Дальше

Назад

Конец

Список

Измерение токсической нагрузки для случая многокомпонентных выбросов – сложная задача, не имеющая однозначного решения. Получение интегральной меры нагрузки на основе данных по содержанию поллютантов в депонирующих средах может осуществляться несколькими путями. Мерой может служить: 1) расстояние до источника эмиссии, 2) концентрация какого-либо одного вещества, 3) сумма концентраций нескольких веществ, 4) индекс нагрузки, 5) реакция биотестов.

Расстояние до источника выбросов – наиболее популярная оценка величины нагрузки в прикладных исследованиях. Ее использование базируется на “постулате” о тесной экспоненциальной зависимости концентраций от расстояния. В нашей работе мы отказались от использования данной меры нагрузки, поскольку не для всех элементов наблюдается такая форма зависимости (Рисунок 5). Кроме того, нередки случаи (например, для содержания кадмия и цинка в почве в восточном направлении от СУМЗа), когда связь содержания от расстояния полностью отсутствует.

Рисунок 5. Зависимость содержания тяжелых металлов в лесной подстилке от расстояния до источника выбросов (СУМЗ). Линии – аппроксимации параболой третьей степени. Учетная единица – площадка, сбор проведен в 1990 г. в западном направлении от завода (полоса шириной 5 км).

Концентрации отдельных элементов в разных депонирующих средах в масштабе всего градиента нагрузки тесно связаны между собой, особенно для пар Cu – Pb и Cd – Zn (Рисунок 6). В других сочетаниях связь менее сильная, а в области высоких концентраций может либо вообще отсутствовать, либо менять знак на противоположный по сравнению с областью низких концентраций (Рисунок 7). Также сила связи между отдельными элементами ослабевает при рассмотрении не всего градиента нагрузки, а его отдельных участков (фоновая, буферная и импактная зоны), либо для пространственных масштабов в диапазоне десятков сантиметров – сотен метров. Данное обстоятельство делает неоправданным оперирование в качестве меры нагрузки концентрациями отдельных элементов. Также в нашем случае нельзя применять и простую сумму концентраций элементов, поскольку в выбросах присутствуют ингредиенты с сильно различающимся фоновым содержанием, но сопоставимой токсичностью для биоты (например, медь и кадмий).

Рисунок 6. Зависимость между концентрациями подвижных форм (вытяжка 5%-ной HNO₃) отдельных элементов в лесной подстилке в масштабе всего градиента загрязнения (учетная единица – площадка). Район СУМЗа, отбор проб выполнен в 1995–1998 гг.

Рисунок 7. Зависимость между концентрациями подвижных форм (вытяжка 5%-ной HNO₃) отдельных элементов в лесной подстилке в масштабе всего градиента загрязнения (учетная единица – площадка). Район СУМЗа, отбор проб выполнен в 1990 г

Использование агрегационных индексов в определенной степени снимает эти проблемы. В работе мы применили простейшую и наиболее легко интерпретируемую форму индекса – среднее по всем элементам превышение фоновых концентраций:

где X_ii – концентрация j–го вещества (j = 1, ..., k) в i–й точке пространства (i = 1, ..., n). В дальнейших расчетах индекс нормирован к единице.

Оказалось, что индексы, рассчитанные на основе содержания подвижных форм металлов в лесной подстилке и почве при использовании различных экстрагентов (ацетатно – аммонийный буфер, раствор ЭДТА, 5%-ный раствор азотной кислоты) связаны тесными линейными зависимостями: коэффициент корреляции достигает 0.98 – 0.99 (Рисунок 8). Аналогично, индексы, рассчитанные в пределах всего градиента загрязнения на основе данных по концентрациям и выпадениям металлов в водной и пылевой фракциях также связаны практически функциональными зависимостями (коэффициент корреляции равен 0.97 – 0.99). В противоположность этому, зависимость между индексами, которые рассчитаны на основе содержания подвижных и обменных (0.05 М раствор хлорида кальция) форм близка к экспоненциальной. И для подвижных, и для обменных форм металлов наблюдается тесная связь между индексами, рассчитанными на основе информации по загрязнению почвы и подстилки: коэффициент корреляции равен 0.80 – 0.95 (Рисунок 9). Аналогичная, но менее тесная связь (коэффициент корреляции лежит в пределах 0.69 – 0.88) зарегистрирована для индексов, рассчитанных на основе валового содержания металлов в снеге и подвижных форм в почве и подстилке.

Рисунок 8. Зависимость между индексами токсической нагрузки при использовании различных экстрагентов: а – раствор ЭДТА, б – раствор хлорида кальция. Учетная единица – площадка. Район СУМЗа, отбор проб выполнен в 1998 – 1999 гг.

Рисунок 9. Зависимость между индексами токсической нагрузки, рассчитанными на основе данных по содержанию подвижных и обменных форм металлов в лесной подстилке (ось абсцисс) и почве (ось ординат). Учетная единица – площадка. Район СУМЗа, отбор проб выполнен в 1998 – 1999 гг.

Полученные результаты имеют важное методическое значение: относительные оценки токсической нагрузки в масштабе всего градиента загрязнения мало зависят от выбора депонирующей среды и экстрагента для извлечения подвижных форм металлов. В нашей работе при построении дозовых зависимостей для реакции наземных экосистем на токсическую нагрузку были использованы индексы, рассчитанные на основе данных по разным депонирующим средам и формам элементов; при этом единице индекса в зависимости от депонирующей среды и формы соответствуют разные абсолютные значения минимальных концентрации элементов (Таблица 1).

Таблица 1. Минимальные значения концентраций элементов, соответствующие единице индекса токсической нагрузки в трех исследованных районах

Дальше

Назад

Начало

Список