Биоэкологическая оценка загрязнения почв и растении в зоне открытых горных работ

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 97»

МОСКВА, МГГУ, 3.02.97 - 7.02.97 СЕМИНАР 2 «РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТАХ»

А.В. Зберовский, В.В. Дубей

Государственная горная академия Украины Ю.И. Грицан

Днепропетровский госуниверситет

БИОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ И РАСТЕНИИ В ЗОНЕ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТ

Для оценки влияния карьерных выбросов на загрязнение почв и растений, особенно при взрывных работах, необходимо знать концентрацию загрязняющих элементов в нормальных, незагрязненных условиях. Однако в Днепропетровской области практически не осталось мест, неподверженных антропогенному воздействию. Даже в почве и растениях тест-полигона, выбираемого в качестве контрольного, может иметь место либо недостаток какого-то элемента, либо его избыток. Для того, чтобы установить имеется ли аномалия концентрации данного элемента, правильно ли выбран контрольный участок, необходимо знать фоновые значения содержания этого элемента в почве и растениях. Совершенно очевидно, что для каждой природной зоны, для каждого типа почв будут свои фоновые значения. Безусловно, нельзя судить о химическом загрязнении черноземов, взяв за основу фоновый химический состав, например, подзолистых почв.

Контрольными были выбраны два района - район Карачуновского водохранилища и села Бабайковки Магдалиновского района.

В процессе исследований были рассчитаны следующие показатели:

1) интегральный коэффициент загрязнения почвы и растений для комплекса загрязняющих веществ; интегральный коэффициент недостаточности элементов в почве и растениях; коэффициент дисбаланса элементов;

2) интегральный показатель экологической напряженности, включающий величины отклонений от контроля разнообразных биологических показателей.

Коэффициент аномалии концентрации элемента (Ка) в растениях и почве определялся путем отношения найденной концентрации данного элемента в объекте (С,) к его фоновому содержанию (Сфон) в этом объекте.

Дополнительно определяется и отношение С, опытного тест-полигона к С, контрольного тест-полигона.

^11 ~ (- I ' С фон

Таким образом, если С/ равно Сфон, то Ка- \, т.е. если концентрация данного элемента в данном объекте опытного тест полигона не отличается от фоновой концентрации данного элемента в данном объекте, то нет и аномалии концентрации. Как правило, концентрация данного элемента в данном объекте бывает либо выше фоновой, либо ниже. Для оценки этого использованы: коэффициент загрязнения (С,) и коэффициент недостаточности элемента (Сн), которые выражаются следующими формулами:

Сз = С, / Сфон - 1 , Сн = 1 - С, / Сфон .

Для характеристики загрязнения конкретного тест-полигона по ряду веществ использованы понятия : интегральный коэффициент загрязнения Сиз и интегральный коэффициент недостаточности Син , которые определяются по формулам:

1=1

с.

-1

"'фон

1 V-

сии=-Х

/-і

1-

с.

с

фоі

Коэффициент дисбаланса элементов Сд для каждого тест-полигона определяется по формуле :

Сд ~ Сиз + .

Для того, чтобы дать общую количественную оценку степени нарушенности фитоценозов по всем биологическим и другим показателям использовано понятие интегрального показателя экологической напряженности - ИПЭН. Интегральный показатель экологической напряженности вычисляется как сумма коэффициента дисбаланса элементов и абсолютных величин отклонений от контроля каждого конкретного биологического показателя. ИПЭН может быть выражен либо относительной величиной, либо в процентах.

ИПЭН=Сд+- У

п' “Г'

4-і

П..

где Сд - коэффициент дисбаланса элементов;

П, - величина конкретного полученного биологического показателя;

Пк - значение данного показателя в контроле.

Следовательно, чем больше получено конкретных количественных показателей, тем больше будет величина интегрального показателя экологической напряженности.

Поэтому, всегда необходимо указывать число показателей и сравнивать экологическую напряженность территории только при условии равного числа входящих в эту сравнительную оценку показателей.

На основании вышеизложенной методики биоэкологической оценки состояния фитоценозов техногенных территорий был изучен ряд биологических показателей на примере ценопопуляции акации белой.

Проведено исследование уровня мутирования у растений тест-полигонов г.Кривого Рога. Была предпринята попытка путем сравнения генетических эффектов в популяциях промышленной зоны СевГОКа с генетическими эффектами в контрольных, не соприкасающихся с этой зоной популяциях, показать вклад всего комплекса действующих антропогенных факторов, в том числе и загрязнения от карьерных взрывных пылегазовых выбросов, в общий уровень мутирования.

Результаты биологических исследований представлены в таблице 1. Анализ полученных данных показал, что состояние ценопопуляций акации белой в зоне Первомайского карьера СевГОКа с точки зрения биоиндикации состояния среды, а также с точки зрения функционирования, самовос-произ-ведения и саморегуляции фитоценоза крайне неудовлетворительное.

Таблица 1

Биоиндикационная характеристика состояния фитоценозов

Показатель Место исследований

СевГОК Карачуны Бабайковка

Масса 1000 семян, г. 19,2 23,1 19,1

Летали зародышей семян, % 73,1 87,7 41,1

Частота аберраций хромосом, % 14,2 3,2 0,8

Содержание хлорофилла 3,2 3,3 4,2

Активность пероксидазы 3,9 3,0 2,9

Интегральный показатель со- стояния растений 3,6 3,3 ...

где то - урожай на контроле,

т\ - урожай на загрязненном субстрате.

Выводы

1. Использован интегральный показатель экологической напряженности в зоне открытых горных работ, включающий не только количественные характеристики за-

грязнения рассматриваемой экосистемы, но и комплеск биологических показателей. Разработана методика биоэкологической оценки состояния фитоценозов техногенных территорий ГОКа. На основании предложенного комплекса биоэкологических показателей акации белой, а именно : частоты аберраций хромосом, легалии зародышей семян, количество хлорофилла и активности пероксидазы листьев дана биоиндикацион-

ная характеристика окружающей среды в зоне Первомайского карьера СевГОКа.

2. Установлено, что наличие пыли ПГО в почве в соотношении 100 мг на 1 кг грунта приводит к угнетению биологической активности почвенных ферментов (уреазы и инвертазы) на 13-14%, что снижает способность почв к самоочищению. На примере выращивания сельскохозяйственных культур ячменя и сои дана оценка токсичности пыли ПГО, установлено, что с повышением в грунте содержания физической глины на 20%, токсичность пыли возрастает в 1,7 - 2,6 раза.

3. Биоэкологическая опасность ПГО при массовых взрывах в карьерах связана с его химическим и гранулометрическим составом, которая в условиях железорудных карьеров Кривбасса характеризуется 44,2% содержанием фракции пыли менее 10 мкм, наличием вредных элементов РЬ, Мп, Сг и может определяется с применением интегрального показателя экологической напряженности (ИПЭН), позволяющим дать общую количественную оценку уровня загрязнения растений и почв с учетом токсичности пыли ПГО.

.В. Зберовский, В.В. Дубей, Ю.И. Грицан