Оценка качества урбанизированных территорий (на примере г. Павлодара) и прогнозирование экологической безопасности среды обитания 03. 00. 16 экология
| Вид материала | Автореферат |
- Пространственно-временная структура и динамика орнитофауны урбанизированных территорий, 311.13kb.
- Методическое пособие "Здоровье населения и окружающая среда" Раздел в системе "Социально-гигиенического, 560.42kb.
- Аннотация программы учебной дисциплины "Контроль среды обитания" Цели и задачи дисциплины, 23.66kb.
- Экологические проблемы урбанизированных территорий на примере города Санкт-Петербурга, 187.38kb.
- Космический мониторинг и оценка риска затопления урбанизированных территорий в периоды, 297.34kb.
- Понятие среды обитания и виды ее загрязнения, 246.96kb.
- «Оценка факторов среды обитания и здоровья населения муниципального образования Красноярского, 13.68kb.
- Программа XII международной экологической студенческой конференции мэск-2007 экология, 261.29kb.
- Тема урока: «Среда обитания организмов. Экологические факторы» Цели и задачи урока:, 137.7kb.
- Сведения об организации охраны окружающей среды и экологической безопасности, 15.04kb.
Накопление тяжелых металлов (Zn, Pb, Cd, Cu) в почвогрунте на территории г. Павлодара. Загрязнение почв г. Павлодара носит полиметалльный характер и распределяется мозаично, образуя очаги. Почвы центральной (селитебной) зоны имеют допустимый уровень загрязнения, а почвы северной и восточной промзон характеризуются высокой степенью загрязнения. В результате проведенного исследования установлено, что цинк, кадмий и свинец локализованы в почвогрунтах г. Павлодара выраженными аномалиями, т.е. максимально специализированными комплексами, что позволяет предположить существование единого техногенного источника загрязнения. Выявленные особенности накопления ТМ в почвогрунтах свидетельствуют: для селитебной зоны характерна свинцово-цинковая ассоциация (r0,75). В северной промзоне лидирующее положение занимают элементы: Pb (5,5±0,8 мг/кг) и Cd (0,60±0,02 мг/кг). Установлен геохимический ряд (Кс) накопления в почвогрунте г. Павлодара токсичных элементов 1 и 2 класса опасности: Pb30 > Cd20 > Zn15,8 > Cu1,7. Суммарный коэффициент загрязнения для почвогрунтов г. Павлодара (64,5) отражает высокий уровень загрязнения в соответствии с общепринятой градацией загрязнения городов, т.е. наличие опасного уровня загрязнителей (тяжелых металлов) для здоровья населения [Методические рекомендации, 1982]. Полученные нами данные согласуются с результатами проведенных ранее литогеохимических исследований на данной территории, в которых приоритетными загрязнителями почв города определены Sr, Hg, Cd, Pb, Mo [Эколого-географический атлас промышленных центров Казахстана, 2001; Панин и др., 2007].
Исследование качества «зеленого фонда» как индикатора состояния городской среды. Жизненное состояние и фитопатология массовых видов древесной растительности. В разделе приведены результаты исследования, включающие фенологические наблюдения, инвентаризацию, изучение жизненного состояния и фитопатологии массовых видов древесных растений. При анализе жизненного состояния деревьев использовали классификацию Н.А.Черемесинова (1973), на основе которой были выделены 3 группы состояния: удовлетворительное, неудовлетворительное и критическое.
Общее количество обследованного древостоя в г. Павлодаре составляет более 73 тыс. растений, основная часть которых представлена перестойными деревьями, возраст превышает 40 лет. Из изученных посадок здоровыми является 52,4% и почти половина (47,6%) – в неудовлетворительном и критическом состоянии, 33,8% и 13,6% соответственно (рисунок 1).
Рисунок 1 - Сравнительный анализ жизненного состояния
массовых видов деревьев на территории г. Павлодара
Примечания: ось ординат – количество растений (%); ось абсцисс – виды растений.
Массовость деревьев в городских посадках (%) выражена в ряду убывания: клен ясенелистный31,3 > тополь черный30,2 > сосна обыкновенная20,1 > вяз приземистый13,7 > береза повислая4,4.
В исследованиях, проведенных в 2002 -2004гг., установлено, что городские посадки массовых видов деревьев в г. Павлодаре поражены различными болезнями. Для березы повислой характерны болезни: усыхание ветвей березы (возбудитель Cytospora betulina Ehr.), бактериальная водянка (возбудитель – бактерия Erwinia multivora). Болезни сосны обыкновенной: смоляной рак (возбудитель – Peridermium pini Lev. et Kleb), шютте обыкновенное (возбудитель – Lophodermium pinastri Chev). Болезни вяза приземистого: голландская болезнь ильмовых (возбудитель – гриб Graphium ulmi Schw.). Болезни клена ясенелистного: усыхание ветвей или нектриевый некроз (возбудитель – гриб Nectria cinnabarina Fr.), черная пятнистость листьев клена (возбудитель – гриб Rhytisma acerinum Fr.). Тополь черный поражают: цитоспороз (возбудитель – Cytospora chrysosperma (Pers) Fr.), мокрый язвенно-сосудистый рак (возбудитель – бактерия Pseudomonas remifaciens Konig).
Ранжирование по экологической устойчивости изученных видов, проведенное с учетом показателей жизненного состояния и заболеваемости деревьев определило следующий ряд убывания: береза повислая > тополь черный > сосна обыкновенная > клен ясенелистный > вяз приземистый.
Обследованные участки Павлодара по степени угнетенности жизненного состояния деревьев образуют ряд: восточная промзона > северная промзона > северо-западная часть = западная часть > юго-восточная часть. Приближенность очагов к северной и восточной промзонам согласуется с мозаичным, высокой степенью загрязнением почв и снежного покрова в данных районах г. Павлодара. Часть древостоя, расположенная в пойменной части города, прилегающей к Иртышу, может служить барьером для ветрового переноса пыли вдоль речной долины, что оказывает негативное влияние на жизнеспособность деревьев в западной части города в зависимости от доминирующего направления ветра (запад, юго-запад).
Таким образом, на территории г. Павлодара наиболее устойчивой к негативному техногенному воздействию и адаптированной к сложившимся условиям из обследованных массовых видов является береза повислая, а наименее - вяз приземистый. Одинаковой толерантностью характеризуются тополь черный, клен ясенелистный и сосна обыкновенная.
Проявление асимметрии листьев (на примере Betula pendula) как показателя антропогенного воздействия. Широкое распространение получил в последнее время морфогенетический подход, основанный на оценке внутрииндивидуальной изменчивости морфологических структур - флуктуирующей асимметрии (ФА). Коэффициент ФА оценивают с помощью интегрального показателя – величины среднего относительного различия по пяти признакам и определяют по формуле, предложенной В.М.Захаровым [2000, 2001]. Биоэкологический мониторинг с использованием данного метода позволяет оценивать проявление сопряженности морфофизиологических особенностей растений с экологической обстановкой [Гелашвили и др., 2004]. Установлено, что при возрастающем техногенном воздействии уровень асимметрии увеличивается [Кряжева и др., 1996; Солдатова, Шадрина, 2007].
Данный биоиндикационный показатель рассмотрен на примере асимметрии листьев Betula pendula на территории г. Павлодара в сравнении с фоновым значением (таблица 2, рисунки 2, 3). Повсеместно по городу отмечено устойчивое превышение асимметрии листьев Betula pendula в сравнении с фоновыми показателями от 1,25 до 1,38 раз. Ряд убывания по участкам выражен: 1>4>3>2>6>5.
Таблица 2 - Показатели асимметрии листьев Betula pendula по участкам
| Участок | Средние значения асимметрии | Группа [Захаров, Крысанов, 1996] | Кс, отношение к фону (0,0419) |
| 1 | 0,058 | 2гр. | 1,38 |
| 2 | 0,053 | Норма -1 | 1,27 |
| 3 | 0,056 | 2 гр. | 1,32 |
| 4 | 0,056 | 2 гр. | 1,33 |
| 5 | 0,052 | Норма 1 гр. | 1,25 |
| 6 | 0,053 | Норма 1 гр. | 1,26 |
В наибольшей степени аномалия асимметрии проявляется на участках 1, 3, 4. Участки 1 и 3 находятся в прибрежной части города, а участок 4 граничит с восточной промзоной, где располагаются алюминиевый завод и ТЭЦ-1. Наибольшее проявление асимметрии (3 и 4 группы) на данных участках выражено в виде локусов с плотными посадками березы и приурочены к рекреационным городским зонам.
 Участки: 1 - северо-западный; 2 - северо-восточный; 3 - западный; 4 - восточный; 5 - юго-западный; 6 - юго-восточный. Рисунок 2 - Картосхема условных участков г. Павлодара |  Рисунок 3 – Проявление асимметрии листьев B.pendula (относительно фона) |
Таким образом, распространение аномалии флуктуирующей асимметрии (ФА) носит пятнистый характер и наиболее выражено на участках 1, 4, 3 (северо-западный, восточный и западный), что соответствует направлению розы ветров и близости к восточной промышленной зоне.
Антропогенный пресс и репродуктивный потенциал травянистой растительности (на примере одуванчика лекарственного Taraxacum officinale и пырея обыкновенного Elytrigia repens)
Одним из показателей состояния природной среды и воздействия загрязняющих веществ является снижение жизнеспособности и фертильности пыльцы растений [Бессонова,1992; Бигалиев, Шарипова,2001; Гераськин и др., 2005]. Стерильные пыльцевые зерна почти не окрашиваются кармином или окрашиваются неравномерно, их содержимое часто отходит от оболочки и находится на разных этапах гибели, спермиев в таких пыльцевых зернах нет.
В сборах на территории г. Павлодара обнаруженная стерильность пыльцы Taraxacum officinale варьировала в диапазоне 15,8 – 89,7, в среднем 48,2 на 3000 пыльцевых клеток. В сравнении с фоном (3,12), диапазон коэффициента концентрации (Кс) по городу составил 5,1-28,8.
Пространственное распределение стерильности на территории города носит неравномерный пятнистый характер (рисунок 4).
Рисунок 4 – Стерильность пыльцы Taraxacum officinale
на территории г. Павлодара, на 3000 клеток
Выделяются локальные участки с максимальными значениями показателя стерильности в северо-восточной части и в центре селитебной части города, на пересечении крупных городских автомагистралей, а также в северо-западной части города. На всей территорий г. Павлодара отмечен высокий уровень стерильности пыльцы Taraxacum officinale. Показатель Кс в среднем по участкам города составляет 15,4. Стерильность проявляется в ряду убывания по участкам: 2 > 5 > 4 > 6 > 1 > 3 (таблица 3). Наиболее угнетенная пыльца отмечена в северо-восточной части города (участок 2), в непосредственной близости к северной промышленной зоне. Стерильность пыльцы Elytrigia repens варьировала в диапазоне 7,0 – 184, в среднем 87,5 на 3000 пыльцевых клеток, что в сравнении с фоном (4,7) выше в 1,4 - 39,1 раз (в среднем Кс=18,6). Ряд убывания стерильности по участкам выражен как 1 > 2 > 6 > 4 > 3 > 5 (таблица 3). Наибольший показатель угнетенной пыльцы отмечен в северо-западном участке, граничащим с северной промышленной зоной.
Таблица 3 - Показатели стерильности пыльцы Taraxacum officinale и Elytrigia repens
| Вид | Участок | На 3000 пыльц. зерен | Кс |
| Taraxacum officinale (фон = 3,12) | 1 | 42,6 | 13,7 |
| 2 | 66,9 | 21,3 | |
| 3 | 42,6 | 13,6 | |
| 4 | 49,5 | 15,8 | |
| 5 | 49,6 | 15,9 | |
| 6 | 43,9 | 14,0 | |
| Elytrigia repens (фон = 4,7) | 1 | 169,2 | 35,8 |
| 2 | 143,9 | 30,6 | |
| 3 | 33,8 | 7,2 | |
| 4 | 68,7 | 15,0 | |
| 5 | 10,1 | 2,1 | |
| 6 | 99,0 | 20,9 |
Таким образом, применение метода анализа стерильности пыльцы выявил неблагополучную ситуацию в состоянии репродуктивного потенциала травяной растительности. Стерильность Taraxacum officinale и Elytrigia repens в среднем составляет 1,6% и 2,9% сборов, максимальные значения достигают 3% и 6%, Кс - 15,4 и 18,6 соответственно.
Анализ зональности в распределении показателя стерильности рассмотренных 2-х видов по территории г. Павлодара выявил видовые особенности. Так для Taraxacum officinale высокая стерильность установлена в направлении розы ветров, т.е. в юго-западном направлении (участки 5, 4, 2). Общим для обоих видов является приуроченность очагов стерильности к промзонам (участки 1, 2, 4, 6). Сравнительный анализ пространственного распределения стерильных пыльцевых зерен у данных видов позволяет выделить наиболее экологически неблагополучные участки: северо-западный (1), северо-восточный район (2), непосредственно граничащие с северной промзоной, а также восточный (4) и юго-восточный (6), приближенные к восточной промзоне. Травяные растения этих видов, произрастающие вблизи промзон, обнаруживают высокую стерильность - от 28 до 39 фоновых показателей. Также отмечены высокие показатели Кс на участках, приближенных к автодорогам с интенсивным потоком транспорта. Снижение жизнеспособности пыльцы трав из нижнего растительного яруса может проявиться в последствии в снижении репродуктивной активности и, в целом, на воспроизводстве биомассы газонных растений.
Накопление токсичных элементов в листьях деревьев (на примере Betula pendula и Populus nigra). На основе проведенного химического анализа (метод ВАИ) и полученных результатов были составлены количественные характеристики распределения тяжелых металлов (ТМ) в листьях Betula pendula по каждому элементу и отражены в публикациях автора.
По результатам анализов была составлена обобщающая таблица ранжирования территории г. Павлодара по содержанию ТМ в листьях Betula pendula, картосхемы зонального распределения элементов (Zn, Cd, Pb, Cu), а также ряд убывания участков по суммарному показателю загрязнения: 6 > 4 > 1 > 3 > 2 >5. Установлено, что неблагополучная ситуация по загрязнению листвы березы наиболее выражена в юго-восточном, восточном и северо-западном участках, т.е. непосредственно вблизи восточной и северной промышленных зон. Относительно благополучным является участок, расположенный на удалении от промышленных зон и представленный самой крупной рекреационной зоной города – поймой р. Усолка, притока Иртыша. Таким образом, установлен высокий уровень накопления листьями Betula pendula опасных токсикантов и локусное распределение загрязнения в листве на территории Павлодара.
Нами также изучен (метод ИНАА) широкий спектр химических элементов (26 ХЭ), включая редкие, редкоземельные, радиоактивные и благородные элементы в золе листьев тополя черного Populus nigra (таблица 4).
Таблица 4 - Вариационно-статистические показатели содержания химических элементов в золе листьев Populus nigra на территории г. Павлодара (мг/кг)
| Элементы |  | σ | lim | Cv, (%) | Фон | Кс |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Sc | 0,9±0.05 | 0,38 | 0,1-2,2 | 40 | 0,75 | 1,2 |
| Cr | 99,5±8,2 | 61 | 1,4-369,8 | 61 | 4,7 | 21,6 |
| Co | 9±0,5 | 3,99 | 2,7-19,3 | 43 | 6,2 | 1,5 |
| Zn | 1145±69,6 | 516 | 420-7087 | 45 | 168,5 | 6,7 |
| Ag | 0,51±0.01 | 0,11 | 0,5-1,3 | 21 | < п.о. | |
| Sb | 0,8±0,05 | 0,39 | 0,1-1,71 | 48 | 0,1 | 8,2 |
| La | 2,24±0,1 | 0,39 | 0,8-4,7 | 17 | < п.о. | |
| Sm | 0,4±0,02 | 0,2 | 0,18-1,05 | 41 | 0,40 | 1,0 |
| Yb | 0,2±0,01 | 0,1 | 0,1-0,52 | 58 | 0,10 | 1,9 |
| Th | 0,52±0.03 | 0,2 | 0,02-1,2 | 44 | 0,50 | 1,0 |
| U | 0,22±0,01 | 0,09 | 0,2-0,8 | 43 | 0,2 | 1,1 |
| Hf | 0,29±0,02 | 0,2 | 0,06-1,0 | 60 | 0,28 | 1,0 |
| Au | 0,04±0,005 | 0,2 | 0,008-0,117 | 61 | < п.о. | |
| Ba | 225±10 | 75,7 | 69-470 | 34 | 128 | 1,7 |
| Sr | 932±60 | 445 | 6,0-1971 | 48 | 800 | 1,2 |
Продолжение таблицы 4
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Ta | 0,05±0,002 | 0,02 | 0,05-0,19 | 36 | 0,05 | 1,1 |
| Eu | 0,1±0,007 | 0,05 | 0,05-0,28 | 40 | 0,09 | 1,5 |
| Ca | 143764±5104 | 37851 | 67000-233000 | 26 | 82001 | 1,8 |
| Fe | 3138±194 | 1441 | 700-8200 | 46 | 2500 | 1,3 |
| Примечания: lim - предел колебания, - среднее арифметическое и ее ошибка, σ - среднее квадратичное отклонение, Cv - коэффициент вариации, Кс - коэффициент концентрации, < п.о. - значение элемента ниже пределов определения. | ||||||
Исходя из представлений о том, что при симметричном (нормальном) распределении показатели среднего, моды и медианы примерно равны [Шестаков, 1988], установлено, что близки к нему распределения следующих элементов выборки: Sc, Ag, La, Sm, Ta, Zn, Th, Eu, U.
На территории Павлодара наблюдается неравномерное распределение большей части изученных элементов, о чем свидетельствуют такие показатели, как стандартное отклонение, коэффициент вариации и др. Особенностью техногенных ореолов является неоднородность распределения в них химических элементов. Дендрограмма кластерного анализа элементного состава позволяет разбить множество химических элементов на группы, которые объединяют элементы с наивысшими значениями меры сходства (парных коэффициентов корреляции Пирсона r). Геохимические спектры микроэлементов в золе листьев тополя черного образуют значимые ассоциации, представленные на рисунке 5.
Рисунок 5 - Дендрограмма корреляционной матрицы геохимического спектра микроэлементов в золе листьев Populus nigra (55 проб)
Наиболее значимые (более 95%) микроассоциации на территории г. Павлодара выделены как 2 группы: Lu, Ce и Sm, La, Th, Sc. Эти микроэлементы характеризуют выбросы от сжигания углей на ТЭЦ (компоненты зольного происхождения).
Для установления специфики накопления элементов растениями из почв рассчитывали коэффициент биологического поглощения (Ах) как отношение
содержания элементов в золе листьев к их содержанию в почве [Перельман, Соловова, 1990]. Данный показатель (выше единицы) установлен для трех элементов: кальция (8,9), хрома (1,36) и золота (1,33), что свидетельствует о возможности формирования природных аномалий на территории города. Максимальное проявление характерно для кальция, что отражает геохимическую специфику пород данной территории.
Нами также была проанализирована общая биогеохимическая картина по следующим показателям: Кк (содержание элемента относительно кларка биосферы) и Кс (содержание элемента относительно фоновых показателей). Геохимические ряды, выстроенные по этим показателям, характеризуют элементную специфику листьев тополя на территории г. Павлодара (таблица 5).
Таблица 5 – Геохимическая специализация состава листьев Populus nigra
| Показатель | Геохимические ряды |
| Кс | Cr21.6>Sb8,2>Zn6,7>Na2,5>Tb2,3>Lu2,2>Yb1,9>Ca1,8>Ba1,7>Co1,5=Eu1,5>Fe1,3>Sc1,2= Rb1,2 > Sr1,1=U1,1= Ta1,1>Ce1,0= Sm1,0= Th1,0= Hf1,0 |
| Кк | Au59>Zn25>Sr23>Ca9,1>Ba6,2>Sb3,3>Cr2,0>Rb0,6>Co0,4>Na0,2=La0,2>Sc0,1=Fe0,1= Br0,1= U0,1=Hf0,1>Ce0,08>Tb0,07=Cs0,07=Th0,07>Lu0,05> Ag0,03= Ta0,03> Yb0,006 |
Элементы из трех классов токсичности располагаются (Кс) в следующем порядке: Cr21,6>Sb8,2>Zn6,7>Ba1,7>Co1,5>Sr1,1. Сопоставляя полученные нами данные с геохимическими показателями жидкой фазы снегового покрова [Ажаев, 2007], отмечаем повышенное содержание хрома, цинка, стронция и кобальта как общую региональную особенность.
С целью установления региональной специфики элементного состава листьев тополя черного нами проведен сравнительный анализ (рисунок 6) собственных материалов с литературными данными [Алексеенко, 2006] и результатами по территории г. Томска, любезно предоставленными нам коллегами из Томского политехнического университета (Л.П.Рихванов, Н.В.Барановская).
* Москва, Санк-Петербург, Петрозаводск, Самара, Архангельск, Красноярск, Барнаул, Казань, Владикавказ, Ереван, Донецк, Фрайберг, Вена, Париж и др.;**Новороссийск, Анапа, Геленджик, Сочи, Туапсе Лазаревское, Дивноморск и др.;н.д. – нет данных
Рисунок 6 - Сравнительная характеристика содержания элементов в золе
листьев Populus nigra
Необходимо отметить, что содержание хрома в листьях тополя черного на территории г. Павлодара превышает фоновое в 21 раз, в других индустриальных центрах - от 3 до 7 раз. Накопление цинка в наших исследованиях выше фона в 7 раз, показатели из других регионов выше в 3 раза.
Таким образом, анализ региональной специфики накопления элементов в золе листьев тополя черного показал, что в отличие от других урбанизированных зон в г. Павлодаре преобладают хром, цинк, кобальт, сурьма, что может быть обусловлено значительным воздействием выбросов от городских промышленных предприятий и автотранспорта (рисунок 7).
 |  |
Рисунок 7 - Картосхемы распределения хрома и сурьмы в золе листьев
Populus nigra, мг/кг сухой массы
На основе полученных нами данных по химическому составу листьев Populus nigra были построены схематические карты элементного распределения по территории г. Павлодара. Выделяются участки с явными аномалиями химических элементов. Высокий уровень накопления Cr проявляется в центральной и юго-западной частях города. Максимальные скопления Ba, Co, Sr, Sb отмечены в северо-восточной части и юго-западной части города.
Такое распределение, на наш взгляд, возможно под воздействием выбросов ферросплавного завода и ГРЭС г. Аксу в соответствии с розой ветров. На всех участках по городу высокие показатели Кс отмечены для хрома, сурьмы и цинка, а также на 1 и 5 участках – тербий, на 2 - барий, на 3, 4 и по городу – натрий. Суммарный показатель накопления токсичных элементов по участкам выражен в виде следующего ряда : 5 > 3 > 4 > 6 > 1 > 2.
На основании анализа рассмотренных биоиндикационных показателей (асимметрия листьев, жизненное состояние деревьев, стерильность пыльцы, биогеохимические данные) выделены как наиболее экологически неблагополучные юго-западный, западный и восточный участки. Эти участки находятся по розе ветров и соответствуют направлению выбросов ферросплавного завода г. Аксу, а также трансграничному переносу токсикантов по реке Иртыш (выше расположены гг. Семей и Усть-Каменогорск).
Накопление тяжелых металлов в тканях мышевидных грызунов (на примере мыши домовой Mus musculus). В данном разделе приведены результаты химических анализов, выполненные методом вольтамперометрической инверсии (ВАИ), на содержание тяжелых металлов в печени и костно-мышечной ткани (КМТ) мыши домовой. Пробы были взяты на территории, прилегающей к северной промышленной зоне (1), и селитебной зоны города: центрального (2) и южного (3) условных участков г. Павлодара. Результаты исследований показали превышение средних значений по содержанию Pb (5,1±0,9 мг/кг и 1,7±0,2 мг/кг) и Zn (21,5±1,9 мг/кг и 17,0±1,5 мг/кг) в костно-мышечной ткани над содержанием данных элементов в печени в 3 и 1,3 раза соответственно.
Содержание Cu в данных органах одинаково, а Cd на порядок больше накапливается в печени. Определена достоверная корреляционная связь накопления ТМ в органах: в печени между Pb и Cu (r =0,61), Cd и Cu (r =0,58), Pb и Zn (r =0,51); в КМТ – между Pb и Zn (r =0,81), Pb и Cu (r =0,71). Высокая корреляционная связь между Pb, Zn и Cu свидетельствует о едином источнике их происхождения.
Наибольшие показатели содержания всех 4-х элементов (Zn, Cd, Pb и Cu) в печени характерны для южной части (участок 3) г. Павлодара: 23,5; 0,63; 3,05; 15,55 мг/кг соответственно. В костно-мышечной ткани мышей наблюдается не равномерное распределение ТМ между участками 1, 2 и 3. Наибольшие показатели цинка и свинца отмечены в северном участке: 24,34 и 6,96 мг/кг соответственно. Кадмий распределяется равномерно по обследованной территории, а медь преимущественно накапливается в тканях мышей из южной части города. Накопление ТМ в органах мышевидных грызунов связано с тесным контактом животных с почвой, растительностью и непосредственным прямым депонированием поллютантов грызунами.
Таким образом, результаты исследования показывают, что мышевидные грызуны в значительной степени депонируют ТМ (Zn, Cd, Pb, Cu), как в печени, так и в костно-мышечной ткани. Характер накоплений ТМ в печени и КМТ по изученным участкам аналогичен и отражен в ряду Zn > Cu > Pb > Cd. Установлен различный уровень содержания тяжелых металлов в органах. Цинк и свинец в большей степени накапливается в КМТ, чем в печени, содержание меди – на одном уровне, кадмия в КМТ обнаружено значительно больше. Эти данные обусловлены, на наш взгляд, физиологическими особенностями организма и широким спектром питания грызунов. Накопление Pb и Zn (Кс 1,14-1,79 и 1,13-1,38 соответственно) в данном звене трофической цепи подтверждает установленную свинцово-цинковую аномалию и свидетельствует о неблагополучной ситуации и трансформации в целом урбоэкосистемы.
Зональное распределение токсичных элементов в биосубстратах человека (волосы детей). На территории г. Павлодара экологическая ситуация достаточно хорошо изучена в плане накопления ТМ в почвах, снеге. Однако для более полного анализа состояния окружающей среды и рисков для здоровья городского населения необходима биогеохимическая оценка биосубстратов человека.
Выделены отдельные участки с высоким содержанием химических элементов (ХЭ) в данном биосубстрате. Пространственное распределение элементов на примере Cr и Hg в волосах детей отражено на рисунках 8, 9.
 Рисунок 8 - Распределение хрома в волосах детей г. Павлодара |  Рисунок 9 - Распределение ртути в волосах детей г. Павлодара |
Так, повышенное содержание Cr, Fe, Hg, Ba, Rb, U, Co, Sm характерно для припойменных участков (1, 3 и 5), расположенных на северо-западе, западе и юго-западе, т.е. по розе ветров. Факт схожести пространственного распределения ХЭ на изученной территории города указывает на наличие единого источника, влияющего на распределение данных элементов.
В биосубстратах детей, проживающих в 1, 2 и 3 участках г. Павлодара, обнаружено максимальное содержание элементов: Са, Zn, Fe, Ba, Ce, Rb, Hg, Au, La, Со, Sm, Eu, Hf. В восточной части города максимальное накопление в волосах установлено для элементов: Na, U, Cr, Se, Sb, Ce, Sc.
По результатам анализа (метод ИНАА) волос детей из участков г. Павлодара установлено, что максимальное превышение характерно для рубидия (Кк от 60,6 до 74,1); минимальное – для ртути и селена (Кк от 1,1 до 2,9). Однородное распределение имеют следующие элементы: Rb, Yb, Lu; слабо дифференцированное - Вr, Та, U, Ag; дифференцированное - Hg, Co, Sb, Cs, Sс, Lа, Th, Au и интенсивно дифференцированное - Cr, Нf, Се, Тb. Полученные нами результаты свидетельствуют о неоднородном характере распределения токсичных элементов: цинка, селена, ртути (1 класс опасности); хрома, кобальта, сурьмы (2 класс опасности); бария (3 класс опасности), что возможно связано с разными источниками их поступления.
Специфика пространственного распределения данных токсичных элементов позволяет предположить, что не только предприятия нефтехимии и предприятия, работающие на угле, являются потенциальными источниками поступления этих элементов в организм человека, но возможен и трансграничный перенос их по р. Иртыш. Содержание Hg, Ba, Sb, Zn, Cr в волосах детей максимально выражено в северной части города, граничащей с промышленной зоной, где функционируют нефтеперерабатывающий, химический, тракторный заводы и две ТЭЦ. По литературным данным [Панин, Ажаев, 2008] для водной фазы снега Павлодара характерна ртутно-медная геохимическая специализация.
Высокое содержание Hg, Cr, Co и Zn в биосубстратах человека отмечено нами по направлению розы ветров (запад, юго-запад) в западном участке, прилегающем к реке Иртыш. На территории западной части города (северо-западный, западный и юго-западный участки) коэффициент концентрации для Cr, Co, Ba и Hg выше, чем в восточной части города (северо-восточный, восточный и юго-восточный участки), что свидетельствует о едином источнике поступления. Однотипность источников поступления этих элементов также подтверждается и дендрограммой кластерного анализа.
Сравнительный анализ собственных и литературных данных по содержанию токсичных элементов в различных средах г. Павлодара показывает высокую степень концентрации ртути и цинка, как в волосах, так и в почве, снеге, что свидетельствует об избыточном поступлении этих элементов и активной миграции в системе: почва - снег - растения - биосубстрат человека (таблица 6).
Таблица 6 - Сравнительное содержание токсикантов в средах г. Павлодара
| Среда исследования, литературный источник | Цинк | Фон | Ртуть | Фон |
| 1. Загрязнение почв цинком, мг/кг [Эколого-геохимический атлас, 2001] | 256 | 64 | 224 | 0,009 |
| 2. Загрязнение снежного покрова растворимыми соединениями, мг/дм3 [Эколого-геохимический атлас, 2001] | 2,5 | 0,001 | 1,5 | 0,0005 |
| 3. Снеговая вода, содержание химических элементов, мкг/дм3 [Ажаев, 2007] | 94,8 | 25,5 | 1,8 | 0,03 |
| 4. Твердая фракция снега, содержание химических элементов, мг/кг [Ажаев, 2007] | 264,3 | 48,3 | н.о. | - |
| 5. Почва, содержание химических элементов, мг/кг [Гельдымамедова, 2007] | 136,1 | 42,4 | 1,8 | 0,08 |
| 6. Почва, коэффициент концентрации подвижных форм [Гельдымамедова, 2007] | 11,7 | - | 204,1 | - |
| 7. Огородные культуры, содержание химических элементов [Гельдымамедова, 2007] | 30,1 | - | н.о. | - |
| 8. Волосы детей, содержание химических элементов, мг/кг | 196+14 | 46 | 0,44+0,08 | 0,18 |
| 9. Волосы детей (Кс) | 4,2 | - | 2,4 | - |
| Примечание - Н.о. – не определялся | ||||
Ранее проведенные на территории г. Павлодара исследования [Панин, Гельдымамедова, Ажаев, 2004] показали, что в почве, снеге и овощных культурах из селитебной части города наблюдаются повышенные концентрации токсичных элементов: Со, Cr, Hg, Zn. Наши исследования по биосубстратам человека согласуются с этими данными.
Нами также установлено, что в волосах детей из шести участков г. Павлодара коэффициент концентрации (Kк) относительно кларка биосферы [по Глазовским, 1982] по четырем элементам (Rb, Zn, Se, Hg) изменяется в диапазоне от 1,1 до 74,1 (таблица 7).
Таблица 7 - Геохимические ряды накопления элементов в волосах детей (Кк)
| Участок | Геохимическая специфика |
| 1 (северо-западный) | Rb69,8Zn4,1Se2,4Hg2,4Sr0,4Ba0,4As0,3Sb0,3Br0,2U0,2 |
| 2 (северо-восточный) | Rb62,9Zn6,0Se2,9Hg1,6Sr0,4Ba0,4As0,3Sb0,3Br0,1U0,1 |
| 3 (западный) | Rb71,4Zn4,2Se2,8Hg2,8Sr0,4Ba0,4As0,3Sb0,2Br0,2U0,2 |
| 4 (восточный) | Rb60,6Zn4,9Se3,1Hg1,1Sr0,4Ba0,3As0,3Br0,2Sb0,1U0,1 |
| 5 (юго-западный) | Rb74,1Zn3,7Hg2,6Se2,4Br0,4Sr0,4Ba0,4As0,3Sb0,3U0,2 |
| 6 (юго-восточный) | Rb60,0Zn3,5Se2,9Hg1,2Br0,4Sr0,4Ba0,3As0,3Sb0,2U0,1 |
Анализ показал, что для всех участков города характерен одинаковый качественный элементный состав волос, что свидетельствует об одних и тех же источниках поступления этих веществ. Суммарный показатель загрязнения биосубстратов представлен в следующем убывающем ряду: юго-западный участок84 > западный участок83 > северо-западный участок75 > северо-восточный участок 71 > восточный участок 69> юго-восточный участок 56.
Ранжирование территории г. Павлодара по содержанию ХЭ в волосах детей, Кс и Zc территории города в различных средах (почва, снег, волосы) выявил экологически неблагополучные участки (рисунок 10).
На первом месте находится юго-западный, на втором месте - западный и на третьем – северо-западный участок. Полученные данные позволяют утверждать, что уровень накопления изученных химических элементов в волосах отражает степень техногенного влияния на население из развитого промышленного комплекса г. Павлодара и прилегающих к нему территорий. При этом, как минимум, из спектра химических элементов, могут быть выделены 3 группы главных источников воздействия: предприятия угольной энергетики и металлообрабатывающей промышленности (Hg, Zn, Fe, Cr); химическая промышленность (Hg, Sе, Rb, Cr); нефтехимическое производство (Zn, Sе, Вг, Ва).
Рисунок 10 – Картосхема распределения суммарного коэффициента загрязнения (Zc) в волосах детей, проживающих на территории г. Павлодара
Таким образом, по результатам исследования элементного состава волос детей г. Павлодара проведено зонирование территории и определены участки максимальной концентрации химических элементов, которые совпадают с ореолами загрязнения почвы и снега. В результате, можно выделить экологически опасные зоны в городе: юго-западная, западная и северо-западная.