ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ЭКОСИСТЕМ ГОРОДА СТАВРОПОЛЯ

Главная » Естественные науки » ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ЭКОСИСТЕМ ГОРОДА СТАВРОПОЛЯ
Естественные науки Комментариев нет

В настоящее время специфика функционирования городских экосистем во многом опре — деляется многочисленными и разнообразными процессами техногенной миграции веществ. к наиболее значимым процессам относится химическое загрязнение тяжелыми металла- ми (ТМ), охватывающее все основные компоненты городских ландшафтов и приводящее к резкому ухудшению экологической обстановки. Изучение миграции ТМ занимает одно из основных мест в эколого-геохимических исследованиях, так как ряд их соединений имеют токсичный, мутагенный и канцерогенный эффект для живых организмов. При этом в качест — ве надежных индикаторов интенсивности техногеохимического давления выступают почвы, растения, почвенные беспозвоночные.

Город Ставрополь входит в число промышленных городов, территории которых сильно подвержены техногенному воздействию. для него остро стоит проблема сохранения опти- мальных эколого-геохимических характеристик, связанных с комфортностью обитания и здоровьем населения. Эффективное решение этой задачи невозможно без осуществления прикладных исследований, направленных на выявление масштабов геохимического преобра — зования ландшафтов города. В современной отечественной и зарубежной литературе накоп — лен большой опыт анализа эколого-геохимической ситуации урбанизированных территорий. Выполнены эколого-геохимические оценки их состояния, проведено картографирование распределения отдельных загрязнителей, выявлены приоритетные техногенные источники

© дегтярева Т. В., Титоренко В. А., 2011.

загрязнения и поллютанты. Большое внима — ние этим вопросам отведено в работах н. С. касимова [6], Ю. е. Саета [4] и др. Основные методические принципы и общая технология эколого-геохимических исследований горо — дов основаны на изучении геохимических аномалий в различных компонентах городс — ких ландшафтов [6, 4]. В течение нескольких лет проводятся ландшафтно-геохимические и биогеохимические исследования урбанизи — рованных и природных (фоновых) ландшаф — тов Ставропольского края [2].

Цель исследования — изучение особен — ностей распределения тяжелых металлов в почвах и живых организмах в пределах лан — дшафтной структуры и функциональных зон города Ставрополя, выявление степени тех — ногенного загрязнения. Применение ланд — шафтного подхода и функционального зони — рования позволяет одновременно учитывать неоднородность природных ландшафтно- геохимических условий и характер антропо — генного воздействия на экосистемы города. В качестве эталона сравнения (фона) для го — родских почв и биоты выбраны параметры содержания ТМ у аналогичных объектов на территории природного музея–заповедни — ка «Татарское городище», непосредственно прилегающего к городской территории [1,

5]. Содержание приоритетных загрязнителей

(меди, цинка, свинца, кадмия) определялось методами атомно-абсорбционной спектро — метрии и вольтамперометрического анализа на спектрофотометре «квант»-АФА и потен — циометре АВС 1.1. для оценки уровня загряз — нения тяжелыми металлами рассчитывался коэффициент концентрации химического вещества кс. для установления видовой спе — цифики представителей биоты был исполь — зован коэффициент биологического погло — щения кб [3, 22].

Среди растений были изучены представи — тели различных жизненных форм: робиния ложноакация Robinia pseudoacacia (как один из основных древесных видов, использую — щихся в озеленении города), пырей ползучий Elytrigia repens, а также мох Pleurosium schre — beri. Выбор данных представителей был оп-

ределен их широкой распространенностью на территории города и фоновых участков. Среди крупных почвенных беспозвоночных опробовались дождевые черви Lumbricidae, не способные к значительному перемещению в почвенной толще и поэтому адекватно ре — агирующие на изменение экологической об — становки [5, 398].

Территория г. Ставрополя характеризует-

ся неоднородностью природных условий, в ее пределах по особенностям миграции, оп — ределяемым рельефом, выделяются автоном — ные элювиальные ландшафты верхнесармат — ской плакорной поверхности выравнивания и трансэлювиальные ландшафты склонов структурно-денудационных плато, пласто — вых эрозионно-денудационные равнин и речных долин [2, 6]. Техногенное воздейс — твие на город проявляется в существовании более или менее четко выраженных функци — ональных зон: селитебной, промышленной, лесопарковой, дачной. Город располагается в подзоне обыкновенных мицелярно-карбо — натных черноземов с выщелоченными глу — боко-карбонатными черноземами. Антро — погенная трансформация почв приводит к формированию различных типов урбанозе — мов с измененным микроэлементным соста — вом, который по содержанию ТМ отличается от фоновых показателей (табл. 1).

диапазон колебаний рн в городских поч-

вах весьма значителен – от 6,2 до 9,0. Среднее значение рн в верхнем почвенном горизонте составляет 7,9 (примерно 55% почв террито — рии). нейтральные значения преобладают в зоне селитебной многоэтажной застройки, значения рн>8 выявлены в почвах промыш — ленных зон города. Основные районы подще — лачивания почв находятся в северной и цен — тральной части города. Анализ загрязнения почв кадмием в соответствии с ландшафтной структурой города показывает повсеместное загрязнение территории, т. е. идет накопле — ние элемента вне зависимости от положения в ландшафтном сопряжении. Среднее содер — жание кадмия в почвах города – 4,7 мг/кг, что составляет 7,8 фоновых значений. наиболее крупная и интенсивная аномалия кадмия в 4

Некоторые показатели почв функциональных зон г. Ставрополя

Таблица 1

Функциональные зоны

Среднее содержание химических элементов, мг/кг

рH

Cu

Pb

Cd

Zn

Промышленная

104,6±10,6

114,3±20,6

16,0±4,2

82,7±22,6

8,4

Селитебная многоэтажная

52±1,4

49,4±3,4

3,7±0,45

53,2±3,3

8,2

Селитебная одноэтажная

43,3±3,4

49,6±4,4

4,1±0,83

46,5±3,7

7,9

Лесопарковая

41,3±4,7

37,0±6,8

3,1±0,5

31,3±1,3

7,7

дачная

23,9±2,8

17,3±1,8

0,54±0,06

16,9±1,01

Фоновая территория

26,5±1,5

18,4±2,3

0,58±0,04

26±4,6

фонов приурочена к северо-западному мик — рорайону, к промышленным площадкам за — водов Аналог, нептун, Лисма-Люминофор. Точечные аномалии высокой интенсивности загрязнения почв кадмием на территории города встречаются довольно часто и в раз — личных местах. Аномалии металла в почвах невысокой контрастности имеют сплошное распространение по территории города. Так, техногенные ореолы с превышением фона в

2-3 раза охватывают около 20 % города, с пре-

вышением в 3-6,5 раза – около 45 % города.

Среднее содержание свинца в почвах го — рода составляет 54,2 мг/кг. Педогеохимичес — кие аномалии свинца относительно фона за — нимают практически всю территорию города. Увеличение интенсивности загрязнения на- блюдается в северо-восточном направлении. наиболее сильное и стабильное загрязнение свинцом выявлено в промышленных районах, почвы дачной зоны практически не загрязне — ны. Аномалии свинца в пределах селитебной многоэтажной зоны на автономных позици — ях плакора увязаны с крупными транспорт — ными магистралями и несколько повторяют их вытянутую форму. Вся центральная и се — веро-восточная часть города представляет собой территорию с содержанием свинца, в

2,0-2,7 раза превышающем фоновые значе-

ния, на которой выявляются локальные пят — на с загрязнением в 6,5-9 раз.

Превышения содержания цинка в почвах по природному фону приурочены большей частью к подчиненным трансэлювильным ландшафтам. Самая обширная и наиболее контрастная аномалия цинка практически

целиком охватывает селитебную зону час — тной и многоэтажной застройки пологих склонов структурно-денудационных плато. В западном направлении эта аномалия вклю — чает в себя многоэтажную селитебную зону с наиболее интенсивными транспортными потоками (ул. доваторвцев, ул. Ленина). Пе — риферийные участки данной аномалии име — ют среднее превышение по фону в 3-4 раза. наиболее высокие значения загрязнения почв цинком составляют 3,2 фона и встреча — ются в селитебных районах, непосредствен — но примыкающих к урочищу Павлова дача. Автономные ландшафты плакоров имеют достаточно обширные аномалии цинка не — большой интенсивности от 1,5 до 2 фонов. Относительно чистыми в отношении загряз — нения почв цинком оказались дачные и лесо — парковые массивы.

Территориальное расположение аномалий

меди в городских почвах характеризуется приуроченностью к крупным промышлен — ным узлам (северо-западному, восточному и юго-восточному) и центральной части горо — да. Значительные площади плакора и склонов структурно-денудационных плато загрязне — ны медью в пределах 1,6-1,9 фона. Фоновые и околофоновые значения встречаются на дачных участках, в районах с редкой много — этажной застройкой, в центральных частях лесопарковых массивов. довольно обширная аномалия меди со значением кс 3,9 охваты — вает восточную промышленную зону, рас — пространяясь на прилегающие селитебные районы частной и многоэтажной застройки. Максимальные концентрации обнаружены в

районе промплощадок заводов Поршневых колец, Прибороремонтного, Стеклотарного, около железнодорожного вокзала.

Имеющиеся данные позволяют проследить динамику изменения содержания ТМ в почвах города с 2002 по 2011 г. За это время в почвах лесопарковой зоны содержание меди увели — чилось в среднем в 3,5 раза; значительно уси — лилась концентрация кадмия (в 3 раза). Из — менение содержания свинца в лесных почвах произошло в 2,8 раза при максимальном уве — личении в лесных почвах до уровня 1 Пдк. В почвах промышленных зон интенсивная ди — намика характерна для кадмия – его уровни в верхнем почвенном горизонте увеличились в 6,9 раз. Содержание меди возросло с 24,5 до 104,6 мг/кг, свинца – с 73 до 114,3 мг/кг. Почвы селитебной одноэтажной зоны в 2011 г. отличаются увеличением содержания кад — мия в 8,2 раза. Положительная динамика со — держания меди и цинка характерна для почв плакорных возвышенных местоположений северо-западного района – соответственно в 3,6 и 4,7 раз. В трансаккумулятивных ус — ловиях восточной части города увеличение концентраций меди по сравнению с 2002 го — дом произошло всего в 2 раза (до 55,8 мг/кг), а содержание цинка не изменилось. В почвах многоэтажной селитебной зоны относитель — но небольшое концентрирование в 2011 г. ха — рактерно для концентрации кадмия – в 2,8 и меди – в 2,5 раза.

Результаты определения химического со — става растений показывают, что растения в городе отличаются от однотипных видов естественных местообитаний по уровню на — копления ТМ. В условиях атмосферного за — грязнения деревья значительно потребляют цинк, травы – свинец, мхи – медь, кадмий. накопление элементов различными расте — ниями зависит от приуроченности к отде — льным функциональным зонам, определяю — щим однородность экологических условий и однотипность техногенных нагрузок для растительного покрова. У мхов наиболее вы — сокие уровни содержания металлов отмеча — ются в промышленной зоне: меди 91,8 мг/кг (превышение фона в 13 раз), цинка 97,2 мг/кг

(загрязнение в 19 раз), свинца 172 мг/кг (36 значений фона). Уровни содержания ТМ во мхах селитебной зоны приближаются к уров — ням промышленной зоны. Содержание свин — ца в робинии ложноакации, произрастающей в промышленной зоне, превышает в 2-5 раза содержание в других функциональных зонах. не являются единичными максимальные зна — чения 91-139 мг/кг для свинца, 55-91,8 мг/кг

– для меди, 6,2-7,2 мг/кг – для кадмия. Исто — рический центр г. Ставрополя имеет высокое содержание в робинии кадмия и меди (пре — вышение фона в 1,8 раз), свинца (в 3,5 раза). накопление тяжелых металлов растениями зависит от их вида. древесные виды отлича — ются сильным накоплением цинка (кб=1,3), средним биологическим захватом кадмия, меди, свинца (кб=0,4-0,1). Травянистые виды имеют наибольшую интенсивность накопле — ния свинца (кб=2,4) меди, цинка (кб=1,9-1,7), средний биологический захват характерен для кадмия (кб=0,8). Мхи активно накапли — вают медь (2,8) и свинец (1,3), менее энергич — но поглощают цинк и кадмий (кб=0,9-0,2).

Сопоставление концентрации химичес-

ких элементов в почвах и в дождевых чер — вях показывает, что содержание элементов в беспозвоночных не превышает их уровней в городских почвах. Между накоплением ТМ дождевыми червями и их концентраци — ей в почве выявлена сильная корреляция. коэффициенты корреляции имеют значе — ния от 0,79 (для меди) до 0,97 (для кадмия). Обнаруживается зависимость между на — коплением элементов дождевыми червями и щелочно-кислотными условиями почв (заметная положительная корреляция для меди и свинца r=0,56–0,58 и отрицательная для цинка r=-0,34). наибольшее накопление концентрации элементов в организмах дож — девых червей выявлено преимущественно в промышленной зоне (медь — 90 мг/кг, свинец

– 104,7 мг/кг, кадмий – 39 мг/кг, цинк – 92,3

мг/кг.). наименьшая аккумуляция металлов со значениями, приближенными к фоновым концентрациям, прослеживается у дождевых червей, отловленных в лесопарковой и дач — ной зонах. для селитебных зон одноэтажной

и многоэтажной застройки накопление меди, кадмия и цинка дождевыми червями осу — ществляется приблизительно на одном уров — не. Исключением является свинец, которого организмы люмбрицидов в селитебной одно — этажной зоне накапливают на 40 % больше, чем в селитебной многоэтажной. Средняя интенсивность биологического поглощения дождевыми червями всех рассматриваемых элементов относительно городских и фоно — вых почв музея-заповедника очень близка. В существующих пока пределах загрязнения городской среды обитания черви в целом не изменяют биологические механизмы поступ — ления микроэлементов.

Определение коэффициентов концент — рации (кс) элементов в почвах и люмбри — цидах относительно фоновых показателей территории музея-заповедника показывает, что в урбанизированных условиях Ставро — поля происходит загрязнение химическими элементами и почв и обитающих в них поч — венных животных. При этом накопление загрязнителей в тканях беспозвоночных по сравнению с почвами несколько меньше — за — грязнение медью составляет 93 % от загряз — нения почв, загрязнение свинцом находится в пределах 58 % от загрязнения почв. Цинком почвы и дождевые черви загрязнены в сред — нем по городу одинаково – в 2,4 раза по срав — нению с природным уровнем. наибольшая интенсивность загрязнения почв и организ — мов дождевых червей выявлена для кадмия

– превышения над «фоновыми» значениями

достигают до 70 раз. Таким образом, установ — лено что в верхних почвенных горизонтах г. Ставрополя ТМ образуют положительные техногенные аномалии различной контрас-

тности, характер которых имеет определен — ную связь с ландшафтно-функциональной структурой города. Структура техногенных ореолов геохимических аномалий отличает — ся постепенным уменьшением концентраций металлов от центра к периферии. По интен — сивности преобладает загрязнение кадмием. Биогеохимическое изучение отдельных пред- ставителей растительных и животных орга — низмов показало, что биота в черте города Ставрополя испытывает довольно значитель — ный техногенный пресс, связанный с поступ — лением больших концентраций ТМ от про — мышленных и муниципальных источников. Закономерности распределения металлов в живых организмах четко отражают картину дифференциации загрязняющих веществ в почвах города.

Материал взят из: Вестник МГОУ «Естественные ануки» — №5 — 2001

(Visited 10 times, 1 visits today)