Экологическая оценка техногенно загрязненных почв урбанизированных территорий и промышленных зон г. Нижнего Новгорода (стр. 6 )

11. Коэффициенты корреляции, характеризующие взаимосвязь

между содержанием тяжелых металлов в почве и состоянием растений

Показатель	Zn	Pb	Cd	Ni	Cu	Cr
Валовое содержание
Энергия прорастания	-0,79*	-0,40	-0,72	-0,72	-0,79	-0,35
Всхожесть	-0,83	-0,35	-0,75	-0,81	-0,78	-0,35
Содержание подвижных форм
Энергия прорастания	-0,73	-0,01	-0,73	-0,76	-0,38	-0,68
Всхожесть	-0,77	-0,03	-0,76	-0,77	-0,35	-0,68

* - корреляция статистически значима на уровне 0,05

Установлено, что тенденции изменения динамики всхожести и энергии прорастания в зависимости от уровня загрязнения, полученные в опыте, практически идентичны, в связи с чем детальный анализ представлен исключительно для всхожести и только для тех пар признаков, для которых выявлена значимая корреляция.

Рассмотрим зависимость всхожести семян от валового содержания в почве цинка и кадмия (рис. 4). Данные свидетельствуют, что отчетливое снижение всхожести семян тест-культуры обнаруживается только в диапазоне очень высоких концентраций. Так, в отношении валового содержания цинка порогом фитотоксичности, начиная с которого происходит явное угнетение растений в период прорастания, можно считать концентрацию 442 мг/кг.

Рис. 4. Изменение всхожести семян

при увеличении валового содержания цинка и кадмия в почве

В целом можно констатировать, что на фоне общей тенденции снижения всхожести семян по мере увеличения содержания отдельных металлов, имеет место значительная вариабельность диагностического показателя. В связи с этим можно предположить, что интенсивность отклика тест-объекта на загрязнение может рассматриваться как функция концентрации отдельного элемента, порог фитотоксичности по которому превышен, хотя полная картина может быть получена только с учетом влияния остальных элементов.

Для оценки влияния степени комплексного загрязнения почвы на показатели её фитотоксичности для каждого участка был рассчитан Zc и Dб. Как показал корреляционный анализ, наиболее тесная связь соответствует всхожести и коэффициентам, определенным по валовому содержанию металлов в почве. Так, для пары признаков «всхожесть - Zc» коэффициент корреляции составляет -0,86, а для пары «всхожесть - Dб» – 0,87. При этом полученные значения выше, чем аналогичные для отдельных металлов. Взаимосвязь между рассматриваемым диагностическим показателем, характеризующим состояние растений, и уровнем загрязнения, определенным по суммарному коэффициенту загрязнения, представлена на рисунке 5.

Рис. 5. Изменение всхожести семян при увеличении Zc и уменьшению Dб

Данные свидетельствуют, что начиная с определенной величины Zc (в частности, с 45,6, что на графике соответствует точке 7) начинает прослеживаться общая тенденция снижения всхожести семян. Однако на ее фоне, как и в случае отдельных металлов, отмечается значительное отклонение признака от общей тенденции. Это может быть обусловлено указанным ранее недостатком коэффициента суммарного загрязнения – недоучетом токсичности отдельных металлов.

По иному выглядит зависимость между снижением всхожести и интегральным оценочным баллом, где она носит гораздо более правильный характер. Так, начиная со значения 63,7 % (на графике – точка 7), происходит относительно плавное снижение значения показателя. Тенденция нарушается лишь в одной точке (точка 9 на графике), которая расположена в зоне центрального проезда автозавода и характеризуется на фоне действия прочих факторов очень высокой транспортной нагрузкой. Очевидно, здесь токсичный эффект обусловлен загрязнителями, не учтенными в данном исследовании, например, нефтепродуктами.

Таким образом, полученные данные свидетельствуют, что

·  интегральный оценочный балл более объективно характеризует степень опасности загрязнения почвы, чем Zc, так как зависимость между величиной Dб и откликом тест-культуры носит более четкий характер;

·  при биотестировании почв следует учитывать, что данный метод эффективен только в диапазоне высоких концентраций металлов, превышающих порог фитотоксичности. Таким образом, его применение целесообразно при оценке городских почв, где, как указывалось выше, транслокационный показатель вредности в большинстве случаев не актуален. Использование данного показателя на сельскохозяйственных землях недостаточно информативно в силу низкой чувствительности.

Кроме этого в рамках работы изучали взаимосвязь между показателями биологической активности и уровнем загрязнения почвы. Исследования проводились на территории промышленной площадки, а также в рекреационной зоне. Причем в последнем случае образцы отбирались в течение вегетационного сезона с интервалом в 1 месяц. Установлено, что связь между показателями биологической активности (каталазная и инвертазная активность, дыхание почвы, целлюлолитическая и нитрифицирующая способность) и уровнем загрязнения прослеживается только на фоне очень высокого содержания металлов, превышающего поровый уровень, выявленный в предыдущем эксперименте для тест-культуры. В почвах же рекреационной зоны показатели активности в большей степени зависели от погодных условий, чем от степени загрязнения.

Анализ взаимосвязи между содержанием тяжелых металлов в почве и ее основными характеристиками. При комплексной оценке уровня загрязнения одним из важнейших аспектов данного вопроса является установление взаимосвязи между содержанием токсикантов в почве и ее характеристиками. Основными почвенными параметрами, определяющими мобильность металлов в почве, а соответственно и уровень их накопления, являются содержание гумуса (органического углерода) и кислотность почвы. Количественную оценку взаимосвязи проводили на основе корреляционного анализа, используя непараметрическую статистику – ранговый коэффициент Спирмена, поскольку, как было показано выше, распределение металлов и других показателей в городских почвах отличается от нормального.

Полученные данные свидетельствуют, что в почвах промышленной зоны валовое содержание ряда металлов связано с содержанием органического углерода (табл. 12). В большей степени это проявляется по отношению к цинку. Что касается содержания подвижных форм металлов, то, несмотря на возможное снижение степени их подвижности по мере увеличения концентрации органического углерода в почве, абсолютное значение показателя на фоне увеличения вала, как правило, возрастает. Нейтральная реакция среды также в целом снижает мобильность токсикантов. В результате в ряде случаев наблюдается прямая взаимосвязь между показателем рН и содержанием тяжелых металлов.

В то же время следует отметить, что почва в зонах с интенсивной техногенной нагрузкой является неравновесной системой за счет постоянного поступления в почву как металлов, так и органического углерода и кислотно-щелочных агентов. В результате этого взаимосвязь между аккумуляцией

12. Коэффициенты корреляции между содержанием тяжелых металлов

и основными почвенными характеристиками в промышленной зоне

Показатели	Слой, см	Pb	Cd	Zn	Cu	Ni	Cr
Валовое содержание
Органический углерод	0-5	0,15	0,24	0,33	0,20	0,26	0,21
5-20	0,34*	0,21	0,27	0,28	0,09	0,23
рНKCl	0-5	0,31	0,06	0,18	0,32	0,19	0,14
5-20	0,35	-0,00	0,07	0,25	0,20	0,23
Подвижные формы фосфора	0-5	0,05	0,29	0,10	0,05	-0,01	0,02
5-20	-0,05	-0,04	0,08	-0,10	-0,08	-0,13
Подвижные формы
Органический углерод	0-5	0,08	0,17	0,36	0,03	0,10	0,16
5-20	0,40	0,16	0,26	0,19	0,11	0,14
рНKCl	0-5	0,48	0,04	0,13	0,49	0,29	0,44
5-20	0,38	-0,07	0,13	0,46	0,24	0,38
Подвижные формы фосфора	0-5	0,10	-0,04	0,08	0,10	-0,05	0,00
5-20	-0,01	-0,04	0,10	-0,02	-0,15	-0,17

* здесь и далее: корреляция статистически значима на уровне 0,05

металлов и почвенными характеристиками нарушается. Аналогичная ситуация складывается на территориях с иными типами антропогенного воздействия – в транспортной и селитебно-транспортной зонах.

В рекреационной зоне, где почвы ближе всего к природным аналогам, выявлена статистически значимая корреляция по большинству исследуемых пар признаков (табл. 13).

13. Коэффициенты корреляции между содержанием тяжелых металлов

и основными почвенными характеристиками в рекреационной зоне

Показатели	Слой, см	Pb	Cd	Zn	Cu	Ni	Cr
Валовое содержание
Органический углерод	0-5	0,44	0,00	0,43	0,59	0,49	0,56
5-20	0,56	0,36	0,63	0,61	0,58	0,64
рНKCl	0-5	0,23	0,59	0,52	0,56	0,55	0,48
5-20	0,40	0,75	0,47	0,57	0,49	0,44
Подвижные формы фосфора	0-5	0,57	0,41	0,42	0,46	0,33	0,45
5-20	0,50	0,39	0,54	0,57	0,50	0,53
Подвижные формы
Органический углерод	0-5	0,02	-0,01	0,26	0,36	0,38	-0,36
5-20	0,22	0,05	0,55	0,45	0,47	-0,26
рНKCl	0-5	-0,19	0,35	0,28	0,51	0,36	0,00
5-20	0,28	0,52	0,56	0,43	0,44	0,22
Подвижные формы фосфора	0-5	0,39	0,58	0,58	0,51	0,48	0,36
5-20	0,21	-0,01	0,51	0,51	0,43	-0,13

При этом коэффициент Спирмена во всех случаях положителен. Это свидетельствует о том, что в почвенных системах, находящихся в относительном равновесии, высокое содержание органического углерода, нейтральная реакция среды, а также высокое содержание подвижных фосфатов в общем случае создает условия для наибольшей аккумуляции тяжелых металлов.