Аннотация
Дипломная работа состоит из 3 таблиц, 10 рисунков, 23 источников литературы. Общее количество страниц дипломной работы - 40.
Работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованной литературы.
В данной работе было рассмотрено влияние автомобильного транспорта на уровень загрязнения придорожных зон. Определялись химические свойства почв (содержание гумуса и pH почвенного раствора) и уровень фитотоксического эффекта почв придорожных территорий г. Томска. Представлены результаты влияния антропогенной деятельности на свойства почв придорожных территорий г. Томска.
Summary
The thesis consists of 3 tables, 10 drawings, 23 sources of literature. Total of pages of the thesis - 40.
Work consists of the introduction, three heads, the conclusion and the list of the used literature.
In this work influence of the motor transport on level of pollution of roadside zones was considered. Chemical properties of soils (the maintenance of a humus and pH of soil solution) and level of phytotoxic effect of soils of roadside territories of Tomsk were defined. Results of influence of anthropogenous activity on properties of soils of roadside territories of Tomsk are presented.
Содержание
Введение
1 Анализ литературных данных по проблеме загрязнения окружающей среды транспортно-дорожного комплекса
1. 1 Транспорт как источник загрязнения окружающей среды
1. 2 Состав выхлопных газов автомобильного транспорта
1. 3 Влияние автомобильного транспорта на почвенный покров
1. 4 Понятие фитотоксичности загрязненных почв
2 Объекты и методы исследований
2. 1 Объекты исследования
2. 2 Методы исследования
3 Свойства почв придорожных территорий г. Томска
3. 1 Содержание органического вещества и pH почв придорожных территорий
3. 2 Оценка фитотоксичности почв придорожных территорий г. Томска
Заключение
Список использованных источников
Введение
В составе современного почвенного покрова Земли быстро увеличивается доля почв, в формировании которых ведущая роль принадлежит антропогенным факторам. Урбанизированные территории представляют особый уникальный тип природно-технических геосистем, в пределах которых сконцентрировано максимальное разнообразие видов воздействий человека на почву. В практике проведения разнообразных экологических исследований городских территорий многие проблемы «городского почвообразования» остаются недостаточно изученными, в том числе вопросы влияния загрязняющих веществ на экологические функции почв.
Наибольший вклад в загрязнение окружающей среды и деградацию природных экосистем на современном этапе вносит автотранспорт. Автотранспорт является специфическим источником загрязнения природной среды, состоящим из множества наземных точечных источников, сосредоточенных на различных автомагистралях. Роль одного отдельно взятого транспортного средства в изменении состояния придорожной зоны незначительна. Однако, при регулярности такого воздействия, она многократно возрастает. Транспортный поток превращается в постоянно действующий источник техногенного загрязнения. Зоны загрязнения окружающей среды, формируемые выбросами автотранспорта, характеризуются высокими значениями концентрации загрязняющих веществ и распространяются на большие территории.
Воздействия транспорта на окружающую среду чрезвычайно многогранны. Это влияние многомиллионного парка средств передвижения: автомобилей, локомотивов, судов, самолетов; крупных транспортных предприятий; автобаз, депо, вокзалов, морских и речных портов, аэропортов; транспортных магистралей: автомобильных и железных дорог, трубопроводов, взлетных полос и т. д. Для всех видов транспортных воздействий характерны изъятие земель, загрязнение всех природных компонентов, водопотребление, ведущие к нарушению круговорота веществ в природных комплексах.
Значительные пространства автодорог, стоянок, автобаз, покрытые асфальтом и бетоном, препятствуют нормальному впитыванию почвой дождевых вод, нарушают баланс грунтовых вод. По причине активного использования соли для борьбы с обледенением городских дорог происходит долговременное засоление почв на обочинах, приводящее к гибели растительности, часть соли смывается поверхностными стоками и загрязняет большие пространства. Самый мощный поток воздействий - загрязнение автотранспортом окружающей среды, в первую очередь воздушного бассейна. В выхлопах двигателей внутреннего сгорания содержатся окись углерода, окись азота, углеводороды, альдегиды, сажа, бензапирен, тяжелые металлы. Загрязняющие вещества попадающие в атмосферу осаждаются на поверхности растений и почвы.
Высокий уровень техногенной нагрузки в урбоэкосистеме диктует необходимость разработки и внедрения современных, объективных методов контроля за загрязнением окружающей среды, оценки текущего состояния экосистемы и прогнозирования развития ситуации в будущем. При этом необходимо особое внимание уделять зонам максимальной техногенной нагрузки, таким как зоны придорожной полосы.
Оценить загрязнение придорожных зон автотранспортом можно, изучив степень фитотоксичности почв.
Актуальность темы исследования определяет цель работы, заключающуюся в оценке экологического состояния придорожных территорий улиц г Томска.
Целью исследования является определение уровня фитотоксического эффекта почв придорожных территорий г. Томска.
В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи:
1) определить содержание органического вещества и pH почвы;
2) определить фитотоксичность почв придорожных территорий г. Томска по всхожести семян тест-культур;
3) оценить фитотоксический эффект почв придорожных территорий г. Томска по энергии прорастания семян тест-культур.
1 Анализ литературных данных по проблеме загрязнения окружающей среды транспортно-дорожного комплекса
1. 1 Транспорт как источник загрязнения окружающей среды
Воздействия транспорта на окружающую среду чрезвычайно многогранны. Это влияние многомиллионного парка средств передвижения: автомобилей, локомотивов, судов, самолетов; крупных транспортных предприятий; автобаз, депо, вокзалов, морских и речных портов, аэропортов; транспортных магистралей: автомобильных и железных дорог, трубопроводов, взлетных полос и т. д.
Для всех видов транспортных воздействий характерны изъятие земель, загрязнение всех природных компонентов, водопотребление, ведущие к нарушению круговорота веществ в природных комплексах. Также следует учитывать, что транспорт - постоянный потребитель топлива, стимулирующий добычу топливных полезных ископаемых [1].
Автотранспорт имеет самые высокие потребности в площадях, отведенные под его нужды городские территории достигают 25-30% общей площади. Значительные пространства автодорог, стоянок, автобаз, покрытые асфальтом и бетоном, препятствуют нормальному впитыванию почвой дождевых вод, нарушают баланс грунтовых вод. По причине активного использования соли для борьбы с обледенением городских дорог происходит долговременное засоление почв на обочинах, приводящее к гибели растительности, часть соли смывается поверхностными стоками и загрязняет большие пространства. Автотранспорт - один из самых крупных потребителей воды, используемой для различных технических целей - охлаждения двигателей, мойки автомобилей и т. д.
Самый мощный поток воздействий - загрязнение автотранспортом окружающей среды, в первую очередь воздушного бассейна [4].
В выхлопах двигателей внутреннего сгорания содержатся окись углерода, окись азота, углеводороды, альдегиды, сажа, бензапирен, тяжелые металлы. Типичным представителем канцерогенных веществ, т. е. веществ, способствующих возникновению раковых опухолей, является бензапирен. Достаточно сказать, что учёные уже обнаружили в этих газах около 200 компонентов.
Каждый автомобиль выбрасывает в атмосферу в среднем в год 1 кг свинца в виде аэрозоля. Свинец выбрасывается в выхлопными газами автомобилей, осаждается на растениях, проникает в почву, где он может оставаться довольно долго, поскольку слабо растворяется. Наблюдается ярко выраженная тенденция к росту количества свинца в тканях растений. Это явление можно сопоставить со все увеличивающимся потреблением горючего, содержащего тетра-этил свинца. Люди, живущие в городе около магистралей с интенсивным движением, подвергаются риску аккумулировать в своем организме всего за несколько лет такое количество свинца, которое намного превышает допустимые пределы. Свинец включается в различные клеточные ферменты, и в результате эти ферменты уже не могут выполнять предназначенные им в организме функции. В начале отравления отмечают повышенную активность и бессонницу, позднее утомляемость, депрессии. Более поздними симптомами отравления являются расстройства функции нервной системы и поражение головного мозга.
Почву загрязняют нефтепродуктами при заправке машин на полях и в лесах, на лесосеках и т. д. Самоочищение почв, как правило, - медленный процесс. Токсичные вещества накапливаются, что способствует постепенному изменению химического состава почв, нарушению единства геохимической среды и живых организмов. Из почвы токсические вещества могут попасть в организмы животных, людей и вызвать тяжелейшие болезни и смертельные исходы [7].
Среди загрязнителей лидируют оксид углерода и углеводороды, доля которых резко возрастает при работе двигателя на малых оборотах, при старте или увеличении скорости, что наблюдается во время «пробок» и у светофоров. Весьма опасная составная часть выхлопных газов автомобилей - соединения свинца, который используют в качестве добавки к бензину. Велико загрязнение и другими тяжелыми металлами - цинком, никелем, кадмием. Они содержатся не только в выхлопах, но и в отходах автомобильных шин: на некоторых автомагистралях Европы масса резиновой пыли доходит до 250 кг на каждый километр дороги (в год).
Водные загрязнения включают стоки с автобаз, моек, бензоколонок, дорог, содержащие в больших количествах нефтепродукты, моющие средства, тяжелые металлы и др. Естественно, что воздушные выбросы и стоки загрязняют остальные компоненты природных комплексов [15].
1. 2 Состав выхлопных газов автомобильного транспорта
Традиционно состав отработавших газов автомобильных двигателей характеризуется такими веществами как окись углерода, оксиды азота, частички сажи и углеводороды. Однако, эти компоненты составляют только небольшую часть общей массы отработавших газов. Поэтому, прежде чем описывать отдельные компоненты, следует показать их приблизительную долю в общей массе отработавших газов бензиновых двигателей и дизелей (рисунок 1. 1).
В отработанных газах бензиновых двигателей может также присутствовать в небольшом количестве SO2, N2, O2, H2O, CO2, CO, NOX, Pb, HC, углеводороды, частицы сажи [20].
Рисунок 1. 1 - Состав отработанных газов бензиновых и дизельных двигателей
На рисунке 1. 2 изображена общая схема, дающая представление о поступающих в двигатель веществах и веществах, покидающих его в составе отработавших газов.
Рисунок 1. 2 - Поступающие в двигатель вещества и покидающие его компоненты отработавших газов
Характеристики компонентов отработавших газов:
Азот (N2) негорюч, бесцветен и не имеет запаха. Азот входит в элементарный состав воздуха, которым мы дышим (78% воздуха приходится на азот, 21% на кислород и 1% на прочие газы). В составе воздуха он поступает в двигатель и присутствует при сгорании топлива в нем. Основная часть поступившего в двигатель азота вновь выбрасывается в неизмененном состоянии в составе отработанных газов, но небольшая его часть вступает в реакцию с кислородом, образуя оксиды (NOX).
Кислород (O2) - это бесцветный газ, не имеющий запаха и привкуса. Он является важнейшим компонентом воздуха, которым мы дышим (доля кислорода в воздухе равна 21%). Он поступает в двигатель вместе с азотом через воздушный фильтр.
Вода (H2O) частично попадает в двигатель в виде содержащейся в воздухе влаги и возникает при сгорании в процессе прогрева двигателя. На эту часть отработанных газов не стоит обращать внимание [21].
Двуокись углерода (углекислый газ - CO2) - этот бесцветный и негорючий газ возникает в результате сгорания топлива, содержащего углерод, (например, бензина или дизельного топлива). При этом углерод соединяется с кислородом поступившего в двигатель воздуха. Этот газ попал в поле зрения общественности в связи с дискуссиями о возможных изменениях климата в результате действия парникового эффекта. Углекислый газ CO2 уменьшает слой атмосферы, который защищает ее землю от ультрафиолетовых лучей, испускаемых солнцем (в результате нагрев земной поверхности должен увеличиваться).
Окись углерода (CO). Возникает в результате неполного сгорания содержащих углерод топлив. Он не имеет цвета и запаха, взрывоопасен и очень ядовит. Он блокирует транспорт кислорода красными тельцами крови. Способен вызвать смерть человека уже при относительно малой концентрации в воздухе. При обычных концентрациях в окружающем воздухе он относительно быстро окисляется до углекислого газа CO2.
Оксиды азота (NOX ) - являются соединениями азота N2 и кислорода O2 (NO, NO2, N2O и другие). Оксиды азота образуются при сгорании в двигателе под действием высоких температур и давлений и наличии избытка кислорода. Некоторые из оксидов азота токсичны. Направленные на снижение расхода топлива мероприятия, к сожалению, вызывают в ряде случаев повышение концентрации оксидов азота в отработанных газах, так как повышение эффективности сгорания сопровождается ростом температур. А повышенные температуры приводят к росту выброса оксидов азота.
Двуокись серы (SO2 ) - это бесцветный негорючий газ с резким запахом. Двуокись серы вызывает заболевания дыхательных путей, однако, в ОГ ее концентрация обычно очень мала. Снижение выброса двуокиси серы достигается уменьшением ее содержания в топливе [23].
Свинец (Pb). В последнее время в отработанных газах автомобильных двигателей отсутствует. Еще в 1985 году в атмосферу было выброшено 3000 т свинца в результате сжигания этилированного бензина. Содержащийся в топливе свинец противодействовал детонации при сгорании топлива и снижал износ выпускных клапанов. Применение экологически чистых присадок позволило практически сохранить антидетонационную стойкость бензина на уровне этилированного топлива.
Углеводороды (HC) - появляются в отработанных газах в результате неполного сгорания углеводородного топлива. Углеводороды могут проявляться в различных формах (например, C6H6, C8H18) и их действие на организм человека различно. Некоторые раздражают органы чувств, другие вызывают развитие злокачественных опухолей (например, бензол).
Частички сажи PM (по-английски particulate matter) выбрасываются главным образом дизелями. Их действие на организм человека раскрыто еще не полностью [17].
В последние годы в Федеративной Республике Германии, а также в других странах Европы и всего мира были приняты постановления и законы, направленные на снижение выброса вредных веществ в атмосферу. Естественно, что при этом особое внимание должно быть обращено на автомобильный транспорт. В ответ на ужесточение норм на токсичность в США и Европе, автомобильная промышленность проводит новые разработки, направленные на снижение и полное предотвращение выброса вредных веществ с отработанными газами [7].
1. 3 Влияние автомобильного транспорта на почвенный покров
Негативное воздействие автомобильного транспорта на почвенный покров придорожной полосы определяется поступлением в почву самых разнообразных химических веществ, среди которых тяжелым металлам и, прежде всего, свинцу и его соединениям в многочисленных исследованиях уделялось наиболее пристальное внимание. Однако проблема загрязнения свинцом придорожного почвенного покрова становится все менее актуальной. Связано это, как с существующим уже не одно десятилетие запретом на использование этилированных бензинов в крупных городах России, так и с фактическим прекращением их выпуска к настоящему моменту. В то же время все более остро начинает проявляться проблема загрязнения почв нефтепродуктами, бенз(а)пиреном, соединениями цинка и некоторых других тяжелых металлов [3].
Опыт экологических исследований почвенного покрова вблизи многочисленных автомобильных магистралей, свидетельствует, что, например, повышенное содержание цинка стало характерным явлением, которое в силу своей экологической опасности требует пристального контроля и внимательного изучения.
Цинк поступает в придорожное пространство в результате истирания различных деталей, эрозии оцинкованных поверхностей, износа шин, за счет использования в маслах присадок, содержащих этот металл. Так, в качестве антиокислительных присадок к моторным маслам применяют диалкил - и диарилдитиофосфаты цинка, которые улучшают также антикоррозионные свойства и уменьшают износ деталей. Введение в состав масел дитиофосфатов цинка часто оказывается достаточным для предотвращения коррозионномеханического изнашивания и модифицирования поверхностей тяжело нагруженных деталей во избежание задиров или усталостного выкрашивания. Массовая доля цинка в моторных маслах для бензиновых двигателей составляет 0, 09 - 0, 12 %, в маслах для дизельных двигателей - 0, 05 - 0, 1 %. После отказа от использования соединений кадмия в процессах вулканизации резины и замены их соединениями цинка истирание автомобильных шин также стало одним из источников накопления этого металла вдоль дорог. В последнее время для борьбы с коррозией широко используется за рубежом и интенсивно внедряется у нас оцинковка кузовных деталей автомобилей, прежде всего днища, что влечет за собой дополнительное поступление цинка в придорожное пространство [5].
В результате этих процессов вдоль автомобильных дорог формируются геохимические аномалии цинка. Цинк имеет более подвижные формы в почве по сравнению со свинцом и легче мигрирует в водную среду, захватывается растениями. В частности, период полувыведения цинка из почвы составляет от 70 до 510 лет, в то время как для свинца - от 740 до 5900 лет. В связи с этим можно ожидать повышенное содержание цинка не только в почвах, но и в придорожных водотоках и водоемах.
Полученные данные показывают, что проблема загрязнения придорожных почв цинком начинает проявляться все более явственно. В то время как многочисленные измерения демонстрируют успехи в борьбе со свинцовым загрязнением, опасность накопления в придорожных почвах недопустимого количества цинка нарастает.
Одним из наиболее опасных тяжелых металлов является кадмий. Кадмий до определенного периода попадал в почву при истирании шин, т. к. он добавлялся к резине для ускорения процесса вулканизации. В настоящее время использование кадмия в производстве шин запрещено, и это обстоятельство положительно сказывается на качестве почв [17].
Нефтепродукты, представляющие собой композицию самых разнообразных углеводородов, являются, как общеизвестно, самым обыденным и повсеместным загрязнителем придорожных полос. Несмотря на то, что загрязнение ими носит самый масштабный и распространенный характер, каких-либо удовлетворительных методик, обеспечивающих прогнозные оценки загрязнения почв, до сих пор не разработано. Мало того, до сих пор в России отсутствуют утвержденные ПДК и ОДК по их содержанию в почве. Поэтому приходится пользоваться зарубежными критериальными оценками, принимая допустимую концентрацию нефтепродуктов в почве от 50 до 180 мг/кг. Реальное содержание нефтепродуктов в придорожных почвах, как показывают многочисленные исследования, обычно существенно больше, чем дают указанные критерии [14].
Среди показателей, характеризующих загрязнение почвы углеводородами, особую значимость имеет бенз(а)пирен, обладающий канцерогенным действием. Бенз(а)пирен в составе других полициклических ароматических углеводородов содержится в отработавших газах автомобильных двигателей. Кроме отработавших газов источником выделения бенз(а)пирена могут быть органические вяжущие материалы, используемые при строительстве дорожной одежды. В шинах автомобилей полициклические ароматические углеводороды содержатся по причине использования при производстве резины газовой сажи, которая придает резине необходимые свойства по стойкости к истиранию, прочности, жесткости, твердости. По имеющимся оценкам каждые 100 грамм стершихся шин содержат до 1, 2 мг бенз(а)пирена. Представляется, что истирание асфальта и шин является главенствующей причиной повышенного накопления бенз(а)пирена в придорожных почвах. Повышенные концентрации бенз(а)пирена (до 20 ПДК) обнаруживаются практически вдоль всех крупных автомагистралей [18].
1. 4 Понятие фитотоксичности загрязненных почв
Фитотоксичность почвы - свойство почвы, обусловленное наличием загрязняющих веществ и токсинов, подавлять рост и развитие высших растений.
Почва как депонирующий компонент среды отражает длительность и интенсивность поступления и накопления загрязняющих веществ. Химическое состояние почв - наиболее интегральный показатель эффективности природоохранных мероприятий. При оценке степени загрязнения почвы в качестве реперных показателей состояния почвенного покрова были выбраны содержание свинца, хлоридов, рН водных и солевых вытяжек, а также интегральный показатель качества почв - фитотоксичность [2].
Загрязненные почвы на определенных территориях обычно занимают удобные и выгодные местоположения. По этой причине очищение (восстановление) почв представляет весьма актуальную задачу. Одним из возможных путей решения этой задачи может быть фиторемедиация -очищение почвенного покрова от загрязнения посредством культивирования растений. Этот путь привлекателен использованием природного процесса биологического круговорота и полным исключением грубых механических инженерно - мелиоративных мероприятий и какого-либо химического воздействия на почву. Для выбора и обоснования экологической целесообразности мероприятий по очищению почв от избыточных масс загрязнителя необходимы стандартизированные подходы к оценке загрязнения почвенного покрова на конкретной территории. С целью объективной оценки существующего загрязнения почвенного покрова и прогноза дальнейшего развития этого процесса автором разработана система ландшафтно -геохимических показателей и критериев применительно к почвам лесной зоны европейской части России (В. В. Добровольский, 1999 г). В идеальной модели любой вид промышленного загрязнения почвы оценивается повышением концентрации по сравнению с исходной природной концентрацией, к которой на протяжении длительного времени адап- тированы растительные и животные организмы [6].
Установление реальной картины соотношения различных форм нахождения дополнительно затрудняется тем, что диагностика этих форм в значительной мере зависит от методов и приемов аналитического определения концентрации и соответствующих приборов. С учетом определенной условности любого метода определения ультрамикроколичеств загрязнителя весьма важное значение имеют показатели, статистически характеризующие концентрацию в почве, а именно: среднее значение концентрации загрязняющего вещества и параметры статистического распределения аналитических данных. Эта группа показателей должна характеризовать природную норму (так называемый геохимический фон), в условиях которой достаточно длительное время существует природная растительность данного района. В разных провинциально - геохимических ситуациях природная норма для одних и тех же типов и подтипов автоморфных почв может заметно различаться [8].
Для ситуации с деструктивной динамикой загрязнения применение фиторемедиация возможно в комплексе с разными приемами рекультивации.
Для действенного контроля над территориями и принятия мер по улучшению экологической обстановки необходимо иметь информацию не только обобщенную по всей территории, но и по административным округам и районам. Такая информация может быть получена после проведения аудирования (обследования) относительно небольших территорий. Процедура включает в себя визуальное аудирование как первый этап, ознакомление с имеющейся информацией в префектуре, пробоотбор и анализ объектов окружающей среды, составление карт загрязнения территории и как заключительный этап - выдачу рекомендаций по конкретным мероприятиям, направленным на улучшение экологической ситуации. Морфология аномалий характеризует зоны воздействия источников [16, 19].
2. 1 Объекты исследования
Отбор почвенных проб для определения их фитотоксичности производился в июле 2011 года на наиболее загруженных улицах г. Томска (ул. Терешковой, пр. Гагарина) в трех точках. Территория отбора проб располагалась на расстоянии 5 и 15 метров от дорожного покрытия. Расстояние до ближайших построек составляет 30-45 м.
г. Томск находится в подзоне черноземов обыкновенных. Разнообразная, интенсивно концентрированная деятельность человека в городе приводит к существенному и радикальному изменению почвенного покрова, представляющего сложную природно-техногенную систему, состоящую из сочетания многочисленных антропогенных модификаций естественных почв и искусственно-созданных поверхностных почвоподобных образований и выполняющую роль базового компонента в составе интегральной урбогеосистемы. Высота снежного покрова составляет 40 - 50 см (за весь зимний период), средняя температура января минус 15 °С, средняя температура июля плюс 20, 5 °С, средняя глубина промерзания почвы менее 80 см, средне годовое количество осадков - 350 - 400 мм и более. Гидротермический коэффициент (ГТК) составляет 0, 6 - 0, 8, следовательно, это засушливая зона. Сумма температур свыше 10 °С достигает 2400 - 2600°С, то есть относится к теплой зоне [9, 10].
Для исследований точечные пробы отбирают на пробной площадке размером 1м2 из слоя почвы 0-20 см методом конверта или по диагонали на расстоянии 5 и 15 метров от дорожного полотна. Точечные пробы отбирают из прикопок почвенным буром. Объединенную пробу составляют путем смешивания точечных проб, отобранных на одной пробной площадке.
Для анализа объединенную пробу составляют не менее чем из пяти точечных проб, взятых с одной пробной площадки. Масса объединенной пробы должна быть не менее 500 г.
При отборе точечных проб и составлении объединенной пробы должна быть исключена возможность их вторичного загрязнения.
В связи с поставленными задачами изучалась фитотоксичность почв придорожных территорий. Исследование фитотоксичности проводили с помощью индикаторных тест-культур. В качестве тест-культур были использованы: кресс-салат (Lepidium sativum), пшеница (Triticum aestivum).
Кресс- салат - быстрорастущее съедобное однолетнее или двулетнее травянистое растение, вид рода Клоповник (Lepidium) семейства Капустные, или Крестоцветные (Brassicaceae). Однолетнее растение высотой 30 - 60 см с легко вырывающимся из земли простым корнем. Растение голое, с сизоватым налетом. Нижние листья единожды- или дваждыперистораздельные; средние листья триждыраздельные; верхние цельные, линейные. Лепестки околоцветника белые или розовые. Плод - широкоовальный стручочек, в верхней части по краю крылатый, на верхушке со столбиком. Цветоножки при стручках, прижатые к оси соцветия. Цветёт в июне - июле. Плоды созревают в июне - ноябре. Свежие листья богаты минеральными солями калия, кальция, фосфора, йода, железа, магния, серы, меди. Содержат аскорбиновую кислоту, витамины группы B, каротин, тиамин, рутин, рибофлавин, горчичное эфирное масло, включающее гликозид пропсолин и придающее ему специфический запах и вкус. Корни и надземная часть растения содержат горькое вещество лепидин, семена - до 50 - 60 % полувысыхающего жирного масла [22] (рисунок 2. 1).
Рисунок 2. 1 - Кресс-салат
Пшеница - род травянистых, в основном однолетних, растений семейства Злаки, или Мятликовые, ведущая зерновая культура во многих странах, в том числе и России. Однолетние травянистые растения 40 - 150 см высотой. Стебли прямостоячие, полые или выполненные. Влагалища почти до основания расщеплённые, на верхушке обычно с ланцетными ушками; язычки 0, 5 - 2 (3) мм длиной, перепончатые, обычно голые. Листья 3 - 15 (20) мм шириной, обычно плоские, линейные или широколинейные, голые или волосистые, шероховатые. Корневая система мочковатая. Общее соцветие -прямой, линейный, продолговатый или яйцевидный, сложный колос длиной от 3 до 15 см, с не распадающейся или распадающейся при плодах на членики осью. Колоски одиночные, расположены на оси колосьев двумя правильными продольными рядами, сидячие, все одинаковые, 9 - 17 мм длины, с (2) 3 - 5 тесно сближенными цветками, из которых верхний обычно недоразвит; ось колоска очень коротковолосистая, без сочленений, с короткими нижними члениками и более длинным самым верхним члеником. Колосковые чешуи обычно 6 - 15 (редко 25 - 32) мм длиной, продолговатые или яйцевидные, кожистые, реже перепончатые, вздутые, неравносторонние, вверху неравнобоко усечённые, голые или коротковолосистые, с (3) 5 - 11 (13) жилками, из которых 1 - 2 жилки значительно более развитые и выступающие в виде более - менее крылатых килей, на верхушке с 1 - 2 зубцами, из которых более крупный иногда переходит в прямую ость до 5 см длиной. Нижние цветковые чешуи 7 -14 (реже 15 - 20) мм длиной, от яйцевидных до продолговатых, кожистые, гладкие, шероховатые или коротковолосистые, с 7 - 11 (15) жилками, без киля, на верхушке переходящие в зубец или ость до 18 см длиной; каллус очень короткий, тупой. Верхние цветковые чешуи обычно немного короче нижних, по более - менее крылатым килям очень короткореснитчатые; цветковые плёнки в числе 2, обычно цельные, по краю реснитчатые. Тычинок 3, с пыльниками 2 - 4, 5 мм длиной. Зерновки 5 - 10 мм длиной, свободные, толстые, наверху слегка волосистые, овальные или продолговатые, глубоко желобчатые. Крахмальные зёрна простые [8, 6, 22] (рисунок 2. 2).
Рисунок 2. 2 - Пшеница
2. 2 Методы исследования
Определение фитотоксичности почв осуществлялась в соответствии с ГОСТ РИСО 22030-2009. Уровень фитотоксичности почв оценивается по ингибированию определяемых показателей по сравнению с таковыми у растений, выращиваемых на контрольной (незагрязненной) почве [12].
Работа проводилась в стеклянной посуде емкостью не менее 100 мл. Была приготовлена суспензия почвы в соотношении 1: 5. Данную суспензию заливали в чашки Петри так, чтобы закрыть дно слоем 3 - 5 мм. Покрывали суспензию фильтровальной бумагой в два слоя. На поверхность фильтровальной бумаги выкладывали 30 - 50 штук приготовленных для опыта семян равномерно распределив по поверхности дна и оставляли на 3 - 4 дня при температуре 20 - 25 градусов (рисунок 2. 3).
После инкубации семян в течение 3 - 4 дней считали количество проростков в контрольной и опытных чашках и вычисляли процент снижения числа проросших семян.
Разница в 10 % не принимается во внимание - почва считается экологически чистой.
Снижение числа проростков в опытном варианте по сравнению с контрольным на 10 - 30 % говорит о слабой фитотоксичности почвы. Разница от 30 до 50 % указывает на среднюю степень фитотоксичности почвы, а выше 50 % - свидетельствует о высокой (недопустимой) степени фитотоксичности почвы [11].
Для получения более достоверных результатов можно продолжать опыт еще на 3 - 4 дня при тех же условиях и измерить среднюю длину проростков в опытном и контрольном вариантах. Уменьшение длины проростков в опытном варианте по сравнению с контрольным можно оценить по той же шкале, что и уменьшение числа проростков.
Рисунок 2. 3 - Определение всхожести проросших семян тест-культур
Определение рН почвы. 10 г воздушно-сухой почвы, пропущенной через сито диаметром в 1 мм, отвешивают на технических весах, помещают в колбу емкостью 50-10 и приливают 25 мл дистиллированной воды, рН которой равна 6, 6-6, 8. Колбу плотно закрывают чистой каучуковой пробкой, встряхивают 5 минут и оставляют стоять 18-24 часа, после чего сливают отстоявшийся раствор и определяют рН водной вытяжки с помощью pH-метра.
Определение органического вещества по методу Тюрина в модификации ЦИНАО. Метод основан на окислении органического вещества раствором двухромовокислого калия в серной кислоте и последующем определении трехвалентного хрома, эквивалентного содержанию органического вещества, на фотоэлектроколориметре.
Массу органического вещества в анализируемой пробе определяют по градуировочному графику. При построении градуировочного графика по oси абсцисс откладывают массу органического вещества в миллиграммах, соответствующую объему восстановителя в растворе сравнения, а по оси ординат — соответствующее показание прибора. Массовую долю органического вещества (X) в процентах вычисляют по уравнению
Х= m · K · 100, m1
где m — масса органического вещества в анализируемой пробе, найденная по графику, мг;
К— коэффициент поправки концентрации восстановителя; m1 — масса пробы, мг;
100— коэффициент пересчета в проценты [13].
Математическая обработка результатов исследования. Любые экспериментальные данные должны быть подвергнуты математической обработке, что позволит судить об их достоверности. Вычисляют среднее арифметическое значение экспериментальных данных Хп, полученных при анализе параллельных проб. Затем находят среднее квадратичное отклонение для n определений по формуле:
Полученную величину отклонения Sn используют для вычисления абсолютной и относительной погрешности анализа с заданной степенью надежности (a = 0, 95) по формуле:
где tаn - коэффициент распределения Стьюдента, который определяют по таблице 2. 1 для а = 0, 95 и числа определений n без промахов.
Таблица 2.1 Коэффициент Стьюдента при а=0,95
|
Количество параллельных измерений (n) |
Коэффициенты Стьюдента tan |
|
2 |
12, 706 |
|
3 |
4, 303 |
|
4 |
3, 182 |
|
5 |
2, 776 |
|
6 |
2, 446 |
|
7 |
2, 365 |
|
8 |
2, 306 |
|
9 |
2, 262 |
Относительная погрешность рассчитывается по формуле:
3 Свойства почв придорожных территорий г. Томска
3. 1 Содержание органического вещества и pH почв придорожных территорий
При оценке последствий химического загрязнения почв важное, а порой решающее значение имеет изменение в их гумусном состоянии. Гумус и его качественно-количественные показатели находятся в ряду важнейших свойств почв, определяющих как их экологические функции в биосфере, так и хозяйственные свойства.
Результаты исследований гумусного состояния загрязненной почвы, представленные в таблице 3. 1 показали, что содержание органического углерода в почвах придорожных территорий ул. Терешковой и пр. Гагарина колеблется в пределах от 4, 3 до 4, 9%, что соответствует малогумусным почвам.
Таблица 3. 1 - Содержание органического углерода в почвах придорожных территорий
|
Территория исследования |
Содержание органического углерода, % |
С ср |
Eo |
С ср+Eо |
||
|
|
С2 |
С3 |
||||
|
Ул Терешковой (5м) |
4, 7 |
4, 2 |
4, 5 |
4, 5 |
0, 5 |
4, 5±0, 5 |
|
Ул. Терешковой (15 м) |
4, 6 |
4, 7 |
4, 5 |
4, 6 |
0, 2 |
4, 6±0, 2 |
|
Пр. Гагарина (5 м) |
5, 0 |
4, 4 |
5, 2 |
4, 9 |
0, 8 |
4, 9±0, 8 |
|
Пр. Гагарина (15 м) |
4, 7 |
4, 9 |
4, 5 |
4, 7 |
0, 4 |
4, 7±0, 4 |
Не высокое содержание гумуса в почвах придорожных территорий по сравнению с фоновыми аналогами вызвано активной антропогенной нагрузкой и радикальным изменением почвенного покрова городских территорий, представляющего сложную природно-техногенную систему, состоящую из сочетания многочисленных антропогенных модификаций естественных почв и искусственно-созданных поверхностных почвоподобных образований.
Немаловажное значение при экологической оценке почв, загрязненных химическими веществами, имеет определение pH почвенной вытяжки. Результаты исследования pH представлены на рисунке 3. 1.
Рисунок 3. 1 - pH почв придорожных территрорий г. Томска
Для оценки экологического состояния территории по показателям pH Министерством природы разработаны критерии оценки качества территории, которые приведены в таблице 3. 2. Из рисунка видно, что все исследуемые участки можно отнести к ситуации экологического бедствия, которая возникает вследствие высокой антропогенной нагрузки на данные территории, в частности влияния на почвенный покров автомобильного транспорта и химических реагентов, используемых в зимнее время.
Таблица 3.1 Содержание органического углерода в почвах
|
Показатели качества |
Параметры состояния |
|||
|
Экологическое бедствие |
Чрезвычайная экологическая ситуация |
Критическая экологическая ситуация |
Относительно удовлетворительная ситуация |
|
|
pH |
<5, 6 |
5, 7-6, 5 |
6, 6-7, 0 |
<p>>7, 0 |
Кислую реакцию среды придорожных почв определяет повышенное содержание кислотообразующих анионов. Многочисленные исследования свидетельствуют, что в почвах придорожных территорий наблюдается превышение фоновых значений гидрокарбонат-ионов, гидросульфид - ионов, хлорид-ионов. Подкисление почв придорожных территорий происходит так же вследствие выпадения кислотных осадков. Как известно, автомобильные выбросы содержат большое количество оксида углерода, соединений азота и серы, которые в процессе атмосферной циркуляции претерпевают физикохимические превращения и способствуют образованию кислотных осадков [15].
3. 2 Оценка фитотоксичности почв придорожных территорий г. Томска
Загрязняющие вещества оказывают негативное влияние на живые организмы и, в первую очередь, на сосудистые растения, которые вследствие прикрепления к почве постоянно подвергаются воздействия как глобального, так и локального загрязнения. Растения являются основой любого биогеоценоза, и поэтому отклонения биохимических, физиологических реакций растений, весьма чувствительных к изменению условий среды, могут служить индикатором ее состояния.
Уровень фитотоксичности загрзяненной почвы оценивается по ингибированию определяемых показателей по сравнению с таковыми у растений, выращиваемых на контрольной (незагрязненной) почве. В лабораторных условиях исследовалась фитотоксичность почв по отношению к двум индикаторным тест-культурам: Triticum aestivum (пшеница мягкая) и
Lepidium sativum (кресс-салат или Клоповник посевной). Исследования всхожести семян тест-культур на участках, находящихся на разном удалении от дороги показали, что больший фитотоксический эффект проявляется на участках, располагающихся в 5 метрах от дорожного полотна. В пробах, отобранных на 15 метровом расстоянии фитотоксический эффект ниже.
Всхожесть семян пшеницы демонстрирует средний фитотоксический эффект почвенных образцов, отобранных на расстоянии 5 м от дорожного полотна и низкий фитотоксический эффект почвенных образцов, отобранных на расстоянии 15 м от дорожного покрытия (рисунок 3. 2).
Всхожесть семян кресс-салата демонстрирует схожую тенденцию, однако процент снижения всхожести семян выше, чем у растений пшеницы, что свидетельствует о большей чувствительности кресс-салата к загрязнению почвы и большей его индикационной способности (рисунок 3. 3).
Рисунок 3. 2 - Всхожесть семян пшеницы, %
Рисунок 3. 3 - Всхожесть семян кресс-салата, %
Энергия прорастания семян пшеницы оказалась выше, чем кресс-салата на опытных образцах (рисунок 3. 4). В контроле энергия прорастания обеих культур не отличается достоверно друг от друга. Коэффициент Стьюдента, характеризующий достоверность различий между энергией прорастания контрольных образцов равен t = 1, 47, при n = 3.
Рисунок 3. 4 - Энергия прорастания семян пшеницы, %
Снижение показателей энергии прорастания семя относительно расположения исследуемой территории от дорожного покрытия происходит по мере приближения места отбора проб к дороге. Однако, как и при исследовании всхожести семян, семена кресс-салата оказались более чувствительным по отношению к загрязнению, чем проростки пшеницы, что видно из рисунка 3. 5. Фитотоксический эффект на участках отбора проб, удаленных от дорожного покрытия на 5 м характеризуется как средний, а на участках, удаленных от дороги на 15 м - низкий.
Рисунок 3. 5 - Энергия прорастания семян кресс-салата, %
Заключение
Одним из источников антропогенного загрязнения городской среды является автотранспорт, отработавшие газы которого выбрасываются в воздух и содержат оксид углерода, оксиды азота, различные углеводороды. Бензиновые двигатели, кроме того, выделяют соединения свинца, хлора, брома, а дизельные - значительные количества сажи и частичек копоти. Свинец и нефтепродукты оседают в непосредственной близости от дороги и загрязняют придорожную почву, поверхностные воды и растительность. Кроме того, на придорожные территории попадают продукты износа шин (цинк, кадмий, медь, свинец), тормозных накладок (медь, свинец, хром, никель, цинк), материалов дорожных покрытий (кадмий, свинец).
При нынешнем развитии автомобильной промышленности и постоянном росте числа автомобилей отрицательное воздействие автотранспорта на окружающую среду и человека ощущается все более остро, что приводит к необходимости детального изучения всех аспектов этого вопроса, разработки системы мониторинга и поиска решений по минимизации вредного влияния.
Исследование придорожных территорий улиц г. Томска позволило нам сделать выводы о состоянии почвенного покрова:
- содержание органического углерода в почвах придорожных территорий ул. Терешковой и пр. Гагарина не меняется существенно в зависимости от места отбора проб;
- по показателям pH почвенной вытяжки исследуемые участки можно отнести к ситуации экологического бедствия, которая возникает вследствие влияния на почвенный покров автомобильного транспорта и химических реагентов, используемых в зимнее время;
- фитотоксический эффект почвенных образцов, отобранных на расстоянии 5 м от дорожного полотна характеризуется как средний, а на расстоянии 15 м от дорожного полотна - низкий, что подтверждает неблагоприятную экологическую ситуацию в зоне отбора проб;
- кресс-салата обладает большей чувствительностью к загрязнению почвы и может использоваться как индикаторная тест-культура при исследовании загрязнения почв придорожных территорий.
Список использованных источников
1. Ахметов Л. А., Корнев Е. В., Ситшаев Т. З.. Автомобильный транспорт и охрана окружающей среды. - Ташкент: Мехнат, 1990 г.
2. Берестецкий, О. А. Изучение фитотоксичности свойств микроскопических грибов / О. А. Берестецкий // Методы экспериментальной микологии: справочник. - Киев: Наук. Думка, 1982. - 321 с.
3. Блохин, Е. В. Экология почв Томской области: почвенные ресурсы, мониторинг, агроэкологическое районирование / Е. В. Блохин. -Екатеринбург: УрО РАН, 1997. - 228 с.
4. Бондаренко, Е. В. Дорожно-транспортная экология: учеб. пособие для вузов / Е. В. Бондаренко, Г. П. Дворников. - Томск: ТГУ, 2004. -113 с.
5. Вальков, В. Ф. Экология почв: учебное пособие для студентов вузов / В. Ф. Вальков, К. Ш. Казеев, С. И. Колесником. - Ростов-на-Дону: УПЛ РГУ, 2004. - Часть 3.: Загрязнение почв. - 54 с.
6. Виноградов, Б. В. Растительные индикаторы и их использование при изучении природных ресурсов / Б. В. Виноградов. - М.: Изд - во МГУ, 1962. - 119 с.
7. Волох, А. А. Опыт контроля за загрязнением атмосферного воздуха металлами и летучими органическими соединениями на городских и фоновых территориях. Геохимические исследования городских агломераций / А. А. Волох. - М.: ИМГРЭ, 1998. - С. 40-58.
8. Гар, К. А. Химические средства защиты сельскохозяйственных культур / К. А. Гар. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Росеельхозиздат, 1978. -142 с.
9. Географический атлас Томской области. - М.: Изд-во ДИК, 1999. - 96 с.
10. География Томской области / А. А. Чибилев и др. - М.: Изд-во МГУ, 2002. - 192 с.
11. ГОСТ 12038-84. Семена сельскохозяйственных культур. Метод определения всхожести. - Взамен ГОСТ 12038-66. - Введ. с 1986 - 01 - 07. - М.: Изд-во стандартов, 1985. - 57 с.
12. ГОСТ РИСО 22030 - 2009. Качество почвы. Биологические методы. Хроническая фитотоксичность в отношении высших растений. -Введ. 2010 - 01. - М.: Изд-во стандартов, 2009. - 20 с.
13. ГОСТ 29213. 91. Определение органического вещества по методу Тюрина в модификации ЦИНАО. - М.: Изд-во стандартов, 1991. - 9 с.
14. Добровольский, Г. В. Охрана почв / Г. В. Добровольский. - М.: Изд-во МГУ, 1985. - 224 с.
15. Источники загрязнения среды обитания [Электронный ресурс]: учеб. пособие / А. И. Байтелова, М. Ю. Гарицкая, В. Ф. Куксанов; М-во образования и науки РФ, Г ос. образов. учреждение высш. проф. образования "ТГУ". - Томск: ГОУ ОГУ - 2009.
16. Киреева, Н. А. Фитотоксичность антропогенно-загрязненных почв / Н. А. Киреева, Г. Г. Кузяхметов, А. М. Мифтахова, В. В. Водопьянов. -Уфа: Гилем, 2003. - 266 с.
17. Милановский, Е. Ю. Гумусовые вещества почв как природные гидрофобно-гидрофильные соединения / Милановский, Е. Ю. - М.: Геос. -2009. - 186 с.
18. Оценка экологического состояния почвенно-земельных ресурсов и окружающей природной среды Московской области. - М.: Изд-во МГУ, 2000. - 221 с.
19. Привалова, Н. М. Определение фитотоксичности методом проростков / Н. М. Привалова // Успехи современного естествознания. - 2006. -№ 10. - С. 45-45.
20. Рэуце, К. Борьба с загрязнением почвы / К. Рэуце, С. Кырстя.; пер. с румын. - М.: ВО Агропромиздат, 1986. - 221 с.
21. Химическое загрязнение почв и их охрана: словарь-справочник / под ред. Д. С. Орлова. - М., 1991.
22. Цвелев, Н. Н. Род 22. Пшеница — Triticum L. / Н. Н. Цвелев; отв. ред. А. А. Федоров // Злаки СССР. - Л.: Наука, 1976. - С. 160-170.
23. Черных, Н. А. О качестве растениеводческой продукции при разных уровнях загрязнения почв тяжелыми металлами / Н. А. Черных // Агрохимия. - 1995. - № 5. - С. 97-101.
Скачать дипломную работу: