НАУКИ ОБ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ
УДК 504.05:62/69
ОЦЕНКА НАКОПЛЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ (гп, Мп, Си, С^ РЬ) ПАСТБИЩНЫМИ ТРАВАМИ НА АЛЛЮВИАЛЬНЫХ ДЕРНОВЫХ ПОЧВАХ ПОЙМЕННОЙ ЧАСТИ РЕКИ ИРТЫШ
О. А. МАКАРОВА, ст. преподаватель
Омский государственный института сервиса ул. Певцова, 13, г. Омск, 644099, Россия
В настоящее время охрана окружающей среды от загрязнений стала насущной задачей общества, прежде всего в странах с высокоразвитой индустрией. Среди многочисленных загрязнений особое место занимают тяжелые металлы. Загрязняя атмосферу, почву, воду, они снижают продуктивность растений, нарушают естественно сложившийся фитоценоз, приводят к нарушению нормального процесса жизнедеятельности организма. Автор в своей работе пришел к выводу, что сложившуюся ситуацию в пойменной части реки Иртыш можно считать удовлетворительной. Выявлена особенность накопления кадмия пыреем гребенчатым и осоки береговой как представителей пастбищных трав.
Ключевые слова: охрана окружающей среды, тяжелые металлы, река Иртыш.
Охрана окружающей среды от загрязнения, в частности от избытка таких химических элементов (ХЭ) как 2п, Мп, РЬ, Си, С^ является актуальной задачей общества, прежде всего в странах с высокоразвитой индустрией. Многие ученые Западной Сибири уделяли этому вопросу большое внимание. Избыток ХЭ в почвах нарушает естественно сложившийся фитоценоз приводят к нарушению нормального процесса жизнедеятельности организма [1,2,3]. Поступление 2п, Мп, С^ Си, РЬ в поверхностные воды (например, реки Иртыш) также нарушают гигиеническое качество среды. Однако вопрос о состоянии почв и растений в пойменной части реки Иртыш остается слабоизученным.
Река Иртыш берет свое начало с Китая, протекает через Казахстан, в котором располагаются промышленные предприятия, сбрасывающие химические элементы в воду реки Иртыш. Такими предприятиями являются: Уль-бинский металлургический завод, свинцово-цинковый комбинат, титано-магниевый комбинат города Усть-Каменогорска. В Омске такими предприятиями являются ФГУП ПО «Полет», ПО «Завод транспортного машиностроения». Данные отрасли поставляют в водоем химические элементы (ХЭ), а именно кадмий, свинец, цинк, кадмий, теллур и другие ХЭ. Загрязнение береговой зоны также возможно отходами человеческой деятельности, а именно несанкционированными свалками на данной территории. Виды ТБО и ТПО загрязняют экосистему следующими МЭ: свинец, сурьма, медь, железо, кадмий. При выпадении атмосферных осадков, имеющих значение рН <5
(кислая реакция), данные элементы становятся более подвижными в почве. Из почвы они поступают в грунтовые воды, формирующие химический состав почвенного раствора. Почвен -ный раствор является питательной средой для растений. Также на состояние грунтовых вод оказывают влияние поверхностные воды. В то же время растительность пойменной части используется в качестве корма для домашних животных: кролики, мелкий и крупный рогатый скот. Поэтому необходим контроль за состоянием окружающей среды, охраны ее от загрязнения в пойменной части реки Иртыш.
Цель исследований: экологическая оценка накопления кадмия в системе почва - растение для мониторинга состояния окружающей среды экосистемы в пойменной части реки Иртыш в условиях промышленного города.
Для достижения данной цели решались следующие задачи: 1) определить содержание кадмия в пырее гребенчатом и осоке береговой в пойменной части реки Иртыш; 2) определить характер влияния повышенных концентраций (2ОДК, 3ОДК, 5ОДК) кадмия на содержание меди, свинца, цинка в почве в условиях вегетационного опыта; 3) выявить характер накопления кадмия в пырее гребенчатом, осоке береговой в условиях вегетационного опыта; 4) составить прогноз накопления кадмия в системе почва - растение в случае антропогенного его поступления.
Объекты и методы исследования
Объектами исследования явились: почва и растения (пырей гребенчатый А^оругиш От81а-
tum, осока береговая Carex riparia) пойменной части реки.
Выбор растений обоснован их широкой распространенностью в пойменной зоне, различной видовой принадлежностью и использованию их в качестве корма для животных.
Нами были определены следующие показатели: в почве - валовое содержание ХЭ и их подвижные формы, содержание гумуса, ем -кость катионного обмена, рН среды, в растениях - содержание кадмия. Основным методом определения кадмия в исследуемых пробах почвы и растений был выбран атомно-абсорбционный метод.
Результаты и их обсуждение
Рассмотрим загрязнение тяжелыми металлами каждого из компонента нашей системы почва - растение пойменной части реки Иртыш.
В ходе эксперимента было установлено, что береговые почвы (аллювиальные дерновые) по содержанию гумуса относятся к микрогумус-
ным (содержание гумуса меньше 2%), реакция среды - щелочная, достаточно невысокая емкость катионного обмена (10,1мг-экв/100г). По гранулометрическому составу данный тип почвы относится к легким (песчаным).
Содержание микроэлементов в почве, как по валовой форме так и по подвижной форме не превышает нормы. Валовое содержание ХЭ в почве: Мп- 155,6 (ОДК-1500 мг/кг); Си -11,1 (ОДК-33 мг/кг); 2п-35 (ОДК-55 мг/кг); РЬ-10 (ОДК-32 мг/кг); Са-0,19 мг/кг (0ДК-0,50 мг/кг). Содержание подвижных форм ХЭ в почве: Мп-18,7 (ПДК-100 мг/кг); Си-0,43 (ПДК-3,00 мг/кг); 2п-2,3 (ПДК-23 мг/кг); РЬ-1,8 (6,0 мг/кг); С^0,16 мг/кг.
В табл. 1 представлены результаты исследований по содержанию ХЭ в растениях. В процессе исследований было установлено, пырей гребенчатый и осока береговая не загрязнены ХЭ. Их содержание в растительных культурах не превышает ПДК.
Таблица 1. Содержание ХЭ в растениях в условиях пойменной части реки Иртыш, мг/кг сухого вещества (х±8ф
Растения Pb Cd Cu Zn Mn
Пырей гребенчатый 0,26±0,16 0,04±0,01 4,47±0,39 31,60±1,30 52,50±3,3
Осока береговая 0,35±0,01 0,02±0,001 6,64±0,1 19,5±0,7 62,20±4,5
ПДК 0,5 0,10 10,0 50,0 _
Для определения накопления ХЭ в системе вода - почва - растение в условиях вегетационного опыта был выбран кадмий, поскольку он считается более подвижным. Такое свойство делает его опасным в случае техногенного загрязнения окружающей среды.
Растения (пырей гребенчатый Agropyrum cris-tatum, осока береговая Carex riparia) поливали водой с растворенной в ней солью кадмия CdCl2^2,5H20. Концентрация соли рассчитывалась, исходя из значений валового содержания металла в почве (ОДК-0,50 мг/кг). Соль кадмия вносили вплоть до колошения трав. Эксперимент проводили на почвах аллювиально-дернового типа пойменной части реки в шестикратной по-вторности по следующей схеме: контроль, 2ОДК
- доза соли 10,28, 3ОДК - доза соли 15,42, 5ОДК
- доза соли 32,14 мг/кг.
Данные, полученные в условиях вегетационного опыта, были обработаны непараметрическим методом анализа. Нами был использован регрессионный метод анализа, основанный на уравнении у(х) = ах + Ь.
Главную роль в потреблении растениями ХЭ играют их подвижные формы. Зависимость между содержанием подвижной формы химического элемента и насыщенностью этим элементом растения характеризуется положительной корреляцией (рис.1, 2). Уравнения регрессии (1,2) отражают изучаемое соотношение между содержанием кадмия в пырее гребенчатом и осоке береговой и подвижной формы металла в почве.
мг/кг
Зависимость, полученная методом линейной регрессии
Экспериментальная зависимость
мг/кг
Рис. 1. Зависимость (У = 0,96х + 0,30 (1)) между содержанием подвижных форм ионов кадмия Са2+ в почве и содержанием ионов кадмия Са2+ в пырее гребенчатом (А^оругиш От81а1ит)
Рис. 2. Зависимость (Y = 0,2х2 - 0,322х + 0,11 (2)) между содержанием ионов кадмия Cd2+ в почве и содержанием ионов кадмия Cd2+ в осоке береговой (Carex riparia)
В условиях вегетационного опыта была выявлена положительная корреляция зависимости накопления кадмия растениями (пырей гребенчатый и осока береговая) от концентрации элемента в почве (р = 0,973, коэффициент детерминации Я2 =0,996 соответственно).
Накопление кадмия почвой и поглощение его растениями зависит от механического состава и свойств почвы. Аллювиально-дерновый тип почвы относится к легкому механическому
составу, следовательно, миграция металла протекает более интенсивно. Также было установлено, что осока береговая проявляет защитные функции при высоких концентрациях кадмия.
Кадмий способен влиять на мобильность других элементов (рис. 3-5). Уравнения регрессии (3-5) отражают обратную зависимость между подвижными формами Cd - РЬ, Cd - 2п, Са - Си.
РЬ, мг/кг
С^ мг/кг
Рис. 3. Зависимость (У = -0,03х + 1,01, г = -0,9 (3)) содержания подвижных форм Pb в почвах аллювиально-дернового типа от накопления Cd в условиях вегетационного опыта
гп,
мг/кг
С^ мг/кг
Рис. 4. Зависимость (У = -0,08х + 2,43, г = -0,4 (4)) содержания подвижных форм 2п в почвах аллювиально-дернового типа от накопления Cd в условиях вегетационного опыта
Си, мг/кг
С^ мг/кг
Рис. 5. Зависимость (У = -0,01х + 0,32, г = 0,8 (5)) содержания подвижных форм Си в почвах аллювиально-дернового типа от накопления Cd в условиях вегетационного опыта
Из выше приведенных рисунков видно, что при увеличении концентрации кадмия в почве наблюдается снижение концентрации свинца, меди и цинка по содержанию подвижных форм.
Также при обработке результатов анализов для растений (пырей гребенчатый А^орутит
Рис. 6. Зависимость
Из рисунка видно, что для 2ОДК 25% образцов растения имеют содержание металла меньше 5,0625, 25% образцов - больше 5,6875, 50% образцов растения имеют металла от 5,0625 до 5,6875; среднее значение (медиана) 5,375.
Для 3ОДК 25% образцов растения имеют содержание металла меньше 7,0625, 25% образцов - больше 7,875, 50% образцов растения имеют металла от 7,0625 до 7,875; среднее значение (медиана) 7,375.
cristatum и осока береговая Carex riparia) были рассчитаны медиана и процентили.
Рис. 6 отражает зависимость содержания кадмия в пырее гребенчатом от его содержания в почве, а также распределение полученных величин по квартилям.
Для 5ОДК 25% образцов растения имеют содержание металла меньше 7,75, 25% образцов - больше 8,25, 50% образцов растения имеют металла от 7,75 до 8,25; среднее значение (медиана) 8.
Ри
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.