Дипломная работа: Співвідношення особливостей накопичення важких металів в овочах та фруктах в умовах великого міста
Важливим метеорологічним чинником, що визначає екологічний стан території Ленінського району є напрямок та швидкість вітру. При південному вітрі є високою ймовірність перенесення на територію району найбільш стійких речовин викидів Зміївської ДРЕС, при західному ТЕЦ-5, при східному – більшості промислових підприємств м. Харкова. З цієї точки зору, найбільш сприятливими є вітри південно-західного та північно-західного румбів. Але фактично в межах району переважають вітри східного та південно-східного напрямків (26%), хоча значна також частка і вітрів південно-західно і північно-західного напрямків (22%) (рис.1.4).
Протягом року картина має свої відмінності. Так, взимку та навесні переважають вітри східні та південно-східні, влітку північні та північно-західні, а восени відбуваються поступовий перехід від переважання вітрів одних напрямів до вітрів інших: в вересні переважають північно-західні вітри (14%), в жовтні – однаково часто дмуть північно-західні та східні, в листопаді – східні (22%) та південно-східні (17%).
Рисунок 1.4 – Роза вітрів Ленінського району [13].
Швидкість вітру також залежить від пори року. Найбільша вона взимку (середні значення 5,6 – 5,8 м/с), найменша – влітку (середні значення 3,6 – 3,7 м/с). Влітку та на початку осені також найвища повторюваність штилів (18% в липні, 20% в серпні, 21% в вересні), а найменша – взимку (8%). Як відомо, від швидкості вітру залежить інтенсивність розсіювання викидів в приземному шарі атмосфери. За незначної швидкості (менше 2 м/с) концентрація шкідливих домішок підвищується.
Також дуже істотним метеорологічним чинником є кількість та режим опадів. Опади в будь-якій формі сприяють очищенню атмосфери від домішок, в той час як і призводять до забруднення ґрунтів та поверхневих вод та підсилення ерозійних процесів. За рік в Ленінському районі в середньому випадає 528 мм опадів. Дещо менше опадів спостерігається за межами міста. Річна кількість опадів досить суттєво варіює від 331 мм (в 1920 р.) до 744 мм (в1919 р.).
Протягом року опади розподіляються нерівномірно, найбільша їх кількість спостерігається в теплу пору року (квітень – жовтень) – 348 мм, що становить 66%, а найменша – в холодну (листопад – березень). Влітку переважають опади в зливовій формі, що підсилює ерозійні процеси, в умовах міста призводить до істотного поверхневого стоку та замулення річок. Взимку опади здебільшого відбуваються в твердій формі, що сприяє їх накопиченню у вигляді сезонного снігового покриву, який є тимчасовим депонуючим середовищем для багатьох полютантів.
В цілому метеорологічні умови Ленінського району м. Харкова можна вважати досить сприятливими, оскільки досить частими є погодні явища, що сприяють перемішуванню повітря та перешкоджають утворенню високих концентрацій забруднювачів (опади, вітри). Однак періодично, під час штилів та несприятливих вітрів екологічний стан повітря може погіршуватись.
1.4 Екологічні дослідження ґрунтів Ленінського району, що знаходяться під впливом забруднення
За ґрунтово-географічним районуванням досліджувана територія Ленінського району належить до лісостепового ґрунтового району. За природних умов в межах даного району мали б зустрічатись дерново-підзолисті, темно-сірі лісові й сірі лісові ґрунти в піднятій частині району та алювіально-лучні та чорноземно-лучні в низинній.
Проте такі ґрунти в межах району майже ніде не зустрічаються. Вважаючи, що ґрунтовий покрив району зазнає інтенсивного антропогенного впливу протягом останніх 350 років, це суттєво змінило цей компонент ландшафту. Перетворення природних ґрунтів Ленінського району почалось з осушування великих площ заболочених земель для потреб спорудження Південної залізниці та вокзалу. Після того на прилеглих територіях сформувалася перша в місті промислова зона, а потім і житлова зона. Спорудження всіх цих будівель (особливо засипування непроточних водойм та прокладання залізниці) вимагало великого обсягу земляних робіт. Ґрунт знімався з одних територій і насипався на інші. Таким чином відбувалося формування так званого культурного шару. В культурному шарі Ленінського району є найрізноманітніші матеріали: будівельне сміття (каміння, бита цегла, черепиця тощо), предмети побутового вжитку (скло, глиняні черепки, пластикові вироби) тощо. Культурний шар є настільки специфічним утворенням, що його вивчення у відриві від історичних та археологічних досліджень практично не можливо. За утворенням культурні шари поділяються на насипні та штучно змінені.
Потужність культурного шару в межах району може сягати подекуди 5 м, проте є місця, зокрема на заході (Залютине, Сортування), де в рослинних насадженнях та приватних дворах ґрунтовий покрив зазнав не таких кардинальних змін.
За класифікацією антропогенно-перетворених ґрунтів (Строганова М. Н. Та інш., 1996), серед міських ґрунтів, що зустрічаються на території Ленінського району, можна окремо виділити ацефалоземи та стратоземи. Це генетично пов’язані типи ґрунтів, утворюються при плануванні території, будівництві, прокладанні підземних та наземних комунікацій. Процес їх утворення полягає знятті верхнього шару ґрунту з одних ділянок та перенесення його на інші, насипання шаром. Такі ґрунти дуже поширені вздовж залізниці, магістральних вулиць (Полтавський Шлях, Котлова, Кузінський міст, Довгалівська тощо). Одночасно з утворенням ацефалоземів та стратоземів утворюються поховані (викопні) ґрунти. За думкою Н.Л. Ричак, дослідження викопних ґрунтів дозволяє вивчити динаміку забруднення та самоочищення ґрунту в минулому.
Грунти в межах Ленінського району мають певні властивості в залежності від функціонального зонування території. Найголовнішою змінною ознакою тут є вміст органічної речовини. Так, в зонах житлової забудови (найширша смуга району між східною та західною промисловими зонами) вміст органічного вуглецю коливається від 3 до 11%. Ці значення близькі до природних. Проте в місцях недавньої (80-90-і роки) забудови (житловий район навколо станції метро Холодна гора та просп. Слави на Залютиному) через легкий механічний склад (з переважанням піску) вміст гумусу дещо менше. Ще меншим він є в межах промислових підприємств, де він може опускатись до 0,28%.
Аналіз стану ґрунтового покриву Ленінського району вказує на розвиток таких деградаційних процесів: переущільнення, підлуження, вторинного підтоплення в межах колишньої заплави, водної ерозії, переважно площинного змиву і процесів яроутворення.
2. СТАН ВИВЧЕННЯ ПРОБЛЕМИ
2.1 Загальні питання: опис особливостей вовчих ягід та яблук
Зацікавленість екологічною якістю продуктів харчування рослинного походження, яка останнім часом охопила не лише усю Україну, а й країни зарубіжжя, викликана значним перевищенням у продуктах харчування вмісту токсичних хімічних елементів в порівнянні з нормативами якості. Стрімкий «металевий процес» у біосфері, що виник в результаті інтенсивного розвитку промислового виробництва, збільшення щільності автотранспорту, призвів до забруднення важкими металами ґрунтового покриву, атмосферного повітря, водних середовищ. За своїми властивостями ВМ у цих середовищах здатні акумулюватися або мігрувати до об’єктів біоти, в залежності від кліматичних умов, рН середовища, фізико-хімічних властивостей середовища .
Дослідження з вивчення вмісту та поведінки ВМ у ґрунтах були розгорнені у 50-60 рр. та у 70-х роках були доступні широкому загалу [19], на той час ці елементи мали назву «розсіяних елементів» (за В.І. Вернадським) або «мікроелементів» (за О.П. Виноградовим). А вже наприкінці 70-80 рр. проблема мікроелементів стала переростати у проблему хімічного забруднення, що останнім часом привертає все більшої уваги. Саме з цього часу з’явився термін «важкі метали» для елементів - пріоритетних забруднювачів, спільними рисами яких є те, що вони проявляють властивості металів і мають щільність більше 5 г/см3, а відносну атомну масу 50 [19].
Уявлення про обов’язкову токсичність ВМ є не вірним, бо до цієї групи входять мідь, цинк, молібден, марганець, залізо, тобто елементи, які мають позитивне біологічне значення. Мікроелементи та ВМ – це поняття, що відносяться до одних і тих же елементів, але використовуються в різних значеннях, що характеризують перш за все їх концентрацію в ґрунті або рослинній продукції [19, 20]. Однак існує група металів, за якими закріпилось лише одне негативне поняття –«важкі» у розумінні «токсичні». Ця група включає ртуть, кадмій, свинець [21]. За загальним уявленням їх вважають найбільш небезпечними забруднювачами навколишнього середовища.
Оскільки рослинна продукція є незамінною у раціоні харчування людини, то разом з нею небезпечні хімічні речовини потрапляють до організму людини. Практично всі метали є загальнопротоплазматичними отрутами, які здатні утворювати комплексні сполуки з компонентами клітини, білками, амінокислотами [21]. Багато металів утворюють зв’язуються з сульфгідрильними групами, які відіграють важливу роль у перебігу багатьох фізіологічних та біохімічних процесів [22]. Важкі метали мають здатність накопичуватись у різних органах, бо дуже повільно виводяться з організму. Так, період біологічного напіврозпаду свинцю в організмі людини складає декілька років. У зв’язку з цим вживання рослинної продукції, навіть, вирощеної на слабко забруднених ґрунтах здатне викликати кумулятивний ефект [21, 23] і призвести до погіршення стану здоров’я людини.
Одним із основних джерел забруднення усіх компонентів довкілля, в тому числі рослинності, важкими металами є автотранспорт.
Зазвичай, процес згорання палива не добігає кінця і продукти неповного згорання, а також картерні гази і пари палива потрапляють у атмосферу [3, 24]. ККД двигунів внутрішнього згорання складає в середньому близько 23 % [29]. Автомобіль також забруднює повітря продуктами зношування шин, тормозних колодок і т. п. [25, 26]. В Україні – автотранспорт дає понад 30 – 40% усього забруднення атмосфери [27].
За різними даними у відпрацьованих газах автотранспорту міститься від 200 до 280 шкідливих елементів, в тому числі оксид вуглецю, вуглеводні, кислотовмісні альдегіди, сажа, оксиди азоту, сполуки свинцю, цинку, кадмію, сполуки сірки, поліциклічні ароматичні вуглеводні (ПАУ) та ін [28, 29].
Бензин, автомобільні мастила та шини вміщують Pb, Cd, Ni та Zn, що пояснює підвищений вміст цих елементів у пробах придорожньої рослинності [22]. Так, наприклад, один вантажний автомобіль середньої вантажопродуктивності виділяє 2,5 – 3,0 кг свинцю на рік [3]. За оцінками вчених, викиди автотранспорту дають близько 50% загального неорганічного свинцю, що потрапляє в організм людини [22, 29].
Таким чином, автотранспорт є джерелом великої кількості шкідливих речовин, які здатні впливати на здоров’я людини не лише прямо, а й опосередковано – через продукти харчування. Ця проблема характерна і для України вцілому, і для Харківського району, оскільки велика частина сільськогосподарських угідь та присадибних ділянок розміщені у безпосередній близькості від автомобільних доріг. Тому вивчення особливостей автотранспортного забруднення рослинної продукції є надзвичайно важливим завданням.
Дослідженнями американських вчених [Ward N. I., Reeves R. D., Brooks R. R., 1975 p.] було доведено адекватність забруднення прилеглих до автомагістралей ґрунтів металами, які містяться у викидах автотранспорту [19]. Вміст кадмію, нікелю, свинцю та цинку в ґрунтах та траві біля автомобільних трас є функцією відстані від лінії дорожнього руху та глибини профільного шару ґрунту [22].
Автотранспортом забруднюється відносно вузька смуга землі шириною 50 – 200 м з обох сторін дороги [2]. Вже за межами 150 м вплив автостради зазвичай стає незначним [19, 30]. За даними В.П. Кучерявого (2001), одержаним під час досліджень ґрунтів м. Львова, ґрунти та рослинність поблизу потужних транспортних комунікацій містять підвищені концентрації цинку, олова, міді, молібдену, кадмію [31]. На поверхні землі поблизу доріг з високою інтенсивністю руху концентрації металів можуть складати в середньому: кадмію – 1,67млн-1; міді– 64; марганцю – 330; цинку – 164; заліза – 10664млн-1 [2] Встановлено також, що 57-74 % свинцю та ртуті при антропогенному забрудненні закріплюється в шарі 0-10 см і тільки 3-8 % мігрують на глибину 30-40 см (Зирін М.Г.) [32].
Умови та сам процес міграції важких металів у природному середовищі та транслокація їх у рослинній продукції надзвичайно складний бо залежить від багатьох факторів: типу та віку рослин, умов росту рослин, хімічного характеру металу, наявності бар’єрів і т.д. [33].
Дослідженням особливостей міграції важких металів до рослин займалися L.J. Miles, G.R. Parker [34], Ю.В. Алексєєв [2], В.А. Ковда [20], Дуглас П. Орморд [22], А. Кабата – Пендиас, Х. Пендиас [30], В. Б. Ільїн [19], Т.Ю. Биндич [7], О.О. Галаган [35], А.І. Фатєєв [36], В.А. Єрмолаєва [37], та ін.
Відомо, що надходження важких металів у тканини рослин можливе в результаті аеральних емісій металовмісних аерозолів та надходження ВМ в тканини рослин із ґрунтового розчину через коріння [19, 22].
Зовнішнє забруднення рослин важкими металами, тобто надходження їх з повітря, може відбуватися шляхом проникнення аерозолів, що містять важкі метали до внутрішніх органів рослин [33]. Поверхня рослин забруднюється металовмісними аерозолями, і деякі елементи можуть абсорбуватися на них. За дослідженнями Дугласа П. Орморда забруднення рослинності Cd, Pb, Ni, Zn у промислових та приміських районах відбувається в основному за рахунок осадження цих елементів з атмосфери [22].
Деяка кількість аерозольних частинок може проникати до рослини через устячка листової поверхні [35]. Більшість аерозольних частинок промислового походження мають діаметр менше 1 мкм, а діаметр устячних отворів 5 – 30 мкм, тобто проникнення через них можливе. Мало відомий механізм включення хімічних елементів до розчину на поверхні листя. Деякі хімічні елементи у вигляді відносно нерозчинних окислів можуть абсорбуватися через поверхню листя у розчин [2]. Таким чином існує небезпека фолікулярного (через листову поверхню) поглинання важких металів з наступною їх транслокацією. Проте є й варіант змиву аерозолів з листя атмосферними опадами.
Досліди Кабата-Пендіас А., 1989 свідчать, що швидкість поглинання мікроелементів у тканинах рослин значною мірою залежить від природи хімічного елемента. Так, фолікулярне поглинання характерне для заліза, марганцю, цинку та міді, тоді як свинець змивається дощовою водою [34].
Також існує поняття вибірковості поглинання хімічних елементів рослинами з повітря [27]. Свинець залишається в основному як поверхневі відклади чи поверхневе аерозольне покриття на поверхні рослин, в той час як цинк та кадмій частково проникають до листка. Що стосується абсорбції та мобільності Mn, Fe, Cu, Mo, то вони займають проміжне положення і мобільність їх знижується у наведеному порядку [30].
Особливості надходження ВМ до рослинної продукції з викидами автотранспорту описано у роботах американського дослідника Дугласа П. Орморда, (1988). Зі збільшенням відстані від автотраси їх вміст Pb, Ni, Zn в зразках придорожньої рослинності знижується [27]. Зниження рівня Pb в рослинності апроксимується експоненційною функцією відстані. Оцінка цієї моделі дослідником Дугласом П. Ормордом була розширена до розвитку подвійної експоненційної функції для розподілу Pb. Перша експонента асоціювалася з великими за розміром частинками, які швидко осаджуються на відстані 5 м від шосе, а друга – з меншими частинками, які осаджуються повільніше на відстані до 100 м від шосе. Свинець, що міститься у цих менших частинках, може бути більш розчинним і у зв’язку з цим простіше потрапляє до рослин і погіршує їх якість. Крім того, є ще третя фракція, яка не осідає так швидко. Найбільш дрібні аерозолі Pb проходять великі відстані в загальних потоках повітря. Вважається, що значна частина Pb з вихлопних газів належить до цієї стійкої фракції.
Великого значення при зовнішньому забрудненні рослин набувають також кліматичні умови регіону та погодні умови вегетаційного періоду, оскільки від них залежать напрямки перенесення забруднюючих речовин, можливість змиву аерозолів з поверхні листка чи їх розчинення, стан устячок і т.д. [8]. Аналіз виборки дерев (листя, кора і осердя стовбура) показав, що напрямок переважаючого вітру впливає на розподіл викидів свинцю; на сторонах дерев, повернутих до шосе, рівень свинцю вище [22]. Швидкість вітру, а отже, концентрація частинок швидко зменшуються від краю пологу рослинності. Концентрації мікроелементів (у тому числі важких металів) звичайно є вищими на захищеній стороні дерев у порівнянні з незахищеною внаслідок більшого осадження аерозолів з повітря, що рухається повільно [Little P., Martin M. 1972].
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13
