авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Почвенно-экологическая оценка загрязнения города королева тяжелыми металлами

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

АБРОСИМОВ Константин Николаевич

Почвенно-экологическая оценка загрязнения города Королева тяжелыми металлами

Специальность – 25.00.36. «Геоэкология»

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

на соискание ученой степени

кандидата географических наук

Москва - 2011

Работа выполнена на кафедре физической географии и геоэкологии ГОУ ВПО г. Москвы « Московский городской педагогический университет»

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук

Белобров Виктор Петрович

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук

Водяницкий Юрий Никифорович

(Почвенный институт им. В.В. Докучаева,

Россельхозакадемия)

доктор географических наук

Замотаев Игорь Викторович

(Институт географии РАН)

Ведущая организация: ФГОУ ВПО РГАУ-МСХА

им. К. А. Тимирязева

Защита состоится «____»_________________2011 года в ________ часов на заседании диссертационного совета Д.220.025.03 при ФГОУ ВПО «Государственный университет по землеустройству» по адресу: 105064, Москва, ул. Казакова д. 15, (конференц-зал),тел.(499)261-49-63, факс (499)261-95-45

Отзывы на автореферат просим присылать по адресу: 105064, Москва, ул. Казакова д. 15, ФГОУ ВПО «Государственный университет по землеустройству», Диссертационный совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного университета по землеустройству

Автореферат разослан и размещен на сайте http://guz.ru «____»_________________2011 года

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат географических наук Т.А. Соколова



ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Техногенное воздействие на почвы и почвенный покров в городских условиях носит в настоящее время достаточно устойчивый характер, как во времени, так и пространстве, проявляется в различных формах, трансформирует почвенный профиль, изменяя направления почвообразовательных процессов и свойств почв, загрязняя их поллютантами, в частности тяжелыми металлами. Аномалии загрязнения тяжелыми металлами, как правило «привязанные» к различным техногенным объектам-загрязнителям – автодорогам, бензозаправкам и нефтебазам, промышленным и строительным предприятиям, свалкам и полигонам ТБО, отстойникам с осадками сточных вод (ОСВ), имеют в пределах городов свои особенности. Они обусловлены как свойствами самих почв, так и рельефом, гидрологией, почвообразующими и подстилающими породами, временем и характером застройки, интенсивностью промышленного производства и т.д.

Город Королев, включающий в себя разнообразные по экологическим условиям природные и техногенные зоны (пойма р. Клязьмы, лесопарк «Лосиный остров», ведущие промышленные предприятия – РКК «Энергия», КБ Химмаш и др.) представляет собой неоднородную по характеру загрязнения территорию, с достаточно сложной экологической ситуацией. В определенной степени она обусловлена характерным загрязнением почвенного покрова тяжелыми металлами (ТМ), в особенности их подвижными формами, представляющими наибольшую угрозу живым организмам.

Дефицит данных о современном характере загрязнения почв ТМ в городских лесах, парках, жилых и промышленных районах города Королева, а также важность мониторинга таких исследований, обусловили актуальность данной работы, ее цель и поставленные для решения задачи.

Цель работы оценка пространственного и внутрипрофильного загрязнения почв и техногенных поверхностных образований – ТПО (Классификация…,2004) г. Королева тяжелыми металлами и связь аномалий загрязнения с факторами окружающей среды.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

  1. Морфо-генетическая характеристика почв и техногенных поверхностных образований города Королева.
  2. Почвенно-тематическое картографирование территории г. Королева в масштабе 1:10000.
  3. Выявление аномалий содержания тяжелых металлов и обуславливающих их факторов.
  4. Геоэкологическая оценка загрязнения городских почв и ТПО тяжелыми металлами
  5. Выявление динамики загрязнения почвенного покрова г. Королева за период 1992-2008г.

Объекты исследования почвенный покров г. Королева (Московская область), представленный дерново-подзолистыми почвами с естественным профилем, агродерново-подзолистыми и преимущественно техногенно-поверхностными образованиями.

Научная новизна.

  1. Автором разработана полевая методика составления GIS-основы с применением GPS-навигатора, составлены крупномасштабные тематические карты, включая аномалии ТМ с географической привязкой точек опробования, которые можно рассматривать как базовые для геоэкологического мониторинга.
  2. Впервые выявлена внутрипрофильная дифференциация содержания валовых и подвижных форм ТМ в почвах и ТПО города и ее связь со свойствами почв и факторами окружающей среды.
  3. В пространственном распределении содержания подвижных форм ТМ на территории г. Королева впервые выявлены аномалии, приуроченные к определенным функциональным городским зонам и почвам разного генетического типа.

Защищаемые положения.

  1. Оценка и современные тенденции общего загрязнения территории города подвижными формами тяжелых металлов с характеристикой локальных аномалий Cd, Pb, Сu, Co, Fe и Ni.
  2. Закономерности пространственного и внутрипрофильного распределения валовых и подвижных форм ТМ в почвах с естественным и антропогенно-преобразованным профилем.
  3. Обусловленность загрязнения почвенного покрова города природными и антропогенными факторами почвообразования и окружающей среды.

Практическая значимость работы. Полученные результаты расширяют представления о характере загрязнения ТМ почв и ТПО на территории города Королева. Выявленные аномальные концентрации Cd, Pb, Сu, Co, Fe и Ni в естественных и антропогенно-преобразованных почвах города во-первых, не являются экологически опасными для здоровья человека и локализованы хорошо известными и установленными в районе обследования источниками – загрязнителями (автомобильные трассы, ТБО, очистные сооружения) и во-вторых, они локализованы и служат основой для мониторинга с рекомендуемой периодичностью обследования не менее 5 лет.

Объем и структура работы. Работа состоит из введения, 5 глав, выводов, приложения и списка литературы из наименований (из них на иностранных языках). Диссертация изложена на страницах машинописного текста, включает__________ таблиц и рисунков ____.

Апробация работы. Основные результаты исследования докладывались на: четвертой Всероссийской научно-практической конференции «Региональные и муниципальные проблемы экологической безопасности» (2007); 8-ой Московской межвузовской научно-практической конференции «Учитель 21 века: Географическое образование: традиции и инновации»(2008); I тематической научно-практической межвузовской конференции «Научный потенциал Московской области – устойчивому развитию территории Центрального региона России» (2009); Международной практической конференции «Геориск – 2009»; научном семинаре «Актуальные проблемы региональной геоэкологии и методики преподавания географии» (2009).

По материалам диссертации опубликовано 8 работ: 2 статьи, в том числе одна в рецензируемом журнале и 6 тезисов.

Автор выражает искреннюю признательность: научному руководителю, доктору сельскохозяйственных наук В.П. Белоброву, кандидату географических наук В.А. Волкову, сотрудникам химической и аналитической лаборатории Почвенного института им. В.В. Докучаева за консультации и помощь в выполнении полевых и камеральных работ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Городские почвы и загрязнение их тяжелыми металлами

Характер антропогенного воздействия на почвы и почвенный покров находится в прямой зависимости от функционального назначения территории, определяя сельскохозяйственную, городскую, рекреационную и другие зоны, со своими специфическими чертами. В урбанизированных территориях, например, существенно повышается степень экологического риска для любого природного фактора, что в результате трансформирует характер почвообразовательных процессов и определяет формирование антропогенно-измененных – городских почв. Таким образом, город представляет собой сегодня доминирующий фактор почвообразования, воздействие которого идентично для разных природно-климатических зон.

Степень воздействия человека на почвы в настоящее время соизмерима с природными процессами. Существуют территории, где техногенное влияние преобладает над природными процессами. К ним относятся кроме городских территорий промышленные площади, зоны добычи полезных ископаемых, осушаемые территории и т. д. Почвы приобретают новые свойства и режимы, что, как правило, сопровождается их деградацией (Геннадиев и др., 1992; Почва..., 1997; Структурно-функциональная..., 1999; Добровольский, Никитин, 2000; Герасимова и др., 2003).

В почвах, загрязненных тяжелыми металлами, происходит изменение биогеохимических и геохимических процессов, что отражается на направленности трансформации и миграции веществ между почвой, атмосферой и гидросферой. (Колесников и др., 2001; Артамонова, 2002; Коваленко, 2004).

Для оценки загрязнения почв ТМ были выбраны шесть элементов, исходя из их класса опасности и индивидуальных свойств: кадмий (Cd), медь (Cu), кобальт (Co), никель (Ni), свинец (Pb) и железо (Fe). Исследования были направлены на выявление содержания ТМ преимущественно в подвижных, а также частично валовых формах. Рассмотрены структура городских почв, вопросы воздействия каждого из выбранных ТМ на почвы и живые организмы, особенности попадания и накопления в городских почвах.

Глава 2. Объекты исследования

Объекты исследования – почвы г. Королева и, их размещение на территории муниципального образования. Рассмотрены современные функциональные зоны города, геоэкологическая обстановка и факторы влияющие на загрязнение почв. Территория г. Королёва расположена в зоне дерново-подзолистых, фонообразующих почв Московской области, сформировавшихся под вторичными хвойно-широколиственными лесами, сохранившимися лишь локально. Среди факторов почвообразования, которые определяют неоднородность почвенного покрова города, доминируют рельеф и почвообразующие породы.

Сложный характер рельефа – холмисто-моренный на водоразделах, пойменно-долинный в бассейне реки Клязьмы, а также адекватные им отложения – покровные и моренные суглинки, водноледниковые пески и супеси, древний и современный аллювий, обуславливают естественную пестроту почвенного покрова (рис. 1). К максимальным отметками остаточного моренно-холмистого типа рельефа приурочены двучленные отложения. Верхний слой мощностью 1–2 метра – покровный некарбонатный суглинок среднего и тяжелого гранулометрического состава, нижний – красноцветная опесчаненная с валунами или оглиненная морена.

Покровные суглинки служат почвообразующими породами для типичных дерново-подзолистых (ПД) почв с хорошо дифференцированным профилем и подзолистым горизонтом А2 (EL). Большая часть водораздельной поверхности города представляет собой водноледниковую слаборасчлененную равнину, сложенную песчано-супесчаными реже легкосуглинистыми флювиогляциальными, часто слоистыми от­ложениями большой мощности. В зависимости от условий рельефа, характера почвообразующих и подстилающих пород, глубины грунтовых вод и дренажа дерново-подзолистые почвы на территории города слабо и среднеоподзолены, поверхностно и грунтово-оглеены. Гумусированность почв сильно варьирует и обусловлена гранулометрическим составом поверх­ностного горизонта.

Почвы с естественным дерново-подзолистым профилем сохранились на территории города локально. Они занимают небольшие площади в основном в лесных массивах, расположенных вблизи городской черты или в сохранившихся островках лесов, имеющих в настоящее время рекреационное назначение. Северную и северо-восточную части города занимает долинный комплекс реки Клязьмы. На надпойменных террасах реки на слоистых аллювиальных отложениях формируются зональные дерново-среднеподзолистые песчано-супесчаные, реже легкосуглинистые почвы. Они в разной степени оглеены (глееватые и глеевые виды почв) в силу близкого залегания грунтовых вод.

Рис.1 Почвенная карта города Королева

Глава 3. Методы исследования

Сравнительно-географический анализ литературных, картографических и интернет-источников, полевые, аналитические, картографические и статистические методы легли в основу настоящей работы. Для привязки разрезов и буровых скважин, составления почвенной и тематических карт была построена ГИС-система, использующая программу «Google Earth», в которой учтены особенности территории, известные очаги загрязнения ТМ и рельеф. Она может модифицироваться в картографические ГИС-программы и популярные графические редакторы. Использование прибора GPS позволило так же составить карту рельефа города (рис. 2).

Рис. 2. Рельеф, буровые скважины и гидрологические объекты

Точки опробования выбирались случайным способом, а также в характерных функциональных городских зонах. В центральной части города расстояние между точками составляет от 250 до 350 метров, на окраинах – 500-700 метров.

Было заложено 100 буровых скважин, которые характеризовали все функциональные зоны города: районы жилой застройки, не закрытые для посещения промзоны, рекреационные объекты (парки, городские леса, прогулочная зона вдоль Акуловского водоканала), районы вблизи крупных и второстепенных автодорог и железнодорожного полотна. Незатронутой исследованием осталось 20% городской территории, которая приходятся на закрытые промышленные зоны, принадлежащие оборонным предприятиям, территорию Яузского Водо-Болотного комплекса, занимающего практически весь южный выступ городской территории и охраняемую территорию южнее Оболдино, на которой расположен военный объект. Отбор образцов почв осуществлялся ручным буром с 4-х глубин: поверхности и до глубины 30 см с шагом опробования в 10 см.

Впервые после расширения территории города за счет части парка Лосиный остров исследования почв проводились южнее Акуловского водоканала в садовых хозяйствах и бывшем поселке торфоразработчиков «Центральный». Все почвенные анализы выполнены в лабораториях Почвенного института им. В.В Докучаева по стандартным методам:

  1. Валовое определение макро- и микроэлементов, включая тяжелые металлы I, II и III классов опасности рентгенфлуоресцентным методом на приборе ТЕFА – 6111 (XRF-analysis).
  2. Содержание подвижных форм кадмия, кобальта, свинца, меди, никеля и железа определялось в вытяжке ацетатно-аммонийного буферного раствора с pH 4,8 методом пламенной атомно-абсорбционной спектрофотометрии на приборе "КВАНТ-2АТ".

Воспроизводимость результатов оценивалась путем анализа проб в одних и тех же партиях (1 партия = 20-25 образцов). Точность метода исследования колебалась в пределах 0,01мг/кг по каждому из элементов и зависела от настройки прибора.

Границы города, транспортная сеть и гидрологические объекты вычерчены в графическом редакторе Adobe Photoshop СS3 на основе карты г. Королева, находящейся в свободном доступе на официальном сайте города.

Глава 4. Характер загрязнения почв и техногенных поверхностных образований тяжелыми металлами

Оценка загрязнения городских почв и ТПО тяжелыми металлами определялась по показателю Zс (рис. 3). Суммарный показатель загрязнения почв (Zc) рассчитывался по формуле: Zc=kci - (n-1), где kci - коэффициент концентрации i-го загрязняющего вещества, равный частному от деления его концентрации в загрязненной и фоновой почвах; n - число определяемых ингредиентов (Большаков и др., 2004).

Приводимые в литературе данные по фоновым содержаниям подвижных форм ТМ в почвах Московского региона сильно варьируют в зависимости от многих факторов, в том числе и локальных (Иванов, 1996; Черных, 1999; Голубев, 2006). В силу этого в качестве фона использованы усредненные значения по всем образцам с глубины в 30см, которые в большей степени характеризуют кларки и содержание ТМ в почвообразующих породах. Превышение ПДК тяжелых металлов (кадмий, медь, никель, кобальт и свинец) соответственно равное 1,0; 3,0; 4,0; 5,0; и 6,0 мг/кг отмечено лишь на отдельных глубинах и не характерно для всего профиля почв. В тоже время ареалы повышенного содержания подвижных форм ТМ в почвах и ТПО (0,5 – 0,25 от ПДК), занимают значительную площадь городской территории.

Рис 3. Загрязнение почв города Королев подвижными формами тяжелых металлов по показателю Zc

 Внутрипрофильная концентрация подвижных форм ТМ в почвах Содержание подвижных-4

Рис.4. Внутрипрофильная концентрация подвижных форм ТМ в почвах

Содержание подвижных форм ТМ по глубинам также дает основание считать, что имеет место отчетливая тенденция к накоплению загрязнителя с глубиной. Причем наименьшая концентрация подвижных форм отмечена на поверхности всех исследованных почв и ТПО с резким повышением концентрации ТМ на глубинах от 10 до 30 см (рис. 4 – 7). Причем это характерно для всех ТМ, но в большей степени свинца, никеля и меди.

 Содержание подвижных форм ТМ в дерново-подзолистой почве Содержание-5

Рис. 5. Содержание подвижных форм ТМ в дерново-подзолистой почве

Рис. 6. Содержание подвижных ТМ в агродерново-подзолистых почвах

Рис. 7 Содержание подвижных форм ТМ в ТПО

Рис. 8. Распределение загрязнения подвижными формами ТМ с учетом Fe

Подсчеты общего содержания ТМ в почвах без подвижного железа показали, что наиболее загрязненными являются техногенно-поверхностные образования, что в известной степени и прогнозировалось до проведения исследований. Это объясняется особенностью строения ТПО и их свойствами. Они более неоднородны по профилю, сильно уплотнены, слоистые, разного гранулометрического состава.

Определенный вклад в общую копилку содержания ТМ в ТПО вносят локальные источники загрязнения находящиеся в погребенном бытовом и строительном мусоре (металлические изделия и их фрагменты, решетки свинцовых аккумуляторов и др.). В дерново-подзолистых почвах вероятность обнаружения подобного локального источника ТМ крайне мала. Часть ТМ при попадании из атмосферы с дождем или снегом частично поглощаются и химически связываются живыми организмами, что приводит к их накоплению в верхних горизонтах почв.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.