Загрязнение окружающей среды и динамика показателей содержания тяжелых металлов в почвах (на примере Кемеровской области)

53. Pimentel, D. Update on the environmental and economic costs associated with alien-invasive species in the United States. [Текст] / D. Pimentel [и др.| // Ecological Economics.— 2005. Vol. 52,— P. 273-288.

54. Reddy, C.S. Catalogue of invasive alien flora of India |Текст| / C.S. Reddv // Life Science Journal.— 2008. № 5(2).- P. 84-89

55. Reichardt, S.H. Horticulture as a Pathway of Invasive Plant Introductions in the United States |Текст] / S.H. Reichardt, P. White // Bioscience.— 2001. Vol. 51, № 2,- P. 103-113.

56. Rosales, J. Economic Growth and Biodiversity Loss in an Age of Tradable Permits [Текст] / J. Rosales // Conservation Biology.— 2006. Vol. 20, № 4,— P. 1042-1050.

57. Sharma, G.P. Determining the relationship between invasive alien species density and a country's socio-economic status |Текст| / G.P. Sharma, K.J. Esler, J.N. Blignaut // S Afr J Sci.- 2010. Vol. 106(3/ 4), Art. #113. D01:10.4102/ sajs.vl06i3/4.113

58. Sharrock, S. Botanic gardens — promoting the use of underutilized plants for improved nutrition and health |Текст] / S. Sharrock // Acta Hortic.— 2008. Vol. 806. P. 615-620.

59. Stack, J. The National Plant diagnostic Network |Текст| / J. Stack, K. Cardwell |и др.] // Plant Disease. - 2006. Vol. 90. № 2,- P. 128-136.

60. Tatem, A.J. Climatic similarity and biological exchange in the worldwide airline transportation network ]Текст] / A.J. Tatem, S.l. Hay // Proc. R — Soc. 2007. В 274,- P. 1489-1496.

61. Wang ,Z.-B. Functional grouping and establishment of distribution patterns of invasive plants in China using self-organizing maps and indicator species analysis ]Текст] / Z.-B. Wang, Y.-F. Chen, Y.-H. Chen // Arch. Biol. Sci.- Belgrade, 2009,- Vol. 61 (1). P. 71-78. D01:10.2298/ABS0901071W

62. Weber, E. Plant Invasions in China: What Is to Be Expected in the Wake of Economic Development? ] Текст I / E. Weber, B. Li // Bioscience.- 2008. Vol. 58, N> 5. P. 437-444.

63. Wheelis, M. Biological Attack on Agriculture: Low-Tech, High-Impact Bioterrorism [Текст] / M. Wheelis, R. Casagrande, L.V. Madden // Bioscience. - 2002. Vol. 52, № 7. P 569-576.

64. Vila, M. Land-use and socio-economic correlates of plant invasions in European and North African countries |Текст| / M. Vila, J. Pujadas// Biological Conservation.— 2001. Vol. 100,- P. 397-401.

65. Xu, H. The distribution and economic losses of alien species invasion to China [Текст] / H. Xu, H. Ding, M. Li ]и др.] // Biological Invasions.— 2006. № 8,- P. 1495-1500.

66. Xu, H. The status and causes of alien species invasion in China [Текст] / H. Xu, S. Qiang, Z. Han I и др.I // Biodiversity and Conservation.— 2006. Vol. 15. P. 2893-2904.

67. Zhao, S. Land use change in Asia and the ecological consequences |Текст| / S. Zhao, С. Peng, H. Jiang и др.] // Ecol. Res.- 2006. Vol. 21, № 6,-P. 890-896.

УДК 631.4

C.B. Овсянникова

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ДИНАМИКА СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ

Один из показателей экологического состояния геологической среды — характер загрязнения почв, принимающих на себя основную долю антропогенного воздействия. На определенных региональных территориях эти показатели зависят как от вида хозяйственной деятельности человека, так и от природных геохимических факторов.

Прогрессирующее загрязнение окружающей среды наносит обществу эколого-экономический

и социальный ущерб из-за снижения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур. Рассмотрим вопросы, связанные с загрязнением окружающей среды, на примере одной из областей РФ — Кемеровской.

Различные специалисты проводили свои исследования в районах крупных промышленных городов Кемеровской области, в результате чего установлены очаги загрязнения почв некоторыми тяжелыми металлами (ТМ). Наибольшие уровни

таких загрязнений характерны для зон влияния городов Новокузнецк, Киселевск, Осинники; там показатели суммарного загрязнения почв соответствуют третьему (опасному) и четвертому (чрезвычайно опасному) уровням, например, в пос. Елань. Высокое загрязнение почв установлено в промышленных районах города Кемерово, где содержание свинца — 1,63 мг/кг почвы, цинка — 1,82 мг/кг, фтора — 400—500 мг/кг, кобальта — 0,81 мг/кг. Повышенное количество подвижных форм меди отмечено в Крапивин-ском, Юргинском, Прокопьевском, Гурьевском, Новокузнецком районах.

Содержание подвижного цинка в почвах Юргинского, Яшкинского, Крапивинского, Гурьевского, Прокопьевского и Новокузнецкого районов близко к предельно допустимым количествам. В этих же районах установлено повышенное количество кобальта и свинца.

Таким образом, можно сделать вывод, что почвы области наиболее интенсивно подвергаются загрязнению тяжелыми металлами в зонах влияния промышленных городов, предприятий по добыче угля и полиметаллических руд, ТЭЦ, работающих на твердом местном топливе. Наиболее часто встречаются высокие концентрации кадмия, хрома, никеля, кобальта, цинка, свинца.

В такой ситуации назрела острая необходимость проследить динамику показателей содержания ТМ в почве. Это позволит иметь более реальное представление об экологической ситуации, даст основу для оценки и прогноза изменения почвенно-экологического состояния на перспективу и для разработки новых технологических приемов восстановления почв.

Исследования на содержание тяжелых металлов в верхнем слое почвы (0—30 см) проведены на семи опорных пунктах, в каждом из которых организовано от одной (Топкинский) до семи (Беловский) площадок, где наблюдали динамику изменения содержания ТМ.

Анализ степени загрязнения почвы на семи опорных пунктах проведен в сравнении с ПДК [6]. Площадки установлены во всех природно-климатических зонах Кемеровской области с учетом рельефа, почвенного покрова, производственно-технологических условий, чтобы максимально учесть многообразие антропогенных факторов влияющих на накопление тяжелых металлов в почвах Кемеровской области.

Исследования проведены по подвижным формам следующих металлов: свинца (РЬ), кадмия (Сс1), меди (Си), цинка (2п), марганца (Мп), никеля (N1), кобальта (Со), железа (Ре), хрома (Сг).

Статистический анализ был проведен по медиане, так как она нечувствительна к различным отклонениям и неоднородностям, связанным с теми или иными неизвестными причинами.

Количество наблюдений колеблется от четырех (опорный пункт «Топкинский») до 34-х (опорный пункт «Беловский») за все периоды наблюдений, что обусловливает необходимость предварительного проведения проверки нормальности распределения с последующим расчетом статистических оценок. Проверка нормальности распределения осуществлялась с помощью критерия Уилка — Шапиро [1].

Статистический анализ был проведен в два этапа. На первом этапе делался анализ суммарного содержания тяжелых металлов на опорных пунктах, на втором — анализ по отдельным элементам. На каждом этапе сделана попытка выделить группы опорных пунктов с наибольшим содержанием тяжелых металлов, наименьшим и средним.

Наибольшее суммарное содержание тяжелых металлов выявлено на опорных пунктах «Новокузнецкий» и «Кемеровский», наименьшее — на «Тяжинском» и среднее на «Топкинском», «Ленинск-Кузнецком», «Яшкинском» и «Бело-вском» (табл. 1).

Как видно из табл. 1, разность между группой II (средний уровень содержания металлов) и группой III (низкое содержание металлов) — статистически незначимая.

Из-за отсутствия в исходных данных сведений о региональной фоновой концентрации тяжелых металлов анализ степени загрязнения почвы на опорных пунктах проведен в сравнении с ПДК [6].

Как видно из табл. 2, содержание тяжелых металлов не превышает установленных для них ПДК на всех опорных пунктах и колеблется в среднем от 0,03 ПДК по меди (Си) до 0,79 по марганцу (Мп).

Согласно результатам анализа содержания отдельных элементов на опорных пунктах, наибольшее содержание дают марганец (Мп) и железо (Ре), которые в сумме составляют более 90 % от общего содержания тяжелых металлов. При-

Таблица 1

Суммарное содержания тяжелых металлов на опорных пунктах

Ранг Опорный пункт Концентрации тяжелых металлов

Т РЬ Сй Си Мп N1 Со

1 6«Новокузнецкий» 72,78 1,34 0,22 0,23 1,85 55,90 1,12 0,71

2 3 «Кемеровский» 68,48 1,63 0,13 0,09 1,46 48,65 1,14 0,88

3 7 «Топкинский» 62,73 1,11 0,17 0,03 1,21 54,90 0,63 0,33

4 4 «Л-Кузнецкий» 59,02 1,59 0,18 0,04 0,89 51,87 0,58 0,58

5 1 «Яшкинский» 53,55 1,60 0,12 0,04 0,73 42,08 1,14 0,74

6 5 «Беловский» 52,28 1,44 0,25 0,04 2,90 43,20 0,81 0,56

7 2 «Тяжинский» 40,10 1,50 0,12 0,20 1,01 28,28 1,51 0,73

Предельно допустимая концентрация (ПДК) - 6,0 0,5-2,0 3,0 23,0 60-700 4,0 5,0

Таблица 2

Загрязнения почвы на опорных пунктах в сравнении с ПДК

Опорный пункт РЬ Сб Си гп Мп N1 Со

«Яшкинский» 0,27 0,07 0,01 0,03 0,66 0,25 0,18

«Тяжинский» 0,24 0,06 0,09 0,04 0,67 0,48 0,21

«Кемеровский» 0,27 0,08 0,04 0,08 0,81 0,31 0,20

«Л-Кузнецкий» 0,28 0,10 0,01 0,04 0,73 0,20 0,15

«Беловский» 0,24 0,13 0,01 0,13 0,72 0,23 0,17

«Новокузнецкий» 0,22 0,11 0,07 0,08 0,98 0,37 0,20

«Топкинский» 0,19 0,09 0,01 0,05 0,94 0,16 0,11

Среднее 0,24 0,09 0,03 0,06 0,79 0,28 0,17

ПДК 6,0 0,5-2,0 3,0 23,0 60-700 4,0 5,0

Таблица 3

Содержание отдельных элементов на опорных пунктах

Опорные пункты Содержание, % от всей суммы ТМ

Мп Ре РЬ Хп N1 Сг Со СИ Си

«Яшкинский» 78,6 12,4 3,0 1,4 2,1 0,8 1,4 0,2 0,1

«Тяжинский» 70,5 14,2 3,7 2,5 3,8 2,7 1,8 0,3 0,5

«Кемеровский» 71,0 19,8 2,4 2,1 1,7 1,3 1,3 0,2 0,1

«Л-Кузпецкий» 87,9 4,6 2,7 1,5 1,0 1,0 1,0 0,3 0,1

«Беловский» 82,6 4,8 2,7 5,5 1,5 1,1 1,1 0,5 0,1

«Новокузпецкий» 76,8 13,5 1,8 2,5 1,5 2,2 1,0 0,3 0,3

«Топкинский» 87,5 6,3 1,8 1,9 1,0 0,6 0,5 0,3 0,0

Суммарно по всем пунктам 79,4 11,0 2,5 2,5 1,7 1,4 1,1 0,3 0,2

РЬ  Сс1 И Си Ш1п ВМп  N1 ПСо И Ре В Сг

Рис. 1. Суммарное содержание ТМ на опорных пунктах

чем это соотношение характерно для большинства опорных пунктов. В то же время на опорных пунктах «Ленинск-Кузнецкий», «Беловский» и «Топкинский» относительное содержание железа (Ре) в два раза ниже, чем в среднем по выборке (табл. 3, рис. 1).

За период мониторинговых наблюдений динамика изменений по этапам исследования в 1995, 1999 и 2005 годах показывает, что по содержанию тяжелых металлов подвижных форм в почвах опорных пунктов наибольшее цифры дают марганец и железо. Менее всего накапливается медь и кадмий (см. табл. 4).

Динамика изменений согласно исследованиям в 1995, 1999 и 2005 годах такова: содержание свинца, никеля, кобальта, кадмия, цинка в почвах опорных пунктов имеет тенденцию к устойчивому повышению, а марганец, железо, хром, медь имеют тенденцию к снижению (табл. 4, рис. 2).

Анализируя наблюдения, мы проследили динамику изменения содержания ТМ на двух этапах и отметили, что у некоторых металлов наблюдается тенденции к уменьшению их содержания относительно уровня прошлых лет (Ре, Сг, Си), у других (Ми, Со,№, Сс1,РЬ) наблюдаем увеличение . И лишь содержание Си остается без изменений.

Таблица 4

Сводные статистические оценки результатов наблюдений по годам

Год Содержание отдельных металлов в почвах

Мп Ре РЬ Ъп N1 Сг Со Сб Си

1995 24,1 5,74 1,39 1,695 0,83 0,83 0,43 0,15 0,245

1999 64,945 5,51 1,36 1,27 1,01 0.765 0,6 0,145 0,075

2005 33,6 3,17 2,15 1,6 33,6 0,58 0,95 0,25 0,04

1995 1999 2005

Рис. 2. Сводные статистические оценки результатов наблюдений тяжелых металлов по годам

Таким образом, для определения и оценки существующих уровней загрязнения необходимы систематическое ведение экологического мониторинга и последующий глубокий анализ данных

с целью выявления и обозначения на местности территорий с почвами, которые подвергаются процессам загрязнения тяжелыми металлами и представляют опасность для окружающей среды.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Дмитриев, Е.А. Математическая статистика в почвоведении |Текст| / Е.А. Дмитриев. — М.: Изд-во МГУ, 1995. - 319с.

2. Справочник по прикладной статистике |Текст| / Под ред. Э. Ллойда, У. Ледермана,— В 2-х томах,— М.: Финансы и статистика, 1989

3. Холлендер, М. Непараметрические методы статистики [Текст] / М. Холлендер, Д.А. Вульф; Под ред. Ю.П. Адлера и Ю.Н. Тюрина,— М.: Финансы и статистика, 1983. — 518 с.

4. Рунион, Р. Справочник по непараметрической статистике [Текст] / Р. Рунион,— М.: Финансы и статистика, 1982. — 198 с.

5. Методические указания МУ 2.1.7.730—99 Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест [Текст] / Утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 07.02.1999

6. ГН 2.1.7.2041—06 Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве [Текст] / Утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 19.01.2006 года.

УДК 504.054:546.62+543.421

Л.В. Плахова, Н.Л. Вишневская

ПРОБЛЕМЫ ОРГАНИЗАЦИИ КОНТРОЛЯ И ОЦЕНКИ БЕЗОПАСНОСТИ НАНОМАТЕРИАЛОВ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ

ДЛЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Одно из перспективных направлений современной науки — использование нанотехнологий для создания новых материалов и изделий.

Бурное развитие нанотехнологий, несомненно, приведет к тому, что в ближайшие годы содержание наночастиц в объектах окружающей среды увеличится, появится необходимость организации контроля и оценки их реальной опасности для человека [ 1 ].

Размер наночастиц — примерно 1—100 нм, а их физические и химические свойства отличаются от молекулярного и атомного уровня исходного вещества. Известно, что нанообъекты с размерами из указанного диапазона имеют свои, отличные от исходного вещества, тепловые, электронные, оптические, магнитные, структурные и другие свойства, и, соответственно, их поведение и взаимодействие с окружающей средой, включая водную среду и биологические жидкости, отличается от веществ, на основе которых они получены.

Вследствие изменения своих структурных физических и химических свойств нанообъек-тов они могут отличаться по биологической активности от веществ, находящихся в молекулярной форме.

Данные о биологическом действии нанове-ществ и материалов малочисленны. При переходе исходных веществ в форму наночастиц они могут значительно изменять свои физико-химические свойства, что может отразиться на их физиологических эффектах в процессе всасывания в пищеварительном тракте, усвоении в организме; кроме того, отмечаются неблагоприятные эффекты при ингаляционном поступлении наноматериалов в организм человека; в частности, установлено воспалительное поражение легочной ткани, вероятно, обусловленное пероксидантным и генотоксическим действием. В настоящее время обсуждаются вероятные системные эффекты при ингаляциооном поступлении наноматериалов, что может сопро-