Биогеохимия городской среды

Растительный покров городов находится под мощным техногенным прессом загрязняющих веществ, поступающих из воздуха и загрязненных почв. Растения — один из наиболее чутких индикаторов техногенного изменения городской среды.

На городские растения негативно влияют многие загрязняющие вещества: оксиды серы, азота и углерода, тяжелые металлы, соединения фтора, фотохимическое загрязнение, углеводороды и др. Наиболее опасны выбросы в атмосферу диоксида серы, содержащегося в продуктах сгорания угля, нефти и мазута, а также фтористого водорода, образующегося при производстве алюминия и фосфатов. Высокие концентрации SO2 и НF в атмосферном воздухе ведут к некрозу и хлорозу листьев и хвои, преждевременному их сбрасыванию, замедлению роста и снижению продуктивности флоры. Негативны последствия и от высоких доз микроэлементов.

В атмотехногенных потоках основная доля микроэлементов содержится в аэрозолях, которые выводятся из атмосферы вместе с осадками. Растительный покров является первым экраном на пути осаждения атмосферных выпадений. Свинец аэрозолей абсорбируется поверхностью листьев, цинк и кадмий механическим путем или в растворенном виде проникают в устьицы.

Часть металлов поступает в растения из загрязненных почв. Таким образом, аккумуляция металлов зависит от особенностей поверхности растения (опушенность листьев, наличие воскового слоя, характера шероховатости, смачиваемости и клейкости), от количества атмосферных осадков, их рН, скорости ветра, влажности воздуха, определяющих вынос элементов из растений, от свойств загрязняющих частиц и соединений металлов (размеры частиц, их форма, растворимость и др.).

Кислые осадки, образующиеся при выпадении оксидов серы из атмосферы, способствуют подкислению коры деревьев (до pH 2,5—3,0), растворению аэрозолей, содержащихся на поверхности органов и более активному поглощению катионов металлов — Рb, Zn, Сd. Подщелачивание осадков в зонах ТЭЦ, цементных заводов приводит к повышению рН коры и листьев. При значениях рН больше 8 оно токсично и может вести к растворению содержащихся в аэрозолях анионогенных элементов — Мо, Сг, V.

Биогеохимическая индикация и оценка состояния городской среды основаны на способности растений аккумулировать загрязняющие вещества вблизи техногенных источников. Она включает определение содержания тяжелых металлов и других загрязняющих веществ в растениях, выбор индикаторных видов и органов для опробования, выявление биогеохимических ореолов.

В отличие от анализа снега биогеохимическая индикация дает информацию о загрязнении преимущественно в период вегетации и достаточно активной водной миграции загрязнителей, поступающих в растения из загрязненных почв.

В небольших и средних городах широко распространены садово-огородные участки, нередко примыкающие к индустриальным зонам. Почвы и сельскохозяйственная продукция, в основном овощные культуры, здесь испытывают интенсивное техногенное воздействие, ведущее к загрязнению и ухудшению качества продуктов. Содержание загрязняющих веществ в овощах может превышать предельно-допустимые концентрации (ПДК) и вызывать у населения токсикозы. Овощи и фрукты используются и как тестовые биообъекты для оценки состояния городской среды, для которых разработаны наиболее достоверные предельно-допустимые уровни содержания загрязняющих веществ (ПДК в продуктах питания).

Загрязнение овощей металлами зависит от фазы вегетации, времени экспонирования и вида растения. По мере созревания к началу осени содержание токсичных элементов увеличивается примерно в 2 — 5 и более раз, что особенно опасно для населения, потребляющего овощи в стадии "товарной" зрелости. В зрелых овощах содержание кадмия, никеля, хрома достигает и даже превышает санитарно-гигиенические нормы (ПДК).

Для большинства тяжелых металлов — никеля, хрома, свинца, цинка, меди хорошим индикатором техногенеза является морковь, загрязнение кадмием лучше фиксируется картофелем и помидорами. Предельно допустимые концентрации в овощах, как правило, достигаются при превышении фоновых значений в 15 — 20 раз.

Загрязнение овощей обусловлено главным образом атмотехногенными потоками металлов вблизи промышленных зон и хорошо коррелирует с поставкой пыли на поверхность почвы. В парниковых овощах содержание металлов низкое. Влияние промышленного города на состав овощей зависит от розы ветров и при отсутствии местных источников загрязнения сказывается на расстоянии 15 — 20 км.

Почвы огородов меньше загрязнены металлами, чем почвы застроенной и тем более промышленной части города, и не могут служить основным источником загрязнения овощей. Поступающие из атмосферы металлы не образуют приповерхностных аномалий и более равномерно распределены по профилю почвы за счет рыхления и выщелачивания при поливе. Почвы огородов загрязняются также при удобрении илами очистных сооружений, при поливе сточными водами. В этих случаях содержание металлов в почвах и овощах хорошо коррелируется и достигает в овощах токсичных уровней.