Аккумуляция металлов в почве
В данной публикации рассматриваются вопросы, связанные с особенностями накопления тяжелых металлов в разных типах почв (на примере Ульяновской области). Исследование проводилось на основе обобщения собственных полевых исследований автора и на изучении научной и справочной литературы. На сегодняшний день проблема накопления тяжёлых металлов в почвенном покрове является наиболее важной, так как концентрация данных веществ может служить одним из индикаторов геоэкологического состояния почвенного покрова. Тяжелые металлы могут также активно поглощаться растительным покровом с разной степенью интенсивности, что также необходимо учитывать. Накопление тяжелых металлов почвенным покровом зависит от целого комплекса факторов, главными из которых являются содержание гумуса, сорбционные показатели, кислотность, характер почвообразующих пород и тип почв. Тяжелые металлы естественного происхождения накапливаются, как правило, в нижней части почвенного профиля, а антропогенного – в верхней. Также на распределение тяжелых металлов по почвенному разрезу в первую очередь влияет характер использования почв и общая антропогенная нагрузка. В почвенном покрове Ульяновской области наиболее распространёнными типами почв являются серые лесные и черноземы выщелоченные, с характерными для них особенностями накопления тяжелых металлов. Накопление тяжёлых металлов серыми лесными почвами и черноземами характеризуется средней степенью аккумуляции. Наиболее активно тяжелые металлы накапливаются в дерново-карбонатных почвах, а наименьшая их аккумуляция характерна для аллювиальных дерново-насыщенных почв. Среди почвообразующих пород Ульяновской области наибольшая аккумуляция тяжелых металлов характерна для известняков.
1. Васин Д.В. Современное геоэкологическое состояние почв Московской области: в сборнике Добродеевские чтения 2017. I Международная научно-практическая конференция (г. Москва, 12–13 октября 2017 г.). М.: Изд-во МГОУ, 2017. С. 21–23.
3. Зайцева Т.Ф. Буферность почв и вопросы диагностики // Известия СО АН СССР. Серия биол. науки. 1987. Вып. 2. № 14. С. 69.
4. Лопатина Д.Н. Накопление тяжелых металлов в почвах и растениях бассейна реки Оса (Верхнее Приангарье) // Успехи современного естествознания. 2019. № 6. С. 82–87.
6. Малышева З.Г., Павлова Е.Г. Накопление тяжелых металлов в городских почвах (на примере города Новочеркасска) // Политематический сетевой электронный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2012. № 78. С. 106–115.
7. Рустамова Е.В., Гилева Е.М., Матвеева А.А. Оценка устойчивости почв по отношению к тяжелым металлам // Аграрный вестник Урала. 2010. № 11–2. С. 5.
Проблеме накопления тяжёлых металлов разными типами почв в последнее время уделяется все больше внимания. Почва является главным связующим звеном между всеми частями биосферы и отвечает за геоэкологические процессы, происходящие в том числе на глобальном уровне.
Кроме того, в почве гораздо больше, чем в других частях биосферы, продолжительность пребывания тяжелых металлов и других загрязнителей. Важно изучение почвы еще и потому, что она постоянно испытывает геохимическую нагрузку и сохраняет геоэкологическую информацию за многие годы функционирования источников загрязнения. В связи с этим изучение содержания и распределения тяжелых металлов в почвах является наиболее важной задачей современного почвоведения [1].
Тяжелые металлы способны попадать в почву разными способами. Выделяют естественные и техногенные источники поступления тяжелых металлов, которые также делятся на первичные и вторичные.
Среди естественных источников тяжелых металлов необходимо выделить в первую очередь почвообразующие породы [2].
В природе тяжелые металлы распространены крайне неравномерно, и их содержание в почвообразующих породах существенно варьируется. Для исследования было выбрано шесть тяжелых металлов: цинк (Zn), медь (Cu), свинец (Pb), кадмий (Cd), никель (Ni), хром (Cr) – которые являются наиболее распространенными и наиболее активно накапливаются почвенным покровом.
Цель данного исследования – изучить особенности накопления основными типами почв (на примере Ульяновской области) наиболее распространённых тяжелых металлов (Zn, Cu, Pb, Cd, Ni, Cr).
Материалы и методы исследования
Исследование проводилось на основе обобщения собственных полевых исследований автора на территории Ульяновской области и на изучении научной и справочной литературы по данной тематике. Пробы почв отбирались методом прикопок летом 2019 г., а анализы были выполнены в специализированной лаборатории. Были изучены особенности накопления основными типами почв Ульяновской области и почвообразующими породами шести самых распространённых тяжёлых металлов: цинка (Zn), меди (Cu), свинца (Pb), кадмия (Cd), никеля (Ni) и хрома (Cr).
Результаты исследования и их обсуждение
Почвенный покров Ульяновской области изучен достаточно подробно и отличается значительным разнообразием, которое связано с положением её преимущественно в лесостепной зоне, с особенностями геологического строения, рельефа и климата. Так как лесостепь является экотоном со своими постоянно меняющимися границами природных комплексов, то она характеризуется значительным биоразнообразием и потенциалом.
Лесостепь характеризуется преобладанием серых лесных почв, а степная зона отождествляется в первую очередь с многочисленными видами черноземов (оподзоленные, выщелоченные, долинные, обыкновенные и типичные).
Почвенный покров представлен двадцатью пятью типами почв и семью почвенными комплексами. В Ульяновской области четко проявляется почвенная зональность, которая наиболее выражена в направлении с севера на юг. Из-за возрастания континентальности климата наблюдается переход от серых лесных почв, выщелоченных и типичных черноземов к солонцам и солончакам.
В настоящее время принято делить территорию Ульяновской области на четыре агроклиматические зоны, в каждой из которой преобладают свои типы почв.
Для Западной агроклиматической зоны характерно преобладание темно-серых, серых и светло-серых лесных почв, а также выщелоченных и типичных черноземов.
В Заволжской зоне почвы представлены в основном только черноземами типичными, выщелоченными и оподзоленными.
Южная агроклиматическая зона характеризуется преобладанием типичных, оподзоленных и выщелоченных черноземов, а также дерново-карбонатных и темно-серых лесных почв.
В Центральной зоне почвы представлены в основном темно-серыми, серыми и светло-серыми лесными, выщелоченными, типичными, типичными карбонатными и типичными остаточно-луговатыми черноземами, а также встречаются участки дерново-карбонатных почв.
На особенности накопления почвенным покровом тяжёлых металлов влияет целый комплекс факторов, среди которых в первую очередь необходимо выделить содержание гумуса, сорбционные показатели, кислотность, характер почвообразующих пород, а также буферность.
Показатели буферности в почвенном покрове отвечают за защитную функцию и препятствуют негативному изменению химического состава при взаимодействии с тяжелыми металлами природного и антропогенного происхождения.
Установлена четкая взаимосвязь между буферностью и гумусом, поэтому, как правило, чем выше содержание гумуса в почве, тем выше буферность. В Ульяновской области черноземы распространены достаточно широко, а мощный гумусовый горизонт в них обеспечивает дополнительную защиту. Как правило, буферность почв нужно учитывать для оценки процесса почвообразования [3].
Как уже было ранее отмечено, одним из важнейших естественных источников поступления тяжелых металлов в почвы являются почвообразующие породы, при этом накопление тяжелых металлов в них происходит достаточно специфично. Тяжелые металлы естественного происхождения накапливаются, как правило, в нижней части почвенного профиля, а антропогенного – в верхней. Также на распределение тяжелых металлов по почвенному разрезу в первую очередь влияет общая антропогенная нагрузка. В табл. 1 представлены данные по среднему и суммарному содержанию тяжелых металлов в основных почвообразующих породах Ульяновской области, мг/кг.
Среднее и суммарное содержание тяжелых металлов в основных почвообразующих породах Ульяновской области, мг/кг
Аккумуляция металлов в почве
Аккумуляция тяжелых металлов в почве и вегетативных органах Plantago major L. и реакция эпидермы листа в условиях городской среды
1 Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа № 2 с углубленным изучением отдельных предметов» г. Верхняя Пышма
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
В настоящее время большое внимание уделяется изучению взаимоотношений между организмами и средой. В результате хозяйственной деятельности человека усиливается влияние на растения неблагоприятных условий, поэтому в промышленных районах они выполняют немаловажную службу – являются своеобразным средством информации о загрязнении окружающей среды. Идея об использовании растений для оценки качества окружающей среды лежит в основе одного из направлений современного биомониторинга.
С ростом урбанизации происходит изменение городской среды. Основной причиной является загрязнение тяжелыми металлами в силу их цитотоксического и мутагенного действия на все живые организмы, в том числе и на растения. Тяжелые металлы занимают особое положение среди других техногенных загрязняющих веществ, поскольку, не подвергаясь физико-химической или биологической деградации, накапливаются в поверхностном слое почв и изменяют их свойства, в течение длительного времени остаются доступными для корневого поглощения растениями и активно включаются в процессы миграции по трофическим цепям.
Разные виды растений обладают неодинаковой способностью накапливать загрязнители, в том числе и тяжелые металлы, что может широко применяться для снижения антропогенного воздействия на урбанизированных территориях и использовать их в качестве перспективных аккумулянтов-фиторемедиантов.
Растения обладают большим разнообразием продуктов обмена веществ, играющих роль адаптеров при изменяющихся условиях обитания, так как будучи укорененными в земле, они лишены возможности передвигаться и должны реагировать на возникающее дискомфортное состояние по-другому, нежели животные. Общее свойство растений – толерантность – это способность сохранять жизнедеятельность при неблагоприятных условиях.
Установлено, что от концентрации различных химических элементов зависят многие морфологические и физиологические особенности растений.
Изучение влияния тяжелых металлов на растения дает возможность судить о состоянии чистоты и загрязненности участка и использовать их в качестве перспективных аккумулянтов-фиторемедиантов.
В связи с этим целью настоящей работы является установление связи между миграцией некоторых тяжелых металлов в системе «почва-корень-лист» и анатомическими изменениями эпидермы листьев Plantago major L., вызванными их токсическим действием.
Для достижения поставленной цели решались следующиезадачи:
проанализировать литературу по выбранной теме;
подобрать методы исследования;
определить содержание меди, цинка, свинца, кадмия в почвах городской среды и суммарный уровень токсической нагрузки;
провести корреляционный анализ для выявления взаимосвязи между содержанием тяжелых металлов в почве и вегетативных органах Plantago major L.;
рассмотреть анатомо-морфологические показатели листа (площадь листа, количество устьиц) как параметры выявляющие токсичность.
Объектом данного исследования был выбран подорожник большой (Plantago major L.).
Предметом исследования - аккумулятивная способность вегетативных органов Plantago major L., а также показатели токсичности - площадь листа и количество устьиц.
При анализе литературы была выдвинуты следующие гипотезы:
Plantago major L. можно использовать в качестве аккумулянта-фиторемедианта;
реакция эпидермы на загрязнение почвы будет выражаться в уменьшении количества устьиц при увеличении степени загрязнения почв тяжелыми металлами.
Практическая значимость. Полученные в работе результаты существенно расширяют и дополняют современные представления о накоплении тяжелых металлов травянистыми растениями в условиях городской среды (г. Верхняя Пышма). Данные по аккумуляции некоторых тяжелых металлов растением, а также реакция его эпидермального комплекса могут быть использованы в биоиндикации экологического состояния почв и растений, и могут быть учтены при составлении карт геохимического загрязнения почв и растительного покрова г. Верхняя Пышма. Результаты исследований позволяют рекомендовать использовать Plantago major L. в целях фиторемедиации города Верхняя Пышма, и населенных пунктов в Свердловской области с аналогичным типом загрязнения.
1. Обзор литературы.
1.1. Тяжелые металлы в почвах и растениях, их биологическая роль.
В проведенных нами исследованиях металлы изучались с позиций их токсического воздействия на живые организмы, вызванного антропогенным загрязнением окружающей среды, поэтому для изученных элементов мы использовали термин «тяжелые металлы».
Тяжелые металлы - это группа химических элементов с относительной атомной массой более 40. Появление в литературе термина «тяжелые металлы» было связано с проявлением токсичности некоторых металлов и опасности их для живых организмов. (Алексеев, 1987; Ильин, 1991).
Химический состав растений, как известно, отражает элементный состав почв. Поэтому избыточное накопление тяжелых металлов растениями обусловлено, прежде всего, их высокими концентрациями в почвах.
Механизмы устойчивости растений к избытку тяжелых металлов могут проявляться по разным направлениям: одни виды способны накапливать высокие концентрации тяжелых металлов, но проявлять к ним толерантность; другие стремятся снизить их поступление путем максимального использования своих барьерных функций. Для большинства растений первым барьерным уровнем являются корни, где задерживается наибольшее количество тяжелых металлов, следующий - стебли и листья, и, наконец, последний - органы и части растений, отвечающие за воспроизводительные функции (Алексеев, 1987).
Другой путь поступления тяжелых металлов в растения - некорневое поглощение из воздушных потоков. Оно имеет место при значительном выпадении металлов из атмосферы на листовой аппарат, чаще всего вблизи крупных промышленных предприятий. Поступление элементов в растения через листья происходит, главным образом, путем неметаболического проникновения через кутикулу. Тяжелые металлы, поглощенные листьями, могут переносится в другие органы и ткани и включаться в обмен веществ (Полевой, 1989).
Фитотоксичное действие тяжелых металлов проявляется, как правило, при высоком уровне техногенного загрязнения ими почв и во многом зависит от свойств и особенностей поведения конкретного металла.
Так, например, 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). (Овчаренко и др., 1998).
Избыток свинца в растениях, связанный с высокой его концентрацией в почве, ингибирует дыхание и подавляет процесс фотосинтеза, иногда приводит к увеличению содержания кадмия и снижению поступления цинка, кальция, фосфора, серы.
Избыток цинка в растениях возникает в зонах промышленного загрязнения почв. Большинство видов растений обладают высокой толерантностью к его избытку в почвах. Однако при очень высоком содержании этого металла в почвах обычным симптомом цинкового токсикоза является хлороз молодых листьев. При избыточном его поступлении в растения и возникающим при этом антагонизме с другими элементами снижается усвоение меди и железа и проявляются симптомы их недостаточности.
Однако в природе ионы металлов редко встречаются изолированно друг от друга. Поэтому разнообразные комбинативные сочетания и концентрации разных металлов в среде приводят к изменениям свойств отдельных элементов в результате их синергического или антагонистического воздействия на живые организмы. Например, смесь цинка и меди в пять раз токсичнее, чем арифметически полученная сумма их токсичности, что обусловлено синергизмом при совместном влиянии этих элементов. Однако существуют наборы металлов, совместное действие которых проявляется аддитивно. Ярким примером этого являются цинк и кадмий, проявляющие взаимный физиологический антагонизм (Беспамятнов и др.,1985).
Очевидны проявления синергизма и антагонизма металлов и в их многокомпонентных смесях. Поэтому суммарный токсикологический эффект от загрязнения среды тяжелыми металлами зависит не только от набора и уровня содержания конкретных элементов, но и особенностей их взаимного воздействия на биоту.
Таким образом, рассмотренный материал свидетельствует об огромном вкладе в загрязнение почв и растений тяжелыми металлами со стороны крупных городов. Поэтому проблема тяжелых металлов и их влияние на живые организмы стала одной из «острых» проблем современного естествознания.
Влияние соединений некоторых тяжелых металлов на эпидермальный комплекс листа растений.
Разнообразны и анатомические исследования эпидермы с целью определения приспособительной реакции к окружающей среде.
В условиях загрязнения, у большинства видов, уменьшаются размеры устьиц и основных эпидермальных клеток, возрастает их количество на единицу площади. У других видов происходит сокращение числа устьиц и их размеров. Это свидетельствует о различных путях адаптации видов к неблагоприятным факторам среды (Растения…, 1983).
Формирование устьиц происходит последовательно и осуществляется в течение значительного периода роста и развития листа (Эсау, 1969).
Формирование определенной плотности устьиц на единицу поверхности листа связано прежде всего с обеспечением и регулированием газообмена и транспирации, направленных на оптимальную продуктивность фотосинтеза растений в данных условиях. Адаптации растений в этом отношении имеют видовую специфику (Гетко, 1989; Кулагин, 1988).
Выявлено, что в условиях загрязненной атмосферы у менее толерантных растений число устьиц увеличивается по сравнению с контролем, а у более толерантных уменьшается (Смирнов, 1986).
В то же время в ряде работ (Кротова, 1959; Казанцева, 1965) высказывалось сомнение о роли устьиц и интенсивности газообмена в газоустойчивости.
Исследования на медеплавильных комбинатах (Николаевский, 1963) показали, что у устойчивых видов растений не только более мелкие устьица, но и меньшая степень их раскрытия в течение дня; здесь же обнаружено, что под влиянием кислых газов степень раскрытия устьиц в течение дня уменьшается.
Материал и методы исследования.
Краткая характеристика территории.
Исследования проводились на территории г. Верхняя Пышма Свердловской области.
Город Верхняя Пышма расположен на юге Свердловской области, в километре от ее столицы, у истока реки Пышмы. Является городом-спутником Екатеринбурга.
Что касается экологического состояния, в городе более 10 промышленно-хозяйственных организаций, из них 3 крупных предприятия, оказывающих неблагоприятное воздействие на окружающую природную среду.
Большая часть территории пригорода занята лесами, что способствует поддержанию экологической стабильности климата, гидрогеологического режима, сохранению растительного и животного мира. В то же время ряд природных факторов снижает возможности города для поддержания экологического равновесия. Среди них - низкий уровень водообеспеченности территории, отсутствие крупной речной системы, распространение низкоплодородной почвы, своеобразный режим воздухообмена, обуславливающий "смоговые" ситуации в атмосфере.
Значительная площадь земель загрязнена тяжелыми металлами. Один из наиболее высоких уровней загрязнения почвы выявлен на территории города Верхняя Пышма (96%), в зоне воздействия АО «Уралэлектромедь».
Характеристика объекта исследования.
Подорожник большой (Plantago major L.) – многолетнее травянистое растение с мочковатой корневой системой и укороченными побегами – розетками. В прикорневой зоне образует розетку голых цельнокрайних широкоовальных листьев, до 40 см в диаметре (рис.1).
Рис. 1 Plantago major L.
Пластинки простых листьев в очертании эллиптические или широкояйцевидные, цельнокрайные, с дуговидными жилками. Цветки мелкие, светло-буроватые, собраны в соцветия - цилиндрический колос. Цветки в плотном колосе, по длине иногда превышающем половину стебля; иногда стебель целиком колосистый (Тахтаджян, 1981).
Чашечка сухая, пленчатая, сидящая в пазухе опорного прицветника. Венчик беловато-бурый с синеватыми, после высыхания бурными тычинками. Цветет с середины июня до середины октября. Плоды - многосемянные яйцевидно-конические коробочки. Черешки очень эластичные, поэтому листья хорошо выдерживают механическую нагрузку: будучи прижатыми, к земле шинами машин, велосипедов, подошвами прохожих, листья остаются практически неповрежденными. Растение оправдывает свое название: растет по краям дорог и тропинок, где меньше конкурентов (Гуленкова, 2001).
Подорожник можно встретить не только вдоль дорог, но и на полях, в огородах, на свалках, по берегам водоемов, особенно в местах выпаса и водопоя скота. Обычен он на городских газонах и пустырях. Побеги-стрелки выходят из пазух розеточных листьев. На верхушке цветоноса соцветие – колос. Цветки мелкие, невзрачные. Цветет подорожник с июня до осени (Долгачёва, 2003).
Для проведения исследования было заложено пять пробных участков, сходных по экологическим признакам. Предварительные исследования показали, что территории характеризуются одним типом почв (дерново-подзолистый), с кислотностью от 6,2 до 7,5, сходным видовым составом растительности.
Пробы почв брали в поверхностном слое (0-20см.) методом конверта.
Концентрацию металла в почвах и растениях определяли методом атомно-абсорбционной спектрометрии после кислотной вытяжки 5% азотной кислотой. Мера токсической нагрузки определялась по концентрации группы тяжелых металлов (Cu, Zn, Cd, Pb). Суммарная токсическая нагрузка рассчитывалась по формуле:
Ci – концентрация металла в почве, мкг/г;
Сiкл.- фоновое содержание металла в почве в регионе.
Одним из решающих методов диагностики и идентификации растений в нецветущем состоянии является их анатомическое исследование (Анели, 1975). В качестве объекта исследований чаще всего используют лист.
Объем использованного материала –50 растений Plantago major L., находящихся в генеративном состоянии.
Учет анатомических характеристик эпидермы производился с помощью метода реплик или клиокаст (Таршис Г.И., Таршис Л.Г., 1995). Реплики брали между средней жилкой и краем листовой пластинки, на равном расстоянии от базальной и апикальной частей листа. Подсчет структурных единиц проводили при увеличении 7х40. Данные обработали методами математической статистики.
Результаты и обсуждение.
Концентрация тяжелых металлов (Cu, Zn, Cd и Pb) и суммарная токсическая нагрузка на контрольных точках.
На территории города Верхняя Пышма были выбраны 5 контрольных точек так, чтобы они находились примерно на одной прямой по отношению к источнику загрязнения (рис. 2).
Предполагаемый источник загрязнения
Контрольная точка 1
Контрольная точка 2
Контрольная точка 3
Контрольная точка 4
Контрольная точка 5
Данные, полученные при исследованиях по определению концентрации металла в почве, занесены в таблицу 1.
Таблица 1. Характеристика выбранных участков по концентрации металлов в почве и суммарной токсической нагрузке.
Аккумуляция тяжелых металлов в почве и растениях в условиях городской среды: на примере г. Чита тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.02.08, кандидат биологических наук Войтюк, Екатерина Александровна
Оглавление диссертации кандидат биологических наук Войтюк, Екатерина Александровна
Глава 1. Тяжелые металлы в почвах и растениях, их биологическая роль
1.1. Понятие о тяжелых металлах, их классификация
1.2. Значение тяжелых металлов и их влияние на живые организмы
1.3. Аккумуляция тяжелых металлов в почвах и растениях
Глава 2. Объекты, методы исследования
2.1. Физико-географическая характеристика района исследования
2.2. Объекты исследования
2.3. Методы исследования
Глава 3. Содержание тяжелых металлов в почве
3.1.Уровень загрязнения почвы тяжелыми металлами в условиях г. Чита
3.2. Взаимосвязь содержания тяжелых металлов в почве и растениях
Глава 4. Содержание тяжелых металлов в древесных растениях
4.1. Годовая динамика аккумуляции тяжелых металлов в листьях древесных растений
4.2. Сезонная динамика накопления тяжелых металлов в листьях древесных растений
4.3. Особенности накопления тяжелых металлов в органах древесных растений
Глава 5. Накопление тяжелых металлов в травянистых растениях
5.1. Годовая динамика накопления тяжелых металлов в листьях травянистых растений
5.2. Сезонная и годовая динамика накопления тяжелых металлов в органах травянистых растений
Рекомендованный список диссертаций по специальности «Экология (по отраслям)», 03.02.08 шифр ВАК
Накопление тяжелых металлов в древесных растениях на урбанизированных территориях Восточного Забайкалья 2012 год, кандидат биологических наук Копылова, Любовь Викторовна
Влияние урбанизации на трансформацию почвенного покрова и условия функционирования древесных растений городов Среднего Предуралья: на примере г. Сарапула и г. Камбарки 2007 год, кандидат биологических наук Никитенко, Мария Анатольевна
Металлы и древесные растения: экологические аспекты взаимовлияния 2006 год, доктор сельскохозяйственных наук Автухович, Ирина Евгеньевна
Экологические особенности древесных растений в урбанизированной среде 2011 год, кандидат биологических наук Воскресенский, Владимир Станиславович
Экологическое состояние урбанизированных территорий Балашовского района и их защита от негативного влияния автотранспорта 2006 год, кандидат биологических наук Назаров, Юрий Викторович
Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Аккумуляция тяжелых металлов в почве и растениях в условиях городской среды: на примере г. Чита»
Актуальность. С ростом урбанизации происходит изменение городской среды, которая во многих отношениях отличается от природной. Основной причиной является загрязнение тяжелыми металлами в силу их цитотоксического и мутагенного действия на все живые организмы, в том числе и на растения. Тяжелые металлы занимают особое положение среди других техногенных загрязняющих веществ, поскольку, не подвергаясь физико-химической или биологической деградации, накапливаются в поверхностном слое почв и изменяют их свойства, в течение длительного времени остаются доступными для корневого поглощения растениями и активно включаются в процессы миграции по трофическим цепям. В их числе находятся как элементы с хорошо известными биологическими функциями и жизненно необходимые для живых систем, но переходящие в разряд токсичных при повышении некоторых пределов их содержания в биологических объектах, так и элементы, физиологическая роль которых выяснена недостаточно или неизвестна и проявляющие токсический эффект уже при относительно низких концентрациях.
В настоящее время для удаления тяжелых металлов с загрязненных территорий используют различные методы (Корте, 1997; Фелленберг, 1997; Протасов, 2005). Известно, что технологические методы недостаточно эффективны и экономически невыгодны. Восстановление окружающей среды при помощи растений вызывает широкий интерес во всем мире благодаря возможностям, которые открывает технология фиторемедиации для очистки атмосферы и верхних слоев загрязненных почв (Salt D.E. et al., 1995; 1998; Экология., 2004; Прасад, 2005; Буравцев, Крылова, 2005; Холодова и др., 2005; Маджугина и др., 2008). Известно, что растительные организмы чувствительны к составу окружающей среды и активно реагируют на изменение ее состояния. Разные виды растений обладают неодинаковой способностью накапливать загрязнители, в том числе и тяжелые металлы, что может широко применяться для снижения антропогенного воздействия на урбанизированных территориях и использовать их в качестве перспективных аккумулянтов-фиторемедиантов.
Цель и задачи исследования.
Цель исследования - изучить содержание и особенности накопления некоторых тяжелых металлов в почвах и растениях в условиях городской среды (г. Чита).
1. Определить валовое содержание железа, меди, цинка, никеля, ртути в почвах городской среды и уровень их загрязнения. Провести корреляционный анализ для выявления взаимосвязи между содержанием тяжелых металлов в почве, в древесных и травянистых растениях.
2. Установить годовую и сезонную динамику в накоплении некоторых тяжелых металлов в древесных и травянистых растениях.
3. Изучить характер накопления тяжелых металлов в органах древесных и травянистых растений.
4. Выявить видовую специфику среди древесных и травянистых растений к аккумуляции железа, меди, цинка, никеля, ртути.
Научная новизна. Впервые проведены комплексные эколого-биологические исследования содержания некоторых тяжелых металлов в почвах и растениях в условиях г. Чита. Определен уровень загрязнения железом, медью, цинком, никелем, ртутью почв в условиях городской среды. Показана корреляционная зависимость между валовым содержанием металлов в почве и растениях. Получены сведения о годовой и сезонной динамики в накоплении некоторых тяжелых металлов в древесных и травянистых растениях. Выявлены виды-аккумуляторы Рори\иБ ЪаЬатг/ега и Caragana агЪогеясет по содержанию железа и цинка соответственно. Получены достоверные данные о накоплении ртути в листьях древесных и травянистых растений.
Теоретическая и практическая значимость. Полученные в работе результаты существенно расширяют и дополняют современные представления о накоплении тяжелых металлов в древесных и травянистых растениях в условиях городской среды (г. Чита). Данные по аккумуляции некоторых тяжелых металлов могут быть использованы в биоиндикации экологического состояния почв и растений, а также могут быть учтены при составлении карт геохимического загрязнения почв и растительного покрова г. Чита. Результаты исследований позволяют рекомендовать некоторые виды растений в целях фиторемедиации и для озеленения города Читы, и населенных пунктов в Забайкальском крае. Материалы исследований используются в учебном процессе при изучении дисциплин: «Экологической биохимии и физиологии растений», «Экологической химии», «Химии окружающей среды» на естественно-географическом факультете Забайкальского государственного гуманитарно-педагогического университета им. Н.Г. Чернышевского.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Антропогенная деятельность оказывает негативное влияние на состояние почв в городской среде. Почвы в условиях г. Чита загрязнены железом, медью, цинком, никелем, ртутью. Однако содержание их относятся к категории допустимых.
2. Поглощение некоторых тяжелых металлов видо - и элементоспецифично. Железо, медь, цинк, никель накапливаются преимущественно в корнях, ртуть аккумулируется в листьях у исследованных видов растений. Целесообразно создание разновидовых насаждений на урбанизированных территориях для наиболее полного очищения атмосферы и почвы от тяжелых металлов.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены и обсуждены на конференциях: «Экология Южной Сибири и сопредельных территорий» (Абакан, 2008), «Молодая наука Забайкалья» (Чита, 2008),
Проблемы озеленения городов Сибири и сопредельных территорий: международная научно-практическая конференция» (Чита, 2009).
Объем работы. Работа изложена на 143 страницах машинописного текста и состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложения. Библиографический список состоит из 196 источников. Текст иллюстрирован 12 рисунками и 24 таблицами.
Работа выполнена на кафедре биологии и методики обучения биологии ГОУ ВПО «Забайкальский государственный гуманитарно-педагогический университет им. Н.Г. Чернышевского». Исследования проводились в период 2007-2009 гг. в соответствии с планом научно-исследовательской работы кафедры биологии и методики обучения биологии. 7
В статье рассмотрены проблемы экологического состояния почв под влиянием антропогенного (в частности, промышленного производства) воздействия. Проведено исследование почвенного покрова на предмет содержания тяжелых металлов на территории поселка Октябрьский Чердаклинского района Ульяновской области. Опасные уровни загрязнения почвенного покрова отмечаются на многих промышленно развитых территориях. При этом проблема диагностики и оценки состояния почв на данной территории мало изучена, что явилось причиной исследования почвенного покрова в окрестностях поселка Октябрьский. В данной работе изучено состояние почвенного покрова, отобрано несколько образцов поверхностной и отвальной обработок. Исследовано валовое содержание и подвижные формы. Для работы выбрана методика, позволяющая качественно провести исследование на содержание в почве тяжелых металлов. Отбор производился методом «конверта», анализ в специализированной лаборатории. Дана основная характеристика экологического состояния почв по ГОСТ в соответствии с ПДК тяжелых металлов. Было выявлено, что в месте исследования превышено содержания цинка, кадмия и свинца, которые относятся к токсичным тяжелым металлам. Это объясняется тем, что вблизи объекта имеется промышленное производство, которое негативно сказывается на состоянии почвенного покрова.
2. Джувеликян Х.А., Щеглов Д.И., Горбунова Н.С. Загрязнение почв тяжелыми металлами. Способы контроля и нормирования загрязненных почв: учебно-методическое пособие для вузов / Х.А. Джувеликян, Д.И. Щеглов, Н.С. Горбунова. – Воронеж: Изд-во ВГУ, 2009. – 22 с.
3. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в агроландшафте / Ю.В. Алексеев. – СПб.: Изд-во ПИЯФ РАН, 2008. – 216 с.
4. Алексеенко В.А. Металлы в окружающей среде: оценка эколого-геохимических изменений: сборник задач [Электронный ресурс] / В.А. Алексеенко, А.В. Суворинов, Е.В. Власова; под науч. ред. В.А. Алексеенко. – М.: Логос, 2011. – 216 с.
Почвенный покров – это обязательный компонент любой экосистемы, который активно подвержен негативным факторам. Почва активно подвержена к антропогенному воздействию, что нарушает ее состояние. Данное исследование является актуальным, так как в настоящее время становится все больше объектов загрязнения. Отрицательное воздействие наносят промышленные предприятия, автомобильные дороги, железнодорожные пути, свалки, жилые постройки и другие объекты.
Данная проблема является актуальной, так как в настоящее время становится все больше объектов загрязнения. Отрицательное воздействие наносят промышленные предприятия, автомобильные дороги, железнодорожные пути, свалки, жилые постройки и другие объекты.
Данный вопрос активно завоевал популярность за границей. В частности, в США и Германии. Именно эти страны первыми стали уделять внимание почвенному покрову и влиянию на него. Россия занимается данными исследованиями последние десять лет, что также, несомненно, является плюсом [1, c.57].
Цель – исследовать почвенный покров п. Октябрьский (опытное поле УГСХА им. П.А. Столыпина и двор) Чердаклинского района Ульяновской области на загрязнение подвижных и валовых форм тяжелых металлов (Zn, Cd, Cu, Ni, Cr, Pb).
Для достижения цели нами были поставлены следующие задачи:
1. Определить содержание тяжелых металлов на территории п. Октябрьский (опытное поле УГСХА им. П.А. Столыпина) Чердаклинского района Ульяновской области.
2. Провести исследование в специализированной лаборатории. Определение содержания подвижных и валовых форм тяжелых металлов (Zn, Cd, Cu, Ni, Cr, Pb).
3. Оценить степень загрязненности выбранного объекта.
На территории п. Октябрьский Чердаклинского района Ульяновской области исследование почвенного покрова на содержание тяжелых металлов не проводилось несколько лет.
Тяжелые металлы – это цветные металлы, которые имеют плотность больше плотности железа. К примеру: свинец, медь, цинк, никель, хром, кадмий, кобальт, ртуть. В малых количествах они необходимы для растений. Но существенное превышение допустимого их количества приводит к серьезным заболеваниям. Наличие их в почве может представлять экологическую угрозу получаемой продукции. Аккумуляция основной части загрязняющих веществ наблюдается преимущественно в гумусово-аккумулятивном почвенном горизонте, где они связываются алюмосиликатами, несиликатными минералами, органическими веществами за счет различных реакций взаимодействия. Состав и количество удерживаемых в почве элементов зависят от содержания и состава гумуса, кислотно-основных и окислительно-восстановительных условий, сорбционной способности, интенсивности биологического поглощения [2, c.8].
Исследование почвенного покрова на содержание тяжелых металлов имеет большое практическое значение. Так как тяжелые металлы могут носить негативный характер, то необходимо, чтобы их содержание входило в ПДК. Полученные данные могут стать основой для мониторинговых исследований и комплексной оценки почвенного покрова. Также результаты исследования могут послужить основой и для плана работ по снижению концентрации тяжелых металлов [2, c.6].
Объект и методы исследования. Данное исследование проводилось в п. Октябрьском Чердаклинского района Ульяновской области. Объектом исследования было выбрано опытное поле УГСХА им. П.А. Столыпина. Главными источниками загрязнения на территории поселка являются: автотранспорт, железнодорожный транспорт и промышленные объекты на территории промышленной зоны.
При исследовании почвы важный этап – это отбор проб, рекомендованный в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02.84. Данный стандарт необходим для контроля загрязнения почвы, как общего, так и локального в районах воздействия промышленных предприятий, сельскохозяйственных и транспортных источников загрязнения. Отбор почвы производился на глубине 15 см «методом конверта», исходя из того, чтобы каждая из отобранных проб представляла собой часть почвы, типичной для генетических горизонтов [3, c. 14-25].
Отбор производился с помощью почвенного бура. Именно данный инструмент позволяет взять почву на нужном уровне. В общей сложности мы получили по 5 проб для каждого вида обработки почвы. Объединенную пробу получаем из точечных, отобранных пяти проб. Исследование проводилось не позднее, чем двое суток после отбора, методом атомно-абсорбционной спектрометрии в специализированной лаборатории.
Дата отбора проб почв: 3 ноября 2015 года.
Дата исследования проб почв: 4 ноября 2015 года.
Результаты. В результате исследования были выявлены следующие тяжелые металлы: свинец, цинк, медь, кадмий, никель и хром. Исследовалось содержание валовых и подвижных форм тяжелых металлов в почве, подвергшейся двум обработкам: отвальной и поверхностной. Отвальный способ предусматривает обработку почвы отвальными орудиями с полным или частичным оборачиванием обрабатываемого слоя с целью изменения местоположения разнокачественных по плодородию слоев или генетических горизонтов почвы в вертикальном направлении в сочетании с рыхлением, перемешиванием, подрезанием и заделкой растительных остатков и удобрений в почву. Поверхностная обработка – это обработка почвы различными орудиями на глубину, не превышающую 12–14 см. В данном случае это лущение, культивация, боронование, прикатывание. Цинк и свинец не превысили 50 % ПДК во всех измерениях. Медь, никель и кадмий не превысили 50 % ПДК валового содержания, но подвижные формы имеют показатель содержания равный или близкий ПДК. Хром имеет показатели, не превышающие ПДК, но близкие к ее значению. Как показало исследование, показатель содержания тяжелых металлов не превысил предельно-допустимые концентрации, но некоторые из них имели значения равные ПДК, что свидетельствует о необходимом контроле. Данные исследования представлены в таблице 1.
Форум для экологов
Источником загрязнения грунтов являются выбросы загрязняющих веществ в атмосферу в т.ч. от автотранспорта.
Грунт вы не сможете очистить не от тяжелых металлов, не от бензапирена, Здесь уже ничего не поможет, только заменять и вывозить грунт на свалку. Обычно это требуется только при строительстве или реконструкции предприятия.
Источниками ТМ в почве является:
1.Само производство: гальваника - никелирование, хромирование, меднение, кадмирование), мехсборка - выбросы в атмосферу и соответственно оседание в пределах СЗЗ.
2.Автотранспорт (от детелей авто - ручки , бампер и проч. точно никелированы!)
3. + Выбросы от сжигаемого топлива - бензин, д/т, уголь и проч.
Там же есть и бенз(а)пирен.
Как чистить. Только не вывозите грунт.
Очень хорошо чистят растения. Чаще всего в научной литературе приводятся данные о растениях семейства бобовые.
Растения, это конечно хорошо, а куда их утилизировать, ведь получится достаточно большое количество. И прежде чем это делать (утилизироать) необходимо провести кучу анализов, чтобы рассчитать класс опасности. Сама писала диплом на подобную тему, и хочу сказать, что ничего хорошего в этом нет. Раз еще не придумали способ утилизации таких растений - может и не экспериментировать? Ведь на корм животным их отдавать нельзя, сжигать тоже. Достаточно давно нашла информацию о гуматах, может кто-нибудь слышал о них? Интересная вещь. Хотельсь бы узнать Ваше мнение.
коллеги, какие санкции может предъявить РПН к предприятию, если сложилась вышеуказанная ситуация.
Анализ почвы проводился в рамказ производственного контроля[!help]
Какие санкции, у нас в Питере каждый газон, загрязнен, и не только бензапиреном. Грунт на территории вашего земельного отвода никого не волнует. А вот если вы загрязняете прилегающую территорию, то РТН может обязать вас выполнить обследования и подсчитать ущерб при загрязнении сельскохозяйственных земель или лесных массивов в зоне воздействия вашего предприятия. Но на практике я этого не видела.
Растения да, они могут частично вывести некоторые компоненты из почв, но при высокой концентрации загрязняющих веществ в выбросах вас и растения не спасут, нужно снижать выбросы, ставить дополнительную очистку, фильтры. И только после этого пытаться растения высаживать.
Я почему спрашивала, потому что инспектор РПН потребовала провести повторный отбор проб почвы. Чем это может регламентироваться? Не знаю как быть.[:-((]
Ответственность
- исключительное право на воспроизведение;
- исключительное право на распространение;
- исключительное право на публичный показ;
- исключительное право на доведение до всеобщего сведения
ВНИМАНИЕ! Мы не осуществляем контроль за действиями пользователей, которые могут повторно размещать ссылки на информацию, являющуюся объектом Вашего исключительного права.
Любая информация на форуме размещается пользователем самостоятельно, без какого-либо контроля с чьей-либо стороны, что соответствует общепринятой мировой практике размещения информации в сети интернет.
Однако мы в любом случае рассмотрим все Ваши корректно сформулированные запросы относительно ссылок на информацию, нарушающую Ваши права.
Запросы на удаление НЕПОСРЕДСТВЕННО информации со сторонних ресурсов, нарушающей права, будут возвращены отправителю.
Читайте также: