и др. - Волгоград, 2002. - C. 158-161 (60 %, 0,25 п.

л.).

3. Надточий, И.В. Валовые формы тяжелых металлов в почвах природных объектов Волгограда [Текст] / И.В. Надточий, А.А. Околелова // Известия Нижневолжск. агроуниверситетского комплекса. Серия «Наука и высшее профессиональное образование». - 2006. - № 4. - C. 28-31 (60 %, 0,25 п. л.).

4. Надточий, И.В. Природные ландшафты объектов здравоохранения Волгограда [Текст] / И.В. Надточий // Естествознание и гуманизм: сб. науч.

работ «Современный мир, природа и человек». - Томск, 2006. - Т. 3, № 3. C. 12 (100 %, 0,06 п. л.).

5. Надточий, И.В. Анализ экологической ситуации в урболандшафтах г. Волгограда [Текст] / И.В. Надточий, А.А. Околелова // Альманах-2007: [сб. тр.] / Междунар. акад. авторов науч. открытий и изобретений (МААНОИ), Волгогр. отд-ние [и др.]. - Волгоград, 2007. - C.

113-116 (60 %, 0,25 п. л.).

6. Околелова, А.А. Об оценке загрязнения почв Волгограда тяжлыми металлами [Текст] / А.А. Околелова, В.М. Шишкунов, И.В. Надточий // Современные проблемы загрязнения почв: сб. матер. II междунар. науч.

конф., Москва, 28 мая - 1 июня 2007 г. / МГУ им. М.В.Ломоносова, Фак-т почвоведения [и др.]. - М., 2007. - Т. 2. - C. 137-140 (50 %, 0,25 п. л.).

7. Надточий, И.В. Обследование рекреационных ландшафтов южной части Волгограда [Текст] / И.В. Надточий, А.А. Околелова // Изв.

Пензенского гос. пед. ун-та им. В.Г. Белинского. Сектор молодых учных.

- 2007. - № 3. - C. 296-298 (60 %, 0,19 п. л.).

8. Надточий, И.В. Природная и антропогенная дифференциация почвенного покрова южных районов Волгограда [Текст] / И.В. Надточий, А.А. Околелова // Музей как центр экологического просвещения: опыт инноваций: сб. матер. регион. н.-пр. конф., Волгоград, 27-28 сент. 2007 / Волгогр. обл. краевед. музей. - Волгоград, 2007. - C. 72-78 (60 %, 0,5 п. л.).

9. Надточий, И.В. Тяжлые металлы в природных объектах Волгограда [Текст] / И.В. Надточий, А.А. Околелова, В.М. Шишкунов // Пространственно временная организация почвенного покрова:

теоретические и прикладные аспекты: матер. междунар. науч. конф., С. Петербург, 1-3 марта 2007г. / С.-Петерб. гос. ун-т [и др.]. - СПб., 2007. - C.

470-472 (50 %, 0,19 п. л.).

10. Экологические проблемы охраны почв [Текст] / В.Н. Шишкунов, М.А. Мытарев, В.Н. Кретинин, А.А. Околелова, И.В. Надточий // Доклад о состоянии окружающей среды Волгоградской области в 2006 году / Адм.

Волгогр. обл., Комитет охраны природы [и др.]. - Волгоград, 2007. - C. 46 53 (20%, 0,57 п. л.).

11. Околелова, А.А. Антропогенное воздействие на почвенный покров природных объектов Волгограда [Текст] / А.А. Околелова, И.В. Надточий // Водохозяйственные проблемы и рациональное природопользование:

матер. всерос. н.-пр. конф. с междунар. участ., 13-15 марта / Оренбург. гос.

ун-т, Перм. гос. ун-т [и др.]. - Оренбург;

Пермь, 2008. - Ч. II. - C. 297- (60 %, 0,31 п. л.).

12. Надточий, И.В. Валовые формы тяжлых металлов городских почв [Текст] / И.В. Надточий // Материалы V съезда Всероссийского общества почвоведов им. В.В. Докучаева, г. Ростов-на-Дону, 18-23 августа 2008 г. / Южный федеральный ун-т. – Ростов-на-Дону, 2008. - C. 445 (100 %, 0,06 п.

л.).

13. Околелова, А.А. Состояние почв зелных зон южной части Волгограда [Текст] / А.А. Околелова, И.В. Надточий // Стрежень: науч.

ежегодник / ВолГУ [и др.];

под ред. М.М. Загорулько. - Волгоград, 2008. Вып. 6. - C. 33-35 (60 %, 0,19 п. л.).

14. Надточий, И.В. Тяжлые металлы в почвах как показатель интенсивности антропогенной нагрузки г. Волгограда [Текст] / И.В.

Надточий // Вопросы краеведения. Вып. 11: матер. XVIII и XIX краевед.

чтений / Волгогр. обл. краевед. музей [и др.]. - Волгоград, 2008. - C. 13- (100 %, 0,31 п. л.).

15. Чаплынская, К.С. Содержание Hg, Pb, As, Cu Cd в почвах и их химические свойства [Текст] / К.С. Чаплынская, И.В. Спиридонова // Шестнадцатая Всероссийская Школа «Экология и почвы». «Роль абиотических факторов в почвообразовании. 5-8 октября. - Пущино, 2009. C. 57-58 (50%, 0,12 п. л.).

Термины, сокращения, используемые в работе Индекс аккумуляции, Iак – показатель накопления поллютантов в почве, учитывающий мощность горизонта и плотность каждого конкретного почвенного индивидуума, мг/см2.

Суммарный интегрированный показатель, (сигма) – показатель определения степени загрязнения почв тяжелыми металлами, мг/100 г абсолютно сухой почвы.

ОДК – ориентировочно допустимая концентрация загрязняющего вещества в почве, мг/кг.

ПДК – предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества в почве, мг/кг.

ППК – почвенно-поглощающий комплекс.

ТМ – тяжелые металлы.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.