CC BY
113
Биоаккумуляция бойких органических загрязнителей в системе «почва - растительность -животные» на примере сельхозугодий Чечни
И.Я. Шахтамиров, к.с.-х.н., Грозненский ГУ;
З.К. Амирова, д.б.н., Башкирский ГНИЭЦ
Одной из важнейших экологических проблем нашего времени является загрязнение окружающей среды стойкими органическими загрязнителями (СО3), и прежде всего, по-
лихлорированными дибензо-п-диоксинами, дибензофуранами (ПХДД/ПХДФ) и полихлор-бифенилами (ПХБ [1]. Эти соединения обладают высокой устойчивостью в почвах (период полуразложения не менее 5—20 лет).
Исследование почвы — основа для зонирования территории, установления градиента
техногенной нагрузки в регионе, позволяет оценить интегральные показатели трансграничного переноса и выпадений из атмосферы с последующим загрязнением биоты по трофическим цепям. В случае же обострения специфических региональных проблем, подобных ситуации в Чеченской Республике (разрушение почвеннорастительного покрова, загрязнение почвы в результате военных действий и пожаров), всестороннее исследование состояния почвенного покрова, а также растительности особенно важно в период восстановления, в том числе и земель сельскохозяйственного назначения.
Из всей площади республики (1,6 млн. га) землями сельскохозяйственного назначения занято 76,9%. Из них большую часть занимают пастбища, 20% составляют пахотные земли, виноградники и сады [2].
Для проведения мониторинга СО3 были выделены районы с наиболее типичными характеристиками почвы и растительности Чеченской Республики (табл. 1). В то же время выбранные селения — места бывших военных действий, где до настоящего времени налицо последствия военного техногенеза. Тем не менее, земля возле них используется под сельхозугодья и пастбища для скота. В этом случае создаются предпосылки для возможной экспозиции животных и человека.
Сборные пробы растительности брали на наиболее типичных участках с площади 5x5 м, проводили идентификацию видов растений, листья и траву высушивали и измельчали. В тех же местах с горизонта 0—20 см брали пробы почвы, которые высушивали и гомогенизировали. Мясо (говядина) и коровье молоко отбирали в частных хозяйствах вблизи исследуемых пастбищ. Пробы мяса и молока хранили при -18 °С вплоть до проведения анализа. Пробы гомогенизировали,
вносили изотопно-меченые стандарты ПХДД/Ф и ПХБ, проводили операции экстракции органическими растворителями, очистки и фракционирования экстрактов с использованием серии сорбентов (силикагеля, окиси алюминия, гра-фитированной сажи). В сборных пробах почвы, растительности, мяса и молока коров определяли содержание полихлорированных дибензо-пара-диоксинов и дибензофуранов (ПХДД/Ф), а также токсичных полихлорированных бифенилов (ПХБ-ВОЗ) (табл. 2).
Определение ПХДД/Ф/ПХБ-ВОЗ было выполнено в Башкирском республиканском научноисследовательском экологическом центре (г. Уфе) методом хромато-масс-спектрометрии высокого разрешения путём изотопного разбавления в соответствии с методиками ^ ЕРА 1613 и 1668 В [3, 4]. Центр аккредитован на проведение данного вида анализа органами Госстандарта РФ и прошёл процедуру международной интеркалибрации.
Результаты определения 17 изомеров ПХДД/Ф и 12 изомеров токсичных ПХБ приведены в таблице 2 в единицах суммарного коэффициента токсичности (TEQ). Использована шкала коэффициентов токсичности TEF-ВОЗ-1998, которая позволяет нормировать значения концентраций каждого изомера относительно наиболее токсичного - 2,3,7,8-ТХДД.
Содержание ПХДД/Ф в почве является невысоким, что свидетельствует об отсутствии локальных источников. Фоновое загрязнение (< 2 пг/г TEQ ПХДД/Ф) может быть следствием выпадения из атмосферы загрязнённых частиц, образованных в процессах сжигания. Автотранспорт, сжигание растительных остатков на полях, перенос взвешенных частиц от дымовых газов печей частных домов и т.д. — основные причины незначительного загрязнения поверхностного слоя
1. Характеристика почвы и растительности районов Чеченской Республики
Район Характеристика растительности Характеристика почвы
Шалинский Ромашка аптечная, перистощетинник, фонтанная трава, клевер луговой, пастушья сумка, клоповник, мятлик, лапчатка ползучая Галечники, пески, супеси и желтовато-бурые суглинки; почвы глинистые, не засолены
Наурский Клоповник, эспарцет, полынь, ковыль перистый и волосатик, донник польский, подорожник и др. Тёмно-каштановые почвы от супесчаного до глинистого состава, солонцеватые чернозёмы
Курчалоевский Мятлик луговой, звездчатка средняя, люцерна, черемша, тамус обыкновенный Почвы чернозёмные, слабосолёные, суглинистые, слабогумусированные
Шелковской Клевер луговой, лапчатка, мятлик луговой, щетинник, пастушья сумка, ромашка аптечная и др. Почвы чернозёмные луговые, слабозасолённые, суглинистые, слабогумусированные
2. Характеристика загрязнения окружающей среды и биоты Чеченской Республики
Район Селение Почва, пг/г Растительность, пг/г Мясо, пг/г жира Молоко, пг/г жира
ПХДД/Ф ПХБ ПХДД/Ф ПХБ ПХДД/Ф ПХБ ПХДД/Ф ПХБ
Шалинский Автуры 0,34 0,15 0,49 0,16 1,48 0,18 1,76 1,24
Наурский Николаевская 0,99 0,62 1,85 0,99 1,21 0,29 1,85 0,73
Курчалоевский Цоцан-Юрт 0,54 0,19 0,67 0,79 1,76 0,23 2,77 1,27
Шелковской Бороздиновская 1,84 0,23 2,03 0,95 2,92 0,27 4,51 0,88
Нормативы РФ нет нет нет нет 3,0 нет 3,0 нет
Нормативы ЕС 5-100 нет нет нет 3,0 1,5 3,0 3,0
1,4 т
4,5
3,5 -
•ъ 2,5
с
§
Э 2
х
i=
О
Ш ^ с I- 1,5
0,5 -
□ Шалинский □ Наурский □ Курчалоевский □ Шелковской
п пГ
ТТЛ у
трава
Рис. 1 - Содержание ПХДД/Ф в пробах почвы, растительности и биоте ЧР
1,2 -
О
со 0,6
ES Шалинский □ Наурский Е9 Курчалоевский И Шелковской
Рис. 2 - Содержание ПХБ-ВОЗ в пробах почвы, растительности и биоте ЧР
5
4
3
и 0,8
0,4
0,2
0
0
почва
трава
мясо
почва
мясо
почвы и растительности сельскохозяйственных районов. Будучи липофильными соединениями, диоксины и ПХБ практически не проникают в ткани растений из почвы. Наиболее вероятно поверхностное загрязнение пылевыми частицами почвы и выпадением из воздуха.
В наибольшей степени загрязнены диоксинами пробы объектов окружающей среды и биоты из Шелковского и Курчалоевского районов Чечни (рис. 1), в которых более, чем в других районах, сказываются последствия пожаров и военных действий. Однако прошедшее время (около 7 лет), атмосферные осадки и восстановительные процессы в почве существенно снизили уровень загрязнения военного времени.
Существует корреляция между загрязнением травы, почвы и биоты. Так, наибольшая концентрация диоксинов обнаружена в молоке коров из Шелковского района. Загрязнение проб мяса животных из различных районов Чечни соответствует загрязнению молока из тех же районов.
Наибольшее загрязнение ПХБ установлено в Наурском районе, что подтверждается относительно высокими значениями суммарной концентрации изомеров ПХБ в почве и растительности. Другой характер распределения ПХБ наблюдается в Курчалоевском районе: отмечено повышенное загрязнение проб травы и молока, хотя содержание ПХБ в почве невелико, что может быть связано с существующим текущим поступлением. Возможно, обладая большей склонностью к атмосферному переносу, ПХБ загрязнённых селитебных зон оказывает влияние на почвы пригородных сельскохозяйственных угодий.
Остаточное содержание диоксинов и ПХБ в почве позволяет сделать вывод об удовлетворительном состоянии рассмотренных территорий Чеченской Республики в отношении загрязнения СОЗ и об отсутствии активных локальных стационарных источников загрязнения диоксинами и ПХБ. Тем не менее, эффект биоаккумуляции ПХДД/Ф и ПХБ приводит к выраженному накоплению в тканях животных (молоке и мясе), в т.ч. и до предельно допустимых норм, например, в пробах из Шелковского района ЧР (рис. 2).
С учётом неопределённостей пробоотбора можно лишь в первом приближении оценить коэффициент распределения в системе «почва — растение» как 1—1,5. Это подтверждает предположение, что загрязнение растений происходит в основном пылевыми частицами. Коэффициент биоаккумуляции в системе «трава — молоко» для диоксинов составляет около 4.
Загрязнение ПХБ растительности в 3 раза выше, чем почвы, что подтверждает дополнительный атмосферный перенос, а коэффициент накопления в молоке несколько выше — около 5.
Литература
1. Стокгольмская конвенция о стойких органических загрязнителях. Текст и приложения / Изд. Секретариата Стокгольмской конвенции о СО3 и Подразделения по химическим веществам Программы Организации объединенных наций по окружающей среде (ЮНЕП). Швейцария, Женева, 2001. 53 с.
2. Байраков И.А., Шахтамиров И.Я. Чеченская Республика: природа, экономика и экология. Грозный, 2006. 356 с.
3. Method USEPA 1613 B «Tetra-through Octa-Chlorinated Dioxins and Furans by Isotope Dilution HRGC/HRMS» EPA number: 821B94005, oct. 1994. 77 p.
4. Method US EPA 1668 B Chlorinated Biphenyl Congeners in water, soil, Sediments, biosolids and tissue by HRGC/HRMS. Nov. 2008.
