Влияние загрязнения тяжелыми металлами на биологические свойства почв городов Ростовской области. Монография

41

проростков (длина корней, длина зеленых проростков, масса корней (воздушно-сухая), масса зеленых проростков (воздушно-сухая) (Красильников, 1958; Рыбакова, 1987). В качестве тест-объектов использовали и редис. Повторность 6 кратная.

Содержание гумуса определяли по методу И.В. Тюрина со спектрофотометрическим окончанием (Орлов, Гришина, 1981). Повторность 6-кратная.

рН почв определяли потенциометрическим методом (Практикум по почвоведению, 1986). Повторность 6-кратная.

Содержание ТМ в отобранных образцах определяли рентгенфлуорисцентным методом.

Для суждения об эколого-биологическом состоянии почвы недостаточно какого-либо одного показателя, так как каждый из них отражает лишь какую-то одну сторону биологических и биохимических процессов в почве. Поэтому необходимо использовать широкий набор показателей состояния почвы.

Для объединения большого количества показателей была разработана методика определения интегрального показателя биологического состояния почвы (ИПБС) (Вальков и др., 1999; Колесников и др., 2000; Казеев и др., 2003). Данная методика позволяет оценить совокупность биологических показателей. Для этого в выборке максимальное значение каждого из показателей принимается за 100 % и по отношению к нему в процентах выражается значение этого же показателя в остальных образцах.

Б1 = (Бх / Бmax) 100%, (1)

где Б1 — относительный балл показателя, Бх — фактическое значение показателя, Бmax — максимальное значение показателя.

После этого, суммируются уже относительные значения многих показателей (например, активность разных ферментов, дыхание,

42

содержание гумуса и др.). Их абсолютные значения суммированы быть не могут, так как имеют разные единицы измерения (мг, % и т.д.). После этого рассчитывается средний оценочный балл изученных показателей для образца (варианта):

где Бср. — средний оценочный балл показателей, N — число показателей. Интегральный показатель эколого-биологического состояния почвы

где Бср. — средний оценочный балл всех показателей, Бср. mах — максимальный оценочный балл всех показателей.

При диагностике загрязнений за 100 % принимается значение каждого из показателей в незагрязненной почве и по отношению к нему в процентах выражается значение этого же показателя в загрязненной почве.

При антропогенном воздействии на почву среднее значение выбранных показателей, в большинстве случаев, снижается, в то время как отдельные показатели биологической активности почвы могут увеличиваться. Таким образом, снижение интегрального показателя биологического состояния почвы, как правило, находится в прямой зависимости от степени воздействия антропогенного фактора.

При расчете интегрального показателя должны использоваться не любые показатели биологической активности почв, а наиболее информативные. Именно они должны составлять основу интегрального показателя. Окончательное формирование набора показателей, составляющих интегральный показатель, требует дальнейшей разработки. В перспективе, набор показателей и методики их определения должны быть стандартизированы. При этом показатели свойств почвы, входящие в

43

интегральный показатель, могут различаться в зависимости от того, действие какого антропогенного фактора исследуется и нормируется.

Корректно измерить масштабы изменений, произошедших под влиянием антропогенного фактора, можно, лишь сравнив содержание тяжелых металлов в почве в настоящий момент времени с исходной их концентрацией. По кратности увеличения содержания можно судить о глубине антропогенного воздействия. Однако, очень часто аналитические данные, характеризующие исходное состояние агроэкосистемы, отсутствуют, в связи с чем для сравнения используется фоновая почва (под фоном в данном случае мы понимаем однотипную, условно незагрязненную почву).

Для оценки совокупного действия поллютантов в качестве интегрального показателя в настоящее время широко используется суммарный коэффициент техногенного загрязнения, рассчитываемый на основе сложения коэффициентов техногенного загрязнения отдельных элементов (Снакин, 1995):

Zc=∑Kci-(n-1), (4)

где ZС – суммарный коэффициент техногенного загрязнения; n – количество загрязнителей;

Ксi - коэффициент концентрации i-го загрязняющего компонента, равный кратности превышения содержания данного компонента над фоновым значением:

Кс=Сi/Cф (5)

где Сi – фактическое содержание i-го элемента в пробе, мг/кг; Сф – фоновое содержание i-го элемента, мг/кг.

44

Таблица 4 Оценка уровня химического загрязнения почвы (СанПиН 2.1.7.1287-03)

Таблица 5 Фоновое содержание ТМ в черноземе обыкновенном карбонатном, мг/кг

Данный показатель при использовании его для оценки воздействия на окружающую среду является, на наш взгляд, более информативным, так как отражает относительную динамику показателей и учитывает их совместное воздействие. В тоже время, использование суммарного коэффициента техногенного загрязнения, так же, как и система ПДК, имеет ряд ограничений.

Во-первых, при расчете данного показателя не учитывается различная степень токсичности элементов, что может привести или к недооценке степени экологической напряженности.

Во-вторых, в случае, если территория загрязнена преимущественно одним или двумя элементами, суммарный коэффициент техногенного загрязнения не отражает реальной напряженности экологической ситуации.

45

Результаты оценки в значительной степени определяются величиной фоновых концентраций элементов и соединений, поэтому очень важно корректно подобрать фоновую почву. Прежде всего, в качестве фоновых концентраций содержания тяжелых металлов в почве можно использовать рекомендуемые фоновые значения, приведенные в Методических указаниях Министерства охраны окружающей среды (1993). Однако, данные показатели не учитывают геохимические особенности провинции и, тем более, локальные природные особенности.

Более приемлемым является использование фоновых значений, установленных в условиях конкретного региона. Фоновые значения, учитывающие особенности конкретного региона, позволят более объективно оценить степень геохимических изменений, произошедших под влиянием антропогенного фактора. Поэтому целесообразно было использовать реальные фоновые значения, определенные в образцах из памятника природы «Персиановская степь».

4.2. СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

Биологические свойства почвы характеризуются высокой степенью варьирования. Поэтому для получения достоверных данных обязательна их тщательная статистическая обработка. В настоящем исследовании был проведен корреляционный анализ (Доспехов, 1979; Дмитриев, 1995).

Корреляционный анализ применяли для изучения тесноты и формы связи между концентрацией в почве загрязняющего вещества и исследуемыми показателями, а также между различными показателями эколого-биологического состояния почвы.

46

ГЛАВА 5. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

5.1. ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТМ НА ЭКОЛОГОБИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ Г.РОСТОВА-НА- ДОНУ

5.1.1. Содержание ТМ и других элементов в почвах г. Ростова-на-Дону.

Результаты исследования содержания ТМ и других элементов в почвах г.Ростова-на-Дону приведены в таблицах 6-8. и на рисунке 1.

Таблица 6 Содержание Mg, Al, Si, P, K, Ca в почвах города Ростова-на-Дону

47

48

Таблица 8

Коэффициенты концентрации загрязняющих компонентов почв г.Ростова-на-Дону

49

Рисунок 1. Суммарный показатель загрязнения почв г.Ростова-на-Дону

Как видно из таблицы 9, Kc для кобальта, рассчитанные с использованием рекомендованных СП11-102-97 фоновых значений, меньше в 8,5 раз чем Кс, рассчитанных с использованием значений, полученных в образцах, отобранных из «Периановской степи». Для никеля Кс (СП11-102-97) меньше чем Кс («Перисиановская степь») почти в 2 раза. Для меди Кс(СП11-102-97) меньше чем Кс («Перисиановская степь») в 0,8 раз. Для цинка Кс(СП11-102- 97) больше чем Кс(«Перисиановская степь») в 0,8 раз. Для мышьяка Кс(СП11-102-97) больше чем Кс(«Перисиановская степь») в 1,4 раза. Для свинца Кс(СП11-102-97) больше чем Кс(«Перисиановская степь») в 1,5 раза.

Самый большой Кс для кобальта зарегистрирован в образце, отобранном из парка им. Вити Черевичкина (1,13 (СП11-102-97) и 9,71 («Перисиановская степь»)). Показания Кс для никеля максимальны в почве близ Парка им. Горького (1,38 (СП11-102-97) и 2,74 («Перисиановская степь»)). Максимальные величины Кс для цинка, мышьяка, меди, свинца зарегистрированы в почве близ завода «Эмпилс». Минимальные величины Кс для кобальта, никеля, мышьяка, меди, цинка зарегистрированы в почве, отобранной в парке «Плевен».

50

Почти во всех образцах величины Zc, рассчитанные с использованием рекомендованных фоновых концентраций, меньше в 1,5-2 раза величин Zc, рассчитанных с использованием реальных фоновых концентраций.

Минимальные значения Zc наблюдается в почве, отобранной в парке «Плевен» (4(СП11-102-97) и 6 («Перисиановская степь»)). Максимальные значения Zc характерны для почвы, отобранной близ завода «Эмпилс» (46), что относится к опасной категории загрязнения (табл.4). Почвы из всех остальных мест отбора почвенных образцов относятся к допустимой категории загрязнения.

5.1.2. Биологические свойства почв г.Ростова-на-Дону

Результаты исследования биологических свойств почв г.Ростова-на- Дону приведены в таблицах 9,10 и на рисунке 2.

Рисунок 2. ИПБС почв г. Ростова-на-Дону, % от фона

Как видно из рисунка 2, значение ИПБС варьируется от 94% до 38%. Максимальное значение ИПБС – 94% характерно для почвы, отобранной в парке «Плевен». Минимальные значения ИПБС – 38% и 62% зарегистрированы в почвах отобранных близ завода «Эмпилс» и в парке им. Вити Черевичкина.