WWW.ДЕНЬСИЛЫ.РФ

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Медицина

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |

Биогеохимическая характеристика некоторых древесных культур г. усть-каменогорска

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ГАЛЯМОВА Гульмира Калелбаевна

БИОГЕОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НЕКОТОРЫХ ДРЕВЕСНЫХ КУЛЬТУР Г. УСТЬ-КАМЕНОГОРСКА

03.02.08 – Экология (биология)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Астрахань

2013

Работа выполнена в РГП на ПХВ «Семипалатинский государственный педагогический институт»

ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет»

Научный руководитель: Панин Михайл Семенович, доктор биологических наук, профессор

Научный консультант: Волкова Ирина Владимировна, доктор биологических наук, профессор

Официальные оппоненты: Сангаджиева Людмила Халгаевна, доктор биологических наук, профессор Калмыцкого государственного университета
Рогачева Светлана Михайловна, доктор биологических наук, доцент, заведующая кафедрой «Природная
и техносферная безопасность» ФГБОУ ВПО "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А."
Ведущее учреждение: ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный университет»

Защита состоится 3 июля 2013 года в 12 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д.307.001.05 при ФГБОУ ВПО Астраханском государственном техническом университете по адресу: 414056 г. Астрахань, ул. Татищева, 16

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Астраханского государственного технического университета

Отзывы на автореферат просим направлять в двух экземплярах с печатью организации и заверенными подписями по адресу: 414056 г. Астрахань, ул. Татищева,16 E-mail: melyakina_el@mail.ru

Автореферат разослан « 3 » июня 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат биологических наук, доцент Э.И. Мелякина

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Актуальность исследования обусловлена необходимостью оценки экологического состояния таких сложных систем,
как городские агломерации, в пределах которых имеет место интегральное воздействие большого числа негативных факторов, приводящее
к значительному ухудшению условий жизни населения.

Город представляет собой модель крайне неустойчивой
и уязвимой системы, утратившей способность к самовосстановлению, т. е.
не способной противостоять негативным экологическим факторам. Степень экологического риска возрастает для всех компонентов урбоэкосистем: воздуха, древесной растительности, почвы, воды.

Наибольшую опасность для биоты представляют тяжелые металлы (ТМ), поступающие в составе газопылевых выбросов промышленных предприятий вследствие высокой токсичности и мутагенности. Наиболее опасными в этом смысле являются тяжелые металлы 1 и 2 классов токсичности (свинец, кадмий, никель, кобальт, медь и цинк).

Следует отметить, что среди спектра исследуемых компонентов урбоэкосистем большое внимание отводится древесным насаждениям и почвенному покрову. Как известно, почва в урбоэкосистеме – мощный своеобразный фильтр, поглощающий и до некоторой степени обезвреживающий токсичные выбросы. Химический же состав листьев, так называемый «листовой анализ», является одним из самых информативных показателей при разных типах
и уровнях эмиссионных нагрузок (Эверт и др., 1981; Михайлова, Анциферова, 1991; Копцик и др., 2008, Уфимцева, 2005).

Все вышесказанное определяет важность и необходимость проведения эколого-геохимической оценки загрязнения хвои и листьев древесных растений как естественного накопителя химических элементов в летний и зимний периоды на территории природно-антропогенных комплексов.

Цель работы - на основании результатов исследования хвои и листьев древесных растений дать биогеохимическую характеристику загрязнения окружающей природной среды тяжелыми металлами территорий города Усть-Каменогорска.

В соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи исследования:

1) определить содержание валовых и подвижных форм ТМ (Cu, Zn, Cd, Pb, Co, Ni) в почвах г. Усть-Каменогорска;

2) выявить зональность в распределении ТМ в почвах г. Усть-Каменогорска;.

3) изучить содержание Pb, Cd, Cu, Zn, Co, Ni в различных древесных породах г. Усть-Каменогорска;

4) выявить закономерности накопления ТМ в хвое деревьев
в зависимости от возраста и сезона года, от преобладающего направления ветра, расстояния от Риддерского цинкового завода;



5) проанализировать взаимосвязь элементного состава хвои
и листьев древесных культур с содержанием доступных форм элементов в почвах городской среды.

Научная новизна работы. Впервые дана комплексная биогеохимическая оценка загрязнения ТМ хвои и листьев древесных растений, почв г. Усть-Каменогорска. На основе полученных данных выявлены сезонные, возрастные и видовые особенности накопления ТМ хвоей и листьями деревьев г. Усть-Каменогорска. Проведена сравнительная оценка уровня аккумуляции тяжелых металлов в хвое ели, сосны, листьях березы, тополя, вяза, наиболее часто используемых для озеленения города. Выявлены особенности загрязнения ТМ
в различных зонах города в зависимости от валового содержания и его форм
в почвах г. Усть-Каменогорска.

Составлены карты-схемы (M 1:100 000) загрязнения территории г. Усть-Каменогорска тяжелыми металлами, оценки почвенного покрова, хвои и листьев древесной растительности.

Теоретическая и практическая значимость. Выявление уровня загрязнения валовыми и подвижными формами тяжелых металлов в почвах г. Усть-Каменогорска, а также оценка состояния древесных растений имеют большое значение для дальнейшего экологического мониторинга почвенного покрова
и деревьев, а также возможных мероприятий по охране и рекультивации нарушенных земель. Полученные материалы представляют интерес для природоохранных и административных органов по оценке качества городской территории и принятию мер по ее улучшению, а также по разработке нормативов
загрязняющих веществ на городских территориях.

Карты-схемы валового содержания и форм соединений тяжелых металлов в почвенном покрове, а также в хвое и листьях деревьев найдут применение при эколого-биогеохимической оценке г. Усть-Каменогорска.

Результаты включены в курс лекций по дисциплинам «Биогеохимия», «Химическая экология», «Экотоксикология», «Мониторинг окружающей среды, «Экология растений», «Биоиндикационные методы исследований»
для студентов, обучающихся по специальностям «Экология», «Биология».

Апробация работы. Результаты исследований, изложенные в диссертации, представлены и обсуждены на следующих научных собраниях: на III Международной научно-практической конференции (Караганды, 2004), Международной научно-практической конференции «Валихановские чтения – 10» (Кокшетау, 2004), 59-й Республиканской конференции молодых ученых и студентов (Алматы, 2005), IV и V Международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы, радионуклиды и элементы-биофилы в окружающей среде» (Семипалатинск, 2004, 2006), V Международной биогеохимической школе «Актуальные проблемы геохимической экологии» (Семипалатинск, 2005), Международной научной конференции «Экология и биология почв» (Ростов-на-Дону, 2005).

Основные положения, выносимые на защиту

  1. Загрязнение почв г. Усть-Каменогорска носит полиметаллический
    и неравномерный характер и определяется содержанием тяжелых металлов
    в выбросах промышленных предприятий, объектов теплоснабжения и автомобильного транспорта.
  2. Уровень загрязнения хвои и листьев деревьев зависит от видовых особенностей растений, сезона года, расстояния от источника выбросов вредных веществ.

Публикации результатов исследования. Материалы диссертации изложены в 14 публикациях в сборниках материалов конференций, в том числе
4 статьи в рецензируемых журналах ВАК России.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 157 страницах, содержит 33 таблицы, 12 рисунков. Состоит из введения, 3 глав, выводов
и приложений. Список литературы включает 239 источников, в том числе 62 – зарубежных.

Глава 1. Тяжелые металлы в почвах, хвое и листьях древесных растений (обзор литературы)

Приводится обзор литературных данных по элементному составу хвои
и листьев древесных растений в урбоэкосистемах. Обсуждается влияние техногенного загрязнения окружающей среды индустриально развитых городов
на уровень накопления тяжелых металлов в почвах и древесных растениях. Показана устойчивость древесных культур в условиях городской среды.

Глава 2. Характеристика природных условий района исследования, материалы и методы

Площадь г. Усть-Каменогорска составляет 230 км2. Город расположен
на равнинном участке, образованном долинами рек Ульба и Иртыш при их слиянии и окруженном с севера, востока, юга и юго-запада отрогами горных хребтов высотой до 800 м. Долина остается открытой только в северо-западном и в меньшей степени в юго-восточном направлении, что значительно сдерживает возможность быстрого рассеивания выбросов токсических элементов в воздушный бассейн города предприятиями-загрязнителями.

Город Усть-Каменогорск расположен в пределах Иртышской зоны смятия, являющейся весьма важным экологическим фактором. Палеозойские породы и останцы неогена на территории города перекрываются мощной толщей четвертичных аллювиальных и делювиальных отложений, представленных лессовидными суглинками, сланцами и прослоями песка и гравия.

Территория города представлена черноземными степями в биогенных ландшафтах суши; почвы – черноземы обыкновенные суглинистые и солонцеватые, а также дерново-глеевые аллювиальные слоистые (поймы Иртыша, Ульбы и долины малых водотоков). Все почвы имеют слабокислую и нейтральную реакцию (pH от 6,8 до 8,1), среднюю (в суглинистых разновидностях) и низкую (в супесчаном и песчаных разновидностях) величину емкости поглощения (15–22 мгэкв./100 г почвы); содержание гумуса составляет 3–6 %.





Ежегодные валовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу г. Усть-Каменогорска только от стационарных источников составляют от 72,5 т
до 111 тыс. т, выбросы от передвижных источников – 51 тыс. т.

Максимальное содержание химических элементов на аэрозолях в атмосферном воздухе города (в мкг/м3) составляет: Pb – 4,5, V – 2,1, Bi – 1,9, Cd – 1,3, Cu – 20, Se – 0,23, Sb – 5,7, Zn – 710, S – 240 (О состоянии…, 2009).

Исследования были проведены на территории г. Усть-Каменогорска,
а также вблизи цинкового завода ОАО «Казцинк» г. Риддер.

Объектом исследования в зоне влияния Риддерского цинкового завода послужила хвоя ели сибирской (Рicea obovata Ledeb.). Географические координаты завода района исследований – 50°21' северной широты и 83°31' восточной долготы.

Была отобрана хвоя Р. obovata Ledeb. на 7 модельных площадках, расположенных в нарастающем удалении от завода на расстоянии 0,5; 1,0; 1,5; 3.0; 5,0 км по розе ветров (северо-восток и юго-запад). В качестве контроля служила хвоя Рicea obovata Ledeb., отобранная на расстоянии 60 км в противоположную сторону от розы ветров. Отбор проб был произведен с елей 30-50-летнего возраста. Всего проанализировано 56 проб хвои ели.

Биогеохимическое исследование территории г. Усть-Каменогорска велось в течение 2003–2011 гг. по плану-схеме (M 1:100 000). Географические координаты центра района исследований – 49°59' с. ш. и 82°37' " в. д.

Исследованы пробы почв (глубина 0–5 см), хвоя и листья древесных растений, отобранные с 69 пробных площадок площадью 100–150 м2. Было проанализировано 228 проб хвои и листьев древесных растений в трех повторностях.

Согласно ГОСТам и методическим рекомендациям (Методические рекомендации… 1981, 1982) проводился отбор проб почв, листьев деревьев и хвои, которые транспортировались, хранились, также велась подготовка к их анализу. Привязка проб почв осуществлялась с помощью прибора спутникового позиционирования GPS.

Глубина отбора проб определялась характером поведения техногенной составляющей в вертикальном профиле почв. Горизонт 0–5 см содержит свыше 70 % их запаса и признан наиболее представительным для опробования (Панин, 2005).

Отбор проб почв осуществляли методом «конверта» путем осреднения материала из 5 частных проб. Пробы высушивали до воздушно-сухого состояния и просеивали через сито с диаметром отверстий 1 мм.

Отношение «почва : раствор» выдерживали в пропорции 1 : 10. Навески почв массой 10 г помещали в колбы, добавляли по 100 мл растворов соответствующих экстрагентов, встряхивали на ротаторе в течение 1 часа, после отстаивания фильтровали и в фильтрате выявляли концентрацию ионов ТМ. В почвах определялись валовая и формы соединений тяжелых металлов: обменная (ААБ, рН 4,8), кислоторастворимая (1 н. р-р HCl) и форма, переходящая в водную вытяжку (экстрагент Н2О) (ГОСТ 28168-89 Почвы…, 1989; Методические рекомендации..., 1982). Всего проанализировано 280 проб почв в трех повторностях.

Северная, центральная (селитебная), северо-восточная и южная – четыре зоны города, которые нами условно разделены.

Среди древесных пород были исследованы наиболее распространенные виды хвойных и лиственных пород деревьев, произрастающие в различных
по антропогенной нагрузке территориях города Усть-Каменогорска: хвоя ели сибирской (Picea obovata Ledeb.), сосны обыкновенной (Pinus silvestris L.), листья тополя черного (Populus nigra L.), березы повислой (Betula pendula Roth.), вяза листоватого (Ulmus foliacea) и вяза приземистого (Ulmus pumila L.).

Методом средней пробы проводился отбор проб листьев, хвои на расстоянии вытянутой руки (2–3 м) с 5–7 модельных деревьев в нижней части кроны
с внешней ее стороны (по окружности). Для учета накопления в условиях городской среды брали образцы в вегетационный период (август), а также
в период покоя хвойных деревьев в феврале. Побеги хвойных деревьев разбирали по возрастным фракциям до 4-го года включительно. Хвою и листья деревьев промывали трижды проточной, дважды – дистиллированной водой
для удаления элементов, осаждающихся на листовой поверхности. После сушки при комнатной температуре и озоления в муфельной печи при 450 °С пробы вскрывали разбавленной HCl (1:1).

Для оценки накопления тяжелых металлов в почве, хвое и листьях деревьев были рассчитаны следующие эколого-геохимические показатели:

– кларк концентрации (Кк) – отношение валового содержания элемента
в данной системе к кларку элемента в земной коре;

– коэффициент концентрации (Кс) – отношение содержания металла
в почве к его фоновому значению;

– коэффициент опасности (Ко) – отношение содержания металла в почве
к предельно допустимой концентрации металла;

– суммарный показатель загрязнения, предложенный Ю. Е. Саетом (1990), представляющий собой аддитивную сумму превышений коэффициентов концентраций (рассеяния) над единичным (фоновым) уровнем:

где Кс – коэффициент концентрации (отношение содержания химического элемента в оцениваемом объекте к его фоновому содержанию, n – число химических элементов, входящих в изучаемую ассоциацию, Сi – аномальное содержание, Сф – фоновое содержание;

– коэффициент накопления (Кн) – отношение концентрации тяжелых
металлов в растениях к концентрации тяжелых металлов в почве.

Глава 3. Результаты исследований

3.1. Содержание тяжелых металлов в почвах г. Усть-Каменогорска



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 


Похожие работы:







 
2013 www.деньсилы.рф - «МЕДИЦИНА-ЛЕЧЕНИЕ-ОЗДОРОВЛЕНИЕ»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.