Тяжелые металлы в системе вода-почва-растение в условиях орошения техногенно-загрязненной водой Саптарова, Лилияна Минкаировна
480 руб. | 150 грн. | 7,5 долл. ‘, MOUSEOFF, FGCOLOR, ‘#FFFFCC’,BGCOLOR, ‘#393939’);» onMouseOut=»return nd();»> Диссертация, — 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья
Автореферат — бесплатно , доставка 10 минут , круглосуточно, без выходных и праздников
Саптарова, Лилияна Минкаировна. Тяжелые металлы в системе вода-почва-растение в условиях орошения техногенно-загрязненной водой : диссертация . кандидата биологических наук : 03.02.08 / Саптарова Лилияна Минкаировна; [Место защиты: Ин-т биологии Уфим. науч. центра РАН].- Уфа, 2011.- 163 с.: ил. РГБ ОД, 61 12-3/62
Введение к работе
Актуальность темы. Загрязнение окружающей среды, в особенности
воды, почв и растений, тяжелыми металлами (ТМ), обладающими высокой
токсичностью, является актуальной экологической проблемой
современности. По данным Я.Т.Суюндукова и Ю.А.Шагиевой (2001), Л.Н.Белан (2003) особенностью почв Зауралья Башкортостана является их естественный повышенный фон по содержанию ТМ, на который накладывается техногенное загрязнение. Одним из мощных антропогенных источников поступления токсикантов в окружающую среду являются отходы предприятий горнодобывающей промышленности (Шилова и др., 1984; Матвеев, Прохорова и др., 1985, 1988; Ильин и др., 2000; Шагиева и др., 2003, 2004). Кроме того, поступая через внутри- и надпочвенные стоки, тяжелые металлы выступают в качестве загрязнителей водоемов Зауралья. В свою очередь, водные объекты, в особенности реки, способствуют более активной миграции ТМ, которые вновь попадают на поверхность почвы, включаются в почвообразовательный процесс, поглощаются растениями и поступают в пищевые цепи живых организмов (Коршиков,1996; Габбасов, 2000; Габбасова, 2003). Важную роль в водоснабжении промышленных предприятий, населенных пунктов и орошении сельскохозяйственных угодий Зауралья Башкортостана играет река Таналык.
Развитие орошаемого земледелия в регионе с использованием для полива водных ресурсов из естественных и искусственных водоемов, которое предусмотрено в рамках реализации «Среднесрочной комплексной программы экономического развития Зауралья на 2011-2015 годы», недостаточно обосновано с точки зрения охраны окружающей среды. В частности, остаются малоизученными вопросы влияния поведения тяжелых металлов в системе «вода-почва-растения».
Целью исследований явилось изучение динамики распределения тяжелых металлов в системе «вода-почва-растение» в условиях орошения техногенно-загрязненными водами реки Таналык.
Задачи:
1. Изучить динамику загрязнения воды реки Таналык и почв прибрежной зоны тяжелыми металлами;
Определить содержание и взаимосвязь тяжелых металлов в садово-огородных почвах и в растениеводческой продукции в условиях орошения водой реки Таналык;
Исследовать закономерности накопления и распределения металлов в системах почва-растение, вода-растение в зоне орошения техногенно-загрязненными водами.
Научная новизна. Впервые в условиях Зауралья Башкортостана на основе комплексных исследований выявлены особенности накопления и распределения ТМ в системе «вода-почва-растение» в условиях орошения техногенно-загрязненными водами.
Практическая и теоретическая значимость исследований.
Результаты исследований позволяют дать оценку экологического
состояния воды реки Таналык, почв и качества выращиваемой на них
продукции растениеводства в пределах исследуемой территории. Результаты
могут быть основой для проведения мониторинговых исследований по
динамике тяжелых металлов в воде, почвах и растениях, а также для
разработки основных направлений и методов природоохранных
мероприятий, обеспечивающих экологическую безопасность населения в
регионе. Результаты работы могут быть использованы Министерством
природных ресурсов Республики Башкортостан для обеспечения
экологической безопасности использования воды рек Башкирского Зауралья при орошении с целью повышения продуктивности растительной продукции.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
В результате загрязнения ТМ под влиянием отработанного карьера Куль-Юрт-Тау и города Баймак, качество воды в верховье реки Таналык не соответствует нормативным требованиям для воды рыбохозяйственного назначения.
Садово-огородные почвы, расположенные в черте города Баймак, загрязнены относительно РГФ медью, цинком и кадмием под влиянием ОАО «БМЛЗ» и орошения техногенно-загрязненной водой реки Таналык.
— Концентрация тяжелых металлов в растениях зависит от их
содержания в почвах и поливной воде. Она закономерно снижается с
уменьшением общего объема поливной воды.
Организация исследований. Работа проводилась с 2008 по 2011 гг.,
выполнена в рамках плановой научно-исследовательской деятельности
Государственного автономного научного учреждения Институт
региональных исследований, а также по Государственной научно-технической программе Республики Башкортостан (госконтракт 17/3-Б).
Декларация личного участия автора. Автором определены цель и задачи, осуществлен выбор методов проведения исследований. Проведен сбор, обработка данных лабораторных исследований, подготовка материалов к опубликованию. Выполнена статистическая обработка результатов, анализ и обобщение полученных результатов, сформулированы научные положения и выводы.
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на региональных (Уфа, 2008; Сибай, 2010а,б), на II Всероссийской (Уфа, 2010), Международной (Чебоксары, 2011 а,б) научно-практических конференциях.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 12 научных работ, в том числе 2 в изданиях рекомендованных ВАК РФ
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, список литературы. Работа изложена на 163 страницах, включая 15 таблиц, 25 рисунков. Список литературы включает 277 источника, в том числе 35 иностранных.
Источник
Диссертация тяжелые металлы почвы
На правах рукописи
Корчагина Кристина Викторовна
ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ГОРОДСКИХ ПОЧВ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ С УЧЕТОМ ПРОФИЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИХ ОБЪЕМНЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ
Специальность 03.02.13 — почвоведение
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Работа выполнена на кафедре физики и мелиорации почв факультета почвоведения Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова
Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор
МГУ имени М.В. Ломоносова Смагин Андрей Валентинович
Официальные оппоненты: доктор биологических наук,
ведущий научный сотрудник Института Водных проблем РАН Щеголькова Наталия Михайловна
кандидат биологических наук, ведущий эколог филиала ОАО «Гипротрубопровод» — «Инженерные изыскания»
Ермак Антон Александрович
Ведущая организация: РГАУ — МСХА имени К.А. Тимирязева
Защита состоится « 23 » декабря 2014 года в 1530 в аудитории 398-М на заседании Диссертационного совета Д 501.001.57 при Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1, стр.12, Факультет почвоведения МГУ.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУ имени М.В. Ломоносова.
Автореферат разослан « £&7]/рЩсР 2014 г.
Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании диссертационного совета или присылать отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, по адресу: 119991, ГСП-1, Москва, Ленинские горы, д.1, стр. 12, МГУ им. М.В. Ломоносова, ф-т Почвоведения, Ученый совет. Факс (495) 939-29-47
Ученый секретарь Диссертационного совета, Доктор биологических наук,
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Городские территории испытывают высокую антропогенную нагрузку, в результате которой происходит сильная загрязненность почв тяжелыми металлами. Поступление тяжелых металлов в почву обусловлено выбросами автотранспорта, промышленных предприятий, тепловых электростанций, миграцией из свалок и открытых карьеров.
В попытках урегулировать и сократить процесс загрязнения городских почв в Москве, первом из субъектов Российской Федерации, был принят закон «О городских почвах», а также существует ряд нормативных и методических документов в области экологического нормирования. Но в современном природоохранном законодательстве не достаточно подробно разработана научно-обоснованная дифференцированная система нормативов качества городских почв, что затрудняет их экологическую оценку и рекультивацию. Очевидно, что в отличие от гомогенных сопредельных сред (вода, воздух) почва, как существенно неоднородный сложноорганизованный с физической точки зрения профильно — распределенный объект, не может быть репрезентативно охарактеризована только показателем концентрации загрязняющего вещества в поверхностном слое. Отсюда возникает необходимость дальнейшей разработки критериев загрязнения городских почв с учетом физической организации этих объектов для адекватной экологической оценки качества.
Цель диссертационной работы
Исследовать на количественном уровне влияние физической организации городских почв на ресурсную оценку их техногенного загрязнения.
1. Изучить закономерность профильного распределения техногенных поллютантов на примере тяжелых металлов 1, 2 класса опасности на территории Москвы;
2. Проанализировать влияние профильного распределения загрязняющих веществ почв на результат оценки техногенного загрязнения по объемным концентрациям и запасам поллютанта;
3. Проанализировать влияние плотности почв на результат оценки техногенного загрязнения по объемным концентрациям и запасам поллютанта;
4. Обосновать систему нормативов техногенного загрязнения почв тяжелыми металлами 1, 2 класса опасности на базе действующих ОДК и ПДК с учетом физической организации исследуемых объектов.
Впервые для условий г. Москвы выявлена роль физической организации почв в оценке их техногенного загрязнения и на этой основе предложены дифференцированные критерии и нормативы качества городских почв как распределенного гетерогенного ресурса. На этой основе произведена тестовая оценка загрязнения почв тяжелыми металлами и мышьяком в основных административных округах г. Москвы, охватившая наряду с традиционно-изучаемыми поверхностными горизонтами всю условно-нормативную почвенную толщу мощностью 1 метр. Это позволило выявить удаленные от поверхности очаги загрязнения почв ряда округов (ЮВАО, BAO), преимущественно с наличием промышленных зон, и произвести корректировку степени загрязнения подобных объектов в сторону ее увеличения.
1. Адекватная оценка техногенного загрязнения городских почв невозможна без учета профильного распределения поллютанта в условно-нормативной толще (1м, согласно закона г. Москвы «О городских почвах»),
2. Поверхностные слои почвы (подстилка, гумусовый горизонт, искусственные торфосмеси), которые используются для определения уровня загрязнения почвы в настоящее время, сильно различаются по плотности. Поэтому целесообразно проводить оценку с использованием показателей концентрации поллютанта относительно объема вмещающего слоя, а не относительно массы почвы.
3. В качестве интегрального ресурсного показателя загрязнения городских почв в границах условно-нормативной толщи целесообразно использовать запасы валовых форм поллютантов, рассчитываемые по данным о профильном распределении их объемных концентраций.
4. Использование показателей запасов поллютанта вместо массовых концентраций позволит давать корректную оценку уровня загрязнения почвы тяжелыми металлами, не требуя изменения уже функционирующей нормативно-законодательной базы.
Результаты исследования могут быть использованы для развития научно-обоснованной нормативно-правовой базы оценки экологического качества почв мегаполиса, как первоочередной задачи Закона г. Москвы от 4 июля 2007 года №31 «О городских почвах» (в редакции Законов города Москвы от 21.11.2007 № 45, от 10.06.2009 № 19, от 03.04.2013 № 13). Кроме того, получаемые данные профильного распределения и суммарных запасов поллютантов в условно-нормативной почвенной толще необходимы для информационного обеспечения технологий ремедиации и рекультивации загрязненных почв.
Результаты работы и основные положения были представлены и обсуждались на конференции «Научная конференция молодых ученых и специалистов РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева» (Москва, 2013); на VI молодежной международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука XXI века: новый подход» (Санкт-Петербург, 2013), на IX Международной научно-практической конференции «Науки о Земле на современном этапе» (2013), на VI Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы экологии Южного Урала» (Оренбург, 2013), на XXI Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых Ломоносов — 2014 (Москва, 2014) и на заседаниях кафедры физики и мелиорации почв факультета почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова.
По теме диссертационной работы опубликовано 6 статей (из них 3 в журналах, рекомендованных ВАК) и 3 тезиса докладов.
Объем и структура работы
Диссертационная работа изложена на 145 страницах, включая 9 таблиц и 57 рисунков; состоит из введения, трех глав (обзор литературы, объекты и методы исследования, обсуждение результатов исследования), выводов, списка цитируемой литературы, включающего 134 наименования (из них 33 на английском языке).
Автор выражает благодарность своему научному руководителю проф. А.В. Смагину; заведующему кафедры физики и мелиорации почв проф. Е.В. Шеину за оказанное внимание, поддержку и помощь в работе; в.н.с. НИиПИ Экологии Города к.б.н. Т.В. Решетиной за ценные консультации и советы в работе.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. Обзор литературы
Глава состоит из трех разделов. В первом разделе охарактеризовано техногенное загрязнение городских почв и его источники; рассмотрены встречающиеся в городских почвах тяжелые металлы и их влияние на свойства городских почв (Бычинский, 2008; Савич, 2012; Добровольский, 1997; Водяницкий, 1998 и др.; Зубкова, Карпачевский, 2001; Ладонин, Ладонина, 2000; Мотузова, Карпова, Барсова, 2011; Прокофьева, Строганова, 2004; Строганова, Агаркова, Мягкова, 1997; Строганова, Прокофьева, 1998; ВгасП, 2005, А11о\уау, 1990).
Во втором разделе рассмотрены методы проведения оценки степени загрязнения почв тяжелыми металлами в настоящее время в Москве и исследован зарубежный опыт экологической оценки почв. (Барсегян, Гендугов, Глазунов, 2009; Большаков и др., 1999; Водяницкий, 2011; Гусева, 2008;
Макаров, 2003; Пинский Д.Н.,2012; Смагин, Шоба, Макаров, 2008; Савич и др., 2012; Яковлев, Гендугов, Глазунов, 2009; Щеголькова 2006, 2007; Яковлев и др., 2010; Юхан, 2009; Candeias, 2010; Coby S.C. Wong, 2006; Morton Bermea, 2009).
В третьем разделе обсуждена роль физических показателей почвы (плотности и профильного распределения поллютанта) в оценке уровня загрязнения почв тяжелыми металлами (Смагин, Шоба, Макаров, 2008).
Глава 2. Объекты и методы исследования
В соответствии с ГН 2.1.7.2041-06 и ГН 2.1.7.2042-06 нормативы ПДК и ОДК действуют на всей территории Российской Федерации для всех видов землепользования и одинаковы для всех почв. Поэтому отбор проб производился на всей территории Москвы независимо от типа почвы, ее свойств, близости или удаленности к источникам загрязнения. Для того, чтобы исследовать всю территорию города, образцы отбирались в каждом административном округе. На законодательном уровне оценка загрязнения почв проводится одинаково на всей территории Москвы. Единственная дифференциация значений ПДК и ОДК проводится на уровне гранулометрического состава, который фиксировался для каждого разреза. Поэтому исследование проводилось на территориях разного назначения. Среди мест отбора проб были территории промышленных (ЮВАО), торговых предприятий (ЮЗАО, ЮАО) и жилые территории (ЗАО, СВАО, CAO, СЗАО), территории вблизи крупных магистралей (ЮВАО, ЗАО, ЦАО, СЗАО) и удаленные от них (BAO, ЮАО).
Для определения содержания тяжелых металлов 1 и 2 класса опасности во всех округах закладывалось несколько разрезов (номер разреза будет указываться рядом с названием административного округа, например ЮВА01, ЮВА02, ЮВАОЗ и т.д.), в каждом из которых в летний период отбирались смешанные пробы для определения валового содержания тяжелых металлов так, чтобы каждая проба представляла собой часть почвы, типичной для генетических горизонтов или слоев данного типа почвы в соответствии с ГОСТ 17.4.3.01-83. Валовое содержание тяжелых металлов в мг/кг определялись в соответствии с М-МВИ-80-2008, а также ПНД Ф 16.1:2.23-2000. На тех же глубинах, на которых проводился отбор проб, отбирались образцы для определения плотности сложения почв традиционным буровым методом (Шеин, 2005). Среди тяжелых металлов 1 класса опасности были определены концентрации цинка, свинца, кадмия, мышьяка и ртути. Среди тяжелых металлов 2 класса опасности были определены концентрации никеля и меди.
В законе «О городских почвах» № 31, принятом на уровне субъекта федерации (г. Москвы) 04.07.2007 в статье 1 предложена условная граница в 1 метр, отделяющая городские почвы как объект экологической оценки, мониторинга и менеджмента. Расчет запасов на метровую толщу дает возможность увидеть реальный запас загрязняющего вещества, влияющий и угнетающий растения суммарными запасами в слое данной мощности
(концентрациями относительно объема вмещающего слоя), а не массовыми долями (концентрациями относительно массы почвы), в особенности в поверхностных слоях, сильно различающихся по плотности. К тому же корни растительности, в особенности древесной и кустарниковой, занимают значительно большее пространство, чем верхние 10-20 см, где принято исследовать загрязнение в настоящее время; отсюда суммарные запасы поллютанта во всей корнеобитаемой толще будут более адекватным показателем загрязнения и угнетения растительности, чем поверхностные концентрации (Смагин, Шоба, Макаров, 2008). Поэтому для расчетов запасов тяжелых металлов использовалась именно глубина 1 м.
По исходной информации рассчитывались объемные концентрации на исходных глубинах, на основе которых была проведена математическая обработка профильного распределения объемных концентраций на всю глубину разреза с шагом 5 см (в верхнем десятисантиметровом слое) и 10 см (по всему профилю начиная с глубины 10 см), включающая сплайн-аппроксимацию исходных данных, интерполяцию на метровую толщу и численное интегрирование в пределах указанной толщи (автор компьютерной программы М.В. Глаголев). В результате численного интегрирования были рассчитаны запасы тяжелых металлов (ЗВ) в метровой толще по аппроксимированным данным о профильном распределении объемных концентраций в исследуемой почве (рьС) и глубине почвы (И) по формуле:
Аналогичным образом определялись запасы в промежуточных слоях почвенной толщи фиксированной мощности 0-10см, О-ЗОсм, 0-50см и типы профильного распределения вещества, необходимые для принятия управленческих решений по ремедиации почв и рекультивации. Для оценки были использованы логические функции, оперирующие неравенствами (Смагин, Шоба, Макаров 2008):
ЗВ (50 см) глубокопрофильное загрязнение;
ЗВ (30 см) профильное загрязнение;
ЗВ (10 см) неглубокопрофильное загрязнение;
в остальных случаях — поверхностное загрязнение.
Полученные данные запасов тяжелых металлов в метровой толще почвы были сопоставлены с условно-нормативными величинами запаса тяжелых металлов (ПДКг/м2), которые были получены путем пересчета общепринятых ПДК и ОДК в единицу измерения г/м2 (Смагин, Шоба, Макаров 2008). Для пересчета авторами была использована средняя плотность (р) минеральных почв в метровой тоще (И) — 1,5 г/см3 (или 1500 кг/м3):
ПДК(мг/кг) * р (кг/м3) * И (м) = ПДК(г/м2)
Полученные результаты таких расчетов авторами были сведены в дифференцированную систему нормативов для оценки качества почвенных ресурсов г. Москвы (табл. 1).
Условно-нормативные величины запаса тяжелых металлов (ПДКГ/М2)
Градации (степень пески, супеси легкие, средние тяжелые суглинки,
загрязнения): суглинки глины, перегной, торф
Источник