Экологическое состояние природных и техногенных экосистем среднего Поволжья и их реабилитация. (25.01.2010)

Автор: Шаркова Сания Юнусовна

Для городских и пригородных ландшафтов определена фитоиндикационная роль морфолого-физиологических показателей древесных растений при аэротехногенном загрязнении. Доказано, что данные только биоиндикационных исследований не являются достаточно информативным признаком для мониторинга экологического состояния, они обязательно должны быть уточнены физико-химическими анализами.

Проведено комплексное исследование динамики ферментативной активности почв в зависимости от различных уровней техногенного загрязнения тяжелыми металлами и нефтепродуктами. Установлено, что энзиматическая активность почв может быть использована как один из диагностических показателей агроэкологического состояния почв, испытывающих интенсивное антропогенное влияние.

Изучено изменение свойств городских и пригородных почв в результате длительных техногенных воздействий и оценена устойчивость почв к деградации в этих условиях.

Проведен учет фоновых значений валовых и подвижных форм тяжелых металлов в почве и их изменений под воздействием техногенного фактора. Установлено что почвы лесостепи Среднего Поволжья характеризуются значительной вариабельностью содержания валовых и подвижных форм тяжелых металлов.

Разработаны приемы снижения подвижности тяжелых металлов и мышьяка и поступления их в растения яровой пшеницы. Выявлено положительное влияние известкования и вермикомпоста (биогумуса) на физико-химические свойства, микробиологическую и энзиматическую активность почвы.

Основные положения, выносимые на защиту:

накопление тяжелых металлов в почве и растительном покрове в условиях аэротехногенного загрязнения;

в результате уничтожения химического оружия, технологически необоснованными приемами, наблюдаются превышения содержания мышьяка и тяжелых металлов по сравнению с фоновыми значениями;

изменение физико-химических свойств серой лесной почвы и черноземной (выщелоченной и оподзоленной) под влиянием техногенеза;

биоиндикация загрязнения почвенного покрова по состоянию микробного комплекса, и высших растений;

использование доломитовой муки, биогумуса уменьшает подвижность тяжелых металлов и токсичность для пшеницы, усиливает микробиологическую и ферментативную активность, мобилизует элементы питания и тем самым оптимизирует питательный режим, способствует закреплению в почве гумуса, положительно влияет на реакцию почвенной среды, улучшает экологическую обстановку в целом;

в условиях техногенного загрязнения почв, сорта различных с/х культур по разному адаптированы к применению приемов санации.

Практическая значимость и реализация результатов исследований. Показана реальная возможность индикации воздействия на почву техногенных факторов с помощью показателей ферментативной и микробиологической активности серой лесной почвы. Определен ряд наиболее информативных показателей ферментативной активности почв.

Выявленные закономерности могут быть использованы для оценки качества городской среды, определения зон экологического бедствия, разработки стратегии рационального использования территории, оценки эффективности природоохранных мероприятий.

Предложенные тест – объекты, как растения, так и почвы, могут применяться для оценки аэротехногенного загрязнения городов Центральной России. Полученные данные по содержанию тяжелых металлов могут быть использованы при составлении карты геохимического загрязнения почв и растительности города Пензы и его окрестностей.

Теоретические положения и результаты экспериментальных исследований городских транспортно-селитебных ландшафтов, используются в учебном процессе на кафедрах «биологии и экологии» ПГСХА, «Технологии и инженерные средства защиты окружающей среды» ПГТА и включены в учебные пособия «Биология с основами экологии», «Мониторинг окружающей среды», «Биогеохимические циклы», «Экология природопользования», «Управление охраной окружающей среды».

Материалы диссертации являются вкладом в разработку теории и практики экологического мониторинга городской среды средствами биоиндикации, и могут быть использованы в качестве методической и практической её основы.

Разработаны рекомендации по использованию биогумуса, известкования и минеральных удобрений в условиях техногенного воздействия, позволяющие повысить урожайность сельскохозяйственных культур и оптимизировать их качество. Установлено что при известковании по 0,75 Нг содержание подвижных форм свинца снижается на 29-30% , кадмия – на 17-20%. Увеличение доз мелиоранта до 1,5-2,25 по Нг вызывало снижение подвижности свинца на 36-43% и кадмия на 37-45%. В отношении мышьяка выявлена противоположная картина. Под действием первой дозы извести подвижность его возрастала 9-10%, второй – 11-13% и третьей – на 20-21%. Установлена эффективность применения разных доз вермикомпоста, известкования и минеральных удобрений на формирование урожайности и качество зерна разных сортов яровой пшеницы в условиях лесостепного Среднего Поволжья.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на международных и всероссийских конференциях, в том числе: международной научно-практической конференции «Экологические аспекты интенсификации с/х производства» (Пенза, 2002); международной научно-практической конференции «Проблемы АПК и пути их решения»(Пенза, 2003); международной научно-практической конференции «Проблемы аграрной отрасли в начале ХХI века»(Смоленск, 2002); международной научно-практической конференции посвященной 75-летию со дня рождения профессора Г.Б. Гальдина (Пенза, 2003); международной научной конференции «Агрохимические аспекты повышения продуктивности с/хозяйственных культур» (Москва, 2003); международной конференции, посвященной 50-летию кафедры общего земледелия Пензенской ГСХА (Пенза, 2004); международной научной конференции: Агрохимические аспекты повышения продуктивности сельскохозяйственных культур (Москва, 2003); международной научно-практической конференции: Проблемы производства продукции растениеводства на мелиорированных землях конференции (Ставрополь, 2005); международной научно-практической конференции «Роль почв в сохранении устойчивости ландшафтов и ресурсосберегающее земледелие» (Пенза, 2005); всероссийской конференции СО РАН: Природная и антропогенная динамика наземных экосистем (Иркутск, 2005); международной научной конференции: Агрохимические приемы рационального применения средств химизации как основа повышения плодородия почв и продуктивности с/х культур. Москва: ВНИИА, 2007; международной научно-практической конференции РАСХН СО: Проблемы рационального использования малоплодородных земель (Омск, 2009); международной научной конференции: Инновации сегодня: образование, наука, производство (Ульяновск, 2009); VI международной научной конференции: Агроэкологические аспекты устойчивого развития АПК (Брянск,2009).

Публикации. Основные положения диссертационной работы изложены в 49 научных работах, включая 1 монографию и 12 работ в изданиях рекомендованных ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов и предложений. Работа изложена на 342 страницах машинописного текста, содержит 88 таблиц, 19 рисунков, 20 приложений. Список использованной литературы включает 452 источника, в том числе 49 на иностранных языках.

Все научные положения диссертации разработаны лично автором. В решении отдельных вопросов в разное время принимали участие С.М. Надежкин, Ю.В. Карягин некоторые экспериментальные данные получены совместно с Глазковой Н.Е., Юскаевой Г.И., которым автор выражает искреннюю благодарность.

Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту академику РАСХН В.Г. Сычеву, профессорам И.А. Шильникову, Н.И. Акановой, Е.В. Надежкиной, Т.Б. Лебедевой за методические советы и поддержку при подготовке диссертации

Содержание работы

Глава 1 Объекты и методы исследования

Исследования по оценке уровня загрязнения системы «воздух-почва-растение» проводили вблизи промышленных предприятий, предприятия энергетики, АЗС, объекта хранения химического оружия и разветвленной транспортной сети - основными источниками техногенного воздействия на экосистемы региона. В связи с поставленными задачами, основными объектами исследований явились почвенный и растительный покров (естественные и техногенные ландшафты). Для их изучения были исследованы 6 районов на территории г. Пенза и области, в различной степени подверженные техногенезу.

Были исследованы морфолого-физиологические показатели: такие как поражение листьев (пораженную и мертвую ткань листа считали по проценту пораженной ткани); площадь поверхности листьев (определяли весовым методом с учетом переводного коэффициента); показатели водного режима. Морфологические показатели вегетативных органов хвойных деревьев длина хвои, масса и продолжительность жизни.

Для определения относительного жизненного состояния (ОЖС) древостоя за основу бралась методика В.А. Алексеева (1990). Проводилась визуальная оценка следующих диагностических признаков относительного жизненного состояния: густота кроны, наличие на стволе мертвых сучьев, степень повреждения листьев. Относительное жизненное состояние древостоя (Ln) определялось по шкале: «здоровое» от 100% до 80%, при 79-50% - «ослабленное», при 49-20% - «сильно ослабленное», при 19% и ниже - «отмирающее» (Алексеев, 1990).

При исследовании флуктуирующей асимметрии листьев, применяли систему морфологических признаков по методике «Биотест» Захарова В.М. и Кларк Д.М.(1993).

Все анализы выполнялись в трех биологических и двух аналитических повторностях. Математическая обработка полученных данных производилась с помощью статистического пакета Microsoft Excel.

Почвенный покров в зоне исследований представлен в основном серыми лесными почвами и черноземами (оподзоленные, выщелоченные) различного гранулометрического состава. Исследования проводились путем сравнительно-географического и сравнительно-аналитического методов, стационарных методов наблюдений в сочетании с моделированием в полевых и лабораторных условиях.

Анализы по определению ТМ проводили на атомно-адсорбционном спектрофотометре. Все данные обрабатывались методом дисперсионного и дискриминантного анализа (в изложении Доспехова, 1985).

Для характеристики биологических свойств изучаемых почв определяли комплекс биологических показателей – ферментативную активность (Хазиев,1990), общую численность микроорганизмов (Звягинцев,1980), целлюлозоразлагающую способность, интенсивность нитрификации и денитрификации, интенсивность выделения СО2 (методом газовой хроматрографии).

Глава 2 Оценка состояния экосистем на примере Пензенской области

Площадь воздействия города превышает его территорию в 20-50 раз, а пригородные зоны отзываются на загрязнения жидкими, газообразными и твердыми отходами, которые образовались в районах жилой застройки и промышленных центрах (Венедяпин и др., 1994; Мамин, 1995). Возникает проблема необеспеченности городов природно-ресурсным потенциалом что выражается в недостаточных площадях зеленых насаждений, загрязнении водной и воздушной среды - это приводит к потере устойчивости территорий, увеличению абиотичности экосистемы, повышению степени экологического риска для всех компонентов окружающей среды: воздуха, растительности, почвы, воды и грунтов (Осипов, 1994).

Начиная с 2000 г., параллельно с экономическим ростом в стране увеличивается техногенная нагрузка на экосистемы. Источниками загрязнения окружающей среды продолжают оставаться промышленность и автомобильный транспорт (количество увеличивается в среднем на 30-40%. ежегодно). Наибольший удельный вес загрязнений отмечен на предприятиях, занимающихся транспортированием газа и нефти по трубам (10,1 тыс. тонн), нефтедобычей (3,0 тыс. тонн) и предприятиях, передающих и распределяющих электроэнергию (2,4 тыс. тонн).

Экстремально высокого уровня загрязнения атмосферного воздуха в г. Пензе и других промышленных районах области за последние годы не наблюдалось (рис.1). Тем не менее, в крупных городах региона – гг. Пенза, Кузнецк, Никольск, выбросы в атмосферу от стационарных источников в среднем на одного жителя области составили 23,3кг, что превышает санитарно-гигиенические нормативы.

Анализ показывает, что в целом наметилась тенденция к увеличению уровня загрязнения атмосферного воздуха, на 7,5% стационарными источниками. Основными загрязняющими веществами являются: окись углерода, диоксид серы, оксид азота, формальдегид, углеводороды, пыль и др..Выхлопные газы автомашин дают основную массу свинца, износ шин - цинк, дизельные моторы – кадмий, бензапирен. Доля выбросов автотранспорта составляет в Пензенской области – 70%, (Москве – 80%, Санкт-Петербурге – 75%, Республике Башкортостан – 57,4%, Магаданской области – 50%).

Почва, в отличие от других компонентов природной среды, не только геохимически аккумулирует компоненты загрязнений, но и выступает как природный буфер, контролирующий перенос химических элементов и соединений в атмосферу, гидросферу и живое вещество.

Рисунок 1 Валовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух промышленными предприятиями


загрузка...