Использование листьев липы в качестве биоиндикатора солевого загрязнения почвы. Биодиагностика почвенных микро- и макроэлементов.

Использование листьев липы в качестве биоиндикатора солевого загрязнения почвы.

Для предотвращения гололедицы на проезжих частях улиц городов часто используют песчано-солевую смесь. В весеннюю пору в период таяния снега часть соли растворяется и вместе с талой водой уносится в реки, а часть соли вместе с песком оказывается на газонах, приводя к загрязнению почвы. Большинство растений не выносит хлорид-ионов и гибнет, древесные растения ослабляются, у них повреждаются листья, уменьшается фотосинтезирующая поверхность и замедляется рост, рано опадают листья. Особенно чувствительны к солевому загрязнению липы. Показателем реакции липы на солевой фактор является появление краевого хлороза на листьях. Под хлорозом понимается утрата листовой пластинкой зеленой окраски вследствие разрушения хлорофилла и появления желтой окраски, что приводит к отмиранию участков листа в целом и раннему сбрасыванию их на землю. О степени засоления почвы газонов можно судить по величине повреждения листовых пластинок липы. Исследования лучше всего вести с половины июля по август, когда лист достигнет своего полного развития. При этом следует внимательно осмотреть листья лип и выявить степень повреждения листовых пластинок. Выделяется 4 степени повреждения, соответствующие характеру засоления почв:

■ первая степень загрязнения — на крае листа появляется узкая желтая полоска, в почве отмечаются следы соли;

■ вторая — сильный хлороз, проявляющийся в виде широкой краевой полосы, при этом в почве отмечается среднее количество соли;

■ третья — обширная зона краевого некроза с желтой пограничной полоской;

■ четвертая — большая часть листовой пластинки отмирает, количество соли в почве крайне велико и граничит с пределами выносливости вида.

Исследуя характер повреждений листьев липы по кварталам, данные заносят на план города. После полного обследования можно получить реальную картину засоления микрорайонов города и выработать предложения по оздоровлению почвы. Для борьбы с засолением иногда прибегают к смене почвенного покрова на газонах, но это мелиоративное мероприятие ложится тяжелым бременем на городской бюджет, поэтому не следует допускать складирования сметаемого с дороги песка на газоны.

Биодиагностика почвенных микро- и макроэлементов

В результате глобального и регионального антропогенного загрязнения из воздуха и воды, а также при сбросе и захоронении отходов в почву попадают повышенные количества соединений, содержащие катионы металлов, что приводит к увеличению их поступления в организм растений и накоплению в органах и тканях. Повышенное количество микроэлементов и соединений тяжелых металлов вызывает нарушения метаболизма в тканях растений и обусловливает соответствующие признаки избыточного содержания. Полевые исследования дикорастущих форм могут выявить избыток того или иного элемента в почве.

Признаки избыточного содержания химических элементов в почве.

Цинк — обесцвечивание и отмирание ткани листьев, молодые листья желтеют, верхушечные почки отмирают, более старые листья могут опадать без увядания, жилки окрашиваются в красный или черный цвет (на ранних стадиях повреждение сходно с недостатком железа). Первые признаки появляются на молодых растениях, при этом поражается все растение.

Медь — хлороз молодых листьев, жилки остаются зелеными

Марганец — первые признаки появляются на молодых растениях, поражение местное. Ткань некротическая, хлороз развивается между жилками молодых листьев, превращая их в желтые или беловатые с темно-коричневыми или почти белыми некротическими пятнами, лист искривляется и сморщивается (в этом основное отличие от голодания).

Железо — ткань не некротическая хлороз развивается между жилками молодых листьев, жилки остаются зелеными, позднее весь лист становится желтым или беловатым, что сходно с голоданием.

Кобальт — у некоторых растений вдоль основных зеленых жилок листа появляются прозрачные, наполненные водой участки, между жилками развивается также некроз; позднее листья становятся коричневыми и опадают.

Фосфор — первые признаки проявляются на взрослых растениях, повреждается все растение. Ткань некротическая, общее пожелтение листьев; желтоватые или коричневые концы и края более старых: появление ярких некротических пятен; опадение листьев, у некоторых растений сходное с калийным голоданием, у других — с избытком азота.

Магний — листья слегка темнеют и немного уменьшаются; иногда наблюдается свертывание и сморщивание молодых листьев, на поздних стадиях роста концы их втянуты и отмирают.

Калий — ткань не некротическая: на ранних стадиях слабый рост растений, удлинение междоузлий, светло-зеленая окраска листьев; на поздних стадиях рост замедляется, у листьев появляются пятна, листья вянут и опадают.

Сера — общее огрубление растений, листья маленькие, тускло-зеленые, стебли твердые, позднее листья могут скручиваться внутрь и покрываться наростами, края их становятся коричневыми, затем бледно-желтыми.

Хлор — общее огрубление растений, листья маленькие, тускло-зеленые, стебли твердые, у некоторых растений на более старых листьях появляются пурпурно-коричневые пятна, после чего листья опадают.

Азот аммонийный или нитратный — повреждение местное. Ткань некротическая: хлороз развивается на краях листьев и распространяется между жилками, появляется коричневый некроз, и концы листьев свертываются, затем листья опадают (повреждение у многих растений сходно с голоданием).

Кальций — хлороз развивается между жилками с беловатыми и некротическими пятнами, которые могут быть окрашенными или иметь наполненные водой концентрические кольца; у некоторых растений происходит рост листовых розеток, отмирание побегов и опадение листьев (по повреждению сходно с недостатком магния и железа).

Бор — хлороз концов и краев листьев, который распространяется внутрь, особенно между жилками, пока весь лист не становится бледно-желтым или беловатым; ожоги краев листьев и некроз с закручиванием краев, опадение листьев.

В программе экомониторинга предусмотрено определение признаков избытка микро- и макроэлементов в почве ключевых участков методом биодиагностики. В табл экопаспорта обозначается знаком « + » наличие у растений признаков, свидетельствующих об избыточном количестве того или иного химического элемента.

Литература: 11.

Занятие №13.

Разработка и апробация анкет для проведения социально-экологического мониторинга.

Разработка анкет массового опроса; анкет опроса экспертов; анализ публикаций СМИ; изучение материалов государственной статистики, текущих архивов, отчетности ведомств и региональных органов управления.

Литература: 2.

Занятие № 14.

Расчет на основании математических моделей распространения загрязняющих веществ в атмосфере и гидросфере.

Расчет уровня загрязнения атмосферы при выбросах загрязняющих веществ из источников различных типов, в зависимости от атмосферных условий и рельефа местности. Расчет предельно допустимого выброса от индивидуального и группы источников. (На основании ОНД-86)

Максимальное значение приземной концентрации загрязнителя С_М (мг/м³) в условиях выброса газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем, достигаемое на расстоянии х_М, определяется по формуле

,

А - коэффициент, зависящий от температурной сертификации атмосферы, [A] = с^2/3мгС^1/3г^-1;

М - масса экотоксиканта, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, [M] = г/с;

F - коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе;

m и n - коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса;

Н - высота источника выброса над уровнем Земли, [Н] = м (для наземных источников Н принимается равной 2 м);

 - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности (в случае ровной или слабопересеченной местности, с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км,  = 1);

V₁ - расход газовоздушной смеси, [V₁] = м³/с;

Т, С - разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Т_г и температурой окружающего воздуха Т_в.

Значение коэффициента  устанавливается на основании рельефа местности в радиусе до 50 высот наиболее высокого из размещаемой на промышленной площадке источника, но не менее 2 км.

Если в окрестности рассматриваемого источника выбросов (предприятия) можно выделить отдельные изолированные препятствия, вытянутые в одном направлении (гряда, гребень, ложбина, уступ), то поправочный коэффициент на рельеф  рассчитывается по формуле:

 = 1 + ₁(_m – 1)

где _m определяется по таблице (таблица ) в зависимости от форм рельефа, сечения которых представлены на рис , и безразмерных величин n₁ = Н/h₀ и n₂ = а₀/h₀ (n₁ определяется с точностью до десятых, n₂ – c точностью до целых) (Н – высота источника, h₀ – высота (глубина) препятствия, а₀ – полуширина гряды, холма, ложбины или протяженность бокового склона уступа).

Значение функции ₁ определяется в зависимости от отношения х₀/а₀ (х₀ – расстояние от середины препятствия в случае гряды или ложбины и от верхней кромки склона в случае уступа до источника) по графикам (см. приложение 2, рис. ), соответствующим различным формам рельефа. Если источник расположен на верхнем плато уступа, то в качестве аргумента функции ₁ вместо х₀/а₀ принимается - х₀/а₀.

Если препятствия представляют собой гряды (ложбины), вытянутые в одном направлении, значения h₀ и а₀ рассчитываются для поперечного сечения, перпендикулярного этому направлению. Если изолированное препятствие представляет собой отдельный холм (впадину), то h₀ выбирается соответствующим максимальной (минимальной) отметке препятствия, а n₂ – максимальной крутизне склона, обращенного к источнику.

Учет влияния рельефа местности при определении расстояния, где достигается максимум приземной концентрации, осуществляется путем умножения коэффициента d в формуле

на отношение .

Расход газовоздушной смеси V₁ вычисляется по формуле:

,

где D (м) - диаметр устья источника выброса;

₀ (м/с) - средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса.

Значение коэффициента А, соответствующего неблагоприятным метеорологическим условиям, при которых концентрация загрязнителей в атмосферном воздухе максимальна, принимается равным по местностям:

250 – Республика Бурятия и Читинская область;

200 - европейская территория Российской Федерации южнее 50 с.ш., а также для остальных районов Нижнего Поволжья, Северного Кавказа, Дальнего Востока и районов Сибири;

180 - для европейской территории Российской Федерации и Урала от 50 до 52 с.ш.;

160 - для европейской территории России и Урала севернее 52 с.ш.;

140 - для Московской, Тульской, Рязанской, Владимирской, Калужской и Ивановской областей.

При определении Т, С, следует принимать температуру атмосферного воздуха Т_в, равной средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца года, а температуру выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси Т_г - по действующим для данного производства техническим нормативам.

Значения безразмерного коэффициента F принимаются:

А. Для газообразных экотоксикантов и мелкодисперсных аэрозолей (пыль, зола и т.п., скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю) F = 1;

Б. Для мелкодисперсных аэрозолей (кроме указанных в пункте А) при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90 % F = 2; при коэффициенте очистки 75-90 % F = 2,5; менее 75 % и при отсутствии очистки F = 3.

Коэффициенты m и n определяются в зависимости от параметров f, , и f_e.

; ;

; .

Коэффициент m рассчитывается в зависимости от величины f по формулам:

при f < 100;

при f  100.

Для f_e < f < 100 значение коэффициента m вычисляется при f = f_e.

Безразмерный коэффициент n при f < 100 определяется в зависимости от по формулам:

n = 1 при  2,

при 0,5  < 2,

n = 4,4 при < 0,5.

При f  100 или Т  0 коэффициент n вычисляется по формулам при .

При расчете С_М при f  100 (или Т  0) и (холодные выбросы) используется выражение:

,

где

,

причем n определяется по формулам () – () при .

При f < 100 и или f  100 и расчет С_М производится по формуле:

,

где

m^’ = 2,68m при f  100,  0,5;

m^’ = 0,9 при f  100,  0,5.

Расстояние х_М (м) от источника выбросов, на котором приземная концентрация загрязнителя С при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения С_М, определяется по формуле

,

где d - безразмерная величина.

При f < 100 коэффициент d находится по формулам:

при  0,5 ,

при 0,5 <  2 ,

при > 2 .

Значение d при f  100 или Т  0 находится из зависимостей:

d = 5,7 при  0,5,

d = 11,4 при 0,5 <  2,

d = при > 2.

Значение опасной скорости ветра u_М (м/с) на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли), при которой достигается наибольшее значение приземной концентрации экотоксиканта С_М, определяется с помощью следующих зависимостей:

если f < 100, то

u_М = 0,5 при  0,5;

u_М = при 0,5 <  2;

u_М = при > 2;

если f  100 или Т  0, тогда

u_М = 0,5 при  0,5;

u_М = при 0,5 <  2;

u_М =2,2 при > 2.

Максимальное значение приземной концентрации загрязнителя С_МU при неблагоприятных метеорологических условиях и скорости ветра u, отличающейся от опасной скорости ветра u_М , определяется по формуле:

С_МU = rС_М,

где r – безразмерная величина, определяемая в зависимости от отношения u/u_M:

r = 0,67(u/u_M) + 1,67(u/u_M)² – 1,34(u/u_M)³ при u/u_M  1;

при u/u_M > 1.

При проведении расчетов не используются значения скорости ветра u < 0,5 м/с.

Расстояние от источника выброса х_MU, на котором при скорости ветра u и неблагоприятных метеорологических условиях приземная концентрация экотоксиканта достигнет максимального значения С_М , определяется по формуле:

х_MU = pх_M ,

p – безразмерный коэффициент, рассчитываемый в зависимости от отношения u/u_M:

p = 3 при u/u_M  0,25;

p = 8,43(1 - u/u_M)⁵ + 1 при 0,25 < u/u_M  1;

p = 0,32u/u_M + 0,68 при u/u_M > 1.

Значение приземной концентрации экотоксикантов в атмосфере С_y (мг/м³) на расстоянии y (м) по перпендикуляру к оси факела выброса находится по формуле

С_y = sC

где С - концентрация токсиканта в факеле;

s - безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от скорости ветра u (м/с) и отношения y/x по значению аргумента t_y:

,

при u  5 м/с ;

при u > 5 м/с ;

х - расстояние от источника выброса.

Связь величины коэффициента _m с n₁ и n₂

Nn1	ложбина (впадина)					уступ					гряда (холм)
	n2
	4-5	6-9	10-15	16-20	4-5		6-9	10-15	16-20	4-5		6-9	10-15	16-20
<0,5	4,0	2,0	1,6	1,3	3,5		1,8	1,5	1,2	3,0		1,5	1,4	1,2
0,6-1	3,0	1,6	1,5	1,2	2,7		1,5	1,3	1,2	2,2		1,4	1,3	1,0
1,1-2,9	1,8	1,5	1,4	1,1	1,6		1,4	1,2	1,1	1,4		1,3	1,2	1,0
3-5	1,4	1,3	1,2	1,0	1,3		1,2	1,1	1,0	1,2		1,2	1,1	1,0
>5	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0		1,0	1,0	1,0	1,0		1,0	1,0	1,0

График для определения значения функции ₁ при различных видах препятствия при рассеянии экотоксикантов:

х₀ – расстояние до источника от середины препятствия в случае гряды или ложбины и от верхней кромки в случае уступа; а₀ – полуширина гряды, холма, ложбины или протяженность бокового склона уступа; h₀ – высота (глубина) препятствия.

Величина максимальной суммарной концентрации С_М (мг/м³) от N расположенных на площадке близко друг к другу одиночных источников, имеющих равные значения высоты, диаметра устья, скорости выхода в атмосферу и температуры газовоздушной смеси, оценивается по формуле:

,

где М (г/с) - суммарная мощность выброса всеми источниками в атмосферу;

V (м³/с) - суммарный расход выбрасываемой всеми источниками газовоздушной смеси,

V = V₁N.

Значение определяется по формуле

.

В остальном схема расчета концентраций экотоксикантов, обусловленных выбросами от группы близко расположенных друг к другу источников выброса, не отличается от приведенной схемы расчета для одиночного источника.

Расчет концентрации веществ, обусловленных выбросами из близко расположенных друг к другу одинаковых источников, когда Т  0 или значение параметра f  100, производится с помощью формул, приведенных в для одиночного источника со следующими изменениями:

и формула принимает вид:

.

Литература: 9, 10, 12