WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Выявлено, что к настоящему времени недостаточно изучено влияние антропогенного воздействия на уровень загрязнения экосистем пригородных территорий промышленных центров. В литературе содержатся ограниченные сведения по влиянию степени загрязнения атмосферного воздуха на уровень загрязнения почв пригородных территорий, отсутствуют данные по характеру сезонного изменения приспособительных реакций экосистем пригородных территорий к антропогенному воздействию с целью снижения неблагоприятных последствий. Не установлены закономерности взаимосвязи между состоянием элементов экосистемы пригородных территорий и дальностью распространения ЗВ. В литературе отсутствуют рекомендации по уменьшению зоны пространственного распространения токсичных выбросов промышленного центра, не разработаны рекомендации по защите растительности.

Во второй главе рассмотрено методическое обеспечение проведения эксперимента, приведена характеристика объекта исследования: единой экологической системы «промышленно-развитый город (Тула) – его пригородные территории», площадью более 350 тыс. гектаров с учетом розы ветров для данного региона (см. рис. 1).

а) б)

Рис. 1. Объект исследования - экологическая система «промышленно-развитый город (Тула) – его пригородные территории» (а) и роза ветров для региона (б):

внешняя граница граница экосистемы 1

- маршрут I граница экосистемы 2

- маршрут II граница экосистемы 3

- маршрут III

На исследуемой территории пригородной экосистемы были установлены постоянные пункты наблюдения. Сочетания нескольких пунктов наблюдений образовывали три маршрута наблюдений протяженностью до 25 километров от города. Пункты наблюдений в маршрутах были удалены от города на расстоянии 0, 2, 5, 10, 15, 20 и 25 км. Наиболее удаленный пункт маршрута был принят в качестве контрольного (соответствующего фоновому загрязнению), так как уровень загрязнения атмосферного воздуха на расстоянии 25, 30 и 40 км от города существенно не менялся. В пунктах наблюдения отбирали пробы воздуха, почвы и растений для последующего анализа.

В этой же главе изложено описание методики эксперимента, проводимого в лабораторных и полевых условиях. Анализ проб воздуха, почв, растений на содержание вредных веществ определяли методом рентгенофлуоресцентного анализа с помощью кристалл-дифракционного сканирующего спектрометра серии «Спектроскан Макс GV». Приведена методика оценки погрешности экспериментальных данных.

Третья глава работы посвящена описанию результатов эксперимента и их обсуждению.

В первом разделе изучен характер взаимодействия антропогенных выбросов с различными типами экосистем и методов повышения их компенсаторного эффекта. Тула – крупный город с развитой промышленностью, рассматривается в данной работе как точечный источник выбросов ЗВ. Наличие в пригородной зоне различных комбинаций растительных сообществ позволило выделить несколько типов экологических подсистем. Распределение угодий по пригородной зоне неравномерное. Площади поля, луга и леса в северной части её относятся друг к другу как 1:1:2, в западной - 2:1:1 и в юго-западной, южной и юго-восточной как 1:2:1. Площадь каждой экологической подсистемы составляет порядка 50-70 тыс. гектаров.

Механизм взаимодействия токсикантов с составными элементами экосистем к настоящему времени в достаточной степени не изучен. Можно предположить, что такие критериальные ксенобиотики, изучаемые нами, как ТМ взаимодействуют с почвенной системой следующим образом. Гуминовые и фульвоксилоты содержат функциональные группы, способные образовывать довольно прочные связи с ТМ по салицилатному (с участием карбоксильной группы и фенольного гидроксила) и фталатному типу (см. рис. 2).

Рис. 2. Механизм взаимодействия токсикантов с составными элементами экосистем.

Специфичными в отношении связывания ионов ТМ считаются богатые цистеином белки – металлотионеины, синтезирующиеся в клетках растений в ответ на воздействие ТМ. Металлсвязывающие белки синтезируются в норме в незначительном количестве. Их содержание в клетке резко возрастает при действии ТМ и снижается в случае уменьшения концентрации ТМ в питательном субстрате. Причем повышенные концентрации ТМ в среде стимулируют не только синтез металлотионеинов, но и связывание этими белками большей части поступивших в клетку ионов металлов. С этой точки зрения можно говорить о специфичности механизма детоксикации ТМ растительными организмами. В основе этого механизма лежат процессы комплексообразования, протекающие по схеме, приведенной на рис. 2.

В работе изучен характер взаимодействия антропогенных выбросов с различными типами экосистем. Получены данные по содержанию оксида углерода, аммиака и диоксида серы в пробах воздуха на различном удалении от города с подветренной и наветренной сторон по сезонам года (см. рис. 3). Экспериментально доказано, что даже с наветренной стороны в воздухе обнаруживаются высокие (выше фоновых) концентрации ЗВ.

Рис. 3. Характер распространения газовых выбросов по территории пригородных зон.

- соотношение поле:луг:лес = 2:1:1; - соотношение поле:луг:лес = 1:1:2;

- соотношение поле:луг:лес = 1:2:1.

Установлено, что количество газообразных и пылевых выбросов в атмосфере пригородной зоны обусловливается наличием, состоянием и взаимодействием экосистем. Наилучшие условия реализации компенсаторного эффекта (поглощения выбросов в пригородной экосистеме) наблюдаются при соотношении площадей поля, луга и леса, равном 1:2:1 (маршрут III). Значения концентраций ЗВ на маршрутах с преобладанием лесных площадей (маршрут II) или поля (маршрут I) в целом больше, чем в первом случае, т. е. эффективность снижения уровня антропогенного загрязнения первых двух вариантов сочетания элементов экосистем систем ниже.

Обнаружено, что основным источником загрязнения растений и почвы соединениями ТМ являются не только газообразные и пылевые выбросы промышленных предприятий города, но и вносимые на поля, удобрения и препараты химической защиты сельскохозяйственных культур. В результате суммарного воздействия всех источников загрязнения происходит постепенное увеличение концентраций ТМ в почвах полей пригородных зон (см. рис. 4). Наиболее высокий уровень загрязнения отмечается в пахотном горизонте (20-25 см) обрабатываемых полей. По мере удаления сельхозугодий от источника загрязнения, концентрации ТМ в почвах снижаются.

а) б) в)

Рис. 4. Валовое содержание тяжелых металлов в почвах полей пригородных зон (маршрут III) в пахотном горизонте (20 – 25 см), мг/кг (III декада апреля):

а) валовое содержание Co; б) валовое содержание Zn; в) валовое содержание Sb;

- на полях незащищенных лесм и лесополосами; - на полях под защитой леса и лесополос; - ПДК соответствующего металла.

Второй раздел посвящен моделированию взаимодействия антропогенных выбросов с компонентами пригородных экосистем. Для изучения рассеивающей способности различных вариантов сочетания элементов экосистем разработана соответствующая математическая модель и уравнение для расчета параметра поглощения ЗВ (см. рис. 5). Результаты численного эксперимента, приведенные в табл. 1 и на рис.5, подтверждают вывод о том, что максимальной поглощающей способностью обладает сочетание элементов экосистем, соответствующее маршруту III (наблюдаются наибольшие значения параметра поглощения).

Результаты проведенного нами численного эксперимента свидетельствуют о том, что при дальнейшем увеличении антропогенной нагрузки на пригородные территории, даже при наличии оптимальных для рассеивания ЗВ соотношений элементов экосистемы, концентрации ТМ в элементах пригородной экосистемы значительно возрастут (см. рис. 6).

Рис. 5. Моделирование взаимодействия антропогенных выбросов с компонентами

пригородных экосистем.

Таблица 1.

Значения параметра поглощения загрязняющих веществ,, для различных типов экосистем.

Рис. 6. Распределение выбросов тяжелых металлов в условиях экспериментальных моделей.

– экспериментальная модель № 1; – экспериментальная модель № 2;

– экспериментальная модель № 3.

В третьем разделе изучены закономерности загрязнения ТМ сельскохозяйственных культур и методы повышения компенсаторного эффекта пригородных экосистем. Показано, что приспособительные свойства растений наиболее полно проявляются в сочетании с защитными свойствами почвы. Так, в растениях, выращенных на почвах с высоким содержанием гумуса (высокобуферные почвы), уровень содержания ТМ значительно ниже, чем у растений, произрастающих на малобуферных почвах. В условиях полевого и лабораторного эксперимента нами изучено влияние содержания гумуса на содержание ТМ в надземных органах растений и в корнях. (см. табл. 2 ) В условиях полевого эксперимента на почвах со слабокислой средой (рН – 6,2) почвенного раствора и содержанием гумуса 1,5 %, 3,0 % и 6,0 % концентрация ТМ в растениях колебалась в значительных пределах. Кукуруза на первом участке, площадью 0,74 га к концу вегетации достигала высоты 195 см. Листовые пластинки её не имели повреждений, а их площадь на 23 % превышала площадь листьев второго участка. Растения до уборки на силос сохранили зеленый здоровый вид, образовали початки с хорошей озерненностью. Взаимодействие приспособительных свойств растений и высокобуферной почвы обеспечило общее уменьшение концентраций ТМ, особенно в листьях и стеблях.

Таблица 2.

Концентрация тяжелых металлов в кукурузе, мг/кг

Гумус в почве, %

Органы растения

Co

Ni

Pb

Cu

Mn

Zn

Участок 2

Листья

0,8

3,6

8,1

5,7

120,1

139,5

1,5

Стебли

0,7

2,7

4,3

7,4

93,5

84,3

Корни

1,8

3,6

5,9

6,8

139,4

118,0

3,0

Листья

0,4

2,8

5,3

4,1

106,5

117,9

Участок 3

Стебли

0,5

2,0

4,6

3,5

81,6

73,4

Корни

1,2

3,0

5,3

5,9

87,4

93,9

6,0

Листья

Н.о.

1,9

2,7

2,0

88,0

86,1

Участок 1

Стебли

Н.о.

1,8

2,8

2,9

71,4

70,8

Корни

0,7

2,3

4,1

5,3

93,0

83,5

Нами изучено влияние известкования почв на поступление ТМ в растительные культуры. Полученные результаты по содержанию ТМ в растениях за три года представлены в таблице (см. табл. 3). Результаты лабораторных исследований полностью согласуются с полевыми наблюдениями. За счет внесения извести содержание металлов уменьшилось в листьях картофеля, в среднем, на 21 %, а в стеблях на 10 %. В травах луга были обнаружены более низкие концентрации ТМ, чем в картофеле, что, на наш взгляд, можно объяснить возрастом надземных органов. Молодые органы растений накапливают в себе ТМ меньше, чем более старые. Поверхностное внесение извести на травяных полях менее эффективно по сравнению с глубинным перемешиванием её с почвой. Этим можно объяснить тот факт, что травы луга оказывались мало отзывчивыми на внесение извести: уменьшение содержания ТМ в листьях и стеблях составляло лишь 12 %.

Таблица 3.

Содержание тяжелых металлов в растениях и в почвах (подвижные формы) после внесения извести, мг/кг *

Объект

изучения

Органы

растений

Со

Ni

Pb

Cu

Cd

Mn

Zn

Картофель

Листья

4,6

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»