Исследование листового опада березы повислой на содержание тяжелых металлов в условиях разной степени антропогенной нагрузки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование листового опада березы повислой на содержание тяжелых металлов в условиях разной степени антропогенной нагрузки

Введение

Изучена проблема содержания тяжелых металлов в листовом опаде и листве березы повислой в г. Нижнекамске Республики Татарстан. Рассмотрены содержание различных элементов в зольном остатке (% по массе) листвы березы, собранной в условиях с различной степенью антропогенного воздействия: парковой территории, зоны влияния автомагистрали и в зоне комплекса предприятий химической промышленности, машиностроения и объектов теплоэнергетики. Проведено сравнение содержания изученных элементов с аналогичными данными по другим регионам. Получены данные по зависимости концентрации тяжелых металлов в листовом опаде в зависимости от источника загрязнения. Сделан вывод о наиболее высокой степени загрязнения тяжелыми металлами листвы березы в г. Нижнекамске в районе комплекса промышленных предприятий.

В настоящее время проблема загрязнения окружающей среды является одной из актуальных. В последнее время особенное значение приобретает антропогенное загрязнение атмосферы, связанное с интенсивным развитием промышленности и автотранспорта. Меняется состав тропосферы, увеличивается концентрация СО2, малых газовых примесей. Все это оказывает влияние на климат, элементы биосферы, приводя к самым разнообразным экологическим последствиям, изменяя характер биогеоценозов, влияя на состояние живых организмов и здоровье людей [1, 3].

В городе Нижнекамске уровень загрязнения окружающей среды характеризуется как «очень высокий» [2]. Это относится как к загрязнению атмосферы, так к водной среде и почвенному покрову. Промышленные выбросы вредных веществ в последний период по Нижнекамску составляют 76.1 тысяч т в год [2]. Основное негативное влияние на состояние окружающей среды оказывает комплекс нефтехимических производств, энергетики, предприятия стройиндустрии и автотранспорт.

В условиях загрязнения окружающей среды большую роль в ее очистке играют зеленые насаждения [3]. Среди основных функций зеленых насаждений в улучшении качества окружающей среды городов такие как:

Ш улучшение комфортности окружающей среды за счет снижения солнечной радиации и отражательной способности поверхности листовых пластинок; суммарная солнечная радиация под кронами отдельных видов деревьев почти в 9 раз меньше, чем на открытом месте;

Ш пылеосаждающая и газопоглотительная способности растений, используемые для улучшения качества воздуха городов: древесно-кустарниковая растительность обладает избирательной способностью по отношению к вредным примесям и в связи с этим обладает различной устойчивостью к ним;

Ш испаряющая способностью растений: зеленые насаждения испаряют влаги в 20 раз больше, чем занимаемая ими площадь, при этом значительно повышая влажность воздуха. Повышение относительной влажности воздуха воспринимается человеком как некоторое снижение температуры: увеличение влажности на 15% воспринимается как понижение температуры воздуха на 3.5 °С;

Ш Способность к ионизации воздуха: существуют аэроионы легкие - отрицательно заряженные и тяжелые - положительно заряженные. Существенной качественной особенностью кислорода, вырабатываемого зелеными насаждениями, является его насыщенность ионами, несущими отрицательный заряд. В этом проявляется благотворное влияние растительности на состояние человеческого организма. Число легких ионов в 1 см3 воздуха над лесами составляет 2000-3000, в городском парке - 800, в промышленном районе - 200-400 т в закрытом многолюдном помещении 25-100.

Зеленые насаждения являются концентраторами загрязняющих веществ. Использование возможностей зеленых насаждений вслед за техническими средствами защиты, представляет собой биологический способ очистки атмосферного воздуха и защиты окружающей среды. Направленное формирование растительных сообществ позволяет минимизировать антропогенное воздействие на экосистему города, создавать локальные растительные системы очистки. Включение растительных сообществ со способностями к очистке урбанизированной территории в планировку городской среды позволяет эффективнее использовать современные методы проектирования городов.

Целью работы являлось изучение листового опада берёзы повислой на содержание тяжелых металлов в условиях разной степени антропогенной нагрузки.

Задачи, решаемые в работе:

Ш исследование химического состава листового опада берёзы повислой из парковой зоны, зоны автомагистрали, зоны предприятий химической промышленности и объекта энергетики;

Ш сравнение концентраций загрязняющих веществ в листовом опаде из разных мест отбора и других регионов.

металл листва нефтехимический

1.Экспериментальная часть

металл листва нефтехимический

Нами было проведено исследование содержания различных элементов, включая тяжелые металлы в листовом опаде березы повислой на разных участках в г. Нижнекамске Республики Татарстан в зависимости от степени антропогенной нагрузки. Листовой опад был собран осенью 2008 г по 3 маршрутам с 9 станций с учетом их расположения по отношению к источникам загрязнения. Всего было проведено 144 анализа. Подготовка и озоление материала проводились по ГОСТ 26929-94 [4]. Исследование содержания тяжелых металлов проводилось методом рентгенофлуоресцентного анализа на энергодисперсионном рентгеновском спектрометре СУР-02 "Реном ФВ" со специализированным программным обеспечением для количественной обработки спектров.

2.Результаты и их обсуждение

В России согласно действующим санитарным нормам СанПиН 2.3.2.1078-1 подлежат контролю ртуть, свинец, кадмий, мышьяк, олово и хром. Из выше названной группы в данной работе рассмотрена концентрация хрома в листовом опаде. В перечне тяжелых металлов хром относится к I классу опасности, никель и медь - ко II классу опасности, а цинк в зависимости от формы его соединений - 2-4 классу [5].

В листовом опаде березы повислой анализы химического состава выявили наличие следующих элементов: S, K, Ca, Ti, Cr, Mn, Fe, Cu, Zn, Rb, Sr, Ni, Pb, Y, Zr, Cd. Из них в группу макроэлементов входят: S, K, Ca, Fe. Микроэлементами являются: Cr, Mn, Cu, Zn, Ni. Химический состав листового опада берёзы из парковой зоны принят нами за эталон состава для территории г. Нижнекамска. На рис. 1 представлен эталонный химический состав листового опада березы. Как видно из приведенных данных на рис. 1 в листовом опаде в парковой зоне присутствуют 13 элементов из 16, встреченных в листовом опаде березы в г. Нижнекамске. Из выявленного перечня элементов в листовом опаде в парковой зоне отсутствуют свинец, иттрий, кадмий. Из тяжелых металлов на контрольном участке были встречены: Ti, Cr, Mn, Fe, Cu, Zn, Rb, Sr, Ni, Zr.

Как видно из приведенных данных основную долю по массе в зольном остатке листового опада березы составляет кальций (60.6 %). На рис. 2 представлены массовые доли элементов без кальция. На рис. 3 представлены массовые доли тяжелых металлов. Как видно из приведенных данных, в листовом опаде березы на контрольном участке значительную долю имеют следующие элементы: калий (3.76%), железо (1.96%), марганец (0.4%), сера (0.36). Элементы встреченные в листовом опаде могут быть представлены в виде следующего ряда:

Ca > K > Fe > Mn > S > Ti > Zn > Cu > Sr > Ni > Zr > Cr > Rb

Для контрольной территории г. Нижнекамска характерна следующая последовательность тяжелых металлов (по % по массе в зольном остатке) в листовом опаде березы:

Fe > Mn > Ti > Zn > Cu> Sr > Ni > Zr > Cr > Rb

Рис. 1. Соотношение (% по массе) загрязняющих веществ в листовом опаде березы повислой в парковой зоне

Рис. 2. Соотношение (% по массе) загрязняющих веществ в листовом опаде березы повислой в парковой зоне без учета кальция

Химический состав листового опада берёзы из зоны влияния автомагистрали (с 4-х полосным движением) в г. Нижнекамске выявил наличие тех же элементов, что и в парковой зоне, кроме которых присутствуют: иттрий (Y), кадмий (Cd) и свинец (Pb).

Основную долю по массе в листовом опаде березы на территории расположенной рядом с автомагистралью как и в условиях контрольной территории, формирует кальций (61.0%). На рис. 4 представлены массовые доли элементов без кальция. Как видно из приведенных данных, в листовом опаде березы на загрязненном автомобильным транспортом участке значительную долю имеют следующие элементы: железо (2.86%), калий (2.6%), марганец (1.1%), сера (0.5%). Элементы, встреченные в листовом опаде в районе автомагистрали могут быть представлены в виде следующего ряда:

Ca > Fe > K > Mn > S > Zn > Ti > Sr > Cu > Ni > Cr > Zr > Pb > Rb > Y > Cd

Рис. 3. Соотношение (% по массе) тяжелых металлов в листовом опаде березы повислой в парковой зоне

Рис. 4. Соотношение (% по массе) загрязняющих веществ в листовом опаде березы повислой в зоне автомагистрали без учета кальция

Рис. 5. Соотношение (% по массе) тяжелых металлов в листовом опаде березы повислой в зоне автомагистрали

Для зоны автомагистрали характерна следующая последовательность тяжелых металлов (% по массе) в листовом опаде березы:

Fe > Mn > Zn > Ti > Sr > Cu > Ni > Cr > Zr > Pb > Rb > Y > Cd

Сравнивая перечень элементов в листовом опаде из разных мест, можно отметить присутствие таких элементов как Y, Cd и Pb, которые отсутствуют в контрольной зоне.

На рис. 3 представлен химический состав листового опада берёзы из зоны предприятий химической промышленности, стройиндустрии и объекта энергетики в г. Нижнекамске. Как видно из данных рис. 3 основную долю по массе в листовом опаде березы на территории химпредприятия также формирует кальций (61.0%). На рис. 6 представлены массовые доли элементов без кальция. Как видно из приведенных данных в листовом опаде березы на загрязненном участке химпредприятиями значительную долю имеют следующие элементы: железо (4.9%), калий (2.26%), сера (1.3%), марганец (1.2%). Элементы встреченные в листовом опаде в районе химпредприятия могут быть представлены в виде следующего ряда:

Ca > Fe > K > S > Mn > Zn > Cr > Ti > Sr > Cu > Ni > Zr > Rb > Y > Pb > Cd

Для территории химпредприятий характерна следующая последовательность тяжелых металлов (% по массе) в листовом опаде березы:

Fe > Mn > Zn > Cr > Ti > Sr > Cu > Ni > Zr > Rb > Y> Pb > Cd

Рис. 6. Соотношение загрязняющих веществ в листовом опаде березы повислой в зоне химпредприятий без учета кальция

Рис. 7. Соотношение (% по массе) тяжелых металлов в листовом опаде березы повислой в зоне химпредприятий

Как показал анализ литературы [6] в листьях березы собранных авторами в березовых лесах северной предлесостепи Каменск-Уральского района Свердловской области (2008 г.) в условиях значительной концентрации промышленных предприятий металлургического профиля, содержание тяжелых металлов составляло: Zn - 13.2 мг/кг, Co - 0.2 мг/кг, Ni - 1.24 мг/кг, Cu - 0.92 мг/кг, Mn - 44.32 мг/кг, Fe - 32.04 мг/кг. Нами по данным авторов Колтунова Е.В. и Хамидуллиной М.И. [6] был построен ряд тяжелых металлов, который представлен в следующем виде:

Mn > Fe > Zn > Cu >Со.

Таблица. 1. Тяжелые металлы в зольном остатке листвы березы повислой в районах с разной степенью антропогенной нагрузки

Таблица. 2. Тяжелые металлы в зольном остатке листвы березы повислой в районах с разной степенью антропогенной нагрузки

По нашим данным по г. Нижнекамску был построен аналогичный ряд тяжелых металлов:

металл листва нефтехимический

Fe > Mn > Zn > Cr > Ti > Sr > Cu > Ni > Zr > Rb > Y > Pb > Cd

Проведенный анализ позволяет сравнить содержание тяжелых металлов в листовом опаде березы на различных участках табл. 1, 2.

Заключение

Таким образом, береза повислая обладает способностью к накоплению в листве тяжелых металлов. В значительных концентрациях она накапливает такие тяжелые металлы как железо, марганец и цинк. Они присутствуют в листве как в селитебной зоне так и в районах загрязнения. В результате проведенного исследования химического состава листового опада березы повислой из парковой зоны, зоны автомагистрали, зоны предприятий химической промышленности и объекта энергетики получены соответствующие ряды тяжелых металлов в листовом опаде:

Ш Fe > Mn > Ti > Zn > Cu > Sr > Ni > Zr > Cr > Rb - контрольная территория;

Ш Fe > Mn > Zn > Ti > Sr > Cu > Ni > Cr > Zr > Pb > Rb > Y > Cd - зона автомагистали;

Ш Fe > Mn > Zn > Cr > Ti > Sr > Cu > Ni > Zr > Rb > Y > Pb > Cd - зона промпредприятий.

Сравнение концентраций загрязняющих веществ в листовом опаде из разных мест отбора показало, что максимальные концентрации железа, марганца и цинка (соответственно 490, 120, 91 мг/кг в сухом остатке) отмечаются в зоне промпредприятий. Эти концентрации значительно превышают соответствующие концентрации в ряде других регионов. В зоне промышленного комплекса в листовом опаде березы присутствуют такие элементы как свинец, иттрий, кадмий, которые отсутствуют в листве из контрольной зоны. Полученные нами данные говорят как о необходимости принятия различных мероприятий по улучшению качества природной среды в г. Нижнекамске, так о возможности очистки атмосферы методами озеленения при условии правильной утилизации листового опада.

1. Изучена проблема содержания тяжелых металлов в листовом опаде и листве березы повислой в г. Нижнекамске Республики Татарстан, собранных в условиях с различной степенью антропогенного воздействия: парковой территории, зоны влияния автомагистрали и в зоне комплекса предприятий химической промышленности, машиностроения и объектов теплоэнергетики.

2. Максимальные концентрации железа, марганца и цинка отмечаются в зоне промпредприятий, они значительно превышают соответствующие концентрации в ряде других регионов. По сравнению с контрольной зоной в данной зоне дополнительно присутствуют такие тяжелые элементы как свинец, иттрий, кадмий.

3. Полученные данные свидетельствуют о возможности улучшения качества природной среды в г. Нижнекамске методами озеленения.

Литература

металл листва нефтехимический

1.Израэль Ю.А. Экология и контроль природной среды. 2-е изд. М.: Гидрометеоиздат. 1984. 560с.

2.Государственный доклад о состоянии природных ресурсов и об охране окружающей среды РТ в 2007 году. Казань: Изд-во «Заман». 2008. 476с.

3.Вольфовская Е.Ю. Тяжелые металлы в почвах о. Валаам. Тяжелые металлы в окружающей среде. Пущино. 1996. С.65-66.

4.Сырье и продукты пищевые. Подготовка проб. Минерализация для определения содержания токсичных элементов: ГОСТ 26929 - 94. Утв. 21.02.95. М. 1994. 12с.

5.Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны: Гигиенические нормативы. ГН 2.2.5.1313_03. М: Российский регистр потенциально опасных химических и биологических веществ Минздрава России. 2003. 268с.

6.Колтунов Е.В., Хамидуллина М.И. Особенности миграции и аккумуляции тяжелых металлов в системе «почва - растение - непарный шелкопряд» в условиях зауралья. Аграрный вестник Урала. 2009. №2(56). С.60-62.

7.Шаймарданова Б.Х., Тулепбергенов К.С., Асылбекова Г.Е. Тяжелые металлы (Zn и Cu) в системе «почва-растение» в техногенных условиях г. Павлодар. http://www.rusnauka.com/NPM_2006/Ecologia/6_shaymardanova2.doc.htm. 2006.

8.Шепелева О.А., Голованова Е.А.Техногенное загрязнение окружающей среды и оценка риска здоровью детского населения г. Липецка. Москва: Здоровье населения и среда обитания. 2009. Вып.8. С.23-24.

Размещено на Allbest.ru