Научный журнал
Международный журнал экспериментального образования

ISSN 1996-3947
ИФ РИНЦ = 0,460

БИОГЕОХИМИЧЕСКАЯ ИНДИКАЦИЯ АНТРОПОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОСТИ АЛТАЙСКИХ ГОРОДОВ

Гусев А.И. Гусева О.И.
Доминанта в спектре тяжёлых металлов в экосистемах Алтайских городов определяется преобладающими полютантами, поступающими в окружающую среду из различных источников загрязнения промышленной инфраструктуры и приобретающими кумулятивный эффект воздействия на биоту. Выделяются три основных типа экосистем городов на Алтае: 1- экосистемы городов с преобладанием выбросов промышленных предприятий военно-промышленного комплекса (Бийск), 2- экосистемы городов с преобладанием выбросов промышленных предприятий тяжёлого машиностроения и энергетики (Барнаул), 3- экосистемы городов с преобладанием выбросов горно-добывающих и горно-обогатительных предприятий (Змеиногорск, Рубцовск, Горняк).

Высокая информативность оценки экологического состояния природной системы обеспечена высокочувствительной биогеохимической съёмкой с использованием рентгенорадиометрической аппаратуры (РРА) типа NOKKIA (г. Санкт-Петербург, ЛГУ), которая позволяет изучать рентгеновские спектры анализируемых проб на широкий круг химических элементов. На первом этапе пробы сухих листьев анализировались с помощью РРА. Анализируемый слой составляет первые микроны поверхности, где концентрируется большая часть тяжёлых металлов, накопленных растениями за период от появления листьев до их сбора. На втором этапе анализировались озолённые пробы листьев и коры растений методом ICP-ms на широкий спектр элементов в аналитическом центре ИМГРЭ (г. Москва).

При рассмотрении источников поступления элементов в растения установлено, что наиболее интенсивно тяжёлые металлы поглощаются из газовой фазы, слабее - из раствора и еще слабее - из твердой фазы - почвы (Гусев, Русанова, 2005).

Сравнительный анализ экосистем городов выполнен по выявлению парагенетических ассоциаций элементов в опробованных растениях с наибольшим числом (200-250 проб) проанализированных проб (тополя и полыни) для обеспечения репрезентативности полученных результатов методом главных компонент факторного анализа. Как известно, последний в наибольшей степени соответствует смыслу парагенетического анализа (Смирнов, 1975). Об этом свидетельствует структурное единство модели, описывающей поведение химических элементов системы при изменении внешних условий, и модели метода главных компонент:


Xi = ∑ Wij Zj,


где Zj - значения j-го фактора; Wij - факторная нагрузка j -го фактора на i-.ю переменную; (i=1,2,3,..., m; j= 1,2,3, ..., r; r≤m).

В первом типе экосистем тяжёлые металлы поступают во все среды и имеют специфический набор парагенных ассоциаций элементов. Расчёт факторных нагрузок для наших данных по выборкам анализов для коры тополя и травы полыни выглядит следующим образом: Ф I тополя, D=42%, Zn 0,95 Mo 0,86 Sn 0,61 Sr 0,52 P 0,48 Pb 0,42

Ф I полыни, D=39,2, Ag 0,81 Zn 0,77 P 0,72 Mo 0,62 Pb 0,57 Cu 0,43

Где Ф I - факторные нагрузки первого порядка, D - вклад факторных нагрузок в процентах (при 95% уровне значимости).

Полученные результаты показывают, что выявленные парагенетические ассоциации в растениях промышленной зоны г. Бийска отражают комплексы химических элементов, имеющих техногенную природу, а конкретные значения факторов ранжированы по степени увеличения коэфициентов биологического накопления (или аномальности в опробованных растениях). Парагенные ассоциации химических элементов в коре тополя и траве полыни имеют черты сходства и различий. У них имеются общие ассоциации элементов (Zn, Mo, P, Pb), а также специфические, характерные отдельно для тополя (Sr, Sn) и для полыни (Ag, Cu).

Для второго типа экосистем (Барнаул) факторные нагрузки и парагенные ассоциации тяжёлых металлов для тех же растений вырисовываются в следующем виде:

Ф I тополя, D=49%, P 0,98 Zn 0,95 Sr 0,88 Cu 0,73 В 0,62 Mo 0,46 Pb 0,42 Hg 0,33

Ф I полыни, D=47,6, P 0,94 Mo 0,82 Cu 0,63 В 0,60 Zn 0,57 Mn 0,51 Sr 0,40


Как видно из приведенной формулы в коре тополя экосистемы Барнаула, в отличие от Бийска, появились бор, ртуть и отсутствует олово, а важнейшую роль в формуле приобрёл фосфор. Причём, последний элемент доминирует и в полыни. В парагенной ассоциации последней появились марганец, стронций и выпало из перечня серебро.

Для третьего типа экосистем (Змеиногорск) парагенные ассоциации целиком определяются составом добываемых полиметаллических руд из золото-колчеданных барит-полиметаллических месторождений (Змеиногорское, Корбалихинское, Среднее, Петровское и другие).

Ф I тополя, D=52,4%, Ba 0,97 Cu 0,93 Zn 0,91 Pb 0,89 Sr 0,88 Ag 0,81 Cd 0,60 Mo 0,46 Tl 0,39

Ф I полыни, D=44,5, Ba 0,92 Ag 0,91 Cd 0,85 Zn 0,81 Pb 0,69 Cu 0,53 Sr 0,48 Mo 0,42 Tl 0,29


Значительную роль в парагенетических ассоциациях тяжёлых металлов в обоих растениях получили барий, медь, серебро, кадмий, таллий. Последние два элемента являются примесями в рудах, тем не менее, они оказались важными полютантами, поглощаемыми растениями. Для г. Горняк, где отмечено рождение «жёлтых детей», факторные нагрузки и парагенные ассоциации тяжёлых металлов представлены в следующем виде:

Ф I тополя, D=59,9%, Hg0,98 Pb 0,96 Ba 0,95 Ag 0,92 Cu 0,90 Ti0,87 Zn 0,86 Mo 0,60 Cd 0,41 Tl 0,39

Ф I полыни, D=48,8, Pb 0,99 Ba 0,92 Hg0,90 Ag 0,88 Cu 0,73 Cd 0,71 Zn 0,61 Mo 0,42 Tl 0,29 Ti0,25

В вышеуказанном сравнении проведено исследование и сопоставление средних концентраций по большому числу выборок по трём типам экосистем. Надо отметить, что в пределах каждой экосистемы отмечаются значительные вариации в спектрах аномальных элементов. Так, в центре г. Бийска установлены аномальные показатели по свинцу, кадмию, цинку, меди, кобальту в почве и листьях различных растений, которые связаны с высокой многолетней нагрузкой на окружающую среду движения автотранспорта на отрезке автовокзал - Центр и обусловлен значительной загазованностью этой территории и выбросом в атмосферу тетраэтил свинца и других тяжёлых металлов с выхлопными газами. Близкая картина отмечена для центра, района железнодорожного вокзала и автовокзала, а также в районе «Потока» в экосистеме Барнаула. В отличие от Бийска в экосистеме Барнаула аномальные значения приобретают элементы первого класса опасности - ртуть и бериллий (Жданова, Гусев, 2006).

В экосистеме Бийска в районе полигона по сжиганию ракетного топлива в июле и августе месяце 2004 года произошло интенсивное пожелтение листвы на тополях и берёзах (к северо-западу и к северо-востоку от полигона) после очередных сжиганий. Дефолиация лиственных деревьев и кустов произошла в середине августа. Пробы хвои берёзы и тополя в этом районе оказались с аномальными концентрациями марганца, алюминия, ртути, кобальта, хрома, стронция. Близкий перечень аномальных элементов зафиксирован и в полыни. В ней, помимо, вышеуказанных элементов высокие концентрации отмечены также для свинца, цинка и бария.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Гусев А.И. Русанова З.В. Техногенное загрязнение растительности г. Бийска // Материалы научно-практической конференции, посвящённой 60-летию Новосибирского геолого-разведочного техникума. Новосибирск, 2005, с. 46-50.
  2. Жданова М.В., Гусев А.И. Биогеохимическая индикация антропогенного загрязнения растительности городов Бийска и Барнаула // Природные ресурсы Горного Алтая: геология, геофизика, экология, минеральные, водные и лесные ресурсы Алтая. Горно-Алтайск, 2006, № 1, с. 90-93.
  3. Смирнов Б.И. Статистические методы выделения ассоциаций химических элементов и минералов // Обзор. М., Наука, 1975, 62 с.

Библиографическая ссылка

Гусев А.И., Гусева О.И. БИОГЕОХИМИЧЕСКАЯ ИНДИКАЦИЯ АНТРОПОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОСТИ АЛТАЙСКИХ ГОРОДОВ // Международный журнал экспериментального образования. – 2010. – № 7. – С. 17-19;
URL: http://expeducation.ru/ru/article/view?id=537 (дата обращения: 18.02.2018).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252