Введение к работе
Актуальность исследования. Загрязнение окружающей среды является одной из основных экологических проблем крупных городов. При этом загрязнение почв особенно опасно, поскольку поступающие в нее загрязняющие вещества со временем практически не рассеиваются и их концентрация постоянно нарастает.
Источниками загрязнения городских почв являются, прежде всего, промышленность и автотранспорт (Экологический вестник Дона, 2010).
Среди химических веществ, загрязняющих городские почвы, наиболее опасны тяжелые металлы (ТМ), поскольку они высокотоксичны для живых организмов и поступают в урбопочвы в значительных количествах.
На территории г. Ростова-на-Дону естественные нетронутые почвы практически не сохранились, все они преобразованы либо затронуты процессами урбанизации, либо лесомелиоративными мероприятиями, либо сельскохозяйственной деятельностью (Горбов, 2002; Приваленко, Безуглова, 2003). Эколого-геохимические исследования свидетельствуют, что качественный и количественный состав ТМ в почвах г. Ростова-на-Дону зависит от специфики промышленности и функциональной зоны города (Приваленко, 1993; Природа города Ростова-на-Дону,1999).
Первыми на загрязнение реагируют биологические свойства почв, поэтому именно их целесообразно использовать при оценке состояния городских почв, подверженных загрязнению ТМ (Колесников и др., 2000).
Цель и задачи исследования. Цель работы — установить закономерности изменения биологических свойств почв г. Ростова-на-Дону при загрязнении тяжелыми металлами.
Задачи исследования:
1.Установить ТМ — приоритетные загрязнители почв г. Ростова-на-Дону.
2.Провести сравнительную оценку степени загрязнения ТМ почвенного покрова разных функциональных зон г. Ростова-на-Дону, имеющих разную степень антропогенной нагрузки: промзон, авторазвязок и парковых зон, и оценить состояние почв этих зон по биологическим показателям.
3.Установить закономерности изменения биологических свойств почв г. Ростова-на-Дону при загрязнении ТМ. Исследовать влияние загрязнения ТМ на ферментативную активность почв, обилие бактерий рода Azotobacter, фитотоксичность почв, содержание гумуса и щелочно-кислотные условия.
4.Оценить корреляцию между содержанием в почве ТМ и биологическими свойствами почв.
5.Оценить пригодность разных биологических показателей состояния почв с точки зрения целесообразности их использования для биодиагностики состояния городских почв, подверженных загрязнению ТМ.
Основные положения, выносимые на защиту.
1.Среди ТМ приоритетными загрязнителями почв г. Ростова-на-Дону являются цинк, кобальт, никель, свинец, мышьяк, медь, стронций.
2.Уровень загрязнения ТМ почв разных функциональных зон г. Ростова-на-Дону увеличивается в ряду: парковые зоны =< авторазвязки < промзоны. Биологические свойства почв ухудшаются в ряду: парковые зоны < авторазвязки < промзоны.
3.Загрязнение почв г. Ростова-на-Дону ТМ, как правило, ведет к ухудшению их биологических свойств: снижается активность каталазы и дегидрогеназы, обилие бактерий рода Azotobacter, ухудшаются показатели прорастания и начального роста растений. В большинстве случаев, наблюдается прямая связь между содержанием ТМ и степенью снижения биологических свойств почвы.
4.Показатели биологической активности не всегда тесно коррелируют со степенью загрязнения почвы ТМ. Максимальные значения коэффициентов корреляции наблюдались в промышленной зоне, что связано с наибольшим загрязнением ТМ почв этой зоны.
5.Биологические показатели, такие как активность каталазы и дегидрогеназы, обилие бактерий рода Azotobacter, всхожесть семян целесообразно использовать для биодиагностики состояния городских почв, подверженных загрязнению ТМ.
Объекты и методы исследований представлены в главах 3 и 4.
Научная новизна работы. Впервые проведена сравнительная оценка степени загрязнения ТМ почвенного покрова разных функциональных зон г. Ростова-на-Дону: промзон, авторазвязок и парковых зон. Дана оценка состояния почв промышленных, автотранспортных и парковых зон города по биологическим показателям. Установлены закономерности изменения биологических свойств почв г. Ростова-на-Дону при загрязнении ТМ, таких как ферментативная активность почв, обилие бактерий рода Azotobacter, фитотоксичность, содержание гумуса и щелочно-кислотные условия. Установлена корреляция между содержанием в почве ТМ и биологическими свойствами почв. Проведена оценка биологических показателей состояния почв по целесообразности их использования для биодиагностики состояния городских почв, загрязненных ТМ.
Практическая значимость. Результаты исследования могут быть использованы в целях биомониторинга и биодиагностики состояния городских почв и экосистем, подверженных загрязнению ТМ, при создании картосхем загрязнения г. Ростова-на-Дону ТМ, при создании картосхем устойчивости городских почв к загрязнению ТМ; при разработке нормативов качества городских почв; при определении предельно допустимой антропогенной нагрузки на почвы г. Ростова-на-Дону; при прогнозировании экологического состояния почвенного покрова г. Ростова-на-Дону и других городов; при паспортизации территории г. Ростова-на-Дону и т.д.
Результаты исследования используются в учебном процессе в Южном федеральном университете в курсах: экология, почвоведение, охрана окружающей среды, урбоэкология, мониторинг и биодиагностика, нормирование качества окружающей среды.
Личный вклад автора. Тема, цель, задачи, объекты, методы и план исследования определены автором совместно с научным руководителем. Полевые исследования и отбор почв для модельных экспериментов осуществлены в ходе проведения экспедиций. Лабораторные модельные опыты и анализы проведены лично автором или под его руководством. Анализ и обобщение полученных результатов, формулировка выводов и основных защищаемых положений сделаны лично автором при направляющем и корректирующем участии научного руководителя. По результатам исследований автором или научным коллективом с участием автора опубликован ряд научных работ.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на международных съездах, симпозиумах и конференциях: Научная конференция «Актуальные проблемы экологии и биологии почв» (Ростов-на-Дону, 2010, 2011). VI Международная научно-практическая конференция «Экологические проблемы. Взгляд в будущее» (Абрау-Дюрсо, 2010). VI Съезд по радиационным исследованиям (радиобиология, радиоэкология, радиационная безопасность, Москва, 2010). Международная экологическая конференция «Экология России и сопредельных территорий» (Новосибирск, 2010). II Ростовский молодежный научно-практический форум «Молодежная инициатива – 2011». (Ростов-на-Дону, 2011). Всероссийская научная конференция «Модернизация науки и образования» (Махачкала, 2011).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ, объемом 3,2 п.л., из них 3 статьи в изданиях из перечня ВАК. Доля участия автора в публикациях составляет 71 %.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 144 страницах. Состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы. Содержит 17 таблиц и 12 рисунков. Приложение включает 13 таблиц. Список литературы включает 203 источника, в том числе 30 на иностранных языках.
Конкурсная поддержка исследования. Исследование выполнено при финансовой поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (государственные контракты П169, П1298, П322, 16.740.11.0528) и гранта Президента РФ по поддержке Ведущих научных школ (НШ-5316.2010.4).
Благодарности. Автор выражает глубокую признательность за помощь в работе своему научному руководителю – заведующему кафедрой экологии и природопользования ЮФУ, д.с.-х.н., профессору С.И. Колесникову. Особую благодарность за научные консультации, ценные рекомендации и неоценимую моральную поддержку автор выражает д.б.н. Т.В. Денисовой. За ценные рекомендации автор признателен д.г.н., профессору К.Ш. Казееву. За помощь в отборе почвенных образцов и проведении лабораторных исследований автор благодарит к.б.н. М.А. Кутровского и Е.В. Молчанову. Также автор выражает благодарность всем преподавателям и сотрудникам кафедры экологии и природопользования Южного федерального университета.
Похожие диссертации на Изменение биологических свойств почв г. Ростова-на-Дону при загрязнении тяжелыми металлами
