Биогеохимическая индикация экологического состояния урбоэкосистемы (на примере города Павлодара)

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Интенсивный процесс урбанизации обусловил целый ряд экологических проблем, связанных с резким ухудшением качества городской среды, что вызывает необходимость индикации и объективной оценки современного состояния окружающей среды.

Серьезной проблемой крупных городов является загрязнение природных объектов тяжёлыми металлами и баланс в них биофильных элементов. Способность загрязнения городских почв, одного из основных компонентов биосферы, состоит в том, что в крупных городах на относительно небольшой площади сосредоточенно значительное количество различных источников загрязнения (промышленные предприятия, транспорт, бытовые отходы), обуславливающих интенсивность и неоднородность состава почвенных загрязнений.

Поступление тяжёлых металлов и биофильных элементов в почвенный покрова определяет возможность дальнейшей их миграции в грунтовые воды, их доступность растениям, потенциальную угрозу живымаорганизмам, в т.ч. человеку. Вместе с тем почва является одним из важнейшихазащитных, биохимических барьеров для ряда соединений на пути их миграции в грунтовые воды и растения. Поэтому химический анализ почв и зеленых насаждений является основной частью биогеохимических исследований урбоэкосистем. экологический биогеохимический урбоэкосистема

Комплексная оценка и мониторинг изменений диагностических показателей свойств почвенно-растительного покрова, происходящих под влиянием антропогенно-технического воздействия, позволяет установить их оптимальные и критические значения для поддержания нормального функционирования урбоэкосистем и принимать своевременные меры по поддержанию их устойчивости.

На территории Павлодара и области ведутся исследования, касающиеся загрязнения почв тяжёлыми металлами (Панин М.С., Ажаев Г.С., 2005) и химического состава растительности (Гельдымамедова Э.А., 2003). Однако оценка экологической ситуации в урбоэкосистемах, объединяющая фитоиндикационные и геохимические методы исследований, комплексное изучение поведения биофильных элементов и тяжёлых металлов в системе почва - отсутствуют. Все это свидетельствует о теоретической и практической возможности проведения экологического исследования почвенно-растительного покрова Павлодара, как крупнейшего промышленного центра в Республике Казахстан.

Антропогенные нарушения почвенного покрова приводят к серьезным нарушениям и деградации всего природного комплекса, что в конечном итоге создает угрозу здоровью и жизни человека в городе. Для почв, находящихся в условиях техногенеза, необходима оценка их экологического состояния, прежде всего, определения уровня загрязнения тяжёлыми металлами. Тяжёлые металлы аккумулируются почвой на определенный срок и, входя в миграционные циклы природного комплекса, создают новые техногенные аномалии.

Оценка городской среды должна производиться с учетом ответных реакций геосистемы и растений на процессы урботехногенеза, объединяя метод фитоиндикации с геохимическими методами.

Особой уязвимостью отличается природа Павлодарской области. Техногенное воздействие здесь приводит к нарушению экосистем значительно большему, чем при равных условиях в других городах. Изучение закономерностей развития и функционирования городских экосистем г. Павлодара, исследование механизмов воздействия техногенных и экологических факторов на растения и закономерностей миграции элементов-биофилов и загрязняющих веществ в почвенном покрове позволяет судить о степени экологического благополучия в данной местности.

Проведен анализ литературных данных о природно-исторической характеристике района исследования. Для г. Павлодара характерна четкая «возрастная» зональность города, относительная низкая годовая температура. Дана характеристика почвенного и растительного покрова.

Растения в городе отличаются от однотипных растений естественных местообитаний по уровню накопления элементов питания. Береза, ива, тополь и разнотравье при произрастании в городе испытывают дефицит фосфора в тканях, но накапливают большие количества калия и нитратного азота, что связано с разными формами их накопления в городских почвах.

Изменение химического состава растений зависит от фазы их развития, а значит и от сезона года. Как правило, наблюдается снижение содержания всех рассматриваемых элементов (калия, фосфора и нитратного азота) в зеленых частях растений в летний период - период максимальной интенсивности всех физиологических процессов растений.

Различные виды растений отличаются по уровню поглощения элементов питания и их динамике содержания в различных органах в течение вегетативного периода.

Распределение биофильных элементов в определенной степени зависит от геохимических характеристик почв и связано с их типами и степенью сформированности, но в то же время определяется биологическими особенностями растений. Травянистая растительность накапливает больше К2О, Р2О5 и NO3 на урбаноземах (3900 мг/кг; 4950 мг/кг и 237 мг/кг, соответственно); ива поглощает близкие количества этих элементов на урбаноземах и реплантоземах (2050-2970 мг/кг; 5020-5036 мг/кг и 148-150 мг/кг, соответственно); береза и тополь накапливают больше калия (1500 мг/кг и 2800 мг/кг) и фосфора (5880 мг/кг и 5900 мг/кг) на реплантоземах, а нитратов (120 мг/кг и 125 мг/кг) на урбаноземах. У деревьев небольшой отток К2О из листьев в другие органы наблюдается на реплантоземах, а у трав - на урбаноземах. У трав и деревьев идет накопление фосфора в корнях на всех типах почв, но наибольшее - у растений естественных местообитаний. Накопление нитратов в травянистой растительности города соответствует природной. У деревьев в условиях городской среды происходит снижение роли корневого поглощения нитратов.

Проведенные исследования позволят сделать вывод о высокой индикационной значимости растений при биогеохимических исследованиях загрязнения городской среды. Растительный покров выполняет роль мощного биогеохимического барьера, выводя избыточные массы металлов из миграционного потока в депонирующие среды. В биоаккумуляции твердых металлов выявлены определенные закономерности, связанные с видом растений, механическим составом и типом почв, на которых они произрастают.

Листья березы, тополя и ивы под влиянием техногенеза активно накапливают медь (КПБ=2,7-7,5), и свинец (КПБ=21,71-2,36). На реплантоземах - почвах с высоким содержанием подвижных форм Cu, Pb, зеленые части растений накапливают наибольшие их количества, а на культуроземах - наименьшие. Интенсивность потребления ими никеля (КПБ=0,79-1,24) и кобальта (КПБ=1,25-2,1) снижается.

Миграционная способность тяжёлых металлов и биофильных элементов обусловлена взаимным влиянием их содержания в почве (между содержанием валовых форм Zn, Pb и P2O5, K2O установлена прямая зависимость, а зависимость накопления различных форм Cu от P2O5, K2O неоднозначна и определяется уровнем содержания последних) и ограничена действием биогеохимических, сорбционных и социальных барьеров.

Накопление тяжёлых металлов и биофильных элементов растениями зависит от их вида. Максимальные значения коэффициентов биогеохимического поглощения КБП отмечены для тополя. Распределение биофильных элементов по органам растений осуществляется независимо от их группы и вида: корни накапливают больше фосфора, а надземная часть - калия.

Размещено на Allbest.ru