Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Фтор и некоторые другие элементы в ландшафтах бассейна Верхнего Дона

ВАК РФ 11.00.01, Физическая география, геофизика и геохимия ландшафтов

Автореферат диссертации по теме "Фтор и некоторые другие элементы в ландшафтах бассейна Верхнего Дона"



^ На правах рукописи

СЕВАСТЬЯНОВА Инесса Владимировна

ФТОР И НЕКОТОРЫЕ ДРУГИЕ ЭЛЕМЕНТЫ В ЛАНДШАФТАХ БАССЕЙНА ВЕРХНЕГО ДОНА

11.00.01 - физическая география, геофизика и геохимия ландшафтов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва 1997

Работа выполнена на кафедре геологии и геохимии ландшафтов Московского педагогического государственного университета.

Научный руководитель:

заслуженный деятель науки Российской Федерации, доктор географических наук, профессор ДОБРОВОЛЬСКИЙ В.В.

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор ТЮРЮКАНОВ А.Н.

кандидат географических наук ПОДОЛЬ СР.

Ведущая организация: Институт геохимии и аналитической химии имени ВН. Вернадского.

Защита состоится «....(£.....» .....1997 г. в .. ¿г... часов

на заседании диссертационного Совета К 053.01.18 в Московском педагогическом государственном университете по адресу: 129243, Москва, ул. Кибальчича, д. 12, географический факультет, ауд. 31.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МПГУ по адресу: 119435, Москва, ул. Малая Пироговская, д.1.

Автореферат разослан 1997 года.

Ученый секретарь диссертационного Совета

Р/

ФИЛАТОВА Е.В.

Актуальность темы. Рациональное использование природных ресурсов, решение значительного числа медико-экологических проблем связано с изучением закономерностей распределения химических элементов в ландшафтах.

Одним из широко распространенных в природе и чрезвычайно химически активных и жизненно важных элементов является фтор. Изучение содержания его п природных объектах является актуальной научной проблемой.

Фтор - элемент, обладающий в силу своих химических свойств высокой биологической активностью - способен оказывать дестабилизирующее влияние на биосистемы всех уровней организации даже при незначительных превышениях значений его фонового содержания в воздухе, воде и почве.

Важной задачей является изучение совместного воздействия на компоненты ландшафта фтора и тяжелых металлов. В связи с этим наряду с подробным изучением фтора параллельно рассматривалось распределение некоторых металлов (Mn, Zn, Си, Ni, Pb и Fe). Особенно подробно распределение тяжелых металлов изучалось в сфере импактного загрязнения предприятии города Етьна.

Районом наших исследований была территория бассейна Верхнего Дона, где наиболее распространены северные подтипы черноземов и серые лесные почвы, формирующиеся на покровных лессовидных суглинках. Черноземы содержат химические элементы в оптимальном соотношении (Ковда В.А., 1983). Несмотря на высокий уровень изученности региона (Добровольский В.В., 1957, Протасова H.A., 1970, Копаева М.Т., 1974, Савельева JI.E., 1980, Ахтырцев Б.П., Сушков В.Д., 1983), проводимые почвенно-геохимические исследования не включали изучение содержания и распределения фтора.

Крупнейшими промышленными центрами региона являются города Липецк и Елей, в которых сосредоточены предприятия металлургической, машиностроительной и электрохимической промышленности.

По общей оценке Комитета экологии и природных ресурсов Липецкой области (большая часть которой находится в пределах бассейна Верхнего Дона), состояние природной среды в этом регионе в целом остается неудовлетворительным. В атмосферу области в 1993 году выброшено 42 тыс.т вредных веществ, в том числе 0,4 т свинца, повышение уровня содержания которого в природной среде представляет серьезную

опасность для здоровья человека. Одним только Элементным заводом в городе Ельце за 1990 год было выброшено в окружающую среду 240 кг марганца, 167 кг ртути, 24 кг свинца. В Елецком, Краснинском, Липецком и Становлянском районах вредные вещества выбрасываются без очистки. Уровень утилизации уловленных вредных веществ составляет всего 50%. Выбросы от автотранспорта в 1993 году составили 206 тыс.т (Доклад о состоянии окружающей природной среды Липецкой области в 1993 году).

Липецк входит в число городов России с наиболее неблагоприятными экологическими условиями. Уровень загрязнения атмосферы города значительно выше среднего по стране. В 1993 году отмечено превышение ПДК. в воздухе Липецка: свинца - до 6,5 раз. фтористого водорода - до 2,5 раз, ртуги - до 2,1 раз (Доклад о сотоянии окружающей природной среды Липецкой области в 1993 году).

Цель и задачи исследования. Основная цель работы заключалась в изучении особенностей содержания и распределения фтора и некоторых других элементов, в первую очередь тяжелых металлов в ландшафтно-геохимических услов1их бассейна Верхнего Дона.

Поставленная цель предполагала решение следующих задач:

1. Изучить ландшафтно-геохимические особенности Верхнего Дона, влияющие на содержание фтора.

2. Установить уровни концентрации фтора в почвообразующих породах, почвах и растениях различных элементарных ландшафтов.

3. Изучить перераспределение фтора в геохимически сопряженных ландшафтах.

4. Определить уровни концентрации тяжелых металлов в почвообразующих породах, почвах, растениях элементарных ландшафтов и установить соотношение фтора с кальцием и тяжелыми металлами в природных ландшафтах.

5. Выяснить особенности техногенного воздействия на природную среду городов Липецка и Ельца.

Объекты и методы исследования. Полевые исследования проводились в 1990-1995 гг. на территории северо-восточных склонов Среднерусской возвышенности и северозападной части Окско-Донской низменности в пределах бассейна Верхнего Дона. Было

заложено 10 ландшафтио-геохимических профилей (транссектов), заложено и описано 44 почвенных шурфа и 18 прикопок.

За период исследований собрано и проанализировано 960 образцов, в том числе 797 образцов почв и почвообразующих пород, 153 образца растительности. Выводы исследования основываются на 5000 элементоопределений, в том числе около 2000 элементоопределений фтора. При определении фтора применялся метод прямой потенциометрии, при этом использовался фторселективный электрод Критур (ЧССР). Аналитические работы выполнены автором в лаборатории геохимии ландшафта МПГУ. Полученные данные обрабатывались с помощью пакета ЭТАИЗЛСА V 4.3 в Институте биохимической физики РАН (лаборатория квантовой химии и статистической физики). Научная новизна. Впервые исследовано содержание и распределение фтора в компонентах ландшафтов бассейна Верхнего Дона. Изучены закономерности распределения фтора и его соотношение с тяжелыми металлами в основных типах почв.

Определено геохимическое состояние природных ландшафтов региона: уровни содержания элементов, перераспределение в типичных элементарных ландшафтах и их сочетаниях. Выявлены характер и степень техногенной трансформации ландшафтов в условиях импактного промышленного загрязнения и особенности эколого-геохимического состояния на территории и в окрестностях городов Ельца и Липецка.

Впервые для территории бассейна Верхнего Дона комплексно охарактеризованы природные и техногенно измененные ландшафты.

Практическое значение для решения проблем оптимизации природной среды, охраны природы и здоровья населения исследованного региона имеют полученные в диссертации результаты по изучению содержания и распределения фтора в различных компонентах ландшафтов территории бассейна Верхнего Дона.

Данные могут быть использованы для прогнозирования трансформации природных систем в сфере воздействия производств металлургической промышленности (г. Липецк) и для проведения природоохранных мероприятий на других лесостепных территориях.

Часть материалов по характеристике уровней содержания тяжелых металлов в почвообразующих породах, почвах и растениях изученного района передана в Комитет

по экологии Липецкой области, Комитет по охране окружающей среды города Ельца для составления экологического паспорта и в краеведческий музей г.Ельца. Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на ежегодных межвузовских конференциях молодых ученых в городе Липецке (1990, 1991), на рабочем совещании по биогеохимии "Селен, ртуть и фтор" в Институте геохимии и аналитической химиии им. В.И.Вернадского (1992), на комиссии геохимии ландшафта Московского филиала географического общества (1993), на межвузовской конференции преподавателей, аспирантов и студентов в городе Липецке (1996). Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 научных работ. Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и приложения на 191 страницах, содержит 44 таблицы и 48 рисунков. Список литературы включает 253 наименований, в том числе 66 на иностранных языках.

Автор выражает глубокую благодарность за внимание, постоянную помощь и поддержку в работе научному руководителю, заслуженному деятелю науки Российской Федерации, доктору географических наук, профессору В.В.Добровольскому. Автор искренне признателен кандидату географических паук, доценту Л.В.Алещукину за консультации и помощь в выполнении аналитических работ, а также благодарит весь коллектив кафедры геологии и геохимии ландшафта МПГУ. Автор благодарит кандидата физико-математических наук, доцента В.НЛихачева за помощь в освоении пакета прикладных программ БТАТШТСА у.4.3.

Методика и следований

Исходя из поставленных задач, полевые детальные исследования проводились на ключевых участках в природных и техногенно измененных ландшафтах региона: 6 фоновых участков, 6 испытывающих техногенное воздействие городов Липецка, Ельца и Задонска.

Ключевые фоновые участки выбирались в типичных ландшафтно-геохимических условиях региона на значительном удалении от локальных источников загрязнения.

На ключевых участках в автономных и подчиненных ландшафтах закладывались разрезы и использовались естественные обнажения, проводилось детальное описание рельефа, почв, растительности, поверхностных водотоков. Комплексное описание ландшафтов проводилось по методике М.А.Глазовской (1964).

Опробование почв, пород, растений и речных вод производили с учетом общепринятых методических разработок (Аринушкина Е.В., 1970, Веришна К.В., 1974).

Аналитическая обработка полевого материала включала широкий спектр методов исследования.

Для химической характеристики почв применялись стандартные методики (Аринушкина Е.В., 1970; Алещукин Л.В., 1971) с определением механического состава и физико-химических свойств почв - рН, гумуса по Тюрину, гидролитической кислотности и суммы обменных оснований по Каппеиу-Гильковицу, обменных кальция и магния путем обработки навески почвы одноиормальным раствором !^аС1 с добавлением 0,3 г ШгСОэ для карбонатных почв (Коваленко В.И., Мартынов В.П., 1983).

Определение макросостава водных вытяжек из почв выполнялось по общепринятым методикам (Аринушкина Е.В., 1970).

Микроэлементный состав природных объектов определялся атомно-адсорбционным анализом. Подвижные формы металлов извлекались однонормальной азотной кислотой. При подготовке проб для определения подвижных форм металлов использовались "Методические рекомендации..." (1981). Железо определяли колориметрически с сульфосалициловой кислотой и а' - д' -дипиршишом.

Водорастворимые формы фтора определяли при соотношении почва-вода 1:5 ионоселективным электродом СгуШг (ЧССР) на иономере ЭВ-74 на фоне буфера с рН 6. В качестве щелочной вытяжки использовался раствор карбоната натрия с концентрацией 20 г/л, в качестве кислотной - 0,2 М раствор НС1 при соотношении почва-раствор 1:5. Фтор в растениях определяли, залипая 5 г сухой фитомассы 25 мл горячей дистиллированной воды, далее - по обычной схеме. Правильность полученных результатов проверялась определением фтора в образцах с внесением и без внесения в них определенных количеств фтора, а также серией повторных вытяжек.

Полученные аналитические данные обрабатывались методами математической статистики (Айвазян С.А. и др., 1983, 1985; Афифи А., Эйзен С., 1982). Рассчитывались средние арифметические величины, средние квадратическис отклонения, коэффициенты корреляции. Используя пакет прикладных программ БТАТОПСА \'4.3 строили графики распределения микроэлементов.

Фтор в основных компонентах природных ландшафтов бассейна Верхнего Дона.

Основные особенности ландшафтно-геохимической специфики данной территории обусловлены, прежде всего, се географическим положением. Большая ее часть находится в пределах лесостепной провинции Среднерусской возвышенности.

Подавляющее большинство почв сформировались на покровных лессовидных суглинках.

Основными типами почв здесь являются черноземы оподзоленные, выщелоченные и типичные, серые лесные и пойменные луговые почвы.

Содержание фтора в почвообразукнцих породах. Полученные данные позволяют отмстить, что лессовидные суглинки характеризуются более высокими уровнями содержания элементов по сравнению с древними аллювиальными отложениями, что, по-видимому, связано с резким увеличением количества кварца в песчаных отложениях и уменьшением (или полным исчезновением) тонкодисперсных гидрослюд.

Содержание водорастворимого фтора в покровных лессовидных суглинках варьирует в довольно широких пределах - от 0,1 мг/кг до 6,17 мг/кг. Среднее значение составляет 2,5мг/кг в покровных лессовидных суглинках и 0,4 в аллювиальных отложениях.

Концентрация фтора в кислотных экстракциях в покровных лессовидных суглинках составляет в среднем 4 мг/кг. Концентрация фтора в кислотных экстракциях превышает содержание фтора в водных вытяжках почти в два раза.

Среднее значение содержание фтора в щелочных экстракциях составляет 3,34 мг/кг.

Статистическое изучение особенностей распределения всех форм фтора в почвообразукнцих породах показало, что оно согласуется с логнормальиым законом.

Содержание фтора в почвах. По имеющимся данным (Виноградов А.П., 1957, Taylor S.R., 1964), содержание фтора в почвах примерно в 3 раза меньше, чем в литосфере. Различные формы фтора во всех исследованных типах почв содержатся в количествах, не превышающих десятых долей мг/кг сухого вещества (табл.1).

Распределение изученных форм фтора закономерно изменяется между отдельными типами почв. Максимальные содержания водорастворимого и кислоторастворимого фтора отмечены в пойменных луговых почвах (в среднем 4,98 мг/кг и 11,32 мг/кг соответственно), щелочнорастворимого - в серых лесных почвах (5,03 мг/кг).

Содержание водорастворимого и кислоторастворимого фтора увеличивается вниз по почвенному профилю, тогда как максимум щелочнорастворимого фтора сосредоточен в гумусово-аккумулятивных горизонтах. В наибольшей степени дифференцированы по почвенному профилю кислоторастворимые формы фтора (коэффициент почвенной дифференциации равен 2, выщелоченные и типичные черноземы).

Статистический анализ полученных данных показал, что распределение водорастворимого фтора в поверхностных горизонтах почв (серых лесных, выщелоченных черноземов) подчиняется логнормалыюму закону. Обнаружена корреляция между содержанием фтора и кальция в почвах. Полученный коэффициент корреляции равен 0,745, вычисленный уровень значимости а=0,0034, что свидетельствует об очень высокой достоверности результата (общепринятый уровень значимости 0,05). Обнаружена также корреляция водорастворимого фтора с pH, гидролитической кислотностью и суммой поглощенных оснований при высоких показателях уровня значимости. Содержание извлекаемого кислотой фтора коррелирует с содержанием гумуса, щелочнорастворимого - с калием и натрием при очень высокой достоверности результата.

Содержание фтора в растениях. Фтор в водных вытяжках определялся в листьях древесных пород, а также в надземной части травянистых растений.

Содержание фтора в надземной части травянистых растений изменяется от 1,1 до 5,7 мг/кг. Максимальное содержание характерно для кукурузы обыкновенной (Zea mays L.K.) - 16,34 мг/кг. В пшенице мягкой (Triticura alstivura L.) содержание фтора составляет 2,85 мг/кг, в овсе посевном (Avena sayiva L.) - 2,28 мг/кг.

Таблица 1

Некоторые вариационно-статистические показатели содержания фтора в гумусовом горизонте почв, мг/кг

формы фтора min шах средн. S

серые лесные почвы

водорастворимый 0.1 11.4 4.2 6.6

кислоторастворимын 0.1 17.9 5.45 7.67

щелочиорастворимый 1.5 12.03 5.03 4.11

выщелоченные черноземы

водорастворимый 0.1 5.3 1.03 1.41

кислоторастворнмый 0.1 32.3 9.16 9.85

щелочнорастворнмый 0.3 7.2 2.96 1.99

пойменные почвы

водорастворимым 0.8 19 4.98 4.76

кислоторастворимый 2.5 15.2 11.32 8.98

щелочпорастворыммй 0.4 0.9 0.65 0.35

Примечание: S - среднее квадратическое отклонение

Среднее содержание фтора в культурных злаках составляет 9,16 мг/кг, минимальное содержание 0,95 мг/кг, максимальное содержание 17,1 мг/кг.

Различия в концентрации фтора в листьях распространенных древесных пород небольшие. Из древесных пород наибольшее значение фтора в листьях дуба обыкновенного (Quercus robur L.) - 4,37 мг/кг и в хвое сосны обыкновенной (Pinus silvestris L.) - 4,37 мг/кг. Наименьшее значение - 0,28 мг/кг характерно для листьев ясеня обыкновенного (Fraxinus excelsior L.). В целом ряд убывания концентрации фтора в древесных породах выглядит следующим образом: дуб обыкновенный (Qucrcus robur L.) > береза бородавчатая (Betula verrucosa Ehrh.) > тополь душистый (Populus suaveolens Fisch.) > вяз шершавый (Ulmus scabra Mill.) > липа сердцелистная (Tilia cordata Mill.) > клен обыкновенный (Acer platanoidcs L.) > ясень обыкновенный (Fraxinus excelsior L.).

Статистическая обработка данных по содержанию фтора в растительности разнотравья показала следующие результаты. Минимальное содержание фтора составляет 0,02 мг/кг., максимальное -19 мг/кг. Среднее значение 2,66 ш/кг.

Согласно полученным результатам, растительность района исследования отличается пониженным относительно растительности суши содержанием фтора (Добровольский В.В., 1983).

Особенности распределения фтора в почвах сопряжешгых ландшафтов. Для

анализа особенностей ландшафтно-геохимического сопряжения были заложены б ландшафтно-геохимичсских профилей по методике М.А.Глазовской (1964).

В почвах элювиальных фаций (рис.1) содержание фтора хорошо коррелирует с содержанием кальция. В гумусовом горизонте содержание фтора в целом уменьшается от водораздела к пойме, что свидетельствует о более интенсивном латеральном перемещении фтора с виутрипочвенным стоком, чем с поверхностным. Значительное количество фтора, связанного с гумусом и соединениями алюминия и железа, определяемого по разностн содержания щелочного и водорастворимого фтора.

Как видно из особенностей распределения фтора по данному ландшафтно-гео химическому профилю (рис.1), конкретные условия вносят в стандартные представления о ландшафтно-геохимическом сопряжении существенные коррективы. В данном случае имеет место как бы обратное геохимическому подчинению, в силу того, что сильная перемытость материала на днище балки отражается на пониженной концентрации фтора. Что касается водорастворимого фтора его содержание примерно одинаково, в то время как содержание закрепленного фтора (кислотные вытяжки) на водоразделе или в верхней части склона примерно в два раза выше, чем внизу.

От водораздела к пойме (рис.2) происходит увеличение содержания всех форм фгора в поверхностном горизонте почвы. По-видимому, при непромывном водном режиме латеральная миграция фтора интенсивнее протекает с поверхностным стоком. В нижней части почвенного профиля на водоразделе превышение водорастворимого фтора над щелочнорастворимым вызвано тем, что почвенные частицы, плохо скрепленные гумусом и пленками полутораокисей, подвергаются процессам гидролиза. Накопление фтора здесь происходит за счет его связывания с кальцием. Значительное возрастание в целом кислоторастворимого фтора по отношению к другим его формам связано, по-видимому, с влиянием кальция на его миграцию.

0 2 4

фтор, мг/кг 6 8 10 12 14

—О— водорастворимый фтор —□— кислоторастворимый фтор А- щелочнорастворимый фтор

Рис. 1 Транссект N1

О 1 2

0

20

s W 40

« S3 60

а ю 80

fî 100

120

140

160

фтор, мг/кг 3 4 5 6 7

: 1 I

г ) д ¿1

/ /

А 1

1 1

1 J.,

U 1

\! 1 \ 1

"О- водорастворимый фтор -□— кислоторастворимый фтор Д' щелочнорастворимын фгор

Тяжелые металлы в основных компонентах природных ландшафтов бассейна

Верхнего Дона.

С целью выяснения закономерностей распределения металлов в ландшафтах изученной территории определяли подвижные формы марганца, меди, цинка, железа, свинца и никеля, извлекаемые 1 н НКОз в почвообразуюших породах, почвах и растениях.

Наибольшие концентрации исследованных элементов обнаружены в пойменно-луговых почвах (марганец - 318 мг/кг, цинк - 4,6 мг/кг, медь - 8 мг/кг, свинец - 12,2 мг/кг и железо - 339 мг/кг) и в выщелоченных черноземах (цинк 4,5мг/кг, медь - 7,71 мг/кг и никель - 14 мг/кг).

Большая часть элементов в почвах региона характеризуются накоплением в верхних гумусово-аккумулятивных горизонтах. В черноземных почвах наиболее дифференцированы по профилю марганец, железо и никель, в серых лесных и пойменных почвах - марганец и железо. Изменение концентрации цинка по профилю всех изученных почв наименее значительно. Распределение концентраций марганца, цинка, меди, свинца и никсяя в почвах нормально, железа - логнормально. Обнаружена высокая корреляция тяжелых металлов друг с другом при высокой достоверности результата. В надземной части травянистых растений, а также в опале древесных пород определялись кальций, магний, железо, медь, никель, свинец, цинк и марганец. В них в наибольшей степени концентрируются марганец и железо, в наименьшей - свинец. Распределение содержания всех исследованных элементов в золе надземной части травянистых растений согласуется с нормальным законом.

Геохимическая трансформация ландшафтов в условиях техногенного воздействия.

Города Липецк, и Елец - многопрофильные промышленные центры Центрального Черноземья. Здесь представлены металлургическая, машиностроительная, электрохимическая и другие отрасли промышленности. Город Задонск не является крупным промышленным центром региона.

Рассеянные металлы в почвах. Для оценки влияния предприятий городов Ельца и Липецка на содержание рассеянных металлов в почвах была обследована территория в радиусе 20 км от окраин городов на расстояниях 0,5 км, 1 км, 3 км, 10 км и 20 км. В окрестностях Задонска обследовалась территория в радиусе 10 км. Опробовались гумусовые горизонты почв по направлениям: восточному, западному, северному, южному, юго-восточному и северо-западному. По юго-западному и северо-восточному направлениям, помимо гумусовых горизонтов, отбирались образцы также и по всему почвенному профилю.

Коэффициент аномальности (отношение содержания элементов в техногенно загрязненных почвах к его содержанию в фоновых почвах соответствующих территорий) показан в таблице 2. В окрестностях городов наблюдаются повышенные концентрации всех тяжелых металлов, кроме свинца и никеля в окрестностях Ельца. Также наблюдается повышенное содержание фтора в окрестностях городов, особенно вблизи Липецка. По-видимому, повышенная концентрация фгора в окрестностях Липецка обусловлена наличием таких крупнейших предприятий, как Новолипецкий металлургический комбинат и цементный завод. В литературе имеются указания на техногенное рассеивание фтора подобными предприятиями

Как видно из данных таблицы 2, содержание расеянных металлов в окрестностях Задонска в целом близко к фоновым значениям. Однако повышенные концентрации свинца и цинка свидетельствуют о загрязнении почвенного покрова. Но все же аномально высоких концентраций для изученных элементов в окрестностях Задонска обнаружено не было, так как Задонск является небольшим городом, не имеющим крупных промышленных предприятий.

В окрестностях Ельца наблюдается значительное превышение содержания в почвах цинка по сравнению с фоном, довольно существенно и загрязнение железом. Можно также говорить о наличии фторидного загрязнения почв окрестностей город Ельца.

В окрестностях города Липецка содержание цинка и фтора в почвах на порядок выше фоновых значений, что говорит о наличии значительного загрязнения. Несколько ниже коэффициент аномальности железа, однако его концнтрация завышена более чем в 5 раз

по сравнению с фоном. В несколько раз превышают фоновые показатели значения концентраций никеля и марганца.

Таблица 2

Коэффициент аномальности содержания рассеянных элементов в поверхностном

горизонте пригородных почв

город элементы Мп Хп Си N1 Ре Р

Елец коэффициент аномальности 1.2 6.75 2.3 - 3.48 2.38

Липецк 2.53 11.8 1.94 3.13 5.62 10.99

Задонск 1.33 1.87 1.12 1.06 1.86 -

Особенности техногенного загрязнешш почвенного покрова города Ельца.

Концентрация промышленного производства приходится на восточную и особенно южную части города. В результате такого нерационального размещения промышленных предприятий и селитебных зон, при преобладающем направлении ветров с юго-запада на северо-восток и влиянии других неблагоприятных факторов, под воздействием выбросов промышленных предприятий оказалась фактически вся территория города, в особенности его центральная и восточная части, где расположено множество детских дошкольных и учебных заведений (школ, ПТУ, техникумов, пединститут).

Коэффициент аномальности содержания элементов в промышленной и жилой частях Ельца приведен в таблице 3.

Как видно из таблицы, содержание большинства тяжелых металлов в почвах промышленной зоны значительно превышает не только фоновые значения, но и их коцеитрацию в окрестностях города.

Загрязнение цинком, медью, свинцом и марганцем во много раз превышает загрязнение этими элементами окрестностей города. Содержание цинка в почвах города почти в 100 раз превышает его концентрацию в фоновых почвах и в 10 раз его содержание в почвах окрестностей Ельца. Концентрация меди в почвах промышленной части города более чем в 40 раз выше фона, концентрция свинца- более чем в 10 раз. Лишь загрязнение железом в окрестностях города выше. По-видимому, в рассеивании железа ведущую роль играют предприятия, находящиеся вдали от промышленной части

города, ближе к его окраинам (машиностроительный завод, радиаторный завод и некоторые другие).

Таблица 3

Коэффициент аномальности содержания элементов в промышленных и жилых районах города Ельца

элемент коэффициент аномальности

в промышленных районах в жилых районах

Мп 7 -

2x1 90.34 11.78

Си 40.86 61.24

РЬ 11.66 30.96

№ 1.49 1.06

Ре 1.68 1.16

Со 3.31 -

са 2.48 -

Примечание: - нет данных

Коэффициент аномальности содержания цинка на территории жилых массивов меньше, чем на территории промышленных предприятий. Видимо, в рассеивании цинка ведущая роль принадлежит промышленным предприятиям. Однако, что касается коэффициента аномальности меди и свинца, то их значения на территории жилых массивов гораздо больше. По-видимому это связано с тем, что в рассеивании меди значительная роль принадлежит предприятиям, оставшимся вне сферы нашего исследования. В рассеивании свинца ведущую роль играют в Ельце, вероятно, не промышленные предприятия, а автодорога, оставшиеся вне сферы нашего изучения.

Выводы

Изучение распределения фтора и тяжелых металлов в ландшафгно-геохимических условиях территории бассейна Верхнего Дона позволяет сделать следующие выводы:

1. Содержание различных форм фтора в почвах не превышает десятых долей мг/кг сухого вещества.

Наибольшие содержания водорастворимого и кислоторастворимого фтора отмечены в пойменных луговых почвах, щелочнорастворимого - в серых лесных почвах. Разница концентраций различных форм фтора между указанными типами почв в целом несущественна.

Содержание водорастворимого и кислоторастворимого фтора увеличивается вниз по почвенному профилю, тогда как максимум щелочнорастворимого фтора сосредоточен в гумусово-аккумулятивных горизонтах. В наибольшей степени дифференцированы но почвенному профилю кислоторастворнмые формы фтора (коэффициент почвенной дифференциации равен 2 в выщелоченных и типичных черноземах).

Распределение водорастворимого фтора в поверхностных горизонтах почв (серых лесных, выщелоченных черноземов), в почвообразующих породах и растительности подчиняется логнормальному закону. Варьирование концентраций элементов в почвах незначительно. Обнаружена корреляция между содержанием фтора и кальция в почвах при высокой достоверности результата.

2. Наиболее высокие концентрации большей части тяжелых металлов обнаружены в пойменно-луговых почвах (марганец, цинк, медь, свинец и железо) и в выщелоченных черноземах (цинк, медь и никель). Максимум металлов сосредоточен в гумусово-аккумулятивных горизонтах. В наибольшей степени дифференцированы по почвенному профилю кислоторастворнмые формы марганца, железа и меди (выщелоченные черноземы и серые лесные почвы).

Распределение концентраций марганца, свинца и никеля в почвообразуюших породах описывается нормальным законом, цинка, меди и железа описывается логнормальным законом. Распределение концентраций марганца, цинка, меди, свинца и никеля в почвах нормально, железа - логнормалыю. Обнаружена высокая корреляция между концентрациями отдельных металлов при высокой достоверности результата. Распределение содержания всех исследованных элементов в золе надземной части травянистых растений также согласуется с нормальным законом.

3. В северных вариантах ландшафтов изученной территории было обнаружено повышенное содержание металлов в почвообразующих породах по сравнению с верхними горизонтами почв. Это, по-видимому, связано с тем, что в данных ландшафтах в почвах происходит интенсивное промывание с выносом металлов. Что касается

ландшафтов с непромывным режимом почв (черноземы) в почвообразующих породах элементов больше, чем в верхних горизонтах.

4. Под влиянием техногенного воздействия происходит загрязнение компонентов природных ландшафтов изученными химическими элементами. В пределах техногенных ореолов городов Липецка и Ельца активно накапливается большинство рассеянных металлов и фтор. В пригородных почвах по сравнению с геохимическим фоном наиболее интенсивно накапливаются: в окрестностях Липецка-нннк>фтор>железо>марганец>никель, в окрестностях Ельца-цинк>железо>медь>фгор. Окрестности города Задонска характеризуются в целом незначительным повышением над фоном концентраций элементов-загрязнителей, однако вес исследованные элементы, кроме фтора, зафиксированы в количествах, превышающих фоновые. Коэффициент аномальности содержания металлов в растительности окрестностей городов незначителен (Ка<2). В промышленной части города Ельна основными загрязнителями почв являются цинк>медь>свш1еи>марганец>кобальт>кадмий, на территории жилых массивов - медь>свинец>цннк.

Выявленные закономерности характерны для лапдшафгно-гсохимичсских условий всей северной части Центрального Черноземного региона России и их необходимо учитывать при проектировании природоохранных и санитарно-гигиенических мероприятий на изученной территории. С этой целью полученные результаты переданы в Комитет по экологии Липецкой области, в Комитет но экологии города Ельца, в Елецкий краеведческий музей.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Содержание фтора в почвенном покрове города Ельца // Тезисы докл. межвузовск. научи, студ. конфер., Липецк, 1990. - с.59.

2. Содержание тяжелых металлов в почвах Ельца // Тезисы 5 межвуновск. научн. конфер. молодых ученых, Липецк, 1991. - с.128.

3. Распределение фтора по профилю черноземов Липецкой области // Тезисы 6 межвуювек. науч. конф. молодых ученых, Липецк, 1992. - с.185.

4. Содержание цинка в почвах Ельца // Тезисы 6 межвузовск. науч. конф. молодых ученых, Липецк, 1992. - с.186.

5. Фтор в почвах и растениях бассейна Верхнего Дона // Материалы 9 мсжвузовск. научи, -конфер. преподавателей, аспирантов и студентов, Липецк, 1995. - с.121-122.

6. Содержание фтора в растениях // Вопросы естествознания, вып.4, Липецк, 1996. -с. 80.

Подп. к печ. 03.11.97 Объем 1 п.л. Зак. 347 Тир. 100

Типография МПГУ