Биоиндикационная оценка окружающей среды с помощью

1
Акмолинская область
Город Кокшетау
Назарбаев Интеллектуальная школа
Физико-математического направления
Конысбай Жулдыз
11 класс
Биоиндикационная оценка
окружающей среды с помощью
древесных растений
Руководитель: Кожахметов Муратбек Бейсембаевич, учитель биологии
Кокшетау 2012
2
Содержание
Введение …………………………………………………………………2
1 Техногенное воздействие тяжелых металлов ……………………….5
1.1 Техногенное воздействие на природу …………………….............5
1.2 Токсикологические свойства тяжелых металлов ………………....7
1.2.1 Токсикологические свойства кадмия …………………………...7
1.2.2 Токсикологические свойства меди ……………………………...7
1.2.3 Токсикологические свойства свинца …………………………….8
1.3 Устойчивость растений к тяжелым металлам …………………….8
2 ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ………………………...11
2.1 Характеристика объекта исследования и его
географическое положение …………………………………………11
2.2 Характеристика тополя бальзамического и клена татарского…….17
2.3 Методика выполнения измерений массовых концентраций
кадмия, свинца, меди и цинка методом инверсионной
вольтамперометрии …………………………………………………19
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ……………………………………21
3.1 Анализ биометрических показателей листьев древесных
растений произрастающих на территории г.Кокшетау ………..…21
3.2 Анализ содержания тяжелых металлов в листьях древесных
растений произрастающих на территории г.Кокшетау ……….…23
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………….…26
Литературный обзор ………………………………………………….27
3
Введение
Тяжелые металлы (Си, Ni, Со, Pb, Sn, Zn, Cd, Bi, Sb, Hg) относятся к
химическим
элементам,
присутствующим
в
организмах
в
низких
концентрациях (обычно тысячные доли процента). Химические элементы,
которые, входя в состав организмов растений, животных и человека,
принимают участие в процессах обмена веществ и обладают выраженной
биологической ролью, получили название биогенных элементов. К числу
биоэлементов относятся: азот, водород, железо, йод, калий, кальций,
кислород, кобальт, кремний, магний, марганец, медь, молибден, натрий, сера,
стронций, углерод, фосфор, фтор, хлор, цинк /1,2/.
Основную массу живого вещества (99,4%) составляют так называемые
макроэлементы: О, С, Н, Са, N, К, Р, Mg, S, CI, Na. К числу микроэлементов,
содержание
которых
в
организме
исчисляется
тысячными
и
даже
триллионными долями процента, относятся: железо, кобальт, марганец, медь,
молибден, цинк, кадмий, фтор, йод, селен, стронций, бериллий, литий и др.
Микроэлементам, несмотря на их малое количественное содержание в
организмах, принадлежит значительная биологическая роль. Помимо общего
благоприятного влияния на процессы роста и развития, установлено
специфическое
воздействие
ряда
микроэлементов
на
важнейшие
физиологические процессы - например, фотосинтез у растений. Связь между
ролью элемента в живом организме и положением его в периодической
системе хорошо прослежена для многих микроэлементов, однако далеко еще
не все стороны этой зависимости изучены в достаточной степени. Обратимся
теперь к сущности влияния микроэлементов на живой организм. Наиболее
характерна высокая биологическая активность микроэлементов, т. е.
способность чрезвычайно малых доз их оказывать сильное действие.
Мощное воздействие микроэлементов на физиологические процессы и
организмах объясняется тем, что они вступают в теснейшую связь с
биологически
активными
органическими
веществами
—
гормонами,
4
витаминами. Изучена также их связь со многими белками и ферментами.
Именно указанными взаимоотношениями и определяются основные пути
вовлечения микроэлементов в биологические процессы.
Как известно, многие металлы, преимущественно микроэлементы, в
растворах обладают ярко выраженным каталитическим действием, т. е.
способны в значительной степени, в сотни тысяч и миллионы раз, ускорять
течение химических реакций.
Актуальность темы: Данная работа посвящена изучению содержания
тяжелых металлов в растениях городских ландшафтов и их воздействию на
состояние растительного организма. Растительный покров городов находится
под воздействием огромного числа поллютантов, среди которых особое
место занимают тяжелые металлы. Содержащие тяжелые металлы частицы,
попадая из воздуха на листья растений, частично удерживаются на них в
виде поверхностного отложения. При этом большая часть отложений
удаляется осадками и ветром, остальное прочно абсорбируется на листовой
кутикуле (поверхностное поглощение) и проникает через нее (прямое
поглощение).
Цели и задачи исследований:
Цель настоящей работы - дать биоиндикационную оценку загрязнения
окружающей
среды
и
пути
возможных
оптимизаций
техногенных
ландшафтов с помощью древесных растений.
Достижение поставленной цели потребовало решения ряда задач:
- Оценка относительного жизненного состояния насаждений, тополя
бальзамического и клена татарского, произрастающих в различных пунктах
г. Кокшетау.
- Изучить биометрические показатели листовых пластинок тополя
бальзамического и клена татарского в динамике.
- Анализ содержания тяжелых металлов (свинец, цинк, кадмий, медь) в
листьях тополя бальзамического и клена татарского.
Научная новизна:
5
Научная
новизна
работы
заключается
в
сравнительной
оценке
относительного характера распределения техногенных элементов в разных
видах древесных растений г.Кокшетау. В изучении поглотительной и
аккумулирующей способности различных видов древесных растений.
6
1 Техногенное воздействие тяжелых металлов
1.1 Техногенное воздействие на природу
В
настоящее
время
загрязнения
окружающей
среды
отходами,
выбросами, сточными водами всех видов промышленного производства,
сельского
хозяйства,
коммунального
хозяйства
городов
приобрели
глобальный характер, что поставило человечество на грань экологической
катастрофы.
Источники загрязняющих веществ разнообразны, также многочисленны
виды отходов и характер их воздействия на компоненты биосферы. Биосфера
загрязняется твердыми отходами, газовыми выбросами и сточными водами
металлургических,
заводов.
металлообрабатывающих
Огромный
вред
наносят
водным
и
машиностроительных
ресурсам
сточные
воды
целлюлозно-бумажной, пищевой, деревообрабатывающей, нефтехимической
промышленности /15/.
Развитие автомобильного транспорта привело к загрязнению атмосферы
городов
и
транспортных
коммуникаций
токсичными
металлами
и
токсичными углеводородами, а постоянное возрастание масштабов морских
перевозок вызвало почти повсеместное загрязнение морей и океанов нефтью
и нефтепродуктами. Массовое применение минеральных удобрений и
химических средств защиты растений привело к появлению ядохимикатов в
атмосфере, почвах и природных водах, загрязнению биогенными элементами
водоемов и сельскохозяйственной продукции.
По статистическим данным в среднем за год на нашей планете
добывается около 100 млрд. т различных руд, горючих ископаемых,
строительных
материалов.
При
этом
в
результате
хозяйственной
деятельности человека в биосферу поступило более 200 млн. т С0 2, около 146
млн. т S02, 53 млн. т оксидов азота и других химических соединении.
Побочными продуктами деятельности промышленных предприятий явились
также 32 млрд. м3 неочищенных сточных вод и 250 млн. т пыли.
7
Влияние на природную среду химического, нефтехимического и
металлургического комплексов. Вторая половина XX в. характеризовалась
бурным развитием химической промышленности. В свое время успехи
развития химизации принесли несомненную пользу. В настоящее время
стали очевидны отрицательные последствия этого процесса.
Во-первых, с каждым годом увеличивается выброс химических
соединений в окружающую среду. По оценке ВОЗ, из более чем 6 млн.
известных химических соединений практически используется до 500 тыс.
соединений, из них около 40 тыс. обладают вредными для человека
свойствами, а 12 тыс. являются токсичными. Каждая люминесцентная лампа
содержит 150 мг ртути. Например, одна разбитая лампа загрязняет на уровне
ПДК 500 тыс. м воздуха.
Во-вторых, замена естественных материалов на синтетические приводит
к целому ряду непредвиденных последствий. В биохимические циклы
включается большой перечень синтетических соединений, несвойственных
для целинных природных сред. Например, если в водоем попадает мыло,
основой которого являются природные соединения — жиры, то вода
самоочищается. Если же в воду попадают синтетические моющие средства,
содержащие фосфаты, то это приводит к размножению сине-зеленых
водорослей и водоем погибает.
Причиной загрязнения являются, как правило, грубые нарушения
технологии добычи, переработай и системы распределения нефти и
нефтепродуктов, различные аварийные ситуации.
Общая масса нефтепродуктов, ежегодно попадающих в моря и океаны,
приблизительно оценивается в 5—10 млн. т. Нефтепродукты, попадая в воду,
наносят
серьезный
ущерб
живым
организмам.
При
концентрации
нефтепродуктов в водоеме 0,05—1,0 мг/л погибает планктон, а концентрация
10— 15 мг/л смертельно опасна для взрослых особей рыб /1/.
8
1.2 Токсикологические свойства тяжелых металлов
1.2.1 Токсикологические свойства кадмия
Кадмий получает свои токсикологические свойства по химическому
подобию к цинку - необходимое микропитательное вещество для растений,
животных и людей. У людей, долговременное воздействие связано с
дисфункцией почек. Сильное воздействие может вести к препятствующей
болезни легкого и связано с раком легкого. Кадмий может также приводить к
дефектам кости у людей и животных. Кроме того, с металлом может быть
связано увеличение давления крови. Среднее ежедневное потребление для
людей оценено как 0.15 мг из воздуха и 1 мг из воды. Курение пачки 20
сигарет может вести к ингаляции вокруг 2-4 мг кадмия. Кадмий неизбежный побочный продукт при очистке цинка, так как эти металлы
естественно образуются в пределах сырой руды.
Кадмиевые покрытия обеспечивают хорошее сопротивление коррозии,
особенно в окружающих средах высокого давления типа морских и
космических, где требуются высокая безопасность или надежность. Другие
использования кадмия - как пигменты, стабилизаторы для PVC, в сплавах и
электронных составах. В общем, для некурящего населении главный путь
воздействия - через продовольствие, в результате попадания кадмия в
сельскохозяйственную почву из различных источников и сродства с
зерновыми культурами. Дополнительное воздействие на людей кадмия
возникает через окружающий воздух и питьевую воду /21/.
1.2.2 Токсикологические свойства меди
Медь - необходимое вещество для человеческой жизни, но в высоких
дозах может причинять анемии, повреждение печени и почек, желудка и
кишечное раздражение. Люди с болезнью Вилсона - испытывают большой
риск для здоровья от действия меди. Медь обычно появляется в питьевой
воде от медных труб. Высокие уровни воздействия могут заканчиваться у
людей отравляющими биохимическими эффектами, которые в свою очередь
9
причиняют проблемы в синтезе гемоглобина, эффекты на почки и
репродуктивную систему, и острое или хроническое повреждение нервной
системы.
1.2.3 Токсикологические свойства свинца
Свинец в окружающей среде является продуктом антропогенных
источников. В общем, главный путь воздействия на взрослое некурящее
население - от продуктов питания и воды. Продовольствие, воздух, вода и
почва - главные потенциальные пути воздействия на младенцев и маленьких
детей. Для младенцев возрастом до 4 или 5 месяцев воздух, молоко и вода существенные источники.
Свинец - относится к наиболее перерабатываемым цветным металлам,
поэтому выросло его устойчивое вторичное производство несмотря на
снижающиеся ведущие цены. Его физические и химические свойства
применяются в производстве, строительстве и химических отраслях
промышленности. Его легко сформировать, так как он покорный и
податливый. Имеются восемь широких категорий использования: батареи,
бензин (больше позволенный в ЕС), сплавы, пигменты и составы,
вкладывание в ножны кабеля, патроны и боеприпасы /25/.
1.3 Устойчивость растений к тяжелым металлам
Одним из негативных результатов бурной индустриализации является
загрязнение среды обитания тяжелыми металлами, к которым относятся
химические элементы, имеющие плотность больше 5 г/смЗ. Среди
химических элементов тяжелые металлы наиболее токсичны, так как
оказывают отрицательное действие на растения и другие живые организмы
при концентрации, хотя в более низких концентрациях многие из них
являются микроэлементами, без которых нормальный рост и развитие
растения невозможны. Среди тяжелых металлов наибольшей токсичностью
обладают Со, Ni, Си, Zn, Sn, As, Те, Rb, Ag, Cd, Hg, Pb, Sb, Bi и Pt. Их
10
токсичность зависит от валентности и ионного радиуса металла, его
способности к образованию комплексов, а также вида растения и почвенноклиматических условий произрастания.
Загрязнение среды некоторыми тяжелыми металлами происходит в
результате
сжигания
топлива,
деятельности
горнодобывающей
промышленности, сбрасывания сточных вод и внесения в почву удобрений.
Тяжелые металлы поступают в растение преимущественно через корневую
систему из почвы, в меньшей степени — через листья. Скорость поглощения
растением металлов зависит от рН почвенного раствора, содержания
органических веществ в почве и концентрации других ионов.
Основная
часть
высших
растений
повреждается
избыточным
содержанием тяжелых металлов. Однако многие растения способны
накапливать в основном в надземных органах большие количества тяжелых
металлов, многократно превышающие их концентрации в почве. Эти
растения так и называются растениями-аккумуляторами, которые в процессе
эволюции, произрастая на почвах геохимических аномалий, сформировали
конститутивные механизмы устойчивости к тяжелым металлам, что
позволяет им аккумулировать токсичные элементы в метаболически
инертных органах и органеллах или включать их в хелаты и тем самым
переводить в физиологически безопасные формы. Подобные виды растений
начинают активно использовать для разработки технологий биологической
очистки, загрязненных территорий /18/.
Помимо растений-аккумуляторов существуют растения-индикаторы и
растения - исключатели. У растений-индикаторов содержание металла в
клетках соответствует его содержанию в почве. В побегах растений исключателей поддерживается низкая концентрация металлов, несмотря на
высокую концентрацию в окружающей среде. В этом случае барьерную
функцию выполняет корень. Способность растения аккумулировать тяжелые
металлы в корнях или надземных органах иногда зависит от природы
химического элемента. Так, факультативный галофит хрустальная травка
11
аккумулирует ионы меди (до 2 г/г сухой массы) в листьях, а кадмий — в корнях (до 1,5 — 2,0 г/г сырой массы).
12
2 ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Характеристика объекта исследования и его географическое
положение
ЗАО «Юна»
Асфальтовый завод в г. Кокшетау Акмолинской области является
дочерним
предприятием
ЗАО
«ЮНА»,
располагается
в
северной
промышленной зоне г. Кокшетау по ул. Правды. Северная промзона
охватывает большую территорию на северной окраине г. Кокшетау.
Расстояние от границы предприятия до ближайшего жилья в юго-западном
направлении - 450 м. По другим направлениям более 1 км.
Предприятие выпускает асфальтобетонную смесь горячего и холодного
приготовления, а также чёрный щебень. Производительность установок ДС158 равна 40 т/ч, ДС-117-2К равна 25 т/ч. Площадь земельного участка 2,6247 га. При работе выбрасывается:
- мазутная смола
- диоксид азота
- сернистый ангидрид
- окись углерода
- шамот
Источниками
выделяющими
(по
весу)
наибольшее
количество
загрязнения являются склады минерального сырья - песок и щебень.
Наибольший выброс вещества «шамот» происходит при проведении
разгрузочно-погрузочных работ и формировании открытых складов песка и
щебня. Разгрузка происходит из самосвалов при доставке минерального
сырья на склады. Загрязняющие вещества выделяются также при заполнении
ёмкостей
мазутом.
вентиляционную
Загрязнения
трубу,
так
выделяются
называемые
в
«малые
атмосферу
дыхания».
загрязнений: углеводороды предельные С12-С19, сероводород.
ТОО «Гормолзавод».
через
Состав
13
Расположен в г.Кокшетау, Акмолинская область, район Мясокомбината.
На предприятии изготавливаются следующая продукция: масло сливочное,
сыр колбасный, плавленые сырки, молоко, кефир, творог, сметана.
Производственный участок отапливается собственной котельной на твёрдом
топливе паровыми котлами Е 1/9.
Процесс сжигания угля сопровождается выделением следующих
ингридиентов: взвешенные вещества, сернистые ангидрид, диоксид серы,
диоксид азота, оксид азота. Уголь на склад завозится автомобильным
транспортом. Выбросы взвешенных веществ происходит при разгрузки,
загрузке угля в расходный бункер. Склад угля размещается на огороженной
площадке у стены котельной с восточной стороны. Зола хранится на
открытом складе. Золошлакоудалениие ручное.
Столярный цех. Для изготовления деревянных изделий установлены
станки. Выбросы вредных веществ производится в виде древесной пыли.
Механические
мастерские.
При
работе
заточных,
сверлильных,
токарных станков в механических мастерских в атмосферу происходит
выброс пыли абразивной и аэрозоли эмульсола.
Коптильня. В коптильне установлен котлоагрегат, в качестве топлива
используют древесину. В процессе работы в атмосферу с дымовым газом
происходит выброс следующих загрязняющих веществ: твёрдые частицы,
окислы азота, окись углерода. Для производства сварочных работ
оборудованы 4 сварочных поста и 1 газосварочный пост, при работе которых
в атмосферу выделяется сварочный аэрозоль, марганец и его окислы,
фтористый водород и двуокись азота.
Пекарня. В процессе работы пекарня в атмосферу выделяются: мучная
пыль, этиловый спирт, молочная и метановая кислоты.
Вафельный
цех.
В
цеху
установлена
печь
обжига
вафельных
стаканчиков. При работе печи в атмосферу выделяются окислы азота, окислы
углерода. На подпитку системы компрессоров используются аммиак в
количестве 300 кг/год.
14
Аккумуляторный цех. Во время зарядки кислотных аккумуляторов в
воздушный бассейн выделяется серная кислота. Выброс вредных веществ в
атмосферу по предприятию составляет 65,11 т/год. Количество источников
загрязнения - 20, из них неорганизованных - 15.
ОАО «Сары - Арка».
Расположено в Акмолинской области, г. Кокшетау, в районе нового
мясокомбината. Основной производительной деятельностью предприятия
является переработка молока и изготовление молочных продуктов.
Для отопления производственных помещений и переработки продукции
установлена котельная, в которой установлены паровые котлы, работающие
на твёрдом топливе. В качестве топлива используется уголь Майкубинского
бассейна, в количестве 900 т/год. При сжигании угля в атмосферу
выделяются: диоксид и оксид азота, оксид углерода, диоксид серы и
взвешенные вещества. Разгрузка и хранение угля осуществляется на
открытой площадке. Зола и шлак, в количестве 223,459 т/год, на территории
не хранятся, весной вывозится на городскую свалку.
По категории опасности в зависимости от массы и видового состава
выбрасываемых веществ, предприятие относится к 4 категории опасности.
Валовый выброс загрязняющих веществ составляет 50,442 т/год. Всего
источников выброса загрязняющих веществ в атмосферу - 7, в том числе 5
неорганизованных. Лимитированный выброс - 335,717 условных т/год. На
балансе предприятия числится 4 единицы автотранспорта.
ГКП «Кокшетау Су Арнасы» (Горводоканал).
Предприятие имеет 3 промплощадки. Промплощадка №1 расположена
по улице Валиханова 175а. При работе предприятия в атмосферу выделяется
14 загрязняющих веществ и 4 группы суммации, которые отводятся через 9
организованных и 13 неорганизованных источников загрязнения. Валовый
выброс вредных веществ составляет 140,65 т/год, в том числе от
автомобильного транспорта 87,97 т/год. Предприятие относится к 4
15
категории опасности. Постов наблюдения за загрязнением атмосферного
воздуха на территории предприятия нет.
Площадка
№1.
металлообрабатывающие
В
ремонтной
станки,
мастерской
оборудование
установлены
станка,
оборудование
аспирационной системой. Эти цеха относятся к организованным источникам.
При работе выделяются в атмосферу - эмульсол, динас. К организованным
источникам также относится сварочный пост. Выделяемые вредные вещества
— марганец и его соединения, диоксид азота, гидрофторид, взвешенные
вещества. В аккумуляторном цехе при заправке аккумуляторов происходит
выброс серной кислоты.
К
неорганизованному
источнику
загрязнения
относится
цех
вулканизации. Выбрасываемые им вещества: оксид углерода, сернистый
ангидрид, 1,3-бутадиен, изопрен. Дизельное топливо и масло минеральное
для технологических нужд на предприятии хранится в специальных
емкостях. При заполнении емкости, сливе из нее, а также в результате
естественной убыли при хранении в атмосферу выделяются углеводороды.
Промплощадка №2 Основным источником загрязнения является
котельная. Выделяемые вредные вещества: диоксид азота, сернистый
ангидрид, окись углерода, взвешенные вещества. К неорганизованным
источникам относится склад хранения угля и шлака. Выделяемые вредные
вещества - взвешенные вещества. Для обработки металлов и их сплавов
используются сверлильный и заточный станки.
Промплощадка
№3.
Единственным
организованным
источником
загрязнения является котельная. В качестве топлива используется уголь,
среднегодовой расход которого 540 т/год. Выделяемые вредные вещества диоксид азота, сернистый ангидрид, окись углерода, взвешенные вещества.
В качестве вспомогательных материалов при производстве питьевой
воды используют химические реагенты - коагулянт, хлор жидкий и хлорная
кислота.
ТОО «Механизация»
16
Расположено в Северной Промзоне, Мехколонна 40. Основным
профилем предприятия является строительство автомобильных дорог.
Постов наблюдения за загрязнением атмосферы нет.
Теплоснабжение предприятия предусмотрено собственной котельной. В
котельной установлен водонагревательный котлоагрегат, который работает
на угле. Источником загрязнения атмосферы служит дымовая труба. При
работе котельной в атмосферу выбрасываются – окись углерода, взвешенные
вещества. Для хранения угля и золы на предприятии имеется закрытый склад
угля и золы. Вредные вещества - пыль неорганическая, двуокись кремния.
Для ремонтных работ установлены 2 токарных станка, заточный станок,
сверлильный станок. Вредные вещества - взвешенные вещества, пыль
абразивная и эмульсол.
РК-2
Котельные
РК-1
расположенной
в
и
РК-2
размещаются
северо-восточном
районе
на
одной
города
площадке,
Кокшетау,
в
промышленной зоне. Котельные являются источником теплоснабжения
административных зданий и жилого сектора г.Кокшетау.
Источниками загрязнения почвы на проектируемом объекте могут быть
объекты хранения производственных и бытовых отходов. Кроме бытового
мусора к отходам относятся балласт и смет с твердых покрытий. Балласт
производится эпизодически при проведении строительных ремонтных работ.
Его количество определяется по факту, и он вывозится на городскую свалку
по
разовым
установках,
талонам.
вместе
расположенный
в
со
3,5
Зола
уноса,
шлаком
км.
от
уловленная
шлакоулавливающих
транспортируются
юго-восточной
золоотвал
площадь
РК-2,
котельной.
Вышеперечисленные отходы не являются токсичными и относятся 4-5
классам опасности.
ОАО «Хлеб»
17
Расположено по ул.50 лет ВЛКСМ 31. В состав входят; ОАО «Хлеб»
специализируется на производстве хлебобулочных, макаронных и мучнистых
кондитерских изделий.
По категориям опасности в зависимости от массы и видового состава,
выбрасываемых в атмосферу загрязняющих веществ, предприятие относится
к III категории опасности. На объектах предприятия есть 18 источников
выброса. Валовой выброс составляет 92,05 тонн. Вредными веществами
являются; мучная пыль, этиловый спирт, кислота молочная, метановая
кислота, сажа, взвешенные вещества, диоксид азота, диоксид серы, оксид
углерода, ванадий пятиокись, предельные углеводороды, нефтяной бензин,
аэрозоль свинца, диоксид марганца, эмульсол, серная кислота. От
производственной деятельности образуются бытовые отходы. По мере
накопления мусор вывозится в места согласованные с СЭС. Нарушенных
земель нет.
ТОО «Кокшетауминводы»
Адрес: пр. Абылай Хана, а/я 926, Северная Промзона, р-н РК 1..
Предприятие расположено на участке с ровным рельефом. Никаких
земельных инженерно-изыскательных работ не проводилось. Вредоносных
почв,
неблагоприятно
влияющих
на
сооружения
нет.
Имеется
железнодорожный тупик. Основным направлением в работе предприятия
является разведка и эксплуатация гидроминеральных ресурсов Акмолинской
области.
АО
«Кокшетауские
минеральные
воды»
занималось
добычей
минеральной воды месторождения «Кулагер - Арасан» и ее разливом на
предприятии АО «Тоник». Выпускаемая продукция славится высоким
качеством: неоднократно завоевывала медали на выставках в г. Москва,
г.Алматы.
ТОО «Хладокомбинат»
Расположен
в
районе
нового
мясокомбината.
Организованные
источники загрязнения поверхностных вод отсутствуют. Постов наблюдения
18
за загрязнением атмосферного воздуха, стационарных постов КазНИИМОСК
на территории предприятия нет. Основной деятельностью предприятия
является забой скота и переработка мяса. Учитываются выбросы при работе
бытовых котлоагрегатов, коптильни, складов угля и золы, станков в
механических мастерских и сварочных постов. В процессе деятельности в
атмосферу выделяются окислы азота, окись углерода, двуокись серы,
твердые частицы, сварочная аэрозоль. По категории опасности предприятие
относится к IV категории. От производственной деятельности предприятия
образуются отходы: шлак, ТБО складируются в контейнер с дальнейшим
вывозом на городскую свалку. Полигонов накопителей для захоронения
отходов на предприятии нет. Рекультивация земель не производилась.
2.2 Характеристика тополя бальзамического и клена татарского
ТОПОЛЬ БАЛЬЗАМИЧЕСКИЙ /Populus balsamiferal
Ботаническое название: Populus balsamifera
Синонимы: Balsam Poplar, Balm Of Gilead, Balm Poplar, Black Poplar,
Black Cottonwood, Hackmatack, Tacamahac, Balsam-Pappel (нем.) Семейство:
Ивовые (Salicaceae)
Описание: Дерево до 20 метров высотой (может достигать 30—35
метров) и диаметром до одного метра и более. Широко используется в
железнодорожных, автодорожных, лесных полосах, зеленом строительстве, в
полезащитных лесополосах на богаре и орошаемых землях. Крона обширная,
густо облиственна. Цветет и плодоносит ежегодно и обильно. Рост завершает
рано, зимостойкость высокая, побеги не подмерзают. Для применения в
зеленом строительстве необходимо использовать мужские особи, которые не
дают семян и "пуха".
В населенных пунктах, особенно в городах, тополь бальзамический,
кроме эстетической, играет и большую санитарно - гигиеническую роль в
улучшении
химического
состава
атмосферы,
поскольку
поглощает
значительное количество углекислоты. Образуя органическое вещество, он
19
задерживает и связывает ряд вредных примесей, пыль, жидкие и твердые
частицы аэрозолей и т. д. Тополь - одно из самых газоустойчивых растений,
поэтому он широко применяется в озеленении промышленных центров.
Аромат: Бальзамический, экзотический и чувственный, смолистый, свежий,
сладковатый, древесный
Область произрастания: произрастает от Лабрадора до Чукотки, от
Новой Англии до Северной Дакоты и в Скалистых горах. Он часто
встречается вдоль рек в прериях северо-запада Канады и является самым
крупным деревом американской Субарктики.
КЛЕН ТАТАРСКИЙ, или черноклён — Acer tataricum L. Высокий
кустарник или дерево до 8-12 м высотой с тёмно-серой или почти чёрной
корой (отсюда и название "черноклен"). Молодые побеги опушённые,
немного ребристые, с многочисленными светлыми чечевичками. Почки
яйцевидные или округлые, мелкие, до 2-3, редко до 4 мм длиной,
верхушечные чаще всего по 2 сидят на концах укороченных веточек. Чешуи
почек красновато-бурые, голые, с белыми ресничками по краю. Листовые
рубцы почти горизонтальные, часто рожковидные, с тремя следами,
соприкасаются
между собой.
Листовые
подушки
сильно
выдаются.
Сердцевина округлая, беловатая или буроватая; древесина с сероватым
оттенком.
Листья цельные, нелопастные, продолговато-яйцевидные, по краю
двоякопильчатые, длиной 6-10 см, шириной 3-7 см, сверху темно-зеленые,
снизу более светлые, по жилкам волосистые, на волосистых черешках,
равных или короче пластинки
Цветки в густых овально-щитковидных вертикальностоящих метелках с
волосистыми,
усаженными
железками
осями
и
цветоножками,
с
желтоватыми чашелистиками, белыми лепестками и 8 тычинками. Завязь
опушенная. Цветение в конце мая.
Плод — двукрылатка, крылья расширены на концах и расходятся под
острым, реже почти прямым углом , плоды краснеют в июне-июле, к осени
20
буреют. Плоды созревают в сентябре, но остаются висеть на ветках до
морозов.
Распространен от южной части Средней Европы до Балкан, Малой Азии,
Кавказа, Ирана. В России встречается в лесостепной и степной зонах, от
Курской и Тамбовской областей до Самарской и Саратовской, а также на
Северном Кавказе. Растет в подлеске широколиственных лесов, особенно по
опушкам, придавая им живописный вид; встречается среди степей по
склонам балок и оврагов. Размножается семенами и вегетативно (порослью и
отводками). Теневынослив, засухоустойчив, переносит засоление почвы, но
предпочитает плодородные почвы.
Хозяйственное значение. Клен татарский — хорошее почвозащитное
растение, применяется в придорожных и полезащитных лесных посадках.
Часто используется при озеленении городов, в том числе и далеко за
пределами естественного ареала (в Вологде, Перми, Петербурге и др.).
Ценится за декоративность крон, яркую окраску крылаток и разнообразную
осеннюю окраску листьев — от зеленой и желтой до красной и оранжевой.
Древесину используют для мелких поделок. Из коры получают краски.
2.3 Методика выполнения измерений массовых концентраций кадмия,
свинца, меди и цинка методом инверсионной вольтамперометрии.
Подготовку
проб
(размельчение,
квартование,
высушивание,
просеивание) и хранение подготовленной для испытания пробы проводили
по следующим НД: ГОСТ 25995-88. Методы определения меди; ГОСТ 2799688. Методы определения цинка; ГОСТ 27998-88. Методы определения
железа.
Среднюю пробу листьев измельчали на отрезки длиной 1-3 см; Методом
квартования
выделяли
часть
средней
пробы,
масса
которой
после
высушивания должна быть не менее 100 г . Высушивали пробы в сушильном
шкафу при температуре 60-65°С до воздушно-сухого состояния. После
высушивания
воздушно-сухую
пробу
размалывали
на
лабораторной
21
мельнице и просеивали через сито. Остаток на сите измельчали ножницами
или в ступке, добавляли к просеянной части и тщательно перемешивали.
Подготовленную
для
измерения
пробу
хранили
в
стеклянной
или
пластмассовой банке с крышкой в сухом месте.
ПОДГОТОВКА ПРОБ к анализу. Подготовка анализируемых проб
листьев для анализа на содержание цинка, кадмия, свинца и меди
проводились следующим образом: пробы предварительно гомогенизировали.
В кварцевый стаканчик или фарфоровый тигель объемом 20,0 см 3,
предварительно проверенный на чистоту по п. 10.1, помещали навеску 0,10,5г анализируемой пробы. Сухую навеску сжигали на электроплитке при
температуре 250 - 300°С до прекращения выделения дымов. Добавляли 1см3
перегнанной азотной кислоты (концентрация кислоты должна быть не менее
9 моль/дм ) и 0,5 см 30%-ого раствора пероксида водорода и осторожно
выпаривали на электроплитке при температуре 200 - 250.°С до прекращения
выделения дымов, не допуская разбрызгивания. Затем стаканчик помещали в
муфельную печь при температуре 450.°С и выдерживали 30 минут, после
чего стаканчик вынимали. Повторяли обработку пробы азотной кислотой с
добавлением пероксида водорода по указанной схеме до получения
однородной золы без угольных включений (белого, серого или рыжеватого
цвета). Стаканчик охлаждали до комнатной температуры.
Осадок растворили в 1 -2 см3 концентрированной соляной кислоты при
слабом нагревании на электроплитке и выпарили раствор почти досуха (не
прокаливая осадок). Затем осадок растворили в 10см обессоленной воды
(отобрать мерной пипеткой), перемешивали раствор стеклянной палочкой.
Если образуется нерастворимый осадок, дали ему осесть на дно. Для анализа
использовали прозрачный раствор над осадком
Измерили индикаторной бумагой рН полученного минерализата:
значение рН должно быть не меньше 3. В противном случае повторяли
процедуру выпаривания и растворения осадка в 10 см" обессоленной воды
/16/.
22
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1 Анализ биометрических показателей листьев древесных растений
произрастающих на территории г.Кокшетау
Одним из перспективных методов оценки состояния городской среды
является биоиндикация. Биометрические показатели растений являются
биоиндикационными и по ним можно судить о загрязнении окружающей
среды. В практике объектом биоиндикационных исследований успешно
служат листья тополя и клена, в связи с этим нами были отобраны листья
растений этих двух видов. Отбор проб производили с растений достигших
13-15 лет, на высоте 1 – 1,5 метра в мае и сентябре месяцах (рисунок 1).
1
- Контроль, 2 – гормолзавод, 3 – мясокомбинат. 4 – хладокомбинат, 5 –
хлебокомбинат. 6 – ТОО Юна, 7 – ТОО Механизация, 8 – РК – 2, 9 –
Кокшетауминводы, 10 – горводоканал, 11 – Сара-Арка
Рисунок 1 – сырая биомасса одного листа тополя в зависимости от места
произрастания
Наибольшая биомасса сырого листа тополя была выявлена на
территории городского парка (контроль). Вероятно, это связано с низкой
степенью загрязнения окружающей среды, также в пробах листьев не было
23
обнаружено тяжелых металлов. В связи с этим данная точка отбора была
принята нами за контрольную.
Наименьшая биомасса сырого листа наблюдалась на территории РК, и
ТОО Механизация. Во всех исследуемых пробах биомасса листьев тополя
была меньше чем в контроле. Это свидетельствует об антропогенной
нагрузке оказываемых изучаемыми предприятиями на растения. Изучение
биомассы кленовых листьев показало аналогичные результаты (рисунок 2).
1- Контроль, 2 – гормолзавод, 3 – мясокомбинат. 4 – хладокомбинат, 5 –
хлебокомбинат. 6 – ТОО Юна, 7 – ТОО Механизация, 8 – РК – 2, 9 –
Кокшетауминводы, 10 – горводоканал, 11 – Сара-Арка
Рисунок 2 – сырая биомасса одного листа клена в зависимости от места
произрастания
Показатели длины, ширины и площади листьев тополя и клена были
самыми низкими у растений произрастающих на территории мясокомбината,
гормолзавода и горводоканала. При этом размеры листьев клена варьировали
незначительно, по сравнению с листьями тополя.
24
3.2 Анализ содержания тяжелых металлов в листьях древесных растений
произрастающих на территории г.Кокшетау
В связи с выявленными изменениями биометрических параметров
листьев
клена
и
тополя
представляло
интерес
изучение
металлоаккумулирующей способности растений.
Содержание тяжелых металлов было изучено в пробах отобранных на
территории хладокомбината, мясокомбината и гормолзавода, в связи с
низкими показателями биометрических параметров.
Содержание свинца в мае месяце в листьях тополя превышало ПДК от 410 раз (рисунок 3) Цинк, медь и кадмий не обнаружены. Содержание ТМ в
листьях клена в мае месяце были аналогичны (рисунок 4). Превышение ПДК
по свинцу составило 6-9 раз, другие ТМ не обнаружены.
Рисунок 3 – содержание свинца листьях тополя в мае месяце в зависимости
от места произрастания
25
Рисунок 4 – содержание свинца листьях клена в мае месяце в зависимости от
места произрастания
Повторные пробы были отобраны в сентябре месяце, в конце
вегетационного периода. Согласно исследованиям, проведенным А.Б.
Дергуновой /5/ загрязнение окружающей среды ТМ в большинстве случаев
приводит к повышенному их накоплению к концу вегетации. Опираясь на
собственные экспериментальные данные, мы видим что разные виды
растений имеют свою специфику, определяющую максимальный уровень
того или иного металла.
При анализе растений в сентябре месяце в составе листьев были
выявлены 4 изученных металла. Содержание свинца в листьях тополя и клена
превышало ПДК в 5 раз на территории гормолзавода, на других точках
отбора проб количество металла не превысило ПДК. В листьях также
обнаружены кадмий, цинк и медь но в количествах не превышающих ПДК.
Таким образом, содержание свинца в мае месяце в листьях тополя
бальзамического и клена татарского было повышенным в 4 – 10 раз, а цинк,
кадмий и медь не обнаружены. В сентябре месяце количество свинца в
листьях снижено, превышение наблюдалось только в районе гормолзавода
(рисунок 5). Но также обнаружены и другие металлы.
26
Рисунок 5 – содержание свинца листьях тополя и клена в сентябре месяце в
зависимости от места произрастания
Полученные данные свидетельствуют о том, что весной свинец лучше
проникает в листья растений, это связано с активностью процессов
метаболизма, а также с клейким смолистым покрытием, к которой прилипает
свинец-содержащая пыль. Ближе к осени из-за обильных осадков и сильных
ветров металлы смываются или сдуваются с оверхности листьев. Также в
конце вегетационного периода в растении включаются адаптационные
механизмы, которые могут транспортировать и откладывать металлы в более
безопасных для растения органах (корнях, стеблях).
27
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На основании полученных данных мы пришли к следующим выводам:
• Биометрические параметры листьев тополя и клена в июне и сентябре
месяцах были максимальными в районе городского парка. В районе
хладокомбината, мясокомбината, гормолзавода в результате повышенной
техногенной нагрузки длина, ширина и в целом площадь листьев как клена,
так и тополя были наименьшими.
• Наибольшие показатели биомассы листьев тополя и клена были
выявлены на территории городского парка. В районе РК-2, ТОО
«Механизация» показатели биомассы листьев тополя и клена оказались
наименьшими.
• Содержание свинца в июне месяце в листьях тополя превышало
допустимую концентрацию от 4-10 раз. В листьях клена количество РЬ
превышало ПДК от 6 - 9 раз.
При лабораторных исследованиях листьев растений в июне кадмий,
цинк и медь не обнаружены. В сентябре содержание кадмия, цинка, меди не
превышало ПДК.
Проведенные исследования в июне показали, что содержание свинца в
листьях растений превышало ПДК. А исследования, проведенные в сентябре
показали обратное. Наблюдается резкое уменьшение концентрации свинца в
листьях, содержание свинца не превышало допустимую концентрацию.
28
Литература
1) О.К. Добролюбский «Микроэлементы и жизнь» Москва 1956.
2) А.А. Дробков «Микроэлементы и естественные радиоактивные элементы
в жизни растений и животных» Москва 1958.
3) Я.В. Пейве «Микроэлементы в сельском хозяйстве нечерноземной полосы
СССР» Москва 1954.
4) Я.В. Пейве «Микроэлементы и ферменты» Москва 1960.
5) В.Стайлс «Микроэлементы в жизни растений и животных» Москва 1949
6) М.Я. Школьник, Н.А.Макарова «Микроэлементы в сельском хозяйстве»
Москва 1957.
7) М.Я. Школьник «Значение микроэлементов в жизни растении и в
земледелии». СССР, 1950.
8) В.В.Добровольский «Основы Биогеохимии» Москва 2003 г. с 226-375, 80
9) А.С.Орлов, О.С Безуглова «Биогеохимия» Ростов на Дону 2000 г. с 248
Москва
10) Э.Ф.Шабельская «Физиология растений» Минск 1987 г. с 309-311.
11) В.В Кузнецов, Т.А Дмитриева «Физиология растений» Москва 2005 г. с
698-707.
12) Арустамов «Природопользование» Москва 2003 г. с 62-69.
13) Межгосударственный стандарт ГОСТ 26930-86