Глава 3 Результаты исследования

3.1 Загрязнение почв г. Алматы тяжелыми металлами

В отличие от воды и атмосферного воздуха, которые являются лишь миграционными средами, почва считается наиболее объективным и стабильным индикатором техногенного загрязнения, поскольку четко отражает эмиссию ЗВ и их фактическое распределение на городской территории. ТМ накапливаются в почвенной толще, подавляют развитие и биологическую активность многих педобионтов из-за своей высокой токсичности. При анализе пространственно-временных параметров загрязнения ОС г. Алматы, выявилось, что появление большинства ТМ в городских почвах связано с увеличением количества автомобилей и работой двух ТЭЦ.

Мы проводили отбор проб почв и физико-химический анализ содержания ТМ (Pb, Cd, Cu, Zn) в 5 точках: т.1 - Алматинский хлопчато-бумажный комбинат (АХБК), т.2 - парковая зона Казахского национального университета (КазНУ), т.3 - филиал ВАЗ, т.4 – аэропорт.

В результате проведения физико-химического мониторинга были получены следующие результаты. Сезонная зависимость загрязнения Cd нами не выявлена. В 2012 г. его значительное содержание наблюдалось в промышленных районах города (0,6 мг/кг - филиал ВАЗ; 0,5 мг/кг - АХБК) с превышением в 5,5 раза по сравнению с другими годами (рис. 14).,

Рисунок 14 - Содержание Cd в почвах г. Алматы

Отмечено превышение ПДК Cd (0,5 мг/кг) по всем точкам отбора проб: минимально 0,6 ПДК, максимально - 4 ПДК в 2012 г. Загрязнение Pb почв г. Алматы было максимальным в 2012 г. с превышением ПДК Pb (32 мг/кг) на интенсивном транспортном перекрестке в районе филиала ВАЗ - в 4 раза. В остальные годы превышение ПДК Pb мы отметили также на автоперекрестке, территории филиала ВАЗ и аэропорта. Таким образом, содержание Pb в почвах г. Алматы большим, чем Cd (рис. 15).

Самое значительное загрязнение почв Cu также отмечено в 2012 г. в районе филиала ВАЗ (3,2 ПДК), аэропорта (2,4 ПДК), АХБК. Минимальное загрязнение Cu обнаружено в почвенных образцах парковой зоны КазНУ (рис. 16).

Рисунок 16 - Содержание Cu в почвах г. Алматы

Максимум отмечен на перекрестке 2 проспектов. Сравнения ПДК Cu (33 мг/кг) представлены на рис. 16. Таким образом, загрязнение почв г. Алматы по Cu было значительным.

Максимальное накопление Zn в почвах города отмечено в 2012 г., особенно в районе филиала ВАЗ (2,3 ПДК) и аэропорта (2 ПДК), минимальное - в 2012 г., ниже ПДК (рис. 17).

Рисунок 17 - Содержание Zn в почвах г. Алматы

Стабильно высокие концентрации с превышением ПДК Zn (23 мг/кг) наблюдали во все периоды отбора проб (с максимумом загрязнения в районе филиала ВАЗ. В 2012-­2013 гг. превышение ПДК отмечено также в почвенных образцах транспортной магистрали (рис. 17). Следовательно, загрязнение почв г. Алматы Zn было максимальным в 2005 г. с понижением в последующие годы.

Целью следующих исследований явилось определение точности данных химических анализов содержания Cd, Pb, Zn и Cu в почвах г. Алматы на базе 5660 цифровых замеров.

В районе АХБК была получена высокая сопряженность регрессии для Pb от Cd:

Y = 19416,18 + 0,174-Х

с высокими коэффициентами корреляции (рис. 18).

Рисунок 18 - Изменение корреляционно-регрессионных показателей концентраций ТМ в почвах района АХБК

Cd от Zn Pb от Zn

Однако выявлена слабая прямая регрессия Cu от Cd:

Y = 150497,5 - 978,733-Х + 1,607-Х²

и обратная линейная регрессия Cu от Pb:

Y = -30017,53 + 1,831-Х

что свидетельствовало о необходимости дополнительных измерений (рис. 19).

Рисунок 19 - Изменение корреляционно-регрессионных показателей концентраций ТМ в почвах района АХБК

Cu от Cd Pb от Cd

Следовательно, сильный разброс физико-химических данных позволил нам рекомендовать выравнивание эмпирических рядов с помощью более тщательных анализов содержания Cu в пробах почв.

Проведенный дисперсионный анализ загрязнения почв в районе АХБК подтвердил прямые линейные зависимости между Pb, Zn и Cd и обратные - по отношению к Cu. Небольшие зоны доверительных интервалов (от 13 до 36%) и значения критерия Фишера подтверждали необходимость улучшения физико-химических анализов загрязнения почв данного участка.

Почвенные пробы в парковой зоне КазНУ содержали меньшее количество ТМ, чем остальная территория города. Нами была получена слабая линейная корреляционная зависимость Pb и Cu от Cd и Zn от Cd в уравнении:

Y = 147472,9 - 941,026-Х + 1,805-Х²

Вторая функциональная связь (рис. 20) Cu от Cd имела линейное эмпирическое уравнение регрессии:

Cu от Cd Pb от Cd

Нами установлена слабая корреляционно-регрессионная связь Zn и Cd:

Y = 33990,32 - 246,67-Х + 0,775-Х²

Дисперсионный анализ в Приложении В также показал сильный разброс данных наблюдений за содержанием Zn от Cd.

Следовательно, физико-химические данные загрязнения почв парковой зоны КазНУ также требовали улучшения.

В районе филиала ВАЗ нами была получена зависимость высокой сопряженности Pb от Cu по уравнению и рис. 21.

Рисунок 21 - Изменение корреляционно-регрессионных показателей концентраций ТМ в почвах района филиала ВАЗ

Pb от Cu Pb от Zn

Все остальные связи Cu и Zn от Cd:

Y=-59348,05+395,5-Х-0,326-Х²

Y=-23105,73-0,148-Х

а также Pb от Zn:

Y = -7946,868 + 2,127-Х имели обратную связь между ТМ.

Дисперсионный анализ, представленный в таблице, показал разброс индивидуальных данных наблюдений за содержанием ТМ, поэтому необходимо улучшение физико-химических анализов в районе филиала ВАЗ.

Корреляционно-регрессионные связи между ТМ в почвенных пробах в районе аэропорта показали прямую регрессию Pb от Cd:

Y = 78406,66 - 447,151-Х + 0,961 Х²

с высоким коэффициентом корреляции, но небольшую достоверную зону измерений, поэтому эти данные физико-химических анализов не рекомендуется использовать (рис. 22).

Рисунок 22 - Изменение корреляционно-регрессионных показателей концентраций ТМ в почвах в районе аэропорта

Pb от Cd Pb от Zn

Более достоверное эмпирическое уравнение было получено по Pb от Zn:

Y=34163,67+0,063-Х

но совпадение определений результатов измерения Pb составило всего 22% (рис. 22).

Корреляционное поле в дисперсионном анализе подтвердило значительные отклонения в данных химического анализа по определению большинства ТМ в почвах г. Алматы

Корреляционное поле в дисперсионном анализе, представленном в таблице, отражает выявленные зависимости. Следовательно, было получено математическое подтверждение недостоверности получаемых данных с помощью физико-химических анализов.

Дисперсионный анализ содержания тяжелых металлов в почвах г. Алматы

Характеристика мест отбора почвенных образцов для биомониторинга

Исходя из структур почвенного покрова города (широтное направление в соответствии с общим направлением геологических структур и зон крупных тектонических нарушений), были выбраны 5 точек отбора почвенных проб вдоль просп. Раимбека с востока на запад. Фотографии участков отбора проб почв г. Алматы представлены на рис. 24.

Рисунок 24 - Точки отбора почвенных проб для биомониторинга г. Алматы

Т.1 Т.2 Т.3

Т.4 Т.5

Все данные по физическим и физико-химическим показателям были усреднены по сезонам года. Для удобства изложения экспериментального материала повторим обозначения точек отбора почвенных проб: Т.1 - просп. Раимбека/ул. Пушкина); Т.2 - просп. Раимбека/просп. Сейфуллина); Т.3 - просп. Раимбека/ул. Розыбакиева); Т.4 - район ТЭЦ-1; Т.5 - 25 км от города, фоновая точка.

Т.1 - контрольный участок расположен на аллее по просп. Раимбека/ул. Пушкина, пробы отбирали между деревьями; уровень антропогенного воздействия низкий, земля природно-рекреационной зоны (большая аллея с деревьями в несколько рядов и газонным покрытием).

Т.2 - участок расположен на расстоянии 10 м от интенсивного транспортного перекрестка просп. Раимбека/просп. Сейфуллина, рядом расположены СТО, АЗС и еще несколько ремонтных мастерских, недалеко проходит железная дорога к вокзалу Алматы-2; имеет слабое травяное покрытие, уровень антропогенного воздействия высокий.

Т.3 - участок почти без травяного покрытия расположен на расстоянии 3-5 м от интенсивного транспортного перекрестка просп. Раимбека/ул. Розыбакиева, открытое место, рядом жилые дома и несколько предприятий, высокая пешеходная и транспортная нагрузка, уровень антропогенного воздействия высокий.

Таким образом, выбранные нами т. 2 и 3 относятся к центральной части города с интенсивным движением транспорта (рис. 2).

Т.4 - участок расположен на расстоянии 50 м от главной трубы ТЭЦ-1, непосредственно за границей санитарно-защитной зоны возле стены, ограждающей территорию (юго-западная часть территории), рядом расположены несколько автодорог, земля общего пользования, индустриальная или промышленная зона, уровень антропогенного воздействия высокий.

Т.5 - участок отбора почвенных образцов находился на расстоянии 25 км от черты города и 1 км от трассы (целинная непаханая земля, с плотным дерном, высоким травостоем).

Вывод

Проанализировали комплекс антропогенных факторов (увеличивающееся количество предприятий, и, особенно, автотранспорта), которые усиливали неблагополучное экологическое состояние города. Полученные результаты по анализу природных и антропогенных факторов загрязнения ОС г. Алматы показали, что его природные компоненты оказались значительно загрязнены ТМ, в том числе 1 и 2 класса опасности. Значительные концентрации ТМ в почвах г. Алматы отмечены во все анализируемые периоды: превышение ПДК Pb от 1,7 до 6 ПДК, 3,2 ПДК Cu и 1,1-1,5 ПДК Zn наблюдали постоянно в транспортных и промышленных районах; содержание Cd превышало ПДК только в 2012 г. до 2,1. Лидирующее место по загрязнению ТМ занимали почвы транспортных перекрестков, затем аэропорта и филиала ВАЗ. Эти данные свидетельствовали о большом экологическом риске проживания людей в городе.

Но использование нормативов ПДК не дало нам возможности оценить реальные последствия загрязнения ТМ для городской биоты. Более того, математическая обработка полученных данных загрязнения природной среды г. Алматы ТМ физико-химическими методами показала недостатки используемой системы мониторинга: малая частота отбора проб, неточность и недостоверность определения содержания ТМ в них. Кроме того, нами подтверждено, что действующая в настоящее время система экологического мониторинга, основанная на концепции ПДК ЗВ, является экологически не обоснованной. Экстраполяция нормативов ПДК на реальные природные объекты неправомерна, и не позволяет выявить многочисленные последствия влияния ТМ на городскую биоту..

Установлены значительные концентрации тяжелых металлов в почвенных образцах, отобранных для биомониторинга: 42,1-63,8±2,5-4,1 мг Pb/кг, 0,39-0,67±0,05-0,07 мг Cd/кг, 36,4-52,7±2,2-3,3 мг Cu/кг и 59,2-60,7±5,2-6,1 мг Zn/кг почвы. Токсичность почв г. Алматы увеличена из-за повышенного содержания в них водорастворимых форм металлов. Основным источником загрязнения почвенного покрова является автотранспорт.

Для реализации биомониторинга почв г. Алматы проведено изучение их физико-химических характеристик. Выявлено сильное уплотнение верхних горизонтов (более 1,5 г/см), высокие значения катионной емкости, засоления (0,179%) и рН_вод. почв (8,6). Установлены низкие значения порозности (36,8%), гигроскопичной воды (от 13,2±0,32 до 17,9±0,47) и полной влагоемкости урбаноземов (от 29,2±0,73 до 49,2±1,23. Все эти характеристики показывают ухудшение состояния почв, связанные с высокой антропогенной нагрузкой.

Поиск по сайту: