Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Почвенно-экологическое состояние особо охраняемого региона Кавказских Минеральных Вод

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Почвенно-экологическое состояние особо охраняемого региона Кавказских Минеральных Вод"

на правах рукописи

МАРКОВА ГАЛИНА АЛЕКСЕЕВНА

ПОЧВЕННО-ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ОСОБО ОХРАНЯЕМОГО РЕГИОНА КАВКАЗСКИХ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД (НА ПРИМЕРЕ Г. ЖЕЛЕЗНОВОДСКА)

03.00.27 - почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Ростов-на-Дону - 2006

Работа выполнена в Обществе с ограниченной ответственностью «ИнженернЪ-геологический Центр»

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор Безуглова О.С.

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, Приваленко В.В. кандидат биологических наук, Тищенко С.А.

Ведущая организация:

Новочеркасская государственная мелиоративная академия

Защита состоится 2006 г. в/^ часов на заседании диссертационного

совета Д 212.208.16 по биологическим наукам при ГОУ ВПО «Ростовский государственный университет» (344006, г, Ростов-на-Дону, ул. Б. Садовая, 105, РГУ, биолого-почвенный факультет, аудитория 204)

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУ ВПО «Ростовский государственный университет» (344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148).

Автореферат разослан «Ф..» г.

Ученый секретарь диссертационного совета, . . кандидат биологических наук

Кравцова Н.В.

Общая характеристика работы

Актуальность исследования. Территория особо охраняемого эколого-курортного региона Кавказских Минеральных Вод (КМВ), наиболее плотно заселенная в Ставропольском крае, подвергается достаточно жесткому антропогенному воздействию.

Изучение свойств почвенного покрова городов представляет собой насущную необходимость, что обусловлено чрезвычайной важностью этого компонента природной среды в формировании общей экологической обстановки. Городские почвы дают особенно ценную информацию экологам. Границы загрязнения в почвах более статичны, чем в воздухе, так как почвы способны аккумулировать поллютанты в течение всего периода техногенного воздействия. Системный анализ характеристик, получаемых с использованием геоинформационных систем (ГИС), позволяет выявить корреляционную связь наблюдаемых явлений, их значимость для устойчивого развития' геоэкосистемы, предоставляет возможность научно обоснованного прогнозирования экологической ситуации и активного влияния на развитие этой ситуации.

Оценка химического загрязнения почв, являющаяся результатом мониторинга городских земель, значима для всего комплекса исследований состояния городской среды. Результаты таких работ необходимы для информационного обеспечения управления землепользованием, что особенно актуально в условиях изменения принципов земельных отношений. Важны они и для научного обеспечения охраны земель, и для разработки мероприятий по оздоровлению экологического состояния.

Цель и задачи исследования. Целью работы является изучение почвенно-экологического состояния особо охраняемого региона Кавказские Минеральные Воды на примере города Железноводска.

В ходе исследований, решались следующие задачи:

1. Изучить физико-химические, .морфологические особенности антропогенно-измененных и природных почв различных функциональных зон города.

2. Исследовать содержание тяжелых металлов (ТМ) в почвах по функциональным зонам, выявить особенности их миграции по почвенному профилю и оценить степень загрязнения почвенного покрова города Железноводска.

3. Составить картограммы содержания ТМ а почвах города.

4. Определить содержание химических элементов в поверхностных стоках, участвующих в формировании химического состава природных вод и отражающих уровень загрязнения почвенного покрова.

Положения, выносимые на защиту: 1. Особенностью природного геоэкологического потенциала рассматриваемой территории, является приуроченность большей её части к пологосклоновым фациям, обладающим высокой способностью к самоочищению.

2. Естественные почвы города Железноводска и его окрестностей сохраняют основные черты, присущие степному и лесостепному типу почвообразования за счет своей способности к самоочищению.

3. Химический состав поверхностных стоков отражает уровень загрязненности почвенного покрова.

4. Наличие природных геохимических аномалий определяет высокое содержание в почвах города Железноводска стронция. Рекреационная и транспортно-селитебные зоны города характеризуются наличием техногенного загрязнения, но его масштабы не превышают значений ПДК.

Научная новизна исследования. Впервые проведено комплексное исследование экологического состояния территории особо охраняемого региона КМВ: с использованием ГИС - технологий составлены картограммы содержания в поверхностном горизонте почв тяжелых металлов, проведена оценка экологической ситуации коэффициентом техногенной концентрации ТМ по химическому составу вод поверхностного стока.

Практическая значимость исследования. Выделены участки педогеохими-ческого загрязнения стронцием, свинцом, цинком, медью. Определены приоритетные загрязнители почвенного покрова города Железноводска, которыми являются Ni и Сг. По оценочной шкале опасности загрязнения почвы определена категория загрязнения ТМ. Данная работа может быть использована градостроительными и природоохранными структурами. В градостроительном аспекте информация о почвенном покрове города может быть использована для исходно-разрешающих рекомендаций, а также при разработке проектов детальной планировки территории городских кварталов. Результаты данной работы могут быть использованы для контроля экологической ситуации в городе.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и опубликованы в трудах научных конференций: «Управление плодородием агро-ландшафтов юга России», Ростов-на-Дону, 2003; Всероссийской конференции «VII

Докучаевские молодежные чтения» «Человек и почва в XXI веке» в рамках Международного форума «Сохраним планету земля», Санкт-Петербург, 2004; Международной научной конференции «Экология и биология почв», Ростов-на-Дону, 2004; Международной научной конференции «Современные проблемы загрязнения почв», Москва, 2004; Международной научной конференции «Экология и биология почв», Ростов-на-Дону, 2005.

Исследования проводились при финансовой поддержке программы «Университеты России», проект УР.07.01.004. '

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы, приложения. Работа изложена на 152 страницах машинописного текста, содержит 30 таблиц и 24 рисунка, а также 7 страниц в приложении. Список литературы включает 105 источников.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 научных работ, общим объемом 0,359 п.л., личный вклад - 70 %.

Содержание работы Глава 1. Обзор литературы

В первой главе кратко проанализированы имеющиеся литературные данные по экогеохимическим особенностям территории КМВ. Особое внимание уделено проблеме загрязнения почв города тяжелыми металлами, а также принципам эко-геохимического и гигиенического нормирования почв урболандшафтов (Привален-ко, 1993; Касимов, Перельман, 1995; Строганова, 1997 и др.).

Глава 2. Методика исследования

В диссертации изложены результаты исследований, выполняемых автором и под его руководством с 1993 г. Автор в'составе ООО «Инженерно-геологический Центр» проводила регулярные отборы проб поверхностных вод на территории г. Железноводска посезонно, готовила пробы к анализам, выполняла статистическую обработку результатов анализов Vi наблюдений. Проанализированы и использованы в работе фондовые материалы по изучаемой проблеме, а также ранее опубликованная информация.

Диссертационная работа базируется на наблюдениях и данных поверхностных вод, полученных за 7 пет по 20 показателям. Содержание валовых форм ТМ в

почве по 38 элементам определены в 90 почвенных пробах, в 22 пробах по 4 элементам определяли подвижные формы ТМ.

Для статистической и картографической обработки информации использовались методы и средства пакетов программ Microsoft Excel, Arc View.

Почвенно-экологический мониторинг в условиях города производится с учетом специфики охраняемой эколого-курортной зоны. Основой почвенного мониторинга является наблюдательная сеть, которая обеспечивает изучение состава в естественных и нарушенных техногенным воздействием условиях.

В ходе полевых исследований были отобраны почвенные образцы, характеризующие не только различные типы почв, но и различные типы ландшафтов (природные и антропогенные). Основное внимание уделили местам, прилегающим к объектам промышленных предприятий, жилищного хозяйства, автомобильным дорогам.

Контрольные площадки расположены в зоне повышенных техногенных нагрузок (вдоль автомагистралей, возле предприятий, свалок), фоновые - в зоне минимальных воздействий промышленных объектов и хозяйственной деятельности (парки, зеленая пригородная зона).

Исследования проводились по классическим и стандартным методикам,.изложенным в пособиях и руководствах (Орлов, Гришина, Ерошичева, 1969; Ари-нушкина, 1970; Пономарева, Плотникова; 1975; Бельчикова, 1975; Александрова, 1986; Орлов, Гришина, 1981; Безуглова, Морозов, 1996; Казеев, Колесников, 1997; Воробьева, 1998; Практикум по агрохимии, 2001). Определение гумуса в почве проводили по методу И.В.Тюрина со спектрофотометрическим окончанием по Ор-лову-Гриндель. Фракционно-групповой состав гумуса по методу Пономаревой-Плотниковой (1968). Содержание карбонатов в почве определяли объемным ком-плексонометрическим методом по С.А.Кудрину, рН водной вытяжки - потенцио-метрическим методом (ГОСТ 26423-85). Содержание валовых форм ТМ в почве анализировали спектральным приближенно-количественным методом. Подвижные формы Ni, Си, Zn определены в ацетат-аммонийной вытяжке (рН=4,8), Сг - в кислотной вытяжке (1н раствор HNOj).

Изучение поверхностного стока с территории города Желеэноводска в течение семи лет (1993 по 1999 гг.) проводилось регулярно, хотя в большей степени эти исследования были посвящены ливневой канализации. Поэтому поверхностный сток с водотоками, не поступающими в ливневую канализацию, при этом остался неизученным. Вся территория города Железноводска, исходя из рельефа

местности и наличия водотоков, принимающих ливневые и сточные воды, была условно поделена на пять расчетных участков.

Аналитический контроль проводили по следующим компонентам: взвешенные вещества, сухой остаток, азот аммонийный, нитриты, нитраты, фосфаты, ВПК 5, хлориды, сульфаты, нефтепродукты.

Данные обработаны методами математической статистики (Дмитриев, 1972).

На основе полученных данных производилось построение электронной карты элементарных ландшафтов города Железноводска и поселка Иноземцево с помощью ГИС Агс\Ле\л/ 3.2 в масштабе 1:10 000. На основе карты были построены картограммы концентрации ТМ в верхнем почвенном горизонте в 2002 и в 2003 г.г. по следующим элементам: стронций, цинк, свинец, никель, молибден, хром, медь.

Глава 3. Характеристика объекта исследования.

Объектом исследования является природная среда Кавказских Минеральных Вод, которая включает в себя почвенный Покров и водные объекты. Хозяйственное воздействие в регионе КМ В имеет в целом негативный характер, что приводит к необратимым изменениям качества поверхностных и подземных вод, загрязняет почву, воздух, изменяет ландшафты и вызывает образование и активизацию различных опасных процессов. Рассматриваемый регион КМВ находится на Ставропольской возвышенности, достигающей отметок 600—800 м, с глубоко расчлененной эрозией поверхностью. С геологической точки зрения Ставропольская возвышенность - Ставропольское антиклинальное поднятие - представляет пологую складку. Возвышенность сложена слабодислоцированными толщами мезо-кайнозоя, которые залегают на складчатом фундаменте герцинского возраста. На поверхность выходят глинистые и известняково-песчанистые отложения палеогена и миоцена. К юго-востоку от Ставропольской возвышенности, между Невинно-мысским антиклинорием и северным краем мегантиклинория Большого Кавказа, в пределах приподнятой синклинальной ложбины, расположен Минераловодский район. >

В геоморфологическом отношении район входит в состав предгорных наклонных равнин и возвышенностей. Согласно схеме геоморфологического районирования (Герасимова, 1974), район относится к области Восточно-Кубанской и Мине-раловодской наклонной аккумулятивной и денудационной равнин и островных гор-

лакколитов, входящих в состав провинции предгорных депрессий и возвышенностей Крымско-Кавказской горной страны.

Работа с фондовыми материалами показала, что экологическое состояние почв в наиболее крупных населенных пунктах КМВ следующее: город Ессентуки — имеет природное условно благоприятное экологическое состояние; город Лермонтов - наиболее существенные аномалии с «неблагоприятным экологическим состоянием почв»; город Пятигорск - отличается наибольшим загрязнением по сравнению с почвами других городов КМВ.

Город Железноводск - самый маленький город по площади и по численности населения в системе курортов КМВ (Поволоцкая, 1975). Железноводск расположен недалеко от северо-восточной границы территории КМВ, на наклонной террасированной равнине, осложненной одиночными горами-интрузивами (г. Железная, Развалка, Бештау, Медовая). Город занимает южный и частично восточный склоны г. Железной (850 м). Крутизна склонов горы в черте города составляет 5— 15". Наиболее крупные водотоки на территории города - ручьи Джемуха и Кучук. Комбинация склонов различной крутизны, развитых в пределах города, затрудняет аккумуляцию экологически вредных веществ, как природных, так и антропогенных и способствует самоочищению геологической среды города.

Микроклимат города Железноводска обладает общими зональными чертами, характерными для района КМВ. Важную роль в формировании климата района Кавказских Минеральных Вод играют его Широтное местоположение, обеспечивающее поступление значительного количества лучистой энергии, а также вторжение воздушных масс арктических, умеренных и тропических широт, высота над уровнем моря и особенности рельефа.

В целом, климат района в северной и северо-восточной периферии континентальный, а по перемещению к югу и юго-западу континентальность ослабевает.

Для города Железноводска и поселка Иноземцево, как и для других городов, свойственна пространственная смена почв, почвоподобных тел и почвогрун-тов фундаментами зданий, коммуникациями, карьерами и почвами, «запечатанными» под дорогами с асфальтовыми покрытиями. В пределах зон весьма ощутимо антропогенное влияние на окружающую среду. Почти целиком изменен естественный почвенно-растительный покров, большие участки территории покрыты асфальтом, на значительных площадях вскрыты грунты и коренные породы с целью добычи стройматериалов и строительства зданий. Оказывается мощное влияние

на режим и качество подземных пресных и минеральных вод путем их эксплуатации, сопровождающейся загрязнением.

Структурные и функциональные особенности городской территории приводят к нарушению целостности почвенного покрова в городе, и соответственно, невозможности применения к ним выработанных для природных почв классификаций, характеристик и системы описания свойстр.

М.Н.Строганова (1998) определяет городские почвы, как почвы, имеющие созданный человеком поверхностный органоминеральный слой, полученный перемешиванием, насыпанием, погребением грунта (или) загрязнением материалами урбогенного происхождения (строительный мусор). Согласно классификации, предложенной М.Н.Строгановой с соавторами (1997, 1998), все почвы города Же-лезноводска и поселка городского типа Иноземцево нами были разделены на три группы:

- естественных, ненарушенных почв;

- естественно-антропогенных поверхностно преобразованных (естественно нарушенных);

- антропогенных глубоко преобразованных урбаноземов.

В таблице 1 систематизированы сведения по почвенному покрову рассматриваемого региона. Систематизация проведена с использованием принципов, разработанных М.Н. Строгановой (1997, 1998), С.Н. Горбовым (2002).

Важной особенностью региона является тот факт, что г. Железноводск является городом-здравницей в особо охраняемом'эколого-курортном регионе Кавказских Минеральных Вод. Специфической особенностью города Железноводска является, что естественный почвенный покров на значительной части города, сохранен или не претерпел кардинальных изменений.

На территории города Железноводска и поселка Иноземцево естественные почвы представлены серыми лесными почвами, перегнойно-карбонатными (рёнд-зинами), черноземами обыкновенными карбонатными.

Серые лесные почвы в основном формируются на склонах гор Бештау и Железной, и лишь редко встречаются в равнинных условиях. Содержание гумуса от 3 до 7—9%.

В целом рендзины характеризуются следующими основными свойствами: 1) содержание гумуса в поверхностных горизонтах от 7,13—8,86% до 9,31—13,07%; 2) реакция среды в верхних горизонтах типичных рендзин нейтральная (рН 6,6— 7,6) и слабощелочная (рН 7,73); 3) в типичных рендзинах высокое содержание кар-

бонатов отмечается уже в поверхностных горизонтах (СаСОз+МдСОз от 3,20— 8,05% до 10,86—18,25%).

Таблица 1

Систематический список почв г. Железноводска

Блок почв Естественные почвы в пределах города Естественно антропогенные почвы Антропогенные преобразованные почвы

Класс почв Естественные почвы Поверхностно преобразованные естественные почвы Антропоземы, антропогенные глубоко преобразованные почвы

Тип городских почв Черноземы, серые лесные, пере-гнойно-карбонатные (рендзины), луговые Те же, но преобразованием затронуто менее 50 см профиля (урбо-почва) Урбаноземы: преобразованием затронуто более 50 см профиля

Подтип почв Черноземы обыкновенные (карбонатные), черноземы горные; темно-серые лесные, лесные, светло-серые лесные; дерново-карбонатные типичные неполноразвитые, дерново-карбонатные типичные Те же, но нарушенные, скальпированные, насыпные и т.д. Урбаноземы

На описываемой территории черноземы обыкновенные карбонатные характеризуются вскипанием от 10% соляной кислоты с поверхности. По мощности гумусового горизонта почвы относятся к среднемощным разностям с мощностью А+В=40—80 см и мощным - А+В=80—120 см. По степени гумусированности встречаются: малогумусные с содержанием гумуса 3,76—5,55% и среднегумусные - 6,93—7,23%. Реакция почвенного раствора слабощелочная (рН 7,70—7,98) и среднещелочная (рН 8,27). Почвы высококарбонатны: 8,61—10,95% карбонатов в верхнем горизонте. Карбонатность черноземов обыкновенных карбонатных возрастает с глубиной от 1,30—1,84% в верхнем горизонте до 13,76% в почвообра-зующей породе.

Глава 4. Тяжелые металлы как приоритетные загрязнители почв г.

Железноводска и их распространение

Полноценное изучение городских почв предполагает детальное исследование загрязнения их тяжелыми металлами и его оценку (Обухов и др.,1989, 1991; Приваленко, 1995; Безуглова и др., 1997), т.к. благодаря своим свойствам и огромной площади активной поверхности тонкодисперсной части, почвы сорбируют всевозможные продукты техногенеза.

Рассмотрены особенности загрязнения территории города тяжелыми металлами (2п, РЬ, Си, Сг, V, Мп, N1, Со). Рассчитаны коэффициенты концентраций по приоритетным загрязнителям для различных функциональных зон города.

В рамках данной работы производилось построение электронной карты элементарных ландшафтов г. Железноводска и п. Иноземцево с помощью ГИС Агс\Ле\л/ 3.2 в масштабе 1:10 ООО. На основе карты были построены картограммы концентраций ТМ в верхнем почвенном горизонте в 2002 и в 2003 г.г. по следующим элементам; стронций, цинк, свинец, никель, молибден, хром, медь.

При анализе картограмм выявились следующие основные закономерности. Среднее содержание меди в почвах исследуемой территории составляет 5,2 мг/кг, а цинка - 12,6 мг/кг. Концентрация свинца - 4,9 мг/кг и марганца - 66,2 мг/кг, никеля - 4,8 мг/кг, молибдена - 3,8 мг/кг, хрома - 22 мг/кг. Для изучаемой территории характерны, в основном, почвы с содержанием ТМ, относимым к «допустимым» по оценочной шкале. Необходимо отметить, что почвы, относимые к уровням загрязнения «умеренно опасно», «опасно», «очень опасно», «чрезвычайно опасно» не найдены. Участки загрязненных почв локальны и территориально приурочены к районам интенсивного антропогенного воздействия. Ведущим компонентом в колебании величины суммарного показателя загрязнения (СПЗ) в почвах является хром (содержание варьирует от 4*10"3 до 80*10"5). В наиболее контрастных и локальных по площади аномалиях важный вклад в общую картину загрязнения почв вносят такие антропогенные элементы как цинк, медь, свинец.

Установлено, что транспортно-селитебная, рекреационная зоны характеризуются наличием педогеохимического загрязнения'. В поверхностном горизонте естественных почв города обнаружены единичные случаи накопления подвижных форм цинка и меди в районе трассы в п. Иноземцево, превышающие предельно

допустимые концентрации. Выраженного накопления подвижных форм меди и цинка здесь не отмечено. .

Выли определены подвижные формы ТМ, извлекаемых ацетатно-аммонийной вытяжкой, которые имеют важное индикационное значение (табл. 2).

•' Таблица 2

Содержание подвижных форм тяжелых металлов в почвах

г. Железноводска

N9 проб Место Показатели, мг/100 г

Zn Си Сг №

Ф1 Фоновая проба, Лечебный парк 0,502 0,054 0,125 0,210

Ф21 700 м на восток от Железноводска 0,320 0,060 0,098 0,158

ф22 5 м вверх по склону от Ф21 0,298 0,048 0,030 0,078

Ч>23 20 м вниз по склону ОТ Ф21 0,362 0,040 0,020 0,194

х9 Северный склон г. Бештау, хлебозавод 2,574 0,362 0,112 0,136

Х,о 6,510 0,680 0,090 0,120

Дп ул. Ленина, гост. «Дружба» 0,460 0,042 0,042 0,154

Д28 ул. Ленина, пустырь 16,300 0,070 0,082 0,110

Д4, Иноземцево, (трасса Ростов — Баку) 13,770 0,118 0,136 0,132

и49 П. Иноземцево, берег речки 23,560 0,788 0,141 0,228

<$52 Вершина г. Машу к 0,210 0,040 0,106 0,222

С, Окраина г. Железноводска, свалка 0,546 0,118 0,266 0,134

и, 0-20 Разрез 021,. строительный котлован 1,768 0,178 0,196 0,140

U2 50-60 0,782 0,124 0,192 0,228

ВС 90-100 0,710 0,186 0,210 0,160

С, 110-120 1,976 0,110 0,194 0,074

Ad 0-15 Разрез 022, п. Иноземцево, район частных домовладений 0,402 0,826 0,086 0,138

Ai 25-35 0,248 0,568 0,042 0,074

Bi 45-55 0,128 0,052 0,134 0,176

В2 60-70 0,066 0,062 0,062 0,238

ВС 75-85 0,096 0,064 0,046 0,086

Ск 95-105 0,108 0,069 0,178 0,224

Было выявлено, что ведущие загрязнители почв г. Железноводска - стронций, молибден, свинец, цинк, серебро, медь, мышьяк, барий. Локальное превышение ПДК по стронцию (150 ПДК), свинцу (150 ПДК), цинку (40 ПДК), меди (15—100 ПДК), барию и мышьяку в селитебной зоне свидетельствует о тенденции к опасному накоплению соединений этих металлов на данной территории. Так, аномалии Zn (до 120 ПДК) и Си (5 ПДК) были зафиксированы близ трассы Ростов - Баку.

Валовое содержание тяжелых металлов в пробах, отобранных на территории г. Железноводска приведено в таблицах 3—5.

Таблица 3

Содержание валовых форм тяжелых металлов в естественных почвах г. Железноводска (2002 г.)

№ проб СОДЕРЖАНИЕ ТМ (пх10'%)

Мо гп Си РЬ № Сг Эг

Дерново-карбонатные почвы (рендзины)

Ф, 0,1 10,0 6,0 3,0 6,0 40,0 30,0

л2 0,1 20,0 5,0 5,0 4,0 30,0 40,0

Лз 0,1 10,0 5,0 5,0 5,0 40,0 50,0

Л4 0,1 10,0 4,0 4,0 5,0 60,0 150,0

л6 0,1 15,0 4,0 4,0 4,0 20,0 30,0

л7 0,1 8,0. 6,0 2,0 6,0 15,0 30,0

Ф2, 0,2 10,0 4,0 2,0 6,0 30,0 20,0

Ф22 0,2 5,0 4,0 2,0 6,0 30,0 20,0

ф23 0,4 8,0 5,0 2,0 5,0 30,0 20,0

Черноземы обыкновенные карбонатные

Дзз 0,4 10,0 5,0 2,0 5,0 10,0 40,0

Дзэ 0,4 8.Р 5,0 1,0 4,0 10,0 40,0

Дш 0,4 6,0 3 0,8 3,0 6 30,0

и« 0,15 5,0 8,0 2,0 4,0 20,0 30,0

Идэ 0,15 50,0 20,0 20,0 4,0 60,0 30,0

Однако в рендзине, серой лесной и дерново-силикатной почвах, разрезы на которых были заложены за городом, загрязнение обнаружено не было (табл.5). В то же время наблюдается увеличение содержания хрома вниз по профилю, причем в горизонте С его содержание находится на уровне ПДК, что свидетельствует о повышенном содержании некоторых элементов в коренных породах абазинской и кумской свиты.

Исходя из полученных данных, можно сказать, что приоритетными загрязнителями почвенного покрова г. Железноводска являются никель и хром. Накопление в почвах никеля и хрома может быть связано с природными геохимическими аномалиями, высокой расчлененностью рельефа, а также обусловлено влиянием

автотранспорта, промышленными работами.

Накопление соединений таких элементов как кадмий, гапий, вольфрам, а также серебро и мышьяк, загрязнение которыми отмечалось ранее, в результате наших работ в исследуемых почвах не обнаружено.

Таблица 4

Содержание валовых форм тяжелых металлов в урбаноземах г. Железноводска (2002 г.)

№ проб СОДЕРЖАНИЕ ТМ (п* 10"3%)

Мо гп Си РЬ № Сг вг

Д)2 0,1 10,0 3,0 4,0 5,0 60,0 20,0

Д,3 0,3 10,0 10,0 3,0 6,0 40,0 30,0

Дн 0,15 5,0 4,0 4,0 6,0 80,0 50,0

Д15 0,15 8,0 5,0 3,0 5,0 20,0 30,0

Дш 0,2 < 10,0 5,0 4,0 6,0 10,0 40,0

Д18 0,4 6,0 4,0 2,0 5,0 40,0 30,0

Д19 0,2 8,0 2.0 3,0 3,0 10,0 20,0

Д20 0,4 10,0 , 4,0 4,0 20,0 40,0

У24 0,3 15,0 6,0 6,0 6,0 30,0 40,0

у2в 0,1 8,0 3,0 5,0 5,0 40,0 50,0

Д27 . 0,1 8,0 4,0 1,5 2.0 10,0 10,0

Д41 0,2 40,0 6,0 10,0 5,0 50,0 30,0

Д42 0,15 20,0 6,0 10,0 5,0 60,0 30,0

Д43. 0,3 8,0 6,0 5,0 4,0 40,0 30,0

И 44 0,3 8,0 4,0 6,0 5,0 40,0 30,0

и45 0,15 8,0 3,0 15,0 3,0 30,0 150,0

И47 0,4 8,0 4,0 4,0 5,0 30,0 30,0

и48 0,15 20,0 4.0 6,0 4,0 30,0 30,0

И50 0,15 10,0 3,0 6,0 4,0 8,0 20,0

Таблица 5

Распределение валовых форм тяжелых металлов по профилю рендзины, серой лесной и дерново-силикатной почв (2003 г.)

Горизонт Глубина, см Содержание ТМ Пх10л%)

Мо | 2п | Си | РЬ N1 [ Сг | Эг

1. Рендзина типичная, п. Иноземцево, старый сад

Ад 0-5 0,15 15 15 10 4 8 2

АС 5-17 0,1 10 10 8 4 8 2

2. Серая лесная почва, п. Иноземцево, лесной массив

АЛ 0-17 0,8 15 6 6 6 3 2

А, 17-30 0,15 20 8 6 10 5 2

АВ 30-40 0,2 20 ■ 15 8 8 8 3

С 60-70 0,3 40 10 8 15 10 1,5

3. Дерново-силикатная почва, г. Железноводск, лечебный парк

Ад 5-25 0,02 10 3 15 2 3 3

АВ 25-35 0,02 5 3 10 2 ■4 5

ВС 35-45 0,015 8 3 10 3 6 4

Рассчитав коэффициент техногенной концентрации (Кс), мы установили, что превышение содержания в поверхностном слое естественных городских почв над фоновыми аналогами обнаружено для большого числа элементов (табл. 6).

Как видно из приведенных данных, максимальные величины Кс установлены для свинца, молибдена, цинка, меди. Для свинца они колеблются в пределах от 1,3 до 6,6. Для молибдена эти величины составляют от 1,3 до 6,3; для цинка - от 1,2 до 5,8; для меди - от 1,2 до 4,0. Варьирование данного показателя по хрому гораздо слабее и составляет от 1,4 до 2,7, что является дополнительным подтверждением нашего предположения о вкладе почвообразующих пород в накопление данного элемента в почвенном профиле.

Сопоставление картограмм распределения ТМ по территории г. Желеэно-водска и п. Иноземцево за 2002 - 2003 гг. показало, что зоны с повышенным относительно фоновых проб содержанием тяжелых металлов располагаются вдоль улиц, по которым передвигается основная масса городского и транзитного транспорта. Поэтому трасса Ростов — Баку, проходящая через весь поселок Иноземцево (ул. Гагарина), дает самое сильное загрязнение относительно фоновых проб (рис. 1,2). Здесь и сосредоточены наиболее контрастные аномалии 2п, РЬ, Си. Тем не менее, сравнив данные с результатами исследований В. В. Приваленко (2003) по г. Ростову-на-Дону, мы обнаружили, что техногенные аномалии ТМ по г. Ростову в 50-250 раз превышают аномалии ТМ по городу Железноводску. Однако требования к курортной зоне естественно должны быть более жесткими.

Рис. 1. Концентрация свинца в верхнем почвенном горизонте в 2002-2003 году.

Условные обозначения мг/кг

□0-2 □ 2-4 (—]4-6

i» ' ■». i ff О

fc-j^-i^ 0-0

ЕЗЭ8-10

гяа ю-20

Рис. 2. Концентрация меди в верхнем почвенном горизонте в 2002 - 2003 году.

Таблица 6

Коэффициент техногенной концентрации тяжелых металлов в поверхностном слое почв г. Железноводска (2002 г.)

№ пробы Место отбора коэффиц ц иент техногенной кон-ентрации (Кс) гс1

N1 Сг гп Си РЬ Мо

Л3 Лечебный лесопарк, низ юж. склона г. Железноводска 0,9 1,4 1,2 1,0 1,6 0,4 1.5

л4 Лечебный лесопарк, у дороги терренкура 0,9 2,1 1,2 0,8 1,3 0,4 1.7

л7 Лечебный лесопарк, санаторий «Эльбрус» 1,0 0,5 0,9 1,2 0,6 0,4 -0,4

Х9 Северный склон г. Бештау, хлебозавод 1,0 1,0 '1,7 2,0 1,6 0,6 2,9

Хю 1,0 1,7 3,5 2,0 1,0 0.4 4,6

Д12 ул. Ленина, санаторий «Эльбрус» 0.9 2.1 1,2 0,6 1,3 0,4 1,5

Д13 ул. Ленина, гостиница «Дружба» 1.0 1,4 1,2 2,0 1,0 1,3 2,9

Д14 ул. Ленина, радиоизотопная лаборатория 1,0 2,7 0,6 0,8 1,3 0,6 2,0

У 24 . ул. Ленина, вокзал 1,0 1,0 1,7 1.2 0,6 1,3 1,8

У2в ул. Ленина, санаторий, остановка Чапаева 0,9 1,4 0,9 0,6 1,6 0,4 0,8

Дга ул. Ленина, пустырь 1,0 1,0 3,5 1,0 2,0 0,4 3,9

Дз7 ул. Октябрьская, гор. больница 1,0 2,1 0,9 1,0 1,3 1,3 2,6

Д41 п. Иноземцево, ул. Гагарина (Первомайская, трасса Ростов — Баку) 0,9 1,7 4.7 1,2 3,3 0,8 7,6

Д42 п. Иноземцево, ул. Гагарина (пр. Свободы, трасса Ростов -Баку) 0,9 2,1 2,3 1,2 3,3 0,6 5,4

и44 п. Иноземцево, магазин 0,9 1,4 0,9 0,8 2,0 1,3 1,3

и49 п. Иноземцево, берег речки 0,7 2,1 5,8 4,0 6,6 0,6 14,8

О О (л * Территория, прилегающая к п. Иноземцево, свалка 0,7 0,7 2,3 1,0 1,0 6,3 7,0

0,7 1,0 1,7 0,6 2,0 2,5 3,5

1 - суммарный показатель концентрации

В южной части исследуемой зоны поселок Иноземцево трасса Ростов—Баку экологическое состояние почв оценивается как условно благоприятное. Это связано в первую очередь с выхлопами транспорта. Среди элементов здесь выделяется Сг - Кс= 2,3; 2п - Кс= 5,2; Си - Кс= 4,4; РЬ - Ко = 7,1. У подножия горы Бештау в районе хлебозавода, под воздействием техногенной нагрузки в точке отбора X ю

выделяются такие элементы: № - Кс = 1,2; Сг - Кс= 1,9; гп - Кс = 3,1; Си - Кс= 2,2; РЬ - Кс = 1,1.

В результате анализа комплексного загрязнения, характеризующегося величиной суммарного показателя концентраций (гс) видно, что во всех естественных почвах исследуемой территории значения колеблется в пределах от 3,2 до 15,5 мг/кг. Самое высокое значение гс = 15,5 зафиксировано на пересечении главных улиц поселка, ^=7,9- на пересечении улиц Октябрьская и Строителей, = 7,7 - на полигоне твердых бытовых отходов (ТБО) возле горы Развалка (нижняя точка свалки) и 2с= 6,0 - на полигоне ТБО возле горы Развалка (верхняя точка свалки),

В ряде мест получен коэффициент концентрации значения которого имеют отрицательную величину = -3,2 (ул. Ленина, около музея) -1,6 (ул. Ленина, кинотеатр «Кристалл») 2С= - 0,8 (ул. Проскурина/ул. Октябрьская), = -0,5 (ул. Га-гарина/ул. Первомайская) 2!с = -1,9 (ул. Гагарина, магазин «Мария») 2С= -1 (свалка середина) 2с= -2,1 (верхняя часть) 2С= - 1,5 (свалка, нижняя часть). Больше всего отрицательных значений приурочено к территории ТБО. Коэффициент аномальности Ке во многих пробах с территории, прилегающей к свалке, показывает содержание элементов в почве ниже фонового значения. В результате величина суммарного показателя концентраций (2С) дает отрицательные значения. Это связано с тем, что территория ТБО находится на склоне горы на расстоянии 2 км от города и характер рельефа не исключает протекание процессов выщелачивания.

Глава 5. Влияние загрязнения почвенного покрова на состав вод поверхностного стока г. Железноводска

На исследуемой территории протекает две крупные реки Кума и Подкумок. Реки имеют северо-восточное и восточное направление и принадлежат бассейну Каспийского моря. Характер горных рек с быстрым тачением (1,5 м/с), в пределах Минераловодской равнины сменяется на равнинный со скоростью течения до 0,5 м/с. Питание рек происходит за счёт атмосферных осадков и таяния ледников в горах.

Питание поверхностных вод происходит за счёт атмосферных осадков, разгрузки аллювиальных и делювиальных отложений. Глубина залегания грунтовых вод колеблется от 1,7 до 13,9 м. Воды, преимущественно, сульфатного типа с преобладанием сульфата натрия. Грунтовые воды характеризуются тем же микро-

компонентным составом, что и поверхностные воды, но они более концентрированы. Общая нагруженность вод р. Кумы химическими элементами весьма высока и составляет 4—10 единиц ПДК, в притоках эта величина возрастает до 69 ед.

В г. Железноводске два водных объекта: ручей Кучук и река Джемуха. В составе предприятия ООО «Инженерно-геологический Центр» нами проводился аналитический контроль ливневых сточных вод на ручье Кучук и реке Джемуха с 1993 г. по 1999 г. Наблюдение и контроль вели по единым унифицированным методам, обеспечивающим сопоставимость полученных результатов. Цель работ — выявить аномальные содержания химических элементов в поверхностных стоках, поступающих в речную сеть региона.

В целом за 7 лет наблюдений было отмечено загрязнение этих естественных водотоков городскими сточными водами. Обусловлено это, прежде всего, тем, что в сточных водах, впадающих в ручей Кучук, содержание нитратов, нитритов и аммиака колеблется от 1 до 82 единиц прдельно допустимый сброс (ПДС). Отсюда в верхней фоновой пробе р. Кучук обнаруживаются нитраты, нитриты и аммиак в количествах, превышающих в отдельные годы значения ПДС в 2—21 раз. В реке Джемуха состояние воды значительно лучше, однако, и здесь в отдельные годы было отмечено превышение допустимого уровня загрязнения по аммиаку, нитратам, нитритам, нефтепродуктам. Причем, если в последние годы в ручье Кучук содержание аммиака и нитратов не превышает допустимого уровня, то в речной воде и в 1999 году фиксировалось стойкое загрязнение нитратами. Максимальная загрязненность отмечена в 1994, 1995 годах (табл.7).

Результаты свидетельствуют о корреляции между уровнем загрязнения почвенного покрова и содержанием взвешенных веществ в пробах воды. За семь лет отмечено снижение концентрации загрязняющих веществ по всем контролируемым показателям, кроме нефтепродуктов, как на нижней, так и на верхней фоновой точке отбора.

Сравнивая данные, полученные в период с 1989 по 1996 год Кавминводской гидрогеологической экспедиции, с результатами наших исследований, показавших значительные снижения превышения ПДК в почвенном покрове по таким элементам как свинец, цинк, медь, можно сделать предположение о снижении антропогенной нагрузки на почвы города. Характеризуя особенности природного геоэкологического потенциала рассматриваемой территории, следует в качестве позитива подчеркнуть приуроченность большей её части к пологосклоновым формам, обладающим высокой способностью к самоочищению. Поэтому уменьшение за-

грязнения можно объяснить высокой самоочищающей способностью ландшафта, а также способностью некоторых коренных пород, развитых на городской территории, к устойчивости по отношению к химическому воздействию (глинистые и изверженные образования).

Таблица 7

Динамика состава воды поверхностного ливневого стока в реке Джемуха,

мг/л

Местонахождение выпуска ПДС 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999

Взвешенные вещества

Верхняя фоновая 25 52,3 118 121 20.5 13,1 39 2

Нижняя фоновая 44 62 233 185 27,2 12,1 15,2 2

Азот аммонийный

Верхняя фоновая 1,16 2,5 3,01 0,95 0,21 0,28 0,05 0,04

Нижняя фоновая 1,72 2,3 4,17 3,63 0,34 0,29 0,04 0,04

Нитриты

Верхняя фоновая 0,22 0,16 0,16 0,06 0,039 0,04 0,02 0,1

Нижняя фоновая 0,165 0,08 0,41 0,11 0,118 0,07 0,14 0,13

Нитраты

Верхняя фоновая 2,3 1,95 3,41 13,2 2,9 4,8 2,8 2,5

Нижняя фоновая 2,1 2,15 8,1 9,5 6,07 2,9 7,6 3,5

Фосфаты

Верхняя фоновая 0,13 - 0,13 0,11 0,46 0,04 0,02 0,02

Нижняя фоновая 0,44 - 0,23 0,35 0,8 0,06 0,03 0,02

Нефтепродукты

Верхняя фоновая 0,05 - 0,2 0,2 0,6 0,37 0,05 0,05

Нижняя фоновая 0,05 - 0,2 0,76 0,6 0,15 0,05 0,05

Выводы

1. На территории города Железноводска и поселка Иноземцево естественные почвы представлены серыми лесными почвами, перегнойно-карбонатными (рендзинами), черноземами обыкновенными карбонатными. Почвенный покров парково-рекреационных и природоохранных зон практически не затронут процессами урбанизации. Почвы данной группы сохраняют все признаки своих типов и обладают высокой способностью к самоочищению и самовосстановлению.

2. Почвенный покров исследуемой городской территории представлен естественно-антропогенными почвами (урбо-черноземами и т.д.) и антропогенно-преобразованными почвами (урбаноземами). Антропогенно-преобразованные почвы г. Железноводска и его окрестностей, несмотря на утрату морфологических признаков, позволяющих отнести их к тому или иному природному типу почв, сохраняют способность противостоять внешним воздействиям и сохранять свой экологический статус и способность к самоочищению.

3. Приоритетными загрязнителями почвенного покрова г. Железноводска являются никель и хром. Накопление в почвах никеля и хрома связано с природными геохимическими аномалиями, высокой расчлененностью рельефа, а также обусловлено влиянием автотранспорта, предприятий пищевой и жилищно-бытовой отрасли. Соединений таких элементов как кадмий, галлий, вольфрам, а также серебро и мышьяк, загрязнение которыми отмечалось ранее, в результате данных исследований в почвах не обнаружено. '

4. Рекреационная и транспортно-селитебные зоны города на локальных участках характеризуется наличием педогеохимического загрязнения РЬ (К0= 1,3— 6,6), Мо (Кс =1,3—6,3), Zn (Кс = 1,2—5,8), Си (Кс = 1,2—4,0), Сг (Кс = 1,4—2,7). Показатель комплексного загрязнения (Zc) колеблется в пределах от 3,2 до 15,5. Большая часть аномалий ТМ связана с участками трассы федерального значения, проходящей через поселок Иноземцево.

5. По оценочной шкале опасности загрязнения почвы г. Железноводска относятся к категории «допустимого» загрязнения тяжелыми металлами (т.к. Zc (16). Это позволяет оценить экологическое состояние почв города в целом как благоприятное.

6. Из природных геохимических аномалий, оказывающих неблагоприятное влияние на экологическое состояние почв, следует выделить аномалии тяжелых металлов в почвах гор-лакколитов. Самое высокое содержание стронция обнаружено в почвах г. Железной - 150 ПДК. Аномалии содержания стронция в почвах исследуемого района, в том числе и в пределах города, возможно, связаны с повышенным его содержанием в коренных породах абазинской и кумской свиты.

7. В период с 1993 по 1999 гг. по всем контролируемым показателям, кроме нефтепродуктов, наблюдалось снижение концентрации загрязняющих веществ в ливневой воде, характеризующей сток в поверхностные водотоки Р.Кучук и Р. Джемуха, как на нижней, так и на верхней фоновой точках отбора. Отмечены зна-

чительные снижения превышения ПДК в почвенном покрове по таким элементам как свинец, цинк, медь.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Безуглова О.С., Маркова Г.А., Чулкова Ал.В., Чулкова Ан.В. Загрязнение почвенного покрова г. Железноводска тяжелыми металлами // Известия высших учебных заведений. Северо-кавказский регион. Специальный выпуск «Управление плодородием агроландшафтов юга России», Естественные науки. 2003. - С. 29— 38. (35%; 0,102 п.л.)

2. Безуглова О.С., Маркова Г.А., Чулкова Ал.В., Чулкова Ан.В. Особенности почвенного покрова г. Железноводска // Известия высших учебных заведений северо-кавказский регион. «Управление плодородием агроландшафтов юга России». Естественные науки, 2003. - С. 39—49. (35 %;0,114п.л.)

3. Безуглова О.С., Маркова Г.А. Почвенно-токсикологическая ситуация в особо охраняемом эколого-курортном регионе КМВ // Международная научная конференция «Современные проблемы загрязнения почв». - М., 2004. - С . 227- 228. (50 %;0,02 пл.)

4. Маркова Г.А. Тяжелые металлы а почвах Железноводска// Тез. Докл. Всероссийской конф. «VII Докучаевские молодежные чтения». - С-Пб., 2004. - С. 23— 24. (100 %; 0,041 п.л.)

5. Маркова Г.А. Особенности почвенного покрова в г. Железноводске и его загрязнение тяжелыми металлами // Докл. Международной науч. конф. «Экология и биология почв». - Ростов-н/Д, 2004. - С. 174—177.(100 %;0,041 п.л.)

6. Маркова Г.А. Зафязнение тяжелыми металлами почвенного покрова г. Железноводска 2002—2003 гг // Докл.: Международной научной конференции. «Экология и биология почв». - Ростов-н/Д, 2005. - С. 296—299.(100 %;0,041 п.л.)

Список сокращений

Кавказские Минеральные Воды (КМВ)

Геоинформационная система (ГИС)

Предельно допустимая концентрация (ПДК)

Тяжелые металлы (ТМ)

Суммарный показатель загрязнения (СПЗ)

Биологическое поглощение кислорода (БПК 5)

Печать цифровая. Бумага офсетная. Гарнитура «Тайме». Формат 60x84/16. Объем 1,0 уч.-изд.-л. Заказ № 957. Тираж 100 экз. Отпечатано в КМЦ «КОПИЦЕНТР» 344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Суворова, 19, тел. 247-34-88

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Маркова, Галина Алексеевна

Введение.

1. Обзор литературы.

1.1 Инженерно-геологическая изученность района КМВ.

1.2 Тяжелые металлы в окружающей среде.

1.3. Тяжелые металлы в почве.

1.4. Ландшафтно-функциональное зонирование восточной части КМВ.

1.5. Экологические зоны.

1.5.1. Экологическое состояние почв населенных пунктов.

2. Методика исследования.

2.1. Методика наблюдения за состоянием почвенного покрова.

2.2. Методика наблюдения за загрязнением водных систем.

3. Характеристика объекта исследования.

3.1 Геологическая и гидрографическая обстановка.

3.2 Рельеф и геоморфологическое строение.1.

3.3 Биоклиматические условия.

3.4. Характеристика почвенного покрова г. Железноводска и его окрестностей.

3.4.1. Почвообразующие породы.

3.4.2. Почвенный покров.

3.4.3. Функциональная структура городской территории и процессы формирования почвенного покрова.

3.4.4. Специфика почвенного покрова.

3.4.5. Влияние города на развитие почвообразовательного процесса.

Ч 3.4.6. Естественные ненарушенные почвы. iS, 3.4.7. Естественно-антропогенные и антропогенно-преобразованные почвы(урбаноземы)

3.4.8. Сравнительная оценка фактического состояния городских почв на основе результатов анализов.

4. Тяжелые металлы как приоритетные загрязнители почв г. Железноводска и их распространение.

4.1. Методы оценки экологического состояния среды при загрязнении тяжелыми металлами

4.2. Содержание тяжелых металлов в почвах г. Железноводска.

4.3. Оценка степени загрязнения почв г. Железноводска тяжелыми металлами.

5. Состав вод поверхностного стока г. Железноводска.

5.1. Нормативные документы по проблеме.

5.2. Состояние водных объектов на территории КМВ.

5.3. Состав вод поверхностного стока г. Железноводска.

Выводы.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Почвенно-экологическое состояние особо охраняемого региона Кавказских Минеральных Вод"

Актуальность исследований. Территория особо охраняемого эколого-курортного региона Кавказских Минеральных вод, наиболее плотно заселенная в крае, подвергается достаточно жесткому антропогенному прессу.

Изучение свойств почвенного покрова городов представляет собой насущную необходимость, что обусловлено чрезвычайной важностью этого компонента природной среды в формировании общей экологической обстановки. Городские почвы дают особенно ценную информацию экологам. Границы загрязнения в почвах более статичны, чем в воздухе, так как почвы способны аккумулировать поллютанты в течение всего периода техногенного воздействия. Системный анализ характеристик, получаемых с использованием ГИС, позволяет выявить корреляционную связь наблюдаемых явлений, их значимость для устойчивого развития геоэкосистемы, предоставляет возможность научно обоснованного прогнозирования экологической ситуации и активного влияния на развитие этой ситуации.

Оценка химического загрязнения почв, являющаяся результатом мониторинга городских земель, значима для всего комплекса исследований состояния городской среды. Результаты таких исследований необходимы для информационного обеспечения управления землепользованием, что особенно актуально в условиях изменения принципов земельных отношений. Важны они и для научного обеспечения охраны земель, и для разработки мероприятий по оздоровлению экологического состояния.

Цель и задачи исследований. Целью исследований является оценка экологических условий особо охраняемого региона Кавказские Минеральные Воды на примере экологического состояния почвенного покрова г. Железноводска.

В ходе исследований, решались следующие задачи:

1. Изучить физико-химические, морфологические особенности антропогенно-измененных и природных почв различных функциональных зон города.

2. Исследовать содержание ТМ в почвах по функциональным зонам города, выявить особенности их миграции по почвенному профилю и оценить степень загрязнения почвенного покрова города.

3. С целью оценки загрязнения составить картограммы содержания ТМ в почвах города.

4. Определить состояние водных объектов, выявить аномальные содержания химических элементов в поверхностных стоках, выяснить зависимость химического состава природных вод от условий окружающей среды, которые меняют направление и интенсивность этих процессов.

Научная новизна исследований. Проведенные работы по изучению экологических условий особо охраняемого региона Кавказские Минеральные Воды явились не только первой попыткой получения комплексной и разносторонней информации о природных условиях территории, но и первым в этом регионе опытом обобщения и картографирования экологических закономерностей и оценки экологической ситуации для разработки рекомендаций по рациональному использованию и защите окружающей среды. Почвенные пробы анализировались методом спектрального приближенно-количественного анализа на 38 элементов. Впервые были построены картограммы содержания ТМ в почвах города, позволяющие дать экогеохимическую оценку изучаемой площади.

Практическая значимость. Выделены участки педогеохимического загрязнения стронцием, свинцом, цинком, медью. Определены приоритетные загрязнители почвенного покрова г. Железноводска, которыми являются Ni и Сг. По оценочной шкале опасности загрязнения почвы определена категория загрязнения ТМ. Данная работа может быть использована градостроительными и природоохранными структурами. В градостроительном аспекте информация о почвенном покрове города может быть использована для исходно-разрешающих рекомендаций, а также при разработке проектов детальной планировки территории городских кварталов. Результаты данной работы могут быть использованы при контроле экологической ситуации в городе.

Положения, выносимые на защиту: 1. Особенностью природного геоэкологического потенциала рассматриваемой территории, является приуроченность большей её части к пологосклоновым фациям, обладающим высокой способностью к самоочищению.

2. Естественные почвы города Железноводска и его окрестностей сохраняют основные черты, присущие степному и лесостепному типу почвообразования за счет своей способности к самоочищению.

3. Химический состав поверхностных стоков отражает уровень загрязненности почвенного покрова.

4. Наличие природных геохимических аномалий определяет высокое содержание в почвах города Железноводска стронция. Рекреационная и транспортно-селитебные зоны города характеризуются наличием техногенного загрязнения, но его масштабы не превышают значений ПДК.

Фактический материал и методы исследований.

В диссертации изложены результаты исследований, выполняемых автором и под его руководством с 1993 г. Автор в составе ООО «Инженерно-геологический Центр» проводила регулярные отборы проб поверхностных вод на территории г. Железноводска посезонно, готовила пробы к анализам, выполняла статистическую обработку результатов анализов и наблюдений. Проанализированы и использованы в работе фондовые материалы по изучаемой проблеме, а также ранее опубликованная информация.

Диссертационная работа базируется на наблюдениях и данных поверхностных вод, полученных за 7 лет по 20 показателям. Содержание валовых форм ТМ в почве по 38 элементам определены в 90 почвенных пробах, в 22 пробах по 4 элементам определяли подвижные формы ТМ.

Для статистической и картографической обработки информации и проведения расчетов использовались методы и средства пакетов программ Microsoft Excel, Arc View.

Исследования велись при финансовой поддержке программы «Университеты России», проект УР.07.01.004.

Апробация. Основные положения диссертации докладывались и опубликованы в трудах научных конференций: «Управление плодородием агроландшафтов юга России», Ростов-на-Дону, 2003; Всероссийская конференция «VII Докучаевские молодежные чтения» «Человек и почва в XXI веке» в рамках Международного форума «СОХРАНИМ ПЛАНЕТУ ЗЕМЛЯ», Санкт-Петербург, 2004; Международная научная конференция «Экология и биология почв», Ростов-на-Дону, 2004; Международная научная конференция «Экология и биология почв», Ростов-на-Дону, 2005.

Заключение Диссертация по теме "Почвоведение", Маркова, Галина Алексеевна

Выводы

1. На территории города Железноводска и поселка Иноземцево естественные почвы представлены серыми лесными почвами, перегнойно-карбонатными (рендзи-нами), черноземами обыкновенными карбонатными. Почвенный покров парково-рекреационных и природоохранных зон практически не затронут процессами урбанизации. Почвы данной группы сохраняют все признаки своих типов и обладают высокой способностью к самоочищению и самовосстановлению.

2. Почвенный покров исследуемой городской территории представлен естественно-антропогенными почвами (урбо-черноземами и т.д.) и антропогенно-преобразованными почвами (урбаноземами). Антропогенно-преобразованные почвы г. Железноводска и его окрестностей, несмотря на утрату морфологических признаков, позволяющих отнести их к тому или иному природному типу почв, сохраняют способность противостоять внешним воздействиям и сохранять свой экологический статус и способность к самоочищению.

3. Приоритетными загрязнителями почвенного покрова г. Железноводска являются никель и хром. Накопление в почвах никеля и хрома связано с природными геохимическими аномалиями, высокой расчлененностью рельефа, а также обусловлено влиянием автотранспорта, предприятий пищевой и жилищно-бытовой отрасли. Соединений таких элементов как кадмий, галлий, вольфрам, а также серебро и мышьяк, загрязнение которыми отмечалось ранее, в результате данных исследований в почвах не обнаружено.

4. Рекреационная и транспортно-селитебные зоны города на локальных участках характеризуется наличием педогеохимического загрязнения РЬ (Кс= 1,3—6,6), Мо (Кс =1,3—6,3), Zn (Кс = 1,2—5,8), Си (Кс = 1,2—4,0), Сг (Кс= 1,4—2,7). Показатель комплексного загрязнения (Zc) колеблется в пределах от 3,2 до 15,5. Большая часть аномалий ТМ связана с участками трассы федерального значения, проходящей через поселок Иноземцево.

5. По оценочной шкале опасности загрязнения почвы г. Железноводска относятся к категории «допустимого» загрязнения тяжелыми металлами (т.к. Zc (16). Это позволяет оценить экологическое состояние почв города в целом как благоприятное.

6. Из природных геохимических аномалий, оказывающих неблагоприятное влияние на экологическое состояние почв, следует выделить аномалии тяжелых металлов в почвах гор-лакколитов. Самое высокое содержание стронция обнаружено в почвах г. Железной -150 ПДК. Аномалии содержания стронция в почвах исследуемого района, в том числе и в пределах города, возможно, связаны с повышенным его содержанием в коренных породах абазинской и кумской свиты.

7. В период с 1993 по 1999 гг. по всем контролируемым показателям, кроме нефтепродуктов, наблюдалось снижение концентрации загрязняющих веществ в ливневой воде, характеризующей сток в поверхностные водотоки Р.Кучук и Р. Джемуха, как на нижней, так и на верхней фоновой точках отбора. Отмечены значительные снижения превышения ПДК в почвенном покрове по таким элементам как свинец, цинк, медь.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Маркова, Галина Алексеевна, Железноводск

1. Алексеенко В.А. Районирование Центрального Кавказа по условиям геохимических поисков масштаба 1:50000, Ростов-Дон, 1987.

2. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу. М: Изд-во МГУ, 1970. -487 с.

3. Барабанов В.Д. Геохимия, Ленинград «Недра», 1985.

4. Безуглова О.С., Горбов С.Н., Приваленко В.В. Формирование гумусового профиля и микроэлементного состава почв рекреационных территорий г. Ростов-на-Дону// Почвоведение, 2000. № 9. С. 1142 -1148.

5. Безуглова О.С., Крыщенко B.C., Приваленко В.В., Горбов С.Н. Особенности почвенного покрова урболандшафта Ростова-на-Дону// Проблемы антропогенного почвообразования. Тез. докл. международной конференции 16-21 июня 1997 г. Том 2. М., 1997. С.203-205.

6. Бельчикова Н.П. Определение гумуса почв по методу И.В. Тюрина II Агрохимические методы исследования почв, М.: "Наука", 1975. С. 56-62.

7. Березин П. М. Гудима И. И. Физическая деградация почвы: параметры состояния. //Почвоведение, 1994, №11, с. 67-70.

8. Беспамятнов Р.П., Кротов Ю.А. «Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде». Л., «Химия»,1985.

9. Вальков В.Ф. Генезис почв Северного Кавказа. Ростов-на-Дону, 1977. 160 с.

10. Вальков В.Ф., Колесников С.И., Казеев К.Ш. Почвы Юга России. Классификация и диагностика. Ростов-на-Дону, 2002.168 с.

11. Вальков В.Ф., Крыщенко B.C. Оглинивание в черноземах и каштановых почвах Северного Кавказа II Почвоведение, 1973, № 7. С. 3-12.

12. Вальков В.Ф., Штомпель Ю.А., Трубилин И.Т. и др. Почвы Краснодарского края, их использование и охрана, Ростов-на Дону, Из-во СКНЦ ВШ,1996.

13. Васильев Н.В. Комплексная оценка влияиния технических загрязнений на окружающую среду и здоровье человека. УДК 504.05 504.75.05

14. Н.Воробьева Л.А. Химический анализ почв: Учебник. М.: Изд-во МГУ, 1998.- 272 с.

15. Гаврилюк Ф.Я. ЧерноземыЗпадного Предкавказья. Харьков:Изд-во Харьковского ун-та, 1955,-146 с.

16. Геннадиев А.Н., Пиковский Ю.И., Голованов Д.Л. Геленджик (морской порт, рекреация, автотранспорт). Предгорные ландшафты средиземноморского типа//Экогеохимия городских ландшафтов. М: Изд-во МГУ, 1995. - С. 250-271.

17. Генеральный план г. Железноводска. Пояснительная записка, М.1987.

18. Генеральный план п. Иноземцево. Пояснительная записка, М., 1992.

19. Герасимов И.П., Асеев А.А. и др. Геоморфология СССР. Горные страны Европейской части СССР и Кавказа, М., Наука, 1974.

20. Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест // Методические указания МУ 2.1.7.730-99. М: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 1999.-38 с.

21. Гидрогеология СССР. Том IX. Северный Кавказ, «Недра», М, 1968, с.231.

22. Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов. М.: Высшая школа, 1988.-328 с.

23. Гниловской В.К. Занимательное краеведение, «Ставрополь», 1974.

24. Гольева А.А. Изменение антропогенных ландшафтов вокруг городов // Антропогенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреждения. Тез. и докл. Всерос. конф. Москва, 16-18 июня 1998. Т.2. С. 202-205.

25. Голева Р.В., Сенькова Н.Р., Синицина С.Е. Экспрессная оценка уровня загрязнения почвенного профиля крупных урбанизированных территорий (на примере Московской области) // Геоэкол. исслед. И охрана недр. 1996, № 2. - С. 815.

26. Голева Р.В., Сенькова Н.Р., Синицина С.Е. Оценка токсичности геохимических аномалий Московской области по характеру загрязнения почвенного профиля // Геоэкол. исслед. И охрана недр. 1996, № 2. - С. 35-46.

27. Гонсировский Д.Г. Царев П.В., Копецкая Л.Н. и др. Составление инженерно-геологической карты Северного Кавказа масштаба 1:500000, г. Ессентуки, 1975, с. 157.

28. Горбов С.Н. Почвы урболандшафтов г. Ростова-на-Дону, их экологическое состояние и оценка загрязнения. Автореф. дис.: кандидата биол. наук. Ростов-на-Дону. 2002.- 25 с.

29. ГОСТ 27065-86. Качество вод (термины и определения). М., Изд-тво стандартов, 1986. 9с.

30. ГОСТ 17.1.1. 03-86 Классификация водопользований. М., Изд-во стандартов

31. ГОСТ 17.1.3! 13-86 Общие требования к охране поверхностных вод от загрязнения. М., Изд-во стандартов, 1986. 3 с.

32. ГОСТ 17.1.5.05-85. Общие требования к'отбору проб поверхностных и морских вод, льда и атмосферных осадков. М., Изд-стандартов, 1985.

33. ГОСТ 17.1.1.02-77. Классификация водных объектов. М., Изд-во стандартов, 1977.19 с.

34. Дергачева М.И., Зыкина B.C. Органическое вещество ископаемых почв. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1988. -128 с.

35. Динабург В.Н., Духина А.А. Изучение условий изменения качества пресных и минеральных вод для разработки гидрогеологического обоснования их охраны в районе КМВ, п. Иноземцево, 1987, с. 311.

36. Динабург В.Н., Самотей М.А. Изучение условий защищенности подземных вод от загрязнения на территории округа санитарной охраны р-на КМВ, п. Иноземцево, 1991.

37. Дмитриев Е.А. Математическая статистика в почвоведении. М.: Изд-во МГУ, 1972.-292 с.

38. ЗЭ.Дмитриев М.Т., Казнина Н.И., Пингина И.А. Санитарно-химический анализ загрязняющих веществ в окружающей среде. М., Химия, 1989.

39. Добровольский В.В. Биосферные циклы тяжелых металлов и регуляторная роль почвы // Почвоведение, 1997, № 4, С. 442-449.

40. Добровольский Г.В., Строганова М.Н. Почвы Москвы // Наука в России. 1996, №4. С. 69-72.

41. Дюшофур Ф. Основы почвоведения. Эволюция почв. М.: Прогресс, 1970. 591 с.43.3емляницкий Л.Т. Особенности городских почв и грунтов // Почвоведение, 1963. №5.-С. 75-84.

42. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение. Новосибирск: Наука, 1991.-151 с.

43. Ильин В.Б. О нормировании тяжелых металлов в почве // Почвоведение, 1986, № 9, С. 90-98.

44. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в почвах Западной Сибири // Почвоведение, 1987, № 11, С. 87-94.

45. Инженерно-геологические аспекты рационального использования и охраны геологической среды. М., Наука, 1981. 240 с.

46. Карибов P.P., Сагитова А.Р., Суханова Н.В. Разработка и использование многокомпонентной тест-системы для оценки токсичности почвенного покрова городской территории // Экология, 1997, № 6. -С.408-411.

47. Казеев К.Ш., Колесников С.И. Биологическая диагностика почв // Метод, рекомен. для науч.-исслед. раб. студентов. Ростов-на-Дону, 1997. С. 5-15.

48. Касимов Н.С., Самонова О.А. Фоновая почвенно-геохимическая структура лесостепи Северного Казахстана // Почвоведение, 1989, № 4, С. 20-35.

49. Касимов Н.С. Эколого-геохимические оценки городов. Вест. Моск. ун-та. Сер.

50. География, 1990. № 3. - С. 3-12.

51. Касимов Н.С., Самонова О.А., Асеева Е.Н. Фоновая почвенно-геохимическая структура лесостепи Приволжской возвышенности // Почвоведение, 1992, № 8, С.5-21.

52. Касимов Н.С., Перельман А. И. О геохимии почв II Почвоведение, 1992, № 2, С. 9-26.

53. Касимов Н.С. Эколого-геохимические оценки состояния городов// Экогеохимия городских ландшафтов. М: Изд-во МГУ, 1995. - С. 20-37.

54. Касимов Н.С., Перельман А.И. Геохимическая систематика городских ландшафтов// Экогеохимия городских ландшафтов. М.: Изд-во МГУ, 1995. - С. 13-20.

55. Кауричев И.С. Почвоведение, М., 1969, с. 542.

56. Концепция Государсвтенного мониторинга подземных вод Российской Федерации. М., 1992.27 с.

57. Крайнов С.Р. Швец В.М. Геохимия подземных вод хозяйственно- питьевого назначения, М., Недра, 1987.

58. Лангваген Я.В., Шагаянц С.А. и др. Инженерно-геологическая характеристика территории курортов КМВ. СК ПГО, ТГФ, 1935.

59. Лебедева И.И., Тонконогов В.Д., Шишов Л.Л. Классификационное положение и систематика антропогенно-преобразованных почв II Почвоведение, 1993. № 9. С. 98-106.

60. Мамедов А.Н. Отчет отряда золото ЦГХП по оценке перспектив промышленной золотоносности западной и центральной части Северного Кавказа за 19881991гг. г. Ессентуки

61. Методические рекомендации по геохимической оценке загрязнения территории городов химическими элементами, М., ИМГРЭ, 1984.

62. Методические рекомендации по геохимической оценке загрязнения поверхностных водотоков химическими элементами. М., ИМГРЭ, 1982. 73 с.

63. Методические рекомендации по геохимической оценке источников загрязнения окружающей среды, М., ИМГРЭ, 1982.

64. Методические указания по оценке городских почв при разработке градостроительной и архитектурно-строительной документации. М., 1996. - 36с.

65. Мотузова Г.В. Почвенно-химический экологический мониторинг. М.:изд-во МГУ, 2001.86 с.

66. Мягкова А.Д., Строганова М.Н. Неблагоприятные процессы в почвах городов II Проблемы антропогенного почвообразования. Тез. докл. международной конференции 16-21 июня 1997 г. Том 2. М., 1997. С.222-223.

67. Никаноров A.M. (ред.) «Справочник по гидрохимии», Гидрометеоиздат, Ленинград, 1989 г.

68. Обухов А.И., Лепнева О.М. Биогеохимия тяжелых металлов в городской среде II Почвоведение, 1989, № 5, С. 65-73.

69. Орлов Д.С., Гришина Л.А., Ерошичева Н.Л. Практикум по биохимии гумуса. -М.: Изд-во МГУ. 1969.-157 с.

70. Орлов Д.С. Химия почв. М.: Изд-во МГУ, 1992.-400 с.

71. Отчёт по теме 14/93 "Инвентаризация ливневых стоков и ливневой канализации в пос. Иноземцево" г. Железноводск, 1994 . Руководитель темы, канд. геол.-минер. наук А.Н.Марков.

72. ПДК вредных веществ в воздухе и воде. Л., Химия, 1975.

73. ПДК и ориентировочно-безопасные уровни воздействия вредных веществ в объектах внешней среды (нормативные материалы), Северодонецк, 1978.

74. Перельман А.И. Геохимия. М.: Высшая школа, 1989. 527 с.

75. Поволоцкая Н.П. Биоклиматические условия района КМВ. Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук, Л., 1975.

76. Приваленко В.В., Безуглова О.С. Экологические проблемы антропогенных ландшафтов Ростовской области. Т.1 , Ростов-на -Дону, СКНЦ ВШ, 2003 .

77. Приваленко В.В. Геохимическая оценка экологической ситуации в г. Ростове-на-Дону. Ростов н/Д: МГП Геоинформ, 1993. -167 с.

78. Приваленко В.В. Техногенная геохимия и биогеохимия городов Нижнего Дона. Автореф. дис. д.б.н. М., 1995. 52 с.

79. Пятигорский институт Курортологии и физиотерапии, КМВ, т. 1-11.

80. Результаты экологического мониторинга ливневых стоков и ливневой канализации с 1993-1999г.г. по г. Железноводску.

81. Рэуце К., Кристя С. Борьба с загрязнением почвы. М.: Агропромиздат, 1986. -221 с.

82. Савельева В.В., Магомедов К.А. География Ставропольского края, Ставропольское книжное издательство, 1987.

83. Садовникова Л.К., Зырин Н.Г. Показатели загрязнения почв тяжелыми металлами и неметаллами в почвенно-геохимическом мониторинге // Почвоведение, 1985, №10, С. 84-89.

84. СаетЮ.Е. Геохимия окружающей среды, М., «Недра», 1990.

85. ЭО.Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П. и др. Геохимия окружающей среды. М., Недра, 1990. 332 с.

86. Семенов Г.И. Отчет о ретроспективном анализе радиоэкологической обстановки территории Кавказских Минеральных Вод за период с 1946 по 1990 гг ГГП Кольцовгеология, ТГФ, 1991. 271 с.

87. Сизов А.П. Мониторинг и охрана городских земель. Методические указания. -М.: Изд-во МИИГАиК. -1997. 24 с.

88. Сизов А.П. Мониторинг городских земель с элементами их охраны. Учебное пособие для студентов. М. -2000. 156 с.

89. Сизов А.П., Медведева О.Е., Клюев Н.Н., Строганова М.Н., Самаев С.Б., Мала-ев И.М. О новом подходе к исчислению размера ущерба, вызываемого захламлением, загрязнением и нарушением городских земель // Почвоведение, 2001, № 6, С. 732-740.

90. Смоляков Ю.Т. Отчет о результатах геолого-минералогического картирования масштаба 1: 200 000 на фосфатное сырье в палеоцен-эоценовых отложениях Северного Кавказа, г. Ессентуки, 1982.

91. Справочник. Вода контроль химической, бактериальной и радиационной безопасности по международным стандартам. Под ред. к.т.н. С.А. Подлепы. М., 1986.

92. Строганова М.Н., Мягкова А.Д., Прокофьева Т.В. Роль почв в городе // Почвоведение. 1997. № 1. С. 96-101.

93. Строганова М.Н., Мягкова А.Д., Прокофьева Т.В. Городские почвы: генезис, классификация, функции // Почва, Город, Экология / Под общей ред. Акад. РАН Г.В. Добровольского. М.: Фонд "За экономическую грамотность", 1997а. - С. 15-85.

94. Строганова М.Н., Мягкова А.Д., Прокофьева Т.В. Классификация городских почв // Проблемы антропогенного почвообразования. Тез. докл. международной конференции 16-21 июня 1997 г. Том 2. М., 1997 b. С.234-239.

95. Строганова М.Н. Городские почвы: генезис, классификация, экологическое значение (на примере г. Москвы). Автореф. Дис .доктора биол. наук. М., 1998.-71 с.

96. Строганова М.Н., Прокофьева Т.В. Специфика почвенного покрова города и проблема деградации // Антропогенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреждения. Тез. и докл. Всерос. конф. Москва, 16-18 июня 1998. Т.2. С. 211.

97. Строганова М.Н., Прокофьева Т.В. Городские почвы как особая группа почв // Тез. Докл. 3 съезда Докучаевского общества почвоведов (11-15 июля 2000 г., Суздаль). Книга 3. М., 2000. С.101.

98. Тимошкин Г.А. Отчет по геолого-геохимической оценке состояния окружающей среды санаторно-курортных зон Северного Кавказа, 1988, с. 124.

99. Файнер Ю.Б. и др. Геологическое строение и гидрогеологические условия юго-восточной части района КМВ. Отчет о результатах групповой гидрогеологической съёмки м-ба 1:50000 с уточнением геологического строения за 1982-1988 г.г. п. Иноземцево.

100. Фролов А.Е. и др. Территориальная комплексная схема охраны природы курортов Кавказских Минеральных Вод. М., Гипрогор, 1991. 253 с.

101. Шарапов В.Г. и др. Отчет о сейсмическом микрорайонировании г. Железноводска. СтавропольТИСИЗ, Фонды КГГЭ, 1987.

102. Шепотько В.М. Отчет о комплексных изысканиях по изучению оползневой устойчивости западного склона г. Бештау на территории перспективного расширения г. Лермонтова. Лермонтов. Оргстройпроект, 1978.120 с.

103. Чернов И.И., Беседина М.Н. Отчеты о работе группы по охране окружающей среды, г. Ессентуки, 1987.

104. Черткова В.А. О гидрогеолого-мелиоративных работах Ставропольской гидрогеолого-мелиоративной партии в Ставропольском крае, 1989, г. Пятигорск, с. 203.

105. Чуков С.Н., Чертов О.Г. Комплексная оценка состояния почв города // Тез. докл. 2 Съезда о-ва почвоведов, 1996а. С. 231-232.