Геохмммж Аянджйф^ов м БмогеохмммЯ
УДК [504.53 + 504.73].054:547.912
НАКОПЛЕНИЕ ПОЛИЦИКЛИЧЕСКИХ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ В ПОЧВЕ И ВЕГЕТАТИВНЫХ ОРГАНАХ ЕЛИ СИБИРСКОЙ В УСЛОВИЯХ АЭРОТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Е. В. Яковлева,
м. н. с.,
В. А. Безносиков,
зав. лабораторией, с. н. с., Б. М. Кондратенок,
зав. лабораторией, с. н. с.,
Д. Н. Габов,
н. с.,
Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН, ка1ееуа@/Ь komisc.ru
В почве и вегетативных органах ели сибирской идентифицировано 11 полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Аккумуляция ПАУ в почвах и растениях происходит за счет их образования в результате педогенеза и техногенного при-вноса. Основной вклад техногенных ПАУ в почву и растения вносят 3,4-ядерные полиарены. Наибольшее накопление ПАУ почвами и вегетативными органами ели сибирской наблюдали на расстоянии 1 км от источника эмиссии. Установлено, что флуо-рантен, пирен и хризен концентрируются в хвое ели, остальные ПАУ — в ветвях. Наблюдался рост содержания полиаренов в растении с увеличением его возраста.
Soil and vegetative organs of Siberian spruce were identified for 11 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). PAH accumulation in soil and spruce shoots was a result of soil-formation processes and anthropogenic impact (light PAHs). The maximum accumulation of PAHs by soil and spruce vegetative organs was observed at a 1-km distance from contamination source. Fluoranthene, pyrene, and chrysene were established to prefer spruce needles, whereby the other PAHs tree branches. Concentration of PAHs in spruce shoots increased with age.
Ключевые слова: полициклические ароматические углеводороды, аэротехногенное загрязнение, почва, ель сибирская.
Key words: polycyclic aromatic hydrocarbons, aerotechnogenic pollution, soil, Siberian spruce (Picea obovata Ledeb).
Введение. Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) — соединения, проявляющие по отношению к живым организмам канцерогенные, мутагенные и другие токсичные свойства. ПАУ внесены в списки приоритетных загрязнителей, как Европейского сообщества, так и Агентства по охране окружающей среды США. Из 49 соединений ПАУ, подвергнутых международной экспертной оценке, выделено 10 соединений, потенциально опасных для животных и человека. Среди них бенз[а]антрацен, бенз[Ъ]флуарантен, бенз[а]пирен, дибенз[а,Ь]антрацен, ин-дено[1,2,3-сё]пирен и др. [1—3].
Для индикации загрязняющих веществ в окружающей среде все чаще применяют биологические системы. Реакция живого организма позволяет оценить антропогенное воздействие на среду обитания в показателях, имеющих биологический смысл. Химические соединения, воздействуя на среду, иногда очень сильно модифицируются факторами живой и неживой природы, их окончательное влияние не всегда легко предвидеть, что определяет поиск биоиндикаторов, которые дают точную, интегральную картину, учитывающую и те загрязнения, которые могли быть не зафиксированы при мониторинговых исследованиях.
Широкое использование лесных фитоценозов в биоиндикационных целях при оценке техногенных изменений обусловлено, с одной стороны, известным консерватизмом адаптационных способностей древесных растений, особенно хвойных древесных растений северных популяций, с другой — большим запасом прочности лесных биогеоценозов при антропогенных воздействиях. Хвойным древесным растениям принадлежит ведущая роль в формиро-
вании лесных биогеоценозов в северном полушарии. В Республике Коми (PK) площадь, покрытая лесами, составляет 30,6 млн га. Благодаря значительной листовой поверхности они являются хорошим поглотителем аэрозольных загрязнений атмосферного воздуха и служат естественным аккумулятором, препятствуя распространению загрязнения в окружающей среде. Лесные экосистемы, с замкнутым круговоротом химических элементов и значительной вертикальной плотностью биомассы, отличаются сильными буферными свойствами, что позволяет им противостоять разрушительному воздействию различных веществ-загрязнителей и обеспечивать поддержание стабильной природной обстановки на занимаемых ими территориях в условиях слабого и среднего техногенного загрязнения [4]. Накопление ПАУ в хвое сосны колеблется в широком интервале. Максимальная аккумуляция может превышать фоновые значения в 40—70 раз, при удалении от промышленных центров снижается, но превышает фоновые значения в 7—15 раз [5].
Данные об аккумуляции ПАУ различными видами растений лесных фитоценозов РК отсутствуют, хотя подобные работы актуальны, так как в этом регионе располагается целый ряд мощных индустриальных предприятий, в выбросах которых углеводороды составляют значительную часть. Выбор ели сибирской (Picea obovata Ledeb) для исследований обусловлен широким распространением ее в северотаежной зоне в целом и на объектах проведения экспериментальных работ.
Цель работы — исследовать уровень загрязнения полиаренами в системе почва — растения фоновых и загрязненных участков северной тайги на примере ели сибирской.
Методика исследований. Объекты исследований: торфянисто-подзолисто-глееватые почвы и ель сибирская фоновых и аэротехноген-но-нарушенных участков северной тайги PK. Сопряженный проб отбор почв и растений был проведен в 2007 году на фоновом участке и в зоне воздействия Верхнеижемского сажевого завода на расстоянии 0,5, 1,0, 1,5 км от источника эмиссии, на плоской вершине водораздельного увала в смешанном елово-березовом насаждении. Отбор был проведен по «розе ветров» в северо-восточном направлении от предприятия.
Образцы хвои и ветвей ели отбирали с 5 деревьев на 5 площадках для обеспечения репрезентативности средней выборки при 5 %-ном уровне значимости. Побеги срезали в верхней
трети кроны с южной стороны кроны. Проводили разделение хвои ели по возрастам с 1 по 5 год жизни [4, 6].На площадках отбирали индивидуальные образцы почв, из которых составляли смешанную пробу. Размер площадок 500 х 500 см.
Полициклические ароматические углеводороды в почвах определяли по методике ПНД Ф 16.1:2:2. 2:3. 39-03. В качестве флуориметри-ческого детектора использовали анализатор жидкости «Флюорат 02». Погрешность измерения полициклических ароматических углеводородов в почвах составляла 32 % для диапазона измерений от 5 до 40 мкг/100 г почвы и 24 % — для диапазона от 40 до 2000 мкг/100 г почвы, при Р = 0,95.
Анализ содержания ПАУ в растениях проводили с помощью оригинальной «Методики выделения углеводородных компонентов нефти из растений». Качественное и количественное определение содержания полициклических ароматических углеводородов в растениях осуществляли методом обращенно-фазовой ВЭЖХ в градиентном режиме при спектрофлуоримет-рическом детектировании («Флюорат-02-Пано-рама», ООО «Люмэкс», Россия).
Результаты и их обсуждение. Исследовано содержание полиаренов в органогенном горизонте почв и вегетативных органах (хвое и ветвях) ели сибирской на фоновом участке и в области воздействия сажевого завода на расстоянии 0,5, 1,0 и 1,5 км от источника эмиссии.
В почве фонового участка и импактной зоны идентифицировано 11 структур ПАУ: флу-орен, фенантрен, антрацен, флуорантен, пирен, бенз[а]антрацен, хризен, бензо[Ь]флуорантен, бензо[к]флуорантен, бенз[а]пирен, бенз^Ы]пе-рилен. Следует отметить, что содержание ПАУ в почве, было достоверно выше на загрязненном участке, чем на фоновом и достигало максимума на расстоянии в 1 км от предприятия (табл. 1).
Полициклические ароматические углеводороды в почвах были представлены в основном фенантреном, флуорантеном, пиреном и хри-зеном. Содержание легких ПАУ на расстояниях 0,5 и 1 км от предприятия, практически, не менялось. Увеличение содержания ПАУ на расстоянии 1 км от предприятия определялся тяжелыми полиаренами (бенз[Ь]флуорантеном и бенз^Ы]периленом).
Наблюдали различия в долевом составе легких ПАУ на фоновом и загрязненном участках. На фоновом участке легкие ПАУ на 42 % представлены фенантреном. В зоне аэротехногенного воздействия увеличивается доля лег-
20
0,5 1 1,5
Расстояние от источника эмиссии, км
Рис. 1. Суммарный показатель химического загрязнения почв зоны1 воздействия предприятия
ких техногенных ПАУ — флуорантена и пире-на. На фоновом участке доля флуорантена и пирена от суммы легких полиаренов составляла 38 %, на загрязненном участке возрастала до 59 % на расстоянии в 1 км от источника выбросов.
По данным Р. В. Галиулина, В. Н. Башки-на [7], наибольшие концентрации бенз[а]пире-на в почве были отмечены на расстоянии 1 км от предприятий, а по мере удаления от источников загрязнения их содержание снижалось. Наши исследования также показывают, что на расстоянии 1,5 км от предприятия общее содержание ПАУ в почве по сравнению с расстояниями 0,5 и 1 км снижается, возрастает доля
фенантрена в сумме легких ПАУ почвы, и снижается доля флуорантена и пирена. Возможно, фенантрен, как более легкий компонент переносится на большие расстояния, чем 4-ядер-ные полиарены оседающие в 1 км от предприятия.
На основании оценки суммарного показателя химического загрязнения почв [8] ПАУ ^е), территорию воздействия сажевого завода на расстоянии 0,5 и 1,5 км от источника эмиссии можно отнести к районам с относительно удовлетворительным состоянием почв (рис. 1). Участок на расстоянии 1 км от источника выбросов — к сильно загрязненным районам.
В хвое и ветвях ели разного возраста на загрязненном участке было идентифицировано 10 ПАУ: флуорен, фенантрен, антрацен, флуорантен, пирен, бенз[а]антрацен, хризен, бензо[Ь]флуорантен, бензо[к]флуорантен и бенз^Ы]перилен. Состав ПАУ исследованных вегетативных органов ели был практически одинаков. Коэффициенты корреляции между составом ПАУ хвои и ветвей для фонового участка составляли г = 0,98—0,99; для загрязненного — г = 0,81—0,95 (при Р = 0,95, п = 5).
У ели, как на фоновом, так и на загрязненном участке, наиболее высоким накоплением полиаренов характеризовались ветви по сравнению с хвоей (рис. 2). Такое явление объясняют наличием на ветвях хвойных мощного липидного слоя, который способен регулировать поступление ПАУ, за счет их адсорбции на поверхности. На хвое образуется восковой налет препятствующи
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.