Вагнер Д. С., студентка 4 курса Направления подготовки 06.03.01 «Биология» Уливанова Г. В., к. б. н. ФГБОУ ВО РГАТУ, г. Рязань, РФ АНАЛИЗ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА ГОРОДА РЯЗАНИ В результате процессов физического, химического выветривания, формирования верхних слоев земной коры под влиянием жизни, атмосферы и обменных процессов, образовалась почва – рыхлый слой поверхностных горных пород вместе с включенными в него водами, воздухом, живыми организмами и продуктами их жизнедеятельности. Почва обладает специфическим свойством – плодородием, то есть способностью обеспечивать растения элементами питания, влагой, воздухом и давать урожай [7]. Почва является четырехфазной системой. Она включает твердую, жидкую, газообразную и живую фазы. Каждая фаза имеет специфический химический состав [34]. Мониторинг окружающей природной среды представляет собой комплексную систему долгосрочных наблюдений с целью оценки и прогноза изменений состояния биосферы или ее отдельных компонентов под влиянием антропогенных воздействий, предупреждения о создающихся критических ситуациях, вредных или опасных для здоровья людей, других живых организмов и их сообществ [3]. Биоиндикация – обнаружение и определение экологически значимых природных и антропогенных нагрузок на основе реакций на них живых организмов непосредственно в среде их обитания [22]. Целью исследования стал комплексный анализ основных свойств почвенного покрова и влияние уровня антропогенного пресса на изменение свойств почв. Были поставлены следующими задачами: – провести анализ химических и физических свойств почвенного покрова исследуемых биотопов; – провести сравнительный анализ свойств почвенного покрова методом биоиндикации, изучить основные индикаторы, их устойчивость и чувствительность к изменению свойств почвенного покрова. Изучения почв проводилось на территории Рязанской области города Рязани с четырех зон биотопов (промышленная зона, селитебная зона, рекреационная зона и транспортная зона). Были применены стандартные методы составляют описание биотопа: местоположение, ориентацию относительно сторон света, преобладающую растительность, погодные условия (освещенность, влажность, температуру воздуха, скорость ветра) [31]. Описание давалось в виде таблицы характеристик почвы биотопа (таблица 1). С каждой из исследуемых зон, размер которых 100 м2, были взяты по 3 пробы. Описание проводилось в следующем порядке по следующим признакам: цвет в сухом состоянии; влажность; механический состав; структура; плотность; включения [31]. Исследуемый биотоп промышленной зоны находится в близи завода «Красное знамя», ориентированный на выпуск радиоэлектронной техники (рисунок 1). Рисунок 1 – Карта промышленной зоны. Исследуемый биотоп транспортной зоны находится близ Московского шоссе характеризующегося полосами и высокой интенсивностью движения транспорта (рисунок 2). Рисунок 2 – Карта транспортной зоны. Исследуемый биотоп селитебной зоны расположен на пересечении улиц Октябрьская и Бронная, во дворах жилых домов 44 и 15 (рисунок 3). Рисунок 3 – Карта селитебной зоны. Исследуемый биотоп рекреационной зоны, занимаемый парком «Советско-польскому братству по оружию», находящий на улице Октябрьская (рисунок 4). Рисунок 4 – Карта рекреационной зоны. С каждого из исследуемых биотопов было взято по 3 пробы почвы (рисунок 1-4), характеристика каждой из которых представлена в таблице 1. Таблица 1 – Характеристика почв исследуемых биотопов № пробы 1 Цвет в сухом состоянии 2 1 светлобурая светлобурая оранжевая 2 3 Влажность 3 сухая сухая сухая 1 2 серая сухая серая влажная 3 темно-серая влажная 1 темно-бурая бурая бурая 2 3 1 2 3 бурая бурая темно-бурая Механический состав Структура Включения 4 5 Промышленная зона бесструкпесчаный турная бесструкпесчаный турная 6 7 плотная литоморфы плотная антропоморфы песчаный плотная литоморфы рыхлая литоморфы рыхлая литоморфы рыхлая литоморфы уплотненная литоморфы уплотненная уплотненная литоморфы литоморфы рыхлая рыхлая рыхлая литоморфы литоморфы литоморфы глыбистая Транспортная зона песчаный зернистая легкосуглиникомковатая стый легкосуглинизернистая стый Селитебная зона свежая супесчаный свежая сухая песчаный зернистая супесчаный зернистая Рекреационная зона песчаный комковатая песчаный комковатая супесчаный комковатая влажная влажная влажная Плотность зернистая Рассматривая полученные данные цвет исследуемых зон многообразен и начинается с серого и заканчивается темно-бурым. В основном почва сухая, но в рекреационном она влажная (из-за того, что почва собиралась под деревьями). Механический состав почв в основном песчаный и супесчаный. Структура почв разнообразна. Плотность почв в основном плотная или уплотненная, но встречается и рыхлая в рекреационной и транспортной зонах. Включения в исследуемых зона представлены литоморфой (обломки камней, галька, валуны), но в одной из проб промышленной зоны представлена антропоморфой (обломки кирпича, осколки стекла или фарфора, черепки, остатки захоронений, построек, металлические предметы). ФГБУ «САС «Рязанская» предоставило данные по содержанию тяжелых металлов, нефтепродуктов и радиоактивных изотопов в пробах почв исследуемых зон (таблица 2-6), отобранных на глубине 0,0-0,2 м. После отбора следует подготовка почв к анализам, а после анализа обезличивание его. Только затем проводятся исследования, в данном случае по следующим методикам: – методика выполнения измерений массовой доли элементов в пробах почв, грунтов и донных отложениях методами атомно-эмиссионной и атомноабсорбционной спектрометрии (Hg, Ni, Pb) [19]; – определение мышьяка в почвах фотометрическим методом (As) [23]; – методика измерения активности радионуклидов с использованием сцинтилляционного гаммаспектрометра с программным обеспечением «Прогресс» (Cs-137, K-40, Th-232, Ra-226) [40]; – методика измерений массовой доли нефтепродуктов в пробах почв и грунтов флуориметрическим методом на анализаторе жидкости «флюoрат-02» (нефтепродукты) [27]. Химический состав почв был определен на базе лаборатории ФГБУ «САС «Рязанская». Исследуемыми полллютантами были тяжелые металлы (Hg, Ni, Pb), мышьяк (As), нефтепродукты и радионуклиды (Cs-137, K-40, Th-232, Ra-226). Отдельно рассмотрим каждую из исследуемых зон по значению показателей поллютантов (таблица 2-6). Таблица 2 – Содержание поллютантов в почве промышленной зоны Наименование поллютанта, Фактическое значение пока- Погрешность метода испыразмерность зателей таний 1 2 3 Ртуть (Hg), мг/кг 0,029 ± 0,011 Никель* (Ni), мг/кг 21,7 ± 6,7 Свинец (Pb), мг/кг 29,7 ± 9,1 Мышьяк (As), мг/кг 6,32 Нефтепродукты**, мг/кг 57 ± 22 Cs-137***, Бк/кг 22 K-40***, Бк/кг 253 Th-232***, Бк/кг 11 Ra-226***, Бк/кг 15 * – ОДКп, ** – фоновое содержание, *** – удельная активность радионуклида В ходе исследований было отмечено превышение ПДКп по содержанию мышьяка (As), по ОДКп превышение никеля (Ni), а также превышение содержания нефтепродуктов над фоновым значением нефтепродуктов. Таблица 3 – Содержание поллютантов в почве транспортной зоны Наименование поллютанта, Фактическое значение пока- Погрешность метода испыразмерность зателей таний Ртуть (Hg), мг/кг 0,024 ± 0,007 Никель* (Ni), мг/кг 16,7 ± 3,9 Свинец (Pb), мг/кг 26,7 ± 8,1 Мышьяк (As), мг/кг 3,35 Нефтепродукты**, мг/кг 69 ± 28 Cs-137***, Бк/кг 3 K-40***, Бк/кг 468 Th-232***, Бк/кг 19 Ra-226***, Бк/кг 16 * – ОДКп, ** – фоновое содержание, *** – удельная активность радионуклида В ходе исследований было отмечено превышение ПДКп по содержанию мышьяка (As), по ОДКп превышение никеля (Ni). Таблица 4 – Содержание поллютантов в почве селитебной зоны Наименование поллютанта, Фактическое значение пока- Погрешность метода испыразмерность зателей таний Ртуть (Hg), мг/кг 0,014 ± 0,005 Никель* (Ni), мг/кг 16,4 ± 3,8 Свинец (Pb), мг/кг 14,6 ± 4,5 Мышьяк (As), мг/кг 1,91 Нефтепродукты**, мг/кг 5,9 ± 2,4 Cs-137***, Бк/кг менее 3 K-40***, Бк/кг менее 40 Th-232***, Бк/кг менее 8 Ra-226***, Бк/кг менее 8 * – ОДКп, ** – фоновое содержание, *** – удельная активность радионуклида В ходе исследований было отмечено, что превышение по поллютантам в данной зоне не обнаружено. Таблица 5 – Содержание поллютантов в почве рекреационной зоны Наименование поллютанта, Фактическое значение пока- Погрешность метода испыразмерность зателей таний Ртуть (Hg), мг/кг 0,004 ± 0,006 Никель* (Ni), мг/кг 14,9 ± 4,9 Свинец (Pb), мг/кг 13,7 ± 4,8 Мышьяк (As), мг/кг 1,28 Нефтепродукты**, мг/кг 4,7 ± 2,6 Cs-137***, Бк/кг менее 3 K-40***, Бк/кг менее 40 Th-232***, Бк/кг менее 8 Ra-226***, Бк/кг менее 8 * – ОДКп, ** – фоновое содержание, *** – удельная активность радионуклида В ходе исследований было отмечено, что превышение по поллютантам в данной зоне не обнаружено. Таблица 6 – Содержание поллютантов в почвах исследуемых зон Транспортная Наименование пол- Промышленная зона зона лютанта, размерность ПДК ПДК Никель* (Ni), мг/кг 21,7 20 20 – Мышьяк (As), мг/кг 6,32 2 3,35 2 Нефтепродукты**, 57 40 69 40 мг/кг * – ОДКп, ** – фоновое содержание Селитебная зона ПДК 20 – 2 – – 40 Рекреационная зона ПДК 20 – 2 – – 40 В промышленной зоне было отмечено, превышение никеля (Ni) на 1,7 мг/кг, чем положено по ОДКп, а также превышение мышьяка (As) на 4,32 мг/кг. А также было отмечено превышение нефтепродуктов над фоновым значением на 17 мг/кг. В транспортной зоне было отмечено превышение мышьяка (As) по ПДК на 1,35 мг/кг, а также было отмечено превышение нефтепродуктов над фоновым значением на 29 мг/кг. Превышения средних уровней удельной активности исследуемых радионуклидов не было отмечено ни в одной из зон. Селитебная и рекреационная зоны отличились самыми низкими показателями по содержанию и уровню удельной активности всех исследуемых поллютантов. В ходе исследования оценивалось состояние почв по растениям-индикаторам. Результаты отобразить в таблице. Для оценки необходимо пользоваться экологическими шкалами растений индикаторов. Растения являются основными индикаторами, которые расскажут о состоянии почв, по ним можно определить такие показатели как: кислотность, влажность, механический состав, содержание минералов и органики, плодородие [29]. Данные по биоиндикационной методике оценки состояния почв по растениям индикаторам были внесены в таблицу 9. Таблица 9 – Биоиндикационная оценка состояния почв № пробы Вид Промышленная зона 1 пырей ползучий (elytrigia repens) подорожник большой (plantago major) 2 пырей ползучий (elytrigia repens) подорожник большой (plantago major) 3 пырей ползучий (elytrigia repens) подорожник большой (plantago major) 1 2 Транспортная зона пырей ползучий (elytrigia repens) мятлик луговой (poa pratensis) подорожник большой (plantago major) мятлик луговой (poa pratensis) Индикаторная значимость уплотненные почвы недостаток азота щелочная почва уплотненные почвы недостаток азота щелочная почва уплотненные почвы недостаток азота щелочная почва уплотненные почвы богат калием и фосфором недостаток азота щелочная почва богат калием и фосфором 3 марь обыкновенная (chenopodium album) пырей ползучий (elytrigia repens) богата азотом много гумуса уплотненные почвы Селитебная зона 1 клевер луговой (trifolium pratense) 2 одуванчик полевой (taraxacum officinale) крапива обыкновенная (urtica dioica) 3 лопух большой (arctium lappa) крапива обыкновенная (urtica dioica) кислая почва бедна кальцием и азотом богата калием и фосфором много гумуса богата азотом щелочная почва глинистая почва богата азотом щелочная почва Рекреационная зона 1 подорожник большой (plantago major) яблоня дикая (malus sylvestris) 2 крапива обыкновенная (urtica dioica) марь обыкновенная (chenopodium album) 3 пырей ползучий (elytrigia repens) мятлик луговой (poa pratensis) недостаток азота щелочная почва почва глина и суглинок щелочная почва богата азотом много гумуса уплотненные почвы богат калием и фосфором Промышленная зона характеризуется уплотненной щелочной почвой и недостатком азота. Транспортная зона характеризуется уплотненной почвой, много гумуса, богата калием и фосфором. В некоторых местах данной зоны идет недостаток, а также богатство азота. Почва селитебной зоны богата азотом, калием и фосфором, но в некоторых местах бедна азотом. Является щелочной, но есть места кислой почвы. Почва рекреационной зоны уплотненная, богата калием и фосфором, много гумуса, состав грунта – глина и суглинок. Сравнивая данные полученные по описанию исследуемых зон и растениям индикаторам обнаруженных на них, получим такие результаты: – отличия промышленной зоны характеристики свойств и биоиндикационной оценки, заключаются в том, что исследуемая зона по цвету считается кислой, а по растениям – щелочная; – отличия транспортной зоны характеристики свойств и биоиндикационной оценки, заключаются в том, что исследуемая зона собиралась далеко от тропинок, поэтому она и рыхлая, а не уплотненная; – отличия селитебной зоны характеристики свойств и биоиндикационной оценки, заключаются в том, что исследуемая зона по цвету считается щелочной, а по растениям – кислой; – отличия рекреационной зоны характеристики свойств и биоиндикационной оценки, заключаются в том, что исследуемая зона собиралась под высокими деревьями и по влажности считается влажной почвой, хотя щелочная почва тяжелая, вязкая и плохо пропускает влагу. В современном мире особенно важна проблема сохранения не только почв, но и биоразнообразия, в том числе и человека, напрямую связанного с ухудшением экологической ситуации. Для своевременной оценки состояние окружающей среды создана система экологического мониторинга, включающего химические, физические и биологические методы оценки качества среды. Почва загрязняется также при неправильном применении ядохимикатов, предназначенных для повышения урожайности растений. Гербициды, пестициды и другие ядохимикаты, накапливаясь в почве, способствует ее химическому загрязнению и вызывает гибель почвообразующих организмов; это снижает плодородие почв Различают два вида загрязнений почвы – антропогенное и естественное. Почва имеет способность к самоочищению, но, в отличие от воздушной и водной сред, этот процесс протекает очень медленно и способность самоочищения почвы не безгранична; причем каждый тип почв имеет свой предел самоочищения [9]. Библиографический список 3. Ашихмина, Т. Я. Экологический мониторинг [Текст] / Т. Я. Ашихмина, Г.Я. Кантор, А.Н. Васильева и др. –М.: Академический проект, 2008. – 653 с. 7. Волкова, И. Н. Экологическое почвоведение [Текст] / И. Н. Волкова, Г. В. Кондакова, ЯрГУ: Ярославль, 2003. – 67 с. 9. Голицын, А. Н. Инженерная геоэкология [Текст] / А. Н. Голицын. – М.: Оникс, 2007. – 368 с. 19. М-МВИ-80-2008. Методика выполнения измерений массовой доли элементов в пробах почв, грунтов и донных отложениях методами атомно-эмиссионной и атомно-абсорбционной спектрометрии. – Взамен М-МВИ-80-2001; Дата выдачи свидельства 04.06.2008; Аттест. в соотв. с ГОСТ Р 8.563 [Текст]. – СПб.: ВНИИМ, 2008. – 27 с. 21. Мандра, Ю. А. Оценка экологического состояния окружающей среды городских территорий методами биоиндикации и биотестирования [Текст] / Ю. А. Мандра, Е. Е. Степаненко, С. В. Окрут. – Ставрополь: Секвойя, 2018. – 175 с. 22. Мелехова, О. П. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование [Текст] / О. П. Мелехова, Е. И. Егорова, Т. И. Евсеева. – М.: Академия, 2007. – 288 с. 23. Методические указания по определению мышьяка в почвах фотометрическим методом. Утвержден 26.02.1993. [Текст]. – М.: ЦИНАО, 1993. – 13 с. 27. ПНД Ф 16.1:2.21-98. Методика измерений массовой доли нефтепродуктов в пробах почв и грунтов флуориметрическим методом на анализаторе жидкости «флюoрат-02». – Дата выдачи свидетельства 21.08.2007; Аттест. в соотв. с ГОСТ Р 8.563 [Текст]. – СПб.: ЛЮМЭКС, 1998. – 26 с. 28. Растения-индикаторы – как определять состав и кислотность почвы на участке [Электронный ресурс] / https://www.ogorod.ru – Режим доступа: https://www.ogorod.ru/ru/now/soil/13158/Rastenija-indikatory-kak-opredeljatsostav-i-ki slotno st-pochvy-na-uchastke.htm, свободный. – Загл.с экрана. 29. Растения-индикаторы почв [Электронный ресурс] / http://wikibotanika.ru – Режим доступа: http://wikibotanika.ru/uhod/pochva/rasteniya-indikatory-pochv.html, свободный. – Загл.с экрана. 31. Савич, В. И. Почвенная экология [Текст] / В. И. Савич, Н. В. Парахин, В. Г. Сычев, Л. П. Степанова. – Орел: ОрелГАУ, 2002. – 546 с. 34. Самофалова, И. А. Химический состав почв и почвообразующих пород [Текст] / И. А. Самофалова. – Пермь: Изд-во ФГОУ ВПО «Пермская ГСХА», 2009. – 132 с. 40. ФР.1.40.2017.25774. Методика измерения активности радионуклидов с использованием сцинтилляционного гаммаспектрометра с программным обеспечением «Прогресс». – Дата выдачи свидетельства 05.09.2016; Аттест. в соотв. с ГОСТ Р 8.638 [Текст]. – М.: НТЦ Амплитуда, 2016. – 39 с.
