авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< 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 | 4 |
-- [ Страница 1 ] --

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ им. А.И. ГЕРЦЕНА

На правах рукописи

Нестеров Денис Александрович

Геоэкологическая память антропогенно

измененных почв и грунтов

Специальность: 25.00.36 – геоэкология (наук

и о Земле)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель:

д.п.н., к.г.-м.н.

проф. Е.М. Нестеров Санкт-Петербург 2014 1 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………...….4 Глава 1. Состояние проблемы эколого-геохимического изучения почвенного покрова и его эволюции во времени ………………………………………..……... 1.1. Эволюция почвенных экосистем ……………………………………………...… 1.2. Почвы в оценке экологического состояния окружающей среды……..……… 1.3. Воздействие антропогенно-техногенных систем на городские почвы……..... 1.4. Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами и их воздействие на здоровье человека ………………………………………………………….………… 1.4.1. Экологические свойства физиологически необходимых и токсичных микроэлементов (Cu, Co, Ni, Pb, As, Cr, Mn, Zn, V, Sr) …………………………… 1.5. Устойчивости почв к антропогенным воздействиям ………………….……… 1.6. Геоморфология города и ее влияние на геохимическое состояние почв..…… 1.7. Погребенные почвы и их значение для исторической геоэкологии……...… 1.8. Выводы по главе ………………………………………………………………. Глава 2. Геохимические особенности городских почв Санкт-Петербурга в условиях современного техногенеза………………………………………...….… 2.1. Геохимическая характеристика почв Санкт-Петербурга……………………... 2.1.1. Тяжелые металлы в почвах Санкт-Петербурга……………………….. 2.1.2. Суммарный показатель загрязненности почв Санкт-Петербурга и приоритетные загрязняющие вещества……………………………………… 2.2. Геохимическое картирование состояния почвенного покрова г. Санкт Петербурга ……………………………………………………….………………...… 2.3. Сравнение содержания тяжелых металлов в современных городских почвах с погребенными почвами неолита ……………………………………………….…… 2.4. Выводы по главе ………………………………………………………………… Глава 3. Палеогеоэкологические реконструкции окружающей среды по погребенным почвам и грунтам и их геохимическое картирование …..……. 3.1. Геоэкологические исследованияпогребенных почв и грунтов...…….……….. 3.1.1. Культурный слой, погребенные почвы и их характеристика.

….….... 3.1.2. Эволюция развитие культурного слоя ……………………………...... 3.1.3. Палеоэкология культурного слоя………………………….…….…… 3.2. Палеогеоэкологические реконструкции по материалам исследований археологического памятник Охта …………………………………………….…… 3.2.1. Геохимическая характеристика элементов индикаторов антропогенного воздействия на почвы ……………………………………….…… 3.2.2. Реконструкция функциональных зон на неолитическом памятнике «Охта» по данным геохимического анализа палеопочв и грунтов ……………... 3.2.3. Геохимическое картирование отложений крепости Ландскрона ….. 3.3. Влияние природной среды на формирование человеческих обществ ……... 3.4. Геоэкологические исследования антропогенных образований пещеры Петралона и ее окрестностей………………………………………….…………… 3.4.1. Палеоклиматические реконструкции …………………...…………… 3.5. Выводы по главе ……………………………………………………………….. ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………… ЛИТЕРАТУРА …………………………………………………………………….. ПРИЛОЖЕНИЕ 1.......................................................................................... ……… ПРИЛОЖЕНИЕ 2...................................................................................................... ПРИЛОЖЕНИЕ 3...................................................................................................... ПРИЛОЖЕНИЕ 4...................................................................................................... ВВЕДЕНИЕ Актуальность темы диссертации обусловлена необходимостью установления закономерностей геохимической эволюции почвенных покровов во времени, влияния антропогенной деятельности на состояние почв и грунтов для решения вопросов геоэкологии, археологии, эволюционной географии, детализации природных изменений в прошлом и влиянием этих изменений на особенности условий проживания человека в окружающей среде.

Рассматриваемые объекты исследований отражают временные интервалы разных геологических периодов, что представляет интерес для изучения эволюции почвенных покровов во времени.

Почвенный покров является своеобразным природным архивом, в котором сохранена информация о развитии современных и прошлых геоэкологических обстановок местного и общепланетарного уровня.

Параметры среды влияют на человека как непосредственно, так и косвенно:

через изменения объектов его социальной и хозяйственной деятельности. Именно такие воздействия мы имеем в виду, когда говорим об ухудшении экологической обстановки или е улучшении в рамках ноосферной концепции.

Почва является интегральным показателем экологического состояния окружающей среды, так как является источником вторичного загрязнения атмосферы и вод, служит начальным звеном пищевой цепи. Кроме того, возможно и прямое негативное воздействие загрязненных почв на здоровье населения, особенно детей. Именно поэтому большинство обследований урбанизированных территорий начинается с исследования состояния почв, а показатели их загрязненности входят в набор обязательных параметров при определении мест экологического бедствия или кризиса.

В настоящее время объем выбросов загрязняющих веществ техногенного происхождения соизмерим с масштабами природных процессов миграции и аккумуляции различных соединений. На некоторых урбанизированных территориях уже пройден порог самозащиты природы и нарушилось ее экологическое равновесие. Большую опасность представляет воздействие загрязняющих веществ на почву.

Объектом исследования являются современные городские почвы, а также погребенные почвы и грунты исследуемых регионов.

Предметом исследования являются процессы геоэкологической эволюции почвенных образований во времени и их современное состояние устанавливаемых геохимическими методами исследования.

Цель исследования заключается в реконструкции геоэкологических обстановок во времени с помощью выявления геохимических особенностей эволюции почвенных покровов, а также в совершенствовании методов геоэкологического мониторинга окружающей среды.

Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи:

расширить теоретические представления о «геоэкологической памяти» почв и грунтов, как важного индикатора антропогенной деятельности человека;

изучить современные геохимические особенности почв и грунтов крупной городской агломерации;

посредством геоэкологического картирования выявить особенности распространения поллютантов в почвах Санкт-Петербурга;

определить и проанализировать уровень техногенной нагрузки на почвы Санкт-Петербурга;

через геохимические индикаторы выявить черты палеоэкологических обстановок прошлого и их влияние на образ жизни древних людей;

установить факторы и механизмы адаптации человека к меняющейся природной обстановке.

На защиту выносятся следующие основные положения:

закономерности образования аномалий с высокими уровнями загрязнения, с учетом карт распределения тяжелых металлов в городских почвах;

динамика изменения антропогенной нагрузки на исследуемой территории в позднем голоцене;

результаты геохимических исследований памятника археологии «Охта», являющегося источником генетической информации отношений между человеком и окружающей средой;

временная динамика пребывания древнего человека в пещере Петралона и содержание геоэкологической памяти среды пребывания в ней древнего человека.

Теоретической и методологической основой диссертации являются конструктивные идеи и результаты исследований отечественных и зарубежных специалистов в области географии, геологии и геохимии: Е.И.Александровской, А.Л.Александровского, В.В.Докучаева, Э.И.Гагариной, Е.М.Нестерова, Д.А.Субетто, О.А.Чичаговой, Ю.А.Израэля, А.И.Перельмана, Б.А.Ревича, Ю.Е.Саета, Н.С.Касимова, П.Е.Сорокина, А.В.Русакова, Я.Э.Юдовича, Е.П.Янина, М.А.Глазовской, М.А.Кульковой, А.Пуляноса, E.M.Bridges, H.P.Blume и др.

Научная новизна работы состоит в том, что:

получены новые авторские данные по геоэкологии городских почв г. Санкт Петербурга.

построены геохимические карты, установлены закономерности распределения тяжелых металлов в городских почвах Санкт-Петербургу.

выполнена детальная геохимическая характеристика погребенных грунтов пещеры Петралона, которая послужила основой для палеогеоэкологических реконструкций развития окружающей среды.

проведены комплексные геохимические реконструкции качества окружающей среды и установлена роль влияния природных условий на поведение человека под их воздействием.

выполненные геоэкологические исследования почв и грунтов показали их перспективность и необходимость развития этого направления как нового инструмента для реконструкций палеогеографических обстановок прошлого.

Теоретическая значимость диссертационного исследования заключается в выявлении новых геоэкологических закономерностей эволюции почв и грунтов районов исследования во времени и в развитии теории геоэкологии антропогенно измененных территорий.

Практическая значимость. Результаты проведенных исследований позволяют реконструировать особенности геоэкологической эволюции окружающей среды во времени и влияние этих особенностей на условия его проживания, а материалы, изложенные в работе, могут быть использованы и используются в целях палеогеографических и палеогеоэкологических реконструкций истории взаимоотношений общества и окружающей среды.

Проведено детальное геохимическое исследование пещеры Петралона и ее окрестностей, позволившее выявить геоэкологические особенности эволюции среды обитания. Полученные данные могут служить основой геоэкологического мониторинга окружающей среды и природоохранных мероприятий. Материалы, полученные автором, внедрены в учебный процесс РГПУ им.А.И.Герцена, включены в научно-производственные отчеты кафедры геологии и геоэкологии по ее договорам и грантам, в которых автор принимал непосредственное участие как исполнитель (Комитет по природопользованию СПб и др.).

Построены картосхемы содержания тяжелых металлов для исследуемого региона;

выявлены геохимические особенности поверхностных почвенных горизонтов в пределах Санкт-Петербурга;

осуществлено зонирование территории по величине коэффициента суммарного загрязнения.

Обоснованность и достоверность результатов исследования базируется на большом объеме количественных и качественных исходных материалов, применении высокоточных методов исследования вещества на современном оборудовании с использованием новейших компьютерных технологий обработки аналитических материалов, ГИС технологий, а также анализе отечественных и зарубежных литературных источников и публикаций по исследуемой проблеме.

Фактический материал и методы исследования. В основу диссертации легли результаты исследований погребенных почв пещеры Петралона (Греция) и почв е окрестностей. Погребенные почвы были исследованы на археологическом памятнике «Охта» в течение полевых сезонов 2009-2012 гг.

Геохимические исследования по опорным разрезам проведены автором в лаборатории геохимии окружающей среды РГПУ им. А.И. Герцена. Соискателем использовано более 1600 образцов для геохимического анализа (более элементоопределений). Отбор и подготовка проб к анализу проводились в соответствии с официально утвержденными и разработанными методиками (ГОСТ 17.4.4.02-84;

ГН 2.1.7.2041-06;

ГН 2.1.7.2042-06). Экспериментальная и аналитическая часть работ выполнена в лаборатории Геохимии окружающей среды им. А.Е. Ферсмана кафедры геологии и геоэкологии РГПУ им.А.И.

Герцена. Обработка аналитических данных производилась с применением пакетов программ Statistica 6.0, Surfer 8.0, ArcGIS Geostatistical Analyst и др.

Апробация исследования и публикации. Основные положения диссертации изложены в 9 печатных работах, в том числе в четырех статьях в изданиях, рекомендованных ВАК. Результаты исследований были доложены на LIX Межвузовской конференции «Герценовские чтения» (РГПУ им. А.И.

Герцена, Санкт-Петербург, 2007 г);

VI Международной конференции «Геология в школе и вузе: Геология и цивилизация» (РГПУ им. А.И.Герцена, Санкт Петербург, 2009 г.);

Международной молодежной конференции «Науки о Земле и цивилизация» (РГПУ им. А.И. Герцена, Санкт-Петербург, 2012 г).

Структура и объм работы. Диссертационная работа состоит из введения, трх глав, заключения и четырех приложений. Цитированная литература содержит 189 названий. Объем работы 151 страниц машинописного текста, включая 16 таблиц и 67 рисунков.

Глава 1. Состояние проблемы эколого-геохимического изучения почвенного покрова и его эволюции во времени 1.1. Эволюция почвенных экосистем Почвообразующая порода является одним из факторов почвообразования.

В.В. Докучаев считал, что всякая почва есть продукт взаимодействия пяти факторов почвообразования — грунта, климата, растительных и животных организмов, возраста страны и отчасти рельефа местности (Докучаев, 1883).

Позже к этим факторам были добавлены еще два — воды (почвенные и грунтовые) и хозяйственная деятельность человека. По представлению В.В.Докучаева все факторы одинаково необходимы и равны по значению в формировании ее свойств. Подобное равное влияние факторов отнюдь не означало, что каждый фактор оказывает всегда и везде одинаковое влияние на процесс почвообразования. В.В.Докучаев в своих трудах подчеркивал, что при постоянном и обязательном действии всех факторов в их совокупности характер проявления каждого из них, или относительная роль отдельных факторов, в процессе почвообразования может существенно изменяться. В некоторых стадиях развития, или в определенных условиях, в качестве основного может действовать какой-либо один фактор.

В природе все факторы почвообразования имеют между собой и с почвообразованием прямые и обратные связи. Среди них климат рассматривается как фактор, определяющий наиболее общие закономерности развития почвообразовательных процессов. Породы одного состава в различных биоклиматических условиях изменяются по-разному (Антипов-Каратаев, Цюрупа, 1963). В регионах со сходными климатическими условиями распределение и свойства почв будут определяться другими факторами почвообразующими породами, рельефом, временем, т. е. биоклиматический фактор на данных территориях имеет меньшее значение в развитии почвенного покрова, чем геологическая история, возраст территории, и почвообразующие породы (Кленов и др., 1987).

Кроме гранулометрического состава на свойства почв существенное влияние оказывает химический состав почвообразующих пород, особенно степень их карбонатности и засоленности. Карбонатность пород поддерживает в почве высокое содержание кальция, который коагулирует органические и минеральные коллоиды, предотвращая их миграцию. Расчленение почвы на элювиальные и иллювиальные горизонты начинается лишь после удаления карбонатов. При этом карбонатность пород не везде имеет одинаковое значение.

Наиболее существенное влияние на почвообразование карбонаты оказывают там, где географические условия способствуют мобилизации кальция, где карбонаты неустойчивы и подвергаются выветриванию. Засоленность же пород наиболее проявляется, наоборот, в условиях засушливого климата, где соли только и могут сохраняться, перераспределяясь в почвенно-грунтовой толще. Первоначальный запас в почвообразующих породах фосфора, кальция, серы, калия в значительной степени определяет уровень и устойчивость естественного плодородия почв.

Химический состав породы зависит от ее минералогического состава, который целиком наследуется от нее почвой. При этом минералы крупнодисперсных фракций (обломочные минералы) оказывают влияние на физические свойства почв, определяют потенциальный запас зольных элементов, которые при выветривании минералов постепенно переходят в раствор и усваиваются растениями. Поэтому обломочные минералы являются источником Са, К, Mg, Fe, Р и микроэлементов (Горбунов, 1959, 1965). Усвояемость этих элементов растениям связана не только с минералогическим составом, но и со степенью измельченности минералов: чем выше степень их дисперсности, тем больше и доступность минеральных веществ растениям, что особенно проявляется во влажном климате. От физической и химической стойкости минералов зависит интенсивность процессов выветривания и почвообразования.

Обломочные минералы пород являются источником образования вторичных минералов в почвах, определяя тем самым генетические особенности почв. Так, кремний и алюминий, которые образуются при процессах вы ветривания, могут участвовать в формировании глинистых минералов;

железо и марганец принимают участие в окислительно-восстановительных процессах, влияют на структуру и цвет почвы;

натрий и калий являются диспергаторами органических и минеральных коллоидов;

кальций и магний — коагуляторами.

Наличие глинистых минералов в почвообразующих породах также оказывают разнообразные влияние на свойства почв, определяя их физические, физико химические, коллоидные свойства и уровень естественного плодородия почв.

При этом важно не только общее количество тонкодисперсных фракций, в которых концентрируются глинистые минералы, но и их минералогический состав (Горбунов, 1967;

Градусов, 1976а;

Соколова, 1985).

Минеральная часть почвы сравнительно консервативна и обладает известной инерционностью. Процессы, связанные с ее изменениями, в большинстве своем необратимы и носят направленный характер. Это связано с тем, что запас минералов ограничен, поэтому всякое их разрушение или изменение в процессе почвообразования невосстановимо. Минеральная часть почвы, в разные моменты существования иная и различия тем больше, чем интенсивнее идет почвообразовательный процесс. Преобразование минеральных соединений сообщает почве поступательное движение, является основой ее развития (Горбунов, 1978).

Почвообразующие породы оказывают многостороннее влияние на свойства почв, их плодородие и направленность почвообразовательных процессов, определяют неоднородность почвенного покрова. Еще большую роль почвообразующие породы играют с усилением интенсивности антропогенного давления на ландшафт и биосферу. Это связано с тем, что антропогенное воздействие (осушение, орошение и проч.) оказывает воздействие на очень глубокие горизонты почвенно-грунтовой толщи, тем самым вовлекая в процесс почвообразования материал почвообразующих пород. В процессе проведения мелиоративных работ часто верхние горизонты почв удаляются механическим путем, в результате этого в составе пахотного и подпахотного горизонтов повышается доля вещества почвообразующей породы. Такой же эффект на блюдается и при развитии процессов эрозии и дефляции. Поэтому для улучшения свойств почв и прогнозирования функционирования мелиоративных систем необходимо глубокое знание и учет всех свойств почвообразующих пород и в первую очередь их минералогического и гранулометрического состава. Также большее значение приобретает знание химического и минералогического состава почвообразующих пород при проведении рекультивации почв (Градусов, Черняховский, 1991).

Таким образом, отчетливо прослеживается тесная связь эволюции почв с историей развития его поверхности, климата, биоты. Все это осложняется влиянием местных литологических условий на процессы почвообразования.

1.2. Почвы в оценке экологического состояния окружающей среды Состояние почв, грунтов имеет важнейшее значение для оценки экологического состояния той или иной территории. Большинство обследований урбанизированных территорий начинается с исследования состояния почв, а показатели их загрязненности входят в набор обязательных параметров при определении мест экологического бедствия или кризиса.

В настоящее время загрязнение почвенного покрова тяжелыми металлами через атмосферные выпадения в городах и промышленных районах России возрастает с каждым годом. Городские почвы выступают в качестве механического барьера на пути аэрогенных потоков техногенных веществ и являются долговременной депонирующей средой. Для почв городов аэрогенные потоки загрязнителей не являются единственными их источниками, так как в почвы они могут поступать также с талыми водами, при внутрипочвенном и поверхностном стоке загрязненных вод и другими путями. При длительном загрязнении городских почв происходит изменение их химического состава и кислотнощелочных характеристик. Устойчивость техногенных геохимических аномалий в почвах во многом зависит от их экологического состояния, которое в значительной степени определяется их буферностью. Буферность, в свою очередь, зависит от способности почв к самоочищению. Следовательно, от того, как развивается этот процесс, зависит «здоровье» техногенных геохимических аномалий и их устойчивость в природных условиях (Летувнинкас, 2002).

Изучением и анализом содержания различных химических элементов в компонентах природной среды, в том числе и почвах, выполнялись многими исследователями. Наиболее значительными являются работы В.И. Вернадского (1954);

А.П. Виноградова (1957);

А.А. Беуса (1976);

А.И. Перельмана (1979);

Ю.В.

Алексеева (1987);

М.А. Глазовской (1988);

Ю.Е. Саета и др. (1990);

В.А.

Алексеенко (2005);

В.В. Добровольского (2003) и многих других. Одними из первых работ по загрязнению почв были работы И.Н. Антипова-Каратаева (1947) о состоянии и поведении меди в почвах.

Почва – компонент природной среды, несущий в себе долговременную информацию о техногенном воздействии (основная депонирующая среда), представляет собой сложную природноантропогенную систему (Экогеохимия..., 1995). Кроме того, почвы являются главным физико-химическим барьером на пути миграции техногенных элементов. Продолжительность пребывания загрязнителей в почвах больше, чем в других компонентах биосферы (Васильева и др., 1998). Загрязнение почв имеет устойчиво-прогрессивный характер. Из-за способности почвы с разной силой поглощать и удерживать ионы тяжелых металлов их повышенное содержание и наличие соединений тяжелых металлов, не характерных для незагрязненных почв, могут свидетельствовать не только о современных процессах загрязнения, но и о таковых процессах, имевших место в прошлом.

На формирование определенного типа почвы и почвенного профиля влияют рельеф, климат, материнские горные породы, характер водообменных процессов, растительность, животные и микроорганизмы, обитающие в почве. Также деятельность человека стала важным фактором почвообразования, особенно в последнее время. Антропогенный фактор почвообразования является ведущим на урбанизированных территориях. В городах формируются так называемые техноземы – почвы, создаваемые человеком в процессе хозяйственного освоения территории. Характерной чертой техноземов является мозаичный характер окраски, отсутствие четко выраженных почвенных горизонтов и повышенная плотность.

В.И. Вернадский, изучая разнообразные биогеохимические процессы, протекающие на нашей планете, постоянно подчеркивал активную роль в них человека. Он считал, что биосфера все глубже изменяется под влиянием научной мысли и деятельности человека. Преобразованную человечеством биосферу Земли В.И. Вернадский назвал «ноосферой» (Вернадский, 1944). Одним из следствий перехода биосферы в ноосферу является изменение биогеохимических круговоротов многих химических элементов, значительный вклад в них техногенной составляющей и образование биогеохимических аномалий.

Особенно интенсивно все эти процессы протекают на территории крупных городов, где сосредоточены значительное количество промышленных предприятий, автотранспорта, огромные массы населения. В.И. Вернадский писал о необходимости для человека соизмерять воздействие на природу с ее возможностями. Он считал, что в ноосфере «должны проявляться разум и направляемая им работа человека как новая, небывалая геологическая сила»

(Вернадский, 1977). Применительно к урбанизированным территориям это предполагает изучение состава компонентов городской среды и постоянный контроль их состояния с целью предотвращения нежелательных изменений, проведение мероприятий по нейтрализации последствий техногенеза и по оздоровлению городской среды.

При исследовании компонентов природной среды необходимо принимать во внимание полиэлементный характер загрязнения территории. По результатам исследований различных авторов, в городах с развитой промышленностью и транспортом происходит загрязнение компонентов экосистем сразу рядом химических элементов. Накапливаясь в почве и других компонентах природной среды, они образуют техногенные ассоциации, состав которых позволяет сделать вывод о том, какой вид промышленного производства вызвал данное загрязнение почвы. Под загрязнением почв понимается избыточное содержание химических веществ, при котором нарушается нормальное функционирование растительности и животных, изменяются почвенные процессы (Артамонова и др., 2005).

На территории городов в основном отмечаются следующие виды воздействий на почвы: механическое (деградационное – нарушение структуры поверхности, замусоривание);

физическое (формирование техногенных температурных, динамических, электромагнитных полей);

физико-механическое (изменение свойств почв и грунтов);

химическое (загрязнение вредными веществами);

физико-химическое (подщелачивание, подкисление, засоление);

биологическое;

биогенное и микробное (уменьшение способности почв к самоочищению, изменение структуры микробных комплексов и др.).

Известно, что городские почвы в абсолютном большинстве – это искусственные образования, существенно отличающиеся от природных аналогов.

Городским почвам, по данным почвоведов, свойственны деформированная структура и особый порядок расположения горизонтов, высокая щебнистость, низкое содержание органического материала, что ведет к уменьшению водоустойчивости структуры и сжатию порового пространства. Для них характерна также переуплотненность поверхностных слоев, обусловленная высокими антропогенными нагрузками. Неблагоприятные физические и водно физические почвенные условия ухудшают питание растений и препятствуют нормальному развитию корневой системы зеленых насаждений в городе, что отражается на их габитусе, жизнеспособности, функциональных свойствах и декоративности. В городах в результате работы заводов, фабрик и других предприятий в атмосферу выбрасываются большие объемы пыли, содержащей ТМ и другие загрязняющие вещества, которые оседают в верхних слоях городских почв. Даже при относительно невысоких концентрациях взвешенных веществ в воздухе, в почвах достаточно быстро накапливается большое количество вредных компонентов, осаждающихся из атмосферы. Вследствие этого в ореоле рассеяния предприятия, зона распространения которого достигает нескольких километров, наблюдаются аномально высокие содержание загрязняющие вещества, часто на порядки превышающее ПДК, ОДК и фоновые концентрации. В результате не только ухудшается качество почвы на территории города, но и на территории вблизи расположенных зон индивидуальной застройки с развитой системой приусадебных хозяйств, но также образуется и дополнительный источник загрязнения поверхностных и подземных вод, нередко используемых в качестве источников хозяйственно-питьевого водоснабжения населения. Одновременно открытые участки почвы становятся мощным источником вторичного загрязнения атмосферного воздуха, т. е. загрязнение почвы может быть процессом очень опасным по своим последствиям (Балашова и др., 2001).

Металлы, попадая в воздушный бассейн города с выбросами промышленных предприятий, создают геохимические аномалии различного масштаба. Техногенные ореолы рассеяния возникают сначала вблизи отдельного предприятия (примерно в зоне 0,5 км), а в дальнейшем это может привести к их обширной региональной концентрации на расстоянии 2–3 км и более от источника выброса. Дальность переноса ТМ от локальных источников загрязнения в воздушно-миграционных потоках может достигать 10–15 км.

По А.И. Перельману (1979) геохимические аномалии подразделяются на типа: 1) глобальные аномалии, охватывающие весь земной шар;

2) региональные, охватывающие части материка, страны, области;

3) локальные, радиусом до нескольких десятков километров, связанные с определенным эпицентром, конкретным источником загрязнения.

Деятельность автотранспорта и определенных промышленных предприятий на территории города, создают отдельные интенсивные геохимические аномалии, выделяющиеся на геохимически урбаногенном фоне (Добровольский, 2003).

С каждым годом все более актуальной для городов становится проблема загрязнения почв выбросами от автотранспорта. Некоторыми исследователями установлено, что наибольшая концентрация Pb, Cd, Cr и Ni содержится в почвах на расстоянии до 25 м от автомагистралей, наименьшая – на расстоянии 10 м.

Концентрация Mn небольшая и уменьшается с удалением от дороги. Особенность Pb – способность накапливаться во впадинах (Воробьев, 2003). В почвах газонов, расположенных вблизи перекрестков дорог, содержание Pb и Zn увеличивается, что связано с торможением и скоплением большого количества машин у светофоров. С этими же факторами связано очень высокое содержание ТМ в почвах газонов вблизи автозаправочных станций.

Основной вклад в состав городской пыли вносят выбросы тепловых электростанций, предприятий металлообрабатывающей промышленности и стройиндустрии. Становление любого города и его дальнейшая история сопровождается аккумуляцией рассеянных тяжелых металлов и других элементов, большая часть которых связана с твердыми высокодисперсными частицами (Добровольский, 2003). Большинство выбросов, загрязняющих веществ осаждается на поверхности почвы, где происходит их постепенное депонирование, ведущее к изменению химических и физико-химических свойств субстрата (Гармаш, 1985;

Байдина, 2004). Это объясняется тем, что при техногенном загрязнении основная часть тяжлых металлов поступает в почвы в форме труднорастворимых или нерастворимых соединений: на долю, например, водорастворимых форм Zn и Cd приходится всего 6–7 %, а среди техногенных соединений Pb, поступающих в почвы, водорастворимые формы вообще отсутствуют (Гармаш, 1985).

Учитывая, что 50–60 % пыли в приземной части атмосферы имеет «почвенный» генезис, ясно, насколько важно изучение геохимических аномалий почв на территории города (Биштуева, 1976). По качеству верхнего слоя почвы можно судить о качестве воздуха, которым дышат люди. Скопившиеся токсичные вещества ингаляционным, абсорбционным (через кожу) способами, а также через пищеварительный тракт могут попасть в организм человека и оказать нежелательное воздействие. Поэтому необходимо проводить геохимические исследования окружающей природной среды (Балтренас, Янкайте, 2003).

Обычно при оценке токсичности почв учитываются элементы 1, 2 и классов опасности, указанные в ГОСТ 17.4.1.02–83, но помимо прямого токсического действия для многих элементов характерны отдаленные эффекты, которые затрагивают основополагающие функции живых организмов, поэтому степень их вредности в конечном итоге может быть значительно больше.

Необходимо оценивать уровни накопления не только токсичных элементов, но и тех, для которых класс опасности не определен (Язиков, 2010).

1.3. Воздействие антропогенно-техногенных систем на городские почвы Воздействию техногенеза и его роли в природных и природно антропогенных ландшафтах посвящены труды выдающихся ученых XX века.

Среди них А. Е. Ферсман, М. А. Глазовская, А. И. Перельман, В. В.

Добровольский, Г. В. Добровольский, В. А. Алексеенко, А. Н. Геннадиев, Н. Ф.

Глазовский, П. В. Елпатьевский, Н. С. Касимов, А. И. Морозова, В. А. Снытко, Н.

П. Солнцева и другие.

Естественная эволюция почв уже в первой половине голоцена стала испытывать антропогенные влияния, вначале соразмерные по механизмам и масштабам с естественными трендами (Гагарина, 2004).

Влияние деятельности человека на почвы и почвенный покров проявляется в различных формах. Антропогенные воздействия можно разделить на прямые, непосредственно влияющие на почву, и косвенные, влияющие на почву опосредованно, через изменение факторов почвообразования. Из прямых антропогенных воздействий наиболее яркими и распространенными являются распашка и другие виды механической обработки почв, а также химические и физико-химические воздействия, которые в значительной степени изменяют свойства почв и процессы образования почв, не нарушая почвенного профиля (удобрения, ядохимикаты, техногенное загрязнение). В качестве примеров косвенных антропогенных воздействий могут служить нарушение или смена растительного покрова, изменение уровня и минерализации грунтовых вод и поверхностного увлажнения. Особое место занимает комплекс антропогенных воздействий, связанных с сельскохозяйственным освоением почв, который включает как прямые, так и косвенные виды воздействий (Лебедева, Тонконогов, 1988).

Таким образом, почвы и почвенный покров являются результатом не только сложной истории развития его поверхности, связанной с изменением естественно исторических условий, но и антропогенного воздействия, что необходимо учитывать при решении классификационных, генетических и прикладных вопросов.

За последние сто лет и особенно в последние десятилетия антропогенное влияние на эволюцию природы и почв настолько усилилось и осложнилось, что позволяет говорить об антропогенном периоде позднеголоценовой эволюции почв и почвенного покрова. Для выяснения специфических особенностей современного почвообразования, его темпов и направленности объекты исследования должны быть иными. Ими могут быть разновозрастные почвы датированных естественных и антропогенных субстратов, а также голоценовые полноразвитые почвы. С развитием техногенеза все более возрастают площади территорий с нарушенным или полностью уничтоженным почвенно растительным покровом. Это сопровождается появлением на поверхности различных слабо измененных горных пород, при зарастании которых развивается начальный процесс почвообразования и формируются молодые почвы, что можно наблюдать при добыче полезных ископаемых, строительстве дорог, каналов, военных укреплений.

С появлением человека почвенный покров планеты стал подвергаться новому фактору трансформации — антропогенный. Характер антропогенного изменения почв находится в прямой зависимости от функционального назначения территории (городская, рекреационная и т.д.). Урбанизированные территории отличаются особой спецификой почвообразования.

В пределах крупных городов интенсивная деятельность человека приводит к существенному и часто необратимому изменению почвенного покрова, образуются специфические почвы и техногенные поверхностные образования. В последние годы для характеристики поверхностных рыхлых субстратов в городах предложено два концептуальных подхода (Герасимова и др., 2003):

1. Городская почва — это не почва с точки зрения классического почвоведения, это грунт, предмет изучения инженеров-геологов. В лучшем случае в городской черте собственно почвы распространены только в лесопарках и городских лесах.

2. Городская почва — это почва, определить которую с почвенногенетических позиций не всегда возможно, поскольку основным фактором почвообразования является антропогенный.

В широком понимании городская почва - любая почва, функционирующая в окружающей среде города. В узком понимании термин подразумевает специфические почвы, сформированные деятельностью человека в городе, которая является одновременно и пусковым механизмом, и постоянным регулятором городского почвообразования (Герасимова и др., 2003).

По определению комитета природопользования Санкт-Петербурга, городская почва – это «почва, имеющая созданный человеком органоминеральный слой, полученный перемешиванием, насыпанием, погребением грунта и(или) загрязнением материалами урбаногенного происхождения» (Распоряжение …, 2006).

Согласно методическим указаниям по оценке городских почв (Методические …, 2003), городские почвы делятся на:

- урбаноземы — характеризуются отсутствием генетических горизонтов до глубины 0,5 м., которые обычно представлены культурными отложениями, состоящими из своеобразного пылеватогумусного субстрата разной мощности и качества с примесью городского мусора. Могут подстилаться непроницаемым материалом;

- культуроземы — городские почвы фруктовых и ботанических садов, старых парков или бывших хорошо окультуренных пашен. Характеризуются большой мощностью гумусового горизонта, наличием перегнойно торфокомпостных слоев разной мощности. Формируются на нижней иллювиальной части профиля исходной природной почвы;

- индустриоземы — почвы промышленно-коммунальных зон. Сильно техногенно загрязненные и уплотненные, бесструктурные, с включением непочвенного материала более 20%;

- некроземы — почвы, входящие в комплекс почв городских кладбищ.

В настоящее время на некоторых урбанизированных территориях уже пройден порог самозащиты природы и нарушилось ее экологическое равновесие.

Большую опасность представляет воздействие загрязняющих веществ на почву.

Техногенные изменения химического состава почв представляют особый интерес. Человек вовлекал и вовлекает химические вещества в ландшафтный круговорот в процессе своей деятельности (Александровская, Александровский, 2003).

Состояние городских почв, имеет важнейшее значение для оценки экологического состояния той или иной территории, так как, хотя на урбанизированных территориях они не представляют интерес как начальное звено пищевых цепей, но являются интегральным показателем экологического состояния окружающей среды и потенциальным источником вторичного загрязнения приземного слоя атмосферы, поверхностных и грунтовых вод.

Современные городские почвы Санкт-Петербурга в целом за время существования города изменены по сравнению с первоначальными типами почв Приневской низменности. Городские почвы представляют собой в большинстве случаев искусственные образования, созданные путм постоянной подсыпки смеси естественного природного материала (глина, песок, торф и т.д.) и антропогенных веществ (строительные, бытовые, промышленные отходы).

Естественные ненарушенные почвы (дерново-подзолистые, болотные и аллювиальные) сохранились преимущественно на окраине города, среди жилых массивов – в пределах старых лесопарковых участков (Экологический Атлас..., 1992).

В целом на территории Санкт-Петербурга наблюдаются те же процессы преобразования естественных ландшафтов, что и в других крупных городах. В частности, природные компоненты природных комплексов переходят в структуру городских территориальных комплексов и по целому ряду причин уже не являются тождественными своим естественным аналогам. Поэтому и почвы в условиях города оказываются в новых условиях режима функционирования. С точки зрения значимых для почв преобразований городской среды характерно следующее (Blume H.P., 1989;

Bridges E.M., 1991;

Мягкова А.Д., Строганова М.Н., 1997): дискретность распространения техногенных объектов;

минимизация площадей, занятых одной непрерывной в пространстве парцеллой (структурная часть горизонтального расчленения биогеоценоза);

отсутствие горизонтов А 0, А1, А2;

появление горизонтов антропогенного генезиса со свойствами, определяемыми функциональным назначением городской территории (от горизонтов с включениями строительного и бытового мусора до горизонтов, находящихся под непрерывным воздействием инженерных сетей);

в городской застройке селитебного типа открытые поверхности с почвенным покровом занимают не более 40% от общей площади микрорайонов, в производственных зонах города – не более 20%.

В плане функционирования городских почв возникают следующие наиболее значимые процессы: перекрытие значительной части поверхности почвы искусственными покрытиями, нарушение естественного режима грунтовых вод, подтопление, уменьшение испарения с поверхности территории в целом за счет отвода атмосферных осадков в сети ливневой канализации, увеличение испарения с оставшейся «незапечатанной» поверхности почвы, «принудительное»

формирование растительного покрова, часто несоответствующее исходным для условий почвообразования растительным ассоциациям, активное накопление загрязняющих веществ, попадающих в почву при замусоривании поверхности, гидрогенной миграции и атмосферных выпадениях, нарушение теплового баланса за счет изменения альбедо, режима инсоляции (затенение зданиями), эмиссии тепла из инженерных сетей.

Однако в изменяющихся условиях, вызванных формированием города, неизменными остаются основные функции почв (Добровольский Г.В., 1997):

плодородный субстрат для растений, депонирующая среда, естественная поверхность, принимающая участие в формировании энергетических и количественных параметров приземного слоя атмосферы (микроклиматических условии, газового состава и др.).

Исходя из доли участков с почвенным покровом в балансе той или иной территории города, изменяется и качество природной среды (например, способность почв воспроизводить перечисленные функции).

В большинстве почв города Санкт-Петербурга обнаружено наличие включений антропогенного происхождения (строительный и бытовой мусор).

Преобладающий механический состав слоев – супесчаный. Городские почвы обладают повышенной дренажностью, пониженной влажностью и водоудерживающей способностью, что служит одним из факторов стресса для городских зеленых насаждений (Касимов Н.С., Перельман А.И., 1995).

Основными источниками загрязнения почв города являются промышленные выбросы, пыль, захоронения промышленных отходов, свалки строительного, бытового и промышленного мусора, а также загрязненные атмосферные осадки, грунтовые воды и т.д. Молодые районы городской застройки, как правило, имеют меньшую степень загрязнения почв. Здесь загрязнение отмечается в основном на магистралях с интенсивным движением транспорта и с местами размещения промышленных предприятий.

Среди неорганических токсикантов, загрязняющих почвенный покров города, особое место занимают тяжелые металлы (ТМ). Справедливо считается, что среди химических элементов они наиболее токсичны. Установлено, что к числу наиболее неблагополучных по этому признаку относятся Адмиралтейский, Центральный, Кировский и Василеостровский районы Санкт-Петербурга. Почвы центральной части города интенсивно загрязнены тяжелыми металлами, в основном первого класса опасности: свинцом, цинком, кадмием (Охрана окружающей среды…, 2007).

Из органических токсикантов повсеместно встречаются нефтепродукты и полиароматические углеводороды, из которых наиболее токсичен бенз(а)пирен.

Для Санкт-Петербурга наибольшую опасность представляет массированное загрязнение ПАУ и нефтепродуктами, чем диоксиноподобными веществами.

1.4. Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами и их воздействие на здоровье человека Под загрязнением окружающей среды понимают привнесение в среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных для нее физических, химических, биологических агентов, приводящих к превышению в рассматриваемое время естественного среднемноголетнего уровня концентраций вышеперечисленных агентов в среде и, как следствие, к негативным воздействиям на людей и окружающую среду (ГОСТ 30772-2001).

Источниками загрязнения могут быть как природные (космическая пыль, вулканический пепел, эмиссия частиц с поверхности суши и океанов, растительный покров, фотохимические реакции в атмосфере, лесные пожары и др.), так и антропогенные факторы. Основными источниками антропогенного загрязнения окружающей среды являются: тепловые электростанции (27%), предприятия черной (24%) и цветной (10,5%) металлургии, нефтехимической промышленности (15,5%), строительных материалов (8,1%), химической промышленности (1,3%), автотранспорта (13,3%).

Наиболее интенсивно процесс загрязнения окружающей среды идет на урбанизированных территориях, которые занимают в настоящее время около 2% земной суши, но проживает на них половина населения Земли – порядка 3,3 млрд.

человек. Длительное время термин «урбанизация» означал, прежде всего, рост численности городского населения и значения городов. Современное понимание термина включает в себя и экологический аспект.

Города, особенно крупные, – это территории с глубокими антропогенными изменениями, для них характерны высокая плотность населения, плотная застройка, широкое развитие общественного транспорта и систем связи, превышение застроенной и замощенной части территории над садово-парковыми, озелененными и свободными пространствами, концентрация источников негативного воздействия на окружающую среду. Промышленные предприятия, ТЭЦ, котельные, автотранспорт и жилищно-коммунальное хозяйство загрязняют природную среду пылью, выбросами и сбросами побочных продуктов и отходов.

Кроме того, для городов характерны высокие уровни тепловых, электромагнитных, шумовых и других видов загрязнений. Города влияют на экологическую обстановку обширных территорий благодаря переносу загрязняющих веществ поверхностными водами и воздушными потоками. Прямое негативное воздействие городов на все природные оболочки Земли в ряде случаев проявляется в радиусе 60–100 км и более (Добровольский, 1983;

Лукаревская, 2007).

Наибольшую опасность для состояния окружающей среды и здоровья человека представляет загрязнение воздушного бассейна. Перенос загрязняющих веществ на большие расстояния осуществляется главным образом за счет общей циркуляции атмосферы. Поступающие в нее примеси, подхваченные воздушными потоками, могут распространяться на расстояние от нескольких сотен до нескольких тысяч километров. Так, например, тяжелые металлы в виде аэрозолей при среднем времени их пребывания в нижней тропосфере, равном 5 суткам, могут быть перенесены на расстояние до 3000 км, а в верхней тропосфере и на значительно большее расстояние.

В вещественном составе атмосферных загрязнителей – оксиды углерода, серы, азота, тяжелые металлы, углеводороды, летучие органические соединения, пыль, радиоактивные элементы, болезнетворные микроорганизмы и т.д.

Удельный вес различных примесей в загрязнении окружающей среды не является одинаковым. Существуют данные Баттелевского института о том, что в 1970- гг. первое место во «вкладе» отдельных веществ в загрязнение окружающей среды занимали тяжелые металлы (Новиков и др., 1978). Большинство из них относится к первому и второму классам опасности. Их негативное влияние на человека проявляется не только в прямом воздействии высоких концентраций, но и в отдаленных последствиях, связанных со способностью многих металлов накапливаться в организме. Металлы содержатся в большинстве видов промышленных, энергетических и автотранспортных выбросов в атмосферу и являются индикаторами техногенного воздействия этих выбросов на окружающую среду (Ревич и др., 1981;

Трофимов и др., 2002).

В современной литературе существуют различные точки зрения о том, какие элементы можно отнести к тяжелым металлам. В химической и технической литературе критериями для выделения тяжелых металлов служат их атомная масса и плотность. Так, в «Справочнике по элементарной химии» под ред. А.Т. Пилипенко (Справочник…, 1977) к тяжелым металлам отнесены элементы периодической системы Д.И. Менделеева с атомной массой свыше атомных единиц и плотностью более 5 г/см3, т.е. большей, чем у железа (Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sn, Sb, V, Hg и др.). Таких элементов насчитывается 43. Десять из них наряду с металлическими свойствами обладают признаками неметаллов (представители главных подгрупп VI, V, IV, III групп периодической системы, являющиеся р-элементами). Ю.В. Алексеев (Алексеев, 1987) предлагает считать тяжелыми металлы с атомной массой более 40.

В геоэкологии и природопользовании кроме физико-химических свойств элементов, учитывается их токсичность для живых организмов, стойкость и способность накапливаться во внешней среде. Ю.А. Израэль к тяжелым металлам, контроль за которыми необходимо производить в биосферных заповедниках, относит Pb, Hg, Cd, As (Израэль, 1984). По решению Целевой группы по выбросам тяжелых металлов (Европейская Экономическая Комиссия ООН), занимающейся сбором и анализом информации о выбросах загрязняющих веществ в европейских странах, к тяжелым металлам отнесены Zn, As, Se и Sb. По классификации Н.Ф. Реймерса (Реймерс, 1990), тяжелыми следует считать металлы с плотностью более 8 г/см3 и обладающих токсическим воздействием на живые организмы. К таким Н.Ф. Реймерс относит Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg. В прикладных исследованиях геоэкологического характера к этому списку добавляются обычно Ag, W, Fe, Mn, V и некоторые другие элементы.

Суммируя сведения литературных источников, можно выделить следующие свойства тяжелых металлов с геоэкологической точки зрения (Израэль, 1979;

Реймерс, 1990;

Трофимов, Зилинг, 2002): высокая биохимическая активность большинства тяжелых металлов;

токсичность – отрицательное воздействие на физиологические функции организмов, состояние жизнеобеспечивающих природных сред всех тяжелых металлов в повышенных (токсических) концентрациях;

высокая кумулятивная способность (тенденция к биоконцентрированию);

трудность выведения из организма и окружающей среды;

высокая миграционная способность;


атомная масса выше 40, плотность более г/см3.

Поступление тяжелых металлов в окружающую среду обусловлено источниками как естественного, так и антропогенного происхождения. С процессами, происходящими в природе, связана основная масса тяжелых металлов, заключенная в океанических водах, водах суши, донных осадках, почвах, растительности, атмосфере. Естественные источники имеют глобальное распространение и действуют непрерывно. Загрязнение от естественных источников является фоновым и мало изменяется во времени.

Локальные зоны с аномально высокими концентрациями тяжелых металлов связаны обычно с техногенными выбросами в атмосферу, гидросферу и литосферу. Поступление тяжелых металлов в окружающую среду от антропогенных источников происходит неравномерно, часто в виде залповых выбросов и прекращается с завершением функционирования соответствующего объекта. К источникам антропогенного происхождения относятся автотранспорт, предприятия электроэнергетики, промышленности, сельского хозяйства, отвалы, хвостохранилища, свалки твердых и жидких отходов, мусоросжигающие заводы, стоки с урбанизированных территорий, аварии и др.

К отраслям промышленности, наиболее загрязняющим окружающую среду тяжелыми металлами, относятся черная и цветная металлургия, добыча, переработка, транспортировка и использование углеводородного сырья, горнообогатительные комплексы, стекольное, керамическое, электротехническое производство и др. Валовые выбросы промышленных предприятий сравнимы с выбросами теплоэлектростанций, особенно, работающих на твердых видах топлива, о чем было сказано выше. Вокруг металлургических заводов и теплоэлектростанций образуются обширные аномальные зоны загрязнения тяжелыми металлами в различных природных средах. Выброс огромных количеств тяжелых металлов в высокие слои атмосферы представляет опасность и для соседних регионов в связи с трансграничными переносами.

Крупными очагами интенсивного загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами являются урбанизированные территории. Кроме многочисленных промышленных и энергетических источников здесь может иметь место привнос в подземные воды и воздушный бассейн тяжелых металлов с глубинными флюидными потоками, чему способствуют глубокие депрессионные воронки и нарушенность подземного пространства больших городов.

Транспорт является источником более половины всех выбросов в атмосферу (а в крупных мегаполисах загрязнение атмосферы на более чем 80% связано именно с автомобильным транспортом). Так, в результате сжигания бензина в атмосферу ежегодно поступает от 180 до 260 тыс. т соединений свинца, что в 60 130 раз превышает естественное поступление свинца в атмосферу при извержениях вулканов (2-3 тыс. т/год) (Вронский, 1997;

Амбарцумян, 1999).

В сельскохозяйственном производстве загрязнение почвы тяжелыми металлами связано с использованием удобрений и пестицидов. Так, при использовании фосфорных удобрений в почву поступает от 7 до 225 мг свинца на 1 кг сухой массы, азотных – 2-27 мг/кг, органических – 6,6-15,0 мг/кг (Кабата Пендиас и др., 1989). Особенную опасность представляет применение удобрений из осадков сточных вод очистных сооружений.

Сжигание мусора сопровождается поступлением в биосферу целого ряда тяжелых металлов: кадмия, ртути, свинца, хрома и др.

Еще один источник поступления тяжелых металлов в окружающую среду – коррозия металлов и истирание трущихся частей механизмов.

Антропогенные источники поступления в окружающую среду исследуемых в работе элементов приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Антропогенные источники поступления некоторых тяжелых металлов и мышьяка в окружающую среду (по Вредные…, 1988, 1989;

http://sci.aha.ru/ATL/ra00.htm и др.) Элемент Источники поступления в:

атмосферу природные воды Pb Выбросы предприятий электроэнергетики, Сточные воды рудообогатительных фабрик, металлургии, машиностроения, металлооб- металлургических заводов, химических про работки, электротехники, химии и нефте- изводств, шахт;

стоки с дорог химии, деревообрабатывающей и целлюло зобумажной, пищевой промышленности, пр-ва стройматериалов, автотранспорта Zn Выбросы предприятий цветной металлур- Сточные воды рудообогатительных фабрик, гии, мусоросжигающих заводов, при исти- гальванических цехов, производств перга рании покрышек ментной бумаги, минеральных красок, вис козного волокна и др.

Cu Выбросы предприятий цветной металлур- Сточные воды предприятий химической, гии (98,7% всех антропогенных выбросов металлургической промышленности, шахт Cu);

сжигание этилированного бензина ные воды;

альдегидные реагенты для уничтожения водорослей;

в результате коррозии медных трубопроводов и др.

Ni Выбросы предприятий цветной металлур- Сточные воды цехов никелирования, заводов гии (97% всех антропогенных выбросов Ni);

синтетического каучука, никелевых обогати сжигание топлива тельных фабрик Co Сжигание топлива Сточные воды металлургических, металло обрабатывающих и химических заводов Fe Выбросы предприятий по производству Сточные воды предприятий металлургиче стройматериалов ской, металлообрабатывающей, текстильной, лакокрасочной пр-ти, сельскохозяйственные Mn Выбросы предприятий черной металлургии Сточные воды марганцевых обогатительных (60% всех выбросов Mn), машиностроения фабрик, металлургических заводов, пред и металлообработки (23%), цветной метал- приятий химической промышленности (про лургии (9%), мелкие источники (сварочные изводство электрических батарей и др.), работы и др.) шахтные воды Cr Выбросы предприятий черной и цветной Сточные воды гальванических цехов, кра металлургии (легирующие добавки, сплавы, сильных цехов, кожевенных заводов, пред огнеупоры), машиностроения (гальваниче- приятий химической промышленности ские покрытия) V Выбросы предприятий электроэнергетики, Сточные воды предприятий нефтехимии, черной металлургии, автотранспорта стоки с дорог As Сжигание топлива, выбросы предприятий Сточные воды обогатительных фабрик, от электроэнергетики, по производству строй- ходы производства красителей, кожевенных материалов заводов и предприятий, производящих пес тициды, стоки с сельскохозяйственных уго дий, на которых применяются пестициды Эмиссия тяжелых металлов в составе техногенных выбросов в окружающую среду происходит, чаще всего, в виде их комплексов. Токсическое воздействие комплексов на организмы зависит от состава комплекса, чувствительности организмов (общей и поэлементной), химической формы соединений и других факторов, определяющими являются пропорции микроэлементов, входящих в комплекс. Считается, что из различных сочетаний основных элементов в пыли, выбрасываемой заводами по выплавке цветных металлов, наиболее токсичным является сочетание Cd-Pb-Zn, промежуточное положение занимает Pb-Cu, наименее токсично сочетание Pb-Zn.

Ведущим путем антропогенного поступления тяжелых металлов в окружающую среду является атмосферный. Дальность распространения и уровни загрязнения атмосферы зависят от мощности источника, условий выбросов и метеорологических параметров. С удалением от источников загрязнения происходит рассеивание примесей, вследствие чего зона их интенсивного воздействия, в которой имеет место превышение ПДК, сравнительно невелика.

Выделяют несколько зон загрязнения атмосферного воздуха тяжелыми металлами в зависимости от удаления от источника загрязнения (Василенко и др., 1985):

0-2 км от источника – зона максимальных концентраций: содержание ТМ в приземном слое атмосферы в 100-1000 раз выше местного геохимического фона, в снеге – в 500-1000 раз;

водорастворимые соединения составляют порядка 5-10%, основную массу выпадений образуют мелкие пылевидные частицы сульфидов и оксидов;

2-4 км – содержание ТМ в воздухе в 10 раз ниже, чем в первой зоне;

относительное содержание водорастворимых соединений возрастает;

4-10 км – повышенное содержание ТМ в отдельных пробах.

По мере удаления от городов и промышленных территорий доля атмосферных выбросов снижается за счет поступления ТМ в составе сточных вод, отходов, удобрений.

Попавшие в окружающую среду соединения тяжелых металлов легко проникают в трофические цепи, накапливаясь в растительных и животных организмах;

включаются в метаболические циклы и вызывают разнообразные физиологические нарушения, в том числе на генетическом уровне. Для выведения тяжелых металлов из экосистемы до безопасного уровня требуется весьма продолжительный период времени при условии полного прекращения их поступления. Период полувыведения тяжелых металлов из организма человека обычно составляет многие месяцы.

Биологическая активность тяжелых металлов выводит данную группу загрязнителей на приоритетное место в мониторинговых исследованиях окружающей среды. Физиологическое действие ТМ на организм человека и животных различно и зависит от природы металла, типа соединения, в котором он существует в природной среде, а также интервалом концентраций, при которых возможна нормальная реакция обменных процессов.

Согласно теории пороговых концентраций В.В. Ковальского (Ковальский, 1982), организм поддерживает гомеостаз только в условиях определенных пределов изменчивости геохимической среды (табл. 2). Ниже концентрации, соответствующей нижней пороговой концентрации (недостаточное поступление химических элементов в организм) и выше концентрации верхнего порога (избыточное поступление химических элементов), функция гомеостатической регуляции нарушается.

За пределами нижних и верхних пороговых концентраций химических элементов наблюдаются биологические реакции организмов, возникают мутации, возможно изменение наследственной природы организма (Трофимов и др., 2002).

Таблица 2.

Пороговые концентрации некоторых тяжелых металлов в почвах, млн-1 (по В.В. Ковальскому, 1982) Элемент Пороговая граница Предел нормальной регуляции нижняя верхняя Zn 30 70 30- Сu 6-15 60 15- Со 2-7 30 7- Мn 400 3000 400- Sr - 6-10 0- Таким образом, тяжелые металлы всегда содержатся в живых организмах и в малых дозах (в пределах нормальной регуляции) участвуют в процессах жизнедеятельности, являясь активаторами и составной частью ферментов и гормонов (Ковальский, 1982;


Трофимов и др., 2002;

Матвеева, 2005 и др.):

цинк (Zn) – компонент многих ферментов;

существенно влияет на активность гормонов гипофиза, участвует в реализации биологического действия инсулина, поддерживает кислотно-щелочное равновесие в организме;

способствует нормализации жирового обмена, усиливая распад жиров и предотвращая жировую дистрофию печени;

определенную роль играет в кроветворении;

железо (Fe), медь (Cu) и марганец (Mn) участвуют в образовании гемоглобина;

марганец (Mn), кроме того, способствует утилизации углекислого газа растениями, тем самым повышает интенсивность фотосинтеза;

участвует в процессах восстановления нитратов и ассимиляции азота растениями;

способствует переходу активного железа (Fe(II)) в Fe(III), что предохраняет клетки от интоксикации, ускоряет рост организмов;

оказывает влияние на функции половых желез;

никель (Ni) повышает гипогликемическую активность инсулина;

оказывает влияние на ферментативные процессы;

окисление аскорбиновой кислоты;

ускоряет переход сульфгидрильных групп в дисульфидные;

может угнетать действие адреналина и снижать артериальное давление;

кобальт (Со), входит в состав витамина В12;

активно влияет на поступление азотистых веществ, увеличение содержания хлорофилла и аскорбиновой кислоты, активизирует биосинтез и повышает содержание белкового азота в растениях;

хром (Cr) участвует в обмене липидов, белков (входит в состав фермента трипсина), углеводов;

регулирует уровень глюкозы в крови;

снижение содержания хрома в организме приводит к уменьшению скорости роста, увеличению содержания холестерина в крови, ухудшению метаболизма миокарда, нервной ткани, половых желез;

оказывает термогеническое, антиатеросклеротическое, ранозаживляющее и язвозаживляющее действие;

ванадий (V) участвует в синтезе жирных кислот, окислительных реакциях;

подавляет образование холестерина;

мышьяк (As) повышает усвоение азота и фосфора растениями;

улучшает кроветворение;

ограничивает распад белков и ослабляет окислительные процессы.

В высоких концентрациях, превышающих пределы нормальной регуляции, тяжелые металлы становятся ингибиторами ферментов, оказывают на организм токсическое, аллергическое, канцерогенное действие;

многие ТМ избирательно накапливаются в определенных органах и тканях, структурно и функционально нарушая их (табл. 3). Доказано эмбриотоксическое действие ТМ через фетоплацентарную систему, а также их мутагенный эффект, т.е. тяжелые металлы оказывают воздействие на основополагающие функции живых организмов:

воспроизводство и биопродуктивность. В этом случае угроза создается не только для отдельных особей, но для целых популяций и поколений. Такие химические элементы, вызывающие отдаленные последствия, могут считаться экологически токсичными (Сает, 1990).

Таблица 3.

Негативные воздействия повышенных (токсических) концентраций некоторых тяжелых металлов и мышьяка на здоровье человека (по Беус и др., 1976;

Уотсон, 1986;

Протасов, 2001;

http://sci.aha.ru/ATL/ra00.htm и др.) Элемент Негативные воздействия Pb Сатурнизм (свинцовое отравление): задержка синтеза протеина в крови (анемия), поражение почек, головного мозга (снижение умственных способностей, агрессивное поведение, конвульсии, бред, иногда сонливость, кома) и периферической нервной системы (особенно нервов мышц), потеря слуха, задержка роста, разрушение костных тканей, параличи, боли в суставах, снижение реакций иммунной системы, нарушение функций сердечно-сосудистой системы, желудочно-кишечного тракта (боли в области живота, потеря аппетита, запоры), снижение репродуктивной функции. Обладает способностью проникать через плаценту и накапливаться в грудном молоке.

Усиливает в 5 раз канцерогенный эффект углеводородов (бензапирена, бензола, винилхлорида и др.). Повышает токсический эффект других тяжелых металлов Zn Анемии. Повышает токсический эффект других тяжелых металлов Cu Интоксикации, анемии, гепатит, органические изменения в тканях, распад костной ткани Ni Дерматиты, экземы, витилиго, респираторные заболевания, астматические бронхиты, бронхиальная астма, астено-невротические расстройства, нарушение синтеза белка, ДНК и РНК, нарушение функций сердечно-сосудистой системы Соединения Ni принадлежат к 1 группе канцерогенов: раковые заболевания полости рта, горла, легких, бронхов, почек, толстой и прямой кишки, саркома Co Токсический миокардит Fe При систематическом вдыхании воздуха, содержащего железосодержащую пыль – сидероз, пневмосклероз Mn Нейротоксические эффекты (утомляемость, сонливость, снижение быстроты реакции, работоспособности, головокружение, депрессивные, подавленные состояния), прогрессирующее поражение ЦНС;

пневмонии;

нарушение процессов кальцификации, внутренней структуры костей;

токсикозы беременных;

развитие идиотии у эмбрионов Cr Дерматиты, экземы, аллергические реакции;

раздражение верхних дыхательных путей, астматические бронхиты, бронхиальная астма, диффузный пневмосклероз;

астено невротические расстройства (головная боль, слабость, диспепсия, потеря в весе и др.);

нарушение функций желудка (гастрит, язвенная болезнь), печени (гепатит), поджелудочной железы.

Соединения Cr(VI) и Cr(III) – канцерогенны: рак легких, бронхов As Арсеноз (отравление мышьяком): блокада ферментных систем, накопление в тканях кислых продуктов обмена (общий ацидоз), нарушение тканевого дыхания;

периферические невриты;

расстройство сердечной деятельности;

гемолиз, анемия;

тромбоз;

атрофия костного мозга;

дегенеративные и некротические процессы в тканях на месте контакта;

нарушение функций желудка, печени.

Канцерогенен: рак легких, кожи. Мутагенный и тератогенный эффект: не вызывая генных мутаций индуцирует хромосомные аномалии V Местные воспалительные реакции кожи и слизистых оболочек глаз, верхних дыхательных путей, скопление слизи в бронхах и альвеолах при острых воздействиях токсических доз. Астма, экземы, лейкопения, анемии, замедление роста, диарея Sr Патологии опорно-двигательного аппарата (остеопороз и др.) Развитие заболеваний может быть спровоцировано не только недостатком или избытком какого-либо химического элемента, но и их соотношением. Так, заболевание эндемический зоб вызывается недостатком йода в организме человека. Кроме того, на распространение болезни влияет сбалансированность йода с кобальтом (норма I:Co=163,8:1) и кобальта с медью (норма Cо:Cu=22,1:1).

Уровская болезнь, проявляющаяся в ограничении подвижности суставов, изъязвлении хрящей, ограничении роста, деформации костей, распространена в регионах, где в почвах отмечается дефицит кальция и избыток стронция и бария (норма Ca:Sr=5:1). Установлено, что глаукома встречается чаще там, где почвы богаты марганцем и стронцием и одновременно бедны барием, хромом, железом и кобальтом и т.д.

Тяжелые металлы обычно накапливаются в живых организмах совместно.

Установлены синергизм и антагонизм такого комплексного воздействия. При синергизме эффект действия многократно усиливается (токсичность свинца усугубляется недостатком кальция). Из-за антагонизма цинка и кадмия введение избыточных количеств первого приводит к уменьшению содержания последнего, отличающегося повышенной токсичностью. Токсичность тяжелых металлов зависит от форм нахождения их в окружающей среде. Особенно опасны металлоорганические соединения (тетраэтилсвинец и др.). Летучие элементы (мышьяк и др.) легко проникают в организм человека через органы дыхания.

Особую опасность представляют тонкодисперсные твердые аэрозоли тяжелых металлов, которые широко распространены и задерживаются в легких человека, вызывая онкологические и др. заболевания (Трофимов и др., 2002).

Многие исследования свидетельствуют, что при загрязнении ТМ ухудшается структура почвы, увеличивается плотность, снижается водопроницаемость, ухудшается водно-воздушный режим почв (Войтович, 1997;

Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989;

Гришина и др., 1990;

Колесников, 2000;

Cotescu, Hutchinson, 1972;

Gough, 1976). Загрязненная ТМ почва является малопригодной или вовсе непригодной для обитания большинства живых организмов. Даже если почва не становится безжизненной, то как следствие она характеризуется низким биоразнообразием и слабой устойчивостью формирующихся в ней биоценозов.

Загрязнение ТМ снижает почвенное плодородие, количество и качество сельскохозяйственной продукции, ухудшает здоровье и качество жизни населения, сокращает продолжительность жизни.

В почве, загрязненной ТМ, происходит изменение биогеохимических и геохимических процессов, что отражается на направленности трансформации и миграции веществ между почвой, атмосферой и гидросферой. Так, ослабление интенсивности почвенного «дыхания» снижает поглощение почвой кислорода и выделение в атмосферу углекислого газа (Колесников и др., 2001).

Высокие дозы ТМ вызывают увеличение содержания углеводов, гидролизуемости гумуса, степени окисляемости гумуса и соответственно значений углерода гумуса (Гришина, Конорева, 1980;

Гутиева, 1980;

Гришина и др., 1990;

Прокопович, Кайгородова, 1999;

Горбов, 2002). Загрязнение ТМ влияет и на качественный состав, гумуса, в основном снижая содержание гуминовых кислот и увеличивая содержание фульвокислот (Гутиева, 1980;

Гришина и др., 1990;

Прокопович, Кайгородова, 1999).

Высокое содержание ТМ в почвах негативно действует на все виды растений, несмотря на защитные механизмы неспецифической природы, позволяющие растениям адсорбировать избыточные ионы на стенках клеток, перекачивать в вакуоль, закомплексовывать органическими соединениями (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989;

Ильин, 1991;

Root growth..., 1998). Корреляция между уровнем загрязнения почв ТМ и содержанием их в растениях обнаруживается не всегда, так как поглощение тяжелых металлов из почвы зависит не только от валовой концентрации их в почве, но и от концентрации подвижной формы элемента. Видовой состав растительности в городах отличается отсутствием наследственной устойчивости к повышенному содержанию ТМ, свойственной видам, обитающим в зонах геохимических аномалий. Почвы города представляют собой техногенные аномалии различных элементов, и растениям приходится приспосабливаться к повышенным концентрациям сразу нескольких элементов.

Проникая в избытке в растительные организмы, тяжелые металлы подавляют ход метаболических процессов, тормозят развитие, снижают продуктивность. В результате - сокращение площади лесов и антропогенная перестройка растительной формации. Создаются совершенно новые по породному составу, структуре и функциональным особенностям культурные растительные сообщества (Таран и др., 1977;

Кучерявый 1983). По данным исследования И. Л. Гольдберга (1995) с увеличением степени загрязнения почв происходит обеднение биофлоры: гибель мхов, выпадение древостоя, смена доминантов напочвенного покрова.

Превышение уровней токсичности ТМ в почвах может привести к девегетации почв (лишению растительного покрова). В этом случае прекращается эмиссия кислорода, а загрязненная почва становится вторичным источником загрязнения воздуха и природных вод токсичными минеральными частицами, так как в результате девегетации усиливаются процессы эрозии и дефляции почвы. В последнем случае наблюдается разрушение почвы, которое делает невозможным выполнение почвой любых ее функций.

Загрязнение тяжелыми металлами почв представляют большую опасность, так как они обладают высокой генетической активностью. (Вадковская, 1981;

Колесников и др., 2001).

Обобщая литературные данные, можно составить следующие положения.

При попадании в почву ТМ снижаются общая биомасса микроорганизмов (Стефурак, 1981), а также численность отдельных физиологических и таксономических групп (Евдокимова, Мозгова, 1978;

Бабьева и др., 1980;

Булавко, 1982;

Jordan, Lechevalier, 1975;

Gingell et al, 1976 и др.). При этом наибольшей чувствительностью обладают актиномицеты (Евдокимова, Мозгова, 1978;

Бабьева и др., 1980;

Наплекова, Степанова, 1981;

Булавко, 1982;

Gingell et al, 1976 и др.), некоторые аммонификаторы (Булавко, 1982 и др.), азотобактер и дрожжи рода Lipomyces (Бабьева и др., 1980). Значительно снижается разнообразие всех таксономических групп целлюлозоразрушающих микроорганизмов. Высокая токсичность ТМ для актиномицетов обусловлена в первую очередь образованием неионизированных комплексов на поверхностях клеточных структур функциональными группами, например фосфатом, карбоксилом и сульфгидрилом.

Повышенное содержание ТМ токсично для бактерий;

фиксирующих свободный азот, или нитрифицирующих бактерий (Maliszewska, Wierzbicka, 1984;

Tyler, 1975). JI. Ю. Косинова (1985), например, отмечает, что бактерии, использующие органический азот, чувствительны к дозам свинца и кадмия в мг/кг.

Зафиксирован следующий ряд биологических свойств по степени их устойчивости к загрязнению ТМ: активность каталазы активность инвертазы активность уреазы = активность фосфатазы скорость разложения мочевины целлюлозолитическая способность интенсивность накопления свободных аминокислот фитотоксичность численность микроскопических грибов численность актиномицетов численность бактерий численность спорообразующих бактерий (Колесников, Казеев, 1998).

Природа ингибирующего действия ТМ очень сложна. В высоких концентрациях все ТМ коагулируют белки, вызывая немедленную гибель клетки (Авакян, 1973).

1.4.1. Экологические свойства физиологически необходимых и токсичных микроэлементов (Cu, Co, Ni, Pb, As, Cr, Mn, Zn, V, Sr) Медь - тяжелый металл второго класса опасности. Производство меди уже около ста лет служит показателем мирового промышленного развития. По использованию в различных отраслях промышленности медь является одним из самых распространенных металлов. До начала XX в. ее основная масса использовалась для получения латуни, из которой традиционно изготавливали домашнюю утварь и оружие. Настоящий медный бум начался с открытием электричества и созданием электротехнической промышленности. Годовой объем техногенных поступлений меди в окружающую среду составляет: 56 тысяч тонн в атмосферу, 77 тысяч тонн с отходами, 94 тысячи тонн с удобрениями.

Литосфера содержит меди (кларк 5,0•10-3%) в 1000 раз меньше, чем титана и в 800 раз меньше, чем железа. Медь - типичный халькофильный элемент, концентрирующийся в сульфидных минералах. Известно 240 медьсодержащих минералов, из которых промышленность использует не более 15 - это самородная медь, халькопирит / медный колчедан -Cu,FeS2, ковелин - CuS, халькозин - Cu2S, борнит - Cu5FeS4, энаргит - Cu,AsS4, куприт - Cu2O, малахит - CuCО3• Cu(OH)2, азурит - 2CuCO3 •Сu(OH)2, хризоколла - CuSiO4•nH2O, блеклые руды 3Cu2S(Sb,As)2S3.

Геохимически медь тяготеет к основным и средним магматическим породам. Минимальные концентрации меди 2-10 мг/кг свойственны карбонатным осадкам. Сульфидные минералы меди в коре выветривания подвергаются окислению с образованием подвижных соединений меди особенно в кислой среде. Взаимодействие меди с органическими и минеральными компонентами почв, однако делает ее малоподвижным элементом почвенного профиля, с аккумуляцией в верхних горизонтах. Почвы мира имеют, в среднем, 20 мг/кг меди, обнаруживая колебания по регионам и различным типам почв.

Медь поступает в воздух с выбросами металлургических производств. В выбросах твердых веществ она содержится в основном в виде соединений, преимущественно оксида меди. На долю предприятий цветной металлургии приходится 98,7% всех антропогенных выбросов этого металла. Медь - один из важнейших микроэлементов. Физиологическая активность меди связана главным образом с включением ее в состав активных центров окислительно восстановительных ферментов. При участии меди осуществляются процессы синтеза белков, жиров и витаминов. Медь участвует в процессах фотосинтеза и влияет на усвоение азота растениями (Орлов, 1960).

Повышенное содержание меди в почвах угнетает ферментативную активность микроорганизмов, что подавляет процесс нитрификации органических остатков и приводит к снижению концентрации подвижного азота и развитию патогенных микроорганизмов. По токсичности для водных организмов медь конкурирует с ртутью. Безопасной считается концентрация меди менее 20 мкг/л в пресных и морских водах. Последними исследованиями у меди обнаружено терратогенное и эмбриоцидное действие.

В агрохимии медь относят к группе полезных микроэлементов из-за очень низкой концентрации в растениях (Минеев, 2004). Но в больших количествах в почве медь токсична для высших растений (Груздев B.C. 2008).

Никель — элемент второго класса опасности. Металл, достаточно распространенный в земной коре. В промышленности широко применяется в производстве термостойких сплавов, нержавеющих сплавов, в производстве железо-никелевых, никель-кадмиевых, никель-цинковых, никель-водородных аккумуляторов.

В литосфере основными минеральными формами никеля служат сульфиды, арсениды и железо-магнезиальные силикаты. Известно 45 никелевых минералов, но промышленное значение имеют 7 - это никелин - NiAs, хлоантит NiAs2, пентландит или железо-никелевый колчедан /сульфид железа и никеля / (FeNi)S, сульфид никеля миллерит NiS, силикат никеля гарниерит или нумеит Ni4(Si4O10)•(OH)4 •H2O, ревдинскит (Ni Mg)6 •(Si4O10)• (OH)8, аннабергит Ni3(AsO4) •8H2O.

Кларк никеля в литосфере составляет 8•10-3%, геохимически никель проявляет халькофильные и сидерофильные свойства, концентрируясь /до 2000 мг/кг в ультраосновных породах в качестве изоморфной примеси в минералах пироксене и оливине. В гранитоидах содержание никеля падает до 15-5 мг/кг, примерно как в песчаниках и карбонатных осадках. Глинистые породы накапливают никель до 70-90 мг/кг.

В современных условиях никель в значительных количествах рассеивается в биосфере при добыче медно-никелевых руд, деятельности металлообрабатывающих, заводов, сжигании каменного угля и нефти. Некоторые виды фосфорных удобрений и осадки сточных вод также могут загрязнять пахотные земли никелем.

Никель относится к числу микроэлементов, необходимых для нормального развития живых организмов. Никель - физиологически необходимый элемент для птиц, млекопитающих, некоторых микроорганизмов, высших растений. В животных организмах никель входит в состав ферментов, гормона инсулина, участвует в образовании спиральной структуры нуклеиновых кислот, играет важную роль в окислительных процессах. Никель незаменим в деятельности фермента уреазы, катализирующего гидролиз мочевины до аммиака и углекислоты.

Никель необходим микроорганизмам, влияющим на нитрификацию и минерализацию азота, а также на метаболизм водорода и мочевины в организме млекопитающих. Токсичность избытка никеля для человека проявляется в поражениях нервной, сердечно-сосудистой, дыхательной, пищеварительной систем. Происходят изменения в кроветворении углеводном и белковом обмене, нарушаются функции щитовидной железы и репродуктивные функции, развиваются аллергические реакции. Никель также проявляет канцерогенные, терратогенные, эмбриоцидные свойства. Мутагенность никеля установлена для микроорганизмов, почвенных ферментов и растений.

В лесных фитоценозах в окрестностях никелевых комбинатов резко уменьшается продолжительность жизни хвойных деревьев. Фитотоксичность никеля проявляется в подавлении фотосинтеза /падение концентрации железа/, нарушении метаболизма, угнетении роста, снижении азотфиксации.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

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.