Экологическое состояние города Кокшетау в зависимости от состояния атмосферного воздуха
РЕФЕРАТ 2
СОДЕРЖАНИЕ 3
ВВЕДЕНИЕ 4
1.ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 6
1.1 Проблема загрязнения атмосферного воздуха. 6
1.2 Состояние атмосферы над Казахстаном. 8
1.3 Краткая характеристика тяжелых металлов. 10
1.4 Тяжелые металлы в почве 11
1.5 Тяжелые металлы и почвенная биота. 13
1.6 Влияние тяжелых металлов на растения. 15
1.7 Влияние загрязнения тяжелыми металлами природной среды на здоровье населения. 19
2. ПРИРОДНО.КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ Г. КОКШЕТАУ И ПРИЛЕГАЮЩЕЙ ТЕРРИТОРИИ. 24
2.1 Рельеф 24
2.2 Климатические условия. 26
2.3 Гидрографическая сеть 29
2.4 Произрастающая растительность 31
3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 33
3.1 Зоны исследования. 33
3.2 Материалы исследования и методика отбора проб 33
3.3 Методы исследования. 33
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 36
4.1 Экологическое состояние г. Кокшетау 36
4.2 Влияние выбросов загрязняющих веществ районной котельной №1 и №2 на атмосферный воздух г. Кокшетау. 43
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 45
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 46
СОДЕРЖАНИЕ 3
ВВЕДЕНИЕ 4
1.ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 6
1.1 Проблема загрязнения атмосферного воздуха. 6
1.2 Состояние атмосферы над Казахстаном. 8
1.3 Краткая характеристика тяжелых металлов. 10
1.4 Тяжелые металлы в почве 11
1.5 Тяжелые металлы и почвенная биота. 13
1.6 Влияние тяжелых металлов на растения. 15
1.7 Влияние загрязнения тяжелыми металлами природной среды на здоровье населения. 19
2. ПРИРОДНО.КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ Г. КОКШЕТАУ И ПРИЛЕГАЮЩЕЙ ТЕРРИТОРИИ. 24
2.1 Рельеф 24
2.2 Климатические условия. 26
2.3 Гидрографическая сеть 29
2.4 Произрастающая растительность 31
3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 33
3.1 Зоны исследования. 33
3.2 Материалы исследования и методика отбора проб 33
3.3 Методы исследования. 33
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 36
4.1 Экологическое состояние г. Кокшетау 36
4.2 Влияние выбросов загрязняющих веществ районной котельной №1 и №2 на атмосферный воздух г. Кокшетау. 43
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 45
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 46
Современная цивилизация осуществляет невиданное давление не природу. Загрязнение природной среды промышленными выбросами оказывает вредное действие на людей, животных, растений, почву, здания и сооружения, снижает прозрачность атмосферы, повышает влажность воздуха, увеличивает число дней с туманами, уменьшает видимость, вызывает коррозию металлических изделий.
Под загрязнением окружающей среды следует понимать изменение свойств среды (химических, механических, физических, биологических и связанных с ними информационных), происходящие в результате естественных или искусственных процессов и приводящие к ухудшению функции среды по отношению к любому биологическому объекту.
Используя различные элементы окружающей среды в своей деятельности, человек изменяет ее качество. Часто эти изменения выражаются в неблагоприятной форме загрязнения. Естественные процессы загрязнения имеют в природе антиподы, способные нейтрализовать действие природного загрязнителя, а многие вещества, созданные человеком, являются инородными по отношению к природе. Естественные источники загрязнения обычно удалены от среды обитания человека, а антропогенные расположены в районах концентрации населения.
Увеличение масштабов загрязнения атмосферы требуют быстрых и эффективных способов защиты ее от загрязнений, а также способов предупреждения вредного воздействия загрязнителей воздуха. При современных уровнях загрязнения вредные вещества от источника загрязнения распространяются на десятки и сотни километров. И даже само понятие загрязнения несколько меняет смысл. Если в каком-либо промышленном районе можно выделить точечные источники загрязнения, то в масштабе региона целый промышленный район, например крупный город, может рассматриваться как единый источник системы точечных, линейных (автомагистрали) и групповых источников. Более того, даже весь регион и даже целая страна может выступать в роли единого источника загрязнения. Современное индустриальное производство оказывает значительное воздействие на природу в глобальных масштабах.
Вещества, загрязняющие атмосферу, причиняли значительный вред окружающей среде в течении многих десятилетий. По-видимому, с их вредным воздействием придется считаться и в будущем. Дальнейший рост населения и промышленного производства неизбежно приводит к увеличению опасности загрязнения.
Основными загрязняющими веществами, содержание которых в атмосфере регламентируется стандартами, являются: диоксид серы (SO2), оксиды азота (NO и NO2), оксид углерода (СО), газообразные углеводороды (НС), а также сероводород (H2S), сероуглерод (СS2), аммиак (NH3), различные галогеносодержащие газы.
Под загрязнением окружающей среды следует понимать изменение свойств среды (химических, механических, физических, биологических и связанных с ними информационных), происходящие в результате естественных или искусственных процессов и приводящие к ухудшению функции среды по отношению к любому биологическому объекту.
Используя различные элементы окружающей среды в своей деятельности, человек изменяет ее качество. Часто эти изменения выражаются в неблагоприятной форме загрязнения. Естественные процессы загрязнения имеют в природе антиподы, способные нейтрализовать действие природного загрязнителя, а многие вещества, созданные человеком, являются инородными по отношению к природе. Естественные источники загрязнения обычно удалены от среды обитания человека, а антропогенные расположены в районах концентрации населения.
Увеличение масштабов загрязнения атмосферы требуют быстрых и эффективных способов защиты ее от загрязнений, а также способов предупреждения вредного воздействия загрязнителей воздуха. При современных уровнях загрязнения вредные вещества от источника загрязнения распространяются на десятки и сотни километров. И даже само понятие загрязнения несколько меняет смысл. Если в каком-либо промышленном районе можно выделить точечные источники загрязнения, то в масштабе региона целый промышленный район, например крупный город, может рассматриваться как единый источник системы точечных, линейных (автомагистрали) и групповых источников. Более того, даже весь регион и даже целая страна может выступать в роли единого источника загрязнения. Современное индустриальное производство оказывает значительное воздействие на природу в глобальных масштабах.
Вещества, загрязняющие атмосферу, причиняли значительный вред окружающей среде в течении многих десятилетий. По-видимому, с их вредным воздействием придется считаться и в будущем. Дальнейший рост населения и промышленного производства неизбежно приводит к увеличению опасности загрязнения.
Основными загрязняющими веществами, содержание которых в атмосфере регламентируется стандартами, являются: диоксид серы (SO2), оксиды азота (NO и NO2), оксид углерода (СО), газообразные углеводороды (НС), а также сероводород (H2S), сероуглерод (СS2), аммиак (NH3), различные галогеносодержащие газы.
1. Балацкий О.Ф., Мельницкий Л.Г., Яковлев А.Ф. Экономика и качество окружающей природной среды. Гидрометеоиздат, 1984. с.32-37.
2. Грушко Я.М. Вредные органические соединения в промышленных выбросах в атмосферу. Л.: Химия, 1991. с. З15-316.
3. Защита атмосферы от промышленных загрязнений / справочник по ред. Калверта С., Инглунда Г. М.: Металлургия, 1991. с. 45-47.
4. Меркулов П.И., Ямашкин А.А., Масляев В.Н. Антропогенное воздействие на географическую оболочку. Мордовский университет, 1994 с.103.
5. Смит У.Х. Лес и атмосфера. Взаимодействие между экосистемами и примесями атмосферного воздуха. М., 1985. с. 432.
6. Голубев И.Р., Новиков Ю.В. Окружающая среда и транспорт. М., 1987. с. 207.
7. Охрана окружающей среды / под ред. С.А. Брылова и К. Штродки. М.: Высшая школа, 1991. с. 268.
8. Уровни загрязнения воздушного бассейна городов Казахстана за 2000 год. // Информационный экологический бюллетень. с.82-85.
9. Методы анализа инструментального контроля параметров состояния окружающей среды. «Методы анализа загрязнения атмосферы». Приложения, 1998. с.398-405.
10. Чекалин С.В., Мангольд И.М. Использование плодовых растений в уличных линейных посадках – дополнительный фактор риска для здоровья людей // Сб. «Состояние внешней среды г. Алма-ата и здоровье человека». Алма-ата, 1998. с.52-53.
11. Орлов Д.С., Садовникова Л.К., Лозановская И.Н. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. М.: Высшая школа, 2002. 193 с.
12. Давыдова С.Л., Тагасов В.И. Тяжелые металлы как супертоксиканты 21 века. М., 2002. 232 с.
13. Расуna J.N., Scholts M.T, Li J.F. Global budget of trace metal sourcers // Environ. Rev., 1995. Vol.3. - №2- р.145-149.
14. Малин Р.Г. Безопасность природопользования. М., 2003 - 155 с.
15. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почве и растениях. М.: Мир, 1989.- 256 с.
16. Орлов Д.С. Химия почв. М.: МГУ, 1985.- 110 с.
17. Орлов Д.С., Малинина М.С., Мотузова Г.В. и др. Химическое загрязнение почв и их охрана. Словарь-справочник. М.: Агропромиздат.- 1991.- 303 с.
18. Ковда В.А. Биогеохимия почвенного покрова. М.: Наука, 1985.- 130 с.
19. Зигель Х., Зигель А. Некоторые вопросы токсичности ионов металлов. М.: Мир, 1993.- 144 с.
20. Амосова Я.М., Орлов Д.С., Садовникова Л.К. Охрана почв от химического загрязнения. М.: МГУ, 1980.- 94 с.
21. Николаев Л.А. Металлы в живых организмах. М.: Просвещение, 1996.- 127с.
22. Евдокимова Г.А., Мозгова М.П.Изменение численности и биомассы грибов в почвах загрязненных тяжелыми металлами .Вильнюс,1978.-160 с.
23. Звягинцев Д.Г. Микроорганизмы и охрана почв. М.:МГУ, 1999.-137 с.
24. Алексеев Ю.В.Тяжелые металлы в почвах и растениях. М.:Агропромиздат,1987.-158 с.
25. Артамонов В.И. Растение и чистота природной среды. М.:Наука,1996.-157 с.
26. Бабьева И.П., Левин С.В., Решетова И.С. Изменение численности микроорганизмов в почвах при загрязнении тяжелыми металлами // Сб. «Тяжелые металлы в окружающей среде и охрана природы». М.: 1998.- с.115-125.
27. Касымова Ж.С. Закономерности распределения тяжелых металлов в системе почва-растение при разных условиях загрязнения. Автореф. Дисс. к.б.н. Алматы, 1999.-30 с.
28. Никифорова Е.М. Техногенные потоки вещества в ландшафтах и состояние экосистем. М.: Наука, 1981.-141 с.
29. Тойко М.А., Потахина Л.Н. Содержание металлов в почве и в растительном покрове // Сб. «Тяжелые металлы в окружающей среде». М., 1980.- с.51-54.
30. Гринь А.В., Зарин Н.Г., Обухов А.И. Поступление тяжелых металлов (Pb, Zn, Cd) в растениях в зависимости от содержания в почвах // Сб. «Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах». Л., 1986.- с.198-202.
31. Самойлова Т.С. Влияние удобрений на закрепление подвижных форм свинца и меди в почве // Сб. «Тяжелые металлы в окружающей среде». М., 1980.- с.222-224.
32. Добровольский А.С. Свинец в окружающей среде. М., 1990.-235 с.
33. Кларксон Д. Транспорт ионов и структура растительной клетки. М.: Мир, 1980.- 240 с.
34. Праздников способы рекультивации загрязненных тяжелыми металлами почв. М.: МГУ, 1994.- 177 с.
35. Келлер А.А., Кувакин В.И. Медицинская экология. М.: 1999.- 245 с.
36. Губарева Л.И., Мизерева О.М. Экология человека. М.: Владос, 2003 – 265 с.
37. Медицина окружающей среды. / под ред. А.Е. Беннета. М.: Медицина, 1981.- 368 с.
38. Лисицин Ю.П. Здоровье населения и современная теория медицины. М.: Медицина, 1991.- 287 с.
39. Протасов В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России. М.: Финансы и статистика, 2000.- 96 с.
40. Геннадиев Н.П., Солонцева Н.П., Герасимова М.И. о принципах группировки и номенклатуры техногенно-измененных почв // Почвоведение, 1992. №2, с.Почвоведение, 1993, №9, с.61-98.
41. Соколов И.А. Базовая субстантивно-генетическая классификация почв // Почвоведение, 1981. №3, с.107-121.
42. Лебедева И.И., Тонконогов В.Д., Шишов Л.Л. Классификационное положение и систематика антропогенно-преобразованных почв // Почвоведение, 1993 ,№9.с.98-106.
43. Редков В.В. Казахской СССР. Вып. 5. Целиноградская область, Амла-ата, 1964, 324 с.
44. Пачикина Л.И., Рубинштейн М.И. Почвы Кокчетавской области. Алма-ата, 1960, с. 7-33.
45. Отчет о состоянии природной среды АОТУООС за 2005-2006 гг.
46. Удольская Н.А. Введение в биометрию.-Алма-ата, 1976.- 210с.
2. Грушко Я.М. Вредные органические соединения в промышленных выбросах в атмосферу. Л.: Химия, 1991. с. З15-316.
3. Защита атмосферы от промышленных загрязнений / справочник по ред. Калверта С., Инглунда Г. М.: Металлургия, 1991. с. 45-47.
4. Меркулов П.И., Ямашкин А.А., Масляев В.Н. Антропогенное воздействие на географическую оболочку. Мордовский университет, 1994 с.103.
5. Смит У.Х. Лес и атмосфера. Взаимодействие между экосистемами и примесями атмосферного воздуха. М., 1985. с. 432.
6. Голубев И.Р., Новиков Ю.В. Окружающая среда и транспорт. М., 1987. с. 207.
7. Охрана окружающей среды / под ред. С.А. Брылова и К. Штродки. М.: Высшая школа, 1991. с. 268.
8. Уровни загрязнения воздушного бассейна городов Казахстана за 2000 год. // Информационный экологический бюллетень. с.82-85.
9. Методы анализа инструментального контроля параметров состояния окружающей среды. «Методы анализа загрязнения атмосферы». Приложения, 1998. с.398-405.
10. Чекалин С.В., Мангольд И.М. Использование плодовых растений в уличных линейных посадках – дополнительный фактор риска для здоровья людей // Сб. «Состояние внешней среды г. Алма-ата и здоровье человека». Алма-ата, 1998. с.52-53.
11. Орлов Д.С., Садовникова Л.К., Лозановская И.Н. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. М.: Высшая школа, 2002. 193 с.
12. Давыдова С.Л., Тагасов В.И. Тяжелые металлы как супертоксиканты 21 века. М., 2002. 232 с.
13. Расуna J.N., Scholts M.T, Li J.F. Global budget of trace metal sourcers // Environ. Rev., 1995. Vol.3. - №2- р.145-149.
14. Малин Р.Г. Безопасность природопользования. М., 2003 - 155 с.
15. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почве и растениях. М.: Мир, 1989.- 256 с.
16. Орлов Д.С. Химия почв. М.: МГУ, 1985.- 110 с.
17. Орлов Д.С., Малинина М.С., Мотузова Г.В. и др. Химическое загрязнение почв и их охрана. Словарь-справочник. М.: Агропромиздат.- 1991.- 303 с.
18. Ковда В.А. Биогеохимия почвенного покрова. М.: Наука, 1985.- 130 с.
19. Зигель Х., Зигель А. Некоторые вопросы токсичности ионов металлов. М.: Мир, 1993.- 144 с.
20. Амосова Я.М., Орлов Д.С., Садовникова Л.К. Охрана почв от химического загрязнения. М.: МГУ, 1980.- 94 с.
21. Николаев Л.А. Металлы в живых организмах. М.: Просвещение, 1996.- 127с.
22. Евдокимова Г.А., Мозгова М.П.Изменение численности и биомассы грибов в почвах загрязненных тяжелыми металлами .Вильнюс,1978.-160 с.
23. Звягинцев Д.Г. Микроорганизмы и охрана почв. М.:МГУ, 1999.-137 с.
24. Алексеев Ю.В.Тяжелые металлы в почвах и растениях. М.:Агропромиздат,1987.-158 с.
25. Артамонов В.И. Растение и чистота природной среды. М.:Наука,1996.-157 с.
26. Бабьева И.П., Левин С.В., Решетова И.С. Изменение численности микроорганизмов в почвах при загрязнении тяжелыми металлами // Сб. «Тяжелые металлы в окружающей среде и охрана природы». М.: 1998.- с.115-125.
27. Касымова Ж.С. Закономерности распределения тяжелых металлов в системе почва-растение при разных условиях загрязнения. Автореф. Дисс. к.б.н. Алматы, 1999.-30 с.
28. Никифорова Е.М. Техногенные потоки вещества в ландшафтах и состояние экосистем. М.: Наука, 1981.-141 с.
29. Тойко М.А., Потахина Л.Н. Содержание металлов в почве и в растительном покрове // Сб. «Тяжелые металлы в окружающей среде». М., 1980.- с.51-54.
30. Гринь А.В., Зарин Н.Г., Обухов А.И. Поступление тяжелых металлов (Pb, Zn, Cd) в растениях в зависимости от содержания в почвах // Сб. «Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах». Л., 1986.- с.198-202.
31. Самойлова Т.С. Влияние удобрений на закрепление подвижных форм свинца и меди в почве // Сб. «Тяжелые металлы в окружающей среде». М., 1980.- с.222-224.
32. Добровольский А.С. Свинец в окружающей среде. М., 1990.-235 с.
33. Кларксон Д. Транспорт ионов и структура растительной клетки. М.: Мир, 1980.- 240 с.
34. Праздников способы рекультивации загрязненных тяжелыми металлами почв. М.: МГУ, 1994.- 177 с.
35. Келлер А.А., Кувакин В.И. Медицинская экология. М.: 1999.- 245 с.
36. Губарева Л.И., Мизерева О.М. Экология человека. М.: Владос, 2003 – 265 с.
37. Медицина окружающей среды. / под ред. А.Е. Беннета. М.: Медицина, 1981.- 368 с.
38. Лисицин Ю.П. Здоровье населения и современная теория медицины. М.: Медицина, 1991.- 287 с.
39. Протасов В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России. М.: Финансы и статистика, 2000.- 96 с.
40. Геннадиев Н.П., Солонцева Н.П., Герасимова М.И. о принципах группировки и номенклатуры техногенно-измененных почв // Почвоведение, 1992. №2, с.Почвоведение, 1993, №9, с.61-98.
41. Соколов И.А. Базовая субстантивно-генетическая классификация почв // Почвоведение, 1981. №3, с.107-121.
42. Лебедева И.И., Тонконогов В.Д., Шишов Л.Л. Классификационное положение и систематика антропогенно-преобразованных почв // Почвоведение, 1993 ,№9.с.98-106.
43. Редков В.В. Казахской СССР. Вып. 5. Целиноградская область, Амла-ата, 1964, 324 с.
44. Пачикина Л.И., Рубинштейн М.И. Почвы Кокчетавской области. Алма-ата, 1960, с. 7-33.
45. Отчет о состоянии природной среды АОТУООС за 2005-2006 гг.
46. Удольская Н.А. Введение в биометрию.-Алма-ата, 1976.- 210с.
Дисциплина: Экология, Охрана природы, Природопользование
Тип работы: Дипломная работа
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 50 страниц
В избранное:
Тип работы: Дипломная работа
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 50 страниц
В избранное:
КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АЛЬ-ФАРАБИ
Биологический факультет
Кафедра экологии и почвоведения
ВЫПУСКНАЯ РАБОТА
ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГОРОДА КОКШЕТАУ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СОСТОЯНИЯ
АТМОСФЕРНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Исполнитель:
.
студент (ка)_5_ курса
Сыздыкова А.Р.
Научный руководитель:
д.б.н., профессор
“_____” _________________2007г.
Асанбаев И.К.
Нормоконтроль:
“_____” _________________2007г. Костюк
Т.П.
Допущена к защите
зав.кафедрой, д.б.н., профессор
“_____”__________________2007г.
Бигалиев А.Б.
АЛМАТЫ 2007г.
РЕФЕРАТ
Выпускная работа выполнена на тему Экологическое состояние города
Кокшетау в зависимости от состояния атмосферного воздуха. Дипломная работа
изложена на __ страницах печатного текста, включает 10 таблиц, 2 рисунка, 1
схему и 46 отечественных и зарубежных источников литературы.
Ключевые слова: атмосферный воздух, тяжелые металлы, листья, почва,
предельно допустимая концентрация, районная котельная, центральная
автостанция, береза, ива, полынь Сиверсова.
Цель исследования: изучить и оценить состояние атмосферного воздуха
города Кокшетау и ее влияние на биологические объекты, а также определить
содержание и концентрацию тяжелых металлов в пробах почв, воды и растений,
отобранных с территории автомагистралей и районной котельной г. Кокшетау.
СОДЕРЖАНИЕ
РЕФЕРАТ
2
СОДЕРЖАНИЕ
3
ВВЕДЕНИЕ
4
1.ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
6
1.1 Проблема загрязнения атмосферного воздуха.
6
1.2 Состояние атмосферы над Казахстаном.
8
1.3 Краткая характеристика тяжелых металлов.
10
1.4 Тяжелые металлы в почве
11
1.5 Тяжелые металлы и почвенная биота.
13
1.6 Влияние тяжелых металлов на растения.
15
1.7 Влияние загрязнения тяжелыми металлами природной среды на здоровье
населения.
19
2. ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ Г. КОКШЕТАУ И ПРИЛЕГАЮЩЕЙ ТЕРРИТОРИИ.
24
2.1 Рельеф
24
2.2 Климатические условия.
26
2.3 Гидрографическая сеть
29
2.4 Произрастающая растительность
31
3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
33
3.1 Зоны исследования.
33
3.2 Материалы исследования и методика отбора проб
33
3.3 Методы исследования.
33
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 36
4.1 Экологическое состояние г. Кокшетау
36
4.2 Влияние выбросов загрязняющих веществ районной котельной №1 и №2 на
атмосферный воздух г. Кокшетау.
43
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
45
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
46
ВВЕДЕНИЕ
Современная цивилизация осуществляет невиданное давление не природу.
Загрязнение природной среды промышленными выбросами оказывает вредное
действие на людей, животных, растений, почву, здания и сооружения, снижает
прозрачность атмосферы, повышает влажность воздуха, увеличивает число дней
с туманами, уменьшает видимость, вызывает коррозию металлических изделий.
Под загрязнением окружающей среды следует понимать изменение свойств
среды (химических, механических, физических, биологических и связанных с
ними информационных), происходящие в результате естественных или
искусственных процессов и приводящие к ухудшению функции среды по отношению
к любому биологическому объекту.
Используя различные элементы окружающей среды в своей деятельности,
человек изменяет ее качество. Часто эти изменения выражаются в
неблагоприятной форме загрязнения. Естественные процессы загрязнения имеют
в природе антиподы, способные нейтрализовать действие природного
загрязнителя, а многие вещества, созданные человеком, являются инородными
по отношению к природе. Естественные источники загрязнения обычно удалены
от среды обитания человека, а антропогенные расположены в районах
концентрации населения.
Увеличение масштабов загрязнения атмосферы требуют быстрых и
эффективных способов защиты ее от загрязнений, а также способов
предупреждения вредного воздействия загрязнителей воздуха. При современных
уровнях загрязнения вредные вещества от источника загрязнения
распространяются на десятки и сотни километров. И даже само понятие
загрязнения несколько меняет смысл. Если в каком-либо промышленном районе
можно выделить точечные источники загрязнения, то в масштабе региона целый
промышленный район, например крупный город, может рассматриваться как
единый источник системы точечных, линейных (автомагистрали) и групповых
источников. Более того, даже весь регион и даже целая страна может
выступать в роли единого источника загрязнения. Современное индустриальное
производство оказывает значительное воздействие на природу в глобальных
масштабах.
Вещества, загрязняющие атмосферу, причиняли значительный вред
окружающей среде в течении многих десятилетий. По-видимому, с их вредным
воздействием придется считаться и в будущем. Дальнейший рост населения и
промышленного производства неизбежно приводит к увеличению опасности
загрязнения.
Основными загрязняющими веществами, содержание которых в атмосфере
регламентируется стандартами, являются: диоксид серы (SO2), оксиды азота
(NO и NO2), оксид углерода (СО), газообразные углеводороды (НС), а также
сероводород (H2S), сероуглерод (СS2), аммиак (NH3), различные
галогеносодержащие газы.
Загрязнение атмосферы происходит в процессе горения, при сжигании
твердых городских отходов, также дисперсные – механическая пыль, может
выдуваться при разгрузке и транспортировке угля по конвейеру, а также при
удалении и складировании топочной золы, которая в свою очередь влияет на
состояние окружающей среды.
В настоящей дипломной работе было рассмотрено влияние выбросов
загрязняющих веществ районной котельной г. Кокшетау, также были рассмотрены
проблемы загрязнения компонентов природной среды (почва, растения и водные
объекты) выхлопными газами автомобилей.
Цель исследований: изучить и оценить состояние атмосферного воздуха
города Кокшетау и ее влияние на биологические объекты, а также определить
содержание и концентрацию тяжелых металлов в пробах почв, воды и растений,
отобранных с территории автомагистралей и районной котельной г. Кокшетау.
В задачи исследования входило:
- изучить концентрацию загрязняющих веществ в атмосферном воздухе;
- изучить содержание тяжелых металлов в образцах почв, воды с прилегающих к
объектам территорий;
- изучить содержание тяжелых металлов в листьях березы, ивы, полыни
Сиверсова, произрастающих в зонах исследования;
- провести сравнительный анализ содержания тяжелых металлов в почве, воде
и растениях с территорий.
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1. Проблема загрязнения атмосферы.
Под загрязнением окружающей среды следует понимать изменение свойств
среды (химических, механических, физических, биологических, и, связанных с
ними, информационных), происходящие в результате естественных или
искусственных процессов, и приводящие к ухудшению функций среды по
отношению к любому биологическому или технологическому объекту. Используя
различные элементы окружающей среды в своей деятельности, человек изменяет
ее качество. Часто эти изменения выражаются в неблагоприятной загрязнения.
По масштабам антропогенные изменения становятся сопоставимыми с природными,
а в ряде случаев даже превышают их.
Естественные процессы загрязнения имеют в природе антиподы, способные
нейтрализовать действие природного загрязнителя, а многие вещества,
созданные человеком, являются инородными по отношению к природе.
Естественные источники загрязнения обычно удалены от среды обитания
человека, а антропогенные расположены в районах концентрации населения [1].
По масштабам загрязнение окружающей среды можно разделить на локальное,
региональное и глобальное. Эти три вида загрязнения тесно связаны между
собой. Как правило, первичным является локальное загрязнение, которое, если
скорость процесса загрязнения больше скорости естественного очищения,
переходит в региональное и затем при накоплении количественных изменений -
в глобальное изменение качества окружающей среды. Для глобального
загрязнения наиболее важным является временный фактор.
Существование таких процессов свидетельствует об ограниченности
ресурсов атмосферы и о пределах ее естественного самовосстановления.
Например, использование воздуха в производственных процессах издавна
предполагало естественные способности атмосферы к восстановлению
первоначальных качеств. В частности, дымовые выбросы в атмосферу,
содержащие микрочастицы и токсичные вещества, представляют собой нечто
иное, как метод разбавления. И даже в наши дни при строительстве высотных и
сверхвысотных труб продолжают пользоваться этим древним методом. Однако
резкое возрастание объемов выбросов привело к тому, что масштабы
загрязнения вплотную приблизились и даже перешагивают пределы
самовосстановления атмосферы [1].
При современных уровнях загрязнения вредные вещества от источника
загрязнения распространяются на десятки и сотни километров. И даже само
понятие источник загрязнения несколько меняет смысл. Если в каком-либо
промышленном районе можно выделить точечные источники загрязнения, то в
масштабе региона целый промышленный район, например крупный город, может
рассматриваться как единый источник с системой точечных линейных
(автомагистралей) и групповых источников. Более того, даже весь регион и
даже целая страна может выступать в роли единого источника загрязнения.
Современное индустриальное производство оказывает значительное
воздействие на природу в глобальных масштабах. Хотя большая часть
загрязняющих веществ и тепловой энергии вырабатывается на ограниченной
площади, главным образом в промышленных районах Северной Америки, Европы и
Азии, вследствие особенностей циркуляции атмосферы и перемещений в водной
оболочке Земли, значительная часть некоторых, относительно долго живущих
загрязняющих веществ, рассеивается на огромных пространствах и даже по всей
Земле, приводя к региональному и глобальному загрязнению [2].
Вещества, загрязняющие атмосферу, причиняли значительный вред
окружающей среде в течении многих десятилетий. По-видимому, с их вредным
воздействием придется считаться и в будущем. Дальнейший рост населения и
промышленного производства неизбежно приводит к увеличению опасности
загрязнения.
Основными загрязняющими веществами, содержание которых в атмосфере
регламентируется стандартами, являются: диоксид серы (SO2), оксиды азота
(NO и NO2), оксид углерода (СО), газообразные углеводороды (НС), а также
сероводород (H2S), сероуглерод (С S2), аммиак (NH3), различные
галогеносодержащие газы [3].
Существуют три основных источника образования газообразных загрязнений:
сжигание горючих материалов, промышленные производственные процессы и
природные источники. В результате сжигания топлива образуются 78% диоксида
серы от общего его количества. Углеводороды, опасность появления которых
связано с тем, что они являются промежуточными продуктами в процессе
образования озона, поступают в атмосферу при сжигании топлива и при
переработке нефтепродуктов, кроме того многие углеводороды выделяются в
процессе роста и размножении растений [4].
Загрязнение атмосферы углеводородами происходит от химических
предприятий, нефтеперерабатывающих и металлургических заводов. Среди
химических соединений, выбрасываемых в атмосферу, содержится достаточно
большое число ядовитых веществ. В настоящее время к опасным загрязняющим
веществам относятся пары ртути, винилхлорид и бензол, содержание которых в
атмосфере подлежит специальному контролю.
Большое количество ископаемого топлива ежегодно сжигается в топках
котельных для получения тепла. Котельные самые крупные потребители самого
грязного топлива- угля и мазута. По этому энергетика по совокупности
количества и качества сжигаемого топлива является единственным источником
выбросов диоксида серы, а также главным источником дисперсных загрязнителей
и оксида азота [5].
Газообразные загрязнители возникают в процессе горения, а дисперсные –
механическая пыль, может выдуваться при разгрузке и транспортировке угля по
конвейеру, а также при удалении и складировании топочной золы. Пыление угля
происходит в результате ветровой эрозии. Использование природного угля в
качестве топлива является более эффективным. Хотя природный газ
рассматривается как относительно чистое топливо, при его сгорании также
образуются загрязняющие вещества: оксиды азота, оксиды углерода,
углеводороды, дым.
Еще одним немаловажным источником загрязнения атмосферы является
сжигание твердых городских отходов. Во всех цивилизованных мирах для этих
целей существуют мусоросжигательные печи, от конструкции которых зависят
составы выбросов[6].
Дымовые выбросы состоят из относительно безвредных газообразных
продуктов сгорания: диоксида углерода, воды, инертного азота. Но их избыток
может привести к образованию шлейфа тумана. Для улавливания дымовых
выбросов используют различные фильтры и улавливатели.
Загрязнение окружающей среды выбросами двигателей внутреннего сгорания
привлекают все более пристальное внимание в последние годы из-за возросшей
угрозы здоровью человека.
Таблица 1
Сравнительная характеристика основных выбросов различных транспортных
средств, как источников загрязнения.
Транспортное Аэрозоли Оксиды Оксиды Углеводороды Оксиды
средство серы азота углерода
Автотранспорт 1,1 0,4 6,6 6,4 61,9
Самолеты 0,1 0,0 0,1 0,2 1,0
Железнодорожный 0,1 0,1 0,7 0,2 0,3
транспорт
Морской транспорт 0,6 0,3 0,2 0,5 1,5
2. Состояние атмосферы в Казахстане.
Из всех слагающих компонентов биосферы и окружающей среды, атмосфера
является наиболее чувствительной. В нее, прежде всего, поступают
загрязняющие, не только газообразные, но и жидкие, а также твердые
вещества.
Поступление различных поллютантов в атмосферу от стационарных
промышленных источников в настоящее время составляет более 4 млн. тонн в
год. [7]
В атмосферу над Казахстаном выделяется значительное количество
высокотоксичных газообразных и твердых веществ. Если сопоставить количество
выбросов от различных стационарных источников, то около 50% выбрасывается
теплоэнергоисточниками, а 33% - предприятиями горной и цветной металлургии.
Наибольшее количество выбросов различных поллютантов происходит в
Восточном Казахстане – 2231,4 тыс. тонн в год, что составляет 43% от общего
количества выбросов по всему Казахстану. На втором месте по количеству
выбросов находится Центральный Казахстан – 1868 тыс. тонн в год или 36%.
Меньше всего загрязнена атмосфера в Северном – 363,2 тонн в год (7%) и
Южном Казахстане – 415,1 тыс. тонн в год.
Наиболее мобильными, с обширным радиусом действия, являются окислы
азота и серы. Они переносятся на значительные расстояния и оказывают
губительное воздействие, в особенности, на сельскохозяйственные культуры.
Значительный вклад в загрязнение воздушного бассейна и других
компонентов окружающей среды вносит автотранспорт. Наиболее загрязненным
является г. Алматы – 75%, затем г. Актюбинск – 47,1 % , Семипалатинск –
46,6 %, Жамбыл – 43,1 %, Усть-каменогорск – 41,4%. Меньше всего выхлопных
газов содержится в атмосфере г. Жезказгана, 14,8%, Петропавловска – 26,3%.
Однако, самая высокая загазованность атмосферного воздуха, как ни странно,
установлена в таких городах, как Костанай – 84,7 % и Уральск – 81, 7%, где
промышленных предприятий и автотранспорта сравнительно меньше, чем в
вышеуказанных городах. Их высокая загазованность определяется в основном
двумя приоритетными источниками: автотранспортом и дымом от печей
домовладельцев. [8]
В выхлопных газах автомобилей содержится целый комплекс
высокотоксичных веществ. Из них в объемном соотношении больше всего
составляют окислы азота – 74-78 мкгм3, окислы углерода (СО2, СО) – 5-12
мкгм3 и бензопирена – до 10-20 мкгм3.
Таблица 2
Сравнительная характеристика количества выбросов загрязняющих веществ
автотранспортом; кггод.
Вид транспорта Количество выбрасываемых газов, кггод
СО Углеводороды Окислы азота
Среднегрузовой ам 315,0 410,0 До 335
Легковой ам 510,0 42,0 36,0
Исследования, проведенные в 1991 году на стационарных пунктах
Казгидромета, по состоянию загрязнения атмосферы в 41 городах и населенных
пунктах Республики Казахстан, дали неутешительные результаты: уровень
загрязнения атмосферного воздуха продолжает оставаться высоким.
Средняя концентрация пыли за год в воздухе составила 1,4 ПДК. Самые
высокие средние уровни запыленности воздуха наблюдались в Зыряновске и
Актау – 3 ПДК.
Среднегодовая концентрация диоксида серы по республике не превышает
ПДК, но максимально разовые количества достигали 3-4 ПДК в Балхаше, а в
Усть-Каменогорске даже 13 ПДК[8]
Проводится контроль за содержанием тяжелых металлов в атмосфере и
прежде всего за таким высокотоксичным элементом, как свинец, который
является приоритетным и вместе с тем глобальным загрязнителем окружающей
среды.
Данные химического мониторинга по содержанию свинца в атмосфере
показывают, что средние за год концентрации свинца в атмосфере в целом по
республике не превышают ПДК. В то же время в Лениногорске, среднемесячная
концентрация свинца в атмосфере достигает 17 ПДК, в Балхаше – 8, в Шымкенте
– 6. Содержание остальных металлов (марганца, меди, никеля, кадмия и цинка)
в воздухе городов республики находятся в пределах ПДК.
Таким образом, уровень загрязнения воздушного бассейна большинства
городов Казахстана остается высоким (особенно в Алматы, Зыряновске, Усть-
Каменогорске, Темиртау и Шымкенте). Повсеместно высоким остается содержание
бензопирена, формальдегида, диоксида азота, аммиака и фенола. [9]
1.3 Краткая характеристика тяжелых металлов
Особое значение приобрело загрязнение биосферы группой поллютантов,
получивших общее название тяжелые металлы (ТМ). ТМ относятся к
приоритетным загрязняющим веществам, наблюдение за которыми обязательно во
всех странах. В 1973 г. ООН был принят список наиболее опасных для человека
(пятнадцати) веществ, среди которых значились сернистый газ, оксид и
диоксид углерода, оксид азота, нитраты, нитриты, нитрозамины, аммиак,
ртуть, свинец, кадмий, а также взвешенные в воздухе пылевые частицы,
концентрирующие различные металлы [10].
К ТМ относятся более сорока химических элементов периодической
системы Д. И. Менделеева с атомной массой свыше 50 атомных единиц: свинец,
цинк, ртуть, олово, ванадий, марганец и др. Иногда тяжелыми металлами
называют элементы, которые имеют плотность более 7-8 тыс. кгм3. Оба
определения условны и перечни тяжелых металлов по этим формальным признакам
не совпадают. Группа элементов, обозначаемых ТМ, активно участвует в
биологических процессах и многие из них входят с состав ферментов [11].
Главным природным источником ТМ являются породы (магматические и
осадочные) и породообразующие минералы. Многие элементы поступают в
биосферу с космической и метеоритной пылью, с вулканическими газами,
горячими источниками, газовыми струями.
Поступление тяжелых металлов в биосферу вследствие техногенного
рассеяния осуществляется разнообразными путями. Важнейшими из них является
выброс при высокотемпературных процессах (черная и цветная металлургия,
обжиг цементного сырья, сжигания минерального топлива). Кроме того,
источником загрязнения могут служить орошение водами с повышенным
содержанием тяжелых металлов, внесение осадков бытовых сточных вод в почвы
в качестве удобрения, вторичное загрязнение вследствие выноса тяжелых
металлов из отвалов рудников или металлургических предприятий водными или
воздушными потоками, поступление больших количеств ТМ при постоянном
внесении высоких доз органических, минеральных удобрений и пестицидов,
содержащих ТМ [12].
4. Тяжелые металлы в почве
В экосистемах нельзя выделить более важные или менее значимые составные
части, так как нормальное функционирование их возможно в сбалансированном
взаимодействии всех составляющих. Почва – одна из главных таких составных
частей такой оболочки Земли, в которой заключена и поддерживается жизнь.
Техногенное загрязнение почвы приводит не только к потере ее плодородия и
уменьшению формирующейся в ней биомассы, но и последующему загрязнению
другими элементами экосистем – через водные потоки и пищевые цепи, а это в
конечном итоге отрицательно сказывается на качестве жизни человеческого
общества в целом [13].
Главной причиной загрязнения почвенных ресурсов является интенсивное
развитие промышленности, транспортных средств, коммунально-бытовых
хозяйств. Значительным источником загрязнения почвы тяжелыми металлами
является удобрения, изготовленные из шлаков промышленных канализационных
очистных сооружений, содержащих, как правило, кадмий, свинец, ртуть и др.
токсичные материалы [14].
Тяжелые металлы, поступающие на поверхность почвы, накапливаются в
почвенной толще, особенно в верхних гумусовых горизонтах, и медленно
удаляются при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии и дефляции.
Период полуудаления (то есть удаление половины от начальной концентрации)
тяжелых металлов значительно варьирует для разных элементов, но составляет
весьма продолжительные периоды времени: для цинка – от 70 до 510 лет; для
кадмия – от 13 до 110 лет; для меди – от 310 до 1500 лет; для ртути – от
740 до 5900 лет [15].
Все компоненты экосистем, включая почвы, растения, животных и человека,
содержат фоновые количества тяжелых металлов, не оказывающие отрицательного
влияния на нормальное функционирование каждого определенного организма и
системы в целом. При естественной (фоновой) концентрации тяжелые металлы в
почве прочно связаны с ее составными частями, трудноспособны для растений и
не оказывают вредного воздействия, но как только условия позволяют
токсичным металлам перейти в почвенный раствор, появляется прямая опасность
загрязнения (и почвы, и всех компонентов экосистемы).
В целом на характер перераспределения тяжелых металлов в профиле почв
указывает влияние комплекс повышенных факторов: гранулометрический состав
почв, реакция среды, содержание органического вещества, катионообменная
способность, наличие геохимических баръеров, дренаж.
Гранулометрический состав оказывает непосредственное влияние на
закрепление тяжелых металлов и их высвобождение; почвы тяжелого
гранулометрического состава прочнее связывает металлы и поэтому последние
меньше попадают в растения и грунтовые воды [16].
Поглощение тяжелых металлов почвами существенно зависит от реакции
среды, а также от состава анионов почвенного раствора. Было обнаружено, что
в кислой среде преимущественно сорбируется свинец, цинк, медь, в щелочной –
кадмий, кобальт.
Тяжелые металлы способны образовывать сложные комплексные соединения
органическим веществам. Такие компоненты гумусовых веществ, как
фульвокислоты, образуют комплексные соединения с металлами – фульваты
тяжелых металлов. Гуминовые кислоты также способны образовывать гумоты,
например меди, железа, никеля и др. элементов, что способствует накоплению
тяжелых металлов в почве.
Катионообменая способность зависит от минералогического состава
фракции, а также от количества органического вещества. Чем выше емкость
катионного обмена, тем больше тяжелых металлов удерживает почва и тем
меньше ТМ поступают в растения и живые организмы.
Избыток влаги в почве способствует переходу тяжелых металлов в низкие
степени окисления и более растворимые формы. Анаэробные условия повышают
доступность тяжелых металлов растениями. Поэтому дренажные системы,
регулирующие водный режим, способствуют преобладанию окисленных форм
тяжелых металлов и тем самым снижению их миграционной способности [17].
Резкие изменения скорости миграции и темпов накопления химических
элементов вызываются наличием так называемых геохимических барьеров.
Выделяют следующие геохимические барьеры:
1 биогеохимические, вызванные интенсивным закреплением
значительного числа макро- и микроэлементов живыми организмами;
2 физико-химические, увеличивающие или уменьшающие подвижность
элементов за счет изменения степени окисления, адсорбции, образования
гидроксидов, сульфидов и т.п. Различают барьеры окислительные,
восстановительные, глеевые, восстановительные сульфидные, сульфатно-
карбонатные, щелочные, кислые, испарительные, адсорбционные,
термодинамические.
3 механические, возникающие при изменении скорости воздушных или
водных, и вследствие фильтрационных эффектов. Роль механического барьера
могут исполнять пористые известняковые породы, песчаные и глинистые прослои
в толще породы и т.п. [18]
Геохимические барьеры не остаются вечно неизменными; по мере
накопления на них различных веществ возможно разрушение исходных и
образование новых барьеров. Например, первоначально иллювиальный
карбонатный горизонт формируется в результате миграции кальция или
интенсивного поступления СО2; при этом образуется кальцит. Далее горизонт
кальцита выступает как щелочной карбонатный барьер для группы элементов:
сурьмы, ртути, цинка, кадмия, кобальта, меди.
Ряд веществ при миграции теряет подвижность и задерживается на
геохимическом барьере. В случае кумулятивного накопления на геохимических
барьерах ТМ даже в слабоподвижных формах нарушается геохимическая
устойчивость систем, и они загрязняются, но при этом потоки вещества
очищаются за счет удержания токсикантов, что ограничивает сферу
загрязнения. ТМ существенное значение приобретают концентрации и формы
похождения ТМ в почвенном растворе, так как подвижность ТМ тесно связана с
составом жидкой фазы. Низкая растворимость оксидов и гидроксидов ТМ
наблюдается в почвах с нейтральной или щелочной реакцией. Мобильность
тяжелых металлов наиболее высока при сильно кислой реакции почвенного
раствора, поэтому токсическое влияние ТМ сильно кислых таежно-лесных
ландшафтов может быть более существенным по сравнению с почвами нейтральных
или щелочных ландшафтов [19].
В общем виде, учитывая растворимость соединений различных ТМ, можно
расположить их по токсичности в зависимости от степени кислотности в
следующий убывающий ряд: ≥ никель ≥ цинк ≥ марганец ≥ медь ≥ свинец ≥ ртуть
[20].
Характер распределения и дифференциация тяжелых металлов по
повышенному профилю определяются типом, длительностью, интенсивностью
антропогенного воздействия на почвообразовательный процесс. В почвах
встречаются 3 типа распределения ТМ: 1) гумусово-аккумулятивное; 2)
элювиально-иллювиальное; 3) безградиентно-монотонное.
В первом случае наблюдается линейная зависимость между содержаниями
ТМ и гумуса. Во втором случае – содержание тяжелых металлов увеличивается в
средней части профиля, то есть в иллювиальном горизонте, иногда достигая
гумусового горизонта.
Для восстановления плодородия почвы, загрязненной попавшими в нее
металлами на практике используется только две химические реакции:
- выщелачивание легкоподвижных и поэтому удаляемых металлов, например
кадмия и кобальта;
- перевод металла в почве в его трудноподвижную форму, например в
случае загрязнения хромом.
Но универсальной методики очистки почв нет и не будет, ибо
химическое действие по удалению тяжелого металла всегда будет зависеть от
характера данной почвы, ее свойств и степени загрязнения, от реакции
произрастающих на ней растений и других факторов [21].
1.5 Тяжелые металлы и почвенная биота
Актуальность проблемы воздействия тяжелых металлов на почвенные
микроорганизмы обусловлено тем, что именно в почве происходят процессы
минерализации органических остатков. Тяжелые металлы существенно влияют на
численность, видовой состав и жизнедеятельность почвенной микробиоты. Они
ингибируют процессы минерализации и синтеза различных веществ в почве,
подавляют дыхание почвенных микроорганизмов, вызывают микробостатический
эффект, способствуют проявлению мутогенных свойств. Высокие концентрации
тяжелых металлов тормозят ферментативную деятельность в почвах – активность
аминазы, дегидрогеназы, уреазы, инвертазы, каталазы.
В дерново-подзолистой почве наиболее чувствительна каталаза,
активность которой снималась на 25% при содержании тяжелых металлов; в три
раза превышающим фоновое для кадмия; в 10 раз для цинка; в 25 раз для
свинца [22].
Тяжелые металлы подавляют биохимическую активность почвенных
микроорганизмов, вызывают изменение их общей численности. Достоверно
установлено снижение численности прокариотных микроорганизмов,
олигонитрофильных и амонифицирующих бактерий и некоторых споровых бактерий,
актиномицетов в почвах разных генетических типов. Относительно устойчивы к
воздействию ТМ целлюлозолитические бактерии и микроскопические грибы,
причем их численность может далее возрастать.
Наиболее чувствительны к загрязнению тяжелыми металлами микроорганизмы
рода Bacillus, псевдомонады, стрептомицеты. Грамотрицательные бактерии (
Flavobacterium spp. Serratia spp. ) более толератны к металлам, чем
грамположительные [23].
Степень токсичности ТМ в значительной мере зависит от химического
состава почв, то есть его физико-химических свойств. Например, влияние
ртути на азотфиксирующую активность проявляется сильнее в сероземе, а в
черноземе он практически ингибирует данный процесс даже при высоких
концентрациях (10 мгкг)
Наиболее сильное снижение азотфиксирующей активности сероземов
установлено также и в присутствии других ТМ (цинк, медь). Снижение
токсичности ТМ в черноземах, главным образом, связано с их вступлением с
органической частью почв в реакции комплексообразования, продуктом которых
являются малотоксичные или нетоксичные хенатные соединения. В связи с тем,
что серозем не богат гумусом, ТМ преимущественно сохраняются в токсичной
форме, которая и подавляет биохимические процессы. Резкое снижение
токсичности металлов в черноземах, с другой стороны, объясняется также
адсорбцией их частицами илистой фракции.
Различную чувствительность к ТМ проявляют и почвенные простейшие,
например раковинные амебы, водоросли. На миграцию и аккумуляцию элементов
оказывают влияние почвообитающие животные. Например, термиты Средней Азии
накапливают в своих телах более двух десятков химических элементов – хром,
титан, никель, медь. Хорошими биоиндикаторами промышленного загрязнения
являются сапрофаги – диплоподы и дождевые черви, поглощающие значительные
количества тяжелых металлов. При обработке опытного участка кадмий
содержащими сточными водами установлено накопление дождевыми червями кадмия
за 2 часа более 10 раз, чем в контроле. Дождевые черви обладают
способностью регулировать содержание тяжелых металлов в своих тканях [24].
Накопление в почвенной среде ТМ и других загрязнителей вызывают как
резкое сокращение их численности, так и морфологические изменения в
организмах животных. Наблюдается уменьшение размера длины тела, передней
спинки, длины и ширины надкрыльев, общее измельчение многих групп насекомых
и резкое снижение их активности в придорожной полосе у магистралей с
интенсивным движением транспорта.
Вблизи дорог численность дождевых червей падает в среднем в 8,5 раз,
многоножек – в 4 – 4,7 раз, жужелиц и сапрофагов – в 2,3 – 2,5 раза. И,
наоборот, вблизи автомобильных дорог увеличивается численность насекомых –
фитофагов, что связано с созданием благоприятных условий для их размножения
в результате поражения растительности при повышении в воздухе концентрации
токсичных веществ [25].
1.6 Влияние тяжелых металлов на растения
Растения способны накапливать микроэлементы, в том числе тяжелые
металлы, в тканях или на их поверхности, являясь промежуточным звеном в
цепи почва – растение – животное - человек. В растениях помимо углерода,
кислорода и водорода содержатся все химические элементы земной коры. В
подавляющем большинстве их концентрация меньше 0,01%, а содержание многих
элементов в ряде растений не превышает уровня чувствительности используемых
анализов [26]. Сбалансированность химического состава живых организмов –
основное условие их нормального роста и развития, при этом имеет значение
как недостаток, так и избыток металлических элементов. Можно выделить 3
основных фактора, определяющих концентрацию химических элементов в
растениях:
1) концентрация химических элементов во многом определяется видом
растения. Очень многие ученые, в их числе и В. И. Вернадский, уделяли
этому фактору очень большое внимание. Предполагалось использовать
химический состав растений даже как классификационный признак.
2) на содержание в растениях целого ряда элементов (в первую очередь
металлов: ртуть, медь, цинк, молибден и др.) не меньшее влияния, чем
видовое отличие, оказывают геохимические (ландшафтно-геохимические) условия
произрастания. При этом особая роль принадлежит почвам. Так как основная
часть минеральных веществ поступает через корни, то избыток или недостаток
определенных элементов в почве оказывает влияние на их содержание в
растениях [27].
3) Содержание в растениях целого ряда элементов определяется
закономерностями связи между элементами. В некоторых ландшафтно-
геохимических условиях (например, если в питательной среде возникает
избыток или недостаток определенных химических элементов) в растение
попадает большее или меньшее, по сравнению с нормальным, количество этих же
элементов. В результате нарушаются обычные связи между элементами в
организме. Это приводит к тому, что в растении изменяется, и весьма
существенно, концентрация других элементов. Их содержание в питательной
среде при этом обычно остается прежним.
Основное количество химических элементов поступает в большинство
растений, произрастающих на суше, в виде водных растворов через корни.
Поглощение ионов металлов корнями растений может быть неметаболическим и
метаболическим. В первом случае идет диффузия ионов из почвы в корень, а
во втором – на биологический процесс уже необходимы затраты энергии самого
растения. Из атмосферы поглощается сравнительно мало веществ (исключение -
СО).
Скорость накопления химических элементов, загрязняющих определенные
зоны, зависит и от размера загрязняющих частиц. Это еще раз было
подтверждено последствиями чернобыльской катастрофы. В тех районах, куда
радионуклеиды попадали в виде тонкой пыли, они накапливались растениями
гораздо активнее, чем в зонах поражения более крупными обломками [28].
Около десятка металлов принято считать жизненно необходимыми для
растения (K, Na, Ca, Mg, Zn, Cu, Fe, Mn), еще несколько металлов необходимы
только некоторым видам растений (Li, Ni, Al, V). Ионы всех этих металлов
участвуют в ключевых метаболических процессах, таких как дыхание, входят в
систему переноса электронов, а также катализируют изменение степени
окисления металла в реакциях обмена веществ. Некоторые металлы (Co, Mn, Cu,
Al, Mo) выполняют специфические функции в защитных механизмах у
морозостойких или засухоустойчивых растений.
Химические элементы неравномерно распределены по органам растений.
Значительная часть элементов накапливается в наземных частях растений
(листьях, стеблях): Mn, Mo, Sp, La, Cu, Ti, Ni, в меньшей степени Fe, Al,
Co. В корнях растений аккумулируются такие элементы, как Ag, Pb, Zn, W, Cr,
V, U.
На условие и поглощение химических элементов растениями влияют
природные и антропогенные факторы. К природным факторам относятся уровень
инсоляции, колебание температуры, количество выпадающих осадков. Например,
в засушливые годы некоторые растения аккумулируют железо, во влажные –
марганец. Медь, цинк, молибден накапливаются в растениях во влажные годы
[29].
На фитотоксичность металлов влияют почвенные факторы, такие, как pH,
катионная обменная способность почвы, содержание органического вещества.
Сохранение pH в пределах 7,0 в почвах с существенным содержанием тяжелых
металлов предотвращает фитотоксичность многих из них, но те же концентрации
металлов при pH 5,5 и ниже могут стать летальными для растений. Кислотность
почв влияет на подвижность металлов и усвоение их корневыми системами
растений.
Поглощение растениями тяжелых металлов из почв взаимосвязано также с
механическим составом почв. На легких почвах растения больше поглощают
цинк, чем на почвах с тяжелым механическим составом. На карбонатных почвах
тяжелые металлы осаждаются в виде карбонатов, что приводит к резкому
уменьшению элементов в растение [30].
В почвах с преобладанием глинистых минералов с ненабухающей решеткой
(иллит-каолинит) содержание доступных форм цинка и других металлов больше,
чем на почвах, преимущественно содержащих монтмориллонит.
Ежегодное поступление кадмия из природных источников составляли 0,83
тысяч тонн, в то же время как антропогенные источники дают 7,3 тысяч тонн.
Основной источник загрязнения кадмием является цветная металлургия и
обработка цветных металлов (5,31 тыс.т.). Кроме того, кадмий поступает в
окружающую среду при сгорании некоторых видов топлива и особенно при
сжигании мусора и отходов. Большое количество кадмия обнаруживается в
растениях, произрастающих поблизости от автомобильных дорог. Так, например,
в хвое ели обыкновенной, растущей поблизости от автострады, количество
кадмия возрастает в 11-17 раз. Между содержанием кадмия и расстоянием между
деревом и дорогой существует статистически доказуемая обратная зависимость
(достоверность 95%).
Существует прямая зависимость между содержанием кадмия в почве и
поступлением его в растение, однако, между поглощением этого элемента и
реакцией на него такой зависимости, по-видимому, нет. Так, сосна веймутова
по сравнению с кленом красным и елью поглощает кадмий более интенсивно,
однако, видимые симптомы повреждения проявлялись у нее в меньшей степени,
чем у этих растений. Симптомы избыточного поступления в растения кадмия
проявляются в постепенном изменении окраски кончиков листьев и черешков до
красновато-бурой, пурпурной. По силе своего действия на растения кадмий
превосходит многие другие тяжелые металлы. Гибель растений отмечается при
концентрации этого элемента в почве в количестве 30 мгкг и выше [31].
Высокая фитотоксичность кадмия объясняется его близостью по химическим
свойствам к цинку. Поэтому кадмий может выступать в роли цинка во многих
биохимических процессах, нарушая работу таких ферментов, как
карбоангидраза, различные дегидрогеназы, фосфотазы, связанные с дыханием и
другими физиологическими процессами, а также протоиназ и пептидаз,
участвующих в белковом обмене, ферментов нуклеинового обмена и других. Как
химический анализ цинка кадмий может заменять его в энзиматической системе,
необходимой для фосфорилирования глюкозы и сопровождающей процесс
образования и потребления углеводов.
Замещение цинка кадмием в растительном организме приводит к цинковой
недостаточности, что в свою очередь вызывает угнетение и даже гибель
растений.
В атмосферу Земли поступает значительное количество цинка.
Естественные источники дают 43.5 тыс. т, а источники антропогенного
происхождения – 314.4 тыс.т. Цинк относится к числу микроэлементов,
необходимых для жизнедеятельности растений. Цинк обладает слабой
фототоксичностью, которая обнаруживается только в существенном увеличений
его содержания в почве. Одной из причин токсичности этого металла является
то, что цинк относится к числу элементов, интенсивно накапливающихся в
растениях, причем между скоростью поглощения цинка и содержания цинка в
питательной среде существует прямая зависимость. В результате избыточного
накопления цинка у растений возникают симптомы отравления: подавление роста
корней, образование некрозов, карликовость, увядание, ускорение опадения
листвы. Проявление признаков токсичности цинка у растений наступает при
содержании его в тканях 300-500 мгкг сухого вещества.
За счет естественных источников в окружающую среду поступает 18.5
тыс. т меди, тогда как в результате человеческой деятельности- 56.0 тыс.т.
Медь, которая для растений является существенно важным элементом, в высоких
концентрациях может оказывать токсическое действие, которое вдвое выше, чем
у цинка. Для жизнедеятельности растений требуются очень небольшие
количества меди. Симптомы избытка меди проявляются в виде хлороза и
образования многочисленных окрашенных в коричневый цвет боковых корней,
рост их резко замедляется. Существует два вида реакций на избыток меди:
латентное отравление, когда растение больше уже не может давать оптимальные
приросты, а симптомы отравления почти не выявляются, и острое отравление,
когда повреждение растений выражены [32].
Основная часть свинца оказывается в атмосфере в результате сжигания
нефтепродуктов и деятельности предприятий цветной металлургии. Благодаря
использованию этилированного бензина, содержащего соединения свинца,
количество этого элемента в городах резко возросло. Установлено, что
количество свинца в почвенной пыли сельских местностей приблизительно в 10
раз меньше, чем в городской пыли. Листья отравленных свинцом растений
становятся хлоротичной в межжилковых зонах. Особенно сильно поражаются
молодые листья.
Под влиянием свинца активность фотосистемы 1 и 2 снижалась, причем
фотосистема 2 оказалась более чувствительной к действию этого
фототоксиканта. Свинец оказывает ингибирующее влияние на реакцию Хилла (
способность изолированных хлоропластов на свету выделять кислород) и
фотосинтетическое фосфоролирование. Установлено, что в хлоропластах
растений, растущих поблизости от автострады, наблюдается подавление
образования аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Чем дальше растение
расположено от автострады, тем больше в изолированных хлоропластах
образуются АТФ. Кроме того, свинец вызывает потерю тургора клетками
растений, в результате чего листья становятся дряблыми, клетки корня
прекращают делиться [33].
Фототоксичность ртути обусловлено характером его соединений; наиболее
токсичны метил-, диметил- и этилртуть.
Токсичность мышьяка проявляется только при очень высоких концентрациях на
легких почвах. Для большинства растений мышьяк не является очень опасным
элементом, так как растение выводит его из организма.
Сурьма фитотоксична уже при относительно низких концентрациях.
Индивидуальность химического состава каждого вида растения связана с
особенностями химического состава среды, в которой формировался данный вид.
Те элементы, которые преимущественно были предоставлены в почве ареала
возникновения вида и в тех сочетаниях и концентрациях, в которых они
поступали в организм, закрепляясь в результате эволюционного отбора и
передавались по наследству [34].
Не все растения обладают одинаковой способностью накапливать и
поглощать тяжелые металлы. Но почти все растения имеют физиолого-
биохимические защитные механизмы, которые препятствуют поступлению их в
генеративные органы.
Используя некоторые виды растений обладающих способностью накапливать
в своих клетках тяжелые металлы (биометод), можно оздоравливать
загрязненную почву. Так, немецкий биолог Роланд Мегнет на основе опытных
данных показал, что быстро развивающиеся растения, в частности сахалинская
гречиха, за год может извлечь с каждого гектара земли 1,3 кг Cd, 2,4 кг Pb,
322 кг Zn. Известно также возможность очистки почвы от Zn и Cd альпийской
яруткой, а Pb и Cr – индийской горчицей.
Таким образом из анализа литературных данных по влиянию тяжелых металлов на
растения можно заключить, что первым признаком, проявляющимся в культурных
и дикорастущих растениях, является изменение активности фотосинтеза,
дыхание и транспирации, что в конечном счете приводит к снижению
интенсивности роста, развития, образования биомассы и репродуктивных
органов. Причем, не всегда можно наблюдать прямую зависимость между
степенью загрязнения тяжелыми металлами почв и интенсивностью их
поступления в растения. Не все растения обладают одинаковой способностью
поглощать и накапливать их [35].
1.7 Влияние загрязнения тяжелыми металлами природной среды на здоровье
населения
Сегодня считают, что, по крайней мере 11 элементов, называемых
макроэлементами, необходимо для жизни: углерод, водород, кислород, азот,
кальций и другие, также как и 16 микроэлементов: железо, йод, медь, цинк,
марганец, кобальт, никель, селен, хром, фтор, олово и т.д. Кроме этих 27
макро- и микроэлементов определены еще более 30, которые постоянно
присутствуют в организме, однако формы их соединений еще мало изучены, а
физиологическая роль неизвестна.
Ионы металлов в виде металлоорганических соединений вступают в роли
катализаторов в окислительно-восстановительных реакциях, в процессах
передачи нервного импульса, а также в роли транспортных средств
(гемоглобинный комплекс Fe) для переноса кислорода от легочных альвеол к
клеткам, организации движения электронов от одного атома к другому в
синтезе сложных молекул аденазинтрифосфорной кислоты, так называемом,
химическим аккумулятором энергии, и в процессе обмена веществ (метаболизма)
[36].
В настоящее время установлена необходимость в определенных
концентрациях многих металлов для нормальной жизнедеятельности организмов.
Отклонение содержания металлов ... продолжение
Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.
Биологический факультет
Кафедра экологии и почвоведения
ВЫПУСКНАЯ РАБОТА
ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГОРОДА КОКШЕТАУ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СОСТОЯНИЯ
АТМОСФЕРНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Исполнитель:
.
студент (ка)_5_ курса
Сыздыкова А.Р.
Научный руководитель:
д.б.н., профессор
“_____” _________________2007г.
Асанбаев И.К.
Нормоконтроль:
“_____” _________________2007г. Костюк
Т.П.
Допущена к защите
зав.кафедрой, д.б.н., профессор
“_____”__________________2007г.
Бигалиев А.Б.
АЛМАТЫ 2007г.
РЕФЕРАТ
Выпускная работа выполнена на тему Экологическое состояние города
Кокшетау в зависимости от состояния атмосферного воздуха. Дипломная работа
изложена на __ страницах печатного текста, включает 10 таблиц, 2 рисунка, 1
схему и 46 отечественных и зарубежных источников литературы.
Ключевые слова: атмосферный воздух, тяжелые металлы, листья, почва,
предельно допустимая концентрация, районная котельная, центральная
автостанция, береза, ива, полынь Сиверсова.
Цель исследования: изучить и оценить состояние атмосферного воздуха
города Кокшетау и ее влияние на биологические объекты, а также определить
содержание и концентрацию тяжелых металлов в пробах почв, воды и растений,
отобранных с территории автомагистралей и районной котельной г. Кокшетау.
СОДЕРЖАНИЕ
РЕФЕРАТ
2
СОДЕРЖАНИЕ
3
ВВЕДЕНИЕ
4
1.ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
6
1.1 Проблема загрязнения атмосферного воздуха.
6
1.2 Состояние атмосферы над Казахстаном.
8
1.3 Краткая характеристика тяжелых металлов.
10
1.4 Тяжелые металлы в почве
11
1.5 Тяжелые металлы и почвенная биота.
13
1.6 Влияние тяжелых металлов на растения.
15
1.7 Влияние загрязнения тяжелыми металлами природной среды на здоровье
населения.
19
2. ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ Г. КОКШЕТАУ И ПРИЛЕГАЮЩЕЙ ТЕРРИТОРИИ.
24
2.1 Рельеф
24
2.2 Климатические условия.
26
2.3 Гидрографическая сеть
29
2.4 Произрастающая растительность
31
3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
33
3.1 Зоны исследования.
33
3.2 Материалы исследования и методика отбора проб
33
3.3 Методы исследования.
33
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 36
4.1 Экологическое состояние г. Кокшетау
36
4.2 Влияние выбросов загрязняющих веществ районной котельной №1 и №2 на
атмосферный воздух г. Кокшетау.
43
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
45
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
46
ВВЕДЕНИЕ
Современная цивилизация осуществляет невиданное давление не природу.
Загрязнение природной среды промышленными выбросами оказывает вредное
действие на людей, животных, растений, почву, здания и сооружения, снижает
прозрачность атмосферы, повышает влажность воздуха, увеличивает число дней
с туманами, уменьшает видимость, вызывает коррозию металлических изделий.
Под загрязнением окружающей среды следует понимать изменение свойств
среды (химических, механических, физических, биологических и связанных с
ними информационных), происходящие в результате естественных или
искусственных процессов и приводящие к ухудшению функции среды по отношению
к любому биологическому объекту.
Используя различные элементы окружающей среды в своей деятельности,
человек изменяет ее качество. Часто эти изменения выражаются в
неблагоприятной форме загрязнения. Естественные процессы загрязнения имеют
в природе антиподы, способные нейтрализовать действие природного
загрязнителя, а многие вещества, созданные человеком, являются инородными
по отношению к природе. Естественные источники загрязнения обычно удалены
от среды обитания человека, а антропогенные расположены в районах
концентрации населения.
Увеличение масштабов загрязнения атмосферы требуют быстрых и
эффективных способов защиты ее от загрязнений, а также способов
предупреждения вредного воздействия загрязнителей воздуха. При современных
уровнях загрязнения вредные вещества от источника загрязнения
распространяются на десятки и сотни километров. И даже само понятие
загрязнения несколько меняет смысл. Если в каком-либо промышленном районе
можно выделить точечные источники загрязнения, то в масштабе региона целый
промышленный район, например крупный город, может рассматриваться как
единый источник системы точечных, линейных (автомагистрали) и групповых
источников. Более того, даже весь регион и даже целая страна может
выступать в роли единого источника загрязнения. Современное индустриальное
производство оказывает значительное воздействие на природу в глобальных
масштабах.
Вещества, загрязняющие атмосферу, причиняли значительный вред
окружающей среде в течении многих десятилетий. По-видимому, с их вредным
воздействием придется считаться и в будущем. Дальнейший рост населения и
промышленного производства неизбежно приводит к увеличению опасности
загрязнения.
Основными загрязняющими веществами, содержание которых в атмосфере
регламентируется стандартами, являются: диоксид серы (SO2), оксиды азота
(NO и NO2), оксид углерода (СО), газообразные углеводороды (НС), а также
сероводород (H2S), сероуглерод (СS2), аммиак (NH3), различные
галогеносодержащие газы.
Загрязнение атмосферы происходит в процессе горения, при сжигании
твердых городских отходов, также дисперсные – механическая пыль, может
выдуваться при разгрузке и транспортировке угля по конвейеру, а также при
удалении и складировании топочной золы, которая в свою очередь влияет на
состояние окружающей среды.
В настоящей дипломной работе было рассмотрено влияние выбросов
загрязняющих веществ районной котельной г. Кокшетау, также были рассмотрены
проблемы загрязнения компонентов природной среды (почва, растения и водные
объекты) выхлопными газами автомобилей.
Цель исследований: изучить и оценить состояние атмосферного воздуха
города Кокшетау и ее влияние на биологические объекты, а также определить
содержание и концентрацию тяжелых металлов в пробах почв, воды и растений,
отобранных с территории автомагистралей и районной котельной г. Кокшетау.
В задачи исследования входило:
- изучить концентрацию загрязняющих веществ в атмосферном воздухе;
- изучить содержание тяжелых металлов в образцах почв, воды с прилегающих к
объектам территорий;
- изучить содержание тяжелых металлов в листьях березы, ивы, полыни
Сиверсова, произрастающих в зонах исследования;
- провести сравнительный анализ содержания тяжелых металлов в почве, воде
и растениях с территорий.
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1. Проблема загрязнения атмосферы.
Под загрязнением окружающей среды следует понимать изменение свойств
среды (химических, механических, физических, биологических, и, связанных с
ними, информационных), происходящие в результате естественных или
искусственных процессов, и приводящие к ухудшению функций среды по
отношению к любому биологическому или технологическому объекту. Используя
различные элементы окружающей среды в своей деятельности, человек изменяет
ее качество. Часто эти изменения выражаются в неблагоприятной загрязнения.
По масштабам антропогенные изменения становятся сопоставимыми с природными,
а в ряде случаев даже превышают их.
Естественные процессы загрязнения имеют в природе антиподы, способные
нейтрализовать действие природного загрязнителя, а многие вещества,
созданные человеком, являются инородными по отношению к природе.
Естественные источники загрязнения обычно удалены от среды обитания
человека, а антропогенные расположены в районах концентрации населения [1].
По масштабам загрязнение окружающей среды можно разделить на локальное,
региональное и глобальное. Эти три вида загрязнения тесно связаны между
собой. Как правило, первичным является локальное загрязнение, которое, если
скорость процесса загрязнения больше скорости естественного очищения,
переходит в региональное и затем при накоплении количественных изменений -
в глобальное изменение качества окружающей среды. Для глобального
загрязнения наиболее важным является временный фактор.
Существование таких процессов свидетельствует об ограниченности
ресурсов атмосферы и о пределах ее естественного самовосстановления.
Например, использование воздуха в производственных процессах издавна
предполагало естественные способности атмосферы к восстановлению
первоначальных качеств. В частности, дымовые выбросы в атмосферу,
содержащие микрочастицы и токсичные вещества, представляют собой нечто
иное, как метод разбавления. И даже в наши дни при строительстве высотных и
сверхвысотных труб продолжают пользоваться этим древним методом. Однако
резкое возрастание объемов выбросов привело к тому, что масштабы
загрязнения вплотную приблизились и даже перешагивают пределы
самовосстановления атмосферы [1].
При современных уровнях загрязнения вредные вещества от источника
загрязнения распространяются на десятки и сотни километров. И даже само
понятие источник загрязнения несколько меняет смысл. Если в каком-либо
промышленном районе можно выделить точечные источники загрязнения, то в
масштабе региона целый промышленный район, например крупный город, может
рассматриваться как единый источник с системой точечных линейных
(автомагистралей) и групповых источников. Более того, даже весь регион и
даже целая страна может выступать в роли единого источника загрязнения.
Современное индустриальное производство оказывает значительное
воздействие на природу в глобальных масштабах. Хотя большая часть
загрязняющих веществ и тепловой энергии вырабатывается на ограниченной
площади, главным образом в промышленных районах Северной Америки, Европы и
Азии, вследствие особенностей циркуляции атмосферы и перемещений в водной
оболочке Земли, значительная часть некоторых, относительно долго живущих
загрязняющих веществ, рассеивается на огромных пространствах и даже по всей
Земле, приводя к региональному и глобальному загрязнению [2].
Вещества, загрязняющие атмосферу, причиняли значительный вред
окружающей среде в течении многих десятилетий. По-видимому, с их вредным
воздействием придется считаться и в будущем. Дальнейший рост населения и
промышленного производства неизбежно приводит к увеличению опасности
загрязнения.
Основными загрязняющими веществами, содержание которых в атмосфере
регламентируется стандартами, являются: диоксид серы (SO2), оксиды азота
(NO и NO2), оксид углерода (СО), газообразные углеводороды (НС), а также
сероводород (H2S), сероуглерод (С S2), аммиак (NH3), различные
галогеносодержащие газы [3].
Существуют три основных источника образования газообразных загрязнений:
сжигание горючих материалов, промышленные производственные процессы и
природные источники. В результате сжигания топлива образуются 78% диоксида
серы от общего его количества. Углеводороды, опасность появления которых
связано с тем, что они являются промежуточными продуктами в процессе
образования озона, поступают в атмосферу при сжигании топлива и при
переработке нефтепродуктов, кроме того многие углеводороды выделяются в
процессе роста и размножении растений [4].
Загрязнение атмосферы углеводородами происходит от химических
предприятий, нефтеперерабатывающих и металлургических заводов. Среди
химических соединений, выбрасываемых в атмосферу, содержится достаточно
большое число ядовитых веществ. В настоящее время к опасным загрязняющим
веществам относятся пары ртути, винилхлорид и бензол, содержание которых в
атмосфере подлежит специальному контролю.
Большое количество ископаемого топлива ежегодно сжигается в топках
котельных для получения тепла. Котельные самые крупные потребители самого
грязного топлива- угля и мазута. По этому энергетика по совокупности
количества и качества сжигаемого топлива является единственным источником
выбросов диоксида серы, а также главным источником дисперсных загрязнителей
и оксида азота [5].
Газообразные загрязнители возникают в процессе горения, а дисперсные –
механическая пыль, может выдуваться при разгрузке и транспортировке угля по
конвейеру, а также при удалении и складировании топочной золы. Пыление угля
происходит в результате ветровой эрозии. Использование природного угля в
качестве топлива является более эффективным. Хотя природный газ
рассматривается как относительно чистое топливо, при его сгорании также
образуются загрязняющие вещества: оксиды азота, оксиды углерода,
углеводороды, дым.
Еще одним немаловажным источником загрязнения атмосферы является
сжигание твердых городских отходов. Во всех цивилизованных мирах для этих
целей существуют мусоросжигательные печи, от конструкции которых зависят
составы выбросов[6].
Дымовые выбросы состоят из относительно безвредных газообразных
продуктов сгорания: диоксида углерода, воды, инертного азота. Но их избыток
может привести к образованию шлейфа тумана. Для улавливания дымовых
выбросов используют различные фильтры и улавливатели.
Загрязнение окружающей среды выбросами двигателей внутреннего сгорания
привлекают все более пристальное внимание в последние годы из-за возросшей
угрозы здоровью человека.
Таблица 1
Сравнительная характеристика основных выбросов различных транспортных
средств, как источников загрязнения.
Транспортное Аэрозоли Оксиды Оксиды Углеводороды Оксиды
средство серы азота углерода
Автотранспорт 1,1 0,4 6,6 6,4 61,9
Самолеты 0,1 0,0 0,1 0,2 1,0
Железнодорожный 0,1 0,1 0,7 0,2 0,3
транспорт
Морской транспорт 0,6 0,3 0,2 0,5 1,5
2. Состояние атмосферы в Казахстане.
Из всех слагающих компонентов биосферы и окружающей среды, атмосфера
является наиболее чувствительной. В нее, прежде всего, поступают
загрязняющие, не только газообразные, но и жидкие, а также твердые
вещества.
Поступление различных поллютантов в атмосферу от стационарных
промышленных источников в настоящее время составляет более 4 млн. тонн в
год. [7]
В атмосферу над Казахстаном выделяется значительное количество
высокотоксичных газообразных и твердых веществ. Если сопоставить количество
выбросов от различных стационарных источников, то около 50% выбрасывается
теплоэнергоисточниками, а 33% - предприятиями горной и цветной металлургии.
Наибольшее количество выбросов различных поллютантов происходит в
Восточном Казахстане – 2231,4 тыс. тонн в год, что составляет 43% от общего
количества выбросов по всему Казахстану. На втором месте по количеству
выбросов находится Центральный Казахстан – 1868 тыс. тонн в год или 36%.
Меньше всего загрязнена атмосфера в Северном – 363,2 тонн в год (7%) и
Южном Казахстане – 415,1 тыс. тонн в год.
Наиболее мобильными, с обширным радиусом действия, являются окислы
азота и серы. Они переносятся на значительные расстояния и оказывают
губительное воздействие, в особенности, на сельскохозяйственные культуры.
Значительный вклад в загрязнение воздушного бассейна и других
компонентов окружающей среды вносит автотранспорт. Наиболее загрязненным
является г. Алматы – 75%, затем г. Актюбинск – 47,1 % , Семипалатинск –
46,6 %, Жамбыл – 43,1 %, Усть-каменогорск – 41,4%. Меньше всего выхлопных
газов содержится в атмосфере г. Жезказгана, 14,8%, Петропавловска – 26,3%.
Однако, самая высокая загазованность атмосферного воздуха, как ни странно,
установлена в таких городах, как Костанай – 84,7 % и Уральск – 81, 7%, где
промышленных предприятий и автотранспорта сравнительно меньше, чем в
вышеуказанных городах. Их высокая загазованность определяется в основном
двумя приоритетными источниками: автотранспортом и дымом от печей
домовладельцев. [8]
В выхлопных газах автомобилей содержится целый комплекс
высокотоксичных веществ. Из них в объемном соотношении больше всего
составляют окислы азота – 74-78 мкгм3, окислы углерода (СО2, СО) – 5-12
мкгм3 и бензопирена – до 10-20 мкгм3.
Таблица 2
Сравнительная характеристика количества выбросов загрязняющих веществ
автотранспортом; кггод.
Вид транспорта Количество выбрасываемых газов, кггод
СО Углеводороды Окислы азота
Среднегрузовой ам 315,0 410,0 До 335
Легковой ам 510,0 42,0 36,0
Исследования, проведенные в 1991 году на стационарных пунктах
Казгидромета, по состоянию загрязнения атмосферы в 41 городах и населенных
пунктах Республики Казахстан, дали неутешительные результаты: уровень
загрязнения атмосферного воздуха продолжает оставаться высоким.
Средняя концентрация пыли за год в воздухе составила 1,4 ПДК. Самые
высокие средние уровни запыленности воздуха наблюдались в Зыряновске и
Актау – 3 ПДК.
Среднегодовая концентрация диоксида серы по республике не превышает
ПДК, но максимально разовые количества достигали 3-4 ПДК в Балхаше, а в
Усть-Каменогорске даже 13 ПДК[8]
Проводится контроль за содержанием тяжелых металлов в атмосфере и
прежде всего за таким высокотоксичным элементом, как свинец, который
является приоритетным и вместе с тем глобальным загрязнителем окружающей
среды.
Данные химического мониторинга по содержанию свинца в атмосфере
показывают, что средние за год концентрации свинца в атмосфере в целом по
республике не превышают ПДК. В то же время в Лениногорске, среднемесячная
концентрация свинца в атмосфере достигает 17 ПДК, в Балхаше – 8, в Шымкенте
– 6. Содержание остальных металлов (марганца, меди, никеля, кадмия и цинка)
в воздухе городов республики находятся в пределах ПДК.
Таким образом, уровень загрязнения воздушного бассейна большинства
городов Казахстана остается высоким (особенно в Алматы, Зыряновске, Усть-
Каменогорске, Темиртау и Шымкенте). Повсеместно высоким остается содержание
бензопирена, формальдегида, диоксида азота, аммиака и фенола. [9]
1.3 Краткая характеристика тяжелых металлов
Особое значение приобрело загрязнение биосферы группой поллютантов,
получивших общее название тяжелые металлы (ТМ). ТМ относятся к
приоритетным загрязняющим веществам, наблюдение за которыми обязательно во
всех странах. В 1973 г. ООН был принят список наиболее опасных для человека
(пятнадцати) веществ, среди которых значились сернистый газ, оксид и
диоксид углерода, оксид азота, нитраты, нитриты, нитрозамины, аммиак,
ртуть, свинец, кадмий, а также взвешенные в воздухе пылевые частицы,
концентрирующие различные металлы [10].
К ТМ относятся более сорока химических элементов периодической
системы Д. И. Менделеева с атомной массой свыше 50 атомных единиц: свинец,
цинк, ртуть, олово, ванадий, марганец и др. Иногда тяжелыми металлами
называют элементы, которые имеют плотность более 7-8 тыс. кгм3. Оба
определения условны и перечни тяжелых металлов по этим формальным признакам
не совпадают. Группа элементов, обозначаемых ТМ, активно участвует в
биологических процессах и многие из них входят с состав ферментов [11].
Главным природным источником ТМ являются породы (магматические и
осадочные) и породообразующие минералы. Многие элементы поступают в
биосферу с космической и метеоритной пылью, с вулканическими газами,
горячими источниками, газовыми струями.
Поступление тяжелых металлов в биосферу вследствие техногенного
рассеяния осуществляется разнообразными путями. Важнейшими из них является
выброс при высокотемпературных процессах (черная и цветная металлургия,
обжиг цементного сырья, сжигания минерального топлива). Кроме того,
источником загрязнения могут служить орошение водами с повышенным
содержанием тяжелых металлов, внесение осадков бытовых сточных вод в почвы
в качестве удобрения, вторичное загрязнение вследствие выноса тяжелых
металлов из отвалов рудников или металлургических предприятий водными или
воздушными потоками, поступление больших количеств ТМ при постоянном
внесении высоких доз органических, минеральных удобрений и пестицидов,
содержащих ТМ [12].
4. Тяжелые металлы в почве
В экосистемах нельзя выделить более важные или менее значимые составные
части, так как нормальное функционирование их возможно в сбалансированном
взаимодействии всех составляющих. Почва – одна из главных таких составных
частей такой оболочки Земли, в которой заключена и поддерживается жизнь.
Техногенное загрязнение почвы приводит не только к потере ее плодородия и
уменьшению формирующейся в ней биомассы, но и последующему загрязнению
другими элементами экосистем – через водные потоки и пищевые цепи, а это в
конечном итоге отрицательно сказывается на качестве жизни человеческого
общества в целом [13].
Главной причиной загрязнения почвенных ресурсов является интенсивное
развитие промышленности, транспортных средств, коммунально-бытовых
хозяйств. Значительным источником загрязнения почвы тяжелыми металлами
является удобрения, изготовленные из шлаков промышленных канализационных
очистных сооружений, содержащих, как правило, кадмий, свинец, ртуть и др.
токсичные материалы [14].
Тяжелые металлы, поступающие на поверхность почвы, накапливаются в
почвенной толще, особенно в верхних гумусовых горизонтах, и медленно
удаляются при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии и дефляции.
Период полуудаления (то есть удаление половины от начальной концентрации)
тяжелых металлов значительно варьирует для разных элементов, но составляет
весьма продолжительные периоды времени: для цинка – от 70 до 510 лет; для
кадмия – от 13 до 110 лет; для меди – от 310 до 1500 лет; для ртути – от
740 до 5900 лет [15].
Все компоненты экосистем, включая почвы, растения, животных и человека,
содержат фоновые количества тяжелых металлов, не оказывающие отрицательного
влияния на нормальное функционирование каждого определенного организма и
системы в целом. При естественной (фоновой) концентрации тяжелые металлы в
почве прочно связаны с ее составными частями, трудноспособны для растений и
не оказывают вредного воздействия, но как только условия позволяют
токсичным металлам перейти в почвенный раствор, появляется прямая опасность
загрязнения (и почвы, и всех компонентов экосистемы).
В целом на характер перераспределения тяжелых металлов в профиле почв
указывает влияние комплекс повышенных факторов: гранулометрический состав
почв, реакция среды, содержание органического вещества, катионообменная
способность, наличие геохимических баръеров, дренаж.
Гранулометрический состав оказывает непосредственное влияние на
закрепление тяжелых металлов и их высвобождение; почвы тяжелого
гранулометрического состава прочнее связывает металлы и поэтому последние
меньше попадают в растения и грунтовые воды [16].
Поглощение тяжелых металлов почвами существенно зависит от реакции
среды, а также от состава анионов почвенного раствора. Было обнаружено, что
в кислой среде преимущественно сорбируется свинец, цинк, медь, в щелочной –
кадмий, кобальт.
Тяжелые металлы способны образовывать сложные комплексные соединения
органическим веществам. Такие компоненты гумусовых веществ, как
фульвокислоты, образуют комплексные соединения с металлами – фульваты
тяжелых металлов. Гуминовые кислоты также способны образовывать гумоты,
например меди, железа, никеля и др. элементов, что способствует накоплению
тяжелых металлов в почве.
Катионообменая способность зависит от минералогического состава
фракции, а также от количества органического вещества. Чем выше емкость
катионного обмена, тем больше тяжелых металлов удерживает почва и тем
меньше ТМ поступают в растения и живые организмы.
Избыток влаги в почве способствует переходу тяжелых металлов в низкие
степени окисления и более растворимые формы. Анаэробные условия повышают
доступность тяжелых металлов растениями. Поэтому дренажные системы,
регулирующие водный режим, способствуют преобладанию окисленных форм
тяжелых металлов и тем самым снижению их миграционной способности [17].
Резкие изменения скорости миграции и темпов накопления химических
элементов вызываются наличием так называемых геохимических барьеров.
Выделяют следующие геохимические барьеры:
1 биогеохимические, вызванные интенсивным закреплением
значительного числа макро- и микроэлементов живыми организмами;
2 физико-химические, увеличивающие или уменьшающие подвижность
элементов за счет изменения степени окисления, адсорбции, образования
гидроксидов, сульфидов и т.п. Различают барьеры окислительные,
восстановительные, глеевые, восстановительные сульфидные, сульфатно-
карбонатные, щелочные, кислые, испарительные, адсорбционные,
термодинамические.
3 механические, возникающие при изменении скорости воздушных или
водных, и вследствие фильтрационных эффектов. Роль механического барьера
могут исполнять пористые известняковые породы, песчаные и глинистые прослои
в толще породы и т.п. [18]
Геохимические барьеры не остаются вечно неизменными; по мере
накопления на них различных веществ возможно разрушение исходных и
образование новых барьеров. Например, первоначально иллювиальный
карбонатный горизонт формируется в результате миграции кальция или
интенсивного поступления СО2; при этом образуется кальцит. Далее горизонт
кальцита выступает как щелочной карбонатный барьер для группы элементов:
сурьмы, ртути, цинка, кадмия, кобальта, меди.
Ряд веществ при миграции теряет подвижность и задерживается на
геохимическом барьере. В случае кумулятивного накопления на геохимических
барьерах ТМ даже в слабоподвижных формах нарушается геохимическая
устойчивость систем, и они загрязняются, но при этом потоки вещества
очищаются за счет удержания токсикантов, что ограничивает сферу
загрязнения. ТМ существенное значение приобретают концентрации и формы
похождения ТМ в почвенном растворе, так как подвижность ТМ тесно связана с
составом жидкой фазы. Низкая растворимость оксидов и гидроксидов ТМ
наблюдается в почвах с нейтральной или щелочной реакцией. Мобильность
тяжелых металлов наиболее высока при сильно кислой реакции почвенного
раствора, поэтому токсическое влияние ТМ сильно кислых таежно-лесных
ландшафтов может быть более существенным по сравнению с почвами нейтральных
или щелочных ландшафтов [19].
В общем виде, учитывая растворимость соединений различных ТМ, можно
расположить их по токсичности в зависимости от степени кислотности в
следующий убывающий ряд: ≥ никель ≥ цинк ≥ марганец ≥ медь ≥ свинец ≥ ртуть
[20].
Характер распределения и дифференциация тяжелых металлов по
повышенному профилю определяются типом, длительностью, интенсивностью
антропогенного воздействия на почвообразовательный процесс. В почвах
встречаются 3 типа распределения ТМ: 1) гумусово-аккумулятивное; 2)
элювиально-иллювиальное; 3) безградиентно-монотонное.
В первом случае наблюдается линейная зависимость между содержаниями
ТМ и гумуса. Во втором случае – содержание тяжелых металлов увеличивается в
средней части профиля, то есть в иллювиальном горизонте, иногда достигая
гумусового горизонта.
Для восстановления плодородия почвы, загрязненной попавшими в нее
металлами на практике используется только две химические реакции:
- выщелачивание легкоподвижных и поэтому удаляемых металлов, например
кадмия и кобальта;
- перевод металла в почве в его трудноподвижную форму, например в
случае загрязнения хромом.
Но универсальной методики очистки почв нет и не будет, ибо
химическое действие по удалению тяжелого металла всегда будет зависеть от
характера данной почвы, ее свойств и степени загрязнения, от реакции
произрастающих на ней растений и других факторов [21].
1.5 Тяжелые металлы и почвенная биота
Актуальность проблемы воздействия тяжелых металлов на почвенные
микроорганизмы обусловлено тем, что именно в почве происходят процессы
минерализации органических остатков. Тяжелые металлы существенно влияют на
численность, видовой состав и жизнедеятельность почвенной микробиоты. Они
ингибируют процессы минерализации и синтеза различных веществ в почве,
подавляют дыхание почвенных микроорганизмов, вызывают микробостатический
эффект, способствуют проявлению мутогенных свойств. Высокие концентрации
тяжелых металлов тормозят ферментативную деятельность в почвах – активность
аминазы, дегидрогеназы, уреазы, инвертазы, каталазы.
В дерново-подзолистой почве наиболее чувствительна каталаза,
активность которой снималась на 25% при содержании тяжелых металлов; в три
раза превышающим фоновое для кадмия; в 10 раз для цинка; в 25 раз для
свинца [22].
Тяжелые металлы подавляют биохимическую активность почвенных
микроорганизмов, вызывают изменение их общей численности. Достоверно
установлено снижение численности прокариотных микроорганизмов,
олигонитрофильных и амонифицирующих бактерий и некоторых споровых бактерий,
актиномицетов в почвах разных генетических типов. Относительно устойчивы к
воздействию ТМ целлюлозолитические бактерии и микроскопические грибы,
причем их численность может далее возрастать.
Наиболее чувствительны к загрязнению тяжелыми металлами микроорганизмы
рода Bacillus, псевдомонады, стрептомицеты. Грамотрицательные бактерии (
Flavobacterium spp. Serratia spp. ) более толератны к металлам, чем
грамположительные [23].
Степень токсичности ТМ в значительной мере зависит от химического
состава почв, то есть его физико-химических свойств. Например, влияние
ртути на азотфиксирующую активность проявляется сильнее в сероземе, а в
черноземе он практически ингибирует данный процесс даже при высоких
концентрациях (10 мгкг)
Наиболее сильное снижение азотфиксирующей активности сероземов
установлено также и в присутствии других ТМ (цинк, медь). Снижение
токсичности ТМ в черноземах, главным образом, связано с их вступлением с
органической частью почв в реакции комплексообразования, продуктом которых
являются малотоксичные или нетоксичные хенатные соединения. В связи с тем,
что серозем не богат гумусом, ТМ преимущественно сохраняются в токсичной
форме, которая и подавляет биохимические процессы. Резкое снижение
токсичности металлов в черноземах, с другой стороны, объясняется также
адсорбцией их частицами илистой фракции.
Различную чувствительность к ТМ проявляют и почвенные простейшие,
например раковинные амебы, водоросли. На миграцию и аккумуляцию элементов
оказывают влияние почвообитающие животные. Например, термиты Средней Азии
накапливают в своих телах более двух десятков химических элементов – хром,
титан, никель, медь. Хорошими биоиндикаторами промышленного загрязнения
являются сапрофаги – диплоподы и дождевые черви, поглощающие значительные
количества тяжелых металлов. При обработке опытного участка кадмий
содержащими сточными водами установлено накопление дождевыми червями кадмия
за 2 часа более 10 раз, чем в контроле. Дождевые черви обладают
способностью регулировать содержание тяжелых металлов в своих тканях [24].
Накопление в почвенной среде ТМ и других загрязнителей вызывают как
резкое сокращение их численности, так и морфологические изменения в
организмах животных. Наблюдается уменьшение размера длины тела, передней
спинки, длины и ширины надкрыльев, общее измельчение многих групп насекомых
и резкое снижение их активности в придорожной полосе у магистралей с
интенсивным движением транспорта.
Вблизи дорог численность дождевых червей падает в среднем в 8,5 раз,
многоножек – в 4 – 4,7 раз, жужелиц и сапрофагов – в 2,3 – 2,5 раза. И,
наоборот, вблизи автомобильных дорог увеличивается численность насекомых –
фитофагов, что связано с созданием благоприятных условий для их размножения
в результате поражения растительности при повышении в воздухе концентрации
токсичных веществ [25].
1.6 Влияние тяжелых металлов на растения
Растения способны накапливать микроэлементы, в том числе тяжелые
металлы, в тканях или на их поверхности, являясь промежуточным звеном в
цепи почва – растение – животное - человек. В растениях помимо углерода,
кислорода и водорода содержатся все химические элементы земной коры. В
подавляющем большинстве их концентрация меньше 0,01%, а содержание многих
элементов в ряде растений не превышает уровня чувствительности используемых
анализов [26]. Сбалансированность химического состава живых организмов –
основное условие их нормального роста и развития, при этом имеет значение
как недостаток, так и избыток металлических элементов. Можно выделить 3
основных фактора, определяющих концентрацию химических элементов в
растениях:
1) концентрация химических элементов во многом определяется видом
растения. Очень многие ученые, в их числе и В. И. Вернадский, уделяли
этому фактору очень большое внимание. Предполагалось использовать
химический состав растений даже как классификационный признак.
2) на содержание в растениях целого ряда элементов (в первую очередь
металлов: ртуть, медь, цинк, молибден и др.) не меньшее влияния, чем
видовое отличие, оказывают геохимические (ландшафтно-геохимические) условия
произрастания. При этом особая роль принадлежит почвам. Так как основная
часть минеральных веществ поступает через корни, то избыток или недостаток
определенных элементов в почве оказывает влияние на их содержание в
растениях [27].
3) Содержание в растениях целого ряда элементов определяется
закономерностями связи между элементами. В некоторых ландшафтно-
геохимических условиях (например, если в питательной среде возникает
избыток или недостаток определенных химических элементов) в растение
попадает большее или меньшее, по сравнению с нормальным, количество этих же
элементов. В результате нарушаются обычные связи между элементами в
организме. Это приводит к тому, что в растении изменяется, и весьма
существенно, концентрация других элементов. Их содержание в питательной
среде при этом обычно остается прежним.
Основное количество химических элементов поступает в большинство
растений, произрастающих на суше, в виде водных растворов через корни.
Поглощение ионов металлов корнями растений может быть неметаболическим и
метаболическим. В первом случае идет диффузия ионов из почвы в корень, а
во втором – на биологический процесс уже необходимы затраты энергии самого
растения. Из атмосферы поглощается сравнительно мало веществ (исключение -
СО).
Скорость накопления химических элементов, загрязняющих определенные
зоны, зависит и от размера загрязняющих частиц. Это еще раз было
подтверждено последствиями чернобыльской катастрофы. В тех районах, куда
радионуклеиды попадали в виде тонкой пыли, они накапливались растениями
гораздо активнее, чем в зонах поражения более крупными обломками [28].
Около десятка металлов принято считать жизненно необходимыми для
растения (K, Na, Ca, Mg, Zn, Cu, Fe, Mn), еще несколько металлов необходимы
только некоторым видам растений (Li, Ni, Al, V). Ионы всех этих металлов
участвуют в ключевых метаболических процессах, таких как дыхание, входят в
систему переноса электронов, а также катализируют изменение степени
окисления металла в реакциях обмена веществ. Некоторые металлы (Co, Mn, Cu,
Al, Mo) выполняют специфические функции в защитных механизмах у
морозостойких или засухоустойчивых растений.
Химические элементы неравномерно распределены по органам растений.
Значительная часть элементов накапливается в наземных частях растений
(листьях, стеблях): Mn, Mo, Sp, La, Cu, Ti, Ni, в меньшей степени Fe, Al,
Co. В корнях растений аккумулируются такие элементы, как Ag, Pb, Zn, W, Cr,
V, U.
На условие и поглощение химических элементов растениями влияют
природные и антропогенные факторы. К природным факторам относятся уровень
инсоляции, колебание температуры, количество выпадающих осадков. Например,
в засушливые годы некоторые растения аккумулируют железо, во влажные –
марганец. Медь, цинк, молибден накапливаются в растениях во влажные годы
[29].
На фитотоксичность металлов влияют почвенные факторы, такие, как pH,
катионная обменная способность почвы, содержание органического вещества.
Сохранение pH в пределах 7,0 в почвах с существенным содержанием тяжелых
металлов предотвращает фитотоксичность многих из них, но те же концентрации
металлов при pH 5,5 и ниже могут стать летальными для растений. Кислотность
почв влияет на подвижность металлов и усвоение их корневыми системами
растений.
Поглощение растениями тяжелых металлов из почв взаимосвязано также с
механическим составом почв. На легких почвах растения больше поглощают
цинк, чем на почвах с тяжелым механическим составом. На карбонатных почвах
тяжелые металлы осаждаются в виде карбонатов, что приводит к резкому
уменьшению элементов в растение [30].
В почвах с преобладанием глинистых минералов с ненабухающей решеткой
(иллит-каолинит) содержание доступных форм цинка и других металлов больше,
чем на почвах, преимущественно содержащих монтмориллонит.
Ежегодное поступление кадмия из природных источников составляли 0,83
тысяч тонн, в то же время как антропогенные источники дают 7,3 тысяч тонн.
Основной источник загрязнения кадмием является цветная металлургия и
обработка цветных металлов (5,31 тыс.т.). Кроме того, кадмий поступает в
окружающую среду при сгорании некоторых видов топлива и особенно при
сжигании мусора и отходов. Большое количество кадмия обнаруживается в
растениях, произрастающих поблизости от автомобильных дорог. Так, например,
в хвое ели обыкновенной, растущей поблизости от автострады, количество
кадмия возрастает в 11-17 раз. Между содержанием кадмия и расстоянием между
деревом и дорогой существует статистически доказуемая обратная зависимость
(достоверность 95%).
Существует прямая зависимость между содержанием кадмия в почве и
поступлением его в растение, однако, между поглощением этого элемента и
реакцией на него такой зависимости, по-видимому, нет. Так, сосна веймутова
по сравнению с кленом красным и елью поглощает кадмий более интенсивно,
однако, видимые симптомы повреждения проявлялись у нее в меньшей степени,
чем у этих растений. Симптомы избыточного поступления в растения кадмия
проявляются в постепенном изменении окраски кончиков листьев и черешков до
красновато-бурой, пурпурной. По силе своего действия на растения кадмий
превосходит многие другие тяжелые металлы. Гибель растений отмечается при
концентрации этого элемента в почве в количестве 30 мгкг и выше [31].
Высокая фитотоксичность кадмия объясняется его близостью по химическим
свойствам к цинку. Поэтому кадмий может выступать в роли цинка во многих
биохимических процессах, нарушая работу таких ферментов, как
карбоангидраза, различные дегидрогеназы, фосфотазы, связанные с дыханием и
другими физиологическими процессами, а также протоиназ и пептидаз,
участвующих в белковом обмене, ферментов нуклеинового обмена и других. Как
химический анализ цинка кадмий может заменять его в энзиматической системе,
необходимой для фосфорилирования глюкозы и сопровождающей процесс
образования и потребления углеводов.
Замещение цинка кадмием в растительном организме приводит к цинковой
недостаточности, что в свою очередь вызывает угнетение и даже гибель
растений.
В атмосферу Земли поступает значительное количество цинка.
Естественные источники дают 43.5 тыс. т, а источники антропогенного
происхождения – 314.4 тыс.т. Цинк относится к числу микроэлементов,
необходимых для жизнедеятельности растений. Цинк обладает слабой
фототоксичностью, которая обнаруживается только в существенном увеличений
его содержания в почве. Одной из причин токсичности этого металла является
то, что цинк относится к числу элементов, интенсивно накапливающихся в
растениях, причем между скоростью поглощения цинка и содержания цинка в
питательной среде существует прямая зависимость. В результате избыточного
накопления цинка у растений возникают симптомы отравления: подавление роста
корней, образование некрозов, карликовость, увядание, ускорение опадения
листвы. Проявление признаков токсичности цинка у растений наступает при
содержании его в тканях 300-500 мгкг сухого вещества.
За счет естественных источников в окружающую среду поступает 18.5
тыс. т меди, тогда как в результате человеческой деятельности- 56.0 тыс.т.
Медь, которая для растений является существенно важным элементом, в высоких
концентрациях может оказывать токсическое действие, которое вдвое выше, чем
у цинка. Для жизнедеятельности растений требуются очень небольшие
количества меди. Симптомы избытка меди проявляются в виде хлороза и
образования многочисленных окрашенных в коричневый цвет боковых корней,
рост их резко замедляется. Существует два вида реакций на избыток меди:
латентное отравление, когда растение больше уже не может давать оптимальные
приросты, а симптомы отравления почти не выявляются, и острое отравление,
когда повреждение растений выражены [32].
Основная часть свинца оказывается в атмосфере в результате сжигания
нефтепродуктов и деятельности предприятий цветной металлургии. Благодаря
использованию этилированного бензина, содержащего соединения свинца,
количество этого элемента в городах резко возросло. Установлено, что
количество свинца в почвенной пыли сельских местностей приблизительно в 10
раз меньше, чем в городской пыли. Листья отравленных свинцом растений
становятся хлоротичной в межжилковых зонах. Особенно сильно поражаются
молодые листья.
Под влиянием свинца активность фотосистемы 1 и 2 снижалась, причем
фотосистема 2 оказалась более чувствительной к действию этого
фототоксиканта. Свинец оказывает ингибирующее влияние на реакцию Хилла (
способность изолированных хлоропластов на свету выделять кислород) и
фотосинтетическое фосфоролирование. Установлено, что в хлоропластах
растений, растущих поблизости от автострады, наблюдается подавление
образования аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Чем дальше растение
расположено от автострады, тем больше в изолированных хлоропластах
образуются АТФ. Кроме того, свинец вызывает потерю тургора клетками
растений, в результате чего листья становятся дряблыми, клетки корня
прекращают делиться [33].
Фототоксичность ртути обусловлено характером его соединений; наиболее
токсичны метил-, диметил- и этилртуть.
Токсичность мышьяка проявляется только при очень высоких концентрациях на
легких почвах. Для большинства растений мышьяк не является очень опасным
элементом, так как растение выводит его из организма.
Сурьма фитотоксична уже при относительно низких концентрациях.
Индивидуальность химического состава каждого вида растения связана с
особенностями химического состава среды, в которой формировался данный вид.
Те элементы, которые преимущественно были предоставлены в почве ареала
возникновения вида и в тех сочетаниях и концентрациях, в которых они
поступали в организм, закрепляясь в результате эволюционного отбора и
передавались по наследству [34].
Не все растения обладают одинаковой способностью накапливать и
поглощать тяжелые металлы. Но почти все растения имеют физиолого-
биохимические защитные механизмы, которые препятствуют поступлению их в
генеративные органы.
Используя некоторые виды растений обладающих способностью накапливать
в своих клетках тяжелые металлы (биометод), можно оздоравливать
загрязненную почву. Так, немецкий биолог Роланд Мегнет на основе опытных
данных показал, что быстро развивающиеся растения, в частности сахалинская
гречиха, за год может извлечь с каждого гектара земли 1,3 кг Cd, 2,4 кг Pb,
322 кг Zn. Известно также возможность очистки почвы от Zn и Cd альпийской
яруткой, а Pb и Cr – индийской горчицей.
Таким образом из анализа литературных данных по влиянию тяжелых металлов на
растения можно заключить, что первым признаком, проявляющимся в культурных
и дикорастущих растениях, является изменение активности фотосинтеза,
дыхание и транспирации, что в конечном счете приводит к снижению
интенсивности роста, развития, образования биомассы и репродуктивных
органов. Причем, не всегда можно наблюдать прямую зависимость между
степенью загрязнения тяжелыми металлами почв и интенсивностью их
поступления в растения. Не все растения обладают одинаковой способностью
поглощать и накапливать их [35].
1.7 Влияние загрязнения тяжелыми металлами природной среды на здоровье
населения
Сегодня считают, что, по крайней мере 11 элементов, называемых
макроэлементами, необходимо для жизни: углерод, водород, кислород, азот,
кальций и другие, также как и 16 микроэлементов: железо, йод, медь, цинк,
марганец, кобальт, никель, селен, хром, фтор, олово и т.д. Кроме этих 27
макро- и микроэлементов определены еще более 30, которые постоянно
присутствуют в организме, однако формы их соединений еще мало изучены, а
физиологическая роль неизвестна.
Ионы металлов в виде металлоорганических соединений вступают в роли
катализаторов в окислительно-восстановительных реакциях, в процессах
передачи нервного импульса, а также в роли транспортных средств
(гемоглобинный комплекс Fe) для переноса кислорода от легочных альвеол к
клеткам, организации движения электронов от одного атома к другому в
синтезе сложных молекул аденазинтрифосфорной кислоты, так называемом,
химическим аккумулятором энергии, и в процессе обмена веществ (метаболизма)
[36].
В настоящее время установлена необходимость в определенных
концентрациях многих металлов для нормальной жизнедеятельности организмов.
Отклонение содержания металлов ... продолжение
Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.
Похожие работы
Дисциплины
- Информатика
- Банковское дело
- Оценка бизнеса
- Бухгалтерское дело
- Валеология
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Религия
- Общая история
- Журналистика
- Таможенное дело
- История Казахстана
- Финансы
- Законодательство и Право, Криминалистика
- Маркетинг
- Культурология
- Медицина
- Менеджмент
- Нефть, Газ
- Искуство, музыка
- Педагогика
- Психология
- Страхование
- Налоги
- Политология
- Сертификация, стандартизация
- Социология, Демография
- Статистика
- Туризм
- Физика
- Философия
- Химия
- Делопроизводсто
- Экология, Охрана природы, Природопользование
- Экономика
- Литература
- Биология
- Мясо, молочно, вино-водочные продукты
- Земельный кадастр, Недвижимость
- Математика, Геометрия
- Государственное управление
- Архивное дело
- Полиграфия
- Горное дело
- Языковедение, Филология
- Исторические личности
- Автоматизация, Техника
- Экономическая география
- Международные отношения
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности), Защита труда
