Экология/ 6. Экологический мониторинг
К.х.н. Сальникова
Е.В.
Оренбургский
государственный университет
Дошарова Д.Т.
Оренбургский
государственный университет
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ
МЕТАЛЛОВ В РАЗЛИЧНЫХ РАЙОНАХ Г. ОРЕНБУРГА
Антропогенное воздействие на окружающую среду
превратилось в острую экологическую проблему,
проявления которой особенно глубоки в условиях промышленных
городов. О степени техногенной трансформации естественных и антропогенных
ландшафтов в урбосреде относительно фоновых территорий можно судить по
характеру их геохимических и биогеохимических изменений.
Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами
оказывает значительное отрицательное влияние на химический состав почв. Попадая
в почву, тяжелые металлы включаются в разнообразные почвенно – геохимические
процессы.
Вовлекаясь во все циклы миграции элементов,
происходящие в биосфере, тяжелые металлы подавляют спектр экологических функций
почв. Важность понимания проблемы загрязнения почв тяжелыми металлами
определяется также тем, что почвы являются природным накопителем тяжелых
металлов в окружающей среде и основным источником загрязнения сопредельных
сред, включая растения [1].
Многочисленными исследованиями показана
аккумулятивная, перераспределяющая и защитная роль зеленых насаждений в
отношении тяжелых металлов, которые выступают в качестве барьера на пути их
распространения [2].
Город Оренбург имеет достаточное количество
зеленых насаждений, существенно различающихся
условиями произрастания и степенью выраженности техногенного пресса. При
этом эколого-геохимические особенности городских насаждений к настоящему
времени практически не изучены, что и определило актуальность нашего
исследования.
Цель исследования - изучение особенностей
аккумуляции цинка, свинца, меди и кадмия почвами и растениями вида Populus
Nigra L. в условиях
г. Оренбурга.
Концентрация тяжелых металлов в почвенном
растворе является наиболее важной экологической характеристкой почвы, поскольку
определяет миграцию тяжелых металлов по профилю и поглощение их растениями [3, 4].
Изменения влажности почв, активности микробиоты влияют на кислотно–основное и
окислительно–восстановительное равновесие, содержание хелатообразующих
соединений, состав почвенной атмосферы, и все это в свою очередь сказывается на
подвижности тяжелых металлов [4, 5].
Участками для анализа загрязнения почв и растений тяжелыми металлами послужили различные районы города Оренбурга – Центральный, Дзержинский и Ленинский.
Отбор проб почв проведен в июле 2011, 2012
годов. Пробы растительных образцов отбирались
в конце вегетационного периода (август – сентябрь), характеризующегося
максимальным накоплением растениями тяжелых металлов. Отбор
проб почв типа чернозем южный и растений вида Populus
Nigra L в различных районах города
Оренбурга проводился в соответствии с ГОСТом 17.4.2.01–81 и ГОСТом 17.4.3.01–83.
Выбор растения – биоиндикатора
обусловлен широким распространением его как на исследуемых участках, так и на
всей территории города.
Изучение содержания подвижных форм тяжелых
металлов в почвах и растениях проводилось атомно – абсорбционным методом.
Изучение содержания ТМ в почвах участков
исследования показало, что высокое содержание и превышение ПДК наиболее часто
наблюдалось для меди, свинца и цинка, которые являются наиболее значимыми металлами–полютантами
для города Оренбурга.
Выявлено, что концентрация подвижных форм цинка
(II) в образцах почв летом 2011 года увеличивается в ряду Дзержинский
– Ленинский – Центральный районы от
2,38 до 0,69 мг/кг. В летний период 2012 года данная зависимость меняется.
Максимум накопления тяжелых металлов характерен для почв Центрального района (32,22
мг/кг), минимум – в Дзержинском районе (0,16 мг/кг).
Расчет концентрации ТМ в растениях показал, что
наибольшая концентрация цинка в зеленых листьях Pópulus nígra наблюдается
в Дзержинском районе (23,11 мг/кг) в
2011 году, в 2012 году – в Центральном районе, концентрация составляет 2,19
мг/кг.
В ходе исследования установлено, что содержание
подвижных форм кадмия в почве составляет менее 0,2 мг/кг, за исключением
Центрального района, где концентрация данного металла максимальна и составляет
0,53 мг/кг в почве и 0,28 мг/кг в листьях тополя черного. Данные значения не
превышают предельно – допустимых концентраций.
Токсичность кадмия для растений проявляется в нарушении
активности ферментов, торможении фотосинтеза, нарушении транспирации, а также
ингибировании восстановления NО2 до NО. Кроме того, в метаболизме
растений он является антагонистом ряда элементов питания (Zn, Cu, Mn, Ni, Se,
Ca, Mg, P). При токсичном воздействии металла у растений наблюдаются задержка
роста, повреждение корневой системы и хлороз листьев.
Изучение содержания свинца показало, что Центральный
район характеризуется самым высоким содержанием свинца в почвах (61 мг/кг).
Вероятно, что это связано с тем, что тетраэтилсвинец
(ТЭС) в виде бензинового антидетонатора многие десятилетия применялся в
промышленном производстве бензинов. В 1976 году полностью запретили в нашей
стране производство и применение этилированных бензинов из-за возрастающего
свинцового отравления окружающей среды продуктами сгорания тетраэтилсвинца в
автомобильных двигателях. Тем не менее, не смотря на это, свинец остается в
почвах и оказывает токсичное действие на живые организмы. Участки
исследования по содержанию свинца в почвах образуют следующий ряд (в порядке
убывания):
– в 2011 году:
Центральный район > Дзержинский район > Ленинский район
– в 2012 году:
Центральный район > Ленинский район >Дзержинский район
Содержание меди во всех образцах почв,
отобранных в 2011 и 2012 годах,
составляет не более 0,5 мг/кг практически на всех участках исследования.
Установлено, что медь по сравнению с другими
элементами имеет большую способность накапливаться в листьях растений. В период
максимального накопления ТМ в листьях растений, районы по содержанию меди в
порядке убывания располагаются следующим образом:
Центральный район > Ленинский район >
Дзержинский район (2011 год).
В 2012 году максимум накопления меди в листьях Populus
Nigra также выявлен в Центральном районе (4,1 мг/кг). В Ленинском
и Дзержинском районах содержание меди составляет 2,67 и 2,12 мг/кг
соответственно. По сравнению с 2011 годом, данное значение увеличилось в 4 раза
и составляет 43 мг/кг.
Почвы районов города характеризуются наименьшим
содержанием кадмия. Минимальное значение концентрации подвижной формы – 0,013
мг/кг, максимальное – 0,49 мг/кг. Оба
значения взяты за летний период 2012 года.
Превышения ПДК по санитарно–гигиеническому
нормированию выявлено не было, что позволяет отнести почвы исследуемых районов
к относительно чистым, в экологическом плане, участкам.
В почвах медь является слабомиграционным
элементом, содержание подвижной формы невелико. Количество подвижной меди
зависит от многих факторов: химического и минералогического состава материнской
породы, рН почвенного раствора, содержания органического вещества и других.
Недостаток меди в почвах является в настоящее
время значимой проблемой. Содержание подвижных форм данного металла за
изученный период времени составляет менее 1,0 мг/кг. В жизни растений медь
активизирует многие важные процессы, такие как дыхание, белковый и углеводный
обмены, повышает сопротивляемость к различным грибковым болезням.
Установлено, что на каждом участке
закономерность изменения концентрации подвижных форм тяжелых металлов различна.
Наибольший вклад в суммарное загрязнение почв вносят цинк и свинец, что связано
с особенностями городской среды.
Изучение содержания ТМ показало, что для
почвенного покрова Центрального района как в 2011, так и в 2012 годах
характерна наибольшая концентрация подвижных форм цинка (II)
(2,44 мг/кг и 37,61 мг/кг), кадмия (II)
– 0,1 мг/кг, 0,51 мг/кг, свинца (II) – 9,35 мг/кг,70 мг/кг
соответственно.
Для листьев Populus Nigra
L. характерна несколько иная зависимость в распределении
подвижных форм тяжелых металлов.
Пробы зеленых листьев, отобранные в Дзержинском
районе в 2011 году, содержат наибольшее содержание цинка (II)
(23,11 мг/кг), кадмия (II)
– 0,08 мг/кг. В 2012 же году, максимальное накопление данных тяжелых металлов
характерно для образцов растений Центрального района, где среднее содержание
подвижных форм данных металлов составляет 2,19 мг/кг и 0,28 мг/кг
соответственно.
Самое высокое содержание свинца (II)
в листья тополя черного наблюдается в Ленинском районе в 2011 году (1,34 мг/кг)
и в Центральном районе в 2012 году (2,68 мг/кг).
Как и
для большинства подвижных форм тяжелых металлов Центральный район
характеризуется максимумом накопления подвижных форм меди (среднее содержание
составляет 0,77 мг/кг и 4,1 мг/кг в
2011, 2012 годах соответственно).
Полученные результаты свидетельствуют о том, что
максимальная способность к биологическому поглощению ТМ характерна для растений
Populus Nigra L.,
произрастающих на относительно «чистых» в экологическом отношении участках, а
данный представитель флоры г. Оренбурга
обладает способностью к накоплению цинка и меди, что вероятно связано с его
физиологическими особенностями.
1
Ашихмина,
Т. Я. Экологический мониторинг : учеб. пособие / Т. Я. Ашихмина, Н. Б. Зубкина ; под. ред. Т. Я. Ашихминой. – М. :
Академический проект, 2005. – 205 с.
2
Владимиров, В. В. Город и ландшафт / В. В. Владимиров, Е. М. Микулина, З. Н. Ярыгина.
– М. : Мысль, 1986. – 238 с.
3
Реупе,
К. Борьба с загрязнением почвы / К. Реупе, С. Кырстя. – М. : Агропромиздат,
1986. – 222 с.
4
Halen, H. Adsorbtion du cadmjum dans
les sols calcaires du sud–est de l’Espaghe / H. Halen, M. Garsia–Navarro, R.
Van Bladel // Agronomic. – 1991. – P. 36–44.
5
Halen, H.
Etude des facteurs controlant l’adsorbtion du cadmium dans une serie de sols
belges / H. Halen, R. Van Bladel // Agriculture. – 1990. – № 6. – P. 933–948.