Співвідношення особливостей накопичення важких металів в овочах та фруктах в умовах великого міста

3

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна

(ХНУ імені В.Н. Каразіна)

Екологічний факультет

Кафедра екологічної безпеки та екологічної освіти

СПІВВІДНОШЕННЯ ОСОБЛИВОСТЕЙ НАКОПИЧЕННЯ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ В ОВОЧАХ ТА ФРУКТАХ В УМОВАХ ВЕЛИКОГО МІСТА

(кваліфікаційна робота бакалавра)

Харків - 2010

ЗМІСТ

ВСТУП

РОЗДІЛ 1 Вплив різних джерел забруднення на екологічний стан природних компонентів території, що досліджується

1.1 Характеристика джерел забруднення Ленінського району м. Харкова

1.2 Екологічні дослідження геологічної структури та рельєфу Ленінського району як складових формування стану довкілля

1.3 Екологічні дослідження кліматичних показників як фактора формування стану довкілля

1.4 Екологічні дослідження грунтів, що знаходяться під впливом забруднення

РОЗДІЛ 2 Стан вивчення проблеми

2.1 Загальні питання: опис, генетика самих вовчих ягід та яблук

2.2 Методи дослідження чорноземів типових та фруктів і ягід, вирощених на них

РОЗДІЛ 3 Аналіз та узагальнення результатів дослідження щодо накопичення хімічних елементів в ґрунтах, ягодах та фруктах

3.1 Загальні питання

3.2 Результати конкретного дослідження, аналіз та узагальнення результатів

ВИСНОВКИ

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

ВСТУП

екологічний забруднення ґрунт ягода фрукта

У зв'язку з погіршенням в Україні екологічного стану навколишнього середовища постало питання достеменного вивчення і об'єктивної оцінки стану рослинної продукції. У Харкові розроблена і успішно втілюється в життя протягом тривалого часу методика екологічної оцінки стану території адміністративних районів області.

Важкі метали відносяться до основних забруднюючих речовин, спостереження за якими обов'язкове в усіх середовищах. Дослідження даного питання показало, що накопичення важких металів в організмі людини здійснюється більш за все за рахунок їжі, що приводить до чисельних негативних наслідків.

Мета дослідження: Оцінка екологічного стану досліджуваної території, а також стан якості плодово - ягідної продукції, що росте на цій території, на вміст важких металів.

Завдання дослідження:

- екологічна оцінка природних умов району;

- екологічна оцінка соціально - економічних чинників господарства району;

- вивчення методики дослідження природних, соціально - економічних і екологічних умов району;

- проведення інвентаризації джерел забруднення довкілля району; - визначення методики досліджень на вміст важких металів у грунті та рослинній продукції.

Об'єкт дослідження - дикі яблука та вовчі ягоди та грунт, зібраний під ними протягом 2008-2009 років.

Аспект дослідження - якісна і кількісна характеристика та хімічні властивості дослііджуємих фруктів та ягід і грунту.

Предметом дослідження - взаємовплив природних та соціально-економічних умов на стан якості плодово - ягідної продукції, а також токсичний вплив важких металів в системи « грунт - рослини».

Для написання роботи були використані літературні джерела, картографічні матеріали, звіти Районної екологічної інспекції, санітарно - епідеміологічної станції, районної лікарні, фондові матеріали підприємств і установ району та результати власних спостережень.

РОЗДІЛ 1

ВПЛИВ ПРИРОДНИХ ДЖЕРЕЛ ЗАБРУДНЕННЯ НА ЕКОЛОГІЧНИЙ СТАН ПРИРОДНИХ КОМПОНЕНТІВ, ЩО ДОСЛІДЖУЮТЬСЯ

1.1 Характеристика джерел забруднення Ленінського району м. Харкова

Ленінський район є однією з найдавніших частин міста, що значною мірою обумовлює його складний екологічний стан. На площі 30,4 км (майже 10% від площі міста), населення району на 01.01.09 склало 93 426 чоловік (це найменший за чисельністю населення район Харкова), таким чином середня по району щільність населення становить 3 073 чол/км2, що в 1,5 рази менше середнього для міста значення 4 797 чол/км2.

Екологічний стан території Ленінського району визначається поряд з природними такими антропогенними чинниками: забрудненням від стаціонарних джерел; забрудненням від пересувних джерел та транспортної інфраструктури; забрудненням від підприємств невиробничої сфери; забрудненням від комунального господарства та експлуатації житла уприватному секторі.

На території району розташовані найдавніші промислові підприємства міста. У зв'язку з тим, що забудова району формувалася ще до встановлення будівельних та санітарних норм, принцип функціонального зонування території тут не дотримано. Чітко виділеної та відмеженої селетебної зони від промислової зони в районі не існує. Проте в низинній частині району, між вулицями Котлова, Полтавський Шлях, Лопанська Набережна, Пащенківська, Чоботарівська та провулками Данилевського та Ткаченківським розташовується понад півтора десятки промислових підприємств (Іванівська промислова зона). Однак, юридично це не промислова зона, оскільки в цій частині району розташовується 19 підприємств безпосередньо в межах житлової зони без дотримання санітарно-захисних розривів. Тут розташовуються такі промислові підприємства, як завод "Будгідроприлад", завод "Технологічної оснастки", "Гідропривід", Керамічний завод, В/Ч 41569, електроапаратний завод, АТП-16355, АБ "Турист", "Протезно-ортопедичний завод", завод шампанських вин, завод штампів та пресформ, Монтажно-заготівельне виробництво, ЖБК-4, завод пускових двигунів, завод агрегатних верстатів, нафтобаза №1, пивзавод та деякі інші (рис. 1.1). Іншою в межах району ділянкою території, де розташовуються промислові підприємства поряд з житловою забудовою є Залютино.

За даними Ленінської районної СЕС особливо несприятливою є екологічна ситуація між вул. Полтавський шлях, пров. Пластичним, вул. Спортивною, вул. Золочівською, пров. Земівським. Тут розташовуються такі промислові підприємства, як завод "Харпластмас", ЗЕМВ-1, механічний завод, ВО "текстиль", фабрика "Динамо", АТ "Експериментальний завод".

За даними державного управління статистики в Харківській області, на території Ленінського району м. Харкова в 2009 р. розташовувалося 70 підприємств (15,6% від підприємств м. Харкова), на яких розташовується 1 847 стаціонарних джерел викидів (12,2% стаціонарних джерел м. Харкова),

Порівнюючи ці показники з попередніми роками, можна відзначити збільшення підприємств-забруднювачів на 6 одиниць, а кількість стаціонарних джерел викидів збільшилася на 267 одиниць. Ця тенденція є спільною для більшості районів міста, так в 6 з 9 кількість підприємств збільшилася і в цілому по місту вона теж зросла. По всіх районах міста так само збільшується кількість джерел забруднення, але темпи цього збільшення в Ленінському районі є одними з найінтенсивніших в місті.

Велика кількість підприємств району більше не існує, вони переорієнтували своє виробництво, змінивши форму власності. Такі підприємства не завжди оприлюднюють обсяги свого виробництва, порушують закони охорони навколишнього середовища, тому визначити антропогенне навантаження такої території є доволі складною задачею.

Не зважаючи на збільшення кількості підприємств та джерел викидів, обсяг утворення шкідливих речовин та їхніх викидів зменшується. Якщо в 2008 році обсяг викидів по району складав 653,693 тонни шкідливих речовин, а в 2009 році - 648,251 тонни.

Підприємствами, що дають найбільший обсяг викидів по району є Комбікормовий завод, механічний завод, завод агрегатних верстатів, ЗЕМВ-1 (табл. 1.1).

Таблиця 1.1

Валовий викид (в т/р) шкідливих речовин в атмосферне повітря підприємствами Ленінського району (за класами небезпеки) (за дозволами) [5,6]

Продовження таблиці 1.1

Розглянувши особливості викидів підприємств Ленінського району м. Харкова з метою характеристики за джерелами та речовинами, слід відзначити, що головний вклад у забруднення Ленінського району вносять три підприємства (Завод агрегатних верстатів, комбікормовий завод, завод електромеханічних виробів).

На території району розташовані підприємства легкої промисловості (швейна фабрика ім. Тінякова), машинобудування (верстатобудівний завод, ВАТ "Електромашина", електроапаратний завод, вагонобудівний завод, завод електромеханічного обладнання), харчової промисловості (пивзавод, завод шампанських вин, кондитерська фабрика, комбікормовий завод), медичної промисловості (ортопедичний завод, ДАК "Ліки України"), хімічної промисловості ("Харпластмас").

Проаналізувавши дані, можна зробити висновок про хімічний склад викидів підприємств району. Видно, що переважають за обсягом речовини третього класу небезпеки (головним чином леткі органічні сполуки та різні види пилу). Друге місце за обсягом викиду посідають речовини четвертого класу небезпеки, це головним чином окис вуглецю. Сукупний внесок речовин першого та другого класів небезпеки не перевищує 10%, причому валовий викид речовин першого класу небезпеки не перевищує 10 кг на рік (рис. 1.2).

Рисунок 1. 2- Розподіл речовин, що викидаються в атмосферне повітря в Ленінському районі, за класами небезпеки

Таблиця 1.3

Обсяги хімічних речовин, які формують фактичне забруднення атмосферного повітря підприємствами в Ленінському районі [5,6].

Характеризуючи інгредієнтне забруднення атмосферного повітря Ленінського району, можна вказати на риси, характерні для всього міста - в структурі викидів явно переважає оксид вуглецю, його частка у викидах за обсягом становить 32% (рис.1.3). Це може бути пояснено відносно тривалим терміном існування промислових підприємств району, вони, як правило, мають власні котельні. Також традиційний для міста досить високий внесок окисів азоту, зокрема диоксиду. Проте в структурі викидів в Ленінському районі є й своя специфіка. Найголовніше - надзвичайно велика вага летких органічних сполук. Основними джерелами їх надходження є Харківський завод електромеханічних виробів (ХЗМВ-1) та ВАТ "Електромашина". Специфічною є також досить велика вага пилу, основними джерелами її надходження також є названі вище підприємства.

Рисунок 1.3 - Структура викидів в повітря в Ленінському районі м. Харкова

При розгляді окремих підприємств, вплив яких формує екологічну обстановку в районі слід окремо зупинитись на наступних підприємствах, як ХЗМВ-1, ВАТ “Електромашина”, кондитерської фабрики “Харків'янка”, швейної фабрики ім. Тінякова.

В структурі викидів одного з найголовніших забруднювачів району відчутно переважають леткі органічні сполуки, на їхню частку припадає 75% викидів підприємства. Значно меншими є викиди твердих речовин - 8%, окису вуглецю - 6,5% та інших речовин.

Найбільшим серед підприємств легкої промисловості в Ленінському районі є швейна фабрика ім. Тінякова. Фактичний обсяг її викидів в 5 разів менший за обсяг викидів ХЗЕМВ-1 та майже в 3 рази менший за обсяг викидів ВАТ "Електромашина". В складі викидів переважають окиси азоту (49%) та окис вуглецю (44%).

Пересувні джерела забруднення.

Велике значення в межах Ленінського району має транспортне забруднення. Взагалі, географічне розташування Ленінського району відносно центру та решти міста та наявних шляхів сполучення зумовило формування в ньому розвиненої транспортної інфраструктури. Ще з часу заснування міста вулиця Полтавська (тепер Полтавський Шлях) була однією з головних магістралей. І зараз інтенсивність руху по ній в години пік оцінюється в 2 500 - 3 300 автотранспортних одиниць за годину. Ділянка Полтавського шляху від вул. Золочівської до вул. Конєва є найбільш напруженим автошляхом міста. Звичайно, роль місцевого транспорту (тобто, зареєстрованого в Ленінському районі) тут незначна. Значно переважає автотранспорт транзитний. Цією вулицею проїжджають всі, хто прибувають автотранспортом до Харкова з Києва, Полтави, Кіровограду, Західної України, а також з передмістя (Люботина, Пісочина, Коротича тощо). Інтенсивність руху іншими вулицями значно менша, однак через те, що їхня ширина менша, також менша ширина проїжджої частини та ближче до осі дороги розташовуються житлові будинки, нижче якість покриття на інших вулицях може формуватись навіть вищи рівень забруднення, ніж на Полтавському Шляху. Це в першу чергу стосується вулиць Червоноармійської, Котлова, Єлізарова, Революції 1905 року.

Крім автомобільного транспорту на формування фактичного рівня забруднення повітря в Ленінському районі також суттєво впливає залізничний транспорт та його інфраструктура. В межах району розташовується один з найдавніших та найпотужніший в Україні залізничний транспортний вузол. На території району розташовується Південний вокзал, Колійна машинна станція № 131 Харків-Сортувальний, Моторвагонне депо, Харківська дистанція сигналізації та зв'язку Південної залізниці, Харківська вагонна дільниця № 1, Вагонне вантажне депо Харків-Сортувальний, Локомотивне депо Харків-Сортувальний. Також в Ленінському районі є промислові підприємства, які належать Укрзалізниці або забезпечують функціонування залізничного транспорту. Це Харківський завод електротехнічного обладнання, ЗАТ Харківський вагонобудівний завод та автобаза Південної залізниці, ВАТ "Харківський завод електротехнічного обладнання" . З усіх цих об'єктів найбільший за обсягом викид має Харківська вагонна дільниця №1, її викид дає 45% від усіх викидів в Ленінському районі, пов'язаних з Укрзалізницею та її інфраструктурою. На другому місці перебуває ЗАТ "Харківський вагонобудівний завод", який дає приблизно 20% викидів. Хоча це підприємство машинобудівної галузі, але специфіка його діяльності, розташування та структура викидів дозволяє його розглядати разом з підрозділами Південної залізниці. Ці та інші підприємства залізничного транспорту забезпечують близько 18% викидів підприємств Ленінського району. Всі ці джерела досить обмежено локалізовані на території району. Вони розташовуються між вулицями Полтавський Шлях, Рилєєва, Ленінградською, Довгалівською та вулицею Котлова. В зв'язку з тим, що площа цієї ділянки становить менше 10% площі району, та крім залізниці тут розташовуються інші підприємства (Харківський завод шампанських вин, пивзавод, комбікормовий завод, протезний завод та інші виробництва) та вулиці з інтенсивним транспортним рухом (Полтавський Шлях, Котлова, Червоноармійська), ця територія виявляється найбільш забрудненою не лише в межах району, а й у межах всього міста. Про це свідчить і значення відношення обсягу викидів до площі і дані моніторингу повітря, за яким район Іванівки є найбільш забрудненим в м. Харків.

В структурі викидів від залізничних підприємств переважає окис вуглецю, окиси азоту та тверді речовини. Разом вони дають три чверті відповідних викидів в районі. Причому викид окису вуглецю складає 31% загального обсягу викиду, окисів азоту 24%, твердих речовин 21%. Дещо менші обсяги викидів двоокису сірки та летких органічних сполук - по 11%. Викиди інших речовин лише близько 2%.

При аналізі структури викидів від різних джерел можна дійти наступних висновків. Більша частина обсягу твердих речовин, окису вуглецю та двоокису сірки викидається Харківською вагонною дільницею №1. Причому по твердих речовин пріоритет цього джерела незаперечний - його частка становить 80%, по окису вуглецю його значення дещо менше - 57% і ще менше - по двоокису сірки (45%). По окисах азоту пріоритет належить ЗАТ Харківському вагонобудівному заводові (37%) та Вокзалові Харків-Пасажирський (30%), але значний таки внесок і Харківської вагонної дільниці №1 - 23%.

На другому місці за обсягом викидів серед залізничних підприємств Ленінського району перебуває ЗАТ Харківський вагонобудівний завод (20%), а на третьому - Локомотивне депо "Харків-Сортувальний" (11%). Хоча з жодної речовини це підприємство не посідає першого місця, проте його внесок надзвичайно значний з двоокису сірки та окису вуглецю і становить відповідно 39% і 11%. Однак за обсягом викидів нелетких органічних сполук (47%) саме Локомотивне депо є основним залізничним забруднювачем в районі.

За обсягом викиду летких органічних сполук пріоритет належить ЗАТ Харківському вагонобудівному заводові (48%) та Моторвагонному депо (35%).

З урахуванням фактичних обсягів викидів, токсичності речовин та розташування житлової та промислової зон, можна встановити, що пріоритетними хімічними речовинами з речовин, що формують фактичне забруднення атмосферного повітря від викидів підприємств Ленінського району є : оксид азоту ; діоксид азоту; пил; сірчистий ангідрид; оксид вуглецю; ЛОС (толуол, ксилол, бензол, етилбензол та інш.); сажа.

Узагальнюючи наведені факти можна дійти висновку, що найбільшого впливу від антропогенного навантаження на території Ленінського району зазнає атмосферне повітря. Найбільшим джерелом забруднення території району є автотранспорт, в тому числі транзитний. Викиди автотранспорту протягом 2004-2009 рр. збільшувалися. Велике значення у формуванні забруднення району має також залізниця та її інфраструктура. На території району розташовується Південний вокзал, викиди якого перевищують 8 т/р. Крім того викиди здійснюються різними підприємствами залізниці, найбільше значення з яких мають вагонна дільниця № 1 та вагонобудівний завод. Хоча викиди стаціонарних джерел останнім часом скорочуються, однак вони також мають значення для забруднення повітря, особливо такі підприємства, як Харківський завод електромеханічних виробів (ХЗМВ-1) та ВАТ "Електромашина".

1.2 Екологічні дослідження геологічної структури та рельєфу Ленінського району як складових формування стану довкілля

В тектонічному відношенні Ленінський район м. Харкова знаходиться на південно-східному схилі Воронезького кристалічного масиву. Глибина залягання фундаменту збільшується з півночі району від 2 000 м до приблизно 3 000 м в південній частині району. Кристалічний фундамент представлений архейськими та протерозойськими гранітами та гнейсами. Ці породи перекриваються потужним шаром осадових порід, які представлені палеозойськими, мезозойськими та кайнозойськими аргілітами, алевролітами, мергелями, вапняками, алевролітами, пісками, пісковиками, глинами, опоковидними породами, суглинками. На денній поверхні відслонюються лише породи кайнозойської групи (піски, глини, суглинки). Оскільки більша частина району являє собою підвищене межиріччя Лопані та Уди, більш поширені на території Ленінського району давніші породи неогенової системи (піски, глини). Лише по східній та південно-західній межі району в межах колись заболочених заплав Лопані та Уд зустрічаються алювіальні породи голоценового віку. Як відомо, заплавний алювій відрізняється більшою щільністю, меншою поруватістю. В зв'язку з цим ґрунти колишньої заплави (ділянки від Південного вокзалу та вул. Котлова до р. Лопань) є більш водонепроникними, ніж ґрунти іншої частини району (Холодної гори, Лисої гори, Залютиного). Це є причиною того, що такий негативний процес як підтоплення надзвичайно поширений саме в нижній частині району, де на поверхні залягають глинисті алювіальні породи. Особливо це стосується таких унікальних споруд, як вокзал "Харків-Пасажирський" та станцій метро “Південний вокзал” та “Центральний ринок”. Звичайно, підтоплення є результатом дії не лише природних чинників (рельєфу та водотривкості порід), а також і антропогенних. Зокрема, істотним є перерозподіл поверхневого стоку та зменшення випаровування з поверхні ґрунту через асфальтне покриття, засипання природних дренажних понижень, витікання води з міських комунікацій. Дуже важливим чинником, що сприяє підтопленню, є інтенсивний і прискорений (знову ж, через асфальтування та бетонування поверхні) поверхневий змив, що призводить до замулювання річок та зменшення їхньої дренажної здатності. Особливо замуленими серед річок Харківської області є саме річки Ленінського району - Лопань та Уди. Вочевидь, без днопоглиблювальних робіт проблему підтоплення розв'язати не вдасться.

Якщо окремо характеризувати більш поруваті неогенові суглинки Холодної та Лисої гори, можна вказати, що ці породи менше сприяють підтопленню, проте є більш проникними для різних забруднювачів.

Сучасний рельєф району сформувався в неотектонічний етап розвитку на місці вихідної міоценової ерозійно-денудаційної та акумулятивної поверхні вирівнювання. Впродовж неогену та антропогену ця вихідна поверхня була при піднята в середньому на висоту 200 м. Загальне підняття поверхні супроводжувалося її деформаціями. Деформації мають як тектонічну, так і ерозійно-акумулятивну природу. Тектонічні деформації визначалися структурною неоднорідністю фундаменту, що занурювався, наявністю в ньому глибинних і поперечних розломів і значною мірою успадкованою геологічною структурою платформ енного осадочного чохла. Ерозійні деформації значною мірою визначалися тектонічними деформаціями.

Вся поверхня території Ленінського району набула сучасного вигляду завдяки тимчасовим та постійним русловим потокам та поверхневому змиву. Отже, за походженням, рельєф цієї території флювіальний. Найголовнішими елементами рельєфу є річкові долини річок Лопань та Уди. Перепад висот в межах району становить більше 50 м. Найвища частина району - межиріччя Лопані та Уд, що являє собою тераси Уд. Долини цих річок мають чітку асиметричну будову: більш крутий правий схил, низький, терасований та положистий лівий схил. Наявність терас вказує на складний та тривалий шлях їхнього розвитку. По відступу останнього полтавського морського басейну не території Ленінського району утворилася акумулятивна рівнина. Протягом пліоцену відбувалося формування гідрографічної мережі та накопичення континентальних відкладів, що збереглися від розмивання на деяких ділянках найвищих геоморфологічних рівнів.

Зі сходу та південного заходу район обмежується заплавами річок Лопань та Уди. Центральну частину району займає вітачевсько-бузька (борова) тераса. Незначні площі в північно-західній частині району займають інші тераси. Вони дуже швидко (в інтервалі 1-1,5 км) змінюють одна одну. З півдня на північ (тобто від молодших до старіших) це, спочатку, прилуцько-удайська (трубізька) тераса приблизно 2-2,5 км завширшки, потім, кайдацько-тясминська (краснодонецька) тераса близько 1 км завширшки, та на східній межі міста лубенсько-тілігульська (таганська) тераса та широкінсько-приазовська тераса разом менше 1 км завширшки.

В межах району зустрічаються також менші форми рельєфу - яри та балки. Як приклад можна навести так званий Савкин яр, що відділяє Холодну гору від Лисої.

Територія району має двобічний нахил: на схід та південний захід від найбільш підвищеної частини району (Холодної та Лисої гори). Це зумовлює два важливі екологічні явища. По-перше, забруднюючі речовини, що потрапляють разом з атмосферними опадами на земну поверхню, до ґрунту та ґрунтових вод, будуть схильні мігрувати за напрямком дії сили тяжіння (тобто на схід або південь). По-друге, за умови викидів шкідливих речовин в атмосферу, незначної швидкості вітру та невеликого вертикального температурного градієнту можливе формування атмосферних інверсій, що призведе до підвищення концентрацій забруднювачів повітрі в понижених частинах району (від вул. Червоноармійська, Котлова до річки Лопань та східніше Будинку офіцерів).

Таким чином, з точки зору забезпечення задовільної для здоров'я людини екологічної ситуації більш сприятливими є геологічні та геоморфологічні умови Холодної гори та Лисої гори, ніж інших частин району. Найменш сприятливими є умови на ділянці від Південного вокзалу, вулиць Червоноармійської та Котлова до Центрального ринку та р. Лопань.

1.3 Екологічні дослідження кліматичних показників як фактора формування стану довкілля

Ленінський район, як і більша частина України, належить до помірного поясу області атлантико-континентального впливу з помірним зволоженням. Для такого типу клімату характерні тривала, але несувора зима з відлигами та помірно тепле, іноді жарке літо.

Рівнинний характер території сприяє поширенню повітряних мас з Атлантики, Середземного та Чорного морів, і в той же час не перешкоджає проникненню континентальних повітряних мас. Особливо це виявляється в холодну пору року, коли на Україну проникають західні відвершки континентального антициклону з низькою температурою повітря та без істотних опадів. В тих випадках, коли з заходу або південного заходу до периферії континентального антициклону наближається циклон, активізуються атмосферні фронти, спостерігається часта зміна погоди з опадами, чергування морозів та відлиг з відповідними явищами погоди .

Тривалість сонячного сяйва (ТСС) неоднакова в різні пори року. Найменші значення ТСС в Ленінському районі спостерігаються в грудні - 28 годин (11% від можливої). Найбільше як абсолютне, так і відносне значення ТСС спостерігається в липні - 295 год. (60%). Умови Ленінського району суттєво впливають на значення ТСС. Через наявність промислових підприємств на сході та південному заході району, залізниці та магістральних вулиць в повітрі району присутні значні концентрації пилу, сажі, кіптяви та інших аерозолів, що суттєво збільшує співвідношення інтенсивностей розсіяної та прямої сонячної радіації. Динаміка вмісту пилу буде розглянута окремо. Крім того в межах Ленінського району, особливо в його східній та південній частині наявна багатоповерхова (5-16 поверхів) забудова. Через це збільшується перекриття небокраю, що призводить до скорочення тривалості сонячного сяяння у ранкові та вечірні години. Тобто через вплив антропогенних чинників тривалість сонячного сяяння в Ленінському районі менша за природне значення.

Антропогенні чинники в межах району зумовили також зміну параметрів, що визначають радіаційний баланс поверхні. Йдеться зокрема про альбедо, значення якого протягом року змінюється від 0,16 в квітні до 0,55 в січні. Ці значення дещо менші, ніж для околиць м. Харкова. Разом з тим значення сум ефективного випромінювання для Ленінського району становить 1 428 МДж/м², що також дещо менше природного значення через інтенсивне поглинання випромінювання земної поверхні атмосферним аерозолем.

Склад атмосферного повітря в межах Ленінського району має не великі за значенням, але істотні за наслідками, відмінності від нормального складу атмосфери. Ленінський район (Іванівка) традиційно є найбільш запиленим у м. Харкові (рис.1.3). Однак в інших частинах району, зокрема на Холодній горі вміст пилу в повітрі набагато менший.

З іншими домішками до складу повітря ситуація в районі дещо краща, з жодної з них середньорічні концентрації не перевищують середньодобової ГДК. Крім того, з усіх домішок, що досліджуються в повітрі району, лише пил має істотне значення для ефективного випромінювання, радіаційного балансу, а відтак - і для теплового режиму земної поверхні.

Важливим метеорологічним чинником, що визначає екологічний стан території Ленінського району є напрямок та швидкість вітру. При південному вітрі є високою ймовірність перенесення на територію району найбільш стійких речовин викидів Зміївської ДРЕС, при західному ТЕЦ-5, при східному - більшості промислових підприємств м. Харкова. З цієї точки зору, найбільш сприятливими є вітри південно-західного та північно-західного румбів. Але фактично в межах району переважають вітри східного та південно-східного напрямків (26%), хоча значна також частка і вітрів південно-західно і північно-західного напрямків (22%) (рис.1.4).

Протягом року картина має свої відмінності. Так, взимку та навесні переважають вітри східні та південно-східні, влітку північні та північно-західні, а восени відбуваються поступовий перехід від переважання вітрів одних напрямів до вітрів інших: в вересні переважають північно-західні вітри (14%), в жовтні - однаково часто дмуть північно-західні та східні, в листопаді - східні (22%) та південно-східні (17%).

Рисунок 1.4 - Роза вітрів Ленінського району [13].

Швидкість вітру також залежить від пори року. Найбільша вона взимку (середні значення 5,6 - 5,8 м/с), найменша - влітку (середні значення 3,6 - 3,7 м/с). Влітку та на початку осені також найвища повторюваність штилів (18% в липні, 20% в серпні, 21% в вересні), а найменша - взимку (8%). Як відомо, від швидкості вітру залежить інтенсивність розсіювання викидів в приземному шарі атмосфери. За незначної швидкості (менше 2 м/с) концентрація шкідливих домішок підвищується.

Також дуже істотним метеорологічним чинником є кількість та режим опадів. Опади в будь-якій формі сприяють очищенню атмосфери від домішок, в той час як і призводять до забруднення ґрунтів та поверхневих вод та підсилення ерозійних процесів. За рік в Ленінському районі в середньому випадає 528 мм опадів. Дещо менше опадів спостерігається за межами міста. Річна кількість опадів досить суттєво варіює від 331 мм (в 1920 р.) до 744 мм (в1919 р.).

Протягом року опади розподіляються нерівномірно, найбільша їх кількість спостерігається в теплу пору року (квітень - жовтень) - 348 мм, що становить 66%, а найменша - в холодну (листопад - березень). Влітку переважають опади в зливовій формі, що підсилює ерозійні процеси, в умовах міста призводить до істотного поверхневого стоку та замулення річок. Взимку опади здебільшого відбуваються в твердій формі, що сприяє їх накопиченню у вигляді сезонного снігового покриву, який є тимчасовим депонуючим середовищем для багатьох полютантів.

В цілому метеорологічні умови Ленінського району м. Харкова можна вважати досить сприятливими, оскільки досить частими є погодні явища, що сприяють перемішуванню повітря та перешкоджають утворенню високих концентрацій забруднювачів (опади, вітри). Однак періодично, під час штилів та несприятливих вітрів екологічний стан повітря може погіршуватись.

1.4 Екологічні дослідження ґрунтів Ленінського району, що знаходяться під впливом забруднення

За ґрунтово-географічним районуванням досліджувана територія Ленінського району належить до лісостепового ґрунтового району. За природних умов в межах даного району мали б зустрічатись дерново-підзолисті, темно-сірі лісові й сірі лісові ґрунти в піднятій частині району та алювіально-лучні та чорноземно-лучні в низинній.

Проте такі ґрунти в межах району майже ніде не зустрічаються. Вважаючи, що ґрунтовий покрив району зазнає інтенсивного антропогенного впливу протягом останніх 350 років, це суттєво змінило цей компонент ландшафту. Перетворення природних ґрунтів Ленінського району почалось з осушування великих площ заболочених земель для потреб спорудження Південної залізниці та вокзалу. Після того на прилеглих територіях сформувалася перша в місті промислова зона, а потім і житлова зона. Спорудження всіх цих будівель (особливо засипування непроточних водойм та прокладання залізниці) вимагало великого обсягу земляних робіт. Ґрунт знімався з одних територій і насипався на інші. Таким чином відбувалося формування так званого культурного шару. В культурному шарі Ленінського району є найрізноманітніші матеріали: будівельне сміття (каміння, бита цегла, черепиця тощо), предмети побутового вжитку (скло, глиняні черепки, пластикові вироби) тощо. Культурний шар є настільки специфічним утворенням, що його вивчення у відриві від історичних та археологічних досліджень практично не можливо. За утворенням культурні шари поділяються на насипні та штучно змінені.

Потужність культурного шару в межах району може сягати подекуди 5 м, проте є місця, зокрема на заході (Залютине, Сортування), де в рослинних насадженнях та приватних дворах ґрунтовий покрив зазнав не таких кардинальних змін.

За класифікацією антропогенно-перетворених ґрунтів (Строганова М. Н. Та інш., 1996), серед міських ґрунтів, що зустрічаються на території Ленінського району, можна окремо виділити ацефалоземи та стратоземи. Це генетично пов'язані типи ґрунтів, утворюються при плануванні території, будівництві, прокладанні підземних та наземних комунікацій. Процес їх утворення полягає знятті верхнього шару ґрунту з одних ділянок та перенесення його на інші, насипання шаром. Такі ґрунти дуже поширені вздовж залізниці, магістральних вулиць (Полтавський Шлях, Котлова, Кузінський міст, Довгалівська тощо). Одночасно з утворенням ацефалоземів та стратоземів утворюються поховані (викопні) ґрунти. За думкою Н.Л. Ричак, дослідження викопних ґрунтів дозволяє вивчити динаміку забруднення та самоочищення ґрунту в минулому.

Грунти в межах Ленінського району мають певні властивості в залежності від функціонального зонування території. Найголовнішою змінною ознакою тут є вміст органічної речовини. Так, в зонах житлової забудови (найширша смуга району між східною та західною промисловими зонами) вміст органічного вуглецю коливається від 3 до 11%. Ці значення близькі до природних. Проте в місцях недавньої (80-90-і роки) забудови (житловий район навколо станції метро Холодна гора та просп. Слави на Залютиному) через легкий механічний склад (з переважанням піску) вміст гумусу дещо менше. Ще меншим він є в межах промислових підприємств, де він може опускатись до 0,28%.

Аналіз стану ґрунтового покриву Ленінського району вказує на розвиток таких деградаційних процесів: переущільнення, підлуження, вторинного підтоплення в межах колишньої заплави, водної ерозії, переважно площинного змиву і процесів яроутворення.

2. СТАН ВИВЧЕННЯ ПРОБЛЕМИ

2.1 Загальні питання: опис особливостей вовчих ягід та яблук

Зацікавленість екологічною якістю продуктів харчування рослинного походження, яка останнім часом охопила не лише усю Україну, а й країни зарубіжжя, викликана значним перевищенням у продуктах харчування вмісту токсичних хімічних елементів в порівнянні з нормативами якості. Стрімкий «металевий процес» у біосфері, що виник в результаті інтенсивного розвитку промислового виробництва, збільшення щільності автотранспорту, призвів до забруднення важкими металами ґрунтового покриву, атмосферного повітря, водних середовищ. За своїми властивостями ВМ у цих середовищах здатні акумулюватися або мігрувати до об'єктів біоти, в залежності від кліматичних умов, рН середовища, фізико-хімічних властивостей середовища .

Дослідження з вивчення вмісту та поведінки ВМ у ґрунтах були розгорнені у 50-60 рр. та у 70-х роках були доступні широкому загалу [19], на той час ці елементи мали назву «розсіяних елементів» (за В.І. Вернадським) або «мікроелементів» (за О.П. Виноградовим). А вже наприкінці 70-80 рр. проблема мікроелементів стала переростати у проблему хімічного забруднення, що останнім часом привертає все більшої уваги. Саме з цього часу з'явився термін «важкі метали» для елементів - пріоритетних забруднювачів, спільними рисами яких є те, що вони проявляють властивості металів і мають щільність більше 5 г/см³, а відносну атомну масу 50 [19].

Уявлення про обов'язкову токсичність ВМ є не вірним, бо до цієї групи входять мідь, цинк, молібден, марганець, залізо, тобто елементи, які мають позитивне біологічне значення. Мікроелементи та ВМ - це поняття, що відносяться до одних і тих же елементів, але використовуються в різних значеннях, що характеризують перш за все їх концентрацію в ґрунті або рослинній продукції [19, 20]. Однак існує група металів, за якими закріпилось лише одне негативне поняття -«важкі» у розумінні «токсичні». Ця група включає ртуть, кадмій, свинець [21]. За загальним уявленням їх вважають найбільш небезпечними забруднювачами навколишнього середовища.

Оскільки рослинна продукція є незамінною у раціоні харчування людини, то разом з нею небезпечні хімічні речовини потрапляють до організму людини. Практично всі метали є загальнопротоплазматичними отрутами, які здатні утворювати комплексні сполуки з компонентами клітини, білками, амінокислотами [21]. Багато металів утворюють зв'язуються з сульфгідрильними групами, які відіграють важливу роль у перебігу багатьох фізіологічних та біохімічних процесів [22]. Важкі метали мають здатність накопичуватись у різних органах, бо дуже повільно виводяться з організму. Так, період біологічного напіврозпаду свинцю в організмі людини складає декілька років. У зв'язку з цим вживання рослинної продукції, навіть, вирощеної на слабко забруднених ґрунтах здатне викликати кумулятивний ефект [21, 23] і призвести до погіршення стану здоров'я людини.

Одним із основних джерел забруднення усіх компонентів довкілля, в тому числі рослинності, важкими металами є автотранспорт.

Зазвичай, процес згорання палива не добігає кінця і продукти неповного згорання, а також картерні гази і пари палива потрапляють у атмосферу [3, 24]. ККД двигунів внутрішнього згорання складає в середньому близько 23 % [29]. Автомобіль також забруднює повітря продуктами зношування шин, тормозних колодок і т. п. [25, 26]. В Україні - автотранспорт дає понад 30 - 40% усього забруднення атмосфери [27].

За різними даними у відпрацьованих газах автотранспорту міститься від 200 до 280 шкідливих елементів, в тому числі оксид вуглецю, вуглеводні, кислотовмісні альдегіди, сажа, оксиди азоту, сполуки свинцю, цинку, кадмію, сполуки сірки, поліциклічні ароматичні вуглеводні (ПАУ) та ін [28, 29].

Бензин, автомобільні мастила та шини вміщують Pb, Cd, Ni та Zn, що пояснює підвищений вміст цих елементів у пробах придорожньої рослинності [22]. Так, наприклад, один вантажний автомобіль середньої вантажопродуктивності виділяє 2,5 - 3,0 кг свинцю на рік [3]. За оцінками вчених, викиди автотранспорту дають близько 50% загального неорганічного свинцю, що потрапляє в організм людини [22, 29].

Таким чином, автотранспорт є джерелом великої кількості шкідливих речовин, які здатні впливати на здоров'я людини не лише прямо, а й опосередковано - через продукти харчування. Ця проблема характерна і для України вцілому, і для Харківського району, оскільки велика частина сільськогосподарських угідь та присадибних ділянок розміщені у безпосередній близькості від автомобільних доріг. Тому вивчення особливостей автотранспортного забруднення рослинної продукції є надзвичайно важливим завданням.

Дослідженнями американських вчених [Ward N. I., Reeves R. D., Brooks R. R., 1975 p.] було доведено адекватність забруднення прилеглих до автомагістралей ґрунтів металами, які містяться у викидах автотранспорту [19]. Вміст кадмію, нікелю, свинцю та цинку в ґрунтах та траві біля автомобільних трас є функцією відстані від лінії дорожнього руху та глибини профільного шару ґрунту [22].

Автотранспортом забруднюється відносно вузька смуга землі шириною 50 - 200 м з обох сторін дороги [2]. Вже за межами 150 м вплив автостради зазвичай стає незначним [19, 30]. За даними В.П. Кучерявого (2001), одержаним під час досліджень ґрунтів м. Львова, ґрунти та рослинність поблизу потужних транспортних комунікацій містять підвищені концентрації цинку, олова, міді, молібдену, кадмію [31]. На поверхні землі поблизу доріг з високою інтенсивністю руху концентрації металів можуть складати в середньому: кадмію - 1,67млн^-1; міді- 64; марганцю - 330; цинку - 164; заліза - 10664млн^-1 [2] Встановлено також, що 57-74 % свинцю та ртуті при антропогенному забрудненні закріплюється в шарі 0-10 см і тільки 3-8 % мігрують на глибину 30-40 см (Зирін М.Г.) [32].

Умови та сам процес міграції важких металів у природному середовищі та транслокація їх у рослинній продукції надзвичайно складний бо залежить від багатьох факторів: типу та віку рослин, умов росту рослин, хімічного характеру металу, наявності бар'єрів і т.д. [33].

Дослідженням особливостей міграції важких металів до рослин займалися L.J. Miles, G.R. Parker [34], Ю.В. Алексєєв [2], В.А. Ковда [20], Дуглас П. Орморд [22], А. Кабата - Пендиас, Х. Пендиас [30], В. Б. Ільїн [19], Т.Ю. Биндич [7], О.О. Галаган [35], А.І. Фатєєв [36], В.А. Єрмолаєва [37], та ін.

Відомо, що надходження важких металів у тканини рослин можливе в результаті аеральних емісій металовмісних аерозолів та надходження ВМ в тканини рослин із ґрунтового розчину через коріння [19, 22].

Зовнішнє забруднення рослин важкими металами, тобто надходження їх з повітря, може відбуватися шляхом проникнення аерозолів, що містять важкі метали до внутрішніх органів рослин [33]. Поверхня рослин забруднюється металовмісними аерозолями, і деякі елементи можуть абсорбуватися на них. За дослідженнями Дугласа П. Орморда забруднення рослинності Cd, Pb, Ni, Zn у промислових та приміських районах відбувається в основному за рахунок осадження цих елементів з атмосфери [22].

Деяка кількість аерозольних частинок може проникати до рослини через устячка листової поверхні [35]. Більшість аерозольних частинок промислового походження мають діаметр менше 1 мкм, а діаметр устячних отворів 5 - 30 мкм, тобто проникнення через них можливе. Мало відомий механізм включення хімічних елементів до розчину на поверхні листя. Деякі хімічні елементи у вигляді відносно нерозчинних окислів можуть абсорбуватися через поверхню листя у розчин [2]. Таким чином існує небезпека фолікулярного (через листову поверхню) поглинання важких металів з наступною їх транслокацією. Проте є й варіант змиву аерозолів з листя атмосферними опадами.

Досліди Кабата-Пендіас А., 1989 свідчать, що швидкість поглинання мікроелементів у тканинах рослин значною мірою залежить від природи хімічного елемента. Так, фолікулярне поглинання характерне для заліза, марганцю, цинку та міді, тоді як свинець змивається дощовою водою [34].

Також існує поняття вибірковості поглинання хімічних елементів рослинами з повітря [27]. Свинець залишається в основному як поверхневі відклади чи поверхневе аерозольне покриття на поверхні рослин, в той час як цинк та кадмій частково проникають до листка. Що стосується абсорбції та мобільності Mn, Fe, Cu, Mo, то вони займають проміжне положення і мобільність їх знижується у наведеному порядку [30].

Особливості надходження ВМ до рослинної продукції з викидами автотранспорту описано у роботах американського дослідника Дугласа П. Орморда, (1988). Зі збільшенням відстані від автотраси їх вміст Pb, Ni, Zn в зразках придорожньої рослинності знижується [27]. Зниження рівня Pb в рослинності апроксимується експоненційною функцією відстані. Оцінка цієї моделі дослідником Дугласом П. Ормордом була розширена до розвитку подвійної експоненційної функції для розподілу Pb. Перша експонента асоціювалася з великими за розміром частинками, які швидко осаджуються на відстані 5 м від шосе, а друга - з меншими частинками, які осаджуються повільніше на відстані до 100 м від шосе. Свинець, що міститься у цих менших частинках, може бути більш розчинним і у зв'язку з цим простіше потрапляє до рослин і погіршує їх якість. Крім того, є ще третя фракція, яка не осідає так швидко. Найбільш дрібні аерозолі Pb проходять великі відстані в загальних потоках повітря. Вважається, що значна частина Pb з вихлопних газів належить до цієї стійкої фракції.

Великого значення при зовнішньому забрудненні рослин набувають також кліматичні умови регіону та погодні умови вегетаційного періоду, оскільки від них залежать напрямки перенесення забруднюючих речовин, можливість змиву аерозолів з поверхні листка чи їх розчинення, стан устячок і т.д. [8]. Аналіз виборки дерев (листя, кора і осердя стовбура) показав, що напрямок переважаючого вітру впливає на розподіл викидів свинцю; на сторонах дерев, повернутих до шосе, рівень свинцю вище [22]. Швидкість вітру, а отже, концентрація частинок швидко зменшуються від краю пологу рослинності. Концентрації мікроелементів (у тому числі важких металів) звичайно є вищими на захищеній стороні дерев у порівнянні з незахищеною внаслідок більшого осадження аерозолів з повітря, що рухається повільно [Little P., Martin M. 1972].

Поглинання хімічних елементів листям, зазвичай, обмежене. Це доведено експериментально [22] при експонуванні листя в умовах мокрого осадження - поглинання хімічних елементів корінням з ґрунту було вищим, ніж поглинання листям. Значною мірою це залежить від особливостей будови листка рослини, товщини кутикули та кількості устячок, тобто видових особливостей рослини.

Внутрішнім шляхом (із ґрунту через кореневу систему) метали потрапляють до рослинної продукції разом з поживними речовинами. Ґрунт - це специфічний елемент біосфери, він не тільки акумулює важкі метали, але й виступає як природний буфер. Він здатний трансформувати сполуки металів, зв'язувати їх в менш доступні форми, тим самим знижуючи їх надходження до рослин [7, 12].

Ступінь трансформації важких металів та доступність їх рослинам залежить від рН ґрунтового розчину, типу ґрунту, біологічних особливостей рослини [9]. Так, дослідження Ільїна В.Б. [19] показують, що кадмій, свинець, цинк, нікель, мідь рухливі лише у кислому середовищі, при залужуванні їх рухливість різко зменшується. Тобто знову постає фактор вибіркового поглинання хімічних елементів рослинами з ґрунту, як і у випадку надходження їх з атмосферного повітря.

Різні типи ґрунтів характеризуються різною здатністю до самоочищення, тобто мають різну буферність [9, 19]. В ґрунті важкі метали присутні у двох фазах - твердій та рідкій (ґрунтовому розчині). В твердій фазі вони знаходяться в обмінному та фіксованому стані: входять до складу тонкодисперсних мінеральних частин та гумусової речовини, являють собою складову частину нерозчинних солей. В ґрунтовому розчині ВМ присутні у формі розчинних та органо-мінеральних солей [20, 38]. Форма існування металів, які потрапили в ґрунтовий розчин, залежить, насамперед, від його хімічного складу (головним чином аніонної частини та розчинної органічної речовини і реакції середовища) [36]. В кислих ґрунтах в ґрунтовому розчині присутня досить мала кількість аніонів мінеральних кислот та багато органічної речовини фульватного типу [39]. У зв'язку з цим можна передбачити, що важкі метали, які надійшли до ґрунтового розчину кислих ґрунтів, утворюють, в основному, розчинні органо-мінеральні комплекси. В ґрунтах з нейтральною реакцією середовища, наприклад, у чорноземах типових, у складі легкорозчинних мінеральних солей переважають бікарбонат і сульфат кальцію [40]. Наявність в ґрунтовому розчині значної кількості кальцію призводить до різкого скорочення частини нерозчинної фракції гумусу. Тому свинець, кобальт, кадмій, потрапляючи до ґрунтового розчину, взаємодіють, в основному, з мінеральною частиною, утворюючи нерозчинні й слаборозчинні карбонати й сульфати [41].

Надходження металів до рослин визначається також їх біологічними особливостями: наявністю органів запасання асимілянтів; ступенем адаптованості виду рослини до забруднення; видовими та сортовими особливостями рослини; віку рослини; глибини та ємності поглинання кореневої системи; фізіологічною потребою у певному хімічному елементі [35]. По стійкості до забруднення рослини поділяються на: найбільш стійкі - зернові, соняшник; середньостійкі - буряк, картопля, морква, томат, перець; слабкостійкі - салат, однорічні трави, багаторічні бобові трави, кукурудза [2].

Концентрація ВМ значно залежить від частини рослини, що розглядається, причому вміст їх в садових плодах нижче, ніж у листових овочах чи коренеплодах. Спостерігались також видові різниці серед листових овочів [22]. Так, для біоіндикації забруднення важкими металами може використовуватись листова капуста (Brassica oleracea), яка накопичує в листках залізо, свинець [18].

Дослідження Бокач Т., 1980 [33] показують, що кількість елементів зменшується від коренів до плодів (різниця до 500 - 600 разів). Це підтверджуються дослідами Ільїна В.Б. (1991). За його даними найбільша кількість важких металів акумулюється в коренях рослини, найменша - в плодах та органах запасання асимілятів [19]. Це свідчить про наявність у рослин захисних механізмів, які перешкоджають надходженню надлишкових кількостей важких металів: морфологічних структур, вакуолярних депо, затримання пояском Каспарі, хімічних реакцій неспецифічної природи [33]. Так, наприклад, експериментальні дані [Соболев и др.,1982] показали, що при надлишковому надходженні кадмію в рослині розпочинається посилене продукування амінокислот [33]. Амінокислоти необхідні, за думкою дослідників, безпосередньо для переведення кадмію в нетоксичну форму або для синтезу спеціального білка - металлтіоніна, який зв'язує кадмій [22]. Головним чином ці захисні механізми спрацьовують при внутрішньому кореневому забрудненні.