Лекция № 11 Тема: Использование методов природной индикации для оценки состояния окружающей среды

1. Классификации природных индикаторов.

2. Требования предъявляемые к природным индикаторам

1 Классификации природных индикаторов. Одним из основных методов оценки экологического состоя­ния окружающей среды, накопления и перераспределения загрязняющих веществ в отдельных компонентах геосистем является природная индикация. Теоретической основой природной индика­ции загрязнения окружающей среды заложены в работах В. И. Вер­надского (идеи о миграции химических элементов) и развиты в дальнейшем Б. Б. Полыновым, А. П. Виноградовым, М. А. Глазовской, А. И. Перельманом и др.

Под индикаторами мы понимаем такие природные системы любых уровней, которые на изменение их окружающей среды реагируют качественными изменениями их собственных свойств, которые человек может зафиксировать каким-либо об­разом. Для наших исследований несомненный интерес представляют индикаторы - компоненты природы, реагирующие своим изменени­ем на антропогенное воздействие. Существенное различие между физическими (инструментальными) измерениями отдельных параметров под влиянием техногенного воздействия и их природной индикацией состоит в том, что если у первого (инструментального) метода оценивается первоначально состояние фактора и вторично возможная реакция природной среды или системы, то у второго ( природной инди­кации) сначала оценивается состояние системы под воздействи­ем фактора, и вторично - качественные характеристики влияющего фактора.

По способу реакции на изменение среды природные индика­торы подразделяются на два основных типа - сенсорные и ак­кумулятивные А. В. Евсеев, Т. М. Красовская, (1996). Сенсорные отличаются высокой чувствительностью на загрязняющие вещества. Они не только реагируют на воздействие токсичных веществ уменьшением продолжительности жизни, биологической продуктивности, но и отражают внешним видом их повышенные концентрации. Аккумулятивные природные индикаторы, напротив выдерживают значительные нагрузки и накапливают большое ко­личество загрязняющих веществ. В следствии этого, способность накапливать токсические соединения мало отражается на их внешних морфологических признаках.

2 Требования предъявляемые к природным индикаторам. К использованию природных индикаторов предъявляется ряд требований А. В. Евсеев, Т. М. Красовская, (1996):

- природная индикация должна проводиться в сжатые сроки;

- нужно по возможности исключить влияние внешних факторов, кроме анализируемого;

- природная индикация должна давать сопоставимые результа­ты, которые можно получить ври повторном исследовании;

- индикатор должен быть широко представлен в исследуемом районе и сопоставим с другими аналогичными индикаторами;

- аккумулятивные индикаторы должны давать количественные характеристики, а сенсорные должны предварительно ранжироваться;

Одной из многочисленных особенностей использования при­родных индикаторов является возможность выявления естествен­ного геохимического фона отдельных компонентов геосистем, сильно изменяющихся в результате антропогенной деятельнос­ти. Используемый в настоящее время метод выбора фоновых кон­центраций элементов - возможных загрязнителей природной сре­ды на удалении от источников выброса не всегда оправдывает себя, что связано с процессами глобального и регионального рассеяния элементов загрязнителей.

В проводимых исследованиях по г. Саранску были задействованы следующие виды природной индикации: фитоиндикация, педоиндикация, индикация по снежному покрову.

Индикационные особенности растений широко освещены как в отечественных работах (Ковальский, 1974; Евсеев, 1988; Ники­форова, 1979 и другие), так и зарубежных (Меннинг, 1985; Мартин, 1984; Nash, 1976 и другие).

Растения является первым звеном в цепи поглощения токсикантов в условиях городской среды и нередко служат защитным экраном для городских почв, перехватывая вредные компоненты кислотных дождей, выбросы промышленных производств и автот­ранспорта и трансформируя их состав в результате биологичес­кого поглощения и минерализации.

Одной из важнейших задач в исследованиях экологической обстановки городской среды является геохимическое изучение почвенного покрова. Продукты антропогенной деятельности пос­тупая на земную поверхность, аккумулируются в приповерхностных горизонтах почв, изменяют их химический состав и вновь вовлекаются в природные и техногенные циклы миграции.

Во характеру геохимического изменения естественных и слабо измененных почв антропогенных территорий можно судить о степени их техногенной трансформации.

Теоретические основы по изучении процессов миграции, ак­кумуляции и трансформации загрязняющих веществ, в том числе тяжелых металлов в почвах, возможности их самоочищения сос­редоточены в ряде фундаментальных работ (Ковда и др., 1959; Глазовская, 1972, 1978, 1981, 1988, Перельман, 1975, 1979, 1986; Зырин, Малахов, 1881; Добровольский, 1983, 1989; Ор­лов, 1985; Каббата-Пендиас, 1989 и др.).

Как правило, техногенные ореолы в почвах фиксируют ин­тенсивность загрязнения в течении последних 20-50 лет. Мини­мальное время формирования достаточно контрастных педогеохимических аномалийй зависит от типа воздействия и составляет в среднем 5-10 лет, хотя для отдельных элементов (мышьяк, цинк) это может быть 1-2 года (Экогеохиммя..., 1995).

Ореолы в почвах более статичны, чем в воздухе, снеге и растениях, так как они способны аккумулировать поллютанты в течении всего периода техногенного происхождения. Поэтому педогеохимическая индикация и картографирование являются од­ним из основных методов оценки экологического состояния го­родской среды.

По эффекту воздействия на городские почвы техногенные вещества объеденены в две группы М. А. Глазовская, (1988).

Первая: педогеохимические вещества - преобладают по массе в выбросах, изменяют щелочно-кислотные и окислительно-восстановительные условия в почвах. Это в основном нетоксич­ные и слаботоксичные элементы с высокими кларками - Fe, Ca, Мg, щелочи и минеральные кислоты. При достижении определенного предела подкисление или подщелачивание сказывается на почвенной флоре и фауне. Педогеохимически активны и некото­рые газы, например сероводород и метан, изменяющие окислительно-восстановительную обстановку миграции.

Вторая: биохимически активные вещества - действуют прежде всего на живые организмы. Это обычно типоморфные для каждого вида производства высокотоксичные поллютанты с низкими кларками (ртуть, кадмий, свинец, сурьма, селен и др.), образующие более контрастные относительно фона ореолы и представляющие опасность для биоты и человека.

Загрязнение почв городской среды макро- и микроэлементами сопровождается трансформацией почвенно-геохимической структуры территорий. Возрастает радиальная геохимическая дифференциация почвенного профиля за счет накопления поллютантов в верхних горизонтах. В дерново-подзолистых и серых лесных почвах техногенная аккумуляция затушевывает фоновую эллювиально-иллювиальную дифференциацию профиля, а в черноземах, равномерное распределение металлов сменяется поверхностно-аккумулятивным. Неравномерность загрязнения почвенного покрова городской среды ведет к появлению случайных соотношений химических элементов между почвами автономных и под­чиненных ландшафтов из-за усиления ливневого потока, подтопления загрязненными грунтовыми и поверхностными водами и др. антропогенными факторами.

Первые исследования снежного покрова геохимической направленности были начаты более 50 лет назад (Вашков В. И. , Постников П. А., Самонова В. И., 1936). Большая часть исследо­ваний снежного покрова посвящена выявлению аномалий, образующихся в результате воздействия единичных источников загряз­нения (обособленных промпредприятий). Значительно меньше работ посвящено изучению зон загрязнения промышленных комп­лексов, объединяющих несколько предприятий (Глазовский Н. Ф., Злобина А. И., Учватов В. П., Назаров И. М., Ренне О. C., Фридман Ш. Ф. и др., 1974).

Лишь единичные исследования снежного покрова ставили своей целью выявление интегрального поля воздействия круп­ных промышленных центров (Павленко, Батоян, Кучумова, 1981, Осовин, 1963; Андрианов А. И., Дроздова В. М., 1975). Первым сообщением в области мониторинга снежного покрова является монография В. Н. Василенко, И. М. Назарова, Ш. Д. Фридмана (1985).

Индикация поступающих в атмосферу загрязняющих веществ по снежному покрову, является одним из методов эколого-геохимической оценки состояния территории. Снежный покров выс­тупает естественным накопителем загрязняющих веществ содер­жащихся в атмосфере. Анализ проб снежного покрова позволяет прослеживать динамику загрязнения как за весь зимний сезон, так и за отдельные периоды. Индикация по снежному покрову, помогает в определении вещественного состава и мощности выб­росов предприятий, выявления особенностей локального и ре­гионального переноса загрязняющих веществ.