Деградация почв и загрязнение от различных источников

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Литературный обзор

1.1 Обзор почвы как среды обитания почвенных беспозвоночных и характеристика почвенной мезофауны

1.2 Экологические группы почвенных беспозвоночных

1.2.1 Адаптации к обитанию в почве

1.3 Деградация почв и загрязнение от различных источников

2. Физико-географические условия района работ

2.1 Почвенные пробы на мезофауну

2.1.1 Учет почвенных микроартропод

2.1.2 Метод отбора проб

2.2 Приготовление водной вытяжки из почвы

2.3 Турбидиметрическое определение иона сульфата

2.4 Определение иона хлорида аринтометрическим методом по Мору

2.5 Метод раскопок и ручной разборки проб почвы

3. Результаты исследования

3.1 Изучение уровня загрязнения атмосферы и почв в районе работ

3.2 Уровень загрязнения почвы

3.3 Характеристика комплексов мезофауны в условиях урбанизированной среды

Заключение

Выводы

Список использованных источников

Введение

Нарушения основных систем жизнеобеспечения биосферы, наблюдаемые в настоящее время, связаны в первую очередь с целенаправленными антропогенными воздействиями. Главнейшим и наиболее распространенным видом отрицательного воздействия человека на биосферу является загрязнение. Источниками антропогенного загрязнения являются промышленные предприятия, теплоэнергетика, транспорт, сельскохозяйственное производство и другие технологии.

Угрожающие масштабы приобрело загрязнение атмосферы, мощным источником которого является автомобильный транспорт. Охрана атмосферного воздуха - ключевая проблема оздоровления окружающей природной среды, т.к. выбросы в атмосферу сказываются на состоянии всей географической оболочки. Взаимодействуя с биосферой, автомобилизация неблагоприятно воздействует на тропо-, гидро- и литосферу. В процессе функционирования автомобильный транспорт выделяет с отработавшими газами токсичные вещества, создает высокие уровни шума, создает высокие уровни шума, загрязняет почвы и водоемы в результате смыва и проливов горюче-смазочных материалов.

Так, огромный вред для нормального функционирования почв представляют газодымовые выбросы промышленных предприятий и автотранспорта, которые оседают в поверхностных слоях почв. Большие концентрации в почве различных химических соединений-токсикантов пагубно влияют на жизнедеятельность почвенных организмов.

В настоящее время широко применяются различные методы экологического мониторинга, т.е. слежения за состоянием окружающей человека природной среды и предупреждения о создающихся критических ситуациях.

Одним из методов мониторинга является биоиндикация - обнаружение и определение экологически значимых антропогенных нагрузок по реакции на них живых организмов и их сообществ.

В данной работе биоиндикатором служит почвенная мезофауна.

Цель данной работы - проследить изменения состава и численности сообществ почвенных беспозвоночных под влиянием автотранспортного загрязнения и режима использования почв.

Задачи работы:

1. Охарактеризовать природные условия района работ.

2. Проанализировать влияние различных видов загрязнений на почвенную среду.

3. Изучить уровень загрязнения и состояния почв на модельных участках.

4. Охарактеризовать комплексы почвенных беспозвоночных (мезофауны) в условиях урбанизированной среды.

5. Определить изменения структуры населения почвенных беспозвоночных под влиянием загрязнений среды и изменений плодородия почвы.

Объектом исследования являются комплексы почвенных беспозвоночных на участках с различной степенью хозяйственной деятельности.

В результате работы получены данные по изменению сообществ почвенных беспозвоночных под влиянием автотранспортного загрязнения и различного режима использования почв.

1. Обзор литературы

1.1 Обзор почвы как среды обитания почвенных беспозвоночных и характеристика почвенной мезофауны

Почва - один из важнейших компонентов окружающей природной среды. Почва представляет собой источник продовольствия, обеспечивающий 95 -97% продовольственных ресурсов для населения планеты. Площадь земельных ресурсов мира составляет 129 млн. км²; пашня и многолетние насаждения в составе сельхозугодий занимают около 15 млн. км² (10% суши), сенокосы и пастбища - 37,4 млн. км² (25% суши). Общая пахотнопригодность земель оценивается разными исследователями по-разному: от 25 до 32 млн. км² [6]

Представление о почве, как о самостоятельном природном теле с особыми свойствами, появились лишь в конце XIX века благодаря В. В. Докучаеву, - основоположнику современного почвоведения. Он создал учение о зонах природы, почвенных зонах, факторах почвообразования.

Почва состоит из твердой (минеральной и органической), жидкой и газообразной фаз. Для всех почв характерно уменьшение содержания органических веществ и живых организмов от верхних горизонтов почв к нижнему.

Горизонт А1 - темноокрашенный, содержащий гумус, обогащен минеральными веществами и имеет для биогенных процессов наибольшее значение.

Горизонт А2 - элювиальный слой, имеет обычно пепельный, светло-серый или желтовато-серый цвет.

Горизонт В - элювиальный слой, обычно плотный, бурой или коричневой окраски, обогащенный коллоидно-дисперсными минералами.

Горизонт С - измененная почвообразовательными процессами материнская порода.

Горизонт D - исходная порода.

Твердая часть почвы состоит из минеральных и органических веществ.

В состав минеральной части входят кремний, алюминий, железо, калий, натрий, магний, кальций, сера, фосфор и другие химические элементы, которые находятся в основном в окисленном состоянии, а также в виде солей: угольной, серной, фосфорной, хлористо-водородной.

В состав твердой части почвы входят и органические вещества (преимущественно в гумусе), где содержатся углерод, водород, кислород, азот, фосфор, сера и другие элементы. Многие элементы растворены в почвенной влаге, заполняющей часть пор, а в остальной части пор находится воздух, который в верхних слоях состоит из азота (60-78%), кислорода (11-21%), углекислого газа (0,3-8,0%).

Основное значение органического вещества почвы для экосистем в целом обусловлено тем, что оно служит источником элементов минерального питания растений: азота, фосфора и серы. В результате переработки микроорганизмами органического вещества почвы азот, фосфор и сера, в органической форме недоступные для растущего растения, переходят в пул минеральных питательных веществ.

Эти элементы питания могут образовываться при минерализации экзогенно поступивших растительных остатков, таких, как органические удобрения, остатки растений, лиственная подстилка, или в результате катаболизма образующихся в почве органических веществ, таких, как гуминовые вещества и клетки микроорганизмов.

Таким образом, гумус и почвенное плодородие, близкие понятия, так как гумус поставляет элементы питания растениям. Перегнойные вещества значительно улучшают структуру почвы, аэрацию почвы, поглощающую способность почвы и другие физико-химические свойства, связанные с плодородием данной почвы.

Почва - особое природное биокосное тело, образовавшееся в результате сложного взаимодействия различных факторов, среди которых одно из ведущих мест принадлежит деятельности живых организмов. Почва представляет собой трехфазную среду, в которой твердые минеральные частицы окружены воздухом и водой. В зависимости от размера почвенных частичек заметно изменяется плотность почвы. Многочисленные полости заполнены смесью газов и водными растворами. С глубиной существенно уменьшается концентрация кислорода и возрастает содержание углекислого газа. По характеру гидротермического режима почва во многом занимает промежуточное положение между водной и наземно-воздушной средой. Атмосферные осадки и подземные воды обеспечивают запас воды в почве. Суточные и сезонные колебания температуры в ней значительно сглажены, причем с каждым сантиметром вглубь диапазон колебания температуры быстро сокращается, а на глубине 1,0-1,5 м температурный режим практически полностью стабилизируется.

Гнезда общественных насекомых

Особые местообитания представляют собой гнезда общественных насекомых. Условия в них, с одной стороны, напоминают почвенные, а с другой - определяются влиянием вида - хозяина гнезда. В значительной мере на них влияют материал постройки, его архитектура, выделения и характер активности обитателей. В муравейниках, гнездах ос, ульях пчел встречаются специфические сожители (симфилы), главным образом жуки (стафилины, карапузики) и клещи.

1.2 Экологические группы почвенных беспозвоночных

Почва -- сложная трехфазная полидисперсная среда. В промежутках между твердыми частицами почвы и их агрегатами находятся полости, заполненные воздухом и водой. В зависимости от климатических условий, сезона и погоды в почве меняется соотношение объемов воздуха и воды, а также и физико-химическое состояние почвенной влаги. Часть воды в почве, особенно после дождей и таяния снега, находится в состоянии медленно просачивающегося по более крупным полостям потока капель (гравитационная вода). Часть воды находится в состоянии капиллярного поднятия, передвигается в любом направлении, подчиняясь силам поверхностного натяжения и смачивания (капиллярная влага). Часть воды обволакивает твердые частицы, оказываясь в разной степени, прочно с ними связанной (разные формы пленочной влаги). Некоторое количество адсорбированной воды почвенные твердые частицы прочно удерживают при нормальной температуре (гигроскопическая влага; при содержании в почве воды вдвое больше гигроскопического запаса воздух в почве насыщен водяным паром).

В полостях между твердыми частицами могут существовать мелкие формы физиологически водных животных (простейшие, коловратки, нематоды), населяющие, в сущности, не всю почву в целом, а те крохотные водоемы, которые образуются в скоплениях почвенной влаги. В более влажных почвах или при более влажной погоде они могут активно передвигаться в каплях воды, а в сухих почвах они прилипают (адгезируют) к почвенным частицам, удерживаемые силами поверхностного натяжения пленки воды.

Таким образом, одну из категорий почвенных обитателей образуют мелкие, по существу водные животные. Другая категория -- животные, размеры которых меньше, чем промежутки между частицами почвы, и тем более меньше, чем трещины или почвенные ходы. Это так называемые микроартроподы -- клещи, многоножки-симфилы, протуры, коллемболы, некоторые мелкие высшие насекомые. Они передвигаются в полостях и ходах между частицами почвы как по любому твердому субстрату. От соприкосновения с капельной влагой они защищены несмачиваемыми покровами; в случае заполнения промежутков между твердыми частицами капельной влагой эти животные оказываются в пузырьке воздуха и дышат по принципу физической жабры или (при смачивании) дышат всей поверхностью тела, как водные организмы. Не обладая силой преодолеть поверхностное натяжение, они утрачивают подвижность. Крупные беспозвоночные (дождевые черви, мокрицы, многоножки-геофилиды, личинки многих насекомых) активно прокладывают ходы, размельчая почву или раздвигая частицы почвы. Таким образом, обитая в почве, разные размерные группы беспозвоночных находятся как бы в разных средах. И в каждой размерной группе есть свои представители и сапрофагов, и фитофагов, и хищников. Представители разных размерных групп по-своему влияют на все протекающие в почве процессы и на все почвенные свойства.

Между размерами тела и общей численностью представителей разных размерных групп существует обратная корреляция, которая может быть выражена почти прямой зависимостью. [7]

Всех обитающих в почве животных обычно подразделяют на четыре размерные группы, для которых почвы выступают как качественно различный субстрат (рис. 1). Почвенные простейшие -- наннофауна; почвенные микроартроподы -- микрофауна; крупные почвенные беспозвоночные -- мезофауна; почвенные позвоночные -- макрофауна. Ряд групп в эту классификацию плохо укладывается (коловратки, нематоды, энхитреиды), и потому в соответствующих разделах настоящего руководства мы избегаем пользоваться этими терминами. Но каждая из указанных размерных групп требует своих методов выделения из почвы, количественного учета и т. д.

Под названием нанофауна объединены простейшие, коловратки и нематоды - физиологически водные животные, обитающие в тончайших пленочках воды, окружающей почвенные частицы, и в почвенных капиллярах. Их размеры обычно не превышают 0,1мм.

Размеры представителей микрофауны колеблются от нескольких десятых до нескольких миллиметров. К этой группе относятся микроартроподы (клещи, коллемболы, протуры, симфилы) и некоторые нематоды - обитатели мельчайших почвенных полостей по которым они передвигаются как по системе пещер и туннелей.

Мезофауна включает относительно крупных беспозвоночных размером до нескольких сантиметров. К этой группе относятся дождевые черви, мокрицы, многоножки, личинки многих насекомых. Для этих животных почва выступает как более или менее плотная среда, в которой они различными способами активно прокладывают ходы.

В средних широтах практически нет беспозвоночных, которых можно было бы отнести к макрофауне. К этой группе принадлежат главным образом млекопитающие - землерои, проводящие большую часть жизни под землей (кроты).

Среди почвенного населения только сравнительно небольшая часть животных всю жизнь проводит в земле.

Большинство беспозвоночных или периодически поднимается на поверхность почвы, или проводит в ней только часть жизненного цикла. Наконец, многие насекомые зарываются в почву только при наступлении неблагоприятных условий.

Как самостоятельные специфические группы почвенных обитателей обычно рассматриваются животные, обитающие среди растительных и иных органических остатков на поверхности почвы, - герпетобионты (герпетобий) и обитатели нор - ботробионты.

1.2.1 Адаптации к обитанию в почве

Окраска почвенных беспозвоночных невзрачная, от интенсивно-черной до почти чисто-белой. Степень склеротизации покровов в значительной мере зависит от глубины обитания насекомых. Например, у геобионтов, практически не поднимающихся на поверхность почвы, как правило, покровы тонкие, имеют белую или светло-желтую окраску и почти не защищают животное от потери влаги.

Гетерогенность почвенной среды определяет и многообразие органов дыхания. Обилие влаги в почве и высокая влажность почвенного воздуха обусловили широкое распространение кожного дыхания. Газообмен через поверхность тела характерен для мелких почвенных членистоногих (микроартропод), дождевых червей, почвенных нематод. Насекомые и их личинки дышат с помощью трахей, а у многих паукообразных имеются легочные мешки. Нередко у одного животного можно наблюдать сочетание разных способов дыхания.

У почвенных беспозвоночных представлены все основные типы питания: сапрофагия, фитофагия и зоофагия.

Самый обширный комплекс составляют почвенные сапрофаги, питающиеся различными органическими остатками и играющие важную роль в почвообразовательных процессах. В этот комплекс входят и сапроксилофаги - потребители листового и хвойного спада. Наиболее обычные представители этой группы: многоножки-диплоподы. мокрицы, многие личинки жуков и комаров-типулид, дождевые черви. В особую группу часто выделяют детритофагов, питающихся органическими остатками, уже утратившими исходную структуру. К ним относятся, например, олигохеты: энхитреиды и некоторые дождевые черви. Многие виды панцирных и тироглифоидных клещей, коллемболы, нематоды и др., питающиеся почвенными грибами, относятся к микофагам. В группу копрофагов объединяют беспозвоночных, использующих в пищу экскременты крупных травоядных копытных и других животных. К высокоспециализированным копрофагам принадлежат личинки жуков-навозников.

Сапрофагия часто сочетается с фитофагией. Так, личинки жуков-щелкунов могут питаться как живыми, так и отмершими частями растений.

Разнообразные зоофаги питаются почвенными фитофагами и сапрофагами. В эту группу входят жуки (жужелицы, стафилины) и их личинки, губоногие многоножки и др.

Из специфических адаптации к подземному образу жизни следует прежде всего отметить приспособления к передвижению в плотной среде. Это копательные передние конечности медведки и ряда жуков, лопатовидная голова некоторых жуков и их личинок, опорные образования вдоль туловища и на конце брюшка у многих почвенных личинок насекомых.

К движению в узких почвенных ходах хорошо приспособлены либо очень мелкие животные, либо имеющие тонкое гибкое тело.

Поэтому среди почвенных членистоногих много так называемых скважников - форм с дополнительной членистостью и сильно удлиненным телом, например, личинки некоторых мух, многоножки-геофилы.

Промежуточный характер водного режима в почве влияет на способы оплодотворения у почвенных животных. Здесь можно встретить практически все варианты оплодотворения от наружного до внутреннего.

Особенно широко распространено у обитателей почвы наружно-внутреннее оплодотворение.

Из специфических адаптации к подземному образу жизни следует прежде всего отметить приспособления к передвижению в плотной среде.

Это копательные передние конечности медведки и ряда жуков, лопатовидная голова некоторых жуков и их личинок, опорные образования вдоль туловища и на конце брюшка у многих почвенных личинок насекомых.

В этом случае сперма, упакованная в сперматофор, передается в половые пути самки через наружную среду. У коллембол, например, самцы оставляют сперматофоры в почвенных лабиринтах и, спустя некоторое время сперматофор захватывается самкой. В этом случае сперма, упакованная в сперматофор, передается в половые пути самки через наружную среду. В этом случае сперма, упакованная в сперматофор, передается в половые пути самки через наружную среду.

Отдельные размерные группы почвенных животных неодинаково влияют на разные свойства почвы: например, почвенные простейшие вообще не могут прокладывать ходы в почве, нематоды -- создавать некапиллярную скважность, к чему способны более крупные беспозвоночные.

Поэтому разные размерные группы требуют самостоятельных методов изучения. Давно принято деление всех почвенных беспозвоночных на размерные группы. К сожалению, предлагавшиеся термины (микро-, мезо- и макрофауна) у разных исследователей приобрели разное значение, поэтому пользоваться ими в настоящее время стало неудобно. Микроскопических одноклеточных было предложено объединить под общим названием «эумикрофауна», или «наннофауна». [8]

Термином «микрофауна» обозначают размерную группу, к которой относятся «микроартроподы» -- клещи и коллемболы, но многие английские авторы этот термин относят к простейшим и мелким связанным с почвой водным организмам (Rotatoria, Nematodes). [4]

Многие немецкие исследователи применяют к клещам и коллемболам термин «мезофауна» (Dunger, 1964; Brauns, 1968), включая в эту размерную группу и коловраток. Английские авторы, следуя Мэрфи (Murphy, 1,953, 1962), часто стали обозначать эту группу термином «мезофауна».

В то же время термин «мезофауна» в нашей литературе давно применяется по отношению к крупным беспозвоночным, легко учитываемым в полевых условиях при ручной разборке проб почвы. Но у Дунгера и Браунса эти формы объединены под термином «макрофауна», который в нашей классификации отнесен к почвенным позвоночным. [3]

Приведенные сопоставления показывают тот хаос, который в настоящее время царит в литературе, связанной с терминологией и классификацией размерных групп почвенных животных. Терминология должна подчиняться известным правилам приоритета; в этом отношении наша классификация имеет преимущество. Но всякая классификация. Терминология должна подчиняться известным правилам приоритета; в этом отношении наша классификация имеет преимущество.

Терминология должна подчиняться известным правилам приоритета; в этом отношении наша классификация имеет преимущество. Но всякая классификация Терминология должна подчиняться известным правилам приоритета; в этом отношении наша классификация имеет преимущество. Но всякая классификация

Но всякая классификация по одному признаку сугубо искусственна, и иногда представители разных размерных групп, но близкие по величине настолько отличаются по своим биологическим особенностям и по применяемым для их извлечения из почвы методам, что объединение их явно нецелесообразно (например, крупные инфузории бывают крупнее, чем мелкие личинки клещей). [28]

1.3 Деградация почв и загрязнение от различных источников

Виды деградации и загрязнений почв.

Все основные экологические функции почвы замыкаются на одном обобщающем показателе - почвенном плодородии. Даже частичная потеря гумуса, и, как следствие, снижение плодородия, отрицательно сказывается на функционировании почв. К деградации почв (земель) ведут причины преимущественно антропогенного характера.

Основные виды антропогенного воздействия на почвы следующие [9]:

Эрозия (ветровая и водная).

Загрязнение.

Вторичное засоление и заболачивание.

Опустынивание.

Отчуждение земель для промышленности и строительства.

Основные загрязнители почв:

Пестициды (ядохимикаты).

Минеральные удобрения.

Отходы и отбросы производства.

Газодымовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу.

Нефть и нефтепродукты.

В мире ежегодно производится более миллиона тонн пестицидов.

Трудно сейчас представить себе какую-либо отрасль народного хозяйства или вид деятельности населения без использования грузового, легкового автомобиля и автобуса. Большая протяженность автомобильных дорог обеспечивает возможность их повсеместной эксплуатации при значительной провозной способности (Луканин В.Н.,2001). Маневренность, мобильность, высокие скорости доставки грузов и перевозки пассажиров, комфорт поездки и другие положительные качества автомобильного транспорта обеспечили ему повышенные темпы роста. Протяженность магистральных автомобильных дорог в настоящее время составляет более 12 млн.км.

Под загрязнением понимается процесс привнесения в воздух или образование в нём физических агентов, химических веществ или организмов, неблагоприятно воздействующих на среду жизни или наносящих урон материальным ценностям. В определённом смысле загрязнением можно считать и изъятие из воздуха отдельных газовых ингредиентов (в частности кислорода) крупными технологическими объектами, в данном случае, технологическим объектом является автомобильный транспорт. Загрязняющие и ядовитые вещества переносятся на большие расстояния, попадают с осадками в почву, поверхностные и подземные воды, в океаны, отравляют окружающую среду, отрицательно сказывается на получении растительной биомассы и включаются в круговороты многих элементов биосферы. Циркуляция атмосферных потоков влияет на местные климатические условия, а через них - на режим рек, почвенно-растительный покров и на процесс рельефообразования. Следовательно, несмотря на то, что масса внешней оболочки биосферы (атмосферы) ничтожно мала по сравнению с массой планеты, ее роль во всех природных процессах огромна. Наличие вокруг земного шара атмосферы определяет общий тепловой режим поверхности Земли. Современный газовый состав атмосферы является результатом длительного исторического развития природы и, как известно, слагается из азота (78, 09 %), кислорода (20, 95 %), аргона (0, 93 %), углекислого газа (0, 03 %), неона и других газов и паров воды. Кроме того, газовый состав содержит различные вещества, выделяемые природными и техногенными источниками, такие как пыль, имеющая растительное, вулканическое, космическое, почвенное и техногенное происхождение; капельножидкая вода (туман); частицы морской соли; газы, образующиеся во время лесных и степных пожаров; различные продукты растительного, животного или микробиологического происхождения.

Автомобильный транспорт, наряду с промышленностью, является одним из основных источников загрязнения атмосферы. Доля автотранспорта в общих выбросах вредных веществ в городах может достигать 60-80%. Более 80 % всех выбросов в атмосферу составляют выбросы оксидов углерода, двуокиси серы, азота, углеводородов, твёрдых веществ. Из газообразных загрязняющих веществ в наибольших количествах выбрасываются окислы углерода, углекислый газ, угарный газ, образующиеся преимущественно при сгорании топлива. В больших количествах в атмосферу выбрасываются и оксиды серы: сернистый газ, сернистый ангидрид, сероуглерод, сероводород и другие. Самый многочисленным классом веществ, загрязняющих воздух крупных городов, являются углеводороды. [25]

К числу постоянных ингредиентов газового загрязнения атмосферы относятся также свободный хлор его соединения и другие. Наряду с преимуществом, которое обеспечивает обществу развитая транспортная сеть, ее прогресс так же сопровождается негативными последствиями -- отрицательным воздействием транспорта на окружающую среду. Автомобильный парк, является практически основным источником загрязнения окружающей среды, а также - одним из источников, создающих высокий уровень шума и вибрацией. Экологический ущерб от эксплуатации автотранспортных средств обусловлен токсичными выбросами, Ежегодно автотранспортными средствами выбрасывается в атмосферу более 12 миллионов тонн различных загрязняющих веществ: окиси углерода, окислов азота и серы, углеводородов, сажи и других. [10]

В настоящее время влияние пестицидов на окружающую среду и здоровье населения многие ученые приравнивают к воздействию радиационных веществ. Достоверно установлено, что при применении пестицидов, наряд) с некоторым увеличением урожайности, отмечается возрастание видового состава вредителей, ухудшаются пищевые качества и сохранность продукции, утрачивается естественное плодородие и т.д. Среди пестицидов наибольшую опасность представляют стойкие хлорорганические соединения (ДДТ, ГХБ, ГХЦГ), которые могут сохраняться в почвах в течение многих лет и даже малые их концентрации в результате биологического накопления могут стать опасными для жизни организмов.

Почвы загрязняются минеральными удобрениями, если их используют в неумеренных количествах, теряют при производстве, транспортировке и хранении. Из азотных, суперфосфатных и других типов удобрений в почву в больших количествах мигрируют нитраты, сульфаты, хлориды и другие соединения. Б. Коммонер (1970) установил, что при самых благоприятных условиях из всего количества азотных удобрений, применяемых в США, поглощается растениями 80%, а в среднем по стране 50%. Это ведет к нарушению биогеохимического круговорота азота, фосфора. Выявлен еще один неблагоприятный аспект неумеренного потребления минеральных удобрений, в первую очередь нитратов. Оказалось, что большое количество нитратов уменьшает содержание кислорода в почве, а это способствует увеличенному выделению в атмосферу двух парниковых газов - закиси азота и метана. Неумеренное потребление минеральных удобрений вызывает в ряде районов и нежелательное подкисление почв. [24]

К интенсивному загрязнению почв ведут отходы и отбросы производства. Огромные площади земель заняты свалками, золоотвалами, хвосто-хранилищами, которые интенсивно загрязняют почвы, а их способность к самоочищению, как известно, ограничена.

Огромный вред для нормального функционирования почв представляют газодымовые выбросы промышленных предприятий.

Почва обладает способностью накапливать опасные для функционирования экосистем загрязняющие вещества, например, тяжелые металлы.

Серьезной экологической проблемой становится загрязнение земель нефтью и нефтепродуктами в нефтедобывающих районах. Причины загрязнений - аварии на магистральных и внутрипромысловых нефтепроводах, несовершенство технологии нефтедобычи, аварийные и технологические отбросы и т.д.

Значительную угрозу для здоровья людей представляет загрязнение почв различными патогенами.

Состав выхлопных газов.

Автомобильные выхлопные газы - смесь примерно 200 веществ. В них содержатся углеводороды - несгоревшие или не полностью сгоревшие компоненты топлива, доля которых резко возрастает, если двигатель работает на малых оборотах или в момент увеличения скорости на старте, т.е. во время заторов или у красного сигнала светофора. Именно в этот момент, когда нажимают на акселератор, выделяется больше всего несгоревших частиц: примерно в 10 раз больше, чем при работе двигателя в нормальном режиме. [10]

К несгоревшим газам относят и обильную окись углерода, образующуюся в том или ином количестве повсюду, где что-то сжигают. В выхлопных газах двигателя, работающего на нормальном бензине и при нормальном режиме, содержится в среднем 2,7% оксида углерода. При снижении скорости эта доля увеличивается до 3,9%, а на малом ходу - до 6,9%. Окись углерода, углекислый газ и большинство других газовых выделений двигателей тяжелее воздуха, поэтому все они скапливаются у земли. В выхлопных газах содержатся также альдегиды, обладающие резким запахом и раздражающим действием.

Из-за неполного сгорания топлива в двигателе автомашины часть углеводородов превращается в сажу, содержащую смолистые вещества. Особенно много сажи и смол образуется при технической неисправности мотора и в моменты, когда водитель, форсируя работу двигателя, уменьшает соотношение воздуха и горючего, стремясь получить так называемую «богатую смесь». В этих случаях за машиной тянется видимый хвост дыма, который содержит полициклические углеводороды и, в частности, бензапирен. [7]

На сегодняшний день самым значительным источником загрязнения воздушного бассейна и эдафотопа города Костаная является автотранспорт (табл.). Вклад автотранспорта в суммарный выброс загрязняющих веществ составил 84,7% (в 1997 - 82,4%).

Один из распространенных видов загрязнения - поступление в различные среды тяжелых металлов (ТМ) - большой группы химических элементов с атомным весом более 50 (Hg, Pb, W, Sn, Cd, Mo, Cu, Co, Mn, Cr и др.). Тяжелые металлы, загрязняющие почву, могут поглощаться растениями и по пищевой цепи попадать в организмы животных и человека.

Список металлов, относящихся к классу особо токсичных, включает в себя As, Cd, Hg, Pb, Se, Zn. Тяжелые металлы, загрязняющие почву, могут поглощаться растениями и по пищевой цепи попадать в организмы животных и человека.

Известно, что в результате различных превращений данные химические элементы могут распределяться в атмосфере, гидросфере, литосфере Земли. Почва является одним из основных концентраторов тяжелых металлов в биосфере. В настоящее время на первое место выходит сознательное управление биосферными функциями почвенного покрова. Почвенный покров - незаменимый компонент биосферы - совместно с растениями определяет ее устойчивое функционирование. [26]

Прогнозированию поведения тяжелых металлов в биосфере уделяется пристальное внимание. Установлены основные закономерности распределения металлов по поверхности, роль гумуса почвы как фиксатора ртути, свинца и других элементов.

Тяжелые металлы, как правило, концентрируются в приповерхностном слое почвы 0-10 (20) см, где они присутствуют в форме обменных ионов и в необменной, прочно фиксированной почвенным поглощающим комплексом форме. Доля водорастворимой формы обычно невелика, однако при сильном загрязнении абсолютное количество водорастворимых ТМ становится самостоятельным экологически опасным фактором. В дальнейшем ТМ могут мигрировать в растения, поступать в реки и озера в результате смыва и далее, по трофическим цепям, - в живые организмы.

Содержание и формы миграции тяжелых металлов в поверхностных природных водах и почвах таежных экосистем в известной мере зависят от сопутствующих негативных явлений, характерных для современного техногенеза: аэральных выпадений, кислотных дождей, выбросов пыли и дыма и т.д. В наземных экосистемах тяжелые металлы включаются в трофические цепи и в таком компоненте, как почвы, активно воздействуют на мезофауну и микрофлору. В данных условиях существенно возрастает численность почвенных грибов, продуцирующих токсины, низкомолекулярные органические кислоты и другие органические вещества. Это является одним из адаптационных механизмов, противостоящих токсическому действию ТМ. [29]

В отличие от других поллютантов, способных разлагаться под действием физико-химических и биологических факторов или выводиться из почвы, тяжелые металлы сохраняются в ней длительное время даже после устранения источника загрязнения: период полуудаления ТМ из почв в условиях лизиметров (специальных приборов, изучающих внутрипочвенный сток) варьирует в зависимости от вида металлов: для Zn от 70 до 510 лет, Cd - от 13 до 1100 лет, Cu - от 310 до 1500 лет, Pb - от 740 до 5900 лет.

Детоксикация почв, загрязненных ТМ, имеет определенные трудности.

Выбросы от автотранспорта превышают выбросы от стационарных источников в 5 раз.

Главными причинами такого положения, на наш взгляд, являются следующие:1. Экологически небезопасные конструкции двигателей и топливной аппаратуры отечественных автомобилей, что при использовании этилированных марок бензина и высокосернистого дизельного топлива не позволяет применять системы нейтрализации и каталитического дожига отработавших газов.2. Высокие темпы роста парка автомобилей. Только за 2005-2006годы он увеличился в области в 2,5 раза и насчитывает более 255 тыс. единиц.

3. Еще более стремительный прирост парка подержанных автомобилей иностранных марок с низкими эксплуатационно-техническими и экологическими данными.

В настоящее время автотранспорт является пока малоуправляемым источником загрязнения атмосферного воздуха в области. Примерный состав выхлопных газов автомобилей представлен в таблице 2. [22] Кроме того, некоторые виды топлива содержат серу, что обуславливает содержание в выхлопных газах диоксида серы.

С начала 1930-х годов тетраметил - и тетраэтилсвинец добавляют в качестве антидетонатора к подавляющему большинству бензинов в количестве 80 мг/л. При движении автомобиля от 25 до 75% этого свинца выбрасывается в атмосферу, осаждается на землю, попадает в поверхностные воды. [12]

Свинец аккумулируется в почве и растительности вдоль автострад (в городах вдоль улиц с оживленным движением), заметное количество соединений свинца содержится в воздухе крупных городов. По данным США и Великобритании, до 90% всего свинца, содержащегося в атмосфере, следует отнести за счет выхлопных газов.

В настоящее время в ряде стран (Япония и др.) использование этилированного бензина запрещено. Исходя из средних потерь нефтепродуктов на одну автомашину 10-11л в год, общий выброс нефтепродуктов мировым автомобильным парком исчисляется 2,1-2,2 млн. т в год, причем большая часть его попадает в почвы и гидросферу.

Загрязнение атмосферного воздуха, связанное с работой агрегатов автомобиля, имеет три основных источника в виде систем: выпуска двигателя; смазки и вентиляции картера; питания топливом. Наибольшая часть вредных веществ, выделяемых двигателем автомобиля, приходится на долю отработавших газов, Содержание опасных веществ в отработавших газах автомобилей в значительной мере зависит от режима работы двигателя, его технического состояния, рода применяемого топлива, присадок к нему и др.

В автомобильных двигателях реакция горения преобразует энергию топлива в тепловую, а затем - в механическую работу. Образующиеся в результате реакции горения токсичные компоненты (оксид углерода, несгоревшие углеводороды, включая и кислотосодержащие альдегиды, сажу) выбрасываются двигателями в составе отработавших газов и дополняются побочными продуктами горения. Это оксиды азота, соединения кислорода и водорода с серой, которые имеются в топливах нефтяного происхождения или в присадках к энергоносителям и маслам. Эти составляющие, как правило, не дают возможности довести реакцию до конца, т.е. до полного образования СО₂ и Н₂О. Часть газов через неплотности поршневых колец попадает из цилиндра в картер, где, сталкиваясь с парами смазочного масла, образует картерные газы.

Накопление тяжелых металлов в почве нарушает физико-химическое равновесие природной системы и дает толчок ряду процессов, действующих на почвенные свойства.

Изменяется величина рН, разрушается почвенный поглощающий комплекс, нарушаются микробиологические процессы, в результате разрушения структуры ухудшается водно-воздушный режим, деградирует почвенный гумус, и в конечном итоге почва теряет плодородие.

Комплексообразующая способность многих металлов приводит к возникновению устойчивых металлоорганических комплексов хелатного типа, что, в свою очередь, обусловливает изменение концентрации необходимых для ухудшается водно-воздушный режим, деградирует почвенный гумус, и в конечном итоге почва теряет плодородие.

Комплексообразующая способность многих металлов приводит к возникновению устойчивых металлоорганических комплексов хелатного типа, что, в свою очередь, обусловливает изменение концентрации необходимых для жизнедеятельности организмов субстратов в почве. [20]

Количество, при котором химические ингредиенты становятся действительно опасными для окружающей среды, зависит не только от степени загрязнения ими сред обитания, но также от химических особенностей этих ингредиентов и от деталей их биогеохимического цикла.

Особую опасность для окружающей среды представляют распределенные в пространстве источники тяжелых металлов, так как именно они загрязняют сравнительно большие территории. К этой группе относятся: автомобильный транспорт, сельскохозяйственные угодья. К этой группе относятся: автомобильный транспорт, сельскохозяйственные угодья (после обработки содержащими металлы пестицидами), домашние печи, использующие уголь.

Особый интерес для экологических исследований представляют Cd, Pb и Hg, относящиеся к металлам первого класса опасности.

Содержание кадмия в почвах определяется химическим составом материнских пород. Среднее содержание Cd в почвах лежит между 0,07 и 1,1 мг/кг. При этом фоновые уровни Cd в почвах не превосходят 0,5 мг/кг, и все более высокие значения свидетельствуют об антропогенном вкладе в содержание Cd в верхнем слое почв.

Ежегодно в атмосферу выбрасывается свыше 25 тыс. т кадмия. С атмосферными осадками и пылью на поверхность почвы в России ежегодно выпадает 1,9-5,4 г/га кадмия. Из-за несовершенства технологий производства минеральных удобрений выбросы ТМ в окружающую среду превышают проектные величины в 2-3 раза. В то же время при внесении органических удобрений в дозе 50 т/га в почву поступает: свинца -38, кадмия - 2,3 и никеля - 75 г/га. структуры ухудшается водно-воздушный режим, деградирует почвенный гумус, и в конечном итоге почва теряет плодородие.

Свинец поступает в окружающую среду из антропогенных источников с выбросами промышленных предприятий и автомобильного транспорта, определенную долю вносят сельскохозяйственный сектор, а также природные источники (ветровая эрозия почвы, вулканическая деятельность, лесные пожары).

По некоторым оценкам, в результате природной эмиссии в атмосферу поступает в среднем 27 тыс. т свинца в год, а в результате антропогенной деятельности - 425 тыс. т в год.

Состав парка автомобилей по видам используемого топлива таков: количество автомобилей, использующих газ в качестве топлива, не превышает 2 %, доля грузовых автомобилей с дизельным двигателем составляет в среднем по Казахстану 28 %, а автобусов с дизелем - примерно 63 %. Остальные автомобили используют бензин в качестве топлива.

Загрязнение окружающей среды свинцом и его соединениями, как правило, связывают с автомобильным транспортом и деятельностью предприятий цветной металлургии. [15]

Под влиянием высоких уровней антропогенного воздействия наблюдается существенное уменьшение показателей дыхания почв, например, при загрязнении смешанными промышленными выбросами, содержащими тяжелые металлы, уплотнении почв

Состав парка автомобилей по видам используемого топлива таков: количество автомобилей, использующих газ в качестве топлива, не превышает 2%, доля грузовых автомобилей с дизельным двигателем составляет в среднем по Казахстану 28%, а автобусов с дизелем - примерно 63%. Остальные автомобили используют бензин в качестве топлива. Размеры зоны влияния автотранспорта на экосистемы сильно варьируют.

Ширина придорожных аномалий содержания свинца в почве может достигать от 10 м до 100-150м. Это содержание асимметрично по отношению к поперечному профилю дороги, что находит свое отражение в растениях, лесные полосы вдоль дорог задерживают в своих кронах потоки свинца от автотранспорта. В условиях города размеры свинцовых аномалий определяются условиями застройки и структурой зеленых насаждений. В настоящее время на свалках находится до 1 млн. т свинца в отработанных аккумуляторах.

2. Физико-географические условия района работ

Исследования проводились на четырех участках, расположенных на территории поселка Затобольск, Костанайского района, Костанайской области. Поселок Затобольск находится в трех километрах к юго-востоку от областного центра г. Костаная по левому берегу р. Тобол.

Поселок Затобольск располагается на платообразной равнине. Работы проводились в северо-восточной части поселка, естественный ландшафт в этом районе представляет собой степь.

Климат в районе работ, как и по всей территории Костанайской области, является резко континентальным. Континентальность климата заключается в резких контрастах температуры воздуха зимы и лета (рис. 1) дня и ночи, а также и в том, что максимум осадков приходится на летние месяцы. [1]

Зима в районе работ характеризуется преобладанием облачной погоды. Вероятность пасмурного состояния неба составляет 55-60%. Осадки преобладают обложные. Довольно часты сильные ветры (2-4 дня в месяц) и метели (4--10 дня в месяц). Средняя скорость ветра составляет 4,5--5,5 м/с. Господствуют юго-западные ветры. Самым холодным месяцем является январь, средняя температура составляет -17-18°С, но возможны отклонения в отдельные годы на 10°С и более. Появление первого снежного покрова наблюдается обычно в конце октября. Период от первого снежного покрова до устойчивого покрова длится 2--3 недели.

Максимальной толщины снежный покров обычно достигает в феврале - начале марта, равен в среднем 18-36 см в открытых местах и 50-60 см в защищенных местах. В наиболее снежные зимы высота снежного покрова может достигать 100-120 см. В среднем сход устойчивого покрова наблюдается в первой декаде апреля. Суровые и продолжительные зимы обуславливают сравнительно глубокое промерзание почвы (до 1м).

Весна характеризуется учащенным выходом циклонов с юга и ослаблением отрога азиатского антициклона. Тем не менее, степень пасмурности понижается частично за счет уменьшения радиационных туманов. Этот сезон характеризуется наиболее интенсивным ростом температуры, который от марта к апрелю достигает 12--14° С.

В связи с неустойчивостью атмосферно-циркуляционного режима весной рост температуры происходит скачкообразно, часто возвращаются понижения температуры. Осадки от апреля к маю резко.

Весна отличается от других сезонов наибольшими скоростями ветра. Осадки от апреля к маю резко возрастают (от 15-19 до 22-26 мм), имеют крайне неустойчивый характер и колеблются от полного отсутствия до 3-4 норм. В апреле и, особенно в мае появляются атмосферные засухи, которые в среднем продолжаются 5-8 дней в мае.

В летнее время преобладает ясная и малооблачная погода. Средняя температура июля 19°С. Среднемесячные температуры воздуха более устойчивы, чем зимой, и их отклонения от многолетних в среднем не более 3-4° С. Дневная температура (в 13 ч) в июле и в августе составляет в среднем 21-27° С. Среднемесячная скорость ветра составляет 3,5-4,5 м/с. От 2 до 6 дней в месяц наблюдаются пыльные бури. В летнее время преобладает ясная и малооблачная погода. Средняя температура июля 19°С. Среднемесячные температуры воздуха более устойчивы, чем зимой, и их отклонения от многолетних в среднем не более 3-4° С. Дневная температура (в 13 ч) в июле и в августе составляет в среднем 21-27° С месяц наблюдаются пыльные бури. Направление ветра летом менее устойчивое, чем в остальные сезоны, но выделяются по повторяемости ветры северной половины горизонта. Количество осадков летом около 130 мм. Осадки за июль - август составляют 30-40 % годовой суммы.

От августа к сентябрю температура воздуха значительно снижается. Среднесуточная температура воздуха устойчиво переходит через 10°С во второй половине сентября, через 5°С - 6-17 октября и через 0°С - в третьей декаде октября. Первые осенние заморозки обычно наблюдаются 13-24 сентября. Направление ветра осенью неустойчивое и является переходным от летнего периода к зимнему.

Непосредственно в районе работ отсутствуют естественные водоемы. Весеннее половодье реки Тобол данной местности не достигает. Гидрологический режим определяется снеговым питанием и летними осадками. На пространстве не встречается балок или оврагов, местность плоская, т. е. отсутствует концентрация стока в неровностях поверхности. На участке 1, занятом под выращивание овощей, осуществляется регулярный полив с конца мая по начало сентября и искусственное влагозадержание.

Почвы п. Затобольск представлены южными черноземами, которые по мощности несколько уступают черноземам обыкновенным. Морфологические показатели рассматриваемых почв представляются в следующем виде: мощность гумусового горизонта около 30 см, гумусовый горизонт прокрашен неравномерно, как правило, в горизонте В заметна языковатость. Горизонт А достаточно зачерненный в верхней части, имеет комковато-пылеватую структуру, мощность его колеблется в предела 15--20 см. В отличие от обычных эти черноземы имеют более повышенное залегание карбонатных и гипсовых горизонтов. Содержание гумуса в них не превышает 3,5-4 %. Урожайность зерновых культур 10,5 ц/га. [2]

Естественный растительный покров рассматриваемых почв представлен разнотравно-красноковыльными степями с хорошим, сомкнутым травостоем (проективное покрытие 80-85 %). Среди злаков преобладает ковыль красноватый, типчак, встречается ковыль Лессинга, тырса, овсец пустынный, тонконог стройный и костер безостый. Разнотравье значительно беднее, наиболее распространенными представителями являются полынь австрийская, эстрагон, наголоватка многоцветковая, подмаренник русский, осока приземистая, жабрица, степной шалфей, люцерна, зопник, вероника.

Урбанизированный ландшафт района исследований определяет преобладание животных-синантропов. Среди птиц это воробей, сизый голубь, грач, сорока, ворона, галка.

2.1 Почвенные пробы на мезофауну

При выполнении дипломной работы из почвенных беспозвоночных мы рассматривали преимущественно мезофауну согласно теме нашей работы. Основным методом ее учета является метод почвенных проб (раскопок). В каждом биотопе берут, как правило, несколько почвенных проб с тем, чтобы нивелировать случайность выбора места.

На поверхности почвы с помощью колышков и бечевки или заранее приготовленной рамки размечают квадрат площадью 0,25 м 2 (50*50 см) От границы пробы в сторону отодвигают подстилку или верхний сыпучий слой почвы. Рядом расстилают клеенку или другой плотный материал, на котором разбирают вынутую из пробы почву. Сначала снимают с поверхности спад и другие растительные остатки. Всех найденных при этом животных собирают в отдельную пробирку. Затем небольшой лопаткой с ровным режущим краем послойно, порциями выбирают почву и переносят ее на клеенку.

Необходимо следить за строгой вертикальностью стенок пробы. Каждую порцию тщательно просматривают, перетирая ее между ладонями. Крупные комки предварительно разбивают, сплетения корешков разрывают. Глубина взятия пробы зависит от характера почвы и встречаемости животных. В средней полосе обычно достаточно брать пробу на глубину 30 см по слоям: 0-10, 10-20, 20-ЗОсм. Если животные встречаются глубже, каждый последующий слой углубляют на 10 см. Мелких насекомых, мокриц, многоножек помещают в пробирки с фиксирующей жидкостью, крупных насекомых - в морилки. Всех найденных при раскопках животных сразу же определяют с той точностью, которая доступна, и записывают в полевой дневник.

Беспозвоночных собирают отдельно из каждой пробы и каждого слоя. Дождевых червей, моллюсков и других животных, используемых для прижизненного наблюдения, помещают в небольшие полотняные мешочки или металлические бюксы с почвой, взятой непосредственно из пробы. Хищники должны рассаживаться поодиночке. Хищники должны рассаживаться поодиночке. Хищники должны рассаживаться поодиночке. Мелких насекомых, мокриц, многоножек помещают в пробирки с фиксирующей жидкостью, крупных насекомых - в морилки.

Всех найденных при раскопках животных сразу же определяют с той точностью, которая доступна, и записывают в полевой дневник. Весь материал тщательно этикетируют. Хищники должны рассаживаться поодиночке.

В полевом дневнике подробно описывают биотоп и конкретное место взятия пробы.

Для качественных сборов почвенных обитателей можно использовать прикопки: лопатой берется небольшая проба почвы, которая тут же просматривается, и все найденные животные собираются. Этим методом также пользуются, чтобы наметить участки для взятия количественных почвенных проб.

2.1.1 Учет почвенных микроартропод

Для количественного учета микрофауны применяют эклекторы. На сито помещают почвенную пробу определенного объема (например, 25 см³) и обогревают ее сверху электрической лампочкой или спиралью. Мелкие беспозвоночные из подсыхающей почвы через сито проникают в воронку и, в конечном счете, попадают в фиксирующую жидкость. Через двое-трое суток, когда почва полностью высохнет, пробирки с зафиксированными животными снимают. При этом важно следить, чтобы почва не нагревалась выше 25-30°С и не высыхала слишком быстро, иначе значительная часть членистоногих погибнет, не успев ее покинуть

Собранных животных монтируют в препараты с жидкостью Фора-Берлезе и исследуют под микроскопом. Таким образом занимаемся подсчетом основных групп.

Для выполнения данной работы использованы различные методы, в том числе для изучения сообществ почвенных беспозвоночных - методы почвенно-зоологических исследований (Гиляров, 1965); для определения характеристик почвенного покрова - метод Тюрина в модификации ЦИНАО для определения гумуса, определение иона хлорида аргентометрическим методом по Мору, турбодиметрическое определение иона сульфата.

Выполнен следующий объем работ:

1. Число отобранных почвенно-зоологических проб - 48

2. Количество собранных почвенных беспозвоночных - 1253

3. Число обработанных образцов почвы для определения количества гумуса - 4

4. Число использованных источников статистических материалов - 18

5. Число использованных литературных источников -14

Для выполнения работы были отобраны экспериментальные участки.

Определение гумуса по методу Тюрина в модификации ЦИНАО.

2.1.2 Метод отбора проб

Образцы почвы доводят до воздушно-сухого состояния, измельчают и процеживают через сито с круглыми отверстиями диаметром 1--2 мм. Корни и неразложившиеся растительные остатки, оставшиеся на сите, удаляют. Образцы хранят в коробках или пакетах.

...