CC BY
74
*УДК - 577.118
ДИНАМИКА НАКОПЛЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НЕКОТОРЫМИ ВИДАМИ
ДЕКОРАТИВНЫХ КУСТАРНИКОВ
М.В. Авраменко
Определено влияние динамики накопления тяжелых металлов на рост и развитие Rosa majalis Herrm., R. rugosa Thunb., Physocarpus opulifolius (L.), Syringa vulgaris L. в условиях интенсивного и неинтенсивного движения автотранспорта. Ключевые слова: автотранспорт, кустарники, металлы, загрязнение, устойчивость.
Тяжелые металлы (ТМ), при антропогенном рассеивании загрязняющие окружающую среду, оказывают токсичное воздействие на живые организмы. Мониторинг окружающей среды показывает, что, например, вклад антропогенного свинца составляет до 97 %, кадмия - 89 %, меди - 87 %, никеля - 75 %, ртути - 58 %. Практическое значение имеет познание механизмов и закономерностей распределения ТМ в окружающей среде, так как свыше 90 % всех болезней человека прямо или косвенно связано с загрязнением окружающей среды. Загрязнение среды ТМ вызывает сердечнососудистые расстройства, тяжелые формы аллергии. Они являются генетическими ядами, поскольку аккумулируются в организме с отдаленным эффектом действия, проявляющимся в наследственных заболеваниях. Серьезная проблема связана с загрязнением почвы и воды ртутью, кадмием, свинцом, мышьяком, селеном и др. [1-8]. В сельскохозяйственных культурах и организмах животных идет накопление ТМ и по трофической цепи поступление в организм человека, что вызывает тяжелые заболевания. Почвы являются накопителями ТМ и основным источником загрязнения сопредельных сред и растений. В почвенном растворе и в природных водах ТМ присутствуют в форме свободных катионов и ассоциатов с компонентами раствора. В большинстве своем это непрочные соединения, называемые слабыми комплексами. В твердой части почвы ТМ находятся в форме обменных катионов и поверхностных комплексных соединений. К ТМ относятся свыше 40 химических элементов таблицы Менделеева с атомными массами, превышающими 40 единиц, или химические элементы с удельным весом выше 5 г/см3 [2, 3]. Для биологической классификации целесообразнее руководствоваться не плотностью, а атомной массой. В исследованиях биологов, экологов и биогеохимиков чаще всего рассматриваются Cr, Со, Ni, Cu, Zn, Cd, Hg, Pb, реже Ti, V, Mn, Fe, Sr, As и некоторые другие элементы [3, 5]. Наиболее опасными загрязнителями считаются Hg, Cd, Pb, Zn, As. Их накопление в среде идет высокими темпами. В отличие от органических загрязняющих веществ, подвергающихся процессам разложения, металлы способны лишь перераспределяться между природными средами. Токсичное действие металлов, входящих в состав продуктов или отходов промышленности увеличивается с каждым годом [9-13].
Основными источниками атмосферного загрязнения являются тепловые электростанции (27 %) предприятия по добыче и переработки нефти (15 %), транспорт (13 %), а также предприятия по изготовлению строительных материалов (8,1 %) и др. Внимание экологов к техногенным источникам поступления ТМ в биосферу объясняется всё возрастающим объемом промышленных выбросов и отходов. Установлено, что загрязнение ТМ превышает природные поступления: по Pb - в 18,3, по Cd - в 8,9, по Zn -в 7,2 раза. В условии сохранения роста современного производства прогнозируется увеличение содержания в почве Pb и Zn в 10 раз, Cd, Hg и Sr - в 100 раз, As - в 250 раз. В дополнении к техногенным источникам ТМ поступают в почвенный покров с удобрениями, пестицидами, осадками сточных вод и бытовым мусором [3,4]. Роль ТМ двойственна. С одной стороны, ТМ необходимы для нормального протекания физиологических процессов, а с другой - при повышенных концентрациях они токсичны. Поведение металлов в природных средах во многом зависит от специфичности миграционных форм и вклада каждой из них в общую концентрацию металла в экосистеме. Для понимания миграционных процессов и оценки токсичности тяжелых металлов недостаточно определить только их валовое содержание. Необходимо дифференцировать формы металлов в зависимости от химического состава и физической структуры (окисленные, восстановленные, метилированные, хелатированные и др). Наибольшую опасность представляют лабильные формы, характеризующиеся высокой биохимической активностью, способностью накапливаться в средах. ТМ по чувствительности живых организмов и человека можно расположить в следующий ряд: Hg > Cu > Zn > Ni > Pb > Cd > Cr > > Sn > Fe > Mn > As. Однако следует учитывать, что этот ряд имеет самый общий характер. Единого порядка изменения чувствительности организмов пока нет. Работы исследователей показали, что между химическим составом среды существует связь, но прямая зависимость в содержании ТМ в растениях от содержания их в почве часто нарушается из-за избирательной способности растений к накоплению элементов в необходимом количестве. Чаще наблюдают прямую корреляцию зависимости содержания ТМ в растениях от
одержания их подвижных форм в почвенном растворе [7-11]. Существуют два ведущих факт^^В формирования элементного состава растений - генетический и экологический. Их долевое участие меняется в зависимости от изменения условий среды. Экологический фактор становится ведущим при техногенном загрязнении среды обитания ТМ и особенно их подвижными формами. Бесспорно, что среди живых организмов, главными аккумуляторами тяжелых металлов являются растения, поэтому необходимо иметь объективное представление о нормальных концентрациях данных элементов в компонентах растительного мира [10-13]. Развитие современного производства привело к нарушениям экологической обстановки в природных экосистемах. В настоящее время не представляется возможным полностью нейтрализовать негативную роль человека в биосфере, поэтому на первый план выдвигается научное обоснование допустимых пределов антропогенного воздействия на природные комплексы и их отдельные элементы. Нормирование содержания ТМ в почвах и растениях является важным разделом мониторинга окружающей среды, испытывающей техногенное воздействие.
Сегодня одной из глобальных экологических проблем является загрязнение окружающей среды, в том числе ТМ от автотранспорта. Контроль динамики накопления загрязняющих веществ в почвах, воде, растениях, сельскохозяйственной и плодоовощной продукции, является важным разделом мониторинга окружающей среды. Концентрация населения, промышленных объектов и жилых построек, сопровождается значительным ростом автопарка, увеличением уровня загрязнений среды, что негативно сказывается на здоровье человека. Эта экологическая проблема характерна сегодня и для населения городов и поселков Брянской области. Сотрудниками Московского государственного университета, совместно с учеными Биологического центра РАН подготовлена программа «Экополис», направленная на изучение степени загрязнения городской среды и ее влияние на состояние растительного и животного мира [6]. Реализация такой программы - выработка конкретных рекомендаций по повышению эффективности природоохранной деятельности в городах и поселках, что подтверждает актуальность и целесообразность, проведения аналогичных исследований в городах и поселках Брянской области, и разработки конкретных рекомендаций, направленных на оздоровление окружающей среды урбанизированных территорий. Здесь следует отметить, что одним из самых эффективных методов оздоровления среды, улучшения микроклимата, обеспечивающих нормальную жизнедеятельность человека, является создание зеленых и защитных насаждений, садов и парков. Рост техногенного прессинга на природные и антропогенные экосистемы определяет актуальность исследований по определению толерантности растений к загрязнению окружающей среды, в том числе, и ТМ [7-9]. Результаты таких исследований позволяют более качественно осуществлять разработку ассортимента растений для создания насаждений, дифференцированно степени загрязнения окружающей среды. В том числе и для: 1 - озеленения промышленных предприятий, 2 - создания защитных насаждений вдоль автомагистралей и железных дорог, 3 - улиц с интенсивным движением автотранспорта, 4 - создания зеленых зон вокруг городов, садов и парков, 5 - создания насаждений вдоль малых рек и ручьев [6-14]. В Брянской области таких исследований проводилось недостаточно, что и определяет их актуальность для региона.
Цель исследования - определение устойчивости декоративных видов кустарников к техногенному загрязнению, в том числе и изучение влияния интенсивности движения автотранспорта на содержание ТМ в листьях некоторых декоративных кустарников, введенных в озеленение городов и поселков Брянской области и их ответные реакции.
Работа выполнялась в соответствии с плановой тематикой кафедры экологии и рационального природопользования Брянского государственного университета им. академика И.Г. Петровского: «Природные и антропогенные экосистемы Брянщины, их состояние и пути восстановления».
Объектом исследований являлись декоративные кустарники (Rosa majalis Herrm., R. rugosa Thunb., Physocarpus opulifolius (L.) и Syringa vulgaris L.), введенные в озеленение городов и поселков Брянской области.
Методы исследований Учет интенсивности движения автомобильного транспорта осуществлялся 15 марта, 15 мая, 15 июля, 15 сентября, в течение дня с 8 до 20 часов (в продолжение двадцати минут каждого часа). Отбор проб растений проводился в районах г. Брянска и д. Долботово Погарского района Брянской области с разным по интенсивности воздействием автотранспорта. Исследования образцов (почки, листья) осуществлялось на атомно-абсорбционном анализаторе «Спектр-5», предназначенном для экспрессного определения содержания металлов в растворах. Ответные реакции растений на загрязнение окружающей среды и распределение видового состава на группы устойчивости по методике, приведенной X. Десслером, С. Бёртицем, X. Эндерляйном и Ф. Энгманном [3]. Показатель экологической полезности декоративных кустарников определялся по методу, разработанному Е.В. Махониным [12]. Определение показателя основано на способности вида к газопоглощению, шумопоглощению, пылеосаждению,
Herrm., R. rugosa Thunb., Physocarpus opulifolius L., Syringa vulgaris L. в течение вегетации в зависимости от интенсивности движения автотранспорта.
Таблица 1
Динамика накопления декоративными кустарниками элементов группы тяжелых металлов в
зависимости от интенсивности движения автотранспорта (2010, мг/кг)
Район ПП/ элементы Sr Pb As Zn Cu Ni Co Fe Mn Cr
Март (Rosa majalis Herrm.)
г. Брянск 254,6 25,8 10,6 88,8 39,2 19,4 1,85 2536 113,8 33,6
д. Долботово 185,8 24,5 10,5 53,9 38,2 17,0 1,6 1960 78,8 38,4
Май (R. majalis Herrm.)
г. Брянск 121,6 37,8 9,95 115 36,3 22,6 0,3 2793 101,7 40,5
д. Долботово 41,5 20,1 4,55 54,4 16,2 12,1 0,2 1175,3 53,4 17,7
Июль (R. majalis Herrm.)
г. Брянск 164,2 26,3 10,8 59,2 44,1 15,6 1,7 5318 367,5 40,1
д. Долботово 105,1 23,9 10,1 48,3 41,9 15,0 0,8 3472 169,9 37,9
Сентябрь (R. majalis Herrm.)
г. Брянск 209,1 25,6 11,8 49,6 47,8 16,7 0,5 3506 175,8 40,8
д. Долботово 136,1 25,1 10,8 45,2 42,1 15,8 0,2 2877 141,5 36,6
Март (Rosa rugosa Thunb.)
г. Брянск 131,4 38,9 9,3 106,9 35,7 17,0 0,3 2343 113,7 41,7
д. Долботово 55,8 28,9 5,9 43,2 26,1 14,5 0,2 1461 73,35 31,8
Май (R. rugosa Thunb.)
г. Брянск 129,7 36,5 9,9 106,6 33,3 18,1 0,3 2254 115,8 43,9
д. Долботово 66,7 19,6 4,2 56,5 25,6 11,6 0,2 1659 80,6 33,1
Июль (R. rugosa Thunb.)
г. Брянск 158,2 26,7 10,9 98,2 48,5 17,7 1,1 4709 185,3 41,1
д. Долботово 102,6 22,7 10,1 53,5 43,4 12,9 0,9 2925 89,2 38,3
Сентябрь (R. rugosa Thunb.)
г. Брянск 222,1 28,8 11,1 53,8 49,0 19,6 0,9 3654 188,3 43,3
д. Долботово 100,8 21,9 10,2 46,4 45,6 12,2 0,5 3163 108,7 38,5
Март (Physocarpus opulifolius L.)
г. Брянск 89,15 25,3 10,8 59,9 39,6 19,9 1,7 4776 299,6 39,4
д. Долботово 79,9 23,3 10,2 46,1 33,1 16,9 0,8 3233 199,0 34,0
Май (Ph. opulifolius L.)
г. Брянск 131,1 31,7 11,1 115 44,2 19,8 1,1 2848 199,8 41,7
д. Долботово 75,0 22,2 9,9 74,1 33,5 24,0 1,0 2371 100,9 36,2
Июль (Ph. opulifolius L.)
г. Брянск 126,5 28,8 11,5 68,1 46,6 20,2 2,3 2467 117,6 35,2
д. Долботово 81,3 22,7 10,4 65,6 44,9 17,2 2,1 2271 88,1 34,6
Сентябрь (Ph. opulifolius L.)
г. Брянск 111,1 21,8 10,4 58,6 46,3 20,8 2,1 2241 92,8 39,8
д. Долботово 79,6 20,4 10,3 48,6 42,8 18,1 0,9 1848 52,7 37,9
Март (Syringa vulgaris L.)
г. Брянск 94,8 23,7 11,9 131 36,6 21,1 2,2 1646 53,2 36,2
д. Долботово 34,3 15,7 8,2 32,2 11,3 16,7 1,1 1209 16,6 10,6
Май (S. vulgaris L.)
г. Брянск 103,8 25,3 9,8 102 34,2 19,7 0,3 2243 100,3 31,7
д. Долботово 62,2 22,1 3,1 74,6 29,6 15,1 0,2 2108 76,2 25,4
Июль (S. vulgaris L.)
г. Брянск 64,3 26,5 9,5 127 48,7 20,1 1,8 2278 90,9 42,0
д. Долботово 57,5 17,8 7,1 80 42,3 15,1 1,6 1922 74,1 39,6
Сентябрь (S. vulgaris L.)
г. Брянск 111,9 25,9 11,2 61,2 44,8 14,7 2,2 3166 162,8 38,4
д. Долботово 79,6 22,6 10,3 45,5 43,8 12,3 1,7 2008 69,9 38,4
Движение в районе пробных площадей в г. Брянске в период вегетации составляет в сред. 1389±61,7 машин в час, в д. Долботово, соответственно, 11,4±2,58. На рисунке 1, в качестве примера, отражено содержание ТМ в листьях Rosa majalis Herrm. К концу вегетации в сентябре 2010 г. Аналогичные результаты получены и по другим видам.
200 ----------------------------------------- 6000
150
100
50
0
■
■ Г...Л д—
п Г ш
НІ 1 г г ■п Г
Sr Pb As Zn Cu Ni Cr
4000
2000
■ Г...Н д ....
0
Fe Mn
Рисунок 1 - Содержание тяжелых металлов в листьях Rosa majalis Herrm. в сентябре 2010 г. в зависимости от интенсивности движения автотранспорта, мг/кг
Коэффициенты корреляции между содержанием ТМ в листьях декоративных кустарников и интенсивностью движения автотранспорта составляют от + 0,89 до + 0,95, т.е. зарегистрирована почти прямая функциональная зависимость. Положительная тесная связь (0,997) отмечена и по влиянию содержания тяжелых металлов на массу листьев у различных видов (табл.2, рис.3). Полученные в результате исследований статистические показатели достоверны на 95% доверительном уровне. Показатель точности опыта P<5%, а критерий достоверности t>3.
Таблица 2
Средняя масса 10 листьев у разных видов декоративных кустарников в г. Брянске и д. Долботово
(2011 г.)
Вид М± m, г о Cv P t
г. Брянск
R. majalis Herrm. 7,47±0,27 0,6 8,0 3,61 27,6
R. rugosa Thunb. 8,27±0,30 0,66 7,2 3,62 27,5
Ph. opulifolius (L.). 6,58±0,25 0,56 8,5 3,79 26,3
S. vulgaris L. 19,69±0,86 1,9 9,64 4,3 22,8
д. Долботово
R. majalis Herrm. 6,22±0,15 0,33 5,3 2,4 41,5
R. rugosa Thunb. 7,66±0,28 0,62 8,1 3,65 27,3
Ph. opulifolius (L.). 4,98±0,15 0,33 6,6 3,01 33,2
S. vulgaris L. 18,64±0,68 1,51 8,1 3,64 27,4
Rosa majalis R. rugosa Thunb. Ph. opulifolius S. vulgaris L. Herrm. (L.).
Рисунок 2 - Средняя масса 10 листьев (г) у разных видов декоративных кустарников в г. Брянске
и д. Долботово (2011 г.)
В таблице 3 приведена площадь листовой пластинки у включенных в эксперимент видов с целью определения их ответных реакций на техногенный прессинг.
Таблица 3
Площадь листовой пластинки у ряда декоративных кустарников в условиях разного техногенного
прессинга
Вид 2 Площадь листовой пластинки, CM
г.Брянск д. Долботово
т R. majalis Herrm. 95,38±2,84 77,18±5,38 ^
R. rugosa Thunb. 58,02±1,85 55,43±3,71
Ph. opulifolius (L.). 47,28±2,1 41,47±2,8
S. vulgaris L. 64,29±2,77 60,66±2,4
Сравнительный анализ позволяет сделать заключение о том, что содержание ТМ не повлияли на площадь листовой пластинки, которая соответствует площади, приведенной в описании видов.
Исследования по определению толерантности деревьев и кустарников и их экологическому значению в защите окружающей среды от воздействия техногенных факторов целесообразно продолжить.
Заключение. Выявленное качественное и количественное содержание тяжелых металлов не оказывают существенного влияния на рост и развитие Rosa majalis Herrm., R. rugosa Thunb., Physocarpus opulifolius L., Syringa vulgaris L., что может быть учтено при разработке ассортимента растений дифференцированных интенсивностью движения автотранспорта.
In the article is defined the influence of the dynamics of the heavy metals accumulation on the growth and development of Rosa majalis Herrm., R. rugosa Thunb., Physocarpus opulifolius L., Syringa vulgaris L. under conditions of heavy and moderate vehicular traffic.
The key words: motor transport, ornamental shrubs, heavy metals, pollution, resistance.
Список литературы
1. Вальков В.Ф., Колесников С.И., Князев К.Ш. Влияние загрязнения тяжелыми металлами на фитотоксичность чернозема. Агрохимия, 1997. № 6. С. 50-55.
2. Владимиров A.M., Ляхин Ю.И., Матвеев Л.Т., Орлов В.Г. Охрана окружающей среды. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 423 с.
3. Десслер X., Бёртиц С., Эндерляйн X., Энгманн Ф. Влияние загрязнения воздуха на растительность. М.: Лесная промышленность, 1981. 184 с.
4. Жемкова Л.Н., Бирюкова З.В., Терехова Т.С., Фоминых В.А., Шабалова В.И. Содержание тяжелых металлов в органах растений. Проблемы использования, воспроизводства и охраны лесных ресурсов: Матер. респ. науч.-прак. конф. Йошкар-Ола, 1989. Кн.2. С.135-136.
5. Ковальский В.В., Гололобов А.Д. Методы определения микроэлементов в органах и тканях животных, растениях и почвах. М.: Колос, 1969. 272 с.
6. Любимов В.Б., Назаров Ю.В. Актуальность мониторинга тяжелых металлов в природных и рукотворных системах Прихоперья. Оптимизация ландшафтов зональных и нарушенных земель. Материалы Всероссийской конференции. Воронеж: ВГУ, 2005. С. 151-155.
7. Любимов В.Б., Назаров Ю.В., Золотухин А.И. Мониторинг содержания тяжелых металлов в почве антропогенных экосистем Прихоперья. Естествознание и гуманизм. Томск: Сибирский ГМУ, Т.2, №1, 2005. С. 104-105.
8. Любимов В.Б., Назаров Ю.В. Автотранспорт и экология города Балашова (Саратовская область). Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Безопасность через образование». Брянск: БГУ, 2006. С. 100-103.
9. Любимов В.Б., Назаров Ю.В. Актуальность исследований в области мониторинга тяжелых металлов в природных и рукотворных экосистемах Прихоперья. Сб. научных статей: «Культура безопасности современной России». Балашов: Николаев, 2004. С. 162-164.
10. Паникова Е.Л., Перцовская А.Ф. Схема гигиенического нормирования тяжелых металлов в почве. Химия в сельск. хоз-ве. 1982. № 3. С. 12.
11. Попов Г. Н. Агрохимия микроэлементов в степном Поволжье. Саратов: СГУ, 1984. 183 с.
12. Махонин Е.В. Экологическая роль зеленых насаждений в защите окружающей среды от воздействия стрессовых факторов города (на примере г. Орла). Автореф. дис. на соис.уч.ст.... канд. биол. наук. Брянск: БГУ, 2006. 23 с.
13. Maugh Т.Н. Science. 1972. V. 178, N 4059. P. 388-480.
14. Mukerjee D., Stara J.F., Schaum J.L. Chemosphere. 1986. V. 15. N 9/12. P. 1805-1813.
Об авторе
Авраменко M. В. - соискатель ученой степени кандидата биологических наук, Брянского государственного университета имени академика И.Г. Петровского, eco [email protected].
