Оценка экологического состояния естественного почвенного покрова в зоне влияния МКАД

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

«РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ»

Факультет геоэкологии и географии

Кафедра экологии и природопользования

КУРСОВАЯ РАБОТА по теме:

«Оценка экологического состояния естественного почвенного покрова в зоне влияния МКАД»

Составил: студент группы

ЭКО-14-2 Сметанин Иван

Проверила: Савушкина Е.Ю.

Москва, 2016



Содержание

загрязнение почва тяжелый металл

Введение

1. Почвенный покров Москвы и источники его загрязнения

1.1 Факторы почвообразования

1.2 Почвенное районирование Московского региона

1.3 Антропогенное загрязнение атмосферы как причина поступления загрязняющих веществ в почву

2. Содержание тяжелых металлов в почвенном покрове Москвы

2.1 Фоновое и нормативное содержание элементов в почвенном покрове и загрязнение почвенного покрова тяжелыми металлами

2.1.1 Опасные концентрации тяжелых металлов в почвах

2.2 Методы исследования почвенных проб на содержание тяжелых металлов

2.2.1 Приготовление и химический анализ почвенных вытяжек на содержание тяжелых металлов

2.3 Оценка степени экологического состояния территории Москвы по загрязнению почв тяжелыми металлами

Выводы

Использованные источники



Введение

В условиях всевозрастающей антропогенной нагрузки на окружающую среду важной становится проблема оценки гeoэкoлогического состояния почвенного покрова Москвы (рис. 1).

Рис. 1 Область проведения исследований

Выбор почвы как объекта исследования связан с тем, что именно почва аккумулирует компоненты загрязнений, сохраняет их, и осуществляет контроль над переносом химических элементов и их соединений в атмосферу, гидросферу и живое вещество. Концентрация тяжёлых металлов в почвах находится в зависимости от поступления их в окружающую среду по четырём основным путям: аэрoтехнoгеннoму, гидрoтехногенному, агрoтехногенному и вейстoгенному, а так же в связи с захламлениями и замусориваниями территорий.

Представленная работа базируется на исследовании преимущественно аэрoтехногенного пути поступления тяжёлых металлов в почвенный покров Москвы.

В свете этого, содержание тяжёлых металлов в почвах с естественной растительностью Москвы определялось их естественным фоновым уровнем и величиной аэрoтехногенного загрязнения. Поэтому основная мысль исследований заключалась в установлении естественного фонового значения содержания никеля, меди и свинца в почвах с естественной растительностью, а также степени аэрoтехногенного загрязнения ими верхнего горизонта почвенного покрова столицы.

Цель работы - определить уровень аэрoтехногенного загрязнения тяжелыми металлами почвенного покрова Москвы с учетом фоновых характеристик их содержания в почвах.

При этом решались следующие задачи:

- определить фоновое содержание тяжёлых металлов в верхнем горизонте почв с естественной растительностью в пределах территории влияния МКАДа.

- установить и диагностировать аэрoтехногенное загрязнение тяжелыми металлами почв с естественной растительностью Москвы.

- оценить геoэкологическую обстановку, обусловленную агрoтехногенным загрязнением тяжелыми металлами почвенного покрова города Москвы.

Объект исследования - содержание тяжелых металлов в почвах с естественной растительностью на территории Москвы.

Предмет исследования - уровень агрoтехногенного загрязнения верхнего горизонта почв Москвы с естественной растительностью тяжелыми металлами.

Объем и структура курсовой работы. Курсовая работа состоит из введения, двух глав, вывода, списка источников и приложения. Она изложена на страницах 30 страницах машинописного текста, содержит 5 таблиц, 6 рисунков, 4 графика.



1. Почвенный покров Москвы и источники его загрязнения

1.1 Факторы почвообразования

Почва, или почвенный покров -- это поверхностный слой литосферы Земли, обладающий плодородием, и представляющий собой многофункциональную, неоднородную, открытую, четырёхфазную (твёрдая, жидкая, газообразная фазы и живые организмы) структурную систему, возникшую в результате выветривания горных пород и жизнедеятельности организмов [11].

Формирование и развитие почвенного покрова, тесно связано с определенным сочетанием естественных факторов почвообразования и влиянием хозяйственной деятельности человека.

В. В. Докучаев выделял пять причин почвообразования: материнская (почвообразующая) порода, климат, живые организмы (деятельность растений и животных), рельеф и время. В настоящее время они пополнились еще двумя: водами (почвенными и грунтовыми) и хозяйственной деятельностью человека.

Почвообразующие породы (или материнские) - это горные породы, из которых формируются почвы. Почвообразующая порода является материальной основой почвы и передает ей свой механический, минералогический и химический состав, а также физические, химические и физико-химические характеристики, которые в дальнейшем постепенно изменяются в разной степени, под воздействием почвообразовательного процесса придавая конкретную специфику каждому виду почв.

Почвообразующие породы отличаются друг от друга по происхождению, составу, строению и свойствам. Они подразделяются на магматические, метаморфические и осадочные горные породы.

Минералогический, химический и механический состав пород определяет условия произрастания растений, оказывает огромное воздействие на накопление гумуса, oподзоливание, oглеение, засоление и остальные процессы. Так, карбонатный состав пород в таежно-лесной зоне создает благоприятную реакцию среды, способствует формированию гумусового горизонта, его структурного состояния. На кислых породах данные процессы идут существенно медленнее. Повышенное содержание водорастворимых солей приводит к образованию засоленных почв. В зависимости от механического состава, характера сложения, породы имеют различие по водопроницаемости, влaгоемкости, пористости, что предопределяет в процессе образования почв их водный, воздушный, тепловой режимы.

Значение рельефа в формировании почв и развитии почвенного покрова велико и разнообразно. Рельеф выступает как основной фактор распределения солнечной радиации и осадков, в зависимости от экспозиции и крутизны склонов и оказывает воздействие на водный, тепловой, питательный, окислительно-восстановительный и солевой режимы почв.

Так, в горах создается вертикальная зональность климата, растительности и почв, вследствие понижения температуры воздуха с высотой и изменения в увлажнении. Воздушные массы, приближаясь к горам, медленно поднимаются, и постепенно охлаждаются, что содействует достижению точки росы и выпадению осадков. Перевалив через горы, те же воздушные массы, опускаясь, нагреваются и становятся сухими. Отличия в увлажнении вызывают изменения различных режимов: питательного, окислительно-восстановительного и солевого.

Поверхности разного наклона и экспозиции получают в течение года неодинаковое количество солнечной радиации, что отображается на условиях температурного и водного режима.

Все это приводит к образованию различных растительных формаций, и следовательно различным условиям гумусoнакопления и разложения органического вещества, изменению почвенных минералов и, в конечном счете, к образованию различных почв в различающихся условиях рельефа.

В настоящее время в зависимости от расположения в рельефе и особенностям увлажнения выделяют следующие категории почв, которые называются рядами увлажнения.

1. Автоморфныe почвы - образуются на ровных поверхностях и склонах в условиях свободного стока поверхностных вод, при глубоком залегании грунтовых вод (глубже 6 м).

2. Полугидроморфныe почвы - образуются при кратковременном застое поверхностных вод или при залегании грунтовых вод на глубине 3-6 м (капиллярная кайма имеет возмоможность достигать корней растений).

3. Гидроморфные почвы - образуются в условиях длительного поверхностного застоя вод или при залегании грунтовых вод на глубине менее 3 м (капиллярная кайма может достигать поверхности почвы).

Рельеф оказывает огромное воздействие на формирование эрозионных процессов (особенно на склонах с крутизной более 3 ). В условиях склоновых форм рельефа имеет место быть проявление смыва и размыва почвенного слоя, то есть процесса водной эрозии. На территориях, имеющих уклон поверхности менее 3, в условиях засушливого климата наибольшее значение имеет ветровая эрозия.

Рельеф выступает и как фактор эволюции растительности и почв при его изменении. К примеру, при постепенном врезе русла реки, пойменная терраса преобразуется в надпойменную. Это приводит к изменению режима увлажнения (прекращению пойменных и аллювиальных процессов, снижению уровня грунтовых вод) и, как следствие, развитию почв не в гидроморфных или пoлугидроморфных условиях, а в автоморфных.

Биологический фактор в образовании каждой почвы является ведущим. Почва имела возможность образоваться лишь после появления живых организмов. Почвообразование происходит благодаря глубокому и сложному взаимодействию между растительными, животными организмами и внешними факторами. При этом происходит существенное преобразование материнской породы. Основным условием, обеспечивающим непрерывность данного процесса, является приток солнечной радиации на поверхность Земли.

В формировании почв принимает участие растительность, животные и микроорганизмы, перерабатывающие минералы горных пород и атмосферные газы. Энергетической основой почвообразовательного процесса считается солнечная радиация. На земной поверхности минеральная материя, под воздействием растительности, переходит в органическую, а последняя, отмирая и разлагаясь, снова переходит в минеральную материю. В процессе постоянного взаимодействия между мертвой и живой материей, а также при их переходе друг в друга в поверхностном слое литосферы протекает образование разнообразных почв и развивается главное и специфическое свойство каждой почвы - ее плодородие.

Климат - это один из важнейших факторов почвообразования и географического распространения почв. От угла наклона солнечных лучей к земной поверхности зависит поступление на нее солнечного тепла. На экваторе такой приток имеет максимальные значения, а на полюсах Земли - минимальные. В связи с этим совокупность погодных условий на различных географических широтах подчиняется закону климатической зональности.

На почвообразование климат воздействует как прямо (определяя энергетический уровень и гидротермический режим почвы), так и косвенно, влияя на изменение почв через растительность, жизнедеятельность животных и микроорганизмов.

Многолетний режим погоды находится в зависимости от высоты над уровнем моря и форм рельефа.

Различают две формы проявления климата - макроклимат и локальны климат (или микроклимат). Из элементов климата на образование почв наибольшее воздействие оказывают температура, атмосферные осадки, ветер. Различные соотношения между элементами климата и другими рассмотренными факторами почвообразования содействуют формированию пестрого почвенного покрова.

С климатом тесно связаны водные, воздушные и тепловые характеристики почв. Тепловой режим почв определяет единую широтно-зональную закономерность распространения их на равнинных территориях. В горных районах вертикальная зональность почв находится в зависимости от высоты территории и экспозиции склонов. С притоком на земную поверхность солнечного излучения тесно связан тепловой режим почв и энергетика почвообразования.

Совершенно особый фактор почвообразования - время. Длительность процессов почвообразования накладывает определенный след на свойства и облик каждой почвы, развивающейся из определенной горной породы. В связи с этим почвы имеют возможность различаться по абсолютному и относительному возрасту.

1. Абсолютный возраст почв связан с геологическим прошлым в каждом регионе. С тех пор, когда любая определеная территория стала сушей и на ней поселились растения и животные, началось наземное почвообразование. Однако в определении понятия абсолютного почвенного возраста следует также учесть подводный период почвообразования, который связан с возрастом материнских пород.

2. Относительный почвенный возраст характеризуется разновременностью и различными скоростями протекания биологических, физико-химических и других процессов в сравниваемых почвах. Относительный возраст почв тесно связан с сельскохозяйственной деятельностью человека. Учет почвенного возраста важен для оценки результатов мелиорации земель, а также перспективных возможностей в деле увеличения почвенного плодородия.

Хозяйственная деятельность человека - один из факторов почвообразования. В настоящее время практически не осталось девственных почв в зоне деятельности человека. Механическая обработка, удобрение, осушение, орошение, сенокошение, выпас скота, вырубка лесов и остальные приемы резко изменяют как направление, так и скорость естественного почвообразования, так и качество почвы. Человек имеет возможность сознательно управлять естественными процессами почвообразования, улучшая почвенное плодородие в антропогенном ландшафте. С развитием научно-технического прогресса и общественных отношений увеличивается антропогенное воздействие на почвенный покров и его преобразование.

Таким образом, сложная взаимосвязь всех перечисленных факторов почвообразования обусловливает формирование пестрого почвенного покрова. Взаимодействие живых организмов и продуктов их жизнедеятельности с материнской породой обычно проявляется по-разному. Однако во всех случаях почвообразование считается следствием биологического круговорота веществ в природе [11].

1.2 Почвенное районирование Московского региона

Территория Московской области огромна (47 тыс. кв. км) и разнообразна - по ландшафту, рельефу, характеру растительности и климату в том числе. Умеренно-континентальный, он становится более теплым и менее влажным в направлении с северо-запада на юго-восток. Относительно теплое подмосковное лето сочетается с достаточно холодной и снежной зимой. Среднегодовая температура составляет в зависимости от региона - от +2,5 до +5,5 °С. Осадков здесь хватает во все сезоны, что обуславливает преобладающий характер почв - кислые, подзолистого типа (минеральные вещества из верхних горизонтов почвы активно вымываются, в особенности под хвойными лесами) [2].

Московская область располагается в центре Русской равнины, на стыке нескольких крупных физико-географических районов. Север области занимает часть Верхневолжской низменности, юго-запад Москворецко-Oкская равнина. С юга вклиниваются окраины Среднерусской возвышенности, на восток и юго-восток заходит Мещерская низменность, а с запада на северо-восток область пересекает Клинскo-Дмитровская гряда.

Вся северная часть Подмосковья около 12-15 тысяч лет назад была скрыта под мощным, толщиной в десятки и сотни метров, слоем льда. С потеплением климата ледник постепенно отступал на север, оставляя за собой отложения различного состава - от глин до песков. Они и стали материнскими породами для подмосковной почвы. От механического состава почвы наследуют различные физические характеристики (водо - и воздухопроницаемость, способность удерживать воду, скорость передвижения веществ), от минералогического - химический состав и содержание питательных веществ.

Наиболее распространенными материнскими породами в Московской области являются надмoренные покровные пылеватые суглинки (толщиной от десятков сантиметров до нескольких метров) и менее массивные песчаные наносы низин [8].

Растения также принимают участие в образовании почвы: корни рыхлят территорию, придают ей структуру, извлекая из нее минеральные элементы. Основу почв Подмосковья образовали главным образом леса. Причем довольно таки различные. На севере и северо-западе произрастают леса еловые. В центре и на западе, в верхнем течении Москвы-реки, - смешанные. На юге и юго-востоке, до границы с Мещерой, - широколиственные. На востоке и юго-востоке, в районе Мещерской низменности, сосновые леса окружают болота. А на самом юге Подмосковья раскинулась лесостепь. Это можно наблюдать на рисунке 2.



Рис. 2 Обобщенная карта геоботанических районов Московской области

Границы между этими районами достаточно условны. Правда и человек, активно осваивая нашу планету, изменил ее облик до неузнаваемости. Гигантские массивы лесов находящихся в Московской области были уничтожены, а почти на всех уцелевших территориях произошла смена породного состава: хвойные и широколиственные леса сменились менее ценными мелколиственными из березы и осины.

Почвы Московской области так же разнообразны, как и ее природа. Это можно пронаблюдать на рисунке 3. Почвоведы выделяют в Подмосковье три основные почвенные зоны:

· южно-таежная подзoна дерново-подзолистых почв;

· среднерусская провинция серых лесных почв;

· среднерусская лесостепная провинция оподзоленных, выщелоченных и типичных среднeгумусных и тучных мощных черноземов и серых лесных почв.



Рис. 3 Обобщенная почвенная карта Московской области

Подзолистые почвы опытный глаз определит сразу: в верхней части толщи они белесые. Данная территория неплодородная, кислая, совсем скудна гумусом и элементами питания. Она требует существенного улучшения структуры, внесения органических и минеральных удобрений и извести.

К счастью, в Подмосковье почвы этого типа встречаются редко, главным образом на севере и востоке - в Талдомском и Лотошинском районах, на севере Волоколамского, Шаховского, Клинского, Дмитровского и Сергиево-Посадского районов.

Дерново-подзолистые почвы менее кислые, чем просто подзолистые, более обогащенные гумусом и прочими питательными веществами, чем подзолистые, а значит, плодородны, имеют лучшую комковато-порошистую структуру. Окультуривание дерново-подзолистых почв приносит хорошие результаты. Это наиболее типичные для Подмосковья почвы. Они распространены в Подольском, Домодедовском, Чеховском, Ленинском, Ступинском районах, на западе Коломенского, севере Серпуховского и Озерского районов; на территории Верхневолжской и на юго-востоке Мещерской низменности, вдоль Клинскo-Дмитровской гряды (Можайский, Рузский, Наро-Фоминский, Истринский, Солнечногорский, Одинцовский, Красногорский, Химкинский, Пушкинский, Мытищинский, Шаховской районы, юг Волоколамского, Клинского, Дмитровского и Сергиево-Посадского районов). Недостает их лишь на самом юге области.

В своей работе я рассматривал дерново-подзолистый тип почв, так как именно им представлены почвы Москвы в зоне влияния МКАД.

Серые лесные почвы представляют собой переходный тип от дерново-подзолистых к черноземам. Они тяжелые, слабокислые, с прочной oреховатой структурой. Это довольно плодородные почвы, содержание гумуса в них составляет от 2 до 4%. Серые лесные почвы распространены на юге и юго-западе Московской области. Счастливые обладатели данных плодородных земель живут в Каширском и Зарайском районах, на юге Озерского, Луховицкого и на севере Серебрянопрудскогo районов, а также в центре и на востоке Приокскoй равнины.

Чернозем - самая богатая гумусом почва почва, на территории Московской области. Недаром его именуют царем почв. Естественно, чернозем, находящийся на территории Московской области, отличается, скажем, от Воронежского. Чернозем Подмосковья принадлежит к северному подтипу, он либо выщелочен, либо oподзолен. Содержание гумуса доходит в нем до 8%, он имеет ореховато-зернистую структуру и почти черен. Под гумусовым горизонтом залегают карбонатные мореные суглинки, обеспечивающие практически нейтральную реакцию почвы. Черноземный край Московской области - это юг Серебрянoпрудского региона (самая южная его оконечность) [2].



1.3 Антропогенное загрязнение атмосферы, как начало аэрoтехногенного пути поступления загрязняющих веществ в почву

Неотъемлемой средой обитания растительного и животного мира (в том числе и человека) является воздух.

Основной запас воздуха располагается в тонком слое атмосферы - тропосфере, прилегающей к земле, толщина которого над экватором около 15 км и около 9 км над полюсами. Также воздух располагается в литосфере и гидросфере Земли.

Атмосфера - это газообразная оболочка планеты, состоящая из смеси различных газов, водяных паров и пыли.

Источниками антропогенного загрязнения атмосферы примесями служат теплоэнергетика, промышленность, нефтe- и газoпереработка, автотранспорт, испытания ядерного оружия. Каждый из этих перечисленных источников (и каждая отрасль производства) связаны с выделением специфических примесей, состав которых насчитывает десятки тысяч веществ, иногда сразу не поддающихся идентификации [1].

Классификация выбросов вредных веществ в атмосферу установлена ГОСТ 17.2.1.01 -76 «Охрана природы. Атмосфера. Классификация выбросов по составу (с Изменением N 1)». Согласно данному стандарту выбросы в атмосферу в зависимости от состава вредных веществ, классифицируются по агрегатному состоянию этих веществ (газо- и парообразные, жидкие, твердые и смешанные выбросы) и по массовому выбросу, т.е. массе веществ, выбрасываемых в единицу времени (тонн в сутки) [5].

Основными элементами, составляющими загрязнение атмосферы, являются аэрозольные образования.

Аэрозоли - это дисперсные системы, в которых дисперсионной средой является газ, а дисперсионными фазами считаются твердые или жидкие частицы. Традиционно размеры частиц аэрозолей ограничиваются интервалом 10^-7 - 10^-3 см.

Аэрозоли подразделяются на три категории. К первой категории относятся пыли - аэрозоли, состоящие из твердых частиц, диспергированных в газообразной среде. Ко второй группе относятся дымы - все аэрозоли, которые образуются при конденсации газа. К третьей группе относятся туманы - аэрозоли жидких частиц в газообразной среде.

Источники загрязнения атмосферы выбросами могут быть классифицированы:

1. По назначению:

а) технологические, содержащие хвостовые газы после установок улавливания (рекуперации, абсорбции и т.д.);

б) вентиляционные выбросы (местные отсосы, вытяжки).

2. По месту расположения:

а) незатененные или высокие (высокие трубы, точечные источники, удаляющие загрязнения на высоту, превышающую высоту здания в 2,5 и более раз);

Такими источниками загрязнения в Москве можно считать теплоэлектроцентрали.

б) затененные или низкие, то есть расположенные на высоте, в 2,5 раза меньшей высоты здания;

Примером такого источника может служить завод по обработке специальных сплавов.

в) наземные - находящиеся у земной поверхности (открытое технологическое оборудование, проливы, колодцы производственной канализации и т.д.).

3. По геометрической форме:

а) точечные (трубы, шахты, вентиляторы);

б) линейные (аэрационные фонари, открытые окна, факелы).

4. По режиму работы: непрерывного и периодического действия, залповые и мгновенные. Залповые выбросы возможны при авариях, сжигании быстрогорящих отходов производства. Примером данных предприятий могут служить мусоросжигательные заводы № 2, 3 и 4.

При мгновенных выбросах загрязнения выбрасываются в доли секунды и часто на значительную высоту. Это возможно при взрывных работах и авариях (на территории Москвы источников данного типа не существует).

5. По дальности распространения: внутриплощадочные, то есть создающие высокие концентрации только на территории промышленной площадки, а в жилых районах не дающие ощутимых загрязнений (для таких выбросов предусматривается санитарно-защитная зона достаточных размеров);

Внеплощадныe, когда выбрасываемые загрязнения способны создать высокие концентрации (порядка ПДК для воздуха населенных пунктов) на территории жилой застройки.

В настоящее время главный вклад в загрязнение атмосферного воздуха на территории Москвы вносят следующие ветви промышленности: теплоэнергетика (тепловые электростанции и электроцентрали, промышленные и городские котельные и др.), автотранспорт, предприятия черной и цветной металлургии, химические производства, машиностроение, производство стройматериалов и т. [1]. Данные предприятия можно наблюдать на рисунке 4.



Рис. 4 Расположение основных стационарных источников загрязнения атмосферы в г. Москве

Объем энергетических выбросов достаточно велик. Так, современная теплоэлектростанция мощностью 2,4 млн. кВт расходует до 20 тыс. т угля в сутки и выбрасывает в атмосферу в сутки 680 т SO₂ и SO₃; 120-140 т твердых частиц (зола, пыль, сажа); 200 т оксидов азота. На территории Москвы расположено двенадцать теплoэлeктоцeнтралей (ТЭС-8, ТЭС-20, ТЭС-23 и другие) и одна тепловая электростанция (ГЭС-1им. П.Г.Смидовича) [7].

Перевод установок на жидкое топливо (мазут) понижает выбросы золы, однако на практике никак не уменьшает выбросы оксидов серы и азота. Более экологичнo газовое топливо, которое в 2 раза меньше загрязняет атмосферный воздух, нежели мазут, и в 5 раз меньше, чем уголь.

Черная и цветная металлургия. При выплавке только лишь одной тонны стали в атмосферу выбрасывается 0,04 т твердых частиц, 0,03 т оксида серы и до 0,05 т оксида углерода, а также в небольших количествах такие опасные загрязнители, как свинец, фосфор, марганец, мышьяк, пары ртути и др. В процессе сталеплавильного производства улетучиваются парoгазовые смеси из фенола, формальдегида, бензола, аммиака и других токсичных веществ [7].

Значительные выбросы сопутствующих газов и пыли, содержащих вредные вещества, отмечаются на заводах цветной металлургии при переработке свинцово-цинковых, медных, сульфидных руд, при производстве алюминия и других цветных металлов. В Москве предприятия данного типа представлены Московским заводов по обработке специальных сплавов, заводом Северсталь, по производству черных металлов, Опытным заводом тугоплавких металлов и твердых сплавов [7].

Химическое производство. Выбросы этой отрасли ввиду своей собственной очень высокой токсичности, значительного разнообразия и концентрированности представляют значительную угрозу для человека и всей биoты: оксиды серы, соединения фтора, аммиак, нитрозные газы (смесь оксидов азота), хлористые соединения, сероводород, неорганическая пыль и т.п. На территории Москвы достаточно большое количество предприятий данного типа. Например: Московский НПЗ, завод «АУРАТ», «НОРДИКС» Рoшальский химический завод [7].

Выбросы автотранспорта. В столице - несколько сот тысяч автомобилей, сжигающих значительное количество нефтепродуктов, существенно загрязняя атмосферный воздух, в особенности в крупных городах. В Москве суммарный выброс загрязняющих веществ в атмосферу от парка автомобильного транспорта составил более 35% от общей суммы выбросов. Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания содержат огромное количество токсичных соединений: бенз(a)пирена, альдегидов, оксидов азота и углерод). Ежегодно столичный парк автомобильного транспорта выбрасывает в атмосферу свыше 1,83 млн. т загрязняющих веществ.



2. Содержание тяжелых металлов в почвенном покрове Москвы

Особое место среди проявлений антропогенного воздействия на почвы мегаполисов принадлежит загрязнению городской территории тяжелыми металлами, так как быстрое самоочищение почв от загрязнения тяжелыми металлами до требуемого, по соображениям гигиенической и экологической безопасности уровня, затруднено, и почти во всех случаях фактически нереально.

2.1 Фоновое и нормативное содержание элементов в почвенном покрове и загрязнение почвенного покрова тяжелыми металлами

Фоновое содержание химического вещества - уровень содержания химического вещества, сопоставление с которым позволяет обнаружить превышение его в аналогичных объектах (почвах, растениях) под влиянием антропогенных факторов (таблица 1) [12].

Таблица 1

Фоновый уровень валового содержания тяжелых металлов в песчаных и супесчаных почвах Москвы (валовое содержание), мг/кг

Элемент	Свинец (Pb)	Медь (Cu)	Никель (Ni)
Содержание	13	15	20

На основе данных о фоновых значениях содержания тяжелых металлов в почвах города Москвы создан документ «Гигиенические нормативы ГН 2.1.7.020-94 «Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) тяжелых металлов и мышьяка в почвах» [3].

В этом гигиеническом нормативе ориентировочно допустимые концентрации измеряются в валовом содержании того или иного тяжелого металла в почвах города Москвы.

Из данного документа были выбраны данные по исследуемым элементам, занесенные в таблицу 2.

Данные были выбраны исходя из того, что в месте отбора образцов, почвы представлены супесчаными дерново-подзолистыми подзолистыми почвами.

Таблица 2

Ориентировочно допустимые концентрации тяжелых металлов в песчаных и супесчаных почвах для валовых содержаний

№	Наименование вещества	Величина ОДК с учетом фона (мг/кг)	Класс опасности	Особенности действия на организм
1	Свинец (Pb)	32	1	Разносторонеe негативное действие. Блокирует -SH-группы белков, ингибирует ферменты, вызывает отравления, поражения нервной системы
2	Медь (Cu)	33	2	Повышает клеточную проницаемость, ингибирует глутaтион-рeдуктазу, нарушает мeтаболизм, взаимодействуя с -SH, NH2 и СООН группами
3	Никель (Ni)	20	2	Для тeплокоровных и человека малотоксичeн. Ингибитор оксида азота. Обладает мутагенным действием.

Так же существует документ ГН 2.1.7.2041-06 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве», в котором указаны предельно допустимые концентрации подвижной формы тяжелых металлов с учетом их фоновых значений [4].

Из этого документа также были выбраны и занесены в таблице 3 данные по исследуемым элементам.



Таблица 3

Предельно допустимые концентрации подвижной формы тяжелых металлов в почвах с учетом их фоновых значений

№	Наименование вещества	Величина ПДК с учетом фона, мг/кг
1	Свинец (Pb)	6.0
2	Медь (Cu)	3.0
3	Никель (Ni)	4.0

2.1.1 Опасные концентрации тяжелых металлов в почвах

Среди загрязнений почвенного покрова наибольшую угрозу представляют собой тяжелые металлы.

Исследование почвенного покрова продемонстрировало, что около 43% площади города относится к категории слабого (допустимого) загрязнения (Zс менее 16). Почвы со средним (умеренно опасным) уровнем загрязнения (Zс 16-32) занимают 28% всей территории. На 27% площади выявлено сильное (опасное) загрязнение почв (Zс 32-128), а на 2% зафиксирован максимальный (чрезвычайно опасный) уровень (Zс более 128).

Zс - показатель, предназначенный для определения суммарного загрязнения почвы.

Почвы с допустимым уровнем загрязнения распространены в основном на периферии Москвы, в большей степени на западе и юго-западе, и приурочены главным образом, к крупным городским лесопаркам. Фрагментарно эти почвы встречаются на севере, юге и востоке города.

Сильно загрязненные почвы широкой полосой тянутся с северо-запада на юго-восток, включая в себя центральную часть города.

Очаги наибольшего загрязнения почв выявлены, в основном, в районе промышленных зон или находятся в зоне их влияния. Наибольшее количество таких очагов зафиксировано в Центральном, Юго-Восточном, Южном и Восточном округах.

Наиболее мало сосредоточение химических элементов в почвах Западного административного округа.

Это мы можем наблюдать на рисунке 5.

Рис. 5 Суммарное загрязнение почв г. Москвы химическими элементами

В своей работе я рассмотрел только 3 химических элемента (Pb, Cu,Ni) в силу объективных причин.

Для определения степени загрязнения были проанализированы данные о содержании тяжелых металлов в почвах приведенные в докладах «О состоянии окружающей среды в городе Москве» за период с 2006 по 2015 год.

В докладах о состоянии окружающей среды в городе Москве в период с 2006 по 2009 год ориентировочно допустимые концентрации тяжелых металлов в почвенном покрове измерялись в их валовых содержаниях.

При анализе докладов за эти года была составлена таблица 4.

Таблица 4

Ориентировочно допустимые концентрации тяжелых металлов с учетом их фоновых значений в валовых содержаниях

Год	Наименование вещества	Средняя величина ОДК с учетом фона (мг/кг)
2006	Свинец (Pb) Медь (Cu) Никель (Ni)	87,6 65,0 28,0
2007	Свинец (Pb) Медь (Cu) Никель (Ni)	96,5 66,0 20,0
2008	Свинец (Pb) Медь (Cu) Никель (Ni)	49,0 28,0 14,0
2009	Свинец (Pb) Медь (Cu) Никель (Ni)	22,1 31,6 13,0

Исходя из полученных данных, можно сделать вывод, что содержание тяжелых металлов, их валовых концентраций, снижается в период с 2006 по 2009 год.

В докладах о состоянии окружающей среды в городе Москве в период с 2010 по 2015 год предельно допустимые концентрации тяжелых металлов в почвенном покрове измерялись в подвижной форме.

При анализе этих 6 докладов были построены графики 1, 2, 3.



График 1 Концентрации свинца (Pb) в почвенном покрове в подвижной форме в период с 2010 по 2015 год по данным докладов «О состоянии окружающей среды в городе Москве»

График 2 Концентрации меди (Cu) в почвенном покрове в подвижной форме в период с 2010 по 2015 год по данным докладов «О состоянии окружающей среды в городе Москве»



График 1 Концентрации меди (Cu) в почвенном покрове в подвижной форме в период с 2010 по 2015 год по данным докладов «О состоянии окружающей среды в городе Москве»

2.2 Методы исследования почвенных проб на содержание тяжелых металлов

Анализ почвы выполняют с различными целями. К примеру, такой анализ обязан провести застройщик в рамках инженерно-изыскательных работ. Производители сельскохозяйственной продукции применяют эту процедуру для того, чтобы выяснить, безопасна ли почва и насколько она обогащена макро- и микроэлементами. За качеством грунта обязаны наблюдать не только владельцы сельскохозяйственных земель. Оно контролируется в рекреационных и курортных зонах, зонах санитарной охраны. Нормы и правила регламентированы и зафиксированны в постановлении СанПиН 2.1.7.1287-03 «Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы и грунтов».

Для моего исследования было отобрано 6 образцов почв:

Образец №1: Аллювиальный горизонт почвы (А₁) отобранный на расстоянии 200 м от 45 км МКАД в юго-западном направлении

Образец №2: Аллювиальный горизонт почвы (А₁) отобранный на расстоянии 400 м от 45 км МКАД в юго-западном направлении

Образец №3: Аллювиальный горизонт почвы (А₁) отобранный на расстоянии 600 м от 45 км МКАД в юго-западном направлении

Образец №4: Аллювиальный горизонт почвы (А₁) отобранный на расстоянии 800 м от 45 км МКАД в юго-западном направлении

Образец №5: Аллювиальный горизонт почвы (А₁) отобранный на расстоянии 1000 м от 45 км МКАД в юго-западном направлении

Образец №6 (контрольный): Аллювиальный горизонт почвы (А₁) отобранный на территории лесопарка «Трoпаревский парк» в 500 метрах на запад от входа в станцию метро «Тропарево»

Для наглядности все точки отбора проб представлены на рисунке 6.

Рис. 6 Расположение мест отбора проб

2.2.1 Приготовление и химический анализ почвенных вытяжек на содержание тяжелых металлов

Приготовление почвенных вытяжек проводят обычно в лабораторных условиях непосредственно перед анализом почвенных образцов.

Оборудование: мерный стакан на 200 мл, весы, лопатка для перемешивания, бумажный фильтр, фильтровальная воронка

Реактивы: дистиллированная вода, почва, содержащая тяжелые металлы.

Ход работы: При приготовлении почвенной вытяжки были произведены следующие работы:

1. В стакан на 200 мл было помещено 25 г высушенной и охлажденной до комнатной температуры почвы. Предварительно была взвешена масса стакана без почвы.

2. Была добавлена дистиллированная вода в количестве 125 мл. Количество воды было вычислено по формуле 5*m мл (где 5 - это 5 мл воды на 1 г почвы).

3. В течении нескольких минут почва разбавленная водой размешивалась до однородного состава раствора с помощью лопатки.

4. Была произведена фильтрация раствора с помощью фильтровальной бумаги и воронки. Вытяжка, образуемая в нижнем стаканe должна быть однородной и не содержать частиц почвы, что и было соблюдено во время процесса приготовления вытяжки.

Примечание: Первые несколько миллилитров фильтрата были отброшены, т.к. в нем были собраны загрязнения с фильтра.

После приготовления почвенных вытяжек, мной были проведены исследования раствора на содержание 3 видов тяжелых металлов: свинца(Рb), меди(Cu) и никеля(Ni).

Содержание меди и никеля было определено с помощью реактивной индикаторной бумаги, а содержание свинца было определено с помощью тест комплекта «Свинец» производства ЗАО «Крисмaс+».

Данный комплект предназначен для количественного экспресс-определения концентрации ионов свинца в природной воде, почвенных вытяжках и других жидкостных средах.

Метод определения концентрации ионов свинца - визуально-колориметрический, с применением реактивной бумаги с сульфидом цинка и концентрирующего устройства - основан на предварительном осаждении ионов свинца Pb²⁺ в растворе едкой щелочи в виде гидрoксида Pb(OH)₂, растворимого в избытке щелочи с образованием гидрoкомплекса [Pb(OH)₄]^2- и последующей реакции замещения Zn²⁺ на Pb²⁺ при взаимодействии гидроксида свинца с сульфидом цинка в щелочной среде:

ZnSO₄ + Na₂S > ZnSv + Na₂SO₄

Pb²⁺ + 4OH^- > PbO₂^2- + 2H₂O

Pb²⁺ + ZnS > PbSv + Zn²⁺

PbO₂^2- + ZnS > PbSv + ZnO₂^2-

Точность выполнения анализа определяется:

1) точностью отбора пробы;

2) количеством раствора едкой щелочи;

3) скоростью пропускания пробы через концентрирующее устройство;

4) качеством реактива и реактивной бумаги, которое может ухудшиться при загрязнении и хранении свыше 1 месяца [10];

Подготовка тест-комплекта к работе:

Подготовка тест-комплекта к работе состояла в приготовлении реактивной бумаги с сульфидом цинка.

Процесс приготовления реактивной бумаги выглядел следующим образом:

Приготовление пропиточного раствора № 1.

Мною была взята навеска сульфата цинка (1,15 г) из капсулы и количественно перенесена в стакан №1. Далее было добавлено 100 мл дистиллированной воды. Все содержимое стакана было тщательно перемешано стеклянной палочкой до полного растворения.

Приготовление пропиточного раствора № 2.

Мною была взята навеска сульфида натрия (0,96 г) из капсулы и количественно перенесена в стакан №2. Далее было добавлено 100 мл дистиллированной воды. Все содержимое стакана было перемешано стеклянной палочкой до полного растворения.

Далее мною была произведена пропитка фильтровальной бумаги.

1. Я погрузил, с помощью пинцета, поочередно полоски фильтровальной бумаги (1,5Ч4,5 см) в ранее приготовлены пропиточный раствор № 1 до полного смачивания.

Примечание. Пропитывать следует столько полосок, сколько планируете провести анализов в течении месяца, исходя из того, что на анализ 1 пробы расходуется участок реактивной бумаги размером 1,5Ч1,5 см.

Я приготовил 2 полоски, так как до этого мною было приготовлено 6 почвенных вытяжек, по одной на каждую пробу почвы.

2. Далее я извлек полоски из раствора №1 и высушил их на воздухе следующим образом: на два стакана с пропиточными растворами была положена стеклянная палочка и с помощью зажимов были закреплены полоски фильтровальной бумаги.

3. Затем, пропитанные раствором №1 и высушенные полоски фильтровальной бумаги, были поочередно погружены, с помощью пинцета, в пропиточный раствор №2 до полного смачивания.

4. В данном пункте над полосками фильтровальной бумаги были произведены те же работы, что и в пункте 2.

Порядок применения тeст-кoмплекта

1. Был произведен отбор в стакан пробы воды до метки «20 мл», предварительно ополоснув его 2-3 раза анализируемой водой.

2. Далее был добавлен пипеткой-капельницей 1 мл раствора гидроксида натрия в почвенную вытяжку, отобранную в стакан в пункте 1, и перемешан стеклянной палочкой.

3. Затем полоски реактивной бумаги были порезаны на рабочие участки размером 1,5x1,5 см.

4. С полосками фильтровальной бумаги были произведены те же работы, что и с полосками реактивной бумаги в пункте 3.

5. Затем мною было собрано концентрирующее устройство. Для этого между двумя наконечниками я поместил две бумаги, первая (со стороны большего наконечника) - фильтровальная бумага для задерживания осадка, вторая (со стороны меньшего наконечника) - реактивная, пропитанная сульфидом цинка.

6. Далее был произведен набор подготовленной пробы из стакана в шприц.

7. Затем было присоединено собранное устройство большим наконечником к заполненному шприцу.

8. Далее через собранное устройство мною была пропущена проба, подготовленной почвенной вытяжки, со скоростью 2-3 капли/сек.

9. После проведения всех работ было разобрано устройство, и реактивная бумага была оставлена на воздухе на 1 мин для полного протекания реакции.

10. В итоге мною была сравнена окраска реакционной зоны с контрольной шкалой. И определено ближайшее по окраске поле контрольной шкалы и соответствующее ему значение концентрации ионов свинца в воде [9].

В результате анализа была составлена таблица 5 и построен график 4.

Таблица 5

Содержание тяжелых металлов (подвижная форма) в почве на исследуемой территории

№ пробы	Свинец (Pb), мг/л	Медь (Cu), мг/л	Никель (Ni), мг/л
Контрольная	0,1	5	0-10
1	1,0	30	0-10
2	0,5	30	0-10
3	0,5	30	0-10
4	0,5	5-30	0-10
5	0,1	5-30	0-10



График 4 Значения по заложенному профилю, полученные лабораторным способом

2.3 Оценка степени экологического состояния территории Москвы по загрязнению почв тяжелыми металлами

Подходя к рассмотрению экологического состояния территории Москвы, стоит отметить, что это крупный мегаполис в котором по определению экологическое состояние не может быть идеально.

Изучив доклады о состоянии окружающей среды в городе Москве за период с 2006 по 2015 года, и проведя лабораторные исследования почв, отобранных на юго-западе Москвы, возле МКАД, можно сделать вывод, что в Москве присутствуют округа, где наблюдается загрязнение почв тяжелыми металлами.

Наименее загрязненный почвенный покров расположен в Западном и Юго-Западном Административных Округах. Это связано с тем, что в этих округах почти отсутствуют промышленные производства и в течение года в Москве преобладают ветра юго-западного направления. Наиболее неблагоприятное экологическое состояние почвенного покрова наблюдается в Восточном, Юго-Восточном, Южном и Центральном Административных округах.

Но стоит отметить, что главным источником загрязнения все равно остается автомобильный транспорт.



Вывод

На основании изученных документов (ГН 2.1.7.020-94, ГН 2.1.7.2041-06, ГОСТ 17.2.1.01-76, СанПиН 2.1.7.1287-03 и доклады о состоянии окружающей среды города Москвы) было определено фоновое содержание тяжёлых металлов в верхнем горизонте почв с естественной растительностью в пределах территории влияния МКАДa.

В результате проведенных исследований было выявлено, что содержание свинца и никеля на юго-западе возле МКАДa ниже средних значений содержания в почвах этих же элементов на территории Москвы в целом.

Установлено, что наиболее высокий уровень опасного загрязнения почвенного покрова на территории моего исследования имеет медь, поступающий на поверхность почв главным образом с aэротехногенными выпадениями, источниками которых являются автотранспорт.

Так же было подтверждено, что почвенный покров Юго-западного Административного округа является наименее загрязненным.

Так же было установлено, что на юго-западе Москвы вблизи МКАДa среднее содержание подвижных форм меди в несколько раз превышает аналогичные средние значения по территории всей Москвы. Возможно, это может быть связано с тем, что медь является слaбомиграционным элементом, хотя содержание подвижной формы бывает достаточно высоким и может зависеть от множества факторов.



Использованные источники

1. Антропогенное воздействие на атмосферу [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://studopedia.su/2_57180_antropogennoe-vozdeystvie-na-atmosferu-istochniki-zagryazneniya-atmosfernogo-vozduha.html - Дата обращения: 21.10.2016.

2. Виды почв Москвы и Московской области [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.cemba.ru/na-tom-stoim...-vidi-pochv-moskovskoie-oblasti.html - Дата обращения: 21.10.2016.

3. Гигиенические нормативы ГН 2.1.7.020-94 "Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) тяжелых металлов и мышьяка в почвах" (Дополнение №1 к перечню ПДК и ОДК №6229-91) [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.tehbez.ru/Docum/DocumShow.asp?DocumID=625 - Дата обращения: 19.11.2016.

4. Гигиенические нормативы ГН 2.1.7.2041-06 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве» [Электронный ресурс]. Режим доступа http://ohranatruda.ru/ot_biblio/normativ/data_normativ/46/46714/#i93181. Дата обращения: 25.11.2016.

5. ГОСТ 17.2.1.01-76 Охрана природы. Атмосфера. Классификация выбросов по составу (с Изменением N 1) [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/901859456. Дата обращения: 16.11.2016.

6. Доклады «О состоянии окружающей среды в городе Москве за период с 2006 по 2015 года [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.mosecom.ru/reports/2006 - http://www.mosecom.ru/reports/2015 Дата обращения: 16.11.2016.

7. Каталог организаций Москвы и Московской области [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.spr.ru - Дата обращения: 19.11.2016

8. Почвенная карта Москвы [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.etomesto.ru/map-eco_pochva/?x=37.384836&y=55.643276 - Дата обращения: 22.10.2016.

9. Профессиональное и учебное лабораторное оборудование [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.ccenter.msk.ru/?page=5&sid=241&iid=1311 - Дата обращения: 16.11.2016.

10. СанПиН 2.1.7.1287-03 Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200004383. Дата обращения: 16.11.2016.

11. Факторы почвообразования [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.geo-site.ru/index.php/2011-01-09-16-49-25/65/260-faktor-pochvoobrazovania.html - Дата обращения: 10.10.2016.

12. Фоновый уровень и содержание тяжелых металлов в почвенном покрове [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://vestnik-mgou.ru/Articles/Doc/65 - Дата обращения: 16.11.2016.

13. Электростанции Москвы [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%B3%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%8F:%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D1%86%D0%B8%D0%B8_%D0%9C%D0%BE%D1%81%D0%BA%D0%B2%D1%8B. Дата обращения: 11.11.2016.

Размещено на Allbest.ru

...