Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Физико-географическая характеристика Удмуртии 8
1.1.Физико-географическая характеристика 8
1.2. Состояние окружающей среды в условиях техногенного загрязнения 12
Глава 2. Степень разработки проблемы 17
2.1. Источники загрязнения природной среды 17
2.2. Характеристика тяжелых металлов как загрязнителей среды 21
2.3 .Депонирующие среды экосистемы и их использование для индикации загрязнения окружающей среды 27
2.3.1. Снежный покров как индикатор загрязнения окружающей среды 28
2.3.2. Древесные растения как объекты биоиндикации 43
2.3.2.1. Влияние различных факторов на годичный прирост древесных растений 43
2.3.2.2. Влияние загрязнения на рост древесных растений 46
2.3.3. Почвы как объект экомониторинга 54
2.3.3.1. Погребенные почвы как объекты палеореконструкций 54
2.3.3.2. Торфяные почвы в условиях загрязнения 70
Глава 3. Методика и материалы исследования 81
Глава 4. Загрязнение снежного покрова 93
4.1 Содержание загрязняющих веществ в снеге 93
4.2 Загрязнение снежного покрова вблизи автодорог 103
4.3. Загрязнение снега от почвы 104
Глава 5. Содержание тяжелых металлов в корке и древесине финской ели 107
5.1. Содержание тяжелых металлов в корке ели 107
5.2. Содержание тяжелых металлов в годичных кольцах древисины ели 109
Глава 6. Содержание тяжелых металлов в почвах 114
6.1. Содержание тяжелых металлов в погребенных почвах 114
6.2. Распределение валовых и подвижных форм тяжелых металлов в послойных отложениях торфа 119
7. Выводы 126
8. Список использованной литературы 128
9. Приложения 148
- Состояние окружающей среды в условиях техногенного загрязнения
- Погребенные почвы как объекты палеореконструкций
- Содержание загрязняющих веществ в снеге
- Распределение валовых и подвижных форм тяжелых металлов в послойных отложениях торфа
Введение к работе
Актуальность темы. Техногенное загрязнение природной среды, пройдя через стадии: локальное загрязнение - региональное загрязнение, в XX веке приобрело глобальный характер.
До начала 1970-х годов основной угрозой как для биосферы в целом, так и для существования и сохранения на планете Земля человеческого общества с его культурой и цивилизацией - в частности, считалась угроза термоядерного конфликта. Затем, в 1972 году, на Стокгольмской конференции ООН было уже признано, что на первое место по опасности выходит проблема загрязнения планеты.
Загрязнение прямо коррелируется с интенсивностью хозяйственной деятельности человека, причем основной вклад вносит промышленное производство.
Удмуртская Республика, являясь регионом с высоким индустриальным потенциалом, важнейшую долю в котором занимает военно-промышленный комплекс (ВПК), неизбежно оказывается в составе территорий с повышенными эмиссиями различных поллютантов в окружающую среду.
Положение обостряется и тем обстоятельством, что, во-первых, Удмуртия - это единственный субъект Российской Федерации, где расположены два крупнейших объекта хранения химоружия из семи российских; во-вторых, через территорию республики проходят две транссибирские железнодорожные магистрали и две автодорожных магистрали федерального значения; в-третьих, через территорию республики проходят транзитные нефте-газопроводы Сибирь - Западная Европа. С учетом интенсивного сельскохозяйственного производства и высокой плотности населения, природная среда Удмуртии, с ее относительно небольшой площадью, испытывает ощутимый пресс различных загрязнителей. Вышеизложенное определяет актуальность и важность темы нашего исследования.
Цели и задачи работы. Для разработки мер борьбы с загрязнением, оценки степени этой угрозы, естественно, необходимо знать элементный состав поллютантов, динамику их накопления, деструкции, миграцию в разных природных средах. Таким образом, данное исследование нацелено на изучение процессов накопления различных загрязнителей как в живом, так и биокосном и косном веществе. Для достижения намеченных целей исследования были поставлены следующие задачи:
РОС КАЦИОНАЛоМАЯ .
БИБЛИОТЕКА J
СПе 09
1. Проанализировать результаты опубликованных исследований по особенностям аэротехногенного загрязнения следующих срел'
снег,
древесина и корка ели, как одной их зональных распространенных древесных пород Удмуртии,
погребенные почвы и торф.
-
Выявить пространственные особенности загрязнения территории Удмуртии по химическому составу снежного покрова и коры ели.
-
Для выявления динамики содержания загрязнителей во времени проанализировать:
а) погребенные почвы, б) торфяные почвы (послойно), в) годичные кольца древесины ели
4. Изучить тяжелые металлы как наиболее опасную в экологическом
отношении группу загрязнителей и соотношение (на примере слоев
торфяной залежи) их растворимой (подвижной) формы и валовой формы, а
именно:
в снеге: Fe, Си, Zn, Mn, Ni, Cd, Сг, Mo,
в древесине: Fe, Си, Zn, Mn
в почвах: Fe, Си, Zn, Mn, Cd, Pb
в торфе Fe, Cu,Zn, Mn
5. Выявить корреляцию содержания загрязнителей в различных
средах в зависимости от близости к источникам их выбросов в атмосферу.
Научная новизна проведенного исследования заключается в том, что впервые составлены картосхемы загрязнения снежного покрова и изучены агрохимические показатели погребенных почв Удмуртии, в том числе содержание в них некоторых тяжелых металлов. Годичные кольца древесины в Удмуртии также никогда не являлись предметом специального исследования; в работе впервые приведены временные тренды аккумуляции рада загрязнителей в годичных кольцах древесины ели финской. Впервые на территории Удмуртии проведена палеоэкологическая реконструкция состояния загрязненности среды на основании таких индикаторов, как годичные кольца древесины, погребенные почвы и слои торфяных залежей.
При выполнении работы использовались методы: общенаучные (синтез, анализ, обобщение, статистический), лабораторные (химический, спектральный, рентгеноструктурный) и полевые методы.
Защищаемые положения:
1. Для выявления временных трендов загрязнения природной среды надежными индикаторами могут служить органические среды,
характеризующиеся равномерным по времени характером нарастания и имеющие четкую визуально очерченную слоистую дифференциацию-годичные кольца древесины, погребенные почвы, слои торфа.
-
Для характеристики пространственных аспектов загрязнения природной среды в их площадном выражении надежными индикаторами являются снежный покров (в холодный период) и корка деревьев (в теплый период). Таким образом, вкупе они отражают загрязнение за весь период года.
-
Картосхема загрязнения снежного покрова Удмуртии является отражением состояния воздушного бассейна в холодный период года и может послужить в качестве основы для корректировки карт загрязненности почвенного покрова.
Практическая значимость. Полученные результаты исследования внедрены в Министерстве природных ресурсов и охраны окружающей среды УР, в Администрации Завьяловского района и других районов УР.
Картосхема загрязнения снежного покрова Удмуртии, отражая состояние воздушного бассейна республики, особенно в холодный период года, показывает в целом состояние загрязнения территории Удмуртии и используется для корректировки карт загрязненности почвенного покрова.
Исходные материалы и личный вклад автора. Работа выполнена на основании проведенных полевых и лабораторных исследований на территории Удмуртии в период 1987-2001 гг. Личный вклад автора заключается в организации и участии в проведении полевых, лабораторных работ и обобщении результатов наблюдений. Часть химико-аналитических работ выполнена в сертифицированных лабораториях по методическим заданиям автора исследования.
Апробация работы. Результаты доложены и обсуждены на 3-й Российской Университетско-академической научно-практической конференции (пИжевск, 1997), на семинаре молодых ученых вузов, объединяемых Межвузовским научно-координационным советом по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов при МГУ (г.Ижевск, 1997), на конференции «Почва, отходы производства и потребления: проблемы охраны и контроля» (Пенза, 1996), на совмещенных заседаниях кафедр ландшафтной экологии и общей экологии Удмуртского государственного университета (2002-2003), а также совещаниях Минприроды УР (1998-2002) в Удмуртском республиканском центре Росгидромета (1997, 2001, 2004), в Удмуртском ЦГСЭН (1999, 2003), на аппаратных совещаниях Увинского (1997) и Завьяловского районов (регулярно).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы и приложений. Диссертация изложена на 191 с, включая приложения на 43 с, содержит 36 таблиц, 19 рисунков, 44 картосхемы. Список литературы включает 227 наименований, из них 11 на иностранных языках.
Состояние окружающей среды в условиях техногенного загрязнения
Основными источниками загрязнения окружающей среды на территории УР являются магистральный автомобильный транспорт - 42,7 %, предприятия цветной металлургии - 12,2 %, топливной - 10,9 %, электроэнергетики - 6,6 %, черной металлургии - 5,5 %, машиностроения и металлообработки - 5,1 %.
Анализируя суммарные объемы выбросов вредных веществ, С.А. Гагарин (Геоэкологические проблемы..., 1997) выделил четыре основных типа структуры выбросов, имеющих место в УР:
1) Транспортно-промышленный тип характеризуется преобладанием оксида углерода и оксидов азота. Данный тип характерен для городов и районных центров, где основной вклад в загрязнение атмосферы вносит автотранспорт. Этот тип структуры выбросов особенно проявляется в Ижевске, Воткинске, Можге, Балезинском и Завьяловском районах УР.
2) Топливно-транспортный тип характеризуется преобладанием диоксида серы и твердых частиц и на территории УР имеет распространение в городах Глазове, Сарапуле, Камбарке и в северных районах (Дебесском, Красногорском, Юкаменском).
3) Газонефтепроводный тип структуры выбросов характеризуется преобладанием углеводородов и оксида углерода. Данный тип можно наблюдать в районах нефтедобычи и вдоль линий газопроводов (всего республику пересекают 13 магистральных газопроводов).
4) Сельскохозяйственный тип структуры выбросов характеризуется преобладанием оксида углерода и твердых веществ. Этот тип характерен для большей части районов УР.
В 1996 г. в УР валовый выброс загрязняющих веществ составил 342 404 т, из этого количества 107 784 т приходится на транспорт и 234 620 т - на промышленность (эта цифра на 9,4 % меньше, чем в предыдущих годах). В 1997 г. эти цифры соответственно составляли 318 573, 103 117 и 215 456 тт. В 1998 г. эмиссия загрязняющих веществ в воздушный бассейн составила 291 717 тонн, снизившись, по сравнению с 1997 г., на 26 900 т. Таким образом, отмечается тенденция к сокращению валовых объемов выбросов. Сокращение выбросов стационарными источниками обусловлено спадом производства, приостановкой работы некоторых предприятий и выполнением ряда природоохранных мероприятий.
По суммарным выбросам загрязняющих веществ в атмосферный воздух в 1996 и 1997 гг. на первом месте среди районов УР стоит Можгинский, на втором - Боткинский, на третьем - Шарканский, в 1998 г. - Можгинский, Завьяловский, Шарканский районы соответственно (табл. 1). Из городов УР выделяются Ижевск и Глазов.
В 1997 г. наиболее загрязненными основными примесями (газообразными токсикантами и ТМ) были Первомайский, Индустриальный и Устиновский районы города. В Ижевске выбросы поллютантов от автотранспорта доминируют над выбросами от стационарных источников (на автотранспорт приходится 62,7 % в 1997 г. и 61,9 % в 1998 г., на ТЭЦ-2 - 12,6 % и 13,1 % соответственно, АО «Ижсталь» - 10,1 % и 12,6 %). Газоочистными установками предприятий города улавливается 55% загрязняющих веществ (Государственный доклад..., 1999). Индекс суммарного загрязнения воздуха ТМ в городе составлял 1,06 (1996 г.) и по сравнению с 1995 г. увеличился в 1,4 раза за счет увеличения содержания в воздухе преимущественно меди и никеля; в 1997 г. индекс снизился за счет снижения содержания в воздухе меди, никеля, свинца и был равен 0,54. Из металлов наибольшие средние и максимальные уровни загрязнения воздуха в городах УР отмечены для марганца и свинца.
Анализ гидрохимической обстановки рек показал, что наиболее распространенными среди ТМ являются железо, никель, медь и цинк.
Результаты мониторинга, проводимого с 1992 г. Республиканским центром агрохимической службы «Удмуртский», свидетельствуют о том, что повсеместного загрязнения почв на территории УР, находящихся в сфере сельскохозяйственного производства, не происходит. Отмечаются лишь очаги загрязнения ТМ (кадмием, свинцом, цинком, кобальтом, никелем) за счет атмосферных выпадений вокруг промышленных центров. На всей остальной территории республики содержание ТМ в почвах ниже среднероссийского фона, а на почвах легкого гранулометрического состава отмечается даже дефицит некоторых из них (медь, цинк, кобальт) как микроэлементов (Кузнецов, 1994).
По данным на 1998 г./ наиболее распространенными загрязняющими компонентами почв в г. Ижевске являются молибден, барий, свинец, медь, серебро, цинк, вольфрам, никель, хром, олово, стронций. Среднее превышение фоновых концентраций составляет от 5 до 15 раз. Среднее содержание цинка и молибдена в почвах города составило 2,5 и 1,4 «фона», максимальное - 11 и 2,2 «фона» соответственно. Содержание других металлов в среднем не превышает уровня многолетнего фона, однако, в отдельных пробах содержание меди достигает 4 «фона», ванадия, свинца, хрома, никеля, олова, марганца и кадмия — 2-3 «фона» (Государственный доклад..., 1998).
К подобным выводам приходит и В.И.Стурман (Геоэкологические проблемы..., 1997).
В результате эколого-геохимической съемки (Геоэкологические проблемы..., 1997WJJ пределах г. Ижевска выявлено 68 техногенных геохимических аномалий разного размера, степени выраженности, элементного состава и происхождения. Расположение аномалий в целом обнаруживает довольно четкую связь с промышленными предприятиями, а влияние «розы ветров» проявляется лишь в тех случаях, когда отсутствуют резко выделяющиеся формы рельефа и высокие, протяженные строения.
Таким образом, основные характеристики техногенного компонента современного состояния окружающей среды Удмуртской Республики обусловлены доминирующим значением магистрального трубопровода (42,7%), предприятий цветной металлургии (12,2%) и топливной энергетики (10,9%), являющимися источниками почти 2/3 всех эмиссий поллютантов; в последние годы наметилось снижение выбросов в связи как с сокращением объемов промышленного производства, так и с ужесточением требований природоохранного законодательства; наиболее распространенными загрязнителями почв в г.Ижевске являются Мо, Ва, РЬ, Си, Ag, Zn, Wo, Ni, Cr, Sr, повышение концентраций которых сравнительно с фоновым составляет от 5 до 15 раз. Суммарные показатели загрязнения определяются концентрациями Pb+ Zn+ Мо.
Приведенная характеристика состояния окружающей среды Удмуртии дает только очень общее представление о возможных проблемах, что связано с имеющейся системой мониторинга. Естественно, в отдельных геосистемах, обладающих индивидуальными природными особенностями и специфическими техногенными нагрузками, формирование экологической обстановки может быть иным. В связи с этим, для изучения последствий антропогенных воздействий нами выбраны территории, отличающиеся по виду и интенсивности техногенных нагрузок: лесная и открытая местность, селитебная зона, зона промышленных предприятий, места массового отдыха горожан и др. При этом основное внимание уделяется пространственно-временной характеристике тяжелометалльного загрязнения, о необходимости изучения которого говорят многие ученые.
Погребенные почвы как объекты палеореконструкций
В процессе длительного выветривания, в котором принимали участие физические, химические и биотические факторы, на суше сформировались породы, отражающие климат, рельеф, химический состав почв и грунтов прошлого. Впервые на различие почв, погребенных под курганами и почв открытой местности, обратил внимание немецкий колонист И. Корнис на юге Украины в 1830 году. Позднее большое внимание погребенным под курганами почвам уделял известный археолог В.А. Городцов (1907, 1917). По скорости изменения мощности гумусового горизонта почв он пытался датировать археологические памятники. Более пристальное исследование данного объекта началось в 30-е годы XX века с краткого сообщения К.Д. Глинки (1935) об ископаемых и «древних» почвах.
В качестве самостоятельного раздела почвоведения палеопедология начала развиваться в 1960-е годы (Величко, Морозова, 1972; Веклич и др., 1979). Во второй половине XX века были выполнены разработки по методам изучения погребенных почв (Веклич и др., 1979; Дергачева и др., 1984; Гаджиев, Дергачева, 1995), составлены первые схемы почвенного покрова для различных хроносрезов голоцена (Демкин, 1993; Иванов и др., 1994; Александровский, 1995). Вопросы теории и практики изучения эволюции почв подробно рассматривались на I Всесоюзной конференции по эволюции почв (Иванов, Караваева, 1985). Важная роль в развитии научных основ палеопедологии принадлежит И.П. Герасимову. Будучи одновременно палеогеографом и почвоведом, он смог оценить возможности палеопедологического метода с учетом сложности объекта исследования (Герасимов, 1946, 1961, 1971). Еще в 1941 году на конференции по палеогеографии четвертичного периода И.П. Герасимов, отметив важное (палеогеографическое) значение ископаемых почв, на конкретных примерах показал необходимость применения широкого комплекса новых подходов, совмещающих два основных методологических направления -актуализм и историзм. Впоследствии эти идеи легли в основу предложенной И.П. Герасимовым концепции палеоактуализма (Герасимов, 1982).
Результаты по изучению современных почв на территории Удмуртии наиболее полно представлены в работах Ф.И. Пермякова, В.П. Ковриго, И.И. Вараксина, М.Ф. Кузнецова, М.А. Исаева, Г.П. Дзюина, В.Н. Караваева и других исследователей (Кузнецов, 1994). Исследования морфологических, физико-химических, фитолитических особенностей погребенных почв на территории республики только начинаются. В частности, А.В. Туганаевым (2001) проанализированы почвы района городища Иднакар, относящиеся к IX-XIII вв. н.э. Изучение погребенных почв на территории Удмуртии в настоящее время является актуальным и важным как в теоретическом, так и в практическом отношении.
В рамках палеопедологии почвы, образовавшиеся в ландшафтах прошлого, подразделяют на реликтовые, погребенные и откопанные. Кроме ископаемых почв имеются также педоседименты - почвенные отложения. Термин «погребенная почва» используется разными авторами по-разному. К.Д. Глинка (1935) все почвы, погребенные в земной коре, называл ископаемыми (а те, которые позднее были названы реликтовыми, откопанными - древними почвами). А.И. Набоких для почв, погребенных в лессах, употреблял термин «древние погребенные почвы» или просто «погребенные почвы». В.И. Крокос называл их то погребенными, то ископаемыми, не делая различий между этими определениями. П.К. Заморий и А.И. Москвитин обычно называли эти почвы погребенными. Все голоценовые почвы, а также реликтовые признаки современных почв Р. Руэ называл древними, а И.П. Герасимов - древними ископаемыми. В.В. Ложек разделил их на ископаемые и реликтовые, а погребенными почвами предложил считать такие (по его мнению, ископаемые) почвы, которые во время цикла развития были погребены новыми отложениями (Методика палеопедологических исследований, 1979).
В.В. Докучаев (1948) считал, что за почву следует принимать два верхних (А и В) горизонта, нижний же (С) горизонт он называл подпочвой, грунтом, коренной или материнской породой, все равно, рыхлый он или каменистый, слоистый или массивный. Однакс Б.Г. Розанов (1975) отмечает, что тот слой v подпочвы, который в случае рыхлых горных пород лежит под почвенными горизонтами А и В, никогда не может представлять собой исходную материнскую породу, ибо он в какой-то степени уже изменен за период почвообразования комплексом различных процессов.
Погребенными лучше всего называть почвы, залегающие под более молодыми горными породами, чаще осадочными, реже вулканическими. Местами ископаемые почвы выходят на поверхность в результате размыва или удаления другими способами покрывающих эти почвы слоев. В этом случае почвы называют откопанными. Большое значение имеет и воздействие почвообразования на геологические осадки и горные породы, приводящие в силу разных причин и условий к возникновению не почв, а разных отложений, которые можно назвать почвенными педолитами. Эти горные породы, которые не являются почвами, несут ясные следы почвообразования, например, в виде ходов и остатков корней растений и животных, текстурных особенностей, почвенных новообразований, определенного солевого и минералогического состава.
В строении и мощности почвенного профиля запечатлены возраст почв, биоклиматические условия их формирования, условия аккумуляции и выноса продуктов почвообразования. Как правило, плиоценовые и нижнеплейстоценовые почвы имеют мощные (1,5-5 м), относительно глубоко выветриваемые профили с некоторыми чертами первичного гидроморфизма, унаследованного от более теплых и влажных биоклиматических условий времени их образования.
Верхнеплейстоценовые почвы, наоборот, маломощные (30-80 см, изредка 1м) и отражают заметное усиление аридности. Мощность среднеплейстоценовых почв, наиболее близких современным почвам суббореального пояса, варьирует от 1 до 3 м. Мощность почв также зависит от продолжительности процессов почвообразования. Большие мощности могут быть следствием синседиментности.
Значительные трудности вызывает определение верхней и нижней границ ископаемых почв. Верхняя граница нередко постепенная, часто бывает неровная, может быть деформирована клиньями и трещинами различной величины и генезиса - криогенного, солифлюкционного, термического, денудационного. Нижняя граница бывает языковатой, потечной, карманообразной. Более четкие границы прослеживаются в том случае, если почвообразование различных стадий имело резко различный характер (например, лесное почвообразование сменилось степным или наоборот).
В отличие от современных, ископаемые почвы прошли полный цикл своего развития. В начальную и заключительную стадию перед погребением, как правило, не формируются полнопрофильные почвы. Почвы начальной стадии ассимилируются почвообразовательной оптимальной стадией, а заключительной - либо накладываются на почву климатического оптимума (на водораздел), в какой-то мере изменяя ее, либо при значительном привносе осадочного материала, представляют собой слаборазвитые почвы с одним, максимум с двумя, маломощными горизонтами, располагающимися выше почв климатического оптимума. Именно поэтому во многих ископаемых почвах бывает наиболее интенсивно окрашена гумусом не верхняя часть профиля (как в современных почвах), а часть на некоторой глубине от поверхности.
Полнопрофильные почвы позднего, среднего и частично раннего плейстоцена, если они не разрушены последующими процессами, имеют довольно четкое строение, отражающее тот или иной тип почвообразования. Полнопрофильные погребенные почвы чаще встречаются в субаэральных толщах. При залегании их в субаквальных (аллювий) или субаэральных -субаквальных толщах (балочный аллювий и др.) нередко сохраняются лишь более уплотненные и сцементированные карбонатами и полуторными окислами переходные и иллювиальные горизонты, а гумусовые и элювиальные горизонты вследствие своей рыхлости часто разрушаются.
На склонах террас и в днищах понижений встречаются почвенные отложения значительной мощности, возникающие в результате переотложения материала почв, развитых на плакорных участках. Несмотря на то, что почвенные отложения не имеют генетического профиля, они сохраняют некоторые признаки почв, из которых образовались (цвет, отчасти гранулометрический состав, характер органического вещества и др.). Это в отдельных случаях позволяет определить их возраст (Карпачевский, 1983).
Ископаемые почвы существуют почти везде, где происходили резкие изменения в скорости осадконакопления, связанные с тектонической деятельностью, оледенениями, миграцией пойм и дельт и т.п. Возраст погребенных почв может быть самым различным. Каолинитовые породы Украины, относимые к додевонскому времени (более 400 млн. лет), являются остатками древнейших тропических почв и кор выветривания. Такими же древними погребенными почвами и корами выветривания считаются каолины Русской платформы, каолинитовые и бокситовые месторождения Урала, сформировавшиеся в условиях тропического климата в палеозое и мезозое. Возраст наиболее молодых погребенных почв в долинах рек или на делювии горных склонов может исчисляться и несколькими годами (Ковда, 1973).
Содержание загрязняющих веществ в снеге
На территории Удмуртии результаты исследований 2000г. показали, что рН снега изменяется в пределах от 4,03 до 6,24, среднее фоновое значение рН-5,15. Минимальное значение рН- 4,03 наблюдается западнее д.Алганчи-Игра Малопургинского района. Большинство проб соответствует природному значению рН -5.6 , кроме проб отобранных на территории Каракулинского и Дебесского районов, где рН снега соответственно 6,09 и 6,24. Значение рН меньше 5 встречается в восточной части Удмуртии в Шарканском/, Боткинском, Кезском, Глазовском районах. Основная причина загрязнения снежного покрова кислотообразующими веществами: оксидом углерода, серы и азота, сероводородом и другими веществами, от центральной промышленной зоны г.Ижевск-г.Воткинск- п.Игра-п.Балезино-г.Глазов, также от / нефтедобывающих предприятий. Особенно это проявляется на Гремихинском месторождении нефти, где ощущается запах сероводорода. Разница значений рН в поле и в лесу составляет от 0,1 до 0,5, в лесу снег имеет более кислую среду, чем на открытой местности
Снеговая съемка на территории садоогорода «Энергетик- 2» показывает, что среднее значение рН снега составляет 5,34. Наиболее часто встречаемое значение - 5,44, что свойственно для сельской местности Удмуртии. Результаты химического анализа снега на территории садоогорода «Энергетик - 2» представлены в Приложении.
Данные химического анализа снежного покрова в 1998-1999гг. на территории парка им. Кирова в г.Ижевске следующее: среднее значение рН снега составляет 6,85, наиболее часто встречающееся рН - 6,8, наблюдается различие значений в лесной зоне и на открытой площадке. Наибольшее рН -7,25 наблюдается возле промышленного предприятия ЭМЗ (см. Приложение). Снеговая съемка в 1999г. на территории садоогорода «Энергетик-2» показывает, что среднее значение рН снега составляет 5,34. Наиболее часто встречаемое значение - 5,44, что свойственно для сельской местности Удмуртии. Результаты химического анализа снега на территории садоогорода «Энергетик -2» представлены в таблице 6 (см. Приложение).
Данные химического анализа снежного покрова в 1998-1999гг. на территории парка им. Кирова в г.Ижевске следующие: среднее значение рН снега составляет 6.85, наиболее часто встречающееся рН - 6.80, наблюдается различие значений в лесной зоне и на открытой площадке. Наибольшее значение рН - 7.25 наблюдается на открытом подветренном склоне берега Ижевского пруда и возле промышленного предприятия ЭМЗ (см. Приложение).
На территории водосборного бассейна реки Подборенка (1998г.) значение рН снега в пробах изменяется от 4,75 до 9,8. В хвойном лесу (в верховьях реки) рН - 4,75 - 5,0; в смешанном лесу рН - 6,0 - 6,8; на территории жилой застройки рН - 6,8 - 7,75. Самая щелочная среда отмечена в районе кирпичного завода рН - 9,8 основная причина - пылевые выбросы суглинка, используемого на предприятии. Повышенное значение наблюдается возле ул.Кирова и ул.Удмуртской: рН - 8,0 - 9,85, что связано с влиянием дороги. По ул.Кирова в точках № 27,28 высокое содержание рН связано с влиянием загрязняющих веществ, поступающих от металлургического завода «Ижсталь», ТЭЦ-1 и машиностроительного завода «Ижмаш» по направлению преобладающих ветров.
Исследования снежного покрова, проведенные в 2001 г. на прилегающей территории к ныне уже закрытой городской свалке ТБО по Сарапульскому тракту, показали значения рН 5,5 - 7,1, в пробах вблизи тела свалки рН повышенное: 6,0 - 7,1.
Результаты анализов снежного покрова в 1995 году на территории Боткинского района возле д.Кудрино имеют значения рН 5,2-6,0.
По данным химического анализа снежного покрова 1987-1990 гг. в г.Ижевске значение рН в исследуемых пробах колеблется от 4,85 до 7,55. Например, около завода Ижсталь рН - 7,55, а в лесной зоне севернее микрорайона Буммаш рН - 4,85.
На территории Удмуртии снежный покров можно охарактеризовать как слабокислый: фоновая величина рН от 5,0 до 5,4, что соответствует значениям для европейской части России. По мере приближения к источникам загрязнения рН увеличивается, за исключением месторождений добычи и подготовки нефти. Важное значение в загрязнении снежного покрова имеют ветроупорные формы рельефа; так, на расстоянии 2 - 2,5 км от источников загрязнения в парке им. Кирова и в точках №№ 27,28 на левом склоне водосбора реки Подборенка выявлено наибольшее значение рН.
Содержание Си на территории Удмуртии (2000 г.) на открытой местности в поле колеблется в пределах от 0,0020 до 0,0182 мг/л. Наименьшая концентрация этого металла обнаружена в снежном покрове Як-Бодьинского, Завьяловского и Камбарского районов. Концентрация меди в этих пробах находится в пределах от 0,0020 до 0,0049 мг/л, значения от 0,0050 до 0,0069 мг/л обнаружены в Юкаменском и Кизнерском районах. Концентрация меди до 0,0099 мг/л установлена в пробах в Граховском, Малопургинском, Селтинском и Увинском районах. Наибольших значений этот показатель достигает в Шарканском, Боткинском, Каракулинском, Дебесском, Кезском, Глазовском районах.
Фоновая концентрация Си в снежном покрове на территории УР составляет 0,0083 мг/л, превышая предельно-допустимую концентрацию меди в 8,6 раз для вод рыбо-хозяйственного назначения.
В лесной зоне минимальное содержание меди в снеге 0,0052мг/л наблюдается в Камбарском районе, максимальное значение 0,0142мг/л обнаружено в смешанном лесу севернее д.Крымская Слудка Кизнерского района. В целом на территории Удмуртии распределение меди на открытой местности и в лесной зоне равномерное (см. Приложение).
На территории садоогорода «Энергетик-2» Завьяловского района (1999г.) средняя концентрация Си 0,0250 мг/л, что в 3 раза превышает фоновое содержание Си. Садоогород расположен на левом склоне реки Позимь на расстоянии 5 км к Ю-В от г.Ижевска, где сказывается влияние выбросов от промышленных предприятий. По-видимому, этому способствует «подсос» загрязняющих веществ в пониженную часть рельефа.
Снеговая съемка в г.Ижевске, проведенная в 2001 году, показала максимальное содержание меди в снеге 0.0283мг/л возле Металургического завода «Ижсталь», что превышает фоновое содержание в 6 раз. Высокое содержание 0,0102мг/л наблюдается в парке им.Кирова, минимальное 0,0057мг/л на территории Ботанического сада по ул.Союзной. В пригороде содержание меди в снежном покрове составляет 0,0027-0,0082мг/л, среднее фоновое значение 0,0047мг/л.
Исследования, проведенные в 1997 году в поселке городского типа Ува, показывают содержание меди в снежном покрове 0.004-0.02мг/л, максимальное содержание выявлено на расстоянии 10 м от улиц Калинина и Чкалова, минимальное - в сосновом лесу близ санатория «Ува».
На территории водосборного бассейна р.Подборенка (1998 г.) минимальное содержание в снежном покрове наблюдается в залесенной территории 0,002-0,032мг/л, в селитебной зоне 0,032-0,052мг/л, максимальное содержание возле улиц Кирова, Удмуртская 0,062-0,102мг/л, что превышает значения на залесенной территории в 9,6 раза.
Повышенное фоновое содержание меди в снежном покрове на территории Удмуртии связано с техногенным загрязнением атмосферы, также не исключено загрязнение снега за счет естественных процессов, так как во время ветровой эрозии растительный покров является источником вторичного поступления металлоорганических соединений.
Содержание РЬ в снежном покрове колеблется в пределах от 0,0008 до 0,3166 мг/л. На большей части территории Удмуртии (2000 г.) на открытой местности концентрация РЬ 0,0008-0,0121мг/л обнаружена в снежном покрове в районах Боткинском, Граховском, Камбарском, Селтинском, Кезском, Як-Бодьинском, Юкаменском и в парке г.Сарапула. Концентрация свинца соответствует данным для центрально-европейской части территории России холодного периода (0.0034мг/л).
Высокое содержание свинца на открытой местности 0,0166-0,0751мг/л наблюдается в районах Завьяловском, Увинском, Малопургинском, Каракулинском, Кизнерском, Шарканском. Наибольшая концентрация свинца 0,1863мг/л обнаружена на возвышенном участке рельефа возле д.Адам Глазовского района на расстоянии 7 км северо-восточнее Чепецкого механического района и возле д.Варни Дебесского района (0,3166 мг/л). Основная причина высокого содержания свинца в д.Варни связана с загрязнением от выбросов автотранспорта, так как точка отбора находится в пониженной части рельефа на расстоянии 300 м от дороги.
В лесной зоне содержание свинца в снежном покрове на территории Удмуртии составляет от 0,0005 до 0,0198мг/л. Максимальное содержание 0,2933мг/л наблюдается в густом сосново-еловом лесу возле д.Пужьегурт Шарканского района, а на расстоянии 100 м от этого леса количество свинца в поле в 7 раз меньше - 0.0418мг/л. Высокое содержание свинца 0.1651 мг/л выявлено в густом еловом лесу возле д.Муллино Юкаменского района, причиной чего, на наш взгляд/является близость точки отбора пробы от v прилегающей дороги (120м) (см. Приложение).
Средняя концентрация РЬ в снежном покрове на территории УР составляет 0,0599 мг/л.
Распределение валовых и подвижных форм тяжелых металлов в послойных отложениях торфа
По результатам проведённых анализов (см. Приложение), нами охарактеризовано распределение подвижного железа в верхних (до 20-25 см глубины) горизонтах болотных и заболоченных почв. Для удобства восприятия данные представлены в виде графиков для каждой пробы отдельно.
Как видно из приведённых данных, все исследованные образцы имеют значительное содержание подвижного железа (примерно в 10 раз выше фоновых значений). Концентрация этого элемента колеблется от 255 до 5000 мкг/мл. Максимальное значение выявлено в низинном затапливаемом болоте возле д.Чюялуд Игринского района, минимальное значение наблюдается в пробах с верховых болот в точках № 4 и 5.
Заметно, что в основномд содержание железа в пробах относительно равномерное, лишь в образцах №№ 2, 3 и 4 наблюдаются значительные отклонения от средних значений.
Распределение подвижного железа по глубине.
По полученным данным можно судить и о распределении элемента в толще почвы. Хорошо заметно, что оно неоднородно. Так, проявляется повышение концентрации подвижного железа на отрезках глубины в 2-4 см и 7-11 см. В пробах №№ 1, 5, 7, 8 и 9, отобранных вблизи промышленных предприятий и других источников загрязнения в г.Ижевске, г.Камбарке и г.Сарапуле, на глубине 2,5-3,5 см отмечены максимальные значения содержания железа. На других исследуемых точках подобной картины не наблюдается. Следовательно, можно утверждать, что в результате загрязнения атмосферного воздуха происходит аккумуляция поллютантов в торфяных слоях. Если учитывать, что в год образуется 1 мм слоя торфа, то максимальное загрязнение приходится на 1965-75 гг., когда промышленные предприятия работали на угле и мазуте и производили большое количество выбросов в атмосферный воздух.
Величины пиков разные, но во всех образцах они вполне отчётливо проявляются.
В образцах, глубина взятия которых превышает 15 см, можно отметить ещё несколько локальных повышений концентрации данного элемента. Это пики концентраций на глубинах 14, 18 и 21 см. Всё вышесказанное относительно различий в размере и локализации их остаётся в силе и здесь. Стоит лишь заметить, что пики на участке 14-18 см плавно переходят друг в друга.
Содержание и распределение подвижной меди
По сравнению с фоновым содержанием (2,3 мг/кг), исследованные образцы значительно обеднены подвижной медью. Содержание этого элемента в них колеблется в пределах от 0,35 до 3,8 мг/кг. Наибольшее количество меди наблюдается на территории г.Сарапул и составляет 3,8 мг/кг (на глубине 3 см). Также повышенное содержание меди наблюдается в пробах №№ 1, 5, 7, 8 и 9 на глубине 3 см. Вышеперечисленные пробы находятся вблизи источников техногенного загрязнения.
Минимальное содержание меди наблюдается в торфе верховых болот, находящихся в отдалении от промышленных предприятий (точки №№ 2, 3, 4). Основное количество проб содержит около 1,2 мг/кг подвижной меди, что примерно в два раза ниже фоновых концентраций.
Как и результаты по железу, эти данные представлены в виде графиков, выражающих зависимость концентрации подвижных форм элемента от глубины, на которой взят исследуемый образец. Также здесь представлены числовые значения концентрации меди в пробах.
Распределение подвижной меди по глубине.
Медь распределяется по глубине очень четко, в отличие от других рассматриваемых металлов. Она проявляет отчётливо заметную избирательность по глубине, на которой накапливается. Особенно наглядно это можно увидеть на графике, относящемся к пробе № 2.
Максимумы накопления меди наблюдаются на глубинах 1, 4, 8, 10, 13 и 18 см, причём эти максимумы более отчетливы по сравнению с железом.
Наблюдаемое явление можно объяснить тем, что медь отличается слабой миграцией. Данный элемент образует достаточно прочные соединения с органическими веществами торфа. Попадая в болотную почву, медь удерживается торфом и остается, не мигрируя, на глубине, соответствующей времени его образования.
Возможно, на распределение меди в торфяных почвах оказывает влияние и ее относительная «независимость» от других металлов. Результаты корреляционного анализа выявили низкие коэффициенты корреляции между концентрациями меди и других металлов (см. Приложение).
Содержание и распределение подвижного цинка
Концентрация подвижного цинка в исследованных образцах также в несколько раз превышает средние значения для Уральского региона (2,1 мкг/мл). Она составляет в среднем около 8-15 мкг/мл, а в отдельных точках достигает даже 40 мкг/мл.
Однако некоторые образцы (пробы №№ 5-7) отличаются, наоборот, пониженным содержанием данного элемента. В отдельных торфяных слоях этих проб обнаруживались даже только следовые количества цинка.
Более подробная информация представлена на графиках зависимости концентрации элемента от глубины и в таблице с числовыми значениями этих величин (см.Приложение).
Распределение подвижного цинка по глубине.
Этот элемент также обнаруживает характерные пики накопления, хотя они более размыты. Прослеживается относительное накопление элемента на глубинах 2-4, 8-12, 14-18 см. В пробах №№ 1, 5, 8 и 10 происходит увеличения содержания цинка в верхних слоях образцов, это еще раз подчеркивает, что накопление цинка в торфе связано с техногенным загрязнением.
Содержание и распределение подвижного марганца
Фоновое средневзвешенное содержание подвижного марганца составляет 96 мкг/мл. Исследованные образцы по концентрации этого элемента разделились на две группы: пробы №№ 1-5 содержат его меньше (местами лишь следовые количества), а пробы №№ 6-10 отличаются близким к фону содержанием подвижного марганца.
Распределение подвижного марганца по глубине.
Этот элемент накапливается в определённых точках, но переходы между этими пиками у него довольно размыты, так же, как и у цинка.
Накопление элемента происходит на глубинах 2-4, 6-8 и 12-14 см. В целом, в пробах, взятых вблизи источников загрязнения, наблюдается тенденция увеличения содержания марганца в верхних частях торфяных отложений.
Содержание и распределение подвижного фосфора и зольности
Фоновое содержание подвижного фосфора составляет 3 мг/100 г почвы. В отобранных нами образцах наблюдается значительное превышение этой величины. По-видимому, это объясняется содержанием в пробах включений фосфорсодержащего минерала - вивианита.
Зависимости концентраций этого элемента от глубины анализируемой пробы и их числовое выражение отражены на графиках и в таблицах см. Приложение).
Похожие диссертации на Пространственно-временная характеристика техногенного загрязнения природной среды Удмуртии
