Анализ природных и антропогенных факторов загрязнения окружающей среды г. Алматы

растения в варианте с фузариозной обработкой семян (табл. 5).

Таблица 5

Снижение токсичности меди для горчицы белой при инокуляции семян Fusarium sp.

Вариант Всхожесть, %

1. Контроль (артезианская вода) 98,5±3,0

2. Fusarium sp. 98,5±1,9

3. Медь 7,0±0,4

4. Медь + Fusarium sp. 23,5±4,7

Таким образом, проведенные исследования показывают перспективность использования выделенных штаммов фузариума для создания биосорбентов при очистке жидких сред от ТМ, а также намечают возможное ремедиационное направление — инокуляцию семян высших растений непатогенными штаммами при выращивании растений в загрязненных средах.

Выводы

1. Из почвы и воздуха урбанизированной территории выделены штаммы F. oxys-porum и Fusarium sp., практически не обладающие фитопатогенной активностью к заражаемым растениям.

2. Доказан высокий уровень сорбционной способности F. oxysporum по отношению к свинцу (100%-ное извлечение элемента из раствора) и Fusarium sp. по отношению к меди (58,8%) и никелю (36,5%).

3. Сорбционная активность Fusarium sp. зависит от возраста культуры: чем моложе популяция микромицета, тем выше уровень извлечения ТМ из растворов.

4. Слабопатогенные штаммы фузариума обладают ростактивирующей способностью при выращивании растений в вегетационных и полевых условиях, а также защитным действием при выращивании растений в среде с ТМ.

Библиографический список

1. Монастырский О.А. Токсинообразующие грибы, паразитирующие на зерне // Агро XXI. — 2001. — № 11. — С. 6-7.

2. Шахназарова В.Ю., Струнникова О.К., Вишневская Н.А. Развитие внесенной популяции Fusarium culmorum в почве: особенности развития и лизиса различных структур гриба // Микология и фитопатология. — 2004. — Т. 38. — № 3. — С. 79-88.

3. Domracheva L.I., Shirokikh I.G., Fokina A.I. Anti-Fusarium activity of cyanobacteria and actinomycetes in soil and rhizospere // Microbiology. — 2010. — V. 79. — № 6. — P. 871-876.

4. Терехова В.А. Микромицеты в экологической оценке водных и наземных экосистем. — М.: Наука, 2007. — 215 с.

5. Хамидова Х.М., Зухритдинова Н.Ю.,

Ташнулатов Ж. Ростстимулирующая активность микроорганизмов // Биотехнология: состояние и перспективы развития: матер. Междунар. конгресса. — М., 2007. —

С. 342.

6. Dor E., Evidancte A., Amalfitano C., Agrelli D., Hershenhorn J. The influence of growth conditions on biomass, toxins and pathogenicity of Fusarium oxysporum f. sp. orthoceras, a potential agent for broomrape biocontrol // Weed Research. — 2007. — V. 47. — № 4. — P. 345-352.

7. White C., Sayer J., Gadd G. Microbial

solubilizatian ann immobilization of toxic metals: key biogeocnemical processes for

treatment of contamination // Fems Microbiology Reviews. — 1997. — V. 20. — P. 503-516.

8. Марфенина О.Е. Антропогенная экология почвенных грибов. — М.: Медицина для всех, 2005. — 196 с.

9. Jagi A., Usui T., Fujise D., Jamomoto J. Effect jf copper sulfate jn growth ang odor production of several microorganisms // 28 Congress of the Int. associatinc of Theoretical and Applied Limnology. — Melbourne, 2003.

— V. 3. — P. 1425-1428.

10. Широких А.А., Широких И.Г. Накопление тяжелых металлов ксилотрофными базидиальными грибами в городских экосистемах // Микология и фитопатология. — 2010. — Т. 44. — Вып. 4. — С. 359-366.

+ + +

УДК 574.14 Б.Н. Мынбаева

АНАЛИЗ ПРИРОДНЫХ И АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ г. АЛМАТЫ

Ключевые слова: экология города, за- Введение

грязняющие вещества, тяжелые металлы, Экологические проблемы крупных горопредельно допустимая концентрация. дов связаны с чрезмерной концентрацией

населения, транспорта и промышленных предприятий, что приводит к нарушению экологического равновесия природной среды. Алматы — крупнейший город Казахстана, но комплексных исследований его экологического состояния ранее не проводили. Цель данного исследования: установление негативных изменений в экологической ситуации г. Алматы. Задачи исследования: анализ физико-географических и антропогенных факторов природной среды: источников загрязнения (стационарных и подвижных) и загрязнение основных компонентов среды (воздуха, воды рек и почвы) в течение 7 лет (2004-2010 гг.) тяжелыми металлами.

Объекты и методы исследования

Объектами исследований служили воздух, вода 3 поверхностных рек и почв г. Алматы, с использованием существующей сети пунктов мониторинга ДГП «Центр гидрометеорологического мониторинга» и совместных анализов проб по содержанию тяжелых металлов.

Отбор проб воздуха и их анализ на содержание тяжелых металлов проводили на

2 постах наблюдения за загрязнением воздуха (ПНЗ): ПНЗ 1 — ул. Амангельды, выше пр. Абая (Бостандыкский район); ПНЗ 12 — пр. Райымбека, уг. ул. Наурызбай батыра (Жетысуйский район) за период 20052009 гг.

Исследование загрязнения 3 рек (р. Малая Алматинка, ее приток р. Есентай и р. Большая Алматинка) были проведены по 8 гидропостам (ГП) за этот же период: по

3 пунктам отбора проб (ГП 1 — 0,5 км ниже сброса Мехкомбината, ГП 2 — 2,0 км выше города, ГП 3 — 4,0 км ниже г.Алматы) в р. Малая Алматинка; по 2 ГП (ГП 4 — на пересечении с пр. аль-Фараби и ГП 5 — с ул. Рыскулова) в р. Есентай; по 3 ГП (ГП 6 — 9,1 км выше города, ГП 7 — 0,5 км ниже сброса Алматинского хлопчатобумажного комбината (АХБК), ГП 8 — 0,5 км ниже города) в р. Большая Алматинка.

Для изучения загрязнения почв пробы отбирали в 5 точках территории города (т. 1 — АХБК, т. 2 — парковая зона Казахского национального университета КазНУ, т. 3 — филиал Волжского автомобильного завода (ВАЗ), т. 4 — аэропорт, т. 5 — пр. Абая/ пр. Сейфуллина).

Измерение содержания тяжелых металлов осуществляли на атомно-адсорбционном спектрометре фирмы «Shumadzu»:

• РЬ, Cd, Си и Zn в атмосферном воздухе — через фильтр «АВХ» пропускали 18 м3 воздуха, затем фильтр сжигали методом «мокрого озоления» в 4 мл HNOз и выпаривали до влажных солей, приливали 0,3 мл

Н2О2 (конц.) и отстаивали 0,5 ч; выпаривали досуха, к сухому остатку приливали 0,2 мл HNO3, доводили дистиллированной водой до объема 25 мл [1];

• Zn в воде — в пробу 100 мл отфильтрованной воды добавляли 2 мл HNO3, выпаривали до 5 мл, остужали, переносили в мерную колбу на 100 мл и доливали до метки дистиллированной водой [2];

• Cd, Pb, Cu в воде — в пробу 100 мл отфильтрованной воды добавляли 2 мл HNO3, выпаривали до 5 мл, переносили в мерную колбу на 100 мл и доливали до метки дистиллированной водой [3];

• Pb, Cd, Cu и Zn в почвенных образцах

— подготовку почвенных проб проводили по стандартной методике, валовые формы ТМ определяли после экстракции в 5 М HNO3, подвижные — экстрагированием ацетатноаммонийным буфером (рН 4,8) и 1 N раствором HCl [4].

Для сравнительного анализа также были привлечены данные статистических сборников Департамента статистики г. Алматы по источникам загрязнения города и объемов их выбросов в течение 7 лет (2004-2010 гг.) [5]. Статистическую обработку экспериментальных данных проводили в прикладной программе Microsoft Excel.

Результаты исследования и обсуждение

Город Алматы находится у подножия Тянь-Шаня в центре евразийского континента на юго-востоке Республики Казахстан и имеет географические координаты 770 в.д. и 430 с.ш. При общей благоприятности климатических условий предгорная зона города характеризуется исключительно слабыми ресурсами самоочищения атмосферы. Многолетние наблюдения Центра гидрометеорологического мониторинга г. Алматы показали, что повторяемость слабых (до 1 м/с) ветров составляет летом 71%, зимой — 79%. Среднегодовое значение скорости ветра не превышает 1,7 м/с. Основной причиной глубокого безветрия в предгорной зоне является влияние горного хребта, создающего сопротивление перемещению трансконтинентальных воздушных масс с севера. Оптимальная аэрация горным стоком наблюдается только в верхней (южной) части города, в узкой полосе в пределах 20 км от подножий гор [6]. Таким образом, определенные физико-географические и природно-климатические особенности оказывают негативное влияние на экологическое состояние г. Алматы и уменьшают естественную проветриваемость города.

По данным Департамента статистики г. Алматы (2004-2010 гг.) количество предприятий, имеющих выбросы загрязняющих веществ (ЗВ), увеличилось с 1111 до 1395;

объемы выбросов ЗВ — с 90,6 до 127,6 тыс. т (в 1,5 раза); причем, из них 9,2 тыс. т выбрасывается без очистки. Однако, по данным Б.М. Курова (2008) [7], загрязнение от подвижных источников (автотранспорт) в г. Алматы составляет 96% при увеличении количества личного автотранспорта с 383 до 524 тыс. ед. за 5 лет. Из анализа качественного состава выбрасываемых ЗВ также выявлено, что наиболее значительными по объему, прямой и потенциальной опасности явились тяжелые металлы (ТМ). Индекс загрязнения атмосферы в последние годы составил 12-14 ед. [5]. Таким образом, загрязнение воздуха г. Алматы автотранспортом представляет наибольшую опасность.

В воздухе г. Алматы отмечено постоянное присутствие Cd (от 0,03±0,006 до 0,04±0,006 мкг/м3) и ^ (от 1,0±0,21 до 1,4±0,27 мкг/м3) без превышения ПДК (0,3 мкг/м3 для Cd и 2 мкг/м3 для Си [8]). Только для Pb в 2006-2007 гг. было показано почти 2-кратное превышение значений ПДК зимой (рис. 1).

1 — ПНЗ 1; 2 — ПНЗ 12

Рис. 1. Изменение содержания Pb в воздухе г. Алматы по годам

Следует отметить большее загрязнение воздуха РЬ в нижней части города, чем в верхней. В целом, содержание ТМ в воздухе г. Алматы было выше осенью и зимой, что согласуется с исследованиями загрязнения воздуха российских городов [9-11].

Периодический отбор и анализ проб воды на загрязнение 4 ТМ (РЬ, Cd, Си, Zn) рек Малая Алматинка (М. Алматинка), Есентай и Большая Алматинка (Б. Алматинка) были проведены в 2005-2009 гг. с использованием ПДК, предназначенных для рыбохозяйственных водоемов [12]. По р. М. Алматинка выявленные среднегодовые значения загрязнения Cd оказались намного ниже ПДК, равной 0,005 мг/мл. Незначительное загрязнение РЬ отмечено в 2005 г. ниже Мехкомбината (ГП 1), 1,1 ПДК (равной 0,005 мг/мл) (рис. 2а).

С мг/мл И1 02  J

0,007 0,006 0.005 0.004 0.003 0,002

0.001 о

2005 2006 2007 2008 2009 ПДК

а

0.016 0,014 0,012 0.01 0,0в8 0,006 0,004 0,002 о

2005 2006 2007 2008 2009 ПДК

б

ГП 1 — 0,5 км ниже сбpоса Мехкомбината;

ГП 2 — 2 км выше гоpода;

ГП 3 — 4 км ниже гоpода

Рис. 2. Изменение содержания Pb (а) и Cu (б) в р. Малая Алматинка

В верхнем течении р. М. Алматинка загрязнение было меньшим, чем в среднем и нижнем. Уровень загрязнения Cu р. М. Алматинка составил от 1,5 до 11,4 ПДК, равной 0,001 мг/мл, на всем ее протяжении, причем максимальные значения загрязнения Cu отмечены в 2008 г. по всем 3 пунктам наблюдений, минимальные — в 2005 г. (рис. 2б). Концентрация Zn в воде р. М. Алматинка была намного меньше ПДК, равной

0,01 мг/мл.

Таким образом, нами установлено высокое загрязнение р. М. Алматинка: превышение ПДК отмечено для Cu и Pb, причем в пределах города и при выходе из города; содержание 2 остальных металлов не превышало ПДК.

Концентрации Cd в р. Есентай были минимальными: ниже ПДК примерно в 25 раз; превышение ПДК Pb и Zn — не отмечено. В пробах воды р. Есентай отмечен высокий уровень загрязнения Cu (рис. 3а): 11,9 ПДК было обнаружено на пересечении реки с ул. Рыскулова в 2008 г. и 9,6 ПДК — на пересечении с пр. аль-Фараби в 2006 г.

Таким образом, р. Есентай была загрязнена ТМ меньше, чем р. М. Алматинка, но аналогично имела значительное загрязнение по Cu, поэтому экологическое состояние реки было отнесено к среднему уровню загрязнения.

Концентрации Cd и Zn в р. Б. Алматинка оказались значительно ниже ПДК; отмечено превышение ПДК РЬ в 2005 г. (особенно возле АХБК — 1,9 ПДК). Максимальное

превышение ПДК Си составило 11,7 раз в

2008 г. (рис. зб).

Таким образом, загрязнение всех 3 рек г. Алматы Си считаем значительным, незначительное превышение ПДК РЬ отмечено в пробах воды рек Малая и Большая Алма-тинки, загрязнение Cd и Zn в реках было минимальным.

Значительные концентрации Сd наблюдались в почвах промышленных и транспортных районов г. Алматы в 2005 и 2009 гг.: филиал ВАЗа и пр. Абая/пр. Сейфуллина (рис. 4а).

Загрязнение РЬ почв г. Алматы было максимальным в 2005 г. (рис. 4б) с превышением ПДК РЬ (32 мг/кг [13]) на пересечении пр. Абая/пр.Сейфуллина в 6 раз, в районе ВАЗа — в 3,5 раза. В остальные годы превышение ПДК РЬ мы отметили также на автоперекрестке, в районах ВАЗа и аэропорта (рис. 4б).

Самое значительное загрязнение почв Си также отмечено в 2005 г. (рис. 5а) в районах ВАЗа (3,2 ПДК, равной 33 мг/кг), аэропорта (2,4 ПДК), АХБК и пр. Абая/пр. Сейфуллина (1,8-1,9 ПДК); минимальное загрязнение Си, как и РЬ и Cd, обнаружено в почвенных образцах парковой зоны КазНУ. В 2006-2007 гг. максимум отмечен на автоперекрестке.

С мг 0.016 0.014 0.012 0.01 0.008 0.006 0.004 0.002 о

fCL

irfl

2005 200fi

200"

а

2008 2009 ПДК

2008 б

Рис. S. Изменения концентраций Cu в р. Есентай (а):

1- ГП 4; 2 - ГП Б и в р. Б. Алматинка (б): 1 - ГП б; 2 - ГП 7; S - ГП В

С мг/кг

Т.1 ОТ.2 QT.3 ОТ. 4 DT.5

а б

Рис. 4. Изменения концентраций Cd (а) и РЬ (б) в почвах г. Алматы

б

Рис. 5. Изменения концентраций Си (а) и Хп (б) в почвах г. Алматы

а

Стабильно высокие концентрации Zn с превышением ПДК (23 мг/кг) наблюдали во все годы (кроме 2006 г.) с максимумом загрязнения в промышленном и транспортном районах (рис. 5б). В 2007-

2009 гг. превышение ПДК Zn отмечено также в почвах возле транспортной магистрали.

Выводы

1. Природные факторы: влияние горного хребта, расположение города в естественной котловине, слабая циркуляция воздуха (много штилевых дней) способствовали накоплению загрязняющих веществ в природной среде г. Алматы.

2. Антропогенные факторы: увеличи-

вающееся количество предприятий и особенно автотранспорта усиливали неблагополучное экологическое состояние города.

3. Природные компоненты г. Алматы (воздух, реки и почвы) оказались значительно загрязнены тяжелыми металлами, в том числе 1-го и 2-го классов опасности (свинцом, кадмием, медью).

4. Отмечено повышенное загрязнение воздуха г. Алматы тяжелыми металлами в осенне-зимний период.

5. Загрязнение рек Большая и Малая Алматинки и Есентай медью было значительным (12 ПДК), незначительное — свинцом, загрязнение кадмием и цинком — было минимальным.

6. Значительные концентрации тяжелых металлов в почвах г. Алматы отмечены во все анализируемые периоды: превышение ПДК РЬ, Си и Zn наблюдали постоянно в транспортных и промышленных районах (максимальное превышение ПДК РЬ составило 5,8 раз, Си — 3,2, ПДК Zn — 1,8); содержание Cd превышало ПДК только в 2005 г.

7. Лидирующее место по загрязнению почв тяжелыми металлами занимали транспортные перекрестки, затем аэропорт и ВАЗ.

Библиографический список

1. Методика выполнения измерения массовой концентрации металлов в атмосферном воздухе атомно-адсорбционным методом с электротермической атомизацией: М 02-09-99. — СПб.: Изд-во стандартов, 1999.

— 13 с.

2. Методика выполнения измерения массовой концентрации Zn, А1, Ве, Мо в пробах природных и сточных вод: МВИ М01-37-2006. — СПб.: Изд-во стандартов, 2006. — 21 с.

3. Методика выполнения измерения Мп, Со, Си, Fe, Cd, РЬ, N в пробах природных и сточных вод атомно-адсорбционным методом на спектрофотометре фирмы «Shumadzu» с электротермической атомизацией МВИ М 01.29-98. — СПб.: Изд-во стандартов, 1998. — 23 с.

4. Методика выполнения измерения мас-

совой доли подвижных форм металлов: РД 52.18.269-90. — М.: Изд-во стандартов,

1990. — 35 с.

5. Статистические сборники / под ред. Д.Д. Раисова. — Алматы, 2004-2010.

6. Шамен А. Гидрометеорология и мониторинг природной среды Казахстана. — Алматы: Изд-во Fылым. 1996. — 216 с.

7. Куров Б.М. Как уменьшить загрязнение окружающей среды автотранспортом? // Аналитический ежегодник. — Алматы, 2008. — № 5. — С. 43-49.

8. Санитарно-эпидемиологические правила и нормы, № 629: утв. 18.08.2004 // Санитарно-эпидемиологические требования к атмосферному воздуху. — Алматы: Изд-во стандартов, 2004. — 55 с.

9. Комарова Н.Г. Атмосфера и ее загрязнение (на примере больших городов России) // Жизнь Земли: землеведение и экология. — 1997. — № 4. — С. 142-157.

10. Михайлюта С.В., Тасейко О.В. Уровень загрязнения приземной атмосферы Красноярска (холодный период) // ЭКиП: Экология и промышленность России. — 2003. — № 10. — С. 4-8.

11. Белан Б.Д. и др. Сравнительная оценка состава воздуха промышленных городов Сибири в холодный период // География и природные ресурсы. — 2004. Спец. выпуск. — С. 152-157.

12. Обобщенный перечень предельно

допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ для воды рыбохозяйственных водоемов. — М.: Гидрометеоиздат, 1990. —

14 с.

13. Совместный приказ Министерства здравоохранения РК от 30.01.2004 г. № 99 и Министерства охраны окружающей среды РК от 27.01.2004 г., № 21-п.

+ + +