Українська   English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

1. Общая характеристика работы

Актуальность исследований

Современные осадочные породы формируются в аккумулятивных ландшафтах и насыщены техногенным веществом, важную часть которого составляют соли и токсичные элементы. В процессе водной миграции техногенные соединения испытывают закономерную дифференциацию в ряду почвы – водоносные грунты – донные отложения.

Почвы подвержены техногенному загрязнению, в условиях промывного режима загрязняющего вещества. В процессе водной миграции проникают в грунтовые и поверхностные воды, и на определенных участках могут локализоваться в водоносные грунты и донные отложения. Сравнительная характеристика степени и характера загрязнения почв и водонасыщенных отложений является актуальной задачей экологической безопасности.


Цели и задачи исследований:

Цель исследований заключается в сравнительной эколого-геохимической оценке состояния почв, грунтов зоны водонасыщения и донных отложений городских территорий (на примере г. Донецка).


Задачами исследований являются:


Объект исследований:

Почвы, грунты зоны водонасыщения и донные отложения.


Предмет исследования:

Факторы и процессы в связи с дифференциацией техногенного вещества в ряду почвы – водонасыщеные грунты – донные отложения.


Методы исследования:

Сбор и систематизация данных, химико-аналитические исследования бурение скважин, отбор проб, обработка данных с использованием ПК.


Научная новизна полученных результатов:


Личный вклад автора

Автор участвовал в полевых работах по мониторингу почв, грунтов зоны водонасыщения, донных отложений.

2. Анализ, систематизация и обобщение ранее проведенных исследований

По исследованию состояния почв накоплен значительный объем материалов.

Вопросам планирования и осуществления программ экологического мониторинга: государственного, производственного, общественного посвятили свою работу Е. В. Веницианов, В. Н. Виниченко, Т. В. Гусева, С. Д. Дайман, Е. А. Заика, Я. П. Молчанова, В. А. Сурнин, М. В. Хотулева [1]. Особое внимание было уделено экологическому мониторингу, а также простым и доступным методам, не требующим больших затрат, но позволяющим составить хотя бы общее представление о характере проблемы. Описаны возможности и области применения таких эффективных и малозатратных методов мониторинга как визуальные наблюдения, картирование, биоиндикация и т.д., дана справочная информация о загрязняющих веществах, нормативах их содержания в различных средах и методах оценки состояния природных объектов.

Б. Г. Розанов [2], считает, что морфология почв является одним из основополагающих разделов почвоведенья, в концентрированном виде, отражающим историю почвообразования в процессе трансформации почв и их эволюции из горных пород.

Детальное исследование морфологических свойств почв дает ключ к познанию многообразию почвенных характеристик, представляя собой важнейший этап изучения генезиса почв. Морфология почв представляет собой информационную и методологическую основу для развития классификационного и географического направлений в современном почвоведении.

Условия почвообразования, накопления и движения солей в почвах степной зоны юго – западной Сибири, а также влияние процессов замерзания и оттаивания почв, осенних промывных режимов на солевой режим вторичнозасоленных южных черноземов и урожай сельскохозяйственных культур рассмотрены в работе П. С. Панина, И. Б. Долженко, В. И. Чуканова [3].

Методики полевых и лабораторных исследований почв урбанизированных территорий, а также способы микро-биологического диагностирования почв, находящихся на разном уровне антропогенной дигрессии. Приведены методы оценки уровня загрязнения почв тяжелыми металлами в работе Н. Г. Федорец, М.  В. Медведевой [4].

Обзор ранее проведенных исследований дает возможность сделать вывод о том, что проблеме состояния и загрязнения почв в окружающей среде уделяется много внимания, но, не смотря на все это, она остается недостаточно исследованной, так как уделялось мало внимания изучению вопросов сравнительной характеристики загрязнения почв. Поэтому весьма актуальным является рассмотрение исследуемых данных с целью выявления причин образования ореолов загрязнения.

3. Общая характеристика техногенной нагрузки г. Донецка

Формирование современных осадочных пород происходит под влиянием техногенных факторов, влияние которых в пределах промышленно-городских агломераций является ведущим. В итоге образуется новый тип осадков, насыщенных предметами антропогенного происхождения (полиэтиленовые пакеты, бутылки, стекло, строительный и прочий мусор) и содержащих большое разнообразие техногенной минерализации.

В условиях г. Донецка накопление современных отложений отмечается в аккумулятивных ландшафтах – поймах балок и рек. Особенно активно осадконакопление происходит в виде донного аллювия водохранилищ различного назначения, который представлен замусоренными преимущественно дисперсными темно-серыми и черными илами.

Значительная часть техногенного вещества, представленная солями и токсичными элементами, до момента локализации в илах проходит путь через почвы, водоносные грунты в донные отложения. Почвы подвержены прямому техногенному загрязнению. В условиях промывного режима атмосферными осадками техногенные соединения из почв в процессе водной миграции проникают в грунтовые воды, где на уровне зоны водонасыщения в грунтах формируется ореол солевого замещения [5]. При этом существенная часть солей и токсичных элементов продолжает или периодически возобновляет миграцию подземным потоком и выводится на участках выклинивания грунтовых вод на поверхность, где в большинстве случаев происходит их смешивание с поверхностными водами. Таким образом, техногенное вещество опосредованно попадает в поверхностные воды и может локализоваться в виде донных отложений. На всем протяжении обозначенного пути техногенные соединения претерпевают закономерную дифференциацию.

Для изучения перераспределения техногенного вещества в ряду почвы – водоносные грунты – донные отложения использованы результаты химико-аналитических исследований проб почв, водоносных грунтов и донных отложений, отобранных авторами в 2008–2013 гг. в пределах г. Донецка. По всем пробам был выполнен анализ водной вытяжки и определены концентрации главной группы токсичных элементов, типичной для исследуемой территории.

В пределах территории г. Донецка сосредоточено значительное число объектов техногенного влияния, представляющих совокупный техногенный фактор – многочисленные породные отвалы, промплощадки, канализационные коллектора, жилые дома с приусадебными участками, гаражи, различные производственные, строительные, коммерческие и коммунальные предприятия, густая сеть автомобильных дорог. Склоны и поймы балок часто служат населению местом несанкционированного захоронения отходов.

4. Методика исследований

Были выполнены лабораторные анализы, имеющие акредитацию по стандартным методикам.

В основу методов обработки и обобщения полученных данных заложены общепринятые рекомендации и нормативные документы [6], [7], [8], [9], [10].

5. Характеристика степени загрязнения почв, водоносных грунтов и донных отложений

Изучение закономерностей распределения водорастворимых солей в почвах, водоносных грунтах и донных отложениях осуществлялось по результатам анализа водной вытяжки.

Отчетливо устанавливается закономерный рост суммы водорастворимых солей в ряду почвы – водоносные грунты – донные отложения (рис. 1а). Это свидетельствует о том, что техногенная солевая минерализация не устойчива в почвах, частично локализуется на уровне зоны водонасыщения и накапливаются в донных отложениях, выпадая в осадок из пересыщенных водных растворов.

Рис. 1 – Распределение сухого остатка солей (а) и показателя рН (б) водной вытяжки в ряду почвы – водоносные грунты – донные отложения

Показатель рН водной вытяжки также закономерно изменяется в исследуемом ряду (рис. 1б). При общей нейтральной реакции водной вытяжки проб исследуемых компонентов геологической среды на уровне зоны водонасыщения в водоносных грунтах рН несколько снижается и приближается к водным растворам со слабокислой реакцией, что обусловлено отмечающимся здесь интенсивным сульфатным засолением. В донных отложениях рН в среднем несколько возрастает на фоне снижения концентрации сульфатов и роста содержания натрия.

Солевой состав водной вытяжки также закономерно изменяется (рис. 2). Сульфатно-гидрокарбонатное кальциевое засоление почв сменяется сульфатным натриево-кальциевым в водоносных грунтах и хлоридно-сульфатным натриево-кальциевым в донных отложениях. Наблюдается техногенная метаморфизация, при которой гидрокарбонаты замещаются сульфатами и далее хлоридами, отмечается возрастание роли иона натрия.

Дифференциация катионов (а) и анионов (б) водорастворимых солей в ряду почвы – водоносные грунты – донные отложения

Рис. 2 – Дифференциация катионов (а) и анионов (б) водорастворимых солей в ряду почвы – водоносные грунты – донные отложения

Поведение токсичных элементов также закономерно в ряду почвы – водоносные грунты – донные отложения (рис. 3). Диаграммы построены по средним показателям представительных выборок почв, водоносных грунтов и донных отложений.

Распределение токсичных элементов в ряду почвы – водоносные грунты – донные отложения

Рис. 3 – Распределение токсичных элементов в ряду почвы – водоносные грунты – донные отложения

Умеренное суммарное загрязнение токсичными элементами отмечается в донных отложениях (рис. 1а). В почвах и водоносных породах в среднем устанавливается допустимое загрязнение.

Для коэффициентов концентраций (Кс) ртути, кадмия и свинца отмечается близкое поведение в пределах исследуемого ряда (рис. 1б, 1в, 1г). В почвах наблюдаются наименьшие концентрации данных элементов, а в водоносных грунтах и донных отложениях их концентрации возрастают и находятся примерно на одном уровне. Существенных аномалий по средним значениям Кс данные элементы не образуют.

Для мышьяка, молибдена и марганца отмечается значительное накопление в донных отложениях (рис. 1д, 1е, 1ж). Только для молибдена отмечаются также значимые аномальные концентрации в почвах до 3,07 ед. геофона. Для марганца и мышьяка средние Кс отражают преобладание концентраций на уровне геофона в почвах и водоносных грунтах. Такое поведение вполне закономерно для данных анионогенных элементов, которые накапливаются в условиях повышенной щелочности и подвижны в кислой среде [11]. Минимальный показатель рН установлен в водоносных грунтах, а максимальный – в донных отложениях (см. рис. 1б).

Для цинка установлены наивысшие концентрации в почвах (рис. 1з). При этом наблюдается снижение концентраций цинка до фоновых в водоносных грунтах и донных отложениях. Это может свидетельствовать о низкой миграционной способности цинка, который локализуется на уровне почв.

Выводы

  1. Установлена закономерная дифференциация техногенных солей и токсичных элементов в геологической среде города Донецка в ряду почвы – водоносные породы – донные отложения.
  2. Соли вымываются атмосферными осадками и локализуются в водоносных грунтах и более интенсивно в донных отложениях. При этом отмечается закономерное изменение состава солей, обусловленное техногенной метаморфизацией.
  3. Полученные результаты позволяют внести коррективы в существующую систему мониторинга окружающей среды.

      4. Список источников

      1. Е. В.  Веницианов, Экологический мониторинг: шаг за шагом / В. Н.  Виниченко, Т. В.  Гусева, С. Д.  Дайман, Е. А.  Заика, Я. П.  Молчанова, В. А.  Сурнин, М. В.  Хотулева. – М.: РХТУ им. Д. И.  Менделеева, 2003. – 252 с.
      2. Розанов Б. Г.  Морфология почв: Учебник для высшей школы. – М.: Академический проект, 2004. – 432 с.
      3. П. С.  Панин, Процессы засоления и рассоления почв / И. Б.  Долженко, В. И. Чуканов.–Наука, 1976 г.
      4. Федорец Н.  Г.  Методика исследования почв урбанизированных территорий / Медведевой М. В.– Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2009. 84 с.
      5. Выборов С. Г.  Минералого – геохимические и гидрогеохимические особенности регионального антропогенного замещения геологической среды // Вісник Донецького інституту соціальної освіти. Сер. Географія, Т. VI, 6/2010. – С. 54–57.
      6. ГОСТ 17.4.3.01–83. Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору почв.[Электронный ресурс].– Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/gost-17-4-3-01-83
      7. ГОСТ 17.4.4.02–84. Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактеорологического, гельминтологического анализа. [Электронный ресурс].– Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/gost-17-4-4-02-84
      8. ГОСТ 17.4.4.02–84. Охрана природы. Почвы. Номенклатура показателей санитарного состояния. [Электронный ресурс].– Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/gost-17-4-4-02-84
      9. Закон Украины «Об отходах». [Электронный ресурс].– Режим доступа: http://zakon1.rada.gov.ua/laws/show/187/98-%D0%B2%D1%80
      10. Закон Украины «Об охране земель». [Электронный ресурс].– Режим доступа: http://zakon1.rada.gov.ua/laws/show/962-15
      11. Перельман А. И.  Биокосные системы Земли. М.: Наука, 1977. – 160 с.