Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Научно-методические аспекты изучения экологического состояния урбоэкосистем 6
1.1 Объекты и методы исследований 6
1.2 Исследование почв и растений урбоэкосистем 10
Глава 2. Факторы формирования геохимических ландшафтов урбоэкосистем 15
2.1 Природные факторы формирования урбоэкосистем 15
2.2 Антропогенные факторы формирования урбоэкосистем 25
Глава 3. Типология геохимических ландшафтов Калининграда и Светлогорска 28
3.1 Геохимические ландшафты по техногенным условиям миграции тяжелых металлов 28
3.2 Геохимические ландшафты по условиям миграции тяжелых металлов в основных типах растительности 33
3.3 Геохимические ландшафты по окислительно-восстановительным условиям миграции тяжелых металлов 34
3.4 Геохимические ландшафты по геоморфологическим условиям миграции тяжелых металлов 37
3.5 Геохимические ландшафты по кислотно-щелочным условиям миграции тяжелых металлов 40
3.6 Типология геохимических ландшафтов урбоэкосистем Калининграда и Светлогорска 43
Глава 4. Эколого-геохимическая оценка состояния ландшафтов урбоэкосистем Калининграда и Светлогорска 48
4.1 Оценка природного фонового участка 48
4.2. Распределение тяжелых металлов в почвенном покрове урбоэкосистем Калининграда и Светлогорска 49
4.3. Распределение тяжелых металлов в листьях растений урбоэкосистем Калининграда и Светлогорска 72
4.4. Суммарное загрязнение почвенного и растительного покрова урбоэкосистем Калининграда и Светлогорска 93
Заключение 102
Список литературы 106
- Исследование почв и растений урбоэкосистем
- Типология геохимических ландшафтов урбоэкосистем Калининграда и Светлогорска
- Распределение тяжелых металлов в листьях растений урбоэкосистем Калининграда и Светлогорска
- Суммарное загрязнение почвенного и растительного покрова урбоэкосистем Калининграда и Светлогорска
Введение к работе
Актуальность темы исследования определяется возрастающим числом экологических проблем в городах, где проживает большая часть населения, концентрируются промышленные предприятия, значительная доля автомобильного и железнодорожного транспорта. В связи с разнообразием источников техногенного загрязнения очевидна необходимость ур-боэкологических исследований особенностей динамики загрязняющих веществ, в том числе тяжелых металлов. Для выяснения специфики концентрации и миграции химических элементов важно в деталях представлять ландшафтно-геохимическую структуру городских территорий, что позволит не только оценивать степень влияния природных и техногенных факторов, но и прогнозировать распространенность и распределение химических элементов в различных компонентах урбоэкосистем.
Теоретические основы геохимической экологии урбоэкосистем заложены в трудах российских и зарубежных ученых (В.А. Алексеенко, 1997, 2003; Н.С. Касимов, А.И. Перельман, 1995, 1999; Ю.Е. Сает, 1988, Б.А. Ревич, 2004; Панин М. С, 1999, D.B. Botkin, 1997; J. Breuste, 1998 и др). Урбоэкосистема понимается как природно-городская система, состоящая из фрагментов природных экосистем и характеризующаяся появлением новых типов систем в результате техногенной трансформации (Герасимова, 2003).
Исследования различных урбоэкосистем показали, что для эффективного управления качеством городской среды необходимы знания особенностей миграции тяжелых металлов с учетом степени влияния техногенных и природных факторов (Геннадиев, 1991; Ковальчук, 2002; Мозо-левская, 1995; Никифорова, 1991; Строганова, 1990; B.C. Хомич, 2002, 2004 и др.). В г. Калининграде осуществлялась оценка содержания тяжелых металлов в аккумулятивном слое почв (Салихова, 2001; Е.В. Салихова, О.А. Савостина, О.Л. Виноградова, 2002; Экологический атлас..., 2002), однако при анализе особенностей их миграции учитывались лишь некоторые физико-химические свойства почв. С учетом геохимической типологии ландшафтов особенности накопления и миграции тяжелых металлов в условиях промышленного центра (Калининград) и курорта федерального значения (Светлогорск) впервые исследованы автором в 2005-2007 гг.
Цель работы - оценка эколого-геохимического состояния урбоэкосистем Калининграда и Светлогорска в связи с особенностями их ландшафтно-геохимического строения.
Задачи исследования: - выполнить типологию геохимических ландшафтов и установить соотношение их площадей в урбоэкосистемах Калининграда и Светлогорска;
выделить приоритетные поллютанты, характерные для урбоэкосистем Калининграда и Светлогорска;
определить условно-фоновый уровень содержания тяжелых металлов (ТМ) (РЬ, Си, Zn, Сг, Со, Мп, Ni) в аккумулятивном слое почв и листьях ряда древесных растений, оценить степень загрязнения почвенного и растительного покрова гг. Калининграда и Светлогорска;
проанализировать и сравнить латеральное распределение ТМ в аккумулятивном слое почв и золе листьев растений изученных урбоэкосистем, провести их эколого-геохимическое картографирование;
установить влияние физико-химических параметров аккумулятивного слоя городских почв; геоморфологических особенностей урбоэкосистем, преобладающих типов растительности и функциональной структуры исследуемых городов на распространенность и распределение ТМ в верхнем аккумулятивном слое почв и в растениях.
Научная новизна:
Впервые для урбоэкосистем Калининграда и Светлогорска на основе ландшафтно-геохимического строения изучена роль природных и техногенных факторов миграции, их влияние на концентрацию и распределение ТМ в верхнем аккумулятивном горизонте почв и листьях наиболее распространенных древесных пород растений;
Установлены пространственные закономерности геохимической трансформации урбоэкосистем, проявляющиеся в формировании полиэлементных педо- и биогеохимических аномалий;
Впервые выявлена биогеохимическая специфичность исследуемых урбоэкосистем Калининграда и Светлогорска по содержанию ТМ в листьях древесных пород растений.
Основные положения, выносимые на защиту:
Особенности типологии геохимических ландшафтов Калининграда и Светлогорска, основанной на выделении уровней с различными условиями миграции тяжелых металлов;
Трансформация урбоэкосистем, проявляющаяся в формировании и развитии геохимических аномалий в урбоэкосистемах, в более высоком уровне накопления ТМ в почвах автономных ландшафтов по сравнению с почвами подчиненных ландшафтов; в увеличении сорбционной способности городских почв за счет подщелачивания аккумулятивного горизонта; в зависимости между функциональным назначением территории и накоплением металлов в почве.
Эколого-геохимическая оценка урбоэкосистем Калининграда и Светлогорска.
Достоверность выводов обеспечена использованием современных методов исследования, обширным фактическим материалом, применением методов статистической обработки экспериментальных данных. При проведении статистической обработки данных был выбран 5% уровень значимости (критерий Стьюдента t=l,98), что соответствует вероятности 95%.
Практическая значимость. Диссертация имеет научное, практическое и методическое значение для эколого-геохимического изучения урбо-экосистем. Уровни содержания ТМ в аккумулятивном слое почв и растениях Калининграда и Светлогорска дают четкое представление об экологической ситуации в этих городах. Полученные материалы предоставляют природоохранным организациям возможность определить общие тенденции и динамику изменения окружающей среды, наметить мероприятия по оздоровлению экологической обстановки и проведению природоохранных работ. Результаты исследования и научные выводы диссертации используются в учебном процессе Российского государственного университета имени И. Канта, они включены в лекционные курсы «Ландшафтно-экологическое планирование» и «Геохимия ландшафтов».
Апробация результатов. Основные положения и отдельные разделы диссертации обсуждались на научно-практических семинарах факультета географии и геоэкологии Российского государственного университета имени И. Канта (2004 - 2007); были доложены и опубликованы в материалах: Международной научной конференции «География, общество, окружающая среда: развитие географии в странах Восточной и Центральной Европы» (Светлогорск, 2001), XXI Международной береговой конференции «Прибрежная зона моря: морфолитодинамика и геоэкология», (Светлогорск, 2004 г.), II международной научно-практической конференции (Калининград, 2006), IV Международное совещание «Геохимия биосферы» (Новороссийск, 2008). По теме диссертационной работы опубликовано И работ, в том числе 2 работы в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАКРФ.
Структура и объем. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, содержащего основные выводы, списка использованной литературы. Материал изложен на 119 страницах, содержит 34 таблицы и иллюстрирован 33 рисунками и схемами. Список литературы включает 173 источника. Рисунки, таблицы, картосхемы и другая графика, если это не оговорено особо, составлены автором. : -,.,
Работа выполнена'на кафедре физической географии, страноведения и туризма факультета географии и геоэкологии Российского государственного университета имени И. Канта под руководством доктора геолого-минералогических наук, профессора Орленка В.В., которому автор выражает искреннюю благодарность. Глубокую признательность и благодар-
ность выражаю директору Научно-исследовательского института геохимии биосферы (Новороссийск) проф. В.А. Алексеенко за постоянное внимание к работе и консультации, заведующему лабораторией геологии Атлантики проф. Е. М. Емельянову - за ценные советы, к.б.н, доценту. Е.В. Салиховой, зав. лабораторией геохимии и почвоведения О.А. Савостиной, к.г.н, доценту О.Л. Виноградовой, к.г.н, доценту Е.А. Романовой - за помощь на всех этапах работы. Выражаю признательность всем своим коллегам по факультету географии и геоэкологии РГУ имени И. Канта и Е.В. Власовой (НИИ геохимии биосферы, г. Новороссийск).
Исследование почв и растений урбоэкосистем
Наиболее сильно техногенное воздействие на природную среду и население проявляется в крупных промышленных городах, которые по интенсивности и площади аномалий загрязняющих веществ представляют собой техногенные и биогеохимические провинции [3, 102], поэтому изучение экологической ситуации в городах является одним из приоритетных направлений в исследованиях окружающей среды.
Возникновение данного научного направления обусловлено необходимостью привлечения ландшафтно-геохимических подходов и методов к изучению процессов накопления и перераспределения загрязняющих веществ в условиях интенсивных техногенных нагрузок, интерпретации аномалий и пространственных особенностей загрязнения окружающей среды в городах с учетом ландшафтной структуры территории и ландшафтных взаимосвязей, а также устойчивости ландшафтов к химическим нагрузкам [143, 147].
Города в диссертационной работе рассматриваются как геотехнические системы, представляющие собой сложные территориальные образования, включающие природные, социальные и технические подсистемы. Анализ взаимодействия различных подсистем выполнялся с учетом имеющегося опыта применения системного подхода в географических исследованиях [108].
В основу методических подходов изучения и анализа пространственной структуры загрязнения городской среды положены теоретические понятия геохимии ландшафтов - структурная организация ландшафтов и учение о геохимических барьерах [89], а также методы и приемы ландшафтоведения [80]. В качестве территориальных единиц городской среды использованы элементарные ландшафты по Б.Б. Полынову [66], позволяющие выявить не только направление миграционных потоков и формирование геохимических аномалий, но и оценить воздействие на ландшафты техногенных факторов [80, 145].
Основы экогеохимии ландшафтов городов были заложены и разрабатываются в ведущих научных организациях России - Институте минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов (ИМГРЭ, Ю.Е. Сает), Московском государственном университете (географический и почвенный факультет, Н.С. Касимов, А.И. Обухов, Е.М. Никифорова и др.), Институте геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН (А.И. Перельман), Институте экспериментальной метеорологии (Э.П. Махонько и др.) и других учреждениях России [102].
В последние десятилетия появилось значительное количество публикаций, посвященных теоретическим основам учения о городских экосистемах (2, 4, 37, 80, 82, 88, 133, 141, 147, 154, 155, 156, 158, 172), в которых анализируются эколого-геохимические показатели урбанизированных территорий, основанные на количественных и качественных параметрах городской среды. Из широкого спектра исследуемых компонентов урбоэкосистем большое внимание отводится древесным насаждениям и почвенному покрову.
При изучении почвенного покрова в урбоэкосистемах применяют два основных подхода [137]. В первом из них почва в городе рассматривается как своеобразный грунт, и исследования направлены на изучение верхних почвенных горизонтов без рассмотрения морфологии и классификации почвенных разрезов [13, 83, 100, 104, 135, 152]. Во втором подходе городские почвы рассматриваются как природное естественноисторическое тело, и их изучение осуществляется с точки зрения классического почвоведения [9, 38, 69, 75, 87, 107; 124, 137, 149, 168]. В работе исследования опирались на основные теоретические положения второго подхода.
Начиная с 70-х годов прошлого века в связи с проблемой загрязнения среды городов и промышленных центров начали усиленно изучать распределение металлов в различных компонентах ландшафта. В научной литературе представлено большое количество работ, посвященных изучению почвенного покрова различных городов России - Москвы [22, 82, 103, 130, 104, 129, 130, 147], Санкт-Петербурга [136], городов Заполярья - Кировск и Апатиты [147], Новгорода [55, 84, 125], Череповца, Магнитогорска и Братска [147], Ижевска [131], Тольятти [81], городов-курортов - Геленджика [6, 7, 32], Трускавца [147], Беларуси [63, 143, 144, 145, 146] и городов других стран мира - Осло, Норвегия [152], София, Варна, Болгария [153], Варшава, Польша [167], Неаполь, Палермо, Италия [159, 164], Стокгольм, Швеция [161, 165] и других европейских городах [164, 162, 163, 169], Гонконг [157, 160]. Большинство проведенных исследований показывает наибольшую степень загрязнения тяжелыми металлами для староосвоенных городов и крупных промышленных центров, выявлена зависимость повышения концентраций ТМ и физико-химических параметров почв, а именно с кислотно-щелочными условиями и механическим составом почв.
В настоящее время большое внимание отводится также исследованию загрязнения растительности урбоэкосистем. В результате того, что в городских экосистемах происходит постоянное воздействие техногенных факторов, растения вынуждены приспосабливаться к специфическим условиям городской среды. Основными источниками загрязнения в городе, представляющими наибольшую опасность для растений, являются аэровыбросы промышленных предприятий и выхлопные газы автотранспорта. В научной литературе данной проблеме также посвящен ряд работ, где установлены концентрации тяжелых металлов в растениях и почвах, выявлены растения индикаторы загрязнения среды металлами. Концентрации и роль микроэлементов в растениях обобщены в работах [5, 16, 17, 19, 21, 26, 50, 61, 62, 92, 100, 121, 138, 139, 140, 136, 137,138].
Анализировалось влияние промышленных комплексов и объектов и автотранспорта на накопление тяжелых металлов почвами и растениями [14, 25, 38, 41, 45, 52, 100, 113, 115, 131, 134, 151, 152, 170, 171, 173].
Каждый город заслуживает особого индивидуального рассмотрения с экологической точки зрения, исследованные урбоэкосистемы Калининграда и Светлогорска не исключение. Значимость подобного эколого-геохимического анализа определяется большим прикладным значением его результатов. Для многих городов, в том числе и вышеуказанных, характерны проблемы, связанные со слабым потенциалом самоочищения атмосферного воздуха, скоплением большого числа автотранспорта, размещением в городской черте крупных промышленных предприятий. Для улучшения экологической обстановки городов необходимо выявление уровней техногенного загрязнения основных депонирующих сред города - почвенного и растительного покрова. Большое значение для подобных исследований имеют данные о ландшафтном строении территории, микроклиматических особенностях, функциональных особенностях, плотности и этажности застройки, распределении и качестве зеленых зон. Известно, что также на миграцию химических элементов большое влияние оказывают тип почвы и, соответственно, ее физико-химические параметры [1, 13, 31, 39, 47, 49, 70]. Почвы Калининградской области относятся к подтипу дерново-подзолистые почвы, чьи эдафические особенности изучены достаточно хорошо и главными особенностями, оказывающими влияние на поведение тяжелых металлов, являются кислая реакция почвенного раствора и промывной режим [58, 63, 105, 150].
Проведенный информационно-библиографический анализ показал, что оценке состояния среды Калининградской области и ландшафтно-геохимической изученности городов Калининграда и Светлогорска посвящено значительное количество публикаций.
Так, большое количество работ посвящено исследованию геологических, геоморфологических, гидрологических, климатических, ландшафтных особенностей Калининградской области [11, 15, 24, 27, 34, 36, 57, 60, 64, 65, 71, 72, 74, 90, 106, 127, 132]. Во многих работах рассматриваются особенности почвенного покрова Калининградской области, среди них изучены зональные [56], а также физико-химические параметры [30, 51, 93, 97, 117, 118, 119, 120], среди которых, втом числе почв сельскохозяйственных угодий и польдерных земель дельты р. Неман рассмотрены различия механического состава, кислотно-щелочных условий, современного гумусового состояния дерново-подзолистых почв Калининградской области [44, 98, 112,114].
Достаточно подробно в литературе освещены вопросы распределения и поведения некоторых химических элементов в почвах Калининградской области [94, 98], а в частности кобальта [85, 86, 99], меди [95], йода, бора, цинка, марганца и других элементов [93, 94].
Вместе с тем, в литературе не найдено публикаций, касающихся использования комплексного подхода к оценке состояния городских ландшафтов Калининграда и Светлогорска, а именно о влиянии ландшафтно-геохимических условий на миграцию и распространенность тяжелых металлов в компонентах городских экосистем, не обнаружено работ по распространенности тяжелых металлов в древесных растениях изученных урбоэкосистем, данных о фоновых районах и фоновых концентрациях тяжелых металлов в почвах и древесных растениях.
Типология геохимических ландшафтов урбоэкосистем Калининграда и Светлогорска
На каждом уровне проведенной типологии учитывались определенные ландшафтно-геохимические особенности внешних факторов разных типов и видов миграции химических элементов, что позволило систематизировать полученные данные и оценить роль отдельных факторов в миграции и концентрации тяжелых металлов. В результате выделенные ландшафты отличаются друг от друга по эко-лого-геохимическим особенностям и их развитию под воздействием различных природных и техногенных факторов.
Типология В.А. Алексеенко [4], впервые примененная автором для урбоэкосистем, позволила учесть степень влияния и техногенных (функциональное зонирование территорий исследуемых городов), и природных (преобладающие типы растительности, окислительно-восстановительные условия почвообразовательных процессов, геоморфологические условия, кислотно-щелочные особенности верхнего почвенного слоя) факторов. На территории исследуемых городов было выделено 5 основных типологических уровней, различающихся условиями миграции химических элементов (табл. 1-2).
Среди ландшафтов, выделенных по техногенным условиям миграции элементов в урбоэкосистемах преобладают селитебные ландшафты, а в Светлогорске значительную часть территории, помимо жилых зон, занимают ландшафты рекреации и отдыха (табл. 1).
Соотношение площадей элювиальных, трансэлювиальных, трансаккумулятивных и транссупераквальных геохимических ландшафтов указывает на преобла 44 дание зон выноса химических элементов - 42:6:23:29 в Калининграде и 57:16:4:23 в Светлогорске.
В Калининграде почти половину территории занимает декоративная древесно-кустарниковая растительность. В Светлогорске среди выделенных типов растительности примерно в равных пропорциях преобладают декоративная и лесная древесно-кустарниковая растительность, которая выступает в качестве биогеохимического барьера (табл. 2).
При сравнении кислотно-щелочных условий можно отметить, что в Калининграде в поверхностном слое большей части городских почв наблюдается сдвиг в щелочной диапазон, а в Светлогорске 91% почв имеет нейтральную реакцию, что объясняется техногенным воздействием (табл. 3).
Окислительно-восстановительные условия поверхностного слоя почв в урбо-экосистемах Калининграда и Светлогорска достаточно благоприятные - за исключением небольших по площади территорий, представленных в основном поймами рек и ручьев и замкнутыми котловинами понижений, вся остальная территория имеет окислительные условия почвообразования.
При сложении всех классификационных уровней автором было выделено 66 геохимических ландшафтов в г. Калининграде и 26 геохимических ландшафтов в г. Светлогорске, что послужило основой для построения схем ландшафтного строения исследуемых городов (рис. 17, 18).
Таким образом, эта структура геохимических ландшафтов позволила выявить основные закономерности миграции некоторых химических элементов в городских урбоэкосистемах Калининграда и Светлогорска: ведущими факторами в миграции тяжелых металлов оказались техногенный - выявлена корреляция концентрации и распределения элемента в зависимости от функциональной зоны, и геоморфологический фактор - в зависимости от положения геохимического ландшафта в рельефе.
Выявленные особенности могут позволить разработать мероприятия по улучшению существующей экологической обстановки как в крупном промышленном центре, каковым является Калининград, так и в приморском курортном городе Светлогорске.
Распределение тяжелых металлов в листьях растений урбоэкосистем Калининграда и Светлогорска
Растения наиболее чуткие индикаторы техногенного изменения состояния городской среды и являются первым экраном на пути осаждения атмосферных выпадений [102]. Металлосодержащие аэрозоли абсорбируются поверхностью листьев (РЬ), механическим путем или в растворенном виде проникают в устьица (Zn, Cd), часть металлов поступает в растения из загрязненных почв [81, 92]. Биогеохимическая индикация основана на способности растений аккумулировать поллютап-ты. Биогеохимическая индикация состояния городской среды дает информацию о загрязнении территории преимущественно в теплое время года — период вегетации растений и активной водной миграции поллю гантов, поступающих в растения из загрязненных почв [102].
В работе определен коэффициент биологического поглощения (КБП), который характеризует интенсивность поглощения растениями химических элементов. Содержание химических элементов в одинаковых частях одного вида растений может существенно изменяться при изменении ландшафтно-геохимических условий их произрастания. Поэтому содержание металлов в листьях растений было рассмотрено по тем же таксономическим уровням, что и их распределение в почве.
Наибольший коэффициент биологического поглощения листьями тополя в Калининграде во всех геохимических ландшафтах, выделенных по техногенным условиям миграции (функциональных зонах) (табл. 12) характерен для Си, Zn, для данных элементов характерно повсеместное высокое распространение в верхнем аккумулятивном почвенном горизонте, что подтверждается данными почвенных анализов (табл. 6, 8). Для таких элементов как Pb, Со, Mn, Ni, величина КБП 1 отмечена для некоторых геохимических ландшафтов функциональных зон. Так, для РЬ КБП 1 наблюдается только в геохимических ландшафтах промышленной зоны; для Со - в зонах рекреации и отдыха, кладбищах, зоне лугов и огородов; Мп - в промышленной зоне, зоне кладбищ и лугово-огородной; для Ni величины коэффициента биологического поглощения во всех зонах приближены к 1, но в селитебной малоэтажной, рекреационной и зонах кладбищ и лугов и огородов КБП 1.
В исследуемых районах пределы колебаний свинца в листьях тополя и клена варьировали от 6,0 до 80,0 мг/кг. Среднее содержание свинца в листьях растений Калининграда составляет 26,9 мг/кг в листьях тополя и 26,4 мг/кг в листьях клена, пределы колебаний составляют 6,0-50,0 мг/кг для тополя и 10,0-100,0 мг/кг для клена, количество проб, близких к фону составляет 7,7% для тополя и 2,6% для клена, значительно превышающих фон - 22,5% для тополя и 21,7% для клена. Большинство проб колеблется в пределах 20,0-30,0 мг/кг (52,5% для тополя и 51,3% для клена).
Сравнивая средние максимальные концентрации свинца (до 80,0 мг/кг) между видами деревьев, можно отметить их равномерное распределение, как в листьях клена, так и в листьях тополя. При этом накопление металла в основном происходит в геохимических ландшафтах селитебных малоэтажных, агросслитебных и промышленно-транспортных зон с преобладанием декоративной и садовой древес-но-кустарниковой растительности, приуроченных ко всем частям геохимической катены, со слабощелочной реакцией почвенного раствора, как в окислительных, так и в восстановительных условиях почвообразования.
Минимальные средние концентрации РЬ (до 6,0 мг/кг) отмечаются в геохимических ландшафтах некоторых селитебных малоэтажных, части рекреационных парковых зон, зонах пустырей, бросовых земель с преобладанием декоративной и садовой древесно-кустарниковой растительности, приуроченных к автономным и транзитным злемеїгтарньїм ландшафтам со слабощелочной и слабокислой реакцией почвенного раствора, и в окислительных, и в восстановительных условиях почвообразования.
Среднее содержание РЬ в листьях клена в Светлогорске - 12,1 мг/кг, пределы колебаний 3,0- 60,0 мг/кг, количество проб, близких к фону, составляет 86,7%, значительно превышающих фон - 3,3%. Большинство проб колеблется в пределах 6,0- 10,0 мг/кг (73,3%) (табл. 14).
Минимальные средние концентрации (до 3,0 мг/кг) отмечены в геохимических ландшафтах промышленных зон с преобладанием травянистой растительности с восстановительными условиями почвообразования, приуроченных к трансэлювиальным ландшафтам с нейтральной реакцией почвенного раствора. Максимальные средіпіе концентрации РЬ (до 60,0 мг/кг) характерны для малоэтажной зоны с преобладанием декоративной древесной растительности, приуроченных к элювиальным ландшафтам со слабощелочной реакцией почвенного раствора (рис. 19).
Среднее содержание цинка в листьях древесных растений Калининграда -814,8 мг/кг в листьях тополя и 302,9 мг/кг в листьях клена, пределы колебаний составляют 300,0-2000,0 мг/кг для тополя и 100,0-2000,0 мг/кг для клена, количество проб, близких к фону составляет 10,3% для тополя и 77,4% для клена, значительно превышающих фон - 53,8% для тополя и 0,9% для клена. Большинство проб колеблется в пределах 800,0-1000,0 мг/кг для тополя (43,6%) и 150,0-300,0 для клена (72,1%) (табл. 15).
Концентрация металла листьями тополя почти везде выше, чем листьями клена. Максимальные концентрации в листьях тополя (до 2000,0 мг/кг) отмечены в районе автовокзала (восстановительные условия почвообразования, трансаккумулятивные ландшафты) и в конце ул. Дзержинского (малоэтажная зона, окислительные условия почвообразования, трансэлювиальные ландшафты). Максимальные концентрации в листьях клена отмечены в агроселитебпых (Чкаловск) и селитебных малоэтажных (Первомайский; ул. Дзержинского около озера Шенфлиз) ландшафтах с преобладанием садовой и декоративной древесно-кустарниковой растительности с окислительными условиями, геохимических ландшафтах предприятий с преобладанием декоративной растительности с окислительными (ул. Камская, АО «Молоко», ОАО «Калининградвтормет») и восстановительными (трамвайно-троллейбусное депо, ул. Вагоностроительная) условиями. В.отмеченных ландшафтах зафиксирована слабощелочная реакция почвенного раствора.
Минимальные концентрации Zn листьями тополя (до 300,0 мг/кг) отмечены в геохимических ландшафтах многоэтажных зон с преобладанием-декоративной древесно-кустарниковой растительности с окислительными условиями почвообразования, слабощелочной реакцией почвенного раствора: ул. Зеленая-Горького; Куйбышева; Юношеская (элювиальные ландшафты) и небольшой ареал в центре поселка им. А. Космодемьянского на фоне геохимической аномалии цинка (транс-супераквальные ландшафты).
В листьях клена минимальное содержание (100,0 мг/кг) отмечено в самых разнообразных геохимических ландшафтах во всех районах города: ул. Киевская (селитебная многоэтажная зона с декоративной древесно-кустарниковой растительностью, с восстановительными условиями и слабощелочной реакцией почвенного раствора в транссупераквальных ландшафтах), п. Большое Исаково (зона лугов с іравянистои растительностью, окислительными условиями и слабощелочной реакцией почвенного раствора в элювиальных ландшафтах), Борисово (пустыри с травянистой растительностью, с окислительными условиями и слабощелочной реакцией почвенного раствора в трансаккумулятивных ландшафтах), ул. 4-ая Большая Окружная (промышленная зона с преобладанием декоративной древесно-кустарниковой растительности с окислительными условиями и слабощелочной реакцией почвенного раствора в элювиальных ландшафтах), Питьевой канал (зона лугов с травянистой растительностью, окислительными условиями и слабокислой реакцией почвенного раствора в трансэлювиальных ландшафтах), п. Зеленое, ул. 1-ая Б. Окружная (агроселитебные ландшафты с преобладанием садовой древесно-кустарниковой растительности с окислительными условиями и слабощелочной реакцией почвенного раствора в элювиальных ландшафтах).
Суммарное загрязнение почвенного и растительного покрова урбоэкосистем Калининграда и Светлогорска
В данном разделе работы проведен анализ распределения геохимических ассоциаций, характеризующих специфические особенности зон воздействия различных источников и обнаруженных в изучаемом объекте в количествах, отличных от природного фона. В геохимическую ассоциацию включены химические элементы с коэффициентом концентрации Кс 1,0. На основании значений Кс вычислены значения суммарного показателя загрязнения Zc и проведена оценка общего уровня загрязнения почв городов Калининграда и Светлогорска. Для расчета коэффициента концентраций Кс почв были взяты регионально-фоновые содержания элементов (табл. 3).
Геохимическое картирование позволило выявить в верхнем горизонте почв комплексную полиэлементную геохимическую аномалию и в г. Калининграде, и в г. Светлогорске (рис. 32, 33).
В г. Калининграде было выделено 4 категории загрязнения верхнего слоя почв тяжелыми металлами по показателю Zc: 1) допустимая категория; 2) умеренно опасная; 3) опасная; 4) чрезвычайно опасная. Ареалы почв с суммарным загрязнением, относящимся к умеренно опасной категории загрязнения (табл. 34), пере 94 крывают большую часть городской территории (96,2%) (рис. 32). В Калининграде комплексная аномалия тяжелых металлов с опасной и чрезвычайно опасной категориями представлена несколькими очагами, находящимися в пойме р. Преголи (район Московского проспекта и пос. А. Космодемьянского), что соответствует транссупераквальпым ландшафтам с восстановительной средой почвообразования, и аномалией в центре города (район Советского проспекта, ул. Озерова, Чайковского, Репина и др.), в геоморфологическом плане это элювиальные ландшафты, где наблюдается окислительная обстановка почвообразования, их площадь составляет соответственно 1,8% и 0,3%. Территориально аномалии в основном приурочены к промышленной и селитебной многоэтажной зонам с преобладанием, декоративной древесно-кустарниковой растительности и слабощелочными условиями почвообразования.
Ареалы почв, относящихся к допустимой категории, по площади незначительны (1,7%), расположены в разных районах города и приурочены в основном к селитебным малоэтажным зонам (Северная гора - ул. Герцена; оз. Летнее; ул. Волоколамская; Еловая Аллея — ул. Орудийная; Азовская), расположены в автономных и транзитных ландшафтах. В транссупераквальных ландшафтах не обнаружены почвы, относящиеся к допустимой категории загрязнения. Аномалии формируются в слабощелочных условиях с преобладанием декоративной древесно-кустарниковой растительности, окислительными обстановками почвообразования.
Геохимические аномалии в аккумулятивном слое почв выявлены практически во всех функциональных зонах и элементарных ландшафтах урбоэкосистем Калининграда и Светлогорска, однако для некоторых зон Светлогорска коэффициент Zc намного выше, чем в Калининграде. Педогеохимическая оценка г. Светлогорска показала, что территория курортного города существенно загрязнена тяжелыми металлами. По значениям коэффициента Zc также было выделено четыре категории загрязнения тяжелыми металлами: 1) допустимая категория; 2) умеренно опасная; 3) опасная; 4) чрезвычайно опасная. Ареалы почв с суммарным загрязнением, относящимся к умеренно опасной категории загрязнения (табл. 36), перекрывают значительную часть городской территории (77,7%) (рис. 33).
Почти вся площадь города относится к умеренно опасной категории загрязнения. Очаги загрязнения с опасной и чрезвычайно опасной категориями загрязнения представлены несколькими ареалами, распределившимися почти по всей территории города: Светлогорск-1; железнодорожный вокзал; центр города - ул. Аптечная, Почтовая и район, примыкающий к озеру Тихому; северо-восточная окраина города, включающая часть поймы реки Светлогорки. Эти территории в основном представлены промышленными и селитебными многоэтажными зонами, в основном приуроченных к элювиальным, реже к транссупераквальным ландшафтам, с преобладанием декоративной древесно-кустарниковой растительности, со слабокислой и нейтральной реакцией почвенного раствора. Окислительно-восстановительные условия почвообразования почти везде одинаковы, за исключением тех аномалий, которые захватывают часть поймы реки Светлогорки и оз. Тихого — там наблюдаются восстановительные условия почвообразовательного процесса.
Ареалы почв, относящихся к допустимой категории (16,0%) представлены небольшим очагом в Отрадном (ул. Тельмана - Первомайская) в селитебной малоэтажной зоне и значительной по площади территорией за пределами города -Светлогорским лесом, в зоне рекреации и отдыха. Эти территории расположены преимущественно в элювиальных ландшафтах с близкой к нейтральной реакцией почвенного раствора и окислительными условиями почвообразовательного процесса. Преобладающий тип растительности -декоративный древесно-кустарниковый в п. Отрадное и лесной древесно-кустарниковый в Светлогорском лесу.
Таким образом, приоритетными поллютантами и для Калининграда, и для Светлогорска являются свинец, цинк, медь, никель. Распределение указанных элементов в составе почвенных аномалий образует убывающий ряд: Pb Zn Cu Ni (табл. 31).
Уровни загрязнения растений урбоэкосистем Калининграда и Светлогорска также как и почв, определялись по величине Zc. Для расчета коэффициента концентраций Кс растений были взяты условно-фоновые содержания элементов (табл. 4). На схемах 32-33 загрязнения растений исследованных городов было выделено 5 категорий загрязнения: минимальная (Zc=l-5), средняя (Zc S-lO), высокая (Zc=10-15), очень высокая (Zc= 15-20) и чрезвычайно высокая (Zc=20 и выше).
В г. Калининграде было выделено 4 категории загрязнения листьев растений тяжелыми металлами по показателю Zc: 1) минимальная (до 4,9); 2) средняя (разброс значений 5,0-10,0); 3) высокая (разброс значений 10,0-11,6; 4) чрезвычайно высокая (разброс значений 17,5-24,1). На территории города отсутствуют участки с очень высокой степенью загрязнения, но при этом отмечен ареал с чрезвычайно высокой степенью загрязнения. Почти вся территория города относится к минимальной и средней категориям загрязнения. Максимальный уровень загрязнения листьев деревьев отмечен в районах: 1) для листьев клена: пос. им. А. Космодемьянского; ул. Пр. набережная - проспект Победы; северная окраина города (ст. Кутузове); ул. Дзержинского на выезде из города; 2) для листьев тополя выделен один ареал в районе ул. Киевской - Камской.
В г. Светлогорске по суммарному показателю загрязнения растений было выделено также четыре категории: 1) минимальная категория загрязнения (разброс значений 1,0-5,0); 2) средняя категория (разброс значений 5,1-9,5); 3) высокая (разброс значений 10,1-12,0) и 4) очень высокая (16,9-18,1).
Урбоэкосистема Светлогорска по суммарному показателю загрязнения листьев клена в основном относится к минимальной и средней категориям загрязнения. Ареал высокой (10-15) категории загрязнения расположен в северной части Светлогорска-1, где он совпадает с ареалом опасной категории загрязнения почв (Zc=32-128).
