Биогеохимическая трансформация растительности степей в условиях атмосферного загрязнения

В условиях атмосферного загрязнения в степях не прослеживается поражение травянистой растительности. Определена устойчивость ряда растений к атмосферному загрязнению фтором на основании теории минеральной детоксикации загрязнителей в растительных клетках.

Рубрика Экология и охрана природы
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 19.03.2022
Размер файла 554,0 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

БИОГЕОХИМИЧЕСКАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ РАСТИТЕЛЬНОСТИ СТЕПЕЙ В УСЛОВИЯХ АТМОСФЕРНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Давыдова Нина Даниловна

кандидат географических наук, профессор,

Институт географии им. В. Б. Сочавы СО РАН Россия

В условиях атмосферного загрязнения в степях не прослеживается поражение травянистой растительности, как это наблюдается в зоне тайги в случае с хвойными породами деревьев. Кажущееся в степи благополучие обманчиво. Об этом можно судить на основании результатов количественного химического анализа. Представлены данные по содержанию 20 химических элементов. Информация о химическом составе разных видов растений фоновой территории использована в качестве эталона сравнения с аналогами растений зоны атмосферного загрязнения, где установлены основные поллютанты (F, Na, Al, Ni). В качестве приоритетного элемента-загрязнителя как преобладающего по массе поступления и токсичности выделен фторид-ион. Площадь земель с его содержанием от 0,5 до 6,0 ПДК составляет около 250 км2. Представлена карта содержания приоритетного загрязнителя -- фтора -- в надземной зеленой фитомассе степных ландшафтов. Определена устойчивость ряда растений к атмосферному загрязнению фтором на основании теории минеральной детоксикации загрязнителей в растительных клетках и согласно уровню содержания минеральных солей (зольности), а также содержания фтора в травянистых растениях, лишайниках, хвое и листьях деревьев.

Ключевые слова: растения; поллютанты; содержание элементов; устойчивость; нагрузки.

BIOGEOCHEMICAL TRANSFORMATION OF STEPPE VEGETATION IN ATMOSPHERIC POLLUTION CONDITIONS

Nina D. Davydova

Dr. Sci. (Geogr.), Prof.,

V. B. Sochava Institute of Geography SB RAS,

In the steppes the affect of atmospheric pollution on grassy vegetation is not visually observed, as it is in the case of coniferous tree species of the taiga zone. But the seeming prosperity of the steppe is deceptive. The results of the quantitative chemical analysis confirm this fact. In the article we have presented data on 20 chemical elements. Information on the chemical composition of different plant species in the background area is compared with analogous plants in the zone of atmospheric pollution, where F, Na, Al, Ni have been identified as the main pollutants. We consider fluoride ion to be the most abundant element with а high toxicity. Its content is from 0.5 to 6.0 TLV and the extent area -- about 250 km2. A map of the domimant pollutant, fluorine, in the aboveground green phytomass of steppe landscapes is presented. Based on the theory of mineral detoxification of pollutants in plant cells and according to the level of mineral salts (ash) content, as well as fluorine content in herbaceous plants, lichens, needles and tree leaves, we have determined the resistance of a number of plants to atmospheric pollution by fluorine.

Keywords: plants; pollutants; atmospheric content; environmental stability; loads.

Введение

В Сибири одной из проблем экологической безопасности становится перемещение центра производства алюминия из западных районов России в восточные с заменой устаревших заводов новыми большей производительности (до 1,0 млн т в год алюминия). Поступление загрязняющих веществ от заводов через атмосферу негативно сказывается на всех компонентах природной среды, прежде всего на растительности.

Цель -- выявить уровни накопления поллютантов в растениях в зависимости от нагрузок приоритетных элементов-загрязнителей, поступающих в природную среду при производстве алюминия, установить площадь загрязнения растительного покрова и оценить степень экологической опасности.

травянистая растительность детоксикация загрязнитель атмосферный

Объекты и методы исследования

Изучались степные ландшафты Южно-Минусинской котловины, находящиеся 30 лет под воздействием пылегазовых эмиссий предприятий ОАО РУСАЛ «Саяногорск» (Саяногорского и Хакасского заводов), выпускающие в год более 800 тыс. тонн алюминия, которые являются основными поставщиками поллютантов на исследуемой территории. Сбор полевых материалов и оценка влияния пылегазовых эмиссий на ландшафты проводились по широкой комплексной программе [Давыдова и др., 2014].

Пробы растительного материала отбирались как на территории, подверженной воздействию пылегазовых эмиссий, так и в условиях чистого фона, что определялось по уровню загрязнения снежного покрова. Таким же способом выделены ключевые участки -- ландшафтно-геохимические профили. На территории исследования заложено 480 площадок, где наряду с почвами отбирали надземную зеленую фитомассу рамочным методом с площади 0,25 м2 в трехкратной повторности [Гришина, Самойлова, 1971], а также отдельные виды травянистых и древесных растений, мхи, лишайники. В качестве основных индикаторов были использованы представитель травянистых видов лапчатка длиннолистная (Potentilla longifolia Willd. еx Schlecht), из древесных видов, встречающихся на исследуемой территории, -- тополь бальзамический (Populus balsamifora L.) и сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.). Травяные смеси -- укосы -- анализировались преимущественно на содержание фтора. Видовая принадлежность растений устанавливалась по [Определитель..., 1979] и консультации А. В. Белова и В. Г. Волковой.

Растения сжигали, полученную золу анализировали на содержание 19 химических элементов -- Si, Al, Fe, Ca, Mg, K, Na, Ti, Mn, P, Sr, Ba, V, Zn, Cu, Ni, Cr, Co, Pb -- в сертифицированном химико-аналитическом центре Института географии им. В. Б. Сочавы СО РАН с использованием приборной базы Байкальского центра коллективного пользования. Применялся спектрометр: атомноэмиссионный с индуктивно связанной плазмой Optima 2000 DV [ПНДФ 16.1:2.3:3-11-98]. Подготовка проб к анализу проводилась сплавлением навески золы с метаборатом лития 1:5 при температуре 850° и последующим растворением в 5% HNO3 c помощью магнитной мешалки. Для определения содержания фтора навеска золы смешивалась в отношении 1:5 с KNaCO 3 и в течение 10 мин подвергалась сплавлению в муфельной печи при t° = 800-850. Полученный сплав охлаждали и растворяли в дистиллированной воде с последующей нейтрализацией раствора до pH = 6,0. Далее отбирали 5 мл полученного раствора, добавляли для стабилизации 5 мл буфера (рН = 5,0) и устанавливали концентрацию фтора с помощью фторселективного электрода на иономере «Эксперт -001» и стандартной шкалы концентраций фтора [РД 52.24.360-2008].

Уровни содержания химических элементов в растениях фона оценивали относительно средних значений химических элементов в растениях суши [Малюга, 1963], других регионов [Уфимцева, Терехина, 2005]. С этой целью рассчитывали коэффициенты концентрации (КК) и рассеяния (KR). Для оценки изменения уровней содержания отдельных химических элементов в растениях зоны загрязнения по сравнению с фоном применялись коэффициенты концентрации (Кс=Са/Сф) и рассеяния (Кг=Сф/Са), где Са и Сф соответственно концентрации элемента в объектах зоны загрязнения (аномалии) и фона. Изменение химического состава растений под воздействием пылегазовых эмиссий оценивалось с помощью суммарного коэффициента биогеохимической трансформации

= n? Kc + n? Kr -- (n1 + n2 -- 1)

где n1, n2 -- количество химических элементов с Кс > 1,5 и с Kr > 1,5 соответственно [Сорокина, 2013]. Уровни токсичности поллютантов оценивали согласно МДУ кормов сельскохозяйственных животных [Временный..., 1987]. Для отображения распределения концентраций фтора в зеленой фитомассе территории были применены топологическая основа М 1:250 000 и пространственная интерполяция данных методом ближайшего соседства (Nearest-neighbor interpolation), реализованная в ГИС-пакетах MapInfo.

Обсуждение результатов исследования

В.И. Вернадский [1978] показал тесную связь состава организмов и среды обитания, несомненную роль живого вещества в миграции, рассеянии и концентрации не только типичных элементов-биофилов, но и редких, и рассеянных элементов. Он указал пути изучения круговорота макро - и микроэлементов в природе. Комплексный ландшафтно-геохимический подход с биогеохимическим аспектом исследований, сопряженный с изучением всех звеньев природных (или техногенных) ландшафтов, дает наиболее полную характеристику миграции и аккумуляции химических элементов, позволяет оценить среду обитания организмов и их реакцию на изменения привычных условий [Глазовская, 2007].

Среди широкого спектра исследуемых компонентов геосистем большое внимание отводится растительности и почвенному покрову. Растительный покров относится к числу наиболее чувствительных компонентов геосистем являясь при этом первым экраном на пути осаждения атмосферных выпадений. Они поглощают из воздуха и нейтрализуют в тканях значительное количество вредных компонентов промышленных эмиссий, способствуя сохранению оптимального газового баланса в атмосфере. Воздействие пылегазовых эмиссий на растения зависит от состава и фазы вещества (жидкая, твердая, газообразная), метеоусловий, стадии развития и селективности вида растений к поглощению химических элементов, величины нагрузок поллютантов. Часто растения служат накопителями загрязняющих веществ.

Все анализируемые виды растений фона близки по химическому составу (табл. 1). Для них характерно преобладание Са над Si, повышенное содержание Sr и пониженное Na. Лапчатка длиннолистная выделяется достаточно высоким уровнем содержания Fe и Ba, а сосна обыкновенная -- P, K и Zn. Сопоставление полученных результатов по содержанию элементов в растениях с данными Д. П. Малюги [1963] выявило региональную особенность растений, которая проявляется в повышенном количестве щелочноземельных элементов (КК Ca4,8-7,oSr2,4-3,3Bai,5-i,9). Это обусловлено богатством почв указанными элементами, в том числе присутствием текстурного карбонатного горизонта, содержащего углекислые соли щелочноземельных элементов.

При сопоставлении содержаний фтора в растениях фона (табл. 1) с данными В. В. Добровольского [1983] получены значения КК в диапазоне 1,4-2,6, которые в общем соответствуют его нормальным уровням, увеличиваясь в последовательности: сосна сибирская -- 4,86, лапчатка длиннолистная -- 8,2, тополь бальзамический -- 10,44 мг/кг сухого вещества.

Сравнение химического состава сосны обыкновенной в исследуемой территории и Южной Карелии [Уфимцева, Терехина, 2005] показало различия по содержанию Fe, Mn и Na, которые рассеиваются (KR -- Mn19,2'38,6Na9,4'18,2Fe1,7'2,2), что объяснимо для Fe и Mn -- элементов, подвижных в условиях тайги и легкодоступных растениям. В условиях степи, хотя в почвах нет недостатка в Na, растения его поглощают слабо вследствие своей фосфор-калий-кальциевой специализации и присутствия в почвенных растворах повышенного количества Ca (антагониста натрия), а также Mg -- элемента-биофила.

Таблица 1

Содержание химических элементов в растениях фона

Элемент

Лапчатка (листья и стебель), n=5, зола -- 8,2%

Тополь (листья), n=5, зола -- 8,7%

Сосна (хвоя), n=6, зола -- 2,7%

min-max

M

min-max

M

min-max

M

Содержание химических элементов, % от золы

Si

9,78-10,38

10,08

2,53-4,72

3,62

1,24-2,30

1,60

Al

1,92-2,45

2,01

0,17-0,35

0,21

0,27-0,98

0,73

Ca

15,18-15,78

15,48

17,53-24,61

21,06

13,67-15,10

14,51

Mg

2,46-2,99

2,72

2,33-2,90

2,66

2,53-2,94

2,67

K

5,54-5,84

5,69

11,52-17,05

14,27

15,46-22,11

18,30

P

1,32-1,64

1,53

2,18-2,54

2,36

5,64-6,62

6,13

Na

0,20-0,23

0,22

0,14-0,17

0,16

0,13-0,26

0,19

Fe

1,10-1,17

1,14

0,15-0,18

0,17

0,19-0,29

0,25

Ti

0,11-0,15

0,13

0,041-0,090

0,066

0,030-0,028

0,05

Содержание химических элементов

мг/кг золы

F

80-120

100

115-135

120

150-190

180

Mn

672-1973

1322

364-471

417

8740-12116

9950

Sr

500-884

727

940-979

959

276-443

348

Ba

650-859

784

96-197

146

143-162

151

Zn

168-259

214

228-378

303

804-1912

1457

Cu

52-60

56

48-67

57

101-138

117

Ni

21-23

21

31-40

35

38-42

40

Cr

28-33

30

5-8

6

11-14

12

Co

16-28

22

25-53

39

16-27

23

Pb

35-38

36

34-36

35

10-21

17

V

21-26

23

63-72

69

18-25

22

Примечание: 1) min-max -- диапазон размаха концентраций химических элементов, 2) M -- средние значения концентраций.

Потенциальное загрязнение растений оценивалось методом сравнительного анализа химического состава твердого малорастворимого и растворимого техногенного вещества снеговой воды зоны загрязнения с составом золы растений фона, который показал преобладание в твердом веществе следующей ассоциации элементов (в нижнем индексе Кс): F51,1-90,oAl18,2-174Ni14,4-27,3Na4,6-6,42V3,8-12,oFe2,4- 16,Сг2,і-io,oTii,8-8,оSi2,6-6,o, в жидкой фазе -- F101,9-183,5Na4,7-6,5Ah,6. По отношению к растениям главными загрязнителями являются F, Al, Ni и Na, также как в случае с почвой и почвенными растворами.

Относительно растений фона растения техногенной зоны обогащены F8,6-20,8Ni2,0-4,5Al1,6-1,7 (табл. 1, 2). Для каждого вида растений ряды Кс разные: лапчатка -- F14,3Ni4,5Al1,6; тополь -- F20,8Fe8,0Zn2,1Al1,6; сосна -- F8,6Al6,0Fe3,7Na3,4Pb2,6Ba2,0V1,9. Судя по величинам Кс наибольшую чувствительность к разнообразию химических элементов в окружающей среде проявляет сосна обыкновенная. Менее значительные изменения в химическом составе растений произошли в области их рассеяния. Для лапчатки Kr = Si3,5Ti2,3Nai,7. У тополя он варьирует около 1 для всех анализируемых элементов, у сосны заторможено поглощение только марганца (Kr = 3,1). Следовательно, коэффициент трансформации (Zv) формируется преимущественно из величин Кс и характеризуется следующими значениями: лапчатка -- 27, сосна -- 25, тополь -- 32 у.е., что соответствует среднему уровню биогеохимической трансформации [Сорокина, 2013]. Ее особенность заключается в том, что из всех элементов, поступающих в природную среду через атмосферу, ведущая роль в загрязнении растительности принадлежит токсичному фтору, который в повышенном количестве присутствует в валовой и водорастворимой форме в почвах и в виде газа в атмосфере.

Таблица 2

Содержание химических элементов в растениях зоны загрязнения

Эле-

Лапчатка (листья и стебель), n=5, зола -- 8,2%

Тополь (листья), n=5, зола -- 8,7%

Сосна (хвоя), п=6,зола -- 2,7%

мент

min-max

M

min-max

M

min-max

M

Содержание химических элементов, % от золы

Si

2,74-2,87

2,84

2,53-4,32

3,84

2,72-4,97

4,28

Al

2,75-3,42

3,16

0,21-0,40

0,34

0,96-1,74

1,27

Ca

12,68-17,86

16,32

18,42-23,14

20,45

14,38-18,11

15,56

Mg

2,47-2,76

2,56

2,91-3,64

3,22

2,34-4,86

3,71

K

4,95-7,14

6,84

10,58-15,45

13,89

10,92-16,04

14,05

P

1,79-2,35

2,07

2,36-2,68

2,45

4,34-6,50

5,31

Na

0,10-0,15

0,13

0,12-0,16

0,15

0,21-1,70

0,64

Fe

0, 61-1,09

0,85

0,96-1,52

1,36

0,69-1,29

0,94

Ti

0,04-0,07

0,06

0,06-0,09

0,08

0,05-0,07

0,06

Содержание химических элементов, мг/кг золы

F

1140-1820

1430

2200-2700

2500

1225-2045

1547

Mn

458-921

889

410-625

585

1920-5544

3251

Sr

599-802

731

1300-1640

1530

223-412

322

Ba

972-1214

1098

146-197

182

149-481

297

Zn

262-286

275

520-710

640

672-1555

1015

Cu

44-78

67

57-84

67

106-221

164

Ni

73-115

94

28-43

30

44-109

81

Cr

16-54

25

5-8

7

19-24

22

Co

15-29

22

44-62

56

10-26

18

Pb

33-91

51

23-54

41

33-52

45

V

28-41

31

68-90

70

31-60

41

Количество фтора в растениях суши невелико и зависит от вида и места произрастания [Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989]. В местах, свободных от действия производств, максимальный показатель содержания фтора в зеленых частях растений (в зависимости от вида) составляет 10-20 мг/кг сухой массы, т. е. 0,001-- 0,002 %. В некоторых случаях эти значения еще ниже, например, в хвое ели -- 4--8 мг/кг, в некоторых кормах -- 5--10 мг/кг. Если эти показатели будут превышены, можно говорить о воздействии фторсодержащих веществ. Примерная концентрация фтора в листьях (по обобщенным данным) для видов многолетних трав в нормальных пределах составляет 5--30 мг/кг сухой массы, токсичная -- 50--500 [Gough, Shacklette, Case 1979; Devis, Beckett, Vollan, 1978].

Повышенное содержание фтора (до 100--150 мг/кг сухого вещества) в травянистой биомассе на исследуемой территории было обнаружено еще в 1990-- 1991 гг., когда завод работал не на полную мощность всего пять лет [Сараев, Ха- рахинова, 1992]. В соломе пшеницы (9 км к СВ) элемента -токсиканта содержалось от 10 до 30 мг/кг, тогда как фоновое содержание варьировало от 0,02 до 5-- 6 мг/кг сухого вещества. С течением времени фторидное загрязнение растительности увеличивалось. Так, если в 1994 г. повышенное содержание фтора обнаруживалось в живых корнях на глубине 10 см, то в 1997 г. -- на глубине 30 см. По сравнению с 1991 г. его содержание в разнотравье отличалось от контроля в 5--7 раз [Щетников, Зайченко, 2000].

Рис. 1. Содержание фтора в лапчатке длиннолистной (1) ландшафтно-геохимического профиля территории загрязнения и его суммарные нагрузки

Данные проведенных исследований также показали существенное увеличение содержания фтора в растениях как по сравнению с фоном, так и с ПДК (30 мг/кг сухой массы) [Временный..., 1987]. Для выявления тесноты связи между нагрузками фтора, его содержанием в почве и растениях проведен парный корреляционный анализ. Установлена зависимость накопления приоритетных поллютантов в растениях от количества их поступления в ландшафты. Наиболее наглядно это проявляется на примере поглощения F лапчаткой длиннолистной, которая является «проходным» по всему ландшафтно-геохимическому профилю видом и накапливает достаточно большое его количество (рис. 1) без каких-либо видимых морфологических изменений [Давыдова., 2016]. При этом выявилась очень тесная положительная взаимосвязь (г = 0,99) между нагрузками F и его содержанием в данном виде растений, величины которых уменьшаются с удалением от заводов. Некоторое нарушение указанной взаимосвязи происходит за счет влияния увалистого рельефа, распределяющего потоки поллютантов. С расстоянием соотношение нагрузок фтора, поступающего в составе твердого малорастворимого вещества и в составе раствора, меняется. Так, если вблизи заводов нагрузки растворимых фторидов превышают твердые фториды в 1,5 раза, то на расстоянии 6 км и далее это соотношение увеличивается (от 1,5 до 5,2), что связано, по всей вероятности, с большей летучестью газообразных соединений фтора и мелкодисперсной пыли, которые легкодоступны растениям.

Распределение содержания фтора в зеленой фитомассе и в почвах (рис. 2) также показало тесную положительную взаимосвязь (r = 0,98). В свою очередь уровни содержания фтора в почве напрямую зависят от его нагрузок (r = 0,97).

Рис. 2. Содержание фтора в надземной зеленой фитомассе (1) и в почве (водорастворимая форма) территории загрязнения

Концентрации фтора в надземной зеленой фитомассе выше 2-3 ПДК обнаружены на расстоянии до 8 км от алюминиевых заводов; количество, равное ПДК и выше, -- на расстоянии 9-11 км в В-СВ направлении (рис. 3).

Рис. 3. Содержание фтора в зеленой надземной фитомассе (мг/кг сухой массы) территории, прилегающей к заводам ОАО РУСАЛ «Саяногорск». 450-461 номера площадок отбора проб лапчатки длиннолистной 81

Установлено, что различные группы растений неодинаково реагируют на содержание фтора в окружающей среде. Среди естественных трав к накоплению данного элемента предрасположены полукустарнички, грубое разнотравье, мхи и лишайники. Отдельные виды растений с содержанием фтора до 29 мг/кг встречаются на удалении 10-15 км от заводов. Особенно большое количество фтора накопилось в листоватых лишайниках и зеленых мхах -- 226 и 280 мг/кг соснового бора, находящегося в 8 км к ЮЗ от заводов (с. Очуры), что подтверждает присутствие газообразного фтора в воздухе.

Среди загрязнителей, воздействующих на растения, фтор относится к числу сильнейших фитотоксикантов. Он влияет на метаболизм растений и способен вызывать снижение темпов поглощения кислорода, расстройство респираторной деятельности, снижение ассимиляции питательных веществ, уменьшение содержания хлорофилла, подавление синтеза крахмала, разрушение ДНК и РНК, ингибирование ферментов [Илькун,1978; Садыков и др., 1985; Хальбваш, 1998]. В растительной клетке процесс детоксикации фтора происходит не всегда. По этой причине он, как яд, способен накапливаться в тканях растений в возрастающем количестве даже в том случае, когда концентрация его в воздухе будет существенно ниже предельно допустимых значений. Поступающие через устьица в ткань газы могут связываться как органическими соединениями [Николаевский, 1979], так и минеральными нерастворимыми солями, что уменьшает активность элемента. Повреждаемость листьев зависит от суммарного содержания зольных элементов и увеличения их количества в процессе накопления фитотоксикантов [Илькун, 1978]. Еще Б. Б. Полынов [1953] заметил, что растения, произрастающие на богатых почвах, содержат высокое количество минеральных веществ, удивляя своим цветущим видом и здоровьем, а на бедных -- минимальное. Хвойные породы, отличающиеся низким содержанием веществ, обычно обитают на бедных оподзоленных почвах. Как оказалось, у них отмечается относительно слабое развитие запасающих тканей и соответственно недостаточное накопление резервных веществ [Рожков, Михайлова, 1989].

Следовательно, устойчивость растений к поступающему в ткань фтору будет зависеть (помимо всех приспособительных свойств) от способности организма переводить избыточное содержание фтора в нерастворимые, не участвующие в физиологических процессах формы, то есть от наличия в тканях растений элементов с высокой осаждающей способностью [Павлов 1998]. Установлено, что с увеличением повреждения возрастает количество вымываемого фтора. Это свидетельствует о том, что гибель организма наступает после полного связывания фтором свободных ионов, то есть истощения буферных свойств организма, когда количество поступающих ионов фтора превышает способность данного растения обезвредить их.

Для исследуемой территории установлены ряды устойчивости растений в зависимости от их зольности и способности к поглощению фтора: 1. Высокоустойчивые (интенсивно поглощающие при высоком уровне зольности > 8%) -- подорожник большой (Plantago major L.), донник ароматный (Melilotus suaveolens Ledeb.), лапчатка длиннолистная, полынь холодная (Artemisia frigida Willd.), полынь сизая (Artemisia glauca Pall. Ex Willd.), тополь бальзамический, вяз приземистый, перисто-ветвистый (Ulmus pumila L.). 1а. Высокоустойчивые (слабопо- глощающие при среднем уровне зольности -- 7-8%) -- типчак (Festuca valesiaca Schleichex. Gaudin), тонконог гребенчатый (Koeleria cristata L.), мятлик оттянутый (Poa attenuate Trin.).

2. Устойчивые (умеренно поглощающие при среднем уровне зольности -- 78%) -- скабиоза бледно-желтая (Scabiosa ochroleuca L.), клубника (Fragaria viridis Duch.), овсец Шелля (Helictotrichon schellianum (Hack) Tcvel.), вострец ложнопырейный (Leymus chinensis (Trin.) Tzvel.), змеевка растопыренная (Cleistogenes squarrosa (Trin.) Keng.), карагана карликовая (Caragana pygmaea L.).

3. Среднеустойчивые (умеренно поглощающие при пониженной зольности -- 5-6%) -- ковыль Крылова (Stipa krylovii Roshev.), горошек мышиный (Vicia cracca L), береза повислая [Betula pendula Roth (B. Verrucosa Ehrh.)].

4. Крайне неустойчивые (интенсивно поглощающие при низкой зольности -- менее 4%) -- уснея нитевидная (Usnea utilissima Stirt.), уснея хохлатая (Usnea comosa Ach. RЦhl.), пармелия козья (Parmelia caperata (L.) Ach.), гипогимния вздутая (Hypogymnia physodes L.), сосна обыкновенная, кедр сибирский (Pinus sibirica Du Tour.).

Исследования показали, что в условиях загрязнения атмосферы ряд устойчивости, составленный на принципах детоксикации, соответствует действительности, если другие параметры, такие как влажность и температура почвы и воздуха, для них привычны (оптимальны). Например, ель устойчивее при наличии влажного субстрата (берега рек, понижения) и менее -- в отсутствии таковых. Сосновые насаждения выровненных поверхностей более устойчивы по сравнению с насаждениями, произрастающими на инсолируемых склонах. Наиболее сильное поражение сосны отмечено в жаркие сухие дни. Поверхностная корневая система осины снижает ее сопротивляемость в условиях загрязнения в сухие годы.

Одним из результативных средств, повышающих устойчивость растений к воздействию атмосферных загрязнителей, является внесение удобрений, которые ослабляют их ингибирующее действие [Гудериан, 1979].

Фтор относится к эссенциальным (жизненно необходимым) элементам, которые участвуют в метаболизме организма и не могут быть заменены другими для выполнения биохимической роли [Жаворонков и др., 1999 Баргальи, 2005], но в большом количестве они токсичны. Из наблюдений и опытов известно, что фтористые интоксикации у животных проявляются в основном вследствие поступления фтора с пищей и в значительной мере из-за вдыхания зараженного воздуха [Садыков и др., 1985].

Отмечено, что содержания поллютанта в сырой зеленой массе кормовых растениий на всем протяжении исследуемого ландшафтно-геохимического профиля имеют повышенные значения, превышающие ПДК для этого вида кормов. На расстоянии 12 км от источника эмиссий концентрации элемента достигают 4,2 мг/кг, что в 2,5 раза превышает допустимый уровень (1,5 мг/кг в траве натуральной влажности) [Временный..., 1987].

Повышенное содержание элемента в сене обнаруживается на расстоянии до 3,5-5,0 км от источника эмиссий (у завода в диапазоне -- 150-300 мг/кг). Далее по профилю концентрации постепенно снижаются и составляют 0,5-0,7 ПДК (30 мг/кг сухого вещества) [Временный., 1987]. В ходе исследований установлено, что проводить сенокошение для заготовки на корм животным возможно за пределами 5-километровой зоны от Саяногорского и Хакасского заводов по производству алюминия, а в некоторых местоположениях и дальше. Постоянный выпас животных на этой территории в летний период может привести к интоксикации их организма.

В нормально функционирующей биологической системе осуществляются закономерные и упорядоченные этапы поступления микроэлементов, их утил изации и элиминации. Если этот процесс нарушается, возникают различные заболевания, названные микроэлементозами. В случае дефицита эссенциальных (жизненно необходимых) микроэлементов проявляются симптомы болезни недостаточности. Напротив, при избыточном количестве микроэлементов в среде (положительные аномалии) возникают болезни и синдромы интоксикации. При дисбалансе химических элементов в окружающей среде в организмах также возникают различные заболевания [Ковальский, 1974]. Такое взаимоотношение со средой распространяется на все живое [Жаворонков и др., 1999].

Выводы

1. Наращивание производственных мощностей выпуска продукции заводами по производству алюминия способствует увеличению наиболее опасной растворимой формы загрязняющих веществ, что свидетельствует о недостаточной очистке газообразной составляющей выбросов. Это диагностируется по значительному увеличению площади загрязнения растительности фтором до 1 ПДК по сравнению с почвами.

2. Установлено, что большинство видов, распространенных на исследуемой территории, относится к рядам устойчивых и высокоустойчивых растений к воздействию фторсодержащих эмиссий.

3. Относительно растений фона растения зоны загрязнения обогащены фтором, никелем и алюминием (Fs,6-20,8Ni2,0-4,5Ali,6-i,7). Выявлено, что содержание фтора в сырой зеленой массе растений в радиусе 12 км имеет повышенные значения, превышающие ПДК (до 4,2 мг/кг, что в 2,5 раза превышает допустимый уровень). Повышенное содержание элемента в сене обнаруживается на расстоянии до 10-15 км от источника эмиссий (максимально у завода -- 315 мг/кг). С увеличением расстояния концентрации постепенно снижаются и составляют 0,5-0,7 ПДК.

4. Проводить сенокошение для заготовки корма животным и в зимний период возможно за пределами 5-10-километровой зоны в СВ-В-ЮВ направлениях от Саяногорского и Хакасского алюминиевых заводов, а в некоторых местоположениях и дальше. Постоянный выпас животных летом на территории ближе указанного расстояния может привести к интоксикации их организма.

5. В целом 30-летнее воздействие пылегазовых эмиссий на степные ландшафты привело к формированию биогеохимической фторидной аномалии, что прослеживается за пределами санитарной зоны. Приоритет в большей степени принадлежит Саяногорскому заводу по производству алюминия, нежели Хакасскому, поэтому мероприятия, направленные на улучшение технологий по снижению объема выбросов газообразных и твердых фторидов в атмосферу, необходимо провести, прежде всего, на указанном предприятии.

Литература

Баргальи Р. Биогеохимия наземных растений. М.: ГЕОС, 2005. 457 с.

Вернадский В. И. Живое вещество. М.: Наука, 1978. 358 с.

Временный максимально допустимый уровень (МДУ) содержания некоторых химических элементов в кормах для сельскохозяйственных животных и кормовых добавках № 123-4/281-7. М., 1987.

Глазовская М. А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов. М.: Изд-во МГУ, 2007. 350 с.

Гришина Л. А., Самойлова Е. М. Учет биомассы и химический анализ растений. М.: Изд-во МГУ, 1971. 99 с.

Гудериан Р. Загрязнение воздушной среды. М.: Мир, 1979. 200 с.

Давыдова Н.Д., Знаменская Т. И., Лопаткин Д. А. Ландшафтно-геохимический подход в решении проблем загрязнения природной среды // Сиб. экол. журн. 2014. Т. 21, № 3. С. 449-458.

Давыдова Н. Д. Транслокация техногенного фтора в растения степей юга Минусинской котловины // Успехи современного естествознания. 2016. № 8. С. 173-177.

Добровольский В. В. География микроэлементов. Глобальное рассеяние. М.: Мысль, 1983. 442 с.

Жаворонков А. А., Михалева Л. М., Авцын А. П. Микроэлементозы - новый класс болезней человека, животных, растений // Проблемы биогеохимии и геохимической экологии (Труды биогеохим. лаб.). М.: Наука, 1999. Т. 23. С. 183-225.

Илькун Г. М. Загрязнители атмосферы и растения. Киев, 1978. 246 с.

Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях: пер. с англ. М.: Мир, 1989. 439 с.

Ковальский В. В. Геохимическая экология. М.: Наука, 1974. 280 с.

Малюга Д. П. Биогеохимический метод поисков рудных месторождений. М.: Изд-во АН СССР, 1963. 264 с.

Николаевский В. С. Биологические основы газоустойчивости растений. Новосибирск, 1979. 280 с.

Определитель растений юга Красноярского края. Новосибирск: Наука, 1979. 672 с.

Павлов И. Н. Изучение сорбции фтора в листьях древесных растений // Химия растительного сырья. 1998. № 2. С. 37-43.

ПНДФ 16.1:2.3:3-11-98. Методика выполнения измерений содержания металлов в твердых объектах методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. М., 2005. 28 с.

Полынов Б.Б. Избранные труды. Л.: Изд-во АН СССР, 1956. 447 с.

РД 52.24.360-2008. Массовая концентрация фторидов в водах. Методика выполнения измерений потенциометрическим методом с ионселективным электродом. Ростов н/Д., 2008. 25 с.

Рожков А.С., Михайлова Т. А. Действие фторсодержащих эмиссий на хвойные деревья. Новосибирск: Наука, 1989. 156 с.

Некоторые экологические последствия техногенных выбросов фтора / О. Ф. Садыков [и др.] // Проблемы антропогенного воздействия на окружающую среду. М.: Наука, 1985. С. 43-52.

Сараев В.Г., Харахинова С. И. Уровни содержания фтора в почвах и биологических объектах Южно-Минусинской котловины при воздействии алюминиевого завода. Новосибирск, 1992. 57 с.

Сорокина О.И. Тяжелые металлы в ландшафтах г. Улан-Батора: дис. ... канд. геогр. наук. М., 2013. 144 с.

Уфимцева М.Д., Терехина Н.В. Фитоиндикация экологического состояния урбогеосистем Санкт-Петербурга. СПб.: Наука, 2005. 339 с.

Хальбваш Г. Реакция организмов высших растений на загрязнение атмосферного воздуха двуокисью серы и фторидами. Австралия: Изд-во Ин-та ботаники, 1998. С. 217-220.

Щетников А.И., Зайченко О.А. Длительная динамика биотических и почвенногеохимических параметров степных геосистем юга Сибири // География и природ. ресурсы. 2000. № 2. С. 73-80.

Gough L. P., Shacklette H. T., Case A. A. Element concentrations toxic to plants, animals, and man // Geological Survey Bulletin 1466. Washington, 1979. 80 p.

Devis R. D., Beckett P. H. T., Vollan E. Critical levels of twenty potencially toxic elements in young spring barley // Plant Soil. 1978. Vol. 49. P. 395-408.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Состав атмосферного воздуха. Загрязняющие вещества атмосферного воздуха - химическое, биологическое, механическое и физическое загрязнения. Характеристика загрязнителей воздуха. Влияние загрязняющих веществ на морфофизиологические показатели растений.

    курсовая работа [41,7 K], добавлен 07.10.2008

  • Антропогенные источники загрязнения атмосферного воздуха. Мероприятия по охране атмосферного воздуха от передвижных и стационарных источников загрязнения. Совершенствование системы эксплуатации и экологического контроля автотранспортных средств.

    реферат [81,8 K], добавлен 07.10.2011

  • Параметры источников выброса загрязняющих веществ. Степень влияния загрязнения атмосферного воздуха на населенные пункты в зоне влияния производства. Предложения по разработке нормативов ПДВ в атмосферу. Определение ущерба от загрязнения атмосферы.

    дипломная работа [109,1 K], добавлен 05.11.2011

  • Фториды в почве и растениях. Общая характеристика фторидов. Поступление и накопление фтора в растительности. Состояние атмосферного воздуха Кировского района города Перми. Состояние снежного покрова. Расчет затрат на мониторинг фторидного загрязнения.

    курсовая работа [1,8 M], добавлен 09.07.2015

  • Связь онкологической заболеваемости населения с качеством атмосферного воздуха на примере города Перми. Составление карты загрязнения атмосферного воздуха по соответствующим индексам. Анализ картографических результатов распределения заболеваний.

    курсовая работа [1,0 M], добавлен 10.06.2009

  • Организация статистического учета состояния атмосферного воздуха на территории Республики Беларусь. Оценка показателей природоохранной деятельности, направленной на снижение уровня загрязнения атмосферного воздуха в областях Республики Беларусь.

    дипломная работа [1,8 M], добавлен 16.05.2017

  • Загрязнение, охрана и методы определения загрязнений воздуха. Характеристика предприятия и источников загрязнения атмосферного воздуха. Методика определения выбросов вредных веществ в атмосферу. Расчет платежей за загрязнение атмосферного воздуха.

    курсовая работа [422,1 K], добавлен 02.07.2015

  • Оценка качества воздуха по содержанию отдельных загрязнителей. Комплексная оценка степени загрязнения воздушного бассейна с помощью суммарный санитарно-гигиенического критерия – индекса загрязнения атмосферы. Оценка степени загрязнения воздуха в городах.

    контрольная работа [43,2 K], добавлен 12.03.2015

  • Состав атмосферного воздуха. Особенности рекогносцировочного метода получения репрезентативной информации о пространственной и временной изменчивости загрязнения воздуха. Задачи маршрутного и передвижного постов наблюдений загрязнения атмосферы.

    презентация [261,9 K], добавлен 08.10.2013

  • Экологические и гигиенические проблемы загрязнения атмосферного воздуха в промышленных городах. Создание экологически безопасных энергетических систем. Предотвращение, снижение вредных химических, физических, биологических и иных воздействий на атмосферу.

    презентация [80,0 K], добавлен 29.05.2014

  • Исследование экологического состояния атмосферного воздуха и почвы в городе и его пригородах, используя в качестве биоиндикаторов хвою сосны обыкновенной и пыльцу одуванчика лекарственного. Основные источники загрязнения и возможные пути их устранения.

    научная работа [3,1 M], добавлен 06.04.2008

  • Экологические и экономические функции атмосферного воздуха. Содержание его правовой охраны и средства ее реализации. Химический состав атмосферы как фактор среды, влияющий на здоровье населения. Источники естественного и антропогенного загрязнения.

    презентация [447,1 K], добавлен 29.11.2015

  • Сохранение биосферы как среду обитания. Охрана атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод от загрязнения и истощения. Восстановление, рекультивация земельного участка, использование плодородного слоя почвы, охрана недр, животных и растительности.

    дипломная работа [1,2 M], добавлен 09.06.2014

  • Проведение наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха на маршрутных и передвижных постах. Оценка негативных последствий загрязнения окружающей среды выбросами автотранспорта. Проведение наблюдений за химическим составом атмосферных осадков.

    курсовая работа [159,7 K], добавлен 18.02.2015

  • Антропогенная трансформация наземных экосистем. Комплексное исследование травянистой растительности стадиона "Политехник". Флористический и экологический анализ семейственно-видового спектра флоры различных биотопов. Методика геоботанических описаний.

    дипломная работа [803,3 K], добавлен 07.06.2014

  • Охрана атмосферного воздуха - ключевая проблема оздоровления окружающей природной среды. Загрязнение атмосферного воздуха, источники загрязнения. Глобальные экологические последствия загрязнения атмосферы. Нарушение озонового слоя. Кислотные дожди.

    реферат [33,4 K], добавлен 13.04.2008

  • Получение данных для расчета загрязнения атмосферного воздуха на исследуемом участке автомобильной магистрали. Оценка интенсивности движения автотранспорта. Расчет уровня загрязнения отработанными газами автотранспорта по концентрации оксида углерода.

    практическая работа [493,7 K], добавлен 11.04.2016

  • Экологический кризис Донбасса как промышленного района Украины. Экологическая ситуация в Донецкой области. Загрязнения атмосферного воздуха. Характеристика вредных веществ. Данные по производственным выбросам. Региональные проблемы Донецкой области.

    реферат [381,2 K], добавлен 03.02.2009

  • Отходы как источник загрязнения атмосферного воздуха, подземных и поверхностных вод, почв и растительности. Отходы производства и потребления, их вторичное использование в народном хозяйстве. Сбор, утилизация, обезвреживание промышленных отходов.

    реферат [26,1 K], добавлен 08.12.2010

  • Метеорологические условия, влияющие на формирование загрязнения атмосферного воздуха в городской среде. Оценка и сравнительный анализ состояния воздушной среды городов Вологда и Череповец. Организация контроля и мониторинга уровней загрязнения.

    дипломная работа [1,6 M], добавлен 16.09.2017

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.