Коэффициенты техногенной концентрации (табл. 1) отражают особенности накопления тяжёлых металлов в почвах. Опасность загрязнения тем выше, чем больше Кс превышает единицу [6]. На территории пункта № 1 за летний период коэффициент значительно возрастает по кадмию и меди. На территории пункта № 2 в июне коэффициент не превышал единицу для всех исследуемых тяжёлых металлов. Но к августу Кс по кадмию возрастает до 47,96, по свинцу - до 10, по меди - до 2,56. В почве пункта № 3 коэффициент техногенной концентрации достиг максимума по содержанию кадмия (193,8). Следует отметить, что пробы в этом пункте отбирались на территории бывшей котельной. Вероятно, это и привело к формированию локальной геохимической аномалии. Поэтому в пробах почвы содержание кадмия и цинка в десятки (иногда сотни) раз выше, чем в почвах других пунктов. Наличие одного из дополнительных источников загрязнения автотранспортом способствует увеличению исследуемого показателя за анализируемый период времени [2; 5].
Оценку степени опасности загрязнения почв по показателю Zс проводили по общепринятой методике [6]. На основании полученных данных почвы пунктов № 1 и № 4 относятся к категории умеренно опасных, почва пункта № 3 - к категории чрезвычайно опасных. Загрязнение тяжёлыми металлами, действуя длительное время, способно вызвать серьёзные сдвиги в биологическом равновесии. Наиболее опасной является подвижная форма тяжёлых металлов. В результате высокой подвижности поступление катионов перестаёт регулироваться клеточными механизмами, что приводит к накоплению их в растениях [4]. Высшие растения без каких-либо признаков отравления и патологических изменений могут содержать опасные для животных и человека концентрации химических элементов.
Наибольшую опасность в этой связи представляют лекарственные растения, произрастающие на урбанизированных территориях. Вместо ожидаемого положительного эффекта организму можно нанести непоправимый вред при использовании загрязнённого лекарственного сырья [10]. Поглощение ионов осуществляется, главным образом, молодой частью корней. Поступившие в корни ионы затем направляются в наземные органы, которые в большей степени являются сырьём для приготовления настоек и отваров [11].
С целью оценки риска попадания тяжёлых металлов в наземные органы растений, был изучен коэффициент накопления (КН), который характеризует корневое поступление элементов из почвы (табл. 2 и 3).
Таблица 2 Коэффициент накопления тяжёлых металлов в травянистых растениях в условиях городской среды (июнь, 2015 г.)
|
Растение |
№ пункта |
Металлы и коэффициент накопления (КН) |
||||
|
Zn |
Cd |
Pb |
Си |
|||
|
S. chamaejasme |
1 |
1,35 |
0,47 |
1,27 |
5,7 |
|
|
2 |
- |
- |
- |
- |
||
|
3 |
1,78 |
1,34 |
1,75 |
3,24 |
||
|
4 |
960,8 |
1,6 |
90,32 |
0 |
||
|
А. дтеНпН |
1 |
0,02 |
0,17 |
0,07 |
0,4 |
|
|
2 |
13,7 |
6 |
6,89 |
0 |
||
|
3 |
- |
- |
- |
- |
||
|
4 |
13,68 |
4 |
6,8 |
0,08 |
||
|
Растение |
№ пункта |
Металлы и коэффициент накопления (КН) |
||||
|
Сд |
РЬ |
Си |
||||
|
Р tanacetifolia |
1 |
4,95 |
0 |
11,1 |
8,8 |
|
|
2 |
0 |
0 |
0,04 |
8,4 |
||
|
3 |
50,76 |
0 |
0,95 |
7,85 |
||
|
4 |
0 |
0 |
164,5 |
872,7 |
||
|
О. myriophyИa |
1 |
0,85 |
0 |
1,38 |
6,85 |
|
|
2 |
0 |
0 |
0,093 |
0 |
||
|
3 |
- |
- |
- |
- |
||
|
4 |
960,8 |
1,59 |
90,32 |
0 |
||
|
Примечание: знак «-» означает, что растение на данной территории не обнаружено |
Таблица 3 Коэффициент накопления тяжёлых металлов в травянистых растениях в условиях городской среды (август, 2015 г.)
|
Растение |
№ пункта |
Коэффициент накопления (КН) отдельных элементов |
||||
|
Zn |
Сд |
РЬ |
Си |
|||
|
5. ^атае]авте |
1 |
0,86 |
0,29 |
1,1 |
0,87 |
|
|
2 |
0,49 |
1,06 |
1,1 |
0,02 |
||
|
3 |
- |
- |
- |
- |
||
|
4 |
0,24 |
0,14 |
2,1 |
3,2 |
||
|
А. дтеНпИ |
1 |
0,015 |
0,11 |
0,06 |
0,07 |
|
|
2 |
1,11 |
0,68 |
0,74 |
10,7 |
||
|
3 |
0 |
0 |
1,03 |
2,3 |
||
|
4 |
1,03 |
2,45 |
1,71 |
6,12 |
||
|
Р tanacetifolia |
1 |
3,14 |
0 |
9,66 |
1,34 |
|
|
2 |
0 |
0 |
1,34 |
11,7 |
||
|
3 |
10,0 |
0 |
20 |
9,5 |
||
|
4 |
0 |
0 |
304,2 |
1,15 |
||
|
О. myriophyИa |
1 |
0,54 |
0 |
1,2 |
1,04 |
|
|
2 |
1,56 |
0,17 |
0,1 |
0,0012 |
||
|
3 |
2,36 |
0 |
91,7 |
0 |
||
|
4 |
0 |
0 |
17,1 |
4,38 |
||
|
Примечание: знак «-» означает, что растение на данной территории не обнаружено |
Коэффициент накопления цинка в пункте № 4 достигал максимального значения (960,8) у 5. chamaejasme, свинца КН - 164,5, отмечен у Р tanacetifolia¦, меди - 872,7 так же у Р tanaceti- folia, что превышает предел даже для элементов группы энергичного накопления. У А. дтеНпн, произрастающей на территории пунктов № 2 и № 4, происходило значительное накопление Zn, Cd и РЬ (табл. 2 и 3). Аналогичная динамика по содержанию тяжёлых металлов наблюдалась в различных органах А. дтеНпн, произрастающей в условиях значительной техногенной нагрузки на территории Шерловогорского рудного района [12].
Возможно, это связано с тем, что данные металлы находятся в почве в подвижном состоянии и наиболее доступны растениям.
Резкое возрастание подвижности тяжёлых металлов, таких как РЬ и Zn, как правило, связано с изменением рН почвы [2].
С другой стороны, такое увеличение КН может так же объясняться тем, что либо растения на данной территории испытывают дефицит этих элементов для метаболизма, либо нарушены защитные механизмы корневой системы [14].
На основании данных, представленных в табл. 4, был проведён поэлементный сравнительный анализ по накоплению тяжёлых металлов в листьях исследуемых видов растений.
Таблица 4 Среднее содержание тяжёлых металлов в листьях растений, мг/кг
|
Металл |
№ пункта сбора |
5. chamaejasme |
А. дтеНпи |
Р. tanacetifolia |
О. myriophyHa |
Норма, ПДК [10] |
|
|
1 |
3,1 ±0,24 |
152±34,2 |
19±1,23 |
0,11 ±0,0035 |
|||
|
гп |
2 |
3,4±0,05 |
7,4±0,65 |
0 |
3,5±0,053 |
ПДК |
|
|
3 |
10,1 ±1,57 |
4,8±0,89 |
8,2±0,86 |
0 |
150,0-300,0 |
||
|
4 |
3,5±0,07 |
6,1 ±0,91 |
7,8±0,54 |
0,56±0,0006 |
|||
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|||
|
Cd |
2 |
0,008±0,0032 |
0,3±0,0005 |
0,0062±44 0-4 |
0 |
ПДК |
|
|
3 |
4,3±0,32 |
0,03±0,00002 |
0,016±0,0001 |
0,024±0,0001 |
5,0 |
||
|
4 |
2,4±0,53 |
1,8±0,00023 |
0,022±0,0003 |
1,7±0,0037 |
|||
|
1 |
0,29±0,0005 |
0,27±0,0002 |
0,38±0,002 |
0,084±0,0003 |
|||
|
РЬ |
2 |
0,03±0,00004 |
3,5±0,032 |
0 |
416±19,54 |
ПДК |
|
|
3 |
0,02±0,00002 |
0,08±0,0004 |
0 |
10,5±0,99 |
32,0 |
||
|
4 |
0,31 ±0,00031 |
0,07±0,00003 |
0,23±0,0004 |
8,4±1,07 |
|||
|
1 |
0 |
6,3±0,95 |
2,6±0,078 |
0 |
|||
|
Си |
2 |
5,4±0,64 |
1,9±0,043 |
16±2,54 |
0 |
ПДК |
|
|
3 |
0,078±0,00003 |
1,02±0,007 |
1,2±0,056 |
0,03±0,0003 |
15,0-20,0 |
||
|
4 |
1,78±0,0002 |
3,8±0,56 |
0,84±0,00076 |
0,39±0,00057 |
Анализируя полученные данные, следует отметить, что металлы накапливаются в листьях травянистых лекарственных растений неодинаково (табл. 4). Максимальное количество цинка накапливается в листьях А. дтвЫ- 152 мг/кг сухого вещества на территории урочища «Сухотино», вблизи промзоны, что в десятки раз превышает показатели других пунктов № 2, 3, 4. Значительное накопление кадмия (4,3 мг/кг сухого вещества) листьями 5. chamaejasme было отмечено на территории пункта № 3. Количество свинца в листьях О. myrюphyHa на площадке пункта № 2 достигало 416 мг/кг сухого вещества, при значении ПДК 32 мг/кг. Такое значительное увеличение содержание свинца в листьях, вероятно, обусловлено высокой степенью загрязнения атмосферного воздуха и осадков на данной территории, которое обуславливает фолиарное поступление этого элемента. На этой же территории было отмечено высокое содержание меди в листьях А. дтеНпи.
Таким образом, полученные данные позволяют сделать выводы о том, что почвы исследуемых территорий характеризуются высоким значением суммарного показателя загрязнения (гс) тяжёлыми металлами и, согласно оценочной шкале [6], могут быть отнесены к категории умеренно и чрезвычайно опасных. Произрастающие на таких почвах растения без каких-либо признаков патологических изменений активно поглощают ионы, которые далее поступают в наземные органы и могут поступать по трофическим цепям в организмы животных и человека, оказывая токсическое действие [16]. При оценке содержания тяжёлых металлов не следует оставлять без внимания их поверхностное поступление [14]. Источниками поллютантов выступают атмосферные осадки и тонкая почвенная пыль [2]. Но фолиарное накопление тяжёлых металлов не так опасно для человека, поскольку перед употреблением листья растения моются и очищаются, при этом основная часть поллютантов удаляется [3]. Полученные результаты могут быть использованы при оценке накопления тяжёлых металлов травянистыми растениями в условиях городской среды, а также в биоиндикации экологического состояния почв и растений.
Список литературы
загрязнение почва растение цинк кадмий
1. Алексеев Ю.В. Тяжёлые металлы в почвах и растениях. Л.: Агропромиздат, 1987. 328 с.
2. Водяницкий Ю.Н. Состояние и поведение природных и техногенных форм As, Sb, Se, Те в рудных отвалах и загрязнённых почвах (обзор литературы) // Почвоведение. 2010. № 1. С. 37-46.
3. Воронкова И.П., Чеснокова Л.А. Содержание токсичных микроэлементов в сопряжённых средах // Гигиена и санитария. 2009. № 4. С. 17-19.
4. Ильин В.Б. Тяжёлые металлы и неметаллы в системе почва-растение. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2012. 220 с.
5. Колесников С.И. Ранжирование химических элементов по степени их экологической опасности // Современные проблемы загрязнения почв. М., 2010. С. 362-365.
6. Копылова ЛВ, Войтюк Е.А., Лескова О. А., Якимова Е. П. Содержание тяжёлых металлов в почвах и растениях урбанизированных территорий (Восточное Забайкалье). Чита: Забайкал. гос. ун-т, 2013. 154 с.
7. Методическое указание 31-03/05. Количественный химический анализ проб почв, тепличных грунтов, илов, донных отложений, сапропелей, твёрдых отходов. Методика выполнения измерений массовых концентраций цинка, кадмия, свинца, меди, марганца, мышьяка, ртути методом инверсионной вольтамперометрии на анализаторах типа ТА. Томск: Томьаналит, 2005. 47 с.
8. Методическое указание 31-03/04. Количественный химический анализ проб природных, питьевых и сточных вод. Методика выполнения измерений массовых концентраций цинка, кадмия, свинца и меди методом инверсионной вольтамперометрии на анализаторах типа ТА. ПНД Ф 14.1:2:4.222-06. Томск: Центр ризографии и копирования ЧП Тисленко, 2011.24 с.
9. Понсю М., Готеру Ж. Анализ почвы. Справочник. Минералогические, органические и неорганические методы анализа. СПб.: Профессия, 2014. 600 с.
10. Прохорова Н. В. Аккумуляция тяжёлых металлов дикорастущими и культурными растениями в лесостепном и степном Поволжье. Самара: Изд-во Самар. ун-та, 1998. 131 с.
11. Реутова Н. В. Определение мутагенного потенциала неорганических соединений ряда тяжёлых металлов // Гигиена и санитария. 2011. № 5. С. 55-57.
12. Солодухина М. А. Микроэлементы в растениях Шерловогорского рудного района Забайкальского края на примере полыни Гмелина (Artemisia gmelinii Weber ex Stechm) // Современные проблемы геохимии: материалы конф. молодых учёных. 2013. С. 103-104.
13. Трофимова А. А. Исследования содержания и динамики тяжёлых металлов в системе «Снег-Почва» // Современное состояние и проблемы естественных наук: сб. тр. Всерос. науч.-практ. конф. молодых учёных, аспирантов и студентов, г. Юрга. Томск: Изд-во ТПУ, 2014. С. 195-198.
14. Чимитдоржиева Э. О., Давыдова Т В., Цыбенов Ю. Б. С-биомассы целинных чернозёмов и каштановых почв Забайкалья // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 6. 16 с.
15. Wang M., Markert B., Shen W., Peng C., Ouyang Z. Microbiol biomass carbon and enzyme activities of urban soils in Beijing // Environm. Sci. Pollut. Res. 2011. Vol. 18, No. 6. PP. 958-967.
16. Iqbal N., Masood A., Iqbal R., Khan M., Syeed S., Khan N. A. Cadmium toxicity in plants and role of mineral nutrients in its alleviation // Amer. J. Plant Sci. 2012. Vol. 3. PP. 1476-1489.
References
1. Alekseev Yu. V. Tyazhelye metally v pochvakh i rasteniyakh. L.: Agropromizdat, 1987. 328 s.