Фитотоксичность городских почв

Фитотоксичность городских почв

Министерство общего и высшего образования Росийской федерации

Филиал “Угреша” Международного университета природы ,общества и

человека “Дубна”

Кафедра: экологии и природопользования

Дисциплина: Почвоведение

Тема курсовой работы: “Фитотоксичность городских почв”

Выполнил: студент

2 курса

кафедры экологи и

природопользования

Павлов Олег

Руководитель: канд. биол.наук

Юдина Н. В.

Рецензент:

г. Дзержинский

2001

Оглавление:

1. Введение……………………………………..

2. Ландшафтно-геохимические критерии оценки загрязнения почвенного

покрова тяжелыми металлами…………………………………………..

3. Примеры мониторинговой оценки городских территорий ( на примере

района Сокол г. Москва)….

4. Фитотоксичность городских почв ………………

1. Состояния почв города Дзержинского………….

2. Заложение разрезов , отбор образцов . …………

3. Вегетационный опыт и его результаты ………..

5. Вывод…………………………………………

5.1 О загрязнении городских территорий …………

2. О методах оценки загрязнения…………………

3. Выводы……………………………………..

6. Список литературы…………..

Введение

В пределах городских территорий представлен практически весь

комплекс современных экологических проблем. Оценка реальной

опасности для здоровья населения может быть сделана на основе

комплексной оценки загрязнения окружающей среды города

Дзержинского . Но на данный момент произведем оценку

загрязнения с помощью Фитотеста.

Наш город Дзержинский с населением 27.5 тысяч человек

расположен на юго- востоке города Москвы в Люберецком районе .

Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха , а

значит и почвы являются МКАД ( Московская кольцевая автодорога

) , Московский нефтеперерабатывающий завод , ДЗЖБК, масса

различных малых предприятий , а также крупнейшая в Европе ТЭЦ.-

22. В черте города в атмосферу выбрасывается 38 вредных

веществ , 7 из которых превышают ПДК ( предельно допустимую

концентрацию ) – это окислы азота и серы , выбросы твердых

частиц. Почва, как депонирующий фактор городской среды ,

отражает длительность и интенсивность загрязняющих веществ.

Нами было заложено 6 разрезов на территории города .

Анализировались образцы верхнего почвенного горизонта (А ).

Задачи исследования:

1. Определение содержания подвижного свинца ,

аккумулированного в почве в течении ряда лет вдоль

автомобильных трасс)

2. Тест на фитотоксичность отобранных почвенных образцов.

3. Установить зависимость между ПДК по содержанию свинца с

полученной биомассой овса. .

Методы :

1. Закладка почвенных разрезов и отбор образцов на территории

г.Дзержинского.

2. Постановка вегетационного опыта в лабораторных условиях

(фитотест с овсом).

Глава 1. Ландшафтно- геохимические критерии оценки

загрязнения почвенного покрова тяжелыми металлми

Разработана система ландшафтно – геохимических показателей,

характеризующих местную природную норму содержания тяжелых

металлов в почвенном покрове с учетом изменения литологического

состава почв и их положения в рельефе , интенсивности

существующего загрязнения почвенного покрова тяжелыми

металлами с целью фитомередиации загрязненных площадей

Прогрессирующее воздействие хозяйственной деятельности

человечества на природную среду достигло уровня, при котором

происходят существенные изменения в химическом составе

почвенного покрова обширных территорий. В общем процессе

антропогенного преобразования почв важную роль играет

загрязнение их технологическими отходами. Одну из приоритетных

групп загрязняющих веществ образуют тяжелые металлы (ТМ),

основная масса которых поступает с выбросами индустриальных

предприятий в нижние слои тропосферы, вовлекается в аэральную

миграцию и осаждается на поверхность почвы. Распределение

металлов-загрязнителей в пространстве весьма сложно и зависит

от многих факторов, но в любом случае именно почва является

главным приемником и аккумулятором техногенных масс тяжелых

металлов.

Загрязненные тяжелыми металлами почвы на плотнозаселенной

территории обычно занимают удобные и выгодные местоположения.

По этой причине очищение (восстановление) почв от избыточных

масс металлов представляет весьма актуальную задачу. Ее

практическое решение пока остается на стадии разработки. Одним

из возможных путей решения этой задачи может быть

фиторемедиация - очищение почвенного покрова от загрязнения

посредством культивирования растений, активно поглощающих

металлы. Этот путь привлекателен использованием природного

процесса биологического круговорота и полным исключением грубых

механических инженерно-мелиоративных мероприятий и какого-либо

химического воздействия на почву.

Для выбора и обоснования экологической целесообразности

мероприятий по очищению почв от избыточных масс тяжелых

металлов необходимы стандартизированные подходы к оценке

загрязнения почвенного покрова на конкретной территории. С

целью объективной оценки существующего загрязнения почвенного

покрова тяжелыми металлами и прогноза дальнейшего развития

этого процесса автором разработана система ландшафтно-

геохимических показателей и критериев применительно к почвам

лесной зоны европейской части России. (В.В. Добровольский, 1999

г.)

В идеальной модели любой вид промышленного загрязнения почвы

ТМ оценивается повышением концентрации металла по сравнению с

исходной природной концентрацией, к которой на протяжении

длительного времени адаптированы растительные и животные

организмы. Реальная ситуация весьма усложняется

многокомпонентностью состава почвы и соответственно различными

формами нахождения металла в состоянии рассеяния. Установление

реальной картины соотношения различных форм нахождения

дополнительно затрудняется тем, что диагностика этих форм в

значительной мере зависит от методов и приемов аналитического

определения концентрации и соответствующих приборов.

С учетом определенной условности любого метода определения

ультрамикроколичеств металлов весьма важное значение имеют

показатели, статистически характеризующие концентрацию тяжелых

металлов в почве, а именно: среднее значение концентрации

металла и параметры статистического распределения аналитических

данных. Эта группа показателей должна характеризовать природную

норму (так называемый геохимический фон), в условиях которой

достаточно длительное время существует природная растительность

данного района. Отметим, что в разных провинциально-

геохимических ситуациях природная норма для одних и тех же

типов и подтипов автоморфных почв может заметно различаться.

Результаты изучения геохимического фона почвенного покрова

различных районов лесной зоны Российской Федерации показывают,

что разброс значении концентрации металла в пробах автоморфных

почв, отобранных из почв одного типа и подтипа даже на

сравнительно небольшой площади. весьма велик и часто варьирует

в пределах двух и достигает трех математических порядков. По

этой причине геохимический фон металла в почвенном покрове

территории не может быть охарактеризован одним средним

значением концентрации. Это характеристика обязательно должна

сопровождаться оценкой вариации аналитических данных.

Среднее значение концентрации металла в почве может быть

выражено среднеарифметическим или среднегеометрическим, но наиболее

объективное представление о "фоновой" концентрации дает модальное

(наиболее часто встречающееся) значение {М}. Разброс аналитических

данных показывается предельными значениями (min-max). В качестве

показателей статистического распределения аналитических данных

наиболее удобны среднеквадратичное отклонение ( Q) и коэффициент

вариации (V. %). Весьма наглядное представление о статистическом

распределении аналитических данных дают гистограммы, построенные на

нормальной или логарифмически-нормальной шкале. Такой прием широко

использовали американские биогеохимики при изучении распределения

содержания тяжелых металлов в почвенном покрове США в экологических

целях .(АВТОР, год)

Параметры, характеризующие природное содержание рассеянного металла

в почве, являются весьма ответственными ландшафтно-геохимическими

показателями. Они играют роль исходных данных для других показателей.

В силу этого определение параметров геохимического фона почвы должно

быть стандартизовано и учитывать приборно-инструментальную специфику

метода анализа.

Определение концентрации металла в почве широко используемым

методом эмиссионной спектроскопии или нейтронно-активационным методом

даст

представление о валовом (суммарном) содержании всех форм

соединений определяемого металла. Методы определения концентрации

металла н экстракционном растворе позволяют оценивать содержание

тех или иных форм нахождения соединении металла в почве в

зависимости от состава и методики экстракции. Вполне понятно, что

валовые значения концентрации металла значительно выше. чем

значения концентрации отдельных форм. определяемые и растворах

обычно методом атомно- абсорбционной спектроскопии .

Распределение значений валовой концентрации чаще аппроксимируется

логорифмически – нормальным законом Гауса , распределение

значении концентрации отдельных форм – нормальным законом Гауса .

Без характеристики геохимического поля невозможна диагностика

загрязнения почвы тяжелыми металлами. Признаками загрязнения

могут служить 1) Повышенное среднее значение (модальное,

среднеарифметическое, среднегеометрическое) концентрации

металла по сравнению с фоновым значением: 2) расширение пределов

разброса аналитических данных за счет значений, превышающих

среднее статистическое, наглядно проявляющееся в асимметрии

гистограмм в сторону больших значений.

Обобщение экспериментальных и литературных данных показывает, что

эмиссия большей части массы тяжелых металлов осуществляется из

индустриальных источников загрязнения преимущественно в виде частиц

размером 0.1-0.01 мм. Частицы выпадают из воздуха неравномерно под

влиянием рельефа, типа растительности, движения приземных воздушных

масс и пр. Поэтому увеличение амплитуды колебания значений

концентрации металла в пределах участка загрязнения по сравнению с

данными для чистой ("фоновой") площади (эффект "пилы" на графике по

профилю, пересекающему изучаемую территорию) также может служить

признаком загрязнения.

Опыт изучения геохимии тяжелых металлов в почвах свидетельствует

о значительной неравно мерности их природной концентрации как в

разнородных компонентах вещества почвы, так и по площади в

поверхностных горизонтах. Это обстоятельство создает непреодолимые

затруднения для обоснования норм предельно допустимой концентрации

(ПДК) металлов в почвах, которые давно установлены для таких

гомогенных сред. как природные воды и воздух.

Например, значения концентрации тяжелых металлов (как валовой,

так и концентрации геохимически активных форм, извлекаемых

экстракциями) настолько сильно различаются для глинистых и песчаных

почв. что их невозможно объединить общей ПДК. Следовательно, оценка

степени промышленного загрязнения каким-либо металлом возможна лишь

по отношению к его природной норме - местному геохимическому фону,

который на обширной территории лесной зоны Европейской России

заметно варьирует.

Природная концентрация металла в почвенном покрове изменяется под

влиянием многих факторов. Важным фактором является литологический

состав почвообразующих пород. В песчаных почвах природная

концентрация металлов значительно ниже чем в суглинистых. Различие

геохимического фона почв одного типа, но разного

гранулометричсского состава. оценивается литологическим

коэффициентом (Кл), равным отношению средней концентрации метила в

суглинистых почвах к средней концентрации металла в песчаных

почвах: Кл =Ссугл /С песч . Это хорошо видно при сопоставление

данных Дубиковского для дерново – подзолистых почв, которые

сформировались на моренных суглинках и на песках табл (1)

Таблица 1. Средняя валовая концентрация тяжелых металлов в гор. A/Anax

суглинистых и песчаных почв Белоруссии, мкг/г(В.В. Добровольский)

|мета|Концентрация в почвах|Литологиче|

|лл | |ский |

| | |Коеф-т Кл|

| |на |На песка | |

| |суглинки | | |

|Mn |832 |272.1 |3.1 |

|Cu |7. 8 |4/2 |1.9 |

|Ni |16.7 |6.7 |2.5 |

|Co |5.5 |3.0 |1.8 |

|V |36.9 |17.7 |2.1 |

|Cr |53.3 |32.9 |1.6 |

Не менее сильные изменения коцентрации металлов в почвенном

покрове лесной зоны происходят под влиянием эффекта геохимического

сопряжения. При прочих равных условиях почвы в автономных

ландшафтно-геохимических условиях на положительных элементах

мезорельефа лесной зоны имеют более низкие концентрации металлов по

сравнению с геохимически подчиненными ландшафтами. расположенными в

отрицательных элементах рельефа. Эффект геохимического сопряжения

оценивается коэффициентом Кr равным отношению концентрации металла

в гумусовом горизонте почвы геохимически подчиненного ландшафта

(С2) к концентрации этого металла в гумусовом горизонте почвы

автономного ландшафта (C1): Кr = С2 / С1

Разумеется, каждый металл характеризуется своим значением

коэффициента Кr (табл. 2). Примером могут служить соотношения

значений средней концентрации некоторых тяжелых металлов в

верховых (автономные ландшафтно-геохимические условия) и низинных

(геохимически подчиненные условия) торфяниках лесной зоны

Европейской России .

|мета|Торфяники |Коэффициент |

|лл | |геохимического |

| | |Сопряжения Кг |

| |верховые| |Низинны| | |

| | | |е | | |

| |М, мкг/г|V% | |V% | |

| |сухого | | | | |

| |вещества| | | | |

|Mn |832 | |272.1 |93 |5.6 |

|Cu |7. 8 | |4/2 |61 |2.1 |

|Ni |16.7 | |6.7 |44 |1.8 |

|Co |5.5 | |3.0 |90 |1.9 |

|V |36.9 | |17.7 |90 |3.6 |

|Cr |53.3 | |32.9 |36 |2.1 |

Таблица 2. Соотношение среднеарифметических значений концентрации

тяжелых металлов в верховых и низинных торфяниках лесной зоны

Европейской России (Добровольский)

Проведенные примеры убедительно показывают. что каждый ландшафт

обладает своими значениями средней концентрации тяжелых металлов в

почве. Именно эти значения являются той природной нормой, к которой

адаптированы местная флора и фауна. Следовательно, попытки

установить некий универсальный для всех почв уровень концентрации

металла, превышение которого является сигналом загрязнения, с

научных позиций несостоятельны. Установление факта загрязнения почв

тем или иным тяжелым металлом возможно лишь путем сопоставления

данных, относящихся к площади предполагаемого загрязнения, с

показателями местного геохимического фона. Следовательно, первой и

обязательной операцией при оценке загрязнения почвенного покрова

должно быть определение показателей, характеризующих местный

геохимический фон металла. Мерой интенсивности загрязнения служит

коэффициент аномальности (Ка), равный отношению среднего значения

концентрации металла в загрязненной почве (С`) к природной норме,

геохимическому фону (Сн): Ка= С`/Сн.

На основании проведенных исследований в разных районах лесной зоны

и обработки литературных данных предлагается следующая шкала

интенсивности загрязнения тяжелыми металлами гумусового горизонта почв

(табл. 3).

|Категории интенсивности |Коэффициент |

|загрязнения | |

| |Аномальности|

| |Ка |

|Природная флюктуация |30 |

| |2)>6 |

|Сильное загрязнение | |

Таблица 3. Шкала интенсивности загрязнения почв тяжелыми

металлами (Добровольский)

Шкала построена с учетом возможности использования результатов

определения металла как в сухом веществе почвы методом эмиссионной

спектроскопии или нейтронно-активационным методом, так и методами

атомно-абсорбционной спектроскопии или полярографии в экстракциях.

Продукты техногенной эмиссии тяжелых металлов распространяются в

пространстве весьма неравномерно в зависимости от источника

эмиссии. метеорологических условий и пр. Соответственно очень

неравномерна аккумуляция техногенных масс металлов в почвенном

покрове. В первом приближении можно считать, что чем большая часть

площади подверглась загрязнению, тем сильнее загрязнена вся

площадь. С учетом этого допущения предлагается следующая градация

загрязнения почвенного покрова в зависимости от относительного

распространения загрязненных площадей.

| |

|Категория распространения участков Распространения |

|загрязнения % |

| загрязнения почвенного покрова площади района |

| металлами |

|1. Отдельные сигналы загрязнения < 1 |

|2. Ограниченное распространение 1-4.9 |

|3. Широкое распространение 5-20 |

|4. Очень широкое распространение >20 |

Для целей более тщательного экологического анализа нами

разработана система оценки состояния (на текущий момент)

загрязнения ТМ почвенного покрова в координатах: интенсивность

загрязнения металлами—распространение площадей с различной

интенсивностью загрязнения, в % от общей площади почвенного покрова

(табл. 4).

Таблица 4. Категории состояния загрязнения тяжелым металлом почвенного

покрова района (Добровольский)

|Интенсивность|Распространения загрязнения общей площади в %|

| | |

|Загрязнения | |

|(Ка) | |

| |20 |

|Слабая | | | | |

|30.0 |У |С | | |

|2)6.0 | | | | |

Примечание . Н – природная норма . Состояние загрязнения металлом всей

площадипочвенногопокрова района . Сл – слабое загрязнение , У –

умеренное загрязнение С – сильное,ОС – очень сильное

Рассмотренные показатели являются статическими, так как

характеризуют состояние загрязненности почвы металлами на момент

обследования. Однако для всесторонней оценки экологической

ситуации, включая прогноз событии, требуется анализ динамики

процесса. Теоретической основой прогноза могут служить,

представления о циклах массообмена тяжелых металлов в биосфере.

Целостность всей биосферы и ее отдельных звеньев вплоть до

элементарных экосистем (ландшафтов) обеспечивается циклами

массообмена химических элементов. Одним из главных циклов металлов

в биосфере является биологический круговорот - массообмен между

почвой и растительностью на протяжении года. В табл. 5 приведены

обобщенные данные о массах тяжелых металлов, вовлекаемых в

биологический круговорот в распространенных экогеосистемах гумидной

зоны Европейской России.

|Метал|Хвойный |Хвойный и |Широколиствен|Сфагновое |

|л |лес |лиственный |ный |лесное |

| |северной|Суббореальный |Суббореальный|болото |

Страницы: 1, 2