Тема: Использование методов природной индикации для оценки состояния окружающей среды
1. Классификации природных индикаторов.
2. Требования предъявляемые к природным индикаторам
1 Классификации природных индикаторов. Одним из основных методов оценки экологического состояния окружающей среды, накопления и перераспределения загрязняющих веществ в отдельных компонентах геосистем является природная индикация. Теоретической основой природной индикации загрязнения окружающей среды заложены в работах В. И. Вернадского (идеи о миграции химических элементов) и развиты в дальнейшем Б. Б. Полыновым, А. П. Виноградовым, М. А. Глазовской, А. И. Перельманом и др.
Под индикаторами мы понимаем такие природные системы любых уровней, которые на изменение их окружающей среды реагируют качественными изменениями их собственных свойств, которые человек может зафиксировать каким-либо образом. Для наших исследований несомненный интерес представляют индикаторы - компоненты природы, реагирующие своим изменением на антропогенное воздействие. Существенное различие между физическими (инструментальными) измерениями отдельных параметров под влиянием техногенного воздействия и их природной индикацией состоит в том, что если у первого (инструментального) метода оценивается первоначально состояние фактора и вторично возможная реакция природной среды или системы, то у второго ( природной индикации) сначала оценивается состояние системы под воздействием фактора, и вторично - качественные характеристики влияющего фактора.
По способу реакции на изменение среды природные индикаторы подразделяются на два основных типа - сенсорные и аккумулятивные А. В. Евсеев, Т. М. Красовская, (1996). Сенсорные отличаются высокой чувствительностью на загрязняющие вещества. Они не только реагируют на воздействие токсичных веществ уменьшением продолжительности жизни, биологической продуктивности, но и отражают внешним видом их повышенные концентрации. Аккумулятивные природные индикаторы, напротив выдерживают значительные нагрузки и накапливают большое количество загрязняющих веществ. В следствии этого, способность накапливать токсические соединения мало отражается на их внешних морфологических признаках.
2 Требования предъявляемые к природным индикаторам.К использованию природных индикаторов предъявляется ряд требований А. В. Евсеев, Т. М. Красовская, (1996):
- природная индикация должна проводиться в сжатые сроки;
- нужно по возможности исключить влияние внешних факторов, кроме анализируемого;
- природная индикация должна давать сопоставимые результаты, которые можно получить ври повторном исследовании;
- индикатор должен быть широко представлен в исследуемом районе и сопоставим с другими аналогичными индикаторами;
- аккумулятивные индикаторы должны давать количественные характеристики, а сенсорные должны предварительно ранжироваться;
Одной из многочисленных особенностей использования природных индикаторов является возможность выявления естественного геохимического фона отдельных компонентов геосистем, сильно изменяющихся в результате антропогенной деятельности. Используемый в настоящее время метод выбора фоновых концентраций элементов - возможных загрязнителей природной среды на удалении от источников выброса не всегда оправдывает себя, что связано с процессами глобального и регионального рассеяния элементов загрязнителей.
В проводимых исследованиях по г. Саранску были задействованы следующие виды природной индикации: фитоиндикация, педоиндикация, индикация по снежному покрову.
Индикационные особенности растений широко освещены как в отечественных работах (Ковальский, 1974; Евсеев, 1988; Никифорова, 1979 и другие), так и зарубежных (Меннинг, 1985; Мартин, 1984; Nash, 1976 и другие).
Растения является первым звеном в цепи поглощения токсикантов в условиях городской среды и нередко служат защитным экраном для городских почв, перехватывая вредные компоненты кислотных дождей, выбросы промышленных производств и автотранспорта и трансформируя их состав в результате биологического поглощения и минерализации.
Одной из важнейших задач в исследованиях экологической обстановки городской среды является геохимическое изучение почвенного покрова. Продукты антропогенной деятельности поступая на земную поверхность, аккумулируются в приповерхностных горизонтах почв, изменяют их химический состав и вновь вовлекаются в природные и техногенные циклы миграции.
Во характеру геохимического изменения естественных и слабо измененных почв антропогенных территорий можно судить о степени их техногенной трансформации.
Теоретические основы по изучении процессов миграции, аккумуляции и трансформации загрязняющих веществ, в том числе тяжелых металлов в почвах, возможности их самоочищения сосредоточены в ряде фундаментальных работ (Ковда и др., 1959; Глазовская, 1972, 1978, 1981, 1988, Перельман, 1975, 1979, 1986; Зырин, Малахов, 1881; Добровольский, 1983, 1989; Орлов, 1985; Каббата-Пендиас, 1989 и др.).
Как правило, техногенные ореолы в почвах фиксируют интенсивность загрязнения в течении последних 20-50 лет. Минимальное время формирования достаточно контрастных педогеохимических аномалийй зависит от типа воздействия и составляет в среднем 5-10 лет, хотя для отдельных элементов (мышьяк, цинк) это может быть 1-2 года (Экогеохиммя..., 1995).
Ореолы в почвах более статичны, чем в воздухе, снеге и растениях, так как они способны аккумулировать поллютанты в течении всего периода техногенного происхождения. Поэтому педогеохимическая индикация и картографирование являются одним из основных методов оценки экологического состояния городской среды.
По эффекту воздействия на городские почвы техногенные вещества объеденены в две группы М. А. Глазовская, (1988).
Первая: педогеохимические вещества - преобладают по массе в выбросах, изменяют щелочно-кислотные и окислительно-восстановительные условия в почвах. Это в основном нетоксичные и слаботоксичные элементы с высокими кларками - Fe, Ca, Мg, щелочи и минеральные кислоты. При достижении определенного предела подкисление или подщелачивание сказывается на почвенной флоре и фауне. Педогеохимически активны и некоторые газы, например сероводород и метан, изменяющие окислительно-восстановительную обстановку миграции.
Вторая: биохимически активные вещества - действуют прежде всего на живые организмы. Это обычно типоморфные для каждого вида производства высокотоксичные поллютанты с низкими кларками (ртуть, кадмий, свинец, сурьма, селен и др.), образующие более контрастные относительно фона ореолы и представляющие опасность для биоты и человека.
Загрязнение почв городской среды макро- и микроэлементами сопровождается трансформацией почвенно-геохимической структуры территорий. Возрастает радиальная геохимическая дифференциация почвенного профиля за счет накопления поллютантов в верхних горизонтах. В дерново-подзолистых и серых лесных почвах техногенная аккумуляция затушевывает фоновую эллювиально-иллювиальную дифференциацию профиля, а в черноземах, равномерное распределение металлов сменяется поверхностно-аккумулятивным. Неравномерность загрязнения почвенного покрова городской среды ведет к появлению случайных соотношений химических элементов между почвами автономных и подчиненных ландшафтов из-за усиления ливневого потока, подтопления загрязненными грунтовыми и поверхностными водами и др. антропогенными факторами.
Первые исследования снежного покрова геохимической направленности были начаты более 50 лет назад (Вашков В. И. , Постников П. А., Самонова В. И., 1936). Большая часть исследований снежного покрова посвящена выявлению аномалий, образующихся в результате воздействия единичных источников загрязнения (обособленных промпредприятий). Значительно меньше работ посвящено изучению зон загрязнения промышленных комплексов, объединяющих несколько предприятий (Глазовский Н. Ф., Злобина А. И., Учватов В. П., Назаров И. М., Ренне О. C., Фридман Ш. Ф. и др., 1974).
Лишь единичные исследования снежного покрова ставили своей целью выявление интегрального поля воздействия крупных промышленных центров (Павленко, Батоян, Кучумова, 1981, Осовин, 1963; Андрианов А. И., Дроздова В. М., 1975). Первым сообщением в области мониторинга снежного покрова является монография В. Н. Василенко, И. М. Назарова, Ш. Д. Фридмана (1985).
Индикация поступающих в атмосферу загрязняющих веществ по снежному покрову, является одним из методов эколого-геохимической оценки состояния территории. Снежный покров выступает естественным накопителем загрязняющих веществ содержащихся в атмосфере. Анализ проб снежного покрова позволяет прослеживать динамику загрязнения как за весь зимний сезон, так и за отдельные периоды. Индикация по снежному покрову, помогает в определении вещественного состава и мощности выбросов предприятий, выявления особенностей локального и регионального переноса загрязняющих веществ.