Содержание
ВВЕДЕНИЕ...4
ГЛАВА 1. БЕНЗ(А)ПИРЕН И СОПУТСТВУБЩИЕ
ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА В АГРОЭКОСИСТЕМАХ
1.1. Основные физико-химические свойства. Биологическая активность... 10
1.2. Источники загрязнения... 17
1.3. Методико-метрологическое обеспечение контроля содержания загрязняющих веществ...19
1.4. Загрязнение почв...21
1.5. Загрязнение сельскохозяйственных растений...28
1.6. Количественные показатели оценки химического загрязнения почвенно-растительного покрова...31
1.7. Состояние и особенности загрязнения агроэкосистем
Южного Прибайкалья...37
1.8. Задачи и направления исследований...39
ГЛАВА 2. ТЕРРИТОРИЯ, ОБЪЕКТЫ И
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 2.1 Общая природно-антропогенная характеристика
агроэкосистем Южного Прибайкалья...41
2.2. Объекты и методы исследования
2.2.1. Почвы...43
2.2.2. Растения...49
2.2.3. Методики определения...49
2.3. Статистическая обработка результатов анализа...51
ГЛАВА 3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ БЕНЗ(А)ПИРЕНА
И СОПУТСТВУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ПОЧВАХ АГРОЭКОСИСТЕМ ЮЖНОГО ПРИБАЙКАЛЬЯ
3.1. ' Основные свойства почв...54
3.2. Геохимические (фоновые) содержания загрязняющих веществ...63
3
3.3. Сравнительная оценка пространственного распределения
загрязняющих веществ...69
3 А. Особенности распределения бенз(а)пирена по профилю почв...80
3.5. Распределение бенз(а)пирена по компонентам почв...86
ГЛАВА 4. СОДЕРЖАНИЕ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЩЕСТВ В СИСТЕМЕ ПОЧВА-РАСТЕНИЕ
4.1. Загрязнение растений и условия, его определяющие...92
4.2. Зависимости между содержанием веществ в
системе почва-растение...107
4.2.1. Бенз(а)пирен...107
4.2.2. Фтор...112
4.2.3. Цинк...115
4.3. Коэффициенты биологического поглощения веществ и
факторы, их определяющие...119
4.4. Природа вещества...132
ГЛАВА 5. ОЦЕНКА СТЕПЕНИ ХИМИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ
ПОЧВЕННО-РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА АГРОЭКОСИСТЕМ
ЮЖНОГО ПРИБАЙКАЛЬЯ...138
ЗАКЛЮЧЕНИЕ... 143
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ...146
Введение
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Среди приоритетных загрязняющих природную среду веществ большую опасность представляет группа полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), индикатором которых принят бенз(а)пирен (Б(а)П). В силу высокой биологической активности канцерогенного, мутагенного, тератогенного действия он относится к суперэкогенотоксикантам 1-го класса опасности и подлежит обязательному контролю в различных объектах окружающей среды (ООС).
Мощными источниками образования и выделения ПАУ являются производство алюминия, процессы сжигания, твердого топлива «малой» теплоэнергетики (котельные, домовые печи), которые характерны для Сибири. Накапливающееся в данном регионе антропогенно-техногенное воздействие приводит к существенным изменениям почвенного покрова - незаменимого компонента биосферы в процессах обмена веществом и энергией. Являясь первичным звеном в пищевой цепи, сложная и динамичная система почва-растение тесно связана со многими теоретическими и практическими проблемами почвоведения, агрохимии, экологии. Она определяет не только геохимический круговорот веществ, но и включение загрязняющих веществ (ЗВ) разной биологической активности в биогеохимические циклы. Очевидна важность знания процессов перераспределения веществ между растением и почвой и их количественных характеристик. Известные в литературе исследования по ПАУ противоречивы, недостаточны и не систематизированы. Они не дают представления о закономерностях бионакопления канцерогенов растениями, о количественных показателях этих процессов. Единичные результаты определения коэффициентов биологического поглощения (Kg) ПАУ, отличающихся широкими диапазонами варьирования, не позволяют установить факторы, влияющие на эти показатели.
В связи с этим актуальной проблемой представляется изучение степени химического загрязнения, закономерностей поведения ПАУ и сопутствующих веществ в различных объектах особенно агроэкосистем. Для оценивания их функционирования не решенной проблемой сохраняется отсутствие всесто-
5
ронних количественных характеристик, например, показателей интенсивности поглощения веществ растениями, например показателей интенсивности поглощения веществ растениями.
Систематический контроль содержания Б(а)П и его аналогов в агроэко-системах России не проводится (Агроэкологческая..., 2002; Государственный..., 1999). На территории Южного Прибайкалья при наличии многочисленных источников загрязнения промышленности (цветная металлургия, теплоэнергетика, производство строительных материалов, нефтехимия), отопительных систем, автотранспортных средств возникает угроза ухудшения агроэкологическо-го состояния почв и фитоценозов. Последнее усугубляется тем фактом, что большие сельскохозяйственные (с.-х.) площади находятся в зонах интенсивного локального и регионального химического загрязнения.
Целью работы явилось изучение содержания и закономерностей распределения Б(а)П и сопутствующих приоритетных загрязняющих веществ в почвах и растениях агроэкосистем разной степени антропогенно-техногенной нагрузки на примере Южного Прибайкалья.
Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи.
1. Оценить основные свойства почв.
2. Определить закономерности распределения Б(а)П и сопутствующих веществ в почвах агроэкосистем.
3. Изучить содержание и закономерности распределения веществ разной природы (Б(а)П, фтор, тяжелые металлы) в системе почва-растение, количественно оценить процессы в, ней происходящие и выявить факторы, на них влияющие.
4. Установить степень суммарного химического загрязнения почв и растений агроэкосистем Южного Прибайкалья.
Объекты и методы исследования. Объектами исследований были почвы сельскохозяйственных угодий разного назначения (пашня, залежь, пастбища), а также почвы лесные и урбаноземы. Одновременно с почвами изучены с.-х.
6
растения - овощные культуры (картофель, свекла, морковь), зерновые (пшеница, ячмень, овес), а также дернина, однолетние травы и их ветошь.
Отбор проб почв, растений и их анализ проводились автором в 2001-2003 гг. по известным методикам (Аринушкина, 1970). Определение Б(а)П в почве и растениях проводили методом низкотемпературной люминесценции по разработанным методикам (МВИ..., 2002; МВИ..., 2002 а). Определение фтора выполнено ионселективным методом (Руководство..., 1993; Методические..., 1995). Валовое содержание тяжелых металлов (ТМ) определяли методом рент- генофлуоресцентного анализа (РФА). ' Научная новизна работы.
Оценены изменения основных свойств почв агроэкосистем Южного При-I байкалья по сравнению с таковыми 1940... 1980 годов
I Впервые определены региональные геохимические (фоновые) и гигиениче-
j ские содержания Б(а)П, фтора, ТМ - Fe, Ti, Mn, V, Zn, Pb, As, Ni в почвах и с-
I x. растениях. Выявлены особенности пространственно-профильного распреде-
\ ленияБ(а)П в почвах. Найдены суммарные показатели химического загрязне-
\ ния почв; на основе которых сделана оценка состояния агроэкосистем.
? Установлены зависимости между накоплением в с.-х. растениях Б(а)П,
! фтора, Zn от их содержания в почве, которые аппроксимируются математиче-
^ скими функциями и дают более информативные и точные количественные ха-
' рактеристики соответственно о механизме и интенсивности поглощения ве-
ществ растениями.
Определены значения коэффициентов (Kg) Б(а)П, фтора и Zn с.-х. культу-t рами в зависимости от пробоподготовки, вида и органа растений, природы
вещества и его концентрации в почве.
\ Практическая значимость работы состоит в определении гигиенического
f состояния почв и растений на территории Южного Прибайкалья и использова-
нии этих результатов в Администрации Шелеховского муниципального обра-зования для разработки природоохранных мероприятий (письмо от 23.11.2001 s г.), в комитете по охране окружающей среды Иркутской области при составле-
нии «Государственного доклада о состоянии и об охране окружающей среды Иркутской области в 2002 году» (С. 270-271), в Федеральном государственном учреждении «Центр агрохимической службы «Иркутский» (договор от 20 мая 2003 г.). Полученные результаты могут быть использованы другими природоохранными и санитарно-эпидемиологическими службами для выбора условий контроля загрязненных почв и выращиваемых на ней с.-х. культур. В работе даны рекомендации по оптимальному выращиванию растений и обработки почв, характеризующихся повышенным загрязнением вблизи выбросов ПАУ от источников специфических предприятий.
" Работа выполнена при финансовой, поддержке ФЦП Интеграция
\ № С0096+С0012 (2000-2001 гг.) «Распределение и биоиндикация приоритет-
| ных полициклических ароматических углеводородов и тяжелых металлов в
5 почвенном покрове агроэкосистем Прибайкалья», а также поддержана гранта-
I ми Министерства образования РФ №Е001-120-94 (2001-2002гг.) «Развитие
< теоретических основ РФА с целью создания метрологического обеспечения
* для контроля загрязнения окружающей среды», междисциплинарного интегра-I ционного проекта № 102 СО РАН (2003-2004гг.) «Комплексное определение „ стрессовой нагрузки на растительные и грибные организмы в лесной экосисте-
* ме под воздействием атмосферных техногенных поллютантов», хоздоговорным щ контрактом НИИ биологии при Иркутском государственном университете с I Федеральным государственным учреждением «Центр агрохимической службы
«Иркутский» «Анализ гуматов на содержание бенз(а)пирена» (2003 г.). На защиту выносятся.
1. Уровни изменения кислотности и органического вещества в почвах агроэкосистем, а также накопления в них Б(а)П, фтора , ТМ (Fe, Ti, Mn, V, Zn, Pb, As, Ni) определяются спецификой источников загрязнения и использования
' почв.
2. Одним из важнейших механизмов перераспределения химических кан-J церогенов в системе почва-растение является предельный («барьерный») тип
4
t поглощения вещества растением из загрязненных почв.