Эколого-геохимическая оценка состояния городских ландшафтов Республики Казахстан

Большими объемами техногенного поступления отмечаются оксиды серы и азота, углерода (таблица 3), которые входят в состав органических веществ и поступают при сжигании. Основная опасность таких элементов заключается в их трансформации при попадании в атмосферу, переносе на большие расстояния и попадании в другие среды. Например, SO₂ попадая в воздух, начинает взаимодействовать с водой, подкисляя, образуется H₂SO₃, которая под воздействием различных факторов переходит в H₂SO₄. СО (угарный газ) продукт неполного зжигания топлива, попадая в организм человека, препятствует поступлению кислорода и приводит к кислородному голоданию [Перельман, Касимов, 1999].

Но для полной оценки необходмо  изучать не только количество выбросов, но и их качество. Особую опасность составляют специфические выбросы для каждого производства. К относятся ПАУ, формальдегид, тяжелые металлы, радиоактивные вещества. 3,4 – бенз(а)пирен вызывает онкозаболевания, образуется при зжигании топлива.

Характерной чертой для многих промышленных городов является запыленность, которая в своем составе может иметь повышенную концентрацию химических элементов. Можно выделить 2 типа техногенной нагрузки:

1. поступление большого количества пыли, но с низким содержанием загрязняющих веществ
2. поступление небольших объемов пыли, но с повышенной концентрацией поллютантов [Перельман, Касимов, 1999].

3.2. Загрязнение почв, снежного покрова и водных объектов городских ландшафтов

Загрязнение почв, снежного покрова и донных отложений замкнутых водоемов является важной составляющей при эколого-геохимическом анализе городской территории, так как данные среды обладают высокой сорбционной способностью и поглощают значительную часть продуктов техногенеза.

Почвы городов  являются быстро развивающимися образованиями, на которые негативно воздействуют производственные объекты и транспорт. Урбаноземы представлены чаще всего слоистыми почвами, в которых чередуются слои самого разного гранулометрического состава, часто с участием камней, строительного и бытового мусора [Карпачевский, 2009]. Отсюда все варьирование физических свойств почв города. В результате техногенеза в почву попадают различные поллютанты, изменяющие ее свойства. Так, попадание элементов строительного мусора способствует подщелачиванию и изменению pH, но наиболее серьезное воздействие на почвенный покров оказывает высокая концентрация тяжелых металлов, пестицидов, хлорорганических соединений и других токсикантов, которые аккумулируются в верхних горизонтах почв, изменяют их химический состав, трансформируются и опять включаются в техногенные циклы миграции [Герасимова, 2003].

Другим типом  депонирующей среды, по состоянию которого можно судить о степени загрязнения  городских ландшафтов, является снег. Снег, как и почва, обладает способностью активно накапливать поллютанты, и, соответственно, является хорошим индикатором для выявления процессов загрязнения территорий в течение зимнего периода. Поэтому, одной из важнейших составляющих анализа является оценка содержания загрязнителей в снежном покрове, поскольку концентрации химических элементов в снеге являются интегральными показателями состояния воздушного бассейна и окружающей среды. Загрязняющие вещества могут попадать при выпадении снега и в результате вторичного поступления загрязняющих веществ из приземного слоя атмосферы. Степень загрязнения снега зависит от мощности источников загрязнения, интенсивности и режима выбросов, удалённости участка от мест выброса, от длительности накопления снежного покрова [Николайкин, 2003].

Главенствующую  роль в загрязнении водных объектов имеют донные отложения замкнутых водоемов. Донные илы схожи по функциям с почвами, поскольку тоже являются динамическими биокосными системами, в которых большое значение имеет живое и мертвое органическое вещество. Техногенные илы формируются в результате объединения взвешенного в воде материала с водой. Степень загрязнения зависит от морфологических особенностей и формы нахождения химического элемента [Сает, 1990]. Огромную роль для илов имеют окислительно-восстановительные и сорбционные процессы [Перельман, Касимов, 1999].

При распределении химических элементов в донных отложениях под  влиянием города можно выделить определенные закономерности. В жилой зоне города формирование потоков рассеяния  характеризуется невысоким содержанием  химических элементов. Промышленные территории отличаются повышенной концентрацией загрязняющих веществ, по некоторым элементам может возникнуть зона техногенной аномалии. Максимальная концентрация химических элементов приурочена к геохимическим барьерам, так как там создаются благоприятные условия для накопления химических элементов [Сает, 1990]. 

Особенности распространения  потоков загрязняющих веществ зависят  не только от характера формирования загрязнителей, но и водотока. Геоморфологические особенности русла и долины реки влияют на аккумуляцию элементов. Например, характер распределения химических веществ может поменяться при прохождении озеровидных расширений на реках [Сает, 1990]. Это и многое другое, говорит о сложности процесса накопления и преобразования химических элементов в водных экосистемах, что требует тщательного изучения и анализа по отдельным элементам и в целом.  Проблема загрязнение водных объектов стоит остро и потому, что вода это ресурс, который используется в различных целях [Prasad,2006]. Потребление воды для питьевого, промышленного и сельскохозяйственного водоснабжения, реакции, увеличивает вероятность поступления токсичных химических элементов в живые организмы по пищевым цепочкам.  

 

 

3.3. Загрязнение растительности городских ландшафтов

В решении экологических проблем большое значение имеет растительность. Она входят в систему жизнеобеспечения города как важнейший средообразующий и средозащитный фактор, обеспечивающий комфортность и качество среды обитания человека, и как обязательный элемент городского ландшафта [Ведерников, 2007].

Растительность  городских ландшафтов находится под мощным техногенным давлением загрязнителей, поступающих из воздушной и почвенной среды, так как растения являются индикаторами состояния окружающей среды [Prasad, 2008].

Для оценки степени  аккумуляции поллютантов в живых организмах используют коэффициент поглощения, которые рассчитывается как отношение содержание элемента в золе к содержанию этого элемента в почве. Степень накопления элементов зависит от физических свойств организма; физиологический барьер определят величину, до которой ткани и органы способны накапливать химические элементы [Перельман, Касимов,1999].

Растения индикаторы это организмы, которые в первую очередь реагируют на изменения  в окружающей среде. Они обладают повышенной чувствительностью к определенным видам антропогенного воздействия и по их присутствию определяют наличие/отсутствие определенных микроэлементов (таблица 4).  Растения индикаторы используют при оценке механического и химического состава почв, в поисках пресных вод и добычи полезных ископаемых, при определении загрязненности окружающей среды определенным химическим элементом [Меженский, 2004].

Таблица 4

Примеры растений-биоиндикаторов

Индицируемый  фактор загрязнения среды обитания	Растение-биоиндикатор
Общее загрязнение	Лишайники и  мхи
Тяжелые металлы	Слива, фасоль обыкновенная
Диоксид серы (SO2)	Ель, люцерна
Фтористый водород (HF)	Косточковые плоды, гладиолус
Хлористый водород (HCL)	Береза бородавчатая, земляника лесная
Аммиак (NH3)	Подсолнечник, конский каштан
Сероводород (H2S)	Шпинат, горох
Фотосмог	Крапива, табак
Засоленность  почв	Галофиты: например, лебеда
Застойная сырость  почв	Мята, полевой  хвощ
Повышенная  сухость почв	Ромашка, полынь
Повышенная  влажность почв	Мята, щавель, хвощи
Повышенная  уплотненность почв	Пырей, лютик  ползучий
Песчаность  почв	Мокрица, коровяк
Глинистость почв	Лютик ползучий, одуванчик, дымянка
Источник: взята из учебного пособия для  вузов «Экология» Николайкин Н.И. 2003

Не все растения могут  быть индикаторами, лучшими считаются стенобионты – виды, которые приспосабливаются к существованию в строго определенных условиях и не выносящие больших колебаний в окружающей среде.

В городах индикатором чистой водной экосистемы является наличие харовых водорослей (Chara Aspera), воздушного загрязнения может быть сосна (таблица 5).

Таблица 5 

Сравнительная устойчивость растений к сернистому газу (SO₂)

Вид растения	Степень устойчивости, балл	Степень повреждения
Люцерна (Medicago sativa)	1,0	Слабая
Овес (Avena sativa)	1,3	Слабая
Клевер (Trifolium pratense)	1,4	Слабая
Пшеница (Trificum aestivum)	1,5	слабая
Горох (Pisum sativum)	2,1	Средняя
Виноград (Vitis vinifera)	2,2	Средняя
Абрикос (Armeniaca vulgaris)	2,3	Средняя
Картофель (Solanum tuberosum)	3,0	значительная
Кукуруза (Zea maus)	4,0	значительная
Огурцы (Cucumis sativum)	4,2	значительная
Сосна (Pinus silvestris)	7	значительная
Источник: взята из книги «Растения-индикаторы» Меженский В.Н.2004

Сосна, как известно, обладает повышенной чувствительностью  к загрязнению городской среды. Хвоя способна аккумулировать химические элементы, в городах с высокой степенью загрязнения она приобретает темно-красную окраску. Индикатором плохого состояния почв может быть завезенная амброзия (Ambrosia Artemisifolia) и циклахена (Cyclachaena xantifolia). Она не может конкурировать с местной растительностью, но отлично развивается на стройках, свалках и вдоль дорог. Так, например, от автотранспорта в результате стирания покрышек в окружающую среду поступают Al, Co, Cu, Fe, Zn и др., сгорание этилированного топлива – основной источник Pb [Тарасова Т.Ф.]. 

 

 

Глава 4. Загрязнение городов Республики Казахстан

Республика  Казахстан занимает площадь 2724,9 тыс. км², по административному делению делится на 14 областей и имеет 2 города Республиканского значения (Астана, Алматы).  Наиболее крупные по численности населения города: Алматы (город-миллионер), Астана, Шымкент, Караганда, Актобе, Тараз, Павлодар, Усть-Каменогорск, Семипалатинск, Кустанай, Уральск, Петропавловск, Кызылорда, Атырау, Актау, Темиртау, Туркестан, Кокшетау, Талдыкорган, Экибастуз и Рудный [перепись населения РК, 2009].

4.1 Загрязнение воздуха

Для загрязнения  воздушной среды характерно поступление  больших объемов СОх, NOx, SOx и взвешенных веществ. В зависимости от источника загрязнения можно выделить поступление углеводородов, летучих органических соединений, сероводорода (H2S) и аммиака (NH3).

Загрязнение воздушной среды городских ландшафтов обусловлено развитием промышленности и автотранспорта. Основными загрязняющими веществами являются: СО_х, NO_x, SO_x, взвешенные вещества. Так же в некоторых случаях можно наблюдать превышение предельно допустимой концентрации аммиака (NH₃), сероводорода (H₂S), хлороводорода (HCl), фтороводорода (HF), формальдегида (угольная кислота H₂CO), фенола (C₆H₅OH) и т.д.

Рис 4.  Схема расположения населенных пунктов экологического мониторинга РК

Источник: взято авотром из отчета о сосотоянии окружающей среды РК за 2010 год, МООС, РГП «Казгидромет»

Наблюдения за состоянием атмосферного воздуха на территории Республики проводится в 28 населенных пунктах на 78 постах наблюдений (рис. 4). Содержание вредных веществ в атмосферном воздухе городов Казахстана остается высоким. К загрязненным городам республики (ИЗА₅ ≥ 5) относится 12 городов, из них 8 относится к числу городов с высоким уровнем загрязнения воздуха (ИЗА5 ≥ 7). Так наиболее загрязненными городами являются города: Алматы, Шымкент и Темиртау (рис. 5).

 

Рис 5.  Сравнение ИЗА по городам РК за 2009-2010 год

Источник: взято авотром из отчета о состоянии  окружающей среды РК за 2010 год, МООС, РГП «Казгидромет»

Основными отраслями  промышленности, оказывющими влияние  на загрязнение городов Казахстана являются автотранспорт в крупных  городах, энергетика, цветная и черная металлургия (таблица 6).

Таблица 6 

Динамика изменения уровня загрязнения атмосферно воздуха в крупных городах и промышленных центрах РК

Город		ИЗА5			Отрасли промышленности,  оказывающие влияние  на загрязнение воздуха
		2007	2008	2009
1	Алматы	12,6	13,3	12,9	автотранспорт, энергетика
2	Шымкент	11,2	11,9	9,9	цветная металлургия, химическая, нефтеперерабатывающая
3	Усть-Каменогорск	7,2	7,9	9,6	цветная металлургия, энергетика
4	Актобе	9,5	8,5	8,6	черная металлургия, химическая
5	Темиртау	8,6	9,6	7,7	черная металлургия, химическая
6	Караганда	7,5	7,6	7,7	энергетика, угледобывающая, автотранспорт
7	Тараз	7,5	7,2	7,5	химическая
8	Риддер	7,4	7,5	6,6	цветная металлургия, энергетика
9	Жезказган	5,2	6,8	6,4	цветная металлургия, энергетика
10	пос.Глубокое	3,0	3,4	5,4	цветная металлургия
11	Атырау	2,4	3,3	5,3	нефтеперерабатывающая
12	Астана	4,5	8,1	4,7	энергетика, автотранспорт
13	Семей	4,6	4,2	4,4	энергетика, строительных материалов
14	Кызылорда	5,5	4,5	3,9	энергетика
15	Петропавловск	4,3	4,3	3,9	энергетика, приборостроение
16	Актау	4,3	4,5	3,5	химическая
17	Костанай	3,1	3,2	3,5	энергетика
18	Павлодар	1,9	1,9	2,4	нефтеперерабатывающая, энергетика
19	Балхаш	3,8	3,0	2,3	цветная металлургия, энергетика
20	Талдыкорган			1,6	энергетика
21	Экибастуз	1,2	1,2	1,0	энергетика, угледобывающая
22	Кокшетау			0,8	энергетика
Источник: взято автором из «Национального доклада о состоянии окружающей среды» 2009