Министерство образования И НАУКИ РоссийскоЙ Федерации
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Сибирский государственный аэрокосмический университет
Имени академика М.Ф. Решетнева»
Институт химических технологий
Кафедрапромышленной экологии, процессов и аппаратов химических производств
ОТЧЕТ
О ПРОХОЖДЕНИИ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ПРАКТИКИ
Тип практики научно-исследовательская работа
Обучающийся Беляева Кристина Сергеевна, 52-4м
Место прохождения практики кафедра ПЭ,ПАХП
Сроки прохождения практики по
Руководитель практики
от университета
ФИО, должность
Руководитель практики
от организации
ФИО, должность
Руководитель магистерской
программы
ФИО, должность
Красноярск 2018г.
Введение
Интенсивный рост городов и промышленных выбросов в пригородной зоне все чаще вызывает негативные процессы в пригородных экосистемах, в том числе в лесных фитоценозах. Правобережная территория г.Красноярска расположена на Средне-Сибирском плоскогорье, южная часть вплотную граничит с отрогами Саянских гор и Торгашинским хребтом [1]. Одной из лесообразующих пород на этой территории является сосна обыкновенная, наряду с лиственницей и елью она повсеместно распространена на территории Восточных Саян и межгорных котловин Алтае-Саянской горной страны. Сосна обыкновенная наиболее широко распространена в пределах долины реки Лалетина на территории заповедника «Столбы» (сосняки занимают 41% лесной площади). Сосновые леса представлены во всех его районах, абсолютного господства сосна достигает в районе выхода сиенитов, где образует почти чистые леса [2].
В настоящее время в объектах биосферы: почве и растениях происходит интенсивное накопление тяжелых металлов в количествах, значительно превышающих их природные кларки, что представляет реальную угрозу для пригородных экосистем. Определенный интерес представляют данные по биоаккумуляции тяжелых металлов в различных растениях, в том числе в хвойных (сосна, сосна) [3]. При биохимических исследованиях исключительна роль принадлежит изучению элементного химического состава растения, что позволяет оценить роль живого вещества в геохимических процессах. Организмы лесных фитоценозов активно участвуют в стабилизации экосистем, выступая как в роли геохимических барьеров, так и в качестве природных накопителей химических элементов, в том числе тяжелых металлов [4,5]. Среди живых организмов, населяющих природные экосистемы суши, способностью активно сорбировать тяжелые металлы свей биомассой обладают хвойные древостои. Химические элементы и их соединения, попадая на поверхность почв в ландшафтно-геохимические системы, претерпевают ряд превращений, рассеиваются или накапливаются в зависимости от характера геохимических барьеров, свойственных данной территории. Сведения о процессах накопления, миграции и содержания тяжелых металлов в растениях являются необходимыми для проведения биогеохимического районирования, учета продуктивности и сохранения плодородия почв [6]. В связи с этим назрела проблема оценки накопления тяжелых металлов с использованием доступных, недорогих и экологичных методов анализа накопления в окружающей среде загрязнений с использованием в качестве биоиндикаторов древесных растений. Суть подхода состоит в определении загрязнения одних систем через другие более доступные для измерения [7]. На сегодняшний день учеными всего мира накоплен обширный материал о содержании и распределении химических элементов в почвах, растениях и других объектах окружающей среды. Установлены фоновые уровни содержания тяжелых металлов в растениях некоторых конкретных регионов [8]. Биоиндикационные исследования преимущественно проводятся пассивными или активными способами. При первом из них анализируются изменения свободно произрастающих растений, во втором – применяют тест-камеры, в которых биоиндикаторы подвергают воздействию поллютантов заданного состава [9]. Следует отметить, что растения более чувствительны чем приборы к присутствию в атмосфере вредных поллютантов. Он реагируют на низкое содержание в атмосфере вредных веществ, недоступное для восприятия человеком. Высокая чувствительность растений к загрязнению свидетельствует об эффективности их применения для индикаторных целей [10]. В том случае, если интенсивность поступления загрязнителей сравнима или меньше скорости процессов перераспределения их в ландшафте, то в аккумулятивных ландшафтах происходит повышенное накопление тяжелых металлов и их соединений, а элювиальные элементы ландшафта меньше подвержены загрязнению. Неравномерность техногенного распределения металлов усугубляется неоднородностью подстилающей поверхности. В связи с этим для прогнозирования возможного загрязнения продуктами техногенеза и предотвращения нежелательных последствий деятельности человечества необходимо понимание законов геохимии, миграции химических элементов в различных природных ландшафтах [11]. Химические элементы и их соединения, попадая на подстилающую поверхность в ландшафтно-геохимические системы, претерпевают ряд превращений, рассеиваются и накапливаются в зависимости от характера геохимических барьеров, свойственных данной территории [12]. Многие химические элементы при попадании в вегетативные органы растений претерпевают биохимические превращения, например, вторичные метаболиты представляют собой результат превращений первичных соединений в ассимиляционном аппарате хвойных, в ряде случаев они являются конечными продуктами, в связи с чем более стабильны и дольше сохраняют информацию о воздействии поллютантов. Серьезным аргументов в пользу их применения в качестве биоиндикаторов служит и успешная разработка хроматографических методов, позволяющая достаточно просто получать количественные и воспроизводимые данные [13].
Содержание
1 Литературный обзор…………………………………………………….15
1.1 Тяжелые металлы в почве. 15
1.2 Тяжелые металлы в растениях. 18
1.2.1Загрязнения растительности заповедника атмосферными поллютантами (в % от жизнеспособности лишайников)…………...…… 20
1.3 Особенности объекта исследований (Расстояние от промышленных объектов до границ заповедника) 21
2.............................................................................. Методическая части………………………………………..……………26
2.1 Объект исследования. 27
2.2 Методы анализа ……………………………………………………....28
2.2.1 Методы определения параметров хвои……………………………28
2.2.2 Физико-химические методы………………………………………..30
2.2.3 Гравитометрические методы………………………………………32
2.2.3.1 Определение влажности………………………………………….34
2.2.3.2 Определение зольности. 34
2.3.1 Проверка однородности (анормальности) измерений по квантилям 36
распределения b. 36
3 Экспериментальные исследования...……….………………………...37
3.1 Оценка загрязнения атмосферы по размерам хвои ………………...37
4 Безопасность и экологичность работы………………………………38
4.1Безопасность работы………….…………………………………..……39
4.1.2Анализ опасных и вредных производственных факторов. 47
4.1.3 Санитарно – гигиеническая характеристика лаборатории. 48
4.1.4 Меры по обеспечению зашиты от поражения электрическим.
током. 49
4.1.5 Пожарная профилактика и средства пожаротушения. 51
1 Аналитический обзор
Тяжелые металлы в почве
Содержание ТМ в почвах зависит, как установлено многими исследователями, от состава исходных горных пород, значительное разнообразие которых связано со сложной геологической историей развития территорий. Химический состав почвообразующих пород, представленный продуктами выветривания горных пород, предопределен химическим составом исходных горных пород и зависит от условий гипергенного преобразования.
Первый этап трансформации оксидов тяжелых металлов в почвах является взаимодействие их с почвенным раствором и его компонентами. Даже в такой простой системе как вода находящаяся в равновесии с СО2, атмосферного воздуха, оксиды ТМ подвергаются изменению и существенно различны по устойчивости.
Процесс трансформации, поступивших в почву в процессе техногенеза ТМ, включает следующие стадии:
1) преобразование оксидов тяжелых металлов в гидроксиды (карбонаты, гидрокарбонаты);
2) растворение гидроксидов тяжелых металлов и адсорбция соответствующих катионов ТМ твердыми фазами почв;
3) образование фосфатов тяжелых металлов и их соединений с органическими веществами почвы.
Тяжелые металлы, поступающие на поверхность почвы, накапливаются в почвенной толще, особенно в верхнем горизонте и медленно удаляются при выщелачивании, потреблением растениями и эрозии. Первый период полуудаления ТМ значительно варьируется для разных элементов: Zn - 70 - 510 лет, Cd - 13 - 110 лет, Cu - 310 - 1500 лет, Pb - 740 - 5900 лет [22].
Ртуть - это сильнейший яд, один из немногих элементов, которые отнесены к загрязнителям 1-го класса опасности во всех средах (атмосферном воздухе, природной и питьевой воде, почвах); отходы производства и потребления ртути тоже относятся к опасным отходам 1-го класса. Ртуть продолжает использоваться в экологически опасных химических производствах: в целлюлозно-бумажной, электротехнической, электронной, золотодобывающей промышленности, на предприятиях приборостроения, а так же в медицине. Тепловые электростанции, работающие на угле, выбрасывают в атмосферу значительные количества соединений ртути, которые затем, в результате мокрых и сухих выпадений, попадают в водные объекты.
Ртуть не накапливается живыми организмами, рассеивается и лишь в небольшом количестве сорбируется глинами и илами. В нейтральной или слабо щелочной среде миграция ртути ограничена.
В лесных подстилках заповедника выделяется два очага с максимальной концентрацией ртути, которые приурочены к основному водоразделу (Кайдынский хребет) и к устью реки Большая Слизнева. Территории с минимальным содержанием ртути отмечены на южной оконечности заповедника, в районе кордонов Лалетина и Нарым, а также в верховьях реки Калтат. На остальной территории концентрация ртути средняя (0.05-0.09 мг/кг).
Распределение ртути в почвенном покрове значительно отличается от ее распределения в лесной подстилке. На основной территории заповедника наблюдается минимальная концентрация элемента в почве (менее 0.05 мг/кг), но выделяются и области с повышенным содержанием ртути. Наибольшая из них приурочена к долинам Сухого и Мокрого Калтатов и Инжула (здесь содержание ртути в почвах превышает 0.06 мг/кг). Остальные области разбросаны по территории заповедника: в районе кордона Каштак, рек Большая Слизнева и Мана. Здесь содержание ртути составляет около 0.05 мг/кг.
Это может быть связано с перераспределением ртути в системе лесная подстилка - почва, а также в системе сопряженных ландшафтов. То есть ртуть выносится из подстилки и концентрируется в почвах пониженных элементов рельефа. Лишь на выположенных водоразделах (характеризующихся отсутствием латерального движения вещества) происходит радиальное перемещение ртути из подстилок в почву и закрепление ее там.
В настоящее время свинец является одним из приоритетных загрязнителей окружающей среды, угрожая здоровью миллионов людей. В программе глобального мониторинга, принятой ООН в 1980 году, он упомянут как один из наиболее опасных загрязнителей окружающей среды. Формирование антропогенного загрязнения селитебных территорий свинцом происходит в результате деятельности свинцовоемких производств и автотранспорта, использующего этилированный бензин. Это обусловило интенсивное загрязнение городских территорий.
Свинец - промышленный яд, высокотоксичный элемент, способный при неблагоприятных условиях оказаться причиной отравления. В организм человека проникает главным образом через органы дыхания и пищеварения. Удаляется из организма очень медленно, вследствие чего накапливается в костях, печени и почках.
В биосфере свинец в основном рассеивается, его мало в живом веществе. Потенциальная опасность интоксикации почв соединениями свинца наиболее опасна для сильнокислых почв. Интенсивность поглощения его растениями невелика.
Часть территории заповедника характеризуется повышенным содержанием свинца в лесной подстилке и почвах. Территория в районах рек Слизневой Рассохи, Дрянной, Маны характеризуется фоновым содержанием элемента. Среднее содержание свинца, как в почве, так и в подстилке (в пределах удвоенного фонового значения) наблюдается на основной площади территории заповедника.
Из сравнительного анализа карт распределения концентрации элемента следует, что повышенное содержание свинца занимает значительно большую площадь в лесной подстилке, чем в почве. Это связано с большей подверженностью лесной подстилки антропогенному воздействию. При миграции свинца в почвы происходит снижение концентрации элемента. В районе устья р.Быковского повышенное содержание свинца в почве (при этом подстилка не характеризуется повышенным содержанием элемента), видимо происходит миграция свинца с поверхностными водами в этом направлении по линиям тока.
В слабокислых почвах выположенных водоразделов рек Лалетина - Слизнева и верховий Калтата с замедленной миграцией вещества наблюдается преимущественно вертикальная миграция свинца из лесной подстилки в почвы и отсутствие возможностей выноса свинца с поверхностными и подповерхностными водами.
Цинк - подвижный элемент в слабокислых и кислых почвенных условиях, умеренно фитотоксичен, повышение его концентрации в почвах приводит к угнетению растительности. Главными источниками поступления цинка в почву являются отходы промышленных производств, таких как цветная металлургия, лакокрасочная промышленность, гальваническое производство, а также коммунально-бытовые отходы и илы городских очистных сооружений. Цинк относится к числу активных микроэлементов, влияющий на рост и нормальное развитие организмов.
При анализе карты распределения концентрации цинка в лесной подстилке выявлено, что на территории заповедника содержание его на основной территории превышает фоновое значение (лишь на небольшой территории в районе кордона Сынжул содержание цинка в подстилке составляет менее 40 мг\кг). На основной площади содержание цинка колеблется в интервале 40-80 мг\кг, что превышает фоновое содержание вдвое. На площадях, приуроченных к долинам рек Калтата, Слизневой, Слизневой Рассохи, Дрянной, ручья Быковский наблюдается очень высокое содержание цинка (более 80 мг\кг).
Коэффициент концентрации цинка в лесной подстилке значительно выше, чем в почве. Это связанно с тем, что в лесных экосистемах основная нагрузка атмосферных выпадений токсикантов приходится именно на подстилку. Таким образом, лесная подстилка служит естественным барьером, защищающим верхние горизонты почвы от накопления в них поллютантов.
Распределение цинка в почвах несколько иное, чем в лесной подстилке, основная площадь характеризуется содержанием цинка близким к фоновому (фоновый показатель содержания цинка в почвах - 51 мг\кг).
Однако наблюдаются и очаги повышенного содержания элемента. В основном они совпадают с полигонами повышенного содержания цинка в лесной подстилке. Это позволяет предположить, что происходит перераспределение цинка в системе лесная подстилка - почва как активного мигранта в кислой среде. Очаги повышенного содержания цинка, не совпадающие с высоким его содержанием в подстилке обусловлены перераспределением металла в системе сопряженных ландшафтов.
Наличие областей повышенного содержания цинка в почвах, территориально связанных с областями повышенного содержания элемента в подстилке говорит о вертикальном перераспределении цинка в почвенном профиле.
Области повышенного содержания цинка в осадках расположены на водоразделе Медвежий - Плетняжная и в пригородной зоне заповедника. Совпадения между этими областями и очагами повышенного содержания цинка в хвое, почвах или лесной подстилке не наблюдается.
Повышенное содержание цинка в растительности наблюдается в двух очагах. Это верховья Намурта и Калтата и место слияния Слизневой Рассохи и Большой Слизневой.
Причем важно отметить, что области повышенного содержания цинка в растительности территориально не связаны с повышенным содержанием его в лесных подстилках и верхнем горизонте почв. Отсюда можно предположить, что содержание цинка в растительности связанно с повышенным содержанием этого элемента в горной породе.
Алюминий - самый распространенный в земной коре металл. Он является достаточно токсичным элементом для растений. В настоящей работе был проведен анализ его содержания в хвое сосны.
На территории заповедника выделяются три очага повышенного содержания в растительности алюминия. Это район реки Вилистая, верховий р. Намурт и Калтат, район слияния Инжула и Долгого.
Алюминий в осадках: на территории заповедника наблюдается три точки повышенного содержания алюминия. Это районы кордонов Калтат и Долгуша и район реки Мана, расположенные в аккумулятивных ландшафтах заповедника. На центральном водораздельном хребте повышенного содержания алюминия не наблюдается. Содержание алюминия в хвое растений напрямую не связано с содержанием его в зимних осадках.
Медь - один из важнейших микроэлементов. Недостаточное содержание меди в почвах отрицательно влияет на синтез белков, жиров и витаминов и способствует бесплодию, она участвует в процессе фотосинтеза и влияет на усвоения азота растениями. Вместе с тем избыточное ее концентрации оказывают неблагоприятное воздействие на растительные и животные организмы. Медь является менее подвижным металлом в почве и, преимущественно, концентрируется на поверхности почвы. Медь поступает в воздух с выбросами металлургических производств. В выбросах твердых веществ она содержится в основном в виде соединений, преимущественно оксида меди. Высокие концентрации меди приводят к интоксикации, анемии и заболеванию гепатитом.
На территории заповедника распределение меди не превышает фонового значения. Хотя содержание меди в почвах заповедника невелико, относительное перераспределение ее на территории все-таки наблюдается.
1.2Тяжелые металлы в растениях
Химический состав растений, как известно, отражает элементный состав почв. Поэтому избыточное накопление ТМ растениями обусловлено, прежде всего, их высокими концентрациями в почвах. В своей жизнедеятельности растения контактируют только с доступными формами ТМ, количество которых, в свою очередь, тесно связано с буферностью почв. Однако, способность почв связывать и инактивировать ТМ имеет свои пределы, и когда они уже не справляются с поступающим потоком металлов, важное значение приобретает наличие у самих растений физиолого-биохимических механизмов, препятствующих их поступлению.
Механизмы устойчивости растений к избытку ТМ могут проявляться по разным направлениям: одни виды способны накапливать высокие концентрации ТМ, но проявлять к ним толерантность; другие стремятся снизить их поступление путем максимального использования своих барьерных функций. Для большинства растений первым барьерным уровнем являются корни, где задерживается наибольшее количество ТМ, следующий - стебли и листья, и, наконец, последний - органы и части растений, отвечающие за воспроизводительные функции (чаще всего семена и плоды, а также корне- и клубнеплоды и др.)
Однако не всегда эти закономерности повторяются, что, вероятно, связано с условиями произрастания растений и их генетической спецификой. Отмечаются случаи, когда разные сорта одной культуры, произрастающие на одинаково загрязненной почве содержали различное количество ТМ. Данный факт, по-видимому, обусловлен присущим всем живым организмам внутривидовым полиморфизмом, способным проявить себя и при техногенном загрязнении природной среды. Это свойство у растений может стать основой генетико-селекционных исследований с целью создания сортов с повышенными защитными возможностями по отношению к избыточным концентрациям ТМ.
Несмотря на существенную изменчивость различных растений к накоплению ТМ, биоаккумуляция элементов имеет определенную тенденцию, позволяющую упорядочить их в несколько групп: 1) Cd, Cs, Rb - элементы интенсивного поглощения; 2) Zn, Mo, Cu, Pb, As, Co - средней степени поглощения; 3) Mn, Ni, Cr - слабого поглощения и 4) Se, Fe, Ba, Te - элементы, труднодоступные растениям.
Другой путь поступления ТМ в растения - некорневое поглощение из воздушных потоков. Оно имеет место при значительном выпадении металлов из атмосферы на листовой аппарат, чаще всего вблизи крупных промышленных предприятий. Поступление элементов в растения через
листья (или фолиарное поглощение) происходит, главным образом, путем неметаболического проникновения через кутикулу. ТМ, поглощенные листьями, могут переноситься в другие органы и ткани и включаться в обмен веществ [22].
1.2.1 Загрязнения растительности заповедника атмосферными поллютантами (в % от жизнеспособности лишайников)
Проведенный анализ по выявлению загрязнения хвои показал, что суммарный показатель не превышает допустимой концентрации. Это можно объяснить тем, что хвойные деревья устойчивы к загрязнению и критическое состояние начинается когда фоновый уровень загрязнения бывает превышен в 3,4 - 4,5 раза. Для лишайников это переход находится на уровне 1,5 - 2,3 фона и они чувствительнее к атмосферному загрязнению. Для выявления загрязнения лишайников на территории заповедника "Столбы" Р.А. Коловским и М.А. Бучельниковым исследовался биофизическими методами уровень жизнедеятельности лихенофлоры заповедника. Хорошей иллюстрацией степени загрязнения атмосферными поллютантами различных участков территории заповедника является полученная в этой работе карта. Изолинии распределения по территории жизнеспособности изученных лишайников приведены с сечением в 20% от максимальной жизнеспособности в 100%, но в принципе, карту можно градуировать и в единицах фона, тогда изолинии характеризующие интервал 0% - 20% жизнеспособности будут соответствовать 1,8 - 2,0 фоновой нагрузки, от 20% до 40% - 1,6-1,8 фона и т.д.
В результате проведенного лихеноиндикационного метода получено, что уровень нагрузки атмосферных поллютантов на наземную часть экосистемы находится в интервале 20-40% от жизнеспособности лишайников, что согласуется с вышеприведенными для заповедника данными по осадкам, хвое и почве. Такому феномену заповедник "обязан" существенным (до 500-600 м) превышением его территории над городом и благоприятной розе ветров. На территории заповедника выделяются два аномальных участка, это пригородная часть и район Кайдынского хребта [23].
1.3Особенности объекта исследований (Расстояние от промышленных объектов до границ заповедника)
По величине уровня загрязнения атмосферы Красноярск стабильно входит в "приоритетный" список городов России с наибольшим уровнем загрязнения воздуха, включающий 34 крупных населенных пункта страны. Ведущая отрасль промышленности - цветная металлургия. Всего в городе производится более 30 тяжелых, легких, легирующих и редкоземельных металлов и элементов. Наиболее важные из них - алюминий, платина, золото. К числу наиболее крупных предприятий отрасли относится Красноярский алюминиевый завод, Красноярский завод цветных металлов и золота, Акционерное общество "Сибсталь".
Энергетика Красноярска является одной из профилирующих отраслей экономики города. Общая мощность энергоисточников составляет более 7 млн. КВт.
Химический комплекс Красноярска представлен предприятиями химической, нефтехимической, микробиологической и медицинской промышленности. К наиболее крупным относятся красноярские заводы: шинный, синтетического каучука, резиново-технических изделий, химического волокна, медицинских препаратов (ОАО "Красфарма"), производящий лакокрасочную продукцию и пленки химкомбинат "Енисей".
И естественно, что все эти предприятия выбрасывают в атмосферу вредные вещества, которые неблагоприятно влияют как на сам город, так и на окраины города, в том числе и на заповедник «Столбы». Тяжелые металлы накапливаются в почве, взаимодействуя с различными живыми организмами и оставляя прямые и косвенные нежелательные последствия этого взаимодействия.
По масштабам загрязнение окружающей среды можно разделить на локальное, региональное и глобальное. Эти три вида загрязнения тесно связаны между собой. Как правило, первичным является локальное загрязнение, которое, если скорость процесса загрязнения больше скорости естественного очищения, переходит в региональное и затем при накоплении количественных изменений - в глобальное изменение качества окружающей среды. Для глобального загрязнения наиболее важным является временной фактор.
Уровень загрязнения атмосферы Красноярска, как и многих промышленных городов, зависит не только от количества выброшенных в атмосферный воздух загрязняющих веществ, но и от наличия неблагоприятных метеорологических условий, характерных для Красноярска. Они способствуют накоплению токсичных примесей в атмосфере.
Слабые скорости ветра наиболее характерны для зимнего периода, на это же время приходится более 65% случаев образования туманов, при
которых происходит наиболее интенсивное загрязнение воздуха. После создания водохранилища Красноярской ГЭС число туманов в городе увеличилось в 3 раза.
Основным фактором, способствующим переносу и рассеиванию примесей, является скорость ветра, так как с усилением ветра возрастает интенсивность перемешивания воздушных слоев. Как показал анализ таблиц, предоставленных краевой гидрометслужбой, в течение 40 последних лет роза ветров непрерывно видоизменяется.
Главным фактором, максимально изолирующим заповедник от влияния города, являются благоприятные юго-западные ветра. Доля «плохих» для заповедника ветров северных румбов (сз-з-св) была в 60-е годы в пределах 8,6% от общей суммы. Ветры остальных румбов (93,4%) активно «спасали» заповедник от городского смога.
В результате, к настоящему времени доля «плохих» северных румбов возросла на 1,2%, но одновременно увеличилась на 1,1% и доля «полезных», южных, юго-западных и западных. Это изменение вызвано за счет снижения количества дней со штилем.
Пожалуй, не меньшую, чем роза ветров, положительную роль для состояния ландшафтов заповедника играет высота, как абсолютная над уровнем моря, так и превышение его над Красноярском (500-700 м). Это обуславливает на значительной части территории заповедника большее количество осадков и влажности воздуха, «меньшую континентальность», более благоприятный для растений климат.
Наряду с благоприятным климатом с высотой так же изменяются состав, плотность атмосферного воздуха, распределение загрязняющих веществ. Особенно заметен последний фактор в зимнее время, когда в штилевую погоду более тяжелый смог над городом практически не поднимается выше, служит надежным заслоном проникновения смога в бассейн реки Базаиха. Лишь в ее устье и по длине р. Моховой часть смога может проникать в заповедник до указанных высот. Летом смог может подниматься до 1,5 - 2 км и беспрепятственно распределяться на всей территории заповедника.
Таким образом, негативному влиянию Красноярска, в основном, подвержена лишь пригородная часть заповедника, от устья р. Калтат до Роева ручья. Очаги загрязнения также наблюдаются в центральной части и на юге заповедника, это напрямую связано с рельефом местности. Наибольшая степень загрязнения соответствует возвышенностям с абсолютной отметкой выше 700 м над у. м. Именно на вершинах хребтов, перевалов складывается неблагоприятная экологическая обстановка. Обусловлена она качеством осадков на этих высотах. Такая закономерность, как ухудшение состояния растительности на определенных высотах (в «пихтовом поясе»), объясняется высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха. Механизм здесь простой -содержащиеся в воздухе токсические вещества конденсируются влагой и концентрируются в нижней части облачного слоя, а затем «высеваются», проходя через вершины гор. Так в северных широтах осуществляется действие загрязнителей при их глобальном переносе западными ветрами. Каждый крупный промышленный узел вносит в этот перенос свой вклад. Для заповедника - это Ачинск, Кузбасс, Балхаш и т.д. Усиливают в горных территориях процесс осаждения загрязнителей особенности рельефа, образующие завихрения воздуха и турбулентные потоки (район Второго Столба, Крепости, Кайдынского хребта). Таким образом, территория заповедника подвергается атмосферному загрязнению обусловленным суммарным действием двух источников - локального и трансконтинентального.
1.4 Расположение объекта исследование и его характеристика
Государственный природный заповедник «Столбы» находится в черте крупного промышленного города и занимает площадь 472 кв. км. Территория расположена вблизи пригородов г. Красноярска, в непосредственной близости правого берега Енисея, между его притоками – Базаиха, Мана и Большая Слизнева. Абсолютные отметки высот этого междуречья колеблются в пределах 200-800 м. Низкогорная часть (от 200 до 500 м) занимает 28.1% площади территории. Оставшаяся часть – это среднегорная (500 – 800 м), где в основном выходят на поверхность сиентовые скалы, известные во всем мире.
Из-за непосредственной близости Красноярской котловины в сочетании с горным рельефом здесь выражена переходная полоса между лесостепью и горной тайгой. Верхний пояс (80% от общей площади заповедника) представлен среднегорной темнохвойной тайгой (сосна, ель, кедр), а нижний - лиственно-светлохвойными лесами низкогорий (сосна, лиственница, береза, осина).Территория заповедника “Столбы” представляет собой междуречье правых притоков Енисея: рек Базаихи, Маны и Большой Слизневой. При продвижении с севера на юг абсолютные отметки высот этого междуречья медленно возрастают от 200 до 832 м н. у. м.
В районе низкогорья распространены подтаежные и лесостепные леса из лиственницы, сосны, березы и осины на горных серых лесных, дерново-подзолистых почвах с вкраплениями по южным склонам степных участков на черноземах. В среднегорной части экологические условия предопределя ют распространение темнохвоинои и светлохвоинои тайги из пихты, кедра, ели, сосны, лиственницы на горных подзолистых почвах. Очевидно, что на территории заповедника преобладает горно-таежная растительность (район среднегорной тайги), что объясняется его географическим положением.
Все типы почв заповедника имеют общие особенности: малую мощность, щебнистость или хрящеватость, слабую дифференцированность профилей на генетические горизонты, слабое развитие грунтово-застойного заболачивания, а также отсутствие засоления. Абсолютное большинство почв имеет тяжело-суглинистый и легко-суглинистый характер и классифицируется как остаточно-серые. Это свидетельствует о том, что современному таежно-лесному ландшафту предшествовал лесостепной (Коляго, 1961). В северо-западной части заповедника находится карстовая пещера около 200 м глубиной с многочисленными гротами и подземным озером.
Флора сосудистых растений заповедника «Столбы» насчитывает 762 вида. По видовому богатству ведущих семейств она с максимальной для столь малой площади полнотой представляет флору южной части Красноярского края. Вместе с тем в ней сильно сказывается влияние сопредельных стран Восточной Азии, Европы, Центральной Азии. В силу ряда исторических и климатических причин видовой состав древесной флоры в Саянах беден. В заповеднике всего 8 лесообразующих пород: светлохвойные – лиственница сибирская, сосна обыкновенная; темнохвойные – сосна сибирская, ель сибирская, кедр сибирский; мелколиственные – осина, березы белая и повислая [17].
Сосна обыкновенная наиболее широко распространена в заповеднике (сосняки занимают 41% лесной площади). Сосновые леса представлены во всех его районах, однако роль и значение сосны в них различны. Так, в поясе низкогорной подтайги сосняки занимают две трети площади, их возникновение здесь связано с выпадением лиственницы из древостоя коренных светлохвойных лесов. Поясу среднегорной тайги сосна в основном чужда и лишь в наименее влажных местообитаниях образует древостой с обязательной примесью темнохвойных пород.
2 Методическая часть
Основной задачей исследования была оценка по результатам анализа ассимиляционных органов сосны обыкновенной, произрастающей в разных пригородных районах г.Красноряска, интенсивности их аэрогенного загрязнения и сравнения их с фоном. При проведении опытов изучали динамику изменения параметров, влажности, зольности, содержание тяжелых металлов в хвое, выход и состава эфирного масла хвои, отбираемой с контрольных и фоновых участков.
Анализ хвои сосны обыкновенной проводили по схеме, изображенной на рисунке 1.
| На входе в заповедник Столбы |
| Фоновое (д.овсянка) |
| В районе 2 Столба |
| В районе 1 Столба |
| эфирное масло |
| Тяжелые металлы |
| размеры хвои |
| зольность |
| Хвоя |
| влажность |
| состав |
| выход |
Рисунок 1 – Схема исследования
2.1 Объект исследования
В качестве объекта исследования использовали ассимиляционный аппарат сосны обыкновенной. Отбор проб проводили в пределах долины реки Лалетина, правого притока реки Енисей в районе заповедника «Столбы», в качестве фона использовали пробы, отобранные в районе д. Овсянка. Пробы отбирали в весенне-осенний период 2017 года с молодняка массива деревьев в количестве не менее 10 шт. на высоте 1,3 м от земли. Пробы анализировалась на показатели средней арифметической длины хвои веток сосны обыкновенной, мм, влажность, зольность и содержание эфирного масла в хвое, его определяли по общепринятым методикам [24]. Золу исследовали на наличие тяжелых металлов спектрометрическим методом на приборе «Спектроскан». По интенсивностям аналитических линий и сравнения их с образцом определяли концентрацию тяжелых металлов в пробе [25]. Результаты исследований обрабатывали статистически с помощью пакета программ MicrosoftExсel с достоверностью Р≤0,05.
Древесная зелень является сырьем для выработки витаминной муки и продуктов лесобиохимического производства, а также используется в свежезаготовленном виде в качестве добавки в рацион сельскохозяйственным животным и птице. Она представляет собой хвою, листья, почки и неодревесневшие побеги (ГОСТ 21769-84).
Для заготовки древесной зелени используют свежесрубленные деревья и кустарники на рубках главного и промежуточного пользования, а также растущие деревья в соответствии с требованиями основ лесного законодательства.
Требования к породному составу древесной зелени, используемой для производства продуктов лесобиохимического назначения, устанавливаются по согласованию между потребителем и заготовителем. По органолептическим показателям древесная зелень должна соответствовать следующим требованиям:
цвет – зеленый, с оттенком, характерным для данной породы. Не допускается наличие плесени и загнивания. Цвет древесной зелени определяют визуально;
запах – характерный для свеже