Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Тяжелые металлы в окружающей среде и их воздействие на почву и растения 8
Глава 2. Характеристика района исследования 27
2.1. Географическое положение 27
2.2. Геологическое строение, тектоника, полезные ископаемые 27
2.3. Рельеф 30
2.4. Климат 32
2.5. Внутренние воды 34
2.6. Структура почвенного покрова
2.6.1. Черноземы выщелоченные 3 8
2.6.2. Черноземы обыкновенные 40
2.6.3. Черноземы южные 42
2.7. Растительный покров 44
Глава 3. Объекты и методы исследования 49
Глава 4. Содержание и накопление тяжелых металлов в почвах Башкирского Зауралья 63
4.1. Влияние эксплуатации медноколчеданных месторождений на содержание меди 63
4.2. Влияние эксплуатации медноколчеданных месторождений на содержание цинка 69
4.3. Влияние эксплуатации медноколчеданных месторождений на содержание кадмия 72
Выводы 75
Глава 5. Содержание и накопление тяжелых металлов древесными породами на черноземах Башкирского Зауралья 77
5.1. Медь в древесных породах
5.2. Цинк в древесных породах 87
5.3. Кадмий в древесных породах 94
Выводы 99
Глава 6. Тяжелые металлы в многолетних злаках на черноземах Башкирского Зауралья
6.1. Медь 103
6.2. Цинк 107
6.3. Кадмий 112
Выводы 115
Глава 7. Влияние химических свойств зональных черноземов на миграцию тяжелых металлов в системе почва-растение при техногенном воздействии 116
Выводы 129
Заключение 133
Выводы
- Геологическое строение, тектоника, полезные ископаемые
- Черноземы обыкновенные
- Влияние эксплуатации медноколчеданных месторождений на содержание цинка
- Кадмий в древесных породах
Введение к работе
Актуальность темы. Повышенная техногенная нагрузка ведет к необратимым изменениям окружающей среды. Мощнейшим источником отрицательного'воздействия являются отходы предприятий цветной металлургии {Пасынкова, 1979; Шилова и др,, 1984; Прохорова и др., 1998; Кзнгородова и др., 2000), в том числе н выбросы горнодобывающей промышленности (Глазовская, 1968,1972; Ильин, Степанова, 1980; Варшал и др.і11993; Карпухин, 1998; Оценка экологического..., 2001; Пасынкова, 2001; и др.). В этом отношении Башкирское Зауралье не является исключением, так как наличие в его пределах ме дно колчеданных месторождений способствовало бурному развитию горнодобывающей и рудоперерабаты-вающей промышленности. Эксплуатация данных месторождений на протяжении многих лет привела х образованию в регионе техногенных- провинций'{Ковальский и др., 1981). Основными элементами медноколчедан-ных руд являются Си, Zn, S, а также содержатся Au, Ag, As, ВІ, Cd, Co, Hg, Pb, Se, Та, Те, Ge, Ga и др. {Башкортостан..,, 1996). В такой ситуации на территориях, подверженных влиянию горнообогатительных комбинатов, остро стоит проблема загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами.
Цель и задачи исследований. Цель работы: изучить особенности накопления и распределения тяжелых металлов в почвенно-растительном покрове степного Зауралья в условиях техногенного воздействия.
Задачи исследований:
Выявить особенности накопления и распределения тяжелых металлов в преобладающих подтипах черноземов, древесной и травянистой растительности Башкирского Зауралья при техногенном влиянии.
Оценить состояние загрязнения черноземов валовыми и подвижными формами тяжелых металлов.
Установить влияние химических свойств зональных черноземов на подвижность металлов.
Изучить способность растений к избирательному поглощению тяжелых металлов в техногенных условиях.
Рассмотреть особенности миграции тяжелых металлов в системе почва-растение при техногенном воздействии
Показать возможности предотвращения загрязнения окружающей среды техногенными выбросами путем использования древесных насаждений в качестве универсального фильтра, определить качество фитомассы пастбищных трав по содержанию токсичных металлов.
Научная новизна и теоретическая значимость результатов ис* следований* Исследование влияния деятельности горнообогатительных комбинатов на накопление и распределение тяжелых металлов в почве и растительности впер
гкіт- іірпнчиуі""1 "і іш№н ряду черноземов:
Ц '.'РЛЛЬЧАЯ
'«. К. л Wp^i л.
щелоченных, обыкновенных и южных. Выявлен характер зависимости степени подвижности металлов от химических свойств почвы. Защищаемые положения.
-
Существует четкая закономерность распределения тяжелых металлов в пространстве. По мере приближения к горнообогатнтельным комбинатам происходит* увеличение концентрации металлов в почвснно-растнтсльном покрове Башкирского Зауралья. В районе функционирования предприятий формируются техногенные ландшафты с повышенным со-' держанием меди, цинка и кадмия в пахотном слое почвы. По валовым формам меди и чинка нмпактная зона прослеживается в радиусе 1-5 км от источников загрязнения. По подвижным формам меди, цинка, кадмия-до 10 км.
-
Тяжелые металлы неравномерно распределяются в почве и по ор^'" ганам растений. Наибольшая концентрация меди и цинка происходит в пахотном (0-30 см) слое черноземов. Кадмии равномерно распределяется по почвенному профилю. У древесных пород листья (хвоя) отличаются повышенной металлоаккумулирующей способностью, для корней установлена невысокая способность к поглощению тяжелых металлов, ветви занимают промежуточное положение. У злаков подземная часть содержит металлов больше, чем надземная. ,.
-
Древесные насаждения из тополя черного, сосны обыкновенной н березы бородавчатой, произрастающие в зоне влияния предприятии горнодобывающей И рудоперерабатывающей промышленности, являются эффективным средством снижения загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами. Это свидетельствует о перспективности широкого использования данных видов древесных в условиях техногенезе. В условиях загрязнения окружающей среды предприятиями цветной металлургии тополь черный следует рассматривать как один из важнейших фитофильтров по отношению к меди, цинку и кадмию. ,
-
Многолетняя злаковая растительность выполняет функцию биологического барьера на пути миграции в экосистеме тяжелых металлов.
-
Степень подвижности меди, цинка, кадмия в черноземах определяется химическими свойствами данных почв.
Практическая значимость работы заключается в том, что полученные результаты могут служить основой для разработки рекомендаций по озеленению и очищению промышленных площадок горнообогатительных комбинатов, созданию защитных полос, рекультивации отвалов гор- ' норудных разработок; оптимальному использованию сельхозугодий, расположенных в санитарно-защитной зоне. Материалы исследований используются при преподавании курсов экологии в Башкирском государст- ' венном университете, Сибайском институте Башкирского госуниверситета; Башкирском государственном аграрном университете.
Апробация. .Основные положения работы были доложены на еле-дующих конференциях: Республиканской научно-практической конференции «Социально-экономические и экологические проблемы развития Уральского региона Республики Башкортостан» (Снбай, 2000); Международной научной конференции «Биоразнообраэие н биоресурсы Урала и сопредельных территории» (Оренбург, 2001); научно» конференции Сибай-ского института Башкирского государственного университета «Неделя науки» (СнбаЙ, 2001); Международной научно-практической конференции «Состояние биосферы и здоровье людей» (Пенза, 2001); научно-практической конференции Башкирского государственного аграрного университета «Создание высокопродуктивных агроэкосистем на основе новой парадигмы: природопользования» (Уфа, 2001); Ш Международной научно-практической конференции «Проблемы строительства, инженерного обеспечения и экологии городов» (Пенза, 2001).
Исследования по теме диссертационной работы проводились а рамках выполнения проекта «Исследование состояния лесных экосистем в техногенных ландшафтах, обоснование и разработка методов биологической консервации промышленных загрязнителей» (грант J6 250 6-го конкурса-экспертизы 1999 г. научных проектов молодых ученых по фундаментальным и прикладным исследованиям) и проекта ((Адаптация и структурно-функциональные особенности формирования корневых систем древесных растений в техногенных условиях» (грант РФФИ Ка 00-04-48688),
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 научных работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов, заключения и приложений. Изложена на 180 страницах, включает 7 таблиц, 23 рисунка. Список литературы включает 303 названия, в том числе 49 иностранных.:
Геологическое строение, тектоника, полезные ископаемые
Поступление тяжелых металлов в почву в большой степени обусловлено химизацией сельского хозяйства (Добровольский, 1983; Минеев, 1984; Потатуева и др., 1984; Ковда, 1985; Кирейчева, Глазунова, 1995; Матвеев и др., 1997; Ягодин, 1997; Эль-Амин, Кузнецов, 2000), применением осадков сточных вод (Кук, 1970; Григорян, 1989; Добровольский и др., 1990; Плеханова и др., 1995; Прохорова и др., 1998), ежегодным опадом растительности (Вайчис и др., 1998; Прохорова и др., 1999).
Помимо техногенно загрязненных районов, повышенное содержание тяжелых металлов в почве наблюдается в биогеохимических провинциях с их естественным обогащением на богатых полиметаллами подстилающих горных породах. Формирование территорий с аномальным содержанием микроэлементов связано с такими природными факторами, как особенности состава почвообразующих пород, наличие различных рудных месторождений, развитие элювиальных и аккумулятивных процессов (Почвоведение, 1989). Произрастающая в таких условиях растительность по-разному приспособлена к высокому содержанию тяжелых металлов, неодинаково накапливает их и различается по чувствительности (Ковальский, 1974; Скарлыгина-Уфимцева и др., 1976; Алексеева-Попова и др., 1983, 1991; Оценка экологического..., 2001).
Остановимся на группе приоритетных тяжелых металлов - кадмий, медь, цинк. Среди них цинк и медь, с одной стороны, являются важными биогенными элементами, стимулирующими многие жизненные процессы, с другой - опасными токсикантами для живых организмов в высоких дозах. Исходя из возможных отрицательных или положительных последствий этих двух микроэлементов, не следует в суточном рационе человека превышать дозу для цинка 10 мг, для меди - 1-2 мг (Finck, 1982).
Цинк является составной частью более чем 200 ферментов, участвующих в обмене белков, углеводов, липидов, нуклеиновых кислот (Удельнова, Ягодин, 1993). Данный металл активирует ферменты, стимулирует дыхание и другие физиологические функции, участвует в круговороте азота. Цинк входит в составную часть эритроцитов -карбоангидразу крови, в состав яда некоторых змей и образует многие другие важные цинкосодержащие продукты, принимающие участие в процессах метаболизма (Виноградов, 1957). Играет важную роль в минерализации костной ткани, участвует в синтезе РНК, стабилизирует ее структуру, принимает участие в активации секреции инсулина (Цинк и кадмий..., 1992).
Ежегодно на поверхность Земли металлургическими предприятиями выбрасывается не менее 121 000 тонн цинка (Большаков и др., 1978). Высоки его концентрации в отвалах горнодобывающей промышленности. Цинк поступает в атмосферу при сжигании угля, производстве сплавов, при истирании автомобильных шин, для вулканизации которых он используется (Алексеева-Попова, 1991). В сельском хозяйстве источниками цинка являются ил, сточные воды, особенно свиноводческих комплексов, пестициды, содержащие цинк (Минеев, 1984; Алексеева-Попова, 1991).
При недостатке цинка у растений слабеет ветвление, появляются мелколиственность и хлороз (Ковальский, 1974; Ильин, 1985), «розеточная болезнь» у листопадных деревьев (Bould et al., 1953; Ciccarone, 1957; Школьник, 1974). У животных же и человека наблюдаются задержка в росте и развитии, снижение иммунитета, поражение слизистых оболочек, кожных покровов, нарушения костеобразования, кроветворения и психики (Ковальский, 1974; Кондрахин, 1989; Кеннет, 1993). К примеру, при дефиците цинка у сельскохозяйственных животных отмечались случаи уменьшения размеров костей (Melissa, Slaufther, 1984). У человека может возникнуть так называемая цинковая карликовость, проявляющаяся в уменьшении общих размеров, половом недоразвитии (Цинк и кадмий..., 1992).
Негативное влияние на организм определяется способностью цинка вступать в конкурентные реакции с рядом других металлов, в частности с кальцием (Припутина и др., 1997). Избыток цинка угнетает окислительные процессы, вызывает анемию (Ковальский, 1971). У человека появляются тошнота, рвота, дыхательная недостаточность, фиброз легких (Кеннет, 1993). У растений при высоких дозах наблюдается морфологическая изменчивость (Ковальский, 1974), накапливаются фенольные соединения (Каракис, 1968; Robb et al., 1980), подавляющие рост, снижается азотфиксирующая активность у видов-азотфиксаторов (Marsh, Waters, 1985). Высокие дозы цинка вызывают хлороз листьев вследствие того, что снижают содержание хлорофилла «а» и «Ь», а также каротиноидов (Singh, 1988; Бессонова и др., 1985; Шапочка и др., 1985; Пигулевская, Чернавина, 1986).
Медь участвует в образовании многих окислительно-восстановительных ферментов и протеинов. Входит в состав пластоцианина, который концентрируется в хлоропластах и принимает участие в реакциях фотосинтеза (Ильин, 1985). Медь является составной частью гемоцианина -кровяного пигмента низших животных, гематокуприна крови высших животных и других порфиринов животного царства (цитохрома, турацина и др.), с метаболизмом, которых связан и обмен меди (Виноградов, 1957).
Черноземы обыкновенные
Объектами исследования служили:
1. Черноземы выщелоченные, обыкновенные и южные, составляющие зональный ряд в градиенте север-юг и являющиеся доминирующим фоном почвенного покрова в зонах воздействия соответствующих предприятий: УГОК, БМСК, Бурибаевского РУ.
2. Древесная растительность - береза бородавчатая (Betula pendula Roth), тополь черный (Populus nigra L.), сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.), которые являются основными видами породообразующих деревьев региона и используются при создании защитных лесонасаждений.
3. Травянистая растительность: тырса (Stipa capillata L.) и овсяница ложноовечья (Festuca pseudovina Hack.ex Wiesb) - преобладающие виды в естественных кормовых угодьях (ЕКУ) района исследования, кострец безостый (Bromopsis inermis Leys) - культурный доминант агроценозов исследуемого района.
Характер накопления и перераспределения тяжелых металлов в экосистеме в значительной мере зависит от особенностей ее почвенного и растительного покрова и уровня техногенной нагрузки. Почва аккумулирует поступающие загрязнители и может стать вторичным источником загрязнения приземного воздуха, природных вод, продукции растениеводства (Хазиев и др., 2000).
Основу почвенного покрова района исследования составляет зональный ряд черноземов выщелоченных, обыкновенных и южных, характеристика которых дана в главе 2.
Многими исследователями (Красинский, 1950; Рябинин, 1962; Тарабрин и др., 1971; Гудериан, 1979; Махнев, Мамаев, 1979; Воронин, 1989; Sheiber, 1990; Коршиков, 1994; Сергейчик, 1984, 1994; Гиниятуллин и др., 1998; Николаевский, 1979, 1998; Кулагин и др., 1997, 2000) древесные растения рассматриваются в качестве действенного средства по уменьшению загрязнения промышленными выбросами окружающей среды.
При выборе древесных пород для исследования руководствовались широтой их распространения, малой требовательностью к условиям произрастания, устойчивостью к промышленным загрязнителям, также учитывали рекомендации по защитному лесоразведению и озеленению санитарных полос промышленных территорий, рекультивации нарушенных земель (Thomas, 1984; Красинский, Князева, 1950; Фрейберг, 1969; Илькун, 1971; Чуваев и др., 1973; Антипов, 1979; Дашкевич, 1982; Белова и др., 1983; Борзенец, 1983; Бурцев, 1983; Матвеев и др., 1986; Матвеев, Терентьев, 1986; 1988; Матвеев, 1989; Баталов и др., 1991; Шугай, 1997; Прохорова и др., 1998; Чурагулова, 1998; Кулагин и др., 2000; Оценка экологического..., 2001). Изложенным требованиям отвечают основные лесообразующие породы региона: тополь черный, сосна обыкновенная, береза бородавчатая, или повислая.
Береза бородавчатая - одна из главных лесообразующих пород, используемых при создании защитных насаждений в БЗ, где растет как в колочных лесах и полезащитных насаждениях, так и на промплощадках. Береза считается неприхотливой к лесорастительным условиям породой, достаточно устойчивой к засушливым условиям Зауралья (Чурагулова, 1998). Долговечна, хорошо растет при задымлении (Антипов, 1979). Отличается высокой пластичностью, способна расти на солонцеватых почвах, типичных и корковых солонцах, где содержание Na достигает 15%, Mg - 30-40% емкости катионного обмена, а легкорастворимые соли, в основном сульфаты и бикарбонаты, находятся на глубине 30-80 см (Фрейберг, 1969). В целом, данный вид оправдывает себя как один из основных при защитном лесоразведении в Зауралье (Чурагулова, 1998). Тополя имеют большое значение при озеленении и защитном лесоразведении благодаря скорости роста, декоративности, сравнительно малой требовательности к условиям произрастания, легкости размножения (Кулагин и др., 2000). Их рекомендуют применять для рекультивации нарушенных земель в зоне техногенного воздействия (Красинский, Князева, 1950; Илькун, 1971; Чуваев и др., 1973; Антипов, 1979; Белова и др., 1983; Бурцев, 1983; Thomas, 1984; Баталов и др., 1991; Прохорова и др., 1998). Тополь черный или осокорь, используется при селекции межвидовых гибридов, устойчив ко многим неблагоприятным факторам среды, является одним из наиболее долговечных тополей, доживающим до 300 лет (Кулагин и др., 2000). Успешно растет в посадках. Данный вид активно поглощает фенолы, цианиды, абсорбирует из воздуха соединения серы (Борзенец, 1983). Исследованиями А.Ю. Кулагина и др. (2000) установлено, что тополь черный наиболее устойчив к действию Cl2, НС1, среднеустойчив к NOx, HN03, солям; успешно произрастает на засоленных почвах. Благодаря газоустойчивости, тополь черный рекомендуется для озеленения санитарно-защитных, в том числе и промышленных территорий (Дашкевич, 1982).
Сосна обыкновенная способна расти в разнообразных климатических условиях. Обладает широким диапазоном толерантности в отношении многих биотических и абиотических факторов (Оценка экологического..., 2001). Отличается морозостойкостью, засухоустойчивостью, неприхотливостью к почвенно-грунтовым условиям, что позволяет ей продвигаться далеко на север и юг (Чурагулова, 1998). Формирует разнообразные по составу, полноте и продуктивности чистые, а также смешанные с березой, осиной и другими породами, сосновые насаждения. В лесной и горно-лесной зонах образует обширные насаждения, а в лесостепной и степной - колочные. Частота встречаемости на севере Башкирского Зауралья (Учалинский район) выше по сравнению с южной частью региона (Хайбуллинский район). Сосна обыкновенная используется для лесоразведения. В БЗ ее высаживают в полезащитные лесополосы, вокруг водохранилищ в колочные насаждения совместно с березой (Чурагулова, 1998). В целом, эта хвойная порода светолюбива, характеризуется хорошей скоростью роста, нетребовательностью к почве (растет на каменистых, известковых и песчаных сухих почвах, на болотах, неплохо переносит засоленность почвы). К тому же установлено, что интенсивность формирования первичного гумусового горизонта высокой биохимической активности в молодых почвах техногенных ландшафтов под культурами сосны значительно выше, чем в зональных климаксовых целинных и, даже, в старопахотных почвах (Шугай, 1997).
Влияние эксплуатации медноколчеданных месторождений на содержание цинка
Овсяница ложноовечья, или типчак, достигает высоты 20-40 см. Может расти в луговых, разнотравных степях, на остепненных лугах, старых залежах, в разреженных лесах (Определитель..., 1988). Образует мощную корневую систему. Данный вид является одним из наиболее распространенных в БЗ степных пастбищных растений, представлен с высоким обилием в степных сообществах. Хорошо поедается скотом, противостоит выпасу, дает значительную отаву, пригоден для пастбищ, газонов и закрепления смытых склонов (Головин, 2001).
Геоботанические описания, проведенные нами на целинных участках, показали, что тырса и овсяница ложноовечья являются наиболее часто встречаемыми видами (прил. 1-3).
Кострец безостый (высота 15-50 см) растет на лугах, приречных песках и галечниках, лесных полянах, в луговых степях, среди кустарников, у дорог, на различного рода насыпях, окраинах полей, в населенных пунктах (Определитель..., 1988). Ценнейший пастбищный и сенокосный злак. Не всегда встречается в составе естественных степных сообществ, однако наиболее часто используется в качестве кормовой культуры в посевах многолетних трав на территории района исследования. В связи с этим геоботаническое описание растительности производилось на посевах многолетних трав. Результаты описаний показали, что преобладающим видом являлся кострец безостый (прил. 4-6).
Пробные площадки, где проводился отбор почв и растений, закладывались с использованием почвенных карт, с учетом господствующих ветров, рельефа местности, возраста и фаз развития растений, удаленности от автодорог (более чем на 300 м). В пределах Учалинского, Сибайского, Бурибай-Маканского рудных районов на зональных подтипах черноземов выщелоченных, обыкновенных, южных были заложены пробные площадки размером 20x50 м по трансектам с учетом "розы ветров" в восточном и юго 57 восточном направлении на удалении 1 км (пробная площадка - ГШ 1), 5км (1111 2), 10 км (ПП 3) от соответствующих горнообогатительных комбинатов (УГОК, БМСК, Бурибаевского рудоуправления).
Расстояние от пробной площадки до источника загрязнения определялось на основе ландшафтно-экологического принципа (Лукьянец, Шилова, 1979; Шилова и др., 1979; Шилова и др., 1984). Согласно И.И.Шиловой и др. (1984), по мере удаления от источника техногенного загрязнения выделяются 3 зоны: 1 - со значительным изменением природных геокомплексов (ГТГК) на расстоянии до 1,5-2 км от источника загрязнения, 2 - с умеренным изменением ГТГК на расстоянии от 1,5-2 до 4-6 км, 3 - с незначительным изменением ПГК на расстоянии от 4-6 до 8-12 км.
В качестве индикации техногенного воздействия на объекты исследования был выбран подход, основанный на сравнении концентрации тяжелых металлов в почвах и растениях зоны техногенного воздействия с показателями местного геохимического фона исследуемых металлов (Методические рекомендации..., 1987; Касимов и др., 1992; Матвеев и др., 1997; Прохорова и др., 1998; Добровольский, 1999). Поэтому, помимо пробных, были выделены площадки условного контроля, приравненного к местному биогеохимическому фону. Они имели однотипные размеры, включали те же аналоги почв, растительности и были расположены с учетом тех же условий на расстоянии, недоступном влиянию горнообогатительных комбинатов. Такая условно чистая зона, по мнению M.Glazov et al. (1992), находится на удалении 30 км от источника загрязнения (далее в тексте - ИЗ).
В настоящее время у отечественных и зарубежных авторов существует значительное количество подходов и приемов к нормированию содержания металлов в почвах (Kloke, 1980; Temmerman et al.,1984; Evaluating ..., 1990; Виноградов, 1957; Ковальский, 1974; ГОСТ 17.4.1.02-83; ГОСТ 17.4.1.03-84; ГОСТ 17.4.3.04-85; Ильин, 1987, 1992; Методические рекомендации..., 1987; Методические указания..., 1987; Геохимия..., 1990; О выполнении работ..., 1990; Касимов и др., 1992; Критерии оценки..., 1992; Система оценки..., 1992; Порядок определения..., 1993; Добровольский, 1999; Агроэкология, 2000; Водяницкий, 2000; Оценка экологического..., 2001). Преимущественно в качестве показателей выступают валовые содержания металлов в почве как наиболее обоснованные экспериментальными и нормативными данными. Однако по мнению большинства авторов наиболее объективная оценка загрязнения достигается при определении содержания в почвах подвижных (кислоторастворимых) форм ТМ (Глазовская, 1976; Ильин, Степанова, 1981; Важенина, 1983; Зырин, Обухов, 1983; Хавезов, Цалев, 1983; Ковда, 1985; Алексеев, 1987). Поэтому помимо валовых, нами определялись и подвижные формы металлов. При оценке загрязненности почвенного покрова были выбраны подходы, разработанные И.Г. Важениным (Методические указания..., 1987) и В.В. Добровольским (1999). Они основаны на выделении уровней и категорий загрязненности почвы промышленными выбросами при сопоставлении концентрации загрязнителя с местным фоновым содержанием по валовым и подвижным формам.
И.Г. Важенин (1987) предлагает определять уровни загрязненности почвенного покрова металлами по отношению к местному фоновому содержанию, которое соответствует природному химическому составу почвы. Уровни загрязненности кратны фону. По шкале И.Г. Важенина выделяются шесть уровней загрязненности: слабый (1-й), умеренный (2-й), средний (3-й), повышенный (4-й), высокий (5-й) и очень высокий (6-й). Причем число уровней может продолжаться и дальше или же шестой уровень остается с открытой границей. В.В. Добровольским (1999) данные уровни загрязненности определяются как интенсивность загрязнения металлами. Для целей более тщательного экологического анализа им была разработана система оценки состояния загрязнения почвенного покрова металлами в координатах: интенсивность загрязнения металлами -распространение площадей с различной интенсивностью загрязнения, в % от общей площади почвенного покрова (табл. 1).
Кадмий в древесных породах
При оценке состояния окружающей среды перспективна фитоиндикация, предусматривающая изучение химического состава растительности во взаимосвязи с окружающей средой и биологических реакций организмов на стрессовые воздействия (Оценка экологического..., 2001). Причем существенным является определение особенностей накопления и распределения поллютантов в системе почва-растение, которая отражает процессы загрязнения окружающей среды и чутко реагирует на изменение качества жизнеобеспечивающих сред.
Содержание металлов в дикорастущих и сельскохозяйственных растениях биогеохимических провинций БЗ и механизмы металлоустойчивости подробно описаны в трудах ученых Санкт-Петербургской Биогеохимической лаборатории (Ковальский, 1974; Скарлыгина-Уфимцева, Опекунова, 1985, 1986, 1987; Ковальский и др., 1981; Алексеева-Попова и др., 1983, 1984; Растения в экстремальных..., 1983; Косицин и др., 1985; Алексеева-Попова, 1990, 1991; Игошина и др., 1991; Оценка экологического..., 2001; и др.). Объектами нашего исследования служили доминирующие виды степноразнотравно-типчаково-ковыльных сообществ БЗ - тырса (Stipa capillata L.), овсяница ложноовечья (Festuca pseudovina Hack, ex Wiesb) и культурный доминант агроценозов кострец безостый (Bromopsis inermis Leys).
Как уже отмечалось, в пределах БЗ в качестве зональной выступает степная растительность. На черноземах выщелоченных, обыкновенных и южных произрастают разнотравно-ковыльные степи, где в числе остальных степных злаков широко представлены тырса и овсяница ложноовечья, являющиеся преобладающими видами в естественных кормовых угодьях (ЕКУ). С невысоким обилием присутствует кострец безостый, используемый в основном как кормовая культура в посевах многолетних трав. Подробная характеристика каждого вида приведена в главе 3.
Из таблицы 6 следует, что по мере приближения к источнику загрязнения происходит закономерное снижение продуктивности посевов многолетних трав. Это свидетельствует об усилении антропогенной, в том числе и техногенной (Ильин, 1991; Коршиков, 1996; Агроэкология, 2000), нагрузки на прилегающие к промышленным зонам и населенным пунктам территории. Снижение запаса надземной биомассы растений при продвижении с севера на юг от черноземов выщелоченных к южным связано с почвенно-климатическими условиями.
Содержание в растительных кормах меди, цинка, кадмия изучалось на основе биохимических критериев (Агроэкология, 2000), так как анализ химического состава фитомассы пастбищных трав позволяет определить ее качество по содержанию токсичных доз металлов и осуществить специфическую индикацию антропогенных воздействий. Содержание поллютантов в растениях антропогенно нарушенных местообитаний сравнивалось с местным контролем, что позволило дать качественную и количественную оценку характера загрязнения. Концентрация меди, цинка в травянистой растительности сопоставлялась также с региональным кларком растений (РКР) для территории БЗ, кадмия - со средним показателем по республике Башкортостан (Оценкаэкологического..., 2001).
Исследования показали, что содержание тяжелых металлов в злаках, как и в древесных породах, определяется удаленностью их местообитания от ИЗ, интенсивностью промышленного производства, а также зависит от свойств почв и специфики самого вида растения.
Злаки характеризуются более или менее постоянным содержанием микроэлементов, не зависящим от их концентрации в породах и почвах, что говорит о наибольшей устойчивости данной группы растений к окружающим условиям (Ковальский, 1978; Ковальский и др., 1981).
Сопоставление содержания меди в растительных образцах с биохимическими критериями (по данным «Агроэкология», 2000) показало, что на всех исследованных подтипах черноземов не наблюдается превышения нормы, находящейся в пределах 10-20 мг/кг сухого вещества (прил. 10). То есть травы не накапливали медь в больших количествах в силу своей индифферентности, несмотря на избыток ее в среде. Таким образом, подтвердились наблюдения (Ковальский, 1974, 1978; Ковальский и др., 1981) о том, что злаки не концентрируют или слабо поглощают многие тяжелые металлы. Возможно, определенную роль сыграл невысокий коэффициент биологического поглощения меди, который составляет 11, тогда как у цинка - 64 (Deller et al., 1984). Некоторые исследователи (Ernst, 1972; Wallace et al., 1980; Алексеева-Попова, 1983; Давыдова, Моченят, 1991) констатировали антагонистические отношения между медью и цинком. Отмечено, что антагонизм этих металлов проявлялся в незначительном нарушении передвижения меди. По всей видимости, и в условиях Башкирского Зауралья избыток цинка способствовал накоплению меди в корнях и тормозил ее поступление в надземные органы. В целом, проявилась способность злаковой растительности защищаться от избыточного содержания металла в почве, что является благом для человека и животных.
