Содержание
Введение 5
Глава 1 Обзор литературы 7
1.1 Общая характеристика экологической обстановки Московского мегаполиса 7
1.2 Экологическая опасность транспортно-дорожного комплекса 15
1.3 Экотоксикология тяжелых металлов 19
1.3.1 Источники поступления тяжелых металлов 19
1.3.2 Влияние тяжелых металлов на систему почва – растения 21
1.3.3 Методы определения тяжелых металлов 24
Глава 2 Объекты и методы исследования 28
2.1 Объект исследования 28
2.2 Краткая характеристика и история объекта исследования 28
2.3 Характеристика природных условий объекта исследования 30
2.3.1 Климатические условия 30
2.3.2 Рельеф и почвы 30
2.3.3 Характеристика лесного и растительного фонда 31
2.4 Отбор почвенных и растительных образцов 31
2.5 Методы исследования 33
2.5.1 Определение органического вещества в почве 33
2.5.2 Определение pH солевой вытяжки KCl в почве 35
2.5.3 Определение валового содержания свинца и кадмия в почве 37
2.5.4 Определение содержания подвижных форм соединений свинца и кадмия в почве 38
2.5.5 Определение содержание свинца и кадмия в растениях 39
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Глава 3 Результаты исследований и их интерпретация 41
3.1 Агрохимическая характеристика почвы 41
3.2 Содержания валового количества и подвижных форм свинца и кадмия в почве 43
3.3 Содержание тяжелых металлов Pb и Cd в растительности 50
Выводы 58
Библиографический список 60

Работа № 4085. Это ОЗНАКОМИТЕЛЬНАЯ ВЕРСИЯ работы, цена оригинала 1000 рублей. Оформлен в программе Microsoft Word.

Оплата. Контакты

Введение
В последние десятилетия в связи с быстрым развитием автомобильного транспорта существенно обострились проблемы воздействия на окружающую среду. Транспортно-дорожный комплекс в настоящее время является мощным источником техногенного загрязнения окружающей природной среды. По данным Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды в России за последние 10 лет ежегодные поступления в атмосферу загрязняющих веществ от передвижных источников составили около 89из 35 млн.т вредных выбросов.
Влияние автодороги как источника антропогенного вмешательства в природно-территориальный комплекс проявляется в длительном воздействии загрязняющих веществ образующихся при сгорании топлива или эксплуатации автомобиля которые оседают по краям дорожного полотна аккумулируясь на поверхности и мигрируя по почвенному профилю [16].
На территориях прилегающих к автомагистральным полосам особую угрозу представляет загрязнение продуктами эмиссии автотранспорта что негативно влияет на состояние растений. Под влиянием выбросов происходит ингибирование роста главных побегов растений сокращения площади листьев и накопления сухой массы что в результате приводит к ухудшению экологического качества и снижению продуктивности растений [16].
Принимая во внимание опасность действия автомобильного транспорта в настоящее время отмечается недостаточная изученность данной проблемы поэтому целью работы является изучение влияния Киевского шоссе в юго-западной части Московского региона на почвы и растительность прилегающей территории поселения Московский. Для решения этой проблемы были поставлены следующие задачи
1 Определить агрохимические показатели кислотность pH содержание гумуса
2 Изучить валовое содержание тяжелых металлов свинец кадмий в почве на разном удалении 550 150300450 м от Киевского шоссе
3 Проанализировать концентрацию подвижных форм свинца и кадмия в верхнем 2-8см слое почвы на разном удалении 5-450 м от автомагистрали
4 Определить содержание тяжелых металлов свинец кадмий в растительности дикорастущих и древесных насаждениях на разном удалении 550 150300450 м от Киевского шоссе
5 Рассчитать транслокационный показатель в зависимости от разных экологических факторов среды гумус кислотность на разной удаленности
6 Разработать мероприятия по снижению негативного воздействия на состояние территории поселения Московский.
Глава 1 Обзор литературы
1.1 Общая характеристика экологической обстановки Московского мегаполиса
В настоящее время экологическое состояние города Москвы как и в любом другом мегаполисе является неудовлетворительным. Это свидетельствует о стремительном развитии промышленных предприятий огромном потоке автотранспорта и перегруженности транспортных магистралей.
Доля загрязнения автомобильным транспортом по Москве в среднем составляет около 70-80. Причинами сложившейся ситуации является
1 увеличение количества автотранспортных средств
2 стояние в пробках и на светофорах со скоростью 30 кмч что приводит к увеличению объема выбросов в 25 раза за счет режима работы двигателя оптимальный режим работы двигателя обеспечивается на скорости 70-90 кмч
3 около 60 выбросов от автотранспорта поступают в атмосферу от холостого пробега машин
4 низкое качество применяемого топлива
5 некачественное состояние технического обслуживания автомобилей
6 наличие свинцовых добавок в бензине
7 низкий процент использования экологически чистых видов транспорта.
В Москве на 2015 год зарегистрировано около 5 млн. автомобилей [34] с каждым годом их количество возрастает и соответственно доля ущерба окружающей среде вредными выбросами увеличивается и связана с такими веществами как свинец кадмий кобальт хром медь цинка железо оксид азота оксид углерода формальдегид содержание аммиака пыли сажи а также бензапирен бензол.
Следующим не менее важным загрязнителем окружающей природной среды являются промышленные предприятия — дают очень многосвинца цинка кобальта кадмия пыли окисей азота железа кальция магния кремния. Эти соединения снижают прозрачность атмосферы дают на 50 больше туманов на 10 больше осадков на 30 сокращают солнечную радиацию. В целом на одного москвича приходится около 50 кг вредных веществ в год [34].
Неблагоприятное воздействие экологической ситуации в Москве является одной из серьезных причин возникновения заболеваемости городского населения [43].
Заболеваемость москвичей характеризуется распространением таких болезней — органов дыхания астма различные виды аллергии сердечно-сосудистые заболевания болезни печени желчного пузыря органов чувств. Из 94 крупнейших городов мира Москва по рождаемости находится на 62-м по смертности — на 70-м по естественному приросту — на 71-м месте. Выживаемость детей во многих столицах мира в 2-3 раза выше чем в Москве [41].
3.5 млн. человек в Москве проживают в условиях экологического дискомфорта а около 1 млн. — в районах предельного дискомфорта. Экологическая обстановка в Москве зависит от округа который характеризуется разными показателями [33].
Более благополучная экологическая обстановка по Москве наблюдается в Юго-западном Северо-западном административных округах. Районы с относительно благополучной обстановкой Восточный Западный Северный Северо-восточный. Экологически грязные неблагоприятные округа Москвы Центральный Юго-восточный Южный [42].
Рисунок 1 Карта-схема административных округов города Москвы
Юго-Западный административный округ ЮЗАО считается одним из самых экологически благополучных поскольку в округе отсутствуют крупные источники загрязнения. Но на восточную часть округа негативно влияют источники загрязнения атмосферы в ЮАО. При снижении общей величины выбросов от стационарных источников за последние годы здесь значимо растут выбросы летучих органических соединений ЛОС фтористых соединений пятиокиси ванадия ксилола толуола дихлорэтана хлороформа бутилацетата формальдегида ацетона. Округ разделяет первое-второе место по положительному соотношению экологически благоприятных зеленые насаждения водоемы и экологически неблагоприятных промышленность транспорт земель по высокому уровню шума. ЮЗАО — территория риска по высокому свыше 5 ПДКс.с загрязнению бензолом. Самые чистые районы Ясенево Теплый Стан Северное Бутово Гагаринский Коньково Ломоносовский Южное Бутово.
Округ на первом месте в городе по высокой заболеваемости мочеполовой системы системы кровообращения органов дыхания. Район на втором месте по болезням эндокринной системы. На третьем месте по неинфекционной заболеваемости подростков и болезнь кожи [35].
Северо-западный административный округ СЗАО — самый экологически чистый в городе. Округ занимает второе место — по минимальному количеству автотранспорта и третье место в городе по положительному соотношению экологически благоприятных зеленые насаждения и акватории занимают 45 территории к экологически неблагоприятным промышленность транспорт. Самые экологически неблагополучные районы Хорошево-Мневники самые благополучные районы Митино Строгино Крылатское Куркино Щукино [35].
Восточный административный округ ВАО на первом месте в городе по низкому соотношению экологически благоприятных зеленые насаждения водоемы и экологически и неблагоприятных промышленность транспорт земель [42]. Наиболее экологически напряженные районы Перово Преображенское Соколиная Гора Кожухово более благополучные — Восточное Измайлово Измайлово Северное Измайлово а также находящиеся за кольцевой автодорогой Новокосино Косино Ухтомский [44].
На территории Западного административного округа ЗАО нет крупных промышленных зон и экологическую обстановку определяет влияние автотранспорта. Округ занимает четвертое место по соотношению экологически благоприятных зеленые насаждения водоемы и экологически неблагоприятных промышленность транспорт земель. Самые загрязненные районы Дорогомилово проспект Вернадского более экологически чистые районы Солнцево Ново-Переделкино Раменки Тропарево-Никулино Фили Давыдково [35].
Северный административный округ САО подвергается большой транспортной нагрузке в сочетании с выбросами предприятий. Округ на втором-третьем месте по соотношению экологически благоприятных зеленые насаждения водоемы и экологически неблагоприятных промышленность транспорт земель. Округ на третьем месте по большой удельной площади дорог около 22 территории. Наиболее напряженная экологическая ситуация характерна в районах Беговая Аэропорт Войковский Дмитровский Коптево Савеловский Сокол Бескудниковский. Наиболее экологически благополучные районы Головинский Молжаниновский Тимирязевский [35].
Северо-восточный административный округ СВАО относится к территориям с большим числом промышленных предприятий здесь проходят одни из самых оживленных городских автомагистралей [41]. Округ на четвертом-пятом месте по соотношению экологически благоприятных зеленые насаждения водоемы и экологически и неблагоприятных промышленность транспорт земель. Худшие по загрязнению воздуха районы Хорошевский Алексеевский Бутырский Марфино Марьина Роща Останкинский Ростокино Ярославский [35].
Южный административный округ ЮАО на качество атмосферного воздуха влияют Московский нефтеперерабатывающий Люблинский литейно-механический и мусоросжигательный заводы. Наименее загрязнённые районы — Чертаново исключая Варшавское шоссе Западное и Восточное Бирюлёво. Самые загрязненные микрорайоны — Братеево и Орехово-Борисово [35].
Юго-восточный административный округ ЮВАО считается одним из наиболее загрязнённых так как большое влияние оказывают Капотнинский нефтеперерабатывающий комбинат и Люблинский сталелитейный завод а также множество предприятий. В этом округе особенно сильно загрязнены районы — Капотня Марьино Люблино. Тем не менее Кузьминский лесопарк положительно влияет на экологическую ситуацию [35]. Неблагополучные районы Марьино и Капотня Люблино Нижегородский. Самые благополучные районы Выхино-Жулебино и Кузьминки [44].
Центральный административный округ ЦАО — один из самых загрязнённых округов столицы. Основным источником загрязнения является автотранспорт. В округе самое плохое соотношение экологически благоприятных зеленые насаждения водоемы и экологически неблагоприятных промышленность транспорт земель самая высокая удельная площадь дорог около 27 территории. Самые неблагоприятные по загрязнению воздуха районы Арбат Басманный Красносельский Мещанский Пресненский Таганский Тверской Якиманка Китай-город [35].
В центре города в пределах Садового кольца автотранспорт оказывает 80 загрязнения на экологическую ситуацию. Также сильное влияние от автотранспорта ощущается вдоль крупных автомагистралей 50—250 метров в зависимости от застройки и зеленых насаждений [26].
Расширение территории города Москвы проходит быстрыми темпами за счет увеличения численности населения и перегруженности улично-дорожной сети. Самым масштабным за всю историю административно-территориального деления города является проект 2011 года который получил название Новая Москва или Большая Москва[33]. Официальное расширение границ столицы было реализовано 1 июля 2012 года то есть властями Москвы было принято решение о создании двух дополнительных административных округов — Троицкого и Новомосковского. После чего Москва поднялась с 11-го на 6-е место в рейтинге крупнейших городов мира по площади [29].
Основным направлением развития Новой Москвы стало южное и юго-западное. Согласно пресс-релизу Правительства Москвы данный выбор объясняется
• оптимальным месторасположением этой территории для выполнения столичных функций Москвы по совокупности градостроительных транспортных и экологических факторов
• сравнительно слабой урбанизацией этого сектора где в настоящее время проживает 250 тыс. чел. а фонд застройки составляет лишь 12 млн м².
Изначально планировалось включить в состав города около 144 тыс. га земель что увеличило бы территорию со 107 тыс. до 251 тыс. га в 235 раза. Впоследствии площадь присоединяемых территорий была увеличена до 160 тыс. га в 25 раза. В окончательном варианте площадь присоединяемой территории равна 148 тыс. га то есть территория Москвы увеличилась в результате реализации проекта в 239 раз [29].
Расширение границ города должно было произойти за счёт территории ограниченной Киевским и Варшавским шоссе и Большим кольцом Московской железной дороги. Впоследствии в план расширения были добавлены территории которые не попали в этот сектор — участок под Звенигородом для администрации Президента территория Рублёво-Архангельского назначения под международный финансовый и инновационный центр Сколково [33] .
Таким образом наиболее крупными более 5 тыс. человек населёнными пунктами которые вошли в состав Москвы являются
• город Троицк 39 874 чел.
• город Щербинка 32 826 чел.
• город Московский 17 363 чел.
• поселение Ватутинки 9116 чел.
• поселок городского типа Киевский 8093 чел.
• поселение Подсобного Хозяйства Воскресенское 6003 чел.
• поселение Знамя Октября 6671 чел.
• поселение ЛМС 5428 чел.
• поселение Завода Мосрентген 5214 чел. [1].
В Новомосковский административный округ в соответствии с распоряжением мэра Москвы были включены следующие поселения
• Внуковское
• Филимонковское
• Мосрентген
• Сосенское
• Воскресенское
• Десёновское
• городское поселение Московский Ленинского муниципального района Марушкинское
• Кокошкино Наро-Фоминского муниципального района
• Рязановское Подольского муниципального района
• городской округ Щербинка [40].
Рисунок 2 Карта-схема Новомосковского административного округа НАО
Площадь территории НАО составляет 38776 км2 количество проживающего населения на 2015 год составляет 183 591человек. Округ находится за МКАД-ом в юго-западной части Москвы.
Новомосковском округе имеет пять станций железной дороги платформа Мичуринец станция Внуково платформа Лесной Городок платформа Толстопальцево платформа Кокошкино. Все железнодорожные станции и платформы находятся на ветке Киевского направления Московско-Смоленского отделения Московской железной дороги и станция Щербинка Курского направления станция находится в 20 минутах езды до станции Царицыно возле которой находится станция метро Царицино Замоскворецкой линии.
Ближайшие станции метрополитена Тёплый Стан Калужско-Рижская линия Бунинская Аллея Бутовской линии и Царицыно Замоскворецкая линия в 20 минутах езды до станции Щербинка.
В январе феврале 2016 года в Новомосковском округе открылись первые станции метро — Румянцево и Саларьево Сокольнической линии.
Железнодорожные станции в соседних округах подземная платформа Аэропорт район Внуково Западный округ ЗАО.
НАО граничит с Юго-Западным округом ЮЗАО Западным округом ЗАО Троицким округом ТАО и Московской областью.
К основным автомагистралям округа относятся Можайское шоссе Минское шоссе Киевское шоссе и Калужское шоссе.
1.2 Экологическая опасность транспортно-дорожного комплекса
Автомагистрали являются одним из мощных источников антропогенного загрязнения.
Автомагистраль — автомобильные дороги обозначенные знаком 5.1 и имеющие на всем протяжении многополосную проезжую часть с центральной разделительной полосой [20].
По условиям движения и доступа дороги подразделяются на классы а именно автомобильные дороги класса автомагистраль относятся к категории 1А. Интенсивность движения для данной категории составляет около 14000 единиц в сутки.
В России на настоящий момент существует 6 главных автомагистралей каждая из которых имеет определенное шоссе [23]
Таблица 1
Автомагистрали города Москвы и прилегающие трассы
Киевское шоссе – это федеральная автотрасса М3 Украина которая входит в состав европейского маршрута Е101. Начинается дорога в точке пересечения Ленинградского проспекта с МКАД уходит в юго-западное направление пересекая Брянскую Курскую Калужскую и Московскую области и доходит вплоть до государственной границы России с Украиной. По Московской области дорога проходит через территорию Наро-Фоминского и Ленинского административных районов.
Киевское шоссе протянулось на 510 километров. Ширина трассы — 7 метров. Разрешенная скорость — 90 кмч. Дорога поделена на четыре полосы в каждом направлении трасса в районе города Апрелевка находящегося на расстоянии 30 километров от МКАД переходит в 3-полосную дорогу а возле поселка Селятино 35-й километр — сужается до двух полос.
Среди всех направлений Московской области Киевское шоссе является одним из наиболее благоустроенных. Дорога имеет хорошее покрытие есть современные транспортные развязки оборудованы наземные пешеходные переходы. Но даже этого мало чтобы решить проблему загруженности трассы которая варьируется от средней до весьма интенсивной. По Киевскому шоссе наблюдается активное движение транзитного грузового автотранспорта и автомобилей которые направляются к трем огромным рынкам строительный автомобильный международный оптовой торговли расположенные вдоль трассы.
Запланировано расширение шоссе на отрезке от поселка Крекшино принадлежащего Наро-Фоминскому району и до Калужской области согласно Национальной программе модернизации автомобильных дорог РФ до 2025 года он должен быть расширен до четырех полос движения [23].
Рисунок 5 Карта-схема проезда Киевского шоссе
Автомобильный транспорт – распространенный вид наземного безрельсового транспорта который является главной причиной загрязнения окружающей среды [28].
Затрудненная экологическая ситуация с авто¬мобильным транспортом сложилась в Москве. Средняя скорость движения здесь снизилась до 12 кмч а средняя длина проезда без оста¬новки составляет 400-500 м. Каждый четвертый двигатель не соответствует требованиям ГОСТа по токсичности.
Автотранспорт является серьезным загрязнителем почвы и растительности химическими элементами [34].
1.3 Экотоксикология тяжелых металлов
Тяжелые металлы – одна из приоритетных групп загрязнителей являющихся факторами деградации окружающей среды. К тяжелым металлам относят более 40 элементов с высокой атомной массой которая превышает 50 а.е.м [18] .
Тяжелые металлы такие как ртуть свинец кадмий цинк медь висмут мышьяк кобальт никель олово сурьму ванадий марганец хром и молибден относятся к числу самых распространенных стойких и весьма токсичных загрязняющих веществ. Данные элементы имеют способность накапливаться во внешней среде и представляют серьезную опасность с точки зрения их биологической активности и токсических свойств [6].
1.3.1 Источники поступления тяжелых металлов
К основным факторам антропогенного загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами относят промышленные выбросы сбросы и отходы и транспорт [18].
Транспорт. Тяжелые металлы поступают в окружающую природную среду в процессе работы автотранспорта а также при истирании дорожных покрытий. В результате в почву вблизи автотрасс поступают такие элементы как свинец кадмий алюминий железо никель цинк марганец и другие [18].
При рассмотрении влияния автотранспорта на экологическое состояние в первую очередь обращают внимание на содержание свинца. Данный факт обусловлен широким использованием в качестве добавки к бензину тетраэтилсвинца [39] .
Ширина придорожных аномалий загрязнения свинцом составляет около 50-100 м и в редких случаях достигает 300 м [39]. Наибольшая концентрация элемента в почве наблюдается на расстоянии 1-2 м достигая 500-600 мгкг. Также прослеживается наличие существенного загрязнения свинцом на расстоянии нескольких километров.
Почва придорожной зоны помимо свинца загрязняется и другими металлами. В частности отмечается высокое содержание цинка которое достигает 400 мгкг при фоновом содержании от 30 до 220 мгкг[12].В результате износа шин и использования асфальтобетона в окружающую среду поступает кадмий. Проблема усугубляется с использованием некоторых отходов содержащих кадмий и другие металлы в качестве материала для изготовления дорожных покрытий. Кроме того источниками кадмия могут быть смазочные и дизельные масла некоторые детали двигателей шасси и т.д. Продуктами износа покрытий кузовов являются никель и хром а в результате истирания частей двигателя выделяется железо [15] .
Несмотря на то что в нашей стране бензин используется с меньшим количеством свинец содержащих добавок и с 2001 года использование этилированного бензина ограничено. Тем не менее транспорт остается серьезным источником поступления тяжелых металлов в районах с высокой транспортной нагрузкой.
Промышленные предприятия. Основными промышленными источниками загрязнения тяжелыми металлами являются предприятия горнодобывающей и металлургической промышленности около35 тепловые электростанции 27 предприятия по переработке нефти 15 строительную промышленность до 8 [32].
Поступление металлов в окружающую среду – следствие промышленных выбросов. В состав таких выбросов входят металлы — ртуть кадмий свинец цинк медь никель хром кобальт и другие. Распределение металлов отличается значительной неоднородностью и бывает площадным и локальным.
Локальное загрязнение формируется за счет неорганизованных выбросов характеризующихся относительно высоким содержанием металлов но имеющих довольно незначительную зону распространения связанную с небольшой высотой выбросов. Как правило такие зоны распространяются на расстояние не превышающее нескольких десятков метров.
Площадное загрязнение территории связано с организованными выбросами характеризующимися их объединением из нескольких технологических систем наличием очистных сооружений избавляющих промышленные выбросы от пыли которая и является основным поставщиком тяжелых металлов в окружающую среду а также атмосферным рассеянием определяемым высотой труб.
Основная масса металлов находится в составе пылеватой фракции они оседают в непосредственной близости от источника выброса и аномалии тяжелых металлов преимущественно распространяются на расстояние до 10 км от источника. Однако метеорологические условия и рельеф местности могут вносить существенные изменения в направлении господствующих ветров загрязнение может распространяться на 15-30 км реже — до 100 км [18].
1.3.2 Влияние тяжелых металлов на систему почва – растения
Воздействие тяжелых металлов на систему почва – растения вызывает ряд деградационных изменений а именно
1 скорости ответных и адекватных реакций системы на внешние воздействия
2 энергетики процессов
3 вещественного состава
4 математических структурных взаимосвязей между компонентами системы
5 нарушение процессов саморегулирования
6 на генетическом уровне [17].
Рассмотрим воздействие тяжелых металлов на компоненты экологической системы более подробно.
Влияние тяжелых металлов на почву. Загрязнение почв тяжелыми металлами является одной из самых важных и основных экологических проблем современного общества [5].При попадании в почву тяжелые металлы вступают в ряд физических химических биологических и других взаимодействий далее в процессе элементы аккумулируются выщелачиваются осуществляют межфазные переходы и поступают в растительные и животные организмы. В связи с этим опасность тяжелых элементов для живых организмов может существенно меняться [18].
При воздействии тяжелых металлов ухудшаются свойства почвы происходит нарушение структуры почвы повышается её плотность снижается водопроницаемость ухудшается водно-воздушный режим [16]. Содержание гуминовых кислот в гумусе почв при загрязнении снижается а содержание фульвокислот повышается [31].Также загрязнение почвы токсичными элементами влияет на трансформацию азотсодержащих веществ подавляет активность азотфиксации и т.д.[24]. Наибольшее давление на эти процессы оказывает кадмий несколько меньше медь затем цинк и свинец.
Накопление тяжелых металлов в почве существенно зависит от гранулометрического состава особенно от содержания илистой фракции. Многими исследователями установлена корреляция между содержанием многих тяжелых металлов в почве [22] и долей в ней илистой фракции в которой концентрируется больше микроэлементов чем в почве в целом. На глинистых и суглинистых почвах подвижность многих тяжелых металлов проявляется слабее чем на легких песчаных и супесчаных. Концентрация тяжелых металлов в основном свойственна илистой и пылеватой фракциям. Накопление металлов в этих фракциях меняется в зависимости от типа почвы и состава почвообразующей породы [9].
Распределение тяжелых металлов по фракциям зависит от минералогического состава почв. Трехслойные минералы в илистой фракции удерживают ионы тяжелых металлов в межплоскостных промежутках.
Важное место занимает соотношение гуминовых кислот которые входят в состав почвенного органического вещества поскольку комплексы тяжелых металлов с этими кислотами более устойчивы чем комплексы с фульвокислотами в которых тяжелые металлы более подвижны а потому и считаются легкодоступными для корней растений и почвенной биоты. Формирование в почве гуминовых кислот и дисперсность почвенных частиц приводят к значительной иммобилизации металла что негативно сказывается на поступление кобальта в растения [7].
Реакция среды в такой ситуации играет существенную роль [7].Комплексообразующая способность органических соединений по отношению к некоторым металлам зависит от рН среды гуминовые кислоты образуют комплексы в кислой области а фульвокислоты — при рН 65-80.
Загрязненная почва – опасный источник токсического воздействия на все организмы.
На сегодняшний момент решается весьма главная и важная проблема по очистки почв от токсичных элементов поскольку они относятся к стойким загрязнителям [5].
Влияние тяжелых металлов на растительность. Тяжелые металлы могут поступать в растения как через наземные так и подземные органы. Токсиканты поступившие с пылью и жидкими осадками остаются на поверхности листьев и стеблей которые оказывают воздействие на растение. Атмосферное поступление тяжелых металлов на поверхность растения имеет значение не только для сельскохозяйственных культур элементы которых могут попасть в производимые продукты питания и корма но и для дикорастущих растений.
Дальнейший транспорт тяжелых металлов в растение происходит через корни и подразделяется на активный метаболический и пассивный неметаболический. Вступая в контакт с клеточными стенками металлы осаждаются и теряют биологическую активность [46].
Действие токсичных элементов на растения основано на предложенных ниже процессах
• нарушение баланса элементов питания в растениях
• могут реагировать с некоторыми жизненно важными элементами переводя их в нерастворимое состояние
• конкуренция между ионами тяжелых металлов и физиологически необходимыми элементами за поступление в растение
• изменение мембран приводящее к нарушению ближнего и дальнего транспорта.
Главными признаками негативного воздействия тяжелых металлов на растительность является замедленный рост ненормальное развитие корневых систем хлороз увядание и гибель растений [47].
1.3.3 Методы определения тяжелых металлов
Анализ природных объектов на содержание тяжелых металлов проводится различными методами аналитической химии а именно
1. Оптические методы анализа основаны на измерении характеристик оптических свойств вещества испускание поглощение рассеивание отражение преломление дифракция интерференция поляризация света проявляющихся при его взаимодействии с электромагнитным излучением [6]
2. Атомная и молекулярная спектроскопия изучают спектральный состав излучения при поглощении абсорбции испускании эмиссии или рассеянии света [6]
3. Абсорбционная спектроскопия основана на использовании способности вещества к селективному избирательному поглощению световой энергии [6]
4. Эмиссионная спектроскопия базируется на использовании способности вещества находящегося в энергетически возбуждённом состоянии отдавать энергию возбуждения в виде электромагнитного излучения. Данный анализ обладает высокой чувствительностью и позволяет открывать элементы даже при очень небольшом их содержании в анализируемом образце до 10-6 и еще меньше.
Разновидностью эмиссионного спектрального анализа является пламенная фотометрия которая основана на использовании газового пламени в качестве источника возбуждения излучения.
Метод пламенной фотометрии подразделяется на два вида
• эмиссионная пламенная фотометрия пламенно-эмиссионный анализ
• абсорбционная пламенная фотометрия пламенно-абсорбционный атомно-абсорбционный анализ.
Чувствительность метода довольно высока – до 0001 мкг в 1 мл анализируемого раствора [6].
5. Метод фотоколориметрии основан на измерении интенсивности немонохроматического светового потока прошедшего через анализируемый раствор с помощью фотоэлементов в фотоколориметрах и в фотоэлектроколориметрах. Метод обладает высокой чувствительностью и воспроизводимостью достаточно простой к выполнению измерений оптической плотности используется относительно несложная аппаратура [3]
6. Метод спектрофотометрии сформирован на использовании специальных спектральных приборов спектрофотометров которые позволяют регистрировать световые потоки в широком диапазоне изменения длин волн от ~185 нм до ~1100 нм [6]
7. Люминесцентный метод анализа — совокупность оптических методов анализа основанных на явлении люминесценции. Люминесценция – свечение вещества возникающее при его возбуждении различными источниками энергии [6].
Выделяют несколько подтипов люминесцентного метода
• Фотолюминесценция – свечение вещества возникающее под воздействием излучения в УФ и в видимой области спектра.
• Хемилюминесценция – свечение вещества за счет энергии химических реакций.
• Рентгенолюминесценция – свечение вещества под воздействием рентгеновских лучей.
• Катодолюминесценция – свечение вещества в газовой фазе при бомбардировке его потоком электронов катодными лучами.
• Термолюминесценция – свечение вещества вследствие его возбуждения при нагревании.
Важно не забывать про биологический контроль окружающей среды который включает две основные группы методов
• Биоиндикацию — определение экологически значимых природных и антропогенных нагрузок на основе реакций на них живых организмов непосредственно в среде их обитания
• Биотестирование — организмы присутствие количество или особенности развития которых служат показателями естественных процессов условий или антропогенных изменений среды обитания [6].
Анализ имеющихся литературных данных показывает негативное влияние тяжелых металлов на составляющие окружающей среды но все же имеются отдельные моменты данного направления которые недостаточно изучены при воздействии токсикантов на районы отдельных территорий а именно влияние автомагистрали Киевского шоссе на систему почва – растения поселения Московский.
Глава 2 Объекты и методы исследования
2.1 Объект исследования
Объектом исследования явилось поселение Московский микрорайон 1 расположенный на разном удалении от участка автомагистрали Киевского шоссе. Особенностью этого участка Киевского шоссе является расположение самого крупного строительного рынка протяженность которого составляет более км. Сосредоточенные выхлопы от автотранспорта в этой части автомагистрали являются максимальными.
Рисунок 6 Карта-схема расположения поселения Московский
2.2 Краткая характеристика и история объекта исследования
Город Московский расположился на 26-м километре Киевского шоссе. Город является административным центром поселения Московский входящий в состав Новомосковского административного округа города Москвы. До 1 июля 2012 года — город относился к Ленинскому району Московской области.
Протяжённость границы поселения Московский около 4261 км. Численность населения на 2015 год составил 33 128 человек [26].
В 1969 произошло создание агрокомбината Московский который представил яркую страницу в истории развития сельского хозяйства в России.
ЗАО Агрокомбинат Московский стал лидером российского овощеводства располагал более чем 3 тысячами гектар земли 115 из них укрыты парниками. Агрокомбинат был признан ведущим среди подобных хозяйств России и вошел в число крупнейших хозяйств в Европе. Также в поселении Московский функционировал Ульяновский совхоз декоративного садоводства уникальное предприятие которое также входило в число лучших в своей области.
Рисунок 7 ЗАО Агрокомбинат Московский в 2001 году
В 2004 года губернатор Московской области Громов подписал постановление о преобразовании поселка сельского типа в город Московский.
В 2011 году на месте тепличного комбината начинается возведение многоквартирных жилых домов жилого комплекса Первый Московский город-парк.
В 2012 Московский вошел в состав города Москвы [45].
2.3 Характеристика природных условий объекта исследования
2.3.1 Климатические условия
Климатические условия поселения Московский — умеренно-континентальные формируются за счет приходящих с запада влажных ветров Атлантики.
Зимой отмечаются низкие температуры воздуха с устойчивыми снежными покровами наблюдающиеся в конце ноября и сходящие в середине апреля. Зима устанавливается во второй половине декабря и длится до четырех месяцев. Самая низкая температура достигает 42° С. Заморозки начинаются в начале октября и кончаются во второй половине мая. Значительная солнечная радиация и частое прохождение циклонов которые особенно в переходные сезоны вызывают неустойчивую погоду. Холодный период сменяется теплым в первых числах апреля когда морозы ослабевают. Однако иногда заморозки бывают и в конце мая. Лето относительно жаркое. Средняя температура июля около 20° С.
В начале лета наблюдается приток довольно холодных воздушных масс с севера и северо-востока заметно понижающих температуру воздуха. Во второй половине лета увеличивается количество облачных дней — дожди нередко с грозами. Количество осадков за теплый период апрель-октябрь — 400-450 миллиметров при годовом количестве 450-470 миллиметров. Максимальная температура летом достигает 35-37 °С число часов солнечного сияния за сезон около 750 при годовом количестве 1600. Осень обычно бывает пасмурной но случаются годы с возвратом теплых и сухих периодов бабье лето [37].
2.3.2 Рельеф и почвы
Рельеф поселения Московский равнинный хоть и не плоский с перепадом высот примерно 115 м что является средней величиной для района Подмосковья. На отдельных участках преимущественно в пределах поселения поверхность спланирована насыпными грунтами. Вдоль магистрали размещаются очистные сооружения и резервируются технические зоны для прокладки магистральных и распределительных инженерных коммуникаций [25].
На территории поселения Московский преобладают дерново-подзолистые почвы которые отличаются меньшей кислотностью pH 4-5 меньшей мощностью подзолистого горизонта и меньшей плотностью иллювиального горизонта – лучшими физическими свойствами.
Название почвы поселения Московский по Классификации почв России 2004 года Дерново-подзолистая среднедерновая неглубокоподзолистая лекгосуглинистая на моренном суглинке [30 31].
Формула почвы ПД22 лс М [30].
2.3.3 Характеристика лесного и растительного фонда
Около половины территории занимают лесные массивы территория окружена лесами Ульяновского и Валуевского лесопарков c преобладанием широколиственных и хвойно-широколиственных лесов а также некоторых видов растений ветреница лютиковидная лат. Aneуmoneranunculoídes болотноцветник щитолистный лат.Nymphoidespeltata ястребинка рощевая лат.Hieraciumsylvularum грушанка круглолистная лат.Pyrolaasarifolia хвощ лесной лат. Equisetumsylvaticum папоротник мужской лат. Dryоpterisfílix-mas недотрога мелкоцветковая лат. Impаtiensparviflоra.
2.4 Отбор почвенных и растительных образцов
Отбор почвенный и растительных проб проводился в Микрорайоне 1 поселения Московский воздействия транспортных источников загрязнения на содержание тяжелых металлов в данных образцах.
Отбор проб почвы проводился в соответствии с требованиями к отбору проб почв при общих и локальных загрязнениях изложенными в ГОСТ 17.4.3.01-83 ГОСТ 17.4.4.02-84 ГОСТ 28168-89а также Методических указаниях по проведению лабораторных исследований при контроле загрязнения окружающей среды металлами.
Площадка для отбора проб почвы — размером 1×1 м и отбор проб почвы производился по методу конверта четыре точки в углах площадки и одна в центре. Пробы отбирались на разной удаленности от источника загрязнения автомагистрали на расстоянии5-450 м в верхнем гумусовом слое 2-8см. Общее количество взятых почвенных образцов равняется 25 из которых составлялось 5 смешанных проб почвы.
Параллельно отбирались растительные образцы их общее количество равняется 25 из которых составлялось 5 смешанных проб растений.Видовой состав отобранных образцов определяют дикорастущие и древесные растения грушанка круглолистная лат. Pyrolaasarifolia хвощ лесной лат. Equisetumsylvaticum клен американский лат. Acernegundo папоротник мужской лат. Dryоpterisfílix-mas недотрога мелкоцветковая лат. Impаtiensparviflоra.
УЧАСТОК КИЕВСКОГО ШОССЕ
Рисунок 8 Схема маршрута отбора проб почвы и растений
2.5 Методы исследования
После отбора образцов в лаборатории проводились следующие исследования
1 агрохимический анализ почвы содержание органического вещества гумус – по методу Тюрина в модификации Никитина pH солевой вытяжки по методу ЦИНАО подвижные соединения фосфора и калия — по методу Чирикова и Кирсанова
2 в почве определялись валовое содержание свинца и кадмия атомно – абсорбционным методом и подвижные формы свинца и кадмияпочвах с применением ацетатно-аммонийного буферного раствора
3 в растениях определялось содержание тяжелых металлов свинец и кадмий методом атомно – абсорбционной спектрометрии с беспламенной атомизацией.
2.5.1 Определение органического вещества в почве
Метод основан на окислении органического вещества раствором двухромово кислого калия в серной кислоте и последующем определении трехвалентного хрома эквивалентного содержанию органического вещества на фотоэлектроколориметре.
Определение органического вещества по Тюрину в почве ГОСТ 26213 – 91. Почвенную пробу полностью измельчают и пропускают через плетеное сито с отверстиями диаметром 025 мм. Пробы почвы взвешивают с погрешностью не более 2 мг и помещают в пробирки. К навеске приливают по 10 см3 хромовой смеси. Тщательно перемешивают пробу с хромовой смесью стеклянной палочкой. Затем пробирки опускают в кипящую водяную баню. Уровень воды в бане должен быть на 2 — 3 см выше уровня хромовой смеси в пробирках. Продолжительность нагревания суспензий — 1 ч с момента закипания воды в бане после погружения в нее пробирок. Содержимое пробирок перемешивают стеклянными палочками через каждые 20 мин. По истечении 1 ч штативы с пробирками помещают в водяную баню с холодной водой. После охлаждения в пробирки приливают по 40 см3 воды. Далее перемешивают суспензии и оставляют для оседания твердых частиц. Впоследствии проводится фильтрование суспензий через беззольные фильтры синяя лента. После фотометрируется на аппарате в кюветках 1 см при длине волны λ = 590 нм [13].
Рисунок 11 Аппарат СФ – 2000 для определения органического вещества
2.5.2 Определение pH солевой вытяжки KCl в почве
Сущность метода заключается в извлечении обменных катионов нитратов и подвижной серы из почвы раствором хлористого калия концентрации 1 моль1 дм3 1 н. при соотношении почвы и раствора 125 и потенциометрическом определении pH с использованием стеклянного электрода.
Определение pH солевой вытяжки в почве по методу ЦИНАО ГОСТ 26483-85.Образцы почвы доводят до воздушно-сухого состояния измельчают пропускают через сито с круглыми отверстиями диаметром 1-2 мм. Пробы почвы массой 10 г взвешивают с погрешностью не более 01 г и пересыпают в конические колбы. К пробам цилиндром приливают по 25 см3 экстрагирующего раствора. Приготовление экстрагирующего раствора — раствора хлористого калия концентрации с КСl = 1 мольдм3 1 н. раствор готовят из расчета 25 г хлористого калия взвешенного с погрешностью не более 01 г на 1000 см3 раствора. Далее почву с раствором перемешивают в течение 1 мин на аппарате Экрос и оставляют отстаиваться в течение 15 минут.
Погружают электроды в суспензии и измеряют величину pH. Показания прибора считывают не ранее чем через 1 мин после погружения электродов в суспензию. Опыт проводится в несколько повторности.
За результат анализа принимают среднее значение определения pH. Допускаемые отклонения от среднего арифметического результатов повторных анализов при выборочном статистическом контроле при вероятности P = 095 составляют 02 единицы pH [14].
Рисунок 12 Взвешивание пробы почвы на аналитических весах
Рисунок 13 Определение pH солевой вытяжки в почве
2.5.3 Определение валового содержания свинца и кадмия в почве
Определение валового содержания свинца и кадмия в пробах почвы определяется атомно-абсорбционным методом.
Метод атомно-абсорбционной спектроскопии основан на извлечении соединений элемента из почвы переведении их в раствор и измерении поглощения электромагнитного резонансного излучения свободными атомами свинца и кадмия.
Отобранную пробу почвы перетирают в большой фарфоровой ступке и просеивают через капроновое сито с диаметром отверстий 1мм.
В колбу на аналитических весах берут навеску воздушно-сухой пробы почвы массой около 100 г с точностью до 001 г. Цилиндром вместимостью 10 мл приливают 5 мл одномолярной азотной кислоты и 05 мл перекиси водорода. Вращательными движениями колбы осторожно перемешивают пробу почвы.
Колбы закрыть крышками-холодильниками. Закрытые колбы устанавливают в автоклав. Через 3 часа колбы извлекают из автоклава и охлаждают.
После остывания раствор профильтровывают через фильтр в мерную колбу вместимостью 100 мл. Полученный фильтрат дополняют до объема дистиллированной водой. В полученном кислотном экстракте определяют содержание тяжелых металлов атомно-абсорбционным методом [27].
2.5.4 Определение содержания подвижных форм соединений свинца и кадмия в почве
Подвижные формы соединений Pb и Cd в почвах извлекают ацетатно-аммонийным буферным раствором с pH 4.8. Отношение почвы к раствору 110 время взаимодействия 1 ч при взбалтывании на ротаторе или настаивание в течение суток. Метод пригоден для некарбонатных и для карбонатных почв.
Пробу массой 2 г растертой и пропущенной через сито с отверстиями 1 мм помещают в колбу емкостью 100 см3 приливают 20 см3 ацетатно-аммонийным буферным раствором с pH 4.8. Суспензию взбалтывают 1 ч. Полученную суспензию фильтруют через сухой складчатый беззольный фильтр белая лента в пробирку первыми порциями фильтрата споласкивают пробирку затем они отбрасываются. В полученном фильтрате определяют содержание подвижных форм соединений свинца и кадмия [27].
2.5.5 Определение содержание свинца и кадмия в растениях
Определение содержания свинца и кадмия в пробах растений определяется атомно-абсорбционным методом.
В данной методике следует используть сухой остаток навески растительности после определения массовой доли влаги. В колбу на аналитических весах берут навеску воздушно-сухой пробы растительности массой около 15 г с точностью до 001 г. Цилиндром вместимостью 10 мл приливают 7 мл одномолярной азотной кислоты и 1 мл перекиси водорода. Вращательными движениями колбы перемешивают пробу с растениями.
Колбы закрыть крышками-холодильниками. Закрытые колбы устанавливают в автоклав. Через 3 часа колбы извлекают из автоклава и охлаждают.
После остывания раствор профильтровывают через фильтр в мерную колбу вместимостью 250 мл. Полученный фильтрат дополняют до объема дистиллированной водой. В полученном кислотном экстракте определяют содержание тяжелых металлов атомно-абсорбционным методом [22].
Рисунок 14 Подготовка растительных образцов к озолению
Рисунок 15 Подготовка растительных проб к озолению в автоклаве
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Глава 3 Результаты исследований и их интерпретация
3.1 Агрохимическая характеристика почвы
Результаты исследования агрохимических свойств почвы на определение органического вещества на территории поселения Московский по методу Тюрина представлены в таблице 2.
Таблица 2
Содержание органического вещества в исследуемой почве слой 2-8см территории Микрорайона 1 на разной удаленности 5 – 450 м
Как видно из приведенной выше таблицы почвы исследуемой территории относятся к низкой степени обеспеченности органического вещества табл. 3 в пересчете на процентное содержание гумуса что соответствует его уровню в естественных дерново-подзолистых почвах города Москвы. Подобное распределение органического вещества возможно связано с ранее использованием прилегающей территории в сх назначении. Здесь до 2004 года функционировал совхоз Московский в котором выращивали овощные культуры требующего внесения значительного количества органического удобрения.
Максимальное содержание органического вещества установлено на максимальном удалении – в 450 м от Киевского шоссе табл. 2. А минимального значения достигает в 5 м удаленности от автомагистрали.
Таблица 3
Группировка почв по содержанию гумуса определяемого по методу Тюрина [10]
Результаты исследования кислотности почвы определяемой в солевой вытяжке KCL представлены в таблице 4.
Таблица 4
Кислотность почвы влияет на усвоение питательных веществ растениями. В очень кислых почвах в избытке содержится повышенное количество алюминия который мешает доступу к корням фосфора калия магния и кальция и вызывают в организме растений нарушения углеводного и белкового обмена. Также в кислых почвах содержится меньше почвенных микроорганизмов которые способствуют разложению органических частиц останков живых организмов.
В условиях загрязнения почв тяжелыми металлами кислотность почвы выступает как один из основных факторов влияющих на степень подвижности форм.
3.2 Содержания валового количества и подвижных форм свинца и кадмия в почве
Валовое содержание свинца в дерново-подзолистой почве поселения Московский Микрорайона 1 варьирует от 361 до 6498 мгкг в зависимости от удаленности 5-450м от автомагистрали Киевского шоссе. Максимальная загрязненность свинцом установлена на минимальном удалении – в 5 м от Киевского шоссе рис.16 и превышает значение ПДК 32мгкг приблизительно в 20 раз. По мере удаления концентрация свинца снижается достигая минимального значения на расстоянии 450 м рис.16что находится приблизительно в пределах ПДК.
Рисунок 16 Валовое содержание свинца Pb в верхнем 2-8см слое дерново-подзолистой почвы
Таблица 6
Фоновый уровень валового содержания свинца в почве мгкг [22]
Полученные результаты по свинцовому загрязнению превышают литературные данные по диапазону табл.6 в 12-175 раз что свидетельствует о высоком уровне загрязнения почв свинцом.
Среднее содержание свинца в верхнем слое почвы 2-8 см на территории Микрорайона 1 в пределах 5 м – 450 м составляет 2895 мгкг что в 194 раза выше фонового уровня 15 мгкг табл. 6. Это также существенный показатель высокой степени загрязнения почв свинцом.
Содержание подвижных форм вытяжка CH3COONH4 ацетатно-аммонийного буферного раствора рН 48 свинца также значительно колеблется в зависимости от удаленности отобранных образцов рис.17 от источника загрязнения и составляет от 12 до 3422 мгкг. Максимальная загрязненность подвижной формы свинца в почвенных образцах исследуемой территории выявлена на минимальном удалении в 5 м от Киевского шоссе и превышает значение ПДК 6 мгкг в 57 раз. Такое высокое превышение ПДК вероятно связано с особенностью территории где расположен крупнейший на данный момент в Москве строительный рынок Строй двор возле которого сосредотачивается большое количество автотранспорта.
Рисунок 17 Концентрация подвижных форм свинца Pb в дерново-подзолистой почве
Доля подвижных форм составляет от 33 на максимальном удалении от источника загрязнения до 526 на минимальном расстоянии около 5 м от Киевского шоссе.
В целом же высокий пул свинцово загрязнения отмечается в 50 м удаленности в верхнем слое почвы 2-8 см от полотка автомагистрали что свидетельствует о постоянной аккумуляции тяжелых металлов вдоль трассы при увеличении количества автотранспорта средняя численность которых достигает более 20000 единицсутки.
Аналогично распределению свинца изменяется и содержание кадмия в верхнем гумусовом слое по мере удаления от 5м до 450м от источника загрязнения Киевского шоссе.
Валовое содержание кадмия на изучаемой территории в почве варьирует от 02 до 201мгкг рис.18. Наибольшее накопление кадмия как и в свинце в почвенном покрове зафиксировано на расстоянии 5 м от проезжей части автодороги и составляет 201 мгкг что 10 раз превышает значение ПДК 2 мгкг. Также максимальное загрязнение кадмием прослеживается на удалении 50 м от автомагистрали и составляет 126 мгкг что в 6 раз выше ПДК 2 мгкг.
Представленные данные позволяют констатировать высокое загрязнение почв территории Микрорайона 1 поселения Московский кадмием.
Рисунок 18 Валовое содержание кадмия Cd в дерново-подзолистой почве
Содержание подвижных форм Cd вытяжка CH3COONH4 ацетатно-аммонийного буферного раствора рН 48 изменяется от 002 до 56 мгкг в зависимости от удаленности рис.19 от автомагистрали. Максимальная загрязненность кадмием прослеживается на расстоянии от 5 до 150 м где концентрация подвижных форм кадмия в почве исследуемого участка Киевского шоссе превышает ПДК 05 мгкг от 3 до 11 раз.
Рисунок 19 Концентрация подвижных форм кадмия Cd в дерново-подзолистой почве
Максимальное относительное содержание подвижных форм от валового количества достигло 279 на расстоянии около 5 м от источника загрязнения. Минимальное процентное соотношение снижается приблизительно в 3 раза и составляет около 10 в удалении 450м от полотна автомагистрали.
Следует отметить что максимальные концентрации тяжелых металлов как валового содержания так и подвижных форм установлены в пятиметровой полосе на глубине от 2 до 8 см что подтверждает аккумулятивный характер загрязнения.
Для интегральной оценки загрязнения почв придорожных земель тяжелыми металлами был использован суммарный показатель загрязнения Zc который рассчитывается по формуле [21]
По результатам наших исследований по оценке опасности загрязнения почвы свинцом и кадмием показатель суммарного загрязнения показал что почва на данной территории относится к категории опасная высокая где величина Zc составляет от 32-128 единиц. Это свидетельствуют о существенном антропогенном воздействии автомагистрали на прилегающие природно-территориальные комплексы где содержание тяжелых металлов в почве превышает их ПДК.
3.3 Содержание тяжелых металлов Pb и Cd в растительности
В исследованиях изучалось также содержание тяжелых металлов в растениях на исследуемых почвах данной территории так как почва – это основа экотопа которая в той или иной мере определяет элементный химический состав произрастающих на ней растений [3].
Для определения влияния автотранспорта на растения нами были отобраны 1 вид древесных – клен американский Acer negundo и 4 вида травянистых дикорастущих растений — грушанка круглолистная Pyrola asarifolia хвощ полевой Equisetum arvense папоротник мужской Dryоpteris fílix-mas недотрога мелкоцветковая Impаtiens parviflоra. Анализ содержания проводился по Pb Сd. Характеристика содержания тяжелых металлов в наземной фитомассе данных растений приведена в таблице 8. При оценке аккумулирующей способности была использована разработанная А. Л. Ковалевским 1991 [8] шкала характеризующая тип поглощения тяжелых металлов в зависимости от их содержания табл. 8.
По типу поглощения химических металлов растения подразделяются на безбарьерные концентрирующие и барьерные неконцентрирующие. Содержание металла в золе безбарьерных растений увеличивается пропорционально содержанию его в среде. В барьерных растениях имеется порог концентрации выше которого прекращается поглощение элемента несмотря на увеличение его содержания в среде почве.
Таблица 8
Содержание Рb и Сd в наземной фитомассе растений на разном удалении от автомагистрали мгкг воздушно-сухого вещества
Рисунок 20 Содержание свинца в растениях на разном удалении от автомагистрали мгкг
Как видно из рисунка 20 грушанка круглолистая хвощ полевой клен американский и папоротник мужской аккумулируют свинец в высокой степени. Его содержание в Микрорайоне 1 поселения Московский составило в грушанке круглолистой 928 мгкг что превышает ПДК 5 мгкг в 185 раз. Содержание свинца в хвоще полевом составляет 514 мгкг что также превысило ПДК 5 мгкг в 10 раз. В папоротнике мужском данный элемент составляет 399 мгкг что ПДК выше 5 мгкг — в 8 раз. Содержание свинца в клене американском тоже столь высоко оно составило 356 мгкг — превышает ПДК — в 7 раз.
Полученные результаты по мере накопления свинца в исследуемых видах растений по содержанию свинца могут быть представлены в следующем ряде в порядке возрастания
Недотрога мелкоцветковая 138 мгкг < Клён ясенелистный 356 мгкг < Папоротник мужской 399 мгкг < Хвощ полевой 514 мгкг < Грушанка круглолистная 928 мгкг.
Рисунок 21 Содержание кадмия в растениях на разном удалении от автомагистрали мгкг
Анализ результатов определения содержания кадмия в изучаемых видах растений также показал различную их аккумулятивную способность. Максимальное содержание кадмия в растениях было зафиксировано у грушанки круглолистой оно составляет 62 мгкг что превышает ПДК 03 мгкг в 20 раз. У таких растений как хвощ лесной клен американский папоротник мужской и недотрога мелкоцветковая содержание кадмия намного выше значения ПДК.
Полученные результаты по мере накопления кадмия в представленных видах растений образуют следующий ряд в порядке возрастания
Недотрога мелкоцветковая 005 мгкг < Папоротник мужской 06 мгкг < Клён ясенелистный 141 мгкг < Хвощ полевой 301 мгкг < Грушанка круглолистная 62 мгкг.
Среди изученных растений наименьшее загрязнение Pb и Cd выявлено у недотроги мелкоцветковой а наибольшей степенью загрязнения обладает грушанка круглолистная.
Результаты проведенных исследований показали что с увеличением поступления в почву тяжелых металлов соответственно повышается уровень поглощения тяжелых металлов растениями. Причем разные растения неодинаково аккумулируют изучаемые тяжелые металлы Pb Cd степень поглощения которых рассчитывается по величине КБП.
В ходе проделанной работы нами была изучена и исследована интенсивность поглощения кадмия и свинца растениями которая оценивается по коэффициенту биологического поглощения КБП. КБП рассчитывается как частное от деления содержания микроэлемента в золе растения к его содержанию в слое почвы.
Коэффициент биологического поглощения определялся по формуле
КБП = Содержание микроэлемента в сухой биомассе мгкг 3.4
Содержание микроэлемента в почве мгкг
По интенсивности биологического поглощения все химические элементы делятся на группы [19]
1 элементы энергичного поглощения КБП = 10–100
2 сильного поглощения КБП = 1–10
3 слабого поглощения и среднего захвата КБП = 01–1
4 элементы слабого захвата КБП = 001–01
5 очень слабого захвата КБП =0001–001.
Если КБП >1 то происходит биологическое накопление если КБП < 1 – биологический захват.
Таблице 9
КБП свинца и кадмия в зависимости от удаленности исследуемых образцов растений
Удаленность м Виды растений КБП
Pb Cd
5 Грушанка круглолистная
Pyrola asarifolia 015 03
50 Хвощ полевой
Equisetum arvense 011 026
150 Клён ясенелистный или клён американский
лат.Acer negundo 013 028
300 Папоротник мужской Dryоpteris fílix-mas 038 06
450 Недотрога мелкоцветковая Impаtiens parviflоra 010 024
По интенсивности биологического поглощения свинец и кадмий во всех изучаемых видах растений отнесены к группе слабого поглощения и среднего захвата КБП = 01–1.
Наибольшим накопителем свинца и кадмия на изучаемой территории Микрорайона 1 является папоротник мужской Dryоpteris fílix-mas где КБПPb= 038 и КБПCd= 06 рис.22 — связано с видовой спецификой Dryоpteris fílix-mas к аккумуляции металлов в условиях техногенной нагрузки. Минимальное поглощение свинца и кадмия наблюдается у недотроги мелкоцветковой Impаtiens parviflоra где КБПPb= 01 и КБПCd= 024 рис.22. Это определяется тем что накопление данных металлов происходит на значительном удалении 450м от автомагистрали.
Рисунок 22 КБП свинца и кадмия по валовому содержанию в зависимости от удаленности исследуемых образцов растений
По мере аккумуляции тяжелых металлов на разном удалении 5-450м в различных видах растений их можно представить в следующем ряде в порядке возрастания
Недотрога мелкоцветковая Pb=01Cd= 024 < Хвощ полевой Pb=011Cd= 026 < Клён ясенелистный Pb=013Cd= 028 < Грушанка круглолистная Pb=015Cd= 03 < Папоротник мужской Pb=038Cd= 06.
Помимо влияния удаленности вида растения типа поглотительной способности на аккумуляцию тяжелых металлов в растениях напрямую воздействуют почвенно-экологические факторы а именно содержание органического вещества и кислотность почвы. Чем выше содержание органического вещества в почве тем ниже уровень подвижных форм а соответственно ниже аккумулирующая способность. С кислотностью почвы происходит обратная зависимость. Чем кислее почва тем выше доля подвижных форм а значит выше степень поглощения металлов.
Так например в недотроге мелкоцветковой где КБП Pb=01Cd= 024 достигает минимального значения содержание органического вещества составляет максимальную величину для исследуемой почвы 2 что объясняет наименьшую степень поглощения тяжелых металлов. С кислотностью почвы наблюдается обратная зависимость – рН на удалении 450 м характеризуется наименьшей степенью 53 что говорит о низкой аккумуляции металлов в представленном виде.
Максимальная поглотительная способность выявлена в грушанке круглолистная не принимая во внимание значения папоротника мужского так как его аккумуляция достигает 90 вне зависимости от величины рН и содержания гумуса где КБП Pb=015Cd= 03 – это объясняется тем что данное растение произрастает на почве с низким содержанием гумуса и с более низким значением рН.
По мере накопления тяжелых металлов в зависимости от агрохимических свойств отобранные виды растений представляются в следующем ряде в порядке возрастания
Недотрога мелкоцветковая орг.в-во=2 рН=53 < Хвощ полевойорг.в-во=17 рН=51 < Клён ясенелистный орг.в-во=18 рН=52 < Грушанка круглолистная орг.в-во=15 рН=5 < Папоротник мужской орг.в-во=2 рН=51.
Таким образом нами было выявлено что накопление тяжелых металлов древесными и травянистыми видами зависит от биологических особенностей видов их содержания в почве типа поглощения элементов растениями а также от агрохимических свойств почвы содержание гумуса кислотность почвы.
Выводы
1. Установлено изменение содержания органического вещества и кислотности почвы в зависимости от удаления 4-450м от Киевского шоссе. Содержание органического вещества увеличивается от 15 до 2 что свидетельствует о низкой степени содержания в почве рН солевой вытяжки варьирует от 5 до 53 что характеризует слабую и среднюю степень кислотности анализируемой дерново-подзолистой почвы верхнего 2-8см слоя.
2. Выявлено высокое валовое содержание свинца и кадмия в верхнем гумусовом слое почвы. Содержание свинца колеблется от 361 до 6498 мгкг по мере приближения к автомагистрали и превышает величину ПДК соответственно в 2-20 раз. Аналогично изменяется и содержание кадмия от 02 до 201 мгкг что также превышает допустимое значение ПДК на расстоянии до 150 м в 25 раза.
3. Содержание подвижных форм свинца изменяется от 12 до 3422 мгкг в зависимости от удаленности 5-450 м от источника загрязнения что выше ПДК на минимальном удалении 5м в 57 раз. Такое высокое превышение характеризует расположенный вдоль автомагистрали строительный рынок. Соответственно изменяется и содержание подвижных форм кадмия которое составляет 002 — 56 мгкг и по мере минимального приближения 5м к автомагистрали превышает допустимое значение ПДК в 11 раз.
4. Среди тяжелых металлов свинец аккумулируется в большей степени чем кадмий. Содержание свинца в различных видах растений и на разном удалении 4-450 м и составляет 138 — 928 мгкг что выше значения ПДК от 3 до 18 раз. Содержание кадмия в изучаемых растениях на территории Микрорайона 1 составляет от 005 до 62 мгкг что превышает ПДК на минимальном удалении 5м в 20 раз а на расстоянии 300 м в 2 раза.
5. По величине КБП выявлен ряд аккумулятивной способности по изменению содержания свинца и кадмия в изучаемых видах растений на исследуемой территории поселения Московский
Недотрога мелкоцветковая Pb=01Cd= 024 < Хвощ полевой Pb=011Cd= 026 < Клён ясенелистный Pb=013Cd= 028 < Грушанка круглолистная Pb=015Cd= 03 < Папоротник мужской Pb=038Cd= 06.
Наибольшей аккумулятивной способностью свинца и кадмия на исследуемой территории обладает папоротник мужской где КБПPb= 038 и КБПCd= 06. Минимальное поглощение Pb и Cd у недотроги мелкоцветковой и составляет КБПPb= 01 и КБПCd= 024.
6. Учитывая особенность данной территории поселения Московский связанная с влиянием автомагистрали и наличием строительного рынка для снижения антропогенной нагрузки следует установить защитные щиты из которых наиболее экологическими являются щиты зеленых насаждений.
Библиографический список
1. Агроэкология В.А.Черников P.M. Алексахин А.В. Голубев и др. Под ред. В.А. Черникова А.И. Чекереса.- М. Колос 2000.- 536 с.
2. Агроэкология. Методология технология экономика В.А. Черников И.Г. Грингоф В.Т. Емцев и др. Под ред . В.А. Черникова А.И. Чекереса.-М. Колос 2004.-400 с.
3. Байсеитова Н. М. Сартаева Х. М. Накопление тяжелых металлов в растениях в зависимости от уровня загрязнения почв Молодой ученый. Н. М. Байсеитова Х. М. Сартаева. -2014. — 2. — С. 379-382.
4. Белов Д.А. Численность населения районов и городских населенных пунктов субъектов Российской Федерации Д.А. Белов. Стат. сб.Росстат. – М. ИИЦ Статистика России 2011. — С. 32 — 86.
5. Белюченко И. С. Мониторинг загрязнения почв тяжелыми металлами И. С. Белюченко Научный журнал КубГАУ. – 2014. — 95. — С. 30-33
6. Беспамятнов Г.П. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде Г.П. Беспамятнов Ю.А. Кротов. Справочник. — Л. Химия1985. – C. 112- 116.
7. Биктимерова Г.Я. Загрязнение почв тяжелыми металлами Г.Я. Биктимерова Аграрная наука – 2015. — 5. – С. 8-11
8. Войтюк Е. А. Аккумуляция тяжёлых металлов в почве и растениях в условиях городской среды на примере г. Чита автореф. дис. … канд. биол. наук 03.02.08. Улан-Удэ 2011. 22 с.
9. Головатый С.Е. Поступление кадмия в сельскохозяйственные растения С.Е. Головатый П.Ф. Жигарев Л.И. Панкрутская Агрохимия. — 2000. 85 c.
10. Гончарук Е. И. Сидоренко Г. И. Гигиеническое нормирование химических веществ в почве Е. И Гончарук Г. И. Сидоренко. — М. Медицина 1986. 320 с.
11. ГОСТ 26204-84. Почвы. Определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Чириковава в модификации ЦИНАО [Текст]. – Введ. 1984 -07-01. — М. Изд-во стандартов 1985. – 10с.
12. ГОСТ 26207-91. Почвы. Определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО [Текст]. – Введ. 1993-07-01. — М. Изд-во стандартов 1992. – 10с.
13. ГОСТ 26213-91. Почвы. Методы определения органического вещества [Текст]. – Введ. 1993-07-01. — М. Изд-во стандартов 1992. – 20с.
14. ГОСТ 26483-85. Почвы. Приготовление солевой вытяжки и определение ее pH по методу ЦИНАО [Текст]. – Введ. 1986-07-01. — М. Изд-во стандартов 1996. – 5 с.
15. Грановский Э. И. Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами и здоровье населения Э. И. Грановский Б. А. Неменко. — Алма-Ата 1990. – 93 c.
16. Гришина Л.Г. Биологическая активность почв и скорость деструкционных процессов Л.Г. Гришина Г.Н. Копцик И.В. Сапегина. — М. Изд–во МГУ 2013. – 94 c.
17. Гукалов В.Н. Поэтапное изменение свойств почв при загрязнении их тяжелыми металлами В.Н. Гукалов В.И. Савич Н.А. Трифонова Плодородие. – 2015 — 1 – С. 42-44
18. Дабахов М.В. Экотоксикология и проблемы нормирования М.В. Дабахов Е.В. Дабахова В.И. Титова. – Н. Новгород Изд-во ВВАГС 2005. – 165 с.
19. Добровольский В. В. Основы биогеохимии учеб. для студ. высш. учеб заведений. В. В. Добровольский. — М. Академия 2003. 400 с.
20. Дьякова А.Б. Экологическая безопасность транспортных потоков А.Б. Дьякова. — М. 1969. – 225 c.
21. Инструкция 2.17.11-12-5-2004. Гигиеническая оценка почвы населенных пунктов. Мн. 2004.
22. Корчагина К.В. Оценка загрязнения городских почв на основе профильного распределения тяжелых металлов и плотности снижения К.В. Корчагина А.В. Смагин Т.В. Решетина Почвоведение. – 2014 –2. — С. 988
23. Кузнецов Ю.А. Характеристика автомагистралей города Москвы [Электронный ресурс]. – 2014. – Режим доступа URL
24. Левин С.В. Тяжелые металлы как фактор антропогенного воздействия на почвенную микробиоту С.В. Левин В.С. Гузев И.В. Асеева и др. Микроорганизмы и охрана почв. – М. МГУ 1989. – С. 5–46
25. Лелевкин Д. И. Топонимический словарь Новомосковского административного округа Москвы Д. И. Лелевкин – М. АСТ 2011. [Электронный ресурс]. Систем. требования AdobeAcrobatReade. URL
27. Минеев В.Г. Практикум по агрохимии Учеб. пособие. – 2 – е изд. В.Г. Минеев В.Г. Сычев О.А. Амельянчик – М. изд-во МГУ 2001. – 689 c.
28. Миронов А.А. Евгеньев И.Е. Автомобильные дороги и охрана окружающей среды А.А. Миронов И.Е. Евгеньев — Томск Изд-во Том. ун-та 1986. — 284с.
29. Морозов Г.Ф. Проект расширения территории Москвы 2011-2012 года Г.Ф. Морозов газета Демоскоп. – 2011. C. 1-2
30. Наумов В.Д. Таблицы данных анализа почв Методическое руководство В.Д. Наумов А.Д. Кашанский. — М. Изд-во РГАУ – МСХА имени К.А.Тимирязева 2011. 122 с.
31. Наумов В.Д. Рабочая тетрадь География почв В.Д. Наумов А.Д. Кашанский. — М. Изд-во РГАУ – МСХА имени К.А.Тимирязева 2008. 168 с.
32. Небольсин А.Н. Теоретические основы загрязнения почв А.Н. Небольсин. — М. Изд–во ГНУ ЛНИИСХ Россельхозакадемии 2013. – 241 c.
33. Новиков Ю.В. Экология окружающая среда и человек Ю.В. Новиков. — М. 2006. – 736 c.
34. Одум Ю.А. Основы экологии Ю.А.Одум — М. Мир 1985. – 198 c.
35. Орлов В.А. Санитарно-эпидемиологической обстановка в Российской Федерации в 2010 году Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора В.А. Орлов Государственный доклад. — М. 2011. — 431 с.
36. Прокопович Е.В. Трансформация гумусового состояния почв под действием выбросов Среднеуральского медеплавильного завода Е.В. Прокопович С.Ю. Кайгородова Экология. – 1999. – 5. – С. 375–378.
37. Радзевич Н.Н. Охрана и преобразование природы Н.Н. Радзевич К.В. Пашканг. — М. Просвещение 2006. – 85 c.
38. Семенова В.В. Влияние техногенного загрязнения на содержание тяжелых металлов В.В. Семенова АГРАРНАЯ РОССИЯ.- 2015 – 2. — С.35-37
39. Сытник К. М. Биосфера. Экология. Охрана природы [Текст] справ.пособие К. М. Сытник А. В. Брайон А. В.Гордецкий ; ред. К. М. Сытник; Акад. наук УССР Ин­т ботаники им. Н. Г. Холодного. ­ Киев Наук.думка 1987. ­ 523 с.
40. Тамбовцев Ю.А. Расширение границ города Москвы Ю.А. Тамбовцев Газета известия – 2011. — 38. – С. 1-2.
41. Третьяков А.С. Атлас Здоровье населения Москвы и среда обитания в 2007 году по показателям государственной системы социально-гигиенического мониторинга. – 2008. [Электронный ресурс]. URL
42. Тюрин В.Б. Состояние окружающей среды в городе Москве в 2008 году Материалы к заседанию хозяйственно-экономического актива – расширенной коллегии Департамента природопользования и охраны окружающей среды города Москвы Научный доклад
43. Яблоков А.В. Здоровье жителей и экологическая обстановка московского мегаполиса Астраханский вестник экологического образования А.В.Яблоков. — 2012. — 3. — С. 64-77. [Электронный ресурс]. Систем. требования AdobeAcrobatReader. — URL
44. Якушев И.Р. Развитие гражданского общества и прав человека Научный доклад– 2012.- 21 с. URL
45. Ященко И.В. Характеристика города Московский Информационный портал — 2011. URL
46. Gabbrielli R.N. Respone to cadmium in higher plants R.N. Gabbrielli. Exp. Bot — 1999 V. 41. P 105- 130
47. Godbold D.L. Metal toxicity and ectomycorrhizas Physiol. Plant D.L. Godbold G.D. Jentschke. V. 109 — 2000. P. 107-116