Швидкість вітру 0-1 м/с є небезпечною при розсіюванні домішок, зумовлених дією низьких джерел викидів, а швидкість 3-6 м/с становить небезпеку при розсіюванні домішок, зумовлених викидами промислових підприємств з високими трубами.
Ряд авторів відзначає [14, 35], що вплив повітряних потоків відіграє вагому роль не тільки при далекому перенесенні забруднюючих речовин, але також стає причиною утворення місцевих осередків підвищеного забруднення. Міські вулиці із щільною забудовою являють собою певного роду каньйони. Потрапляючи в такі каньйони повітря змінює напрямок і швидкість руху, що приводить до утворення місцевих циркуляцій повітря.
Топографічні умови місцевості також відіграють
важливу роль у формуванні рівня забруднення. Підвищені райони, якщо цьому не
перешкоджає їх забудова, добре продуваються, за рахунок чого концентрація
домішок в повітрі значно понижується.
1.4. Основні
забруднюючі компоненти поверхневого стоку на урбанізованих територіях
Встановлено, що в урбанізованих зонах з розвиненим агропромисловим сектором з поверхневим стоком у водні об’єкти надходить більше 80% забруднюючих речовин [42]. Контроль за відведенням забрудненого поверхневого стоку регламентується Державним стандартом України ДСТУ 3013-95 “Правила контролю за відведенням дощових і снігових стічних вод з територій міст і промислових підприємств”.
На інтенсивність забрудненості поверхневого стоку з території населених пунктів впливають такі фактори, як благоустрій території, щільність населення, інтенсивність руху транспорту і пішоходів. Ці показники постійно змінюються в процесі урбанізації.
У повітряний басейн міського середовища з викидами промислових підприємств і транспорту за рік потрапляють різноманітні шкідливі речовини. Залежно від кількісного та якісного складу промислових викидів, їх періодичності, висоти, на яку вони здійснюються, а також від кліматичних умов, які визначають перенесення, розсіювання викидів і вимивання шкідливих речовин атмосферними опадами, від інтенсивності фотохімічних реакцій у атмосфері та багатьох інших факторів формується рівень забруднення атмосферного повітря міста [10, 16].
Забруднення атмосферних опадів є похідним від забруднення повітряних мас, тому їх цілком можна використовувати як чутливий індикатор забруднення атмосфери. Рівень забруднення атмосферних опадів дає змогу визначити також відповідне забруднення ґрунтів у результаті осадження забруднювальних речовин з атмосфери.
Сніг знаходиться в більш тривалому контакті з атмосферним повітрям, ніж дощ, і тому під час його дослідження ймовірність виявлення забруднювачів в атмосфері більш висока. Тому використання снігового покриву як індикатора забруднення довкілля дозволяє значно підвищити ефективність контролю забруднення атмосфери, водних об’єктів, ґрунтів. Інтерес до вивчення складу снігу визначається тим, що він впливає на розвиток процесів ґрунтоутворення, удобрення ґрунтів поживними речовинами, на формування хімічного складу поверхневих та ґрунтових вод.
Сніговий покрив забруднюється в два етапи:
забруднення сніжинок під час їх утворення в хмарі і випадання на місцевість - вологе випадання забруднюючих речовин зі снігом;
забруднення снігу, що вже випав, у результаті сухого випадання забруднювальних речовин з атмосфери, а також їх надходження з підстилкового покриву і гірських порід [24].
У період між випаданням опадів хімічний склад снігу поповнюється за рахунок спонтанного “сухого” осадження аерозолів. Вони фіксуються в сніговому покриві тонкими прошарками сірого, коричнево-сірого, брудно-сірого та інших відтінків, відділяючи різновікові горизонти.
За Водним кодексом України, поверхневий стік з забудованих територій (дощовий, талий, мийний) відноситься до категорії стічних вод.
Із загальної кількості забруднюючих речовин, що містяться у всіх видах стічних вод, що відводяться з території міста, на частку поверхневого стоку припадає близько 78% зважених речовин, 20% органічних сполук і 68% нафтопродуктів [23].
Підвищена кількість аерозольних часток та газових домішок у повітрі приводить до забруднення атмосферних опадів, що розглянуто у роботах Е. Ю. Безуглої [3], М. Є. Берлянда [4], К. Г. Владимирової [8], Г. В. Дмитрієвої, Ю. А. Ізраеля [15]. Опади в свою чергу призводять до забруднення таких компонентів ландшафту як ґрунти та поверхневі водойми. Атмосферні опади є джерелом забруднення ґрунтів, а отже і рослинності, тому що велика кількість забруднюючих речовин вимивається опадами з атмосфери.
Забруднюючі речовини, присутні в поверхневому стоці міських територій - це мінеральні і органічні домішки природного походження, що утворюються в результаті адсорбції газів з атмосфери і ерозії ґрунту, грубо дисперсні домішки (частинки піску, глини, гумусу), а також розчинені органічні і мінеральні речовини; речовини техногенного походження в різному фазово-дисперсному стані (нафтопродукти, компоненти дорожніх покриттів, сполуки важких металів, СПАР та інші компоненти, перелік яких залежить від профілю підприємств місцевої промисловості); бактеріальні забруднення, що потрапляють у поверхневий стік при поганому санітарно-технічному стані території та каналізаційних мереж [33].
Основними забруднюючими компонентами поверхневого стоку, що формується на урбанізованих територіях є продукти ерозії ґрунту, які змиваються з газонів і відкритих ґрунтових поверхонь; побутове сміття, компоненти дорожніх покриттів і будівельних матеріалів, що зберігаються на відкритих складських майданчиках, а також нафтопродукти, що потрапляють на поверхню водозабору в результаті несправності автотранспорту та іншої техніки [34].
Дослідженнями встановлено [1], що поверхневий стік, який формується на територіях населених пунктів та промислових майданчиках значною мірою забруднений і негативно впливає на водні об’єкти. Поверхневі стоки здатні внести у водні об’єкти до 99% забруднень.
Поверхневий стік, утворений під час випадіння атмосферних опадів, поливу та миття території, змиває і виносить до водойм та річок розчинні та нерозчинні суміші.
Характерними забруднювачами поверхневого стоку є завислі частинки, концентрація яких коливається від декілька міліграмів до десятків грамів в літрі води. В основному це продукти ерозії ґрунту, пил, будівельні матеріали, а також сировина, продукти та матеріали, що зберігаються на відкритих складських майданчиках, викиди в атмосферу, різні нафтопродукти, хімічні речовини та бактеріальні забруднення.
Проведені дослідження [22] показали, що поверхневий стік має в середньому за період дощу концентрацію завислих речовин 600 мг/л, БСКповн. 60 мг/л та вміст нафтопродуктів близько 20 мг/л, причому максимальна концентрація забруднень в поверхневому стоці спостерігається на початку дощу і може перевищувати середню в десятки разів [44].
Концентрація завислих частинок у дощовому стоці для багатьох міст Європи в залежності від характеру водозбірного басейну коливається від 15 мг/л до 20000 мг/л. Концентрація нафтопродуктів - від 0,25 мг/л до 60 мг/л. Концентрація органічних речовин (БПК 20) в дощовому стоці коливається від 40 до 90 мг/л, а в талому - від 70 до 150 мг/л. Поливомийні води характеризуються концентраціями завислих частинок від 600 до 1000 мг/л, нафтопродукти - 10-15 мг/л для житлових районів та 8000-1500 мг/л для промислових районів. Для транспортних магістралей з інтенсивним рухом концентрація нафтопродуктів коливається в межах від 15 до 30 мг/л. Це призводить до забруднення та замулення водойм [29].
У цілому склад забруднень поверхневого стоку і їхні концентрації істотно змінилися за останні 10 років з ряду причин. Однак основними можна назвати:
· у кілька разів збільшилася щільність автомобільного потоку, а отже, і концентрація забруднень у змивах з автомобільних доріг;
· внаслідок недосконалості системи
збору рідких і твердих побутових і промислових відходів частина з них потрапляє
в зливову каналізацію [28].
1.5 Особливості
біоіндикації для визначення рівня екологічної безпеки урбанізованих територій
Діюча система контролю за забрудненням навколишнього середовища ґрунтується на кількісному порівнянні компонентного складу проб з гранично допустимими концентраціями (ГДК) забруднюючих речовин. Небезпечність техногенного впливу оцінюється на основі сумарного коефіцієнту техногенного забруднення, розрахованого відповідно до даних валового вмісту хімічних елементів. Такий підхід є не завжди ефективним. У наш час кількість речовин-забруднювачів, здатних впливати на екологічний стан біоти, перевищила мільйон найменувань, крім того, щорічно синтезується понад чверть мільйона нових речовин [6].
У результаті перетворень в природному середовищі відбувається синтез нових сполук, які можуть бути токсичнішими за вихідні інгредієнти. Прикладами таких речовин можуть бути метилртуть, сполуки важких металів з детергентами, пестицидами і т.д. Шкідливий вплив фізичних, хімічних та інших факторів при їх комбінуванні може послаблюватися (антагонізм) або посилюватися (синергізм). Ізольованої дії не існує, є лише спільний вплив усього комплексу чинників.
Складовими біологічного контролю стану довкілля є біологічна індикація та біологічне тестування. Методи біотестування, що ґрунтуються на відповідній реакції живих організмів на негативний вплив забруднюючих речовин, здатні дати достовірну інформацію про якість компонентів навколишнього середовища. Основу біотестування становить визначення шкідливого впливу токсичних речовин на процеси життєдіяльності та життєві цикли живих організмів. Ці методи оцінки мають наступні характеристики:
· швидкість проведення;
· доступність і простота проведення експериментів;
· відтворюваність і достовірність отриманих результатів;
· економічність як в матеріальному відношенні, так і щодо затрат праці;
· об’єктивність отриманих даних.
По суті, біотестування - це визначення токсичності проби (води, ґрунту, донних відкладень і т.д.) для даної культури організмів у лабораторному експерименті. В основі біотестування лежить такий метод наукового пізнання як біологічне моделювання. Всяка модель є певною мірою специфічною формою відображення дійсності. При біотестуванні відбувається перенесення знань з простої системи (змодельованої екосистеми в лабораторному досвіді) на складнішу (екосистему в реальних умовах) [26].
Біоіндикація є методом встановлення токсичності
середовища на основі вивчення особливостей реакції тест-організмів, що
сигналізує про рівень екологічної безпеки або небезпеки незалежно від того, які
саме токсиканти і в якому співвідношенні призводять до змін життєво важливих
функцій у тест-організмах.
РОЗДІЛ 2. МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИКА
ДОСЛІДЖЕННЯ
2.1
Природно-кліматичні умови району дослідження
Черкаси - обласний центр України, розташований на правому березі р. Дніпро у верхній частині Кременчуцького водосховища. Місто поділяється на Придніпровський та Соснівський райони. Площа, яку займають зелені насадження, становить 2070,8 га, що складає 29% від площі міста.
Місто розташоване на високому плесі правого берега Дніпра, в середній частині течії в зоні Правобережного Лісостепу, що належить до Східно-Європейської лісостепової геоботанічної провінції. Це найбільший промисловий центр області, площа якого близько 77,6 км2. Одне з центральних областей України, що має помірно-континентальний клімат. Панують помірні континентальні повітряні маси, хоча протягом року спостерігається дія трансформованих морських повітряних мас, а також вторгнення арктичних і тропічних повітряних мас.
З географічним положенням пов’язана тривалість сонячного світла, розподіл сонячної радіації і характер циркуляції атмосфери. Середня річна кількість сонячного світла на Черкащині становить 2120 год., а сумарна сонячна радіація становить 110-105 ккал/см2. Радіаційний баланс складає 1850-1950 МДж/м2. Характер атмосферної циркуляції визначається частою зміною циклонів і антициклонів. Над областю проходить понад 45 циклонів на рік, а антициклонів - від 35 до 40.
Циклональна погода формується залежно від впливу Ісландського мінімуму, де в основному й зароджуються циклони, що визначають погоду в різні пори року. Влітку вони приносять похолодання і дощову погоду, а в зимову пору - потепління.
Але циклони можуть зародитися не тільки на півночі Атлантики. Середземне море восени і взимку також суттєво впливає на клімат Черкащини.
Середньорічна температура повітря +7,2°С… +7,6°С, найжаркішого місяця +19,5°С…+20°С, а найхолоднішого -5,9°С. Максимуми зафіксовані такі: літо +39°С, а зима -37°С. Період із середньою температурою складає близько 3000°С, але в аномальні роки (теплі і холодні) ці суми можуть змінитися в межах 300-400°С. Вегетаційний період продовжується 200-205 днів. Такі температурні умови дають можливість вирощувати більшість сільськогосподарських культур помірного поясу. Цьому сприяють і опади, середньорічна кількість яких становить 450-520 мм на рік. Сума позитивних температур за вегетаційний період +10°С і вище дорівнює в західних районах 2550-2600°С, а на решті території 2650-2900°С.
Переважний напрям вітрів - західний і північно-західний, середня швидкість дорівнює - 3-6 м/с.
Опади розподіляються нерівномірно. Стійкий сніговий покрив, за даними багаторічних спостережень, продовжується з 14-22 грудня до 21-23 березня. Протягом зими він часто зникає у зв’язку з тривалими і частими відлигами. Узагалі, зима характерна тим, що переважає похмура погода з частими, але незначними опадами. Вони можуть бути твердими, але часто випадають і у вигляду дощу. Влітку, як правило, спостерігається тепла, а також в окремі роки досить спекотна погода. Західні вітри приносять значну кількість вологи, яка літом випадає у вигляді злив з градом і шквалистими вітрами. В окремі роки спостерігається атмосферна засуха у поєднанні з ґрунтовою. Клімат Черкащини належить до антлантико-континентальної області помірного поясу з незначним коливанням температур і зростанням континентальності із заходу на схід [20].
Складні геологічні процеси на території дослідження сприяли формуванню різних ґрунтоутворюючих порід. Домінуючими є леси і лесоподібні суглинки. Серед зональних типів ґрунтів переважають чорноземи типові малогумусні та лучно-чорноземні ґрунти.
Своєрідність географічного розташування міста,
розвиток промислового та житлового будівництва і значна кількість великих
хімічних підприємств, зумовлюють наявність специфічних антропогенно порушених
екотопів, які є осередками спонтанної рослинності.
.2 Екологічна ситуація
в м. Черкаси
Кліматичні умови (мала кількість днів з опадами; мала кількість днів із сніговим покривом; низькі швидкості вітру; часті застої повітря та інше) дуже слабо стимулюють процеси самоочищення, що сприяє підвищеному атмосферному забрудненню [20]. Стан навколишнього середовища у місті загалом характеризується як стабільний. Комплексний індекс забрудненості приблизно дорівнює середньому забрудненню у містах України. За даними постійних спостережень 2012 року у місті зменшились середньомісячні та максимальні концентрації по діоксиду та оксиду азоту, сірководню - у другому півріччі. По аміаку найбільші середньомісячні концентрації зафіксовані у липні, серпні та вересні. Спостерігалось збільшення максимальних концентрацій по пилу в літній період у зв’язку із недостатньою кількістю опадів та підвищенням природної запиленості при відкритому ґрунті. Основними джерелами забруднення міста є ТОВ “Черкаський деревообробний комбінат”, ТОВ “Черкаська продовольча компанія”, ПАТ “Азот”, ПАТ “Черкаська ТЕЦ”, підприємства машинобудівного та авторемонтного комплексу, а також автотранспорт. За даними статуправління міста від стаціонарних джерел забруднення викиди від двооксиду сірки складають 28,8%, оксиду вуглецю - 22%, тверді домішки 18,1%, двооксид азоту - 15%, леткі органічні сполуки - 5%. У структурі автотранспортних викидів частка оксиду вуглецю - 79%, вуглеводнів - 14%, оксиду азоту - 6%, решта - важкі метали та інші [37].