CC BY
37
УДК 631.4:504.5
СОДЕРЖАНИЕ МЕДИ, ЦИНКА И НИКЕЛЯ В ПОЧВАХ И РАСТЕНИЯХ
АРХАНГЕЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ
1 2 2 1 Е.Н. Наквасина, д.с.-х.н., Г.Е. Антропова, Н.А. Буриков, О.П. Ефремова
1 Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова,
e-mail: nakvasina@yandex.ru 2Станция агрохимической службы «Архангельская», e-mail: fgusasarhan@mail.ru
Проанализирована динамика накопления подвижных форм меди, цинка и никеля в почвах и растительности 20-ти реперных участков на землях сельскохозяйственного пользования в Архангельской области за период 2000-2008 гг. Установлено низкое содержание элементов, не превышающее ПДК. Растительность, произрастающая на сенокосах и залежах, накапливает в своих тканях значительно больше тяжелых металлов по сравнению с почвой, и в ряде случаев содержание меди, цинка и никеля достигает ПДК, но не является фитотоксичным.
Ключевые слова: почва, медь, цинк, никель, растения, концентрация, загрязнение.
COPPER, ZINC AND NICKEL CONTENT IN SOIL AND PLANTS IN ARKHANGELSK REGION E.N. Nakvasina, G.E. Antropova, N.A. Burikov, O.P. Efremova
Dynamic of available forms of copper, zinc and nickel accumulation in soil and plants at 20 agricultural control plots in Arkhangelsk region for period 2000-2008 was analyzed. Low contents of elements, not exceeding permissible limits, was established. Vegetation, sprouting on hayfields and wasted meadows, accumulates well over heavy metals, in compare with soil, and in row of the events contents of copper, zinc and nickel reaches permissible limits, but is not a fitotoxicity.
Keywords: soil, copper, zinc, nickel, plant, concentration, pollution.
Мониторинг содержания микроэлементов - тяжелых металлов (ТМ) в почвах и растительности, проводимый САС «Архангельская» в последние десятилетия позволяет проследить динамику и оценить загрязнение на сельхозугодьях Архангельской области. Данные реперных участков дают общую картину состояния почв и растительности в различных агроэкономических районах.
Данные по содержанию ТМ в почвах и растительности сельскохозяйственных угодий Архангельской области не многочисленны и фрагментарны [1, 2]. В то же время, почвы Котласского и Приморского районов, испытывающих техногенную нагрузку от расположенных там крупных промышленных предприятий, отличались повышенным по сравнению с фоном валовым содержанием ТМ, а по некоторым элементам (хром, ртуть, цинк, мышьяк) превышением ПДК (Доклад о состоянии и использовании земель Архангельской области за 2000 г.).
Особенно высокое загрязнение отмечено для пойменных почв, испытывающих двойную техногенную нагрузку. На этих почвах высокое содержание свинца, кадмия и меди значимо связано с их кумуляцией в растениях.
Наиболее информативными при оценке экологического состояния почвенно-растительного покрова служат подвижные формы ТМ. Они позволяют проследить не только накопление, но и миграцию химических элементов в системе «почва-растение». Содержание подвижных форм меди, никеля и цинка в почвах сельхозугодий южной части Архангельской области (0,7-1,2 мг/кг, 0,5-1,0 мг/ кг и 2-4 мг/кг, соответственно) низкое, на порядок ниже валового [1]. По данным Т.А. Блын-ской [2] концентрации подвижных форм ТМ в почвах Архангельской области не превышают ПДК, а суммарный показатель загрязнения почв (0,52-1,59) позволяет отнести их к категории слабой степени загрязнения. Ав-
тором делается вывод о слабой миграционной способности ТМ в северных почвах.
Нами проанализирована динамика накопления подвижных форм меди, цинка и никеля в почвах и растительности 20 реперных участков Архангельской области за 2000-2008 гг. Реперные участки представлены сенокосами, пастбищами и пашнями, большинство из которых в последние годы исключены из сельскохозяйственного пользования и представляют залежи. Учитывая протяженность области и связанные с этим различия в природных и социально-экономических ресурсах, реперные участки были объединены в две группы: север области (I
и IV агроэкономические районы) и юг области (II и III агроэкономические районы) с примерно одинаковым представительством точек мониторинга.
Медь, цинк и никель относятся к химическим элементам энергичной миграции в кислой среде и сорбируются алюмосиликатами и гидроксидами железа и марганца, характерными для зональных подзолистых почв региона и сконцентрированными преимущественно в верхней части профиля почвы [3]. Их содержание в почве и растениях определяли спектрометрическим методом в ацетатно-аммонийном буферном растворе с рН 4,8 по ФР. 1.31.2007.04106 и сравнивали с ПДК и ОДК.
1. Среднее содержание меди, никеля и цинка в почве (числитель) и растительности
(знаменатель) по реперным участкам Архангельской области за 2000-2008 гг.
Местоположение реперного участка Содержание меди, мг/кг Содержание цинка, мг/кг Содержание никеля, мг/кг
№ Район области Х ± тх С, % Х ± тх С,% Х ± тх С,%
2 Приморский 0,40±0,02 4,38±0,65 13,1 44,8 1,76±0,52 21,67±2,10 89,5 29,0 0,99±0,11 1,92±0,30 32,8 46,5
3 Приморский 0,35±0,02 3,69±0,41 21,2 33,0 3,90±1,07 20,12±1,06 82,1 15,9 1,11±0,12 1,44±0,16 31,6 34,1
4 Холмогорский 0,18±0,01 13,7 1,44±0,22 45,4 0,79±0,21 78,1
3,54±0,20 16,7 20,76±1,46 21,1 0,86±0,21 73,2
6 Плесецкий 0,19±0,02 3,38±0,43 31,9 38,5 1,47±0,17 17,32±3,60 34,8 62,3 0,68±0,07 1,20±0,43 30,8 108,1
17 Пинежский 0,16±0,01 2,93±0,35 24,1 35,7 2,95±0,36 16,48±3,53 36.2 64.3 0,52±0,04 1,16±0,30 20,6 77,8
23 Плесецкий 0,19±0,01 3,63±0,34 13,2 27,7 0,78±0,14 16,69±1,14 54,5 20,4 0,76±0,11 1,31±0,35 43,8 79,6
26 Приморский 0,36±0,03 3,97±0,55 23,4 41,9 6,83±0,65 29,74±3,33 28.5 33.6 1,90±0,21 1,73±0,27 33,3 46,8
Среднее по северной части области 0,26±0,01 3,65±0,23 70 19,2 2,73±0,26 20,40±1,08 28,9 15,8 0,97±0,06 1,38±0,16 20,0 34,1
7 Шенкурский 0,36±0,04 4,13±0,61 33,7 44,1 1,48±0,15 20,69±1,28 30,4 18,6 1,05±0,38 2,33±0,72 109,4 92,6
8 Шенкурский 0,24±0,02 3,74±0,38 30,3 30,6 1,46±0,12 20,64±1,43 25,2 20,8 0,96±0,40 1,81±0,69 124,8 114,3
9 Каргопольский 0,21±0,03 4,20±0,53 45,8 37,8 1,43±0,34 17,73±1,06 71,3 18,0 0,91±0,35 1,97±0,77 115,1 117,8
10 Вельский 0,41±0,03 3,91±0,47 22,2 36,4 2,06±0,62 18,51±1,33 89,9 21,6 1,01±0,07 3,07±1,69 21,8 164,9
11 Вельский 0,13±0,01 3,21±0,54 14,5 50,3 1,08±0,06 20,61±2,31 16,9 33,6 0,64±0,07 1,18±0,17 34,2 43.9
12 Устьянский 0,23±0,02 3,88±0,68 26,8 52,5 1,15±0,18 17,12±2,03 47.4 35.5 0,76±0,12 0,79±0,10 46,4 38,6
13 Котласский 0,36±0,04 3,93±0,40 33,2 30,9 2,18±0,15 20,06±1,33 20,8 19,8 0,85±0,16 1,24±0,17 55,5 41,2
14 Котласский 0,19±0,02 3,46±0,54 39,2 47,0 1,58±0,28 19,84±1,80 53,0 27,2 0,85±0,09 1,14±0,27 30,3 69,6
15 Вилегодский 0,12±0,02 3,47±0,45 52.6 38.7 2,82±0,16 27,16±3,65 16,6 40,3 0,96±0,15 1,94±0,24 48.3 37.4
16 Коношский 0,11±0,01 3,17±0,42 32,2 39,8 1,66±0,20 21,74±2,09 35,9 28,9 0,63±0,08 0,97±0,14 35,9 42,2
20 Няндомский 0,19±0,03 2,74±0,27 51,9 30,1 3,34±0,63 26,46±2,72 56,5 30,9 0,52±0,09 1,05±0,18 50.8 52.9
21 Виноградовский 0,19±0,01 2,75±0,13 13,4 14,3 1,43±0,16 17,21±0,64 32,6 11,2 0,59±0,04 0,94±0,22 20,3 70,1
24 Красноборский 0,29±0,01 3,16±0,42 15,6 39,9 1,84±0,19 20,44±3,27 30,3 48,0 0,77±0,05 1,18±0,12 19,0 29,4
Среднее по южной части области 0,23±0,01 3,52±0,27 11,4 22,7 1,81±0,20 20,63±0,95 33,2 13,8 0,90±0,20 1,51±0,26 65,8 51,5
2. Содержание подвижных форм меди, цинка и никеля в почвах и растительности сельскохозяйственных земель Архангельской области
Показатель Медь Цинк Никель
2000-2004 гг. 2005-2008 гг. 2000-2004 гг. 2005-2008 гг. 2000-2004 гг. 2005-2008 гг.
Почва 0,26 0,23 0,27 0,23 2,53 2,99 2,48 2,17 0,95 1,09 0,98 0,66
Растения 3,97 3,83 3,24 3,13 19,18 19,69 21,91 21,80 1,11 1,35 1,72 1,71
ПДК1): почва 2) растительность ) 3 30 23 505) 4 3
ОДК4) почва 3 23 4
Фитотоксичная концентра- 2) ция в растениях ) 20 4003) 80
Примечание: 1)ГН 2.1.7.2041-06; 2)Уфимцева, Терехина [6]; 3)Кулагин, Шагиев [7]; 4)ГН 2.1.7.2042-06; 5)утверждены Главным управлением ветеринарии Госагропрома СССР, 1987 г.
Содержание ТМ в почвах сельскохозяйственных угодий Архангельской области (по данным реперных участков), оценивается как низкое (табл. 1) и в динамике лет наблюдений достаточно стабильное в северной и южной частях области (табл. 2). Уровень накопления их в почве уменьшается в ряду: цинк - никель - медь. В растительном сырье, собранном на реперных участках, содержание этих элементов на порядок выше, чем в почвах, на которых они произрастают, что может быть связано не только с биологическим поглощением из почвы, но и аэротехногенным напылением поллютантов за счет транспереноса. Ряд накопления химических элементов в растениях отличается от распределения в почвах и в порядке убывания составляет: цинк - медь - никель. Это соответствует установленным ранее рядам поглощения ТМ растениями и отражает высокую биофильность цинка, поглощение которого растениями имеет безбарьерный характер [4, 5].
Различий по содержанию ТМ в почвах и растениях, связанных с местоположением реперных участков не установлено. В то же время, согласно данным таблицы 1, активизация производства в последние годы привела к появлению тенденции заметного повышения накопления цинка и никеля в растительности, используемой в качестве кормов.
Превышений ПДК (ОДК) и фитотоксичных концентраций по средним данным содержания изученных ТМ (см. табл. 2) за 10 лет не отмечено. Однако колебания по отдельным реперным участкам и годам наблюдений были значительны как в почвах, так и в растительном сырье (см. табл. 1), что может быть связано с агрохимическими свойствами почв, погодными условиями и наносом аэротехногенных загрязнителей. Особенно высокие колебания в кумуляции никеля в южной части области, прежде всего в растительном сырье, перехватывающем приносимое ветром загрязнение.
Содержание цинка в почвах колеблется от 0,40 мг/кг (Плесецкий район, 2006 г.) до 12,10 мг/кг на пойменных почвах заливных лугов (Приморский район, 2002 г.); никеля - от 0,10 мг/кг (Няндомский район, 2007 г.) до 4,15 мг/кг (Шенкурский район, 2004 г.), достигая уровня ПДК. Минимальное содержание меди составляет всего 0,05 мг/кг (Вилегодский район, 2001 г.), максимальное -0,50 мг/кг (Котласский район, 2005-2006 гг.).
Степень потребления растениями меди, цинка и ни-
келя из почвы, то есть их актуальную доступность, оценивали коэффициентом КБГХП [8]. Все три элемента в почвах Архангельской области характеризуются высокой подвижностью (КБГХП > 1). Медь наиболее доступна для реализации растениями актуальных запасов из почвы (коэффициент КБГХП составляет 15,0 для реперных участков северной части области и 17,0 - для южной). Наименее доступен для растений при поглощении из почвы никель (КБГХП составляет 2,6 и 2,9 для северной и южной частей области соответственно). КБГХП для цинка занимает промежуточное положение (соответственно 7,1 и 8,9). Повышенная миграционная способность ТМ на юге области может быть связана с лучшими климатическими характеристиками, обеспечивающими более высокий уровень плодородия почв, и видовым составом растительности на угодьях.
Несмотря на то, что медь отличается наиболее высокой способностью перехода в растения, ее накопление в тканях изученных растений невысокое, значительно ниже ПДК и предельных значений, что может быть связано с ее общим низким содержанием в почвах. Содержание меди в растениях колеблется от 1,5 мг/кг (Няндомский район, 2008 г.) до 8,3 мг/кг (Устьянский район, 2006 г.).
Содержание никеля в растительном сырье, собранном на реперных участках, составляет от 0,25 мг/кг (Холмогорский район, 2002 г.) до 8,00 мг/кг (Каргополь-ский район, 2007 г.). Превышение ПДК по никелю в растительности отмечено в 4% случаев в отдельные годы (Шенкурский и Приморский районы), однако остается ниже уровня фитотоксичности.
В растениях, произрастающих на сельхозугодьях, больше всего накапливается цинк. Его содержание колеблется от 6,18 мг/кг (Пинежский район, 2001 г.) до 50,87 мг/кг (Приморский район, 2004 г.), и значительно выше содержания его в почвах, но только в исключительных случаях достигает ПДК и не является фитотоксичным.
Корреляционный анализ связи между содержанием химических элементов в почве и растительном сырье показал отсутствие четких закономерностей: коэффициенты корреляции на реперных участках колебались от -0,61 до +0,70. Только в ряде случаев по отдельным точкам коэффициент корреляции был достоверен на 5% уровне значимости, как правило в южных районах области с более гумусированными почвами и интенсивным ведением хозяйства. Достоверная связь между содержа-
нием меди в почвах и растениях установлена в Вельском и Котласском районах (коэффициент корреляции г составляет 0,70±0,27 и 0,66±028, соответственно). По цинку связь между почвой и растениями установлена только в Красноборском районе (0,64±0,29), по никелю - в Приморском (0,66±0,28) на пойменных почвах. На этих почвах, самых плодородных на Севере также отмечены повышенные, однако не достоверные значения коэффициента корреляции по меди (0,38-0,52).
Отсутствие корреляционной связи между содержанием меди, цинка и никеля в почве и в растениях связано с типом почвы и степенью ее окультуренности, с видовым составом растений, близостью источников загрязнения и состав поллютантов, поступающих за счет транспереноса. Как правило медь, цинк и никель накапливаются в почве в виде малоподвижных (труднорастворимых) соединений, не доступных для растений. В то же время, по данным М.В. Никитиной [9], доля ТМ, поступающих с
пылью, достигает 30%.
Таким образом, почвы сельхозугодий Архангельской области характеризуются низким содержанием подвижных форм меди, цинка и никеля, не превышающим ПДК. В то же время, растительность, произрастающая на сенокосах и залежах, накапливает значительно больше ТМ по сравнению с почвенным уровнем накопления, и в ряде случаев содержание меди, цинка и никеля достигает ПДК, но не является фи-тотоксичным. Поступление этих элементов в растения в меньшей степени зависит от их концентрации в почве, в большей степени - от аэротехногенного транспереноса поллютантов, оседающих на растениях. С развитием промышленного производства в Архангельской области усиливается накопление меди, цинка и никеля в почвах и растительном сырье, что требует постоянного мониторинга сельхозугодий и продукции растениеводства.
Литература
1. Мосеева Д.П., Шулепина Н.А., Троянская А.Ф. и др. Нефтепродукты и тяжелые металлы в почвах южных районов Архангельской области // Почвенные исследования на Европейском Севере России: сборник статей и библиогр. указатель литературы. -Архангельск, 1996. - С. 120-128.
2. Блынская Т.А. Агроэкологическая оценка и пути регулирования почвенного плодородия сельскохозяйственных угодий Архангельской области. Автореф. дисс. к.с.-х.н. - М., 2009. - 18 с.
3. Dmitruk Y., Matviyschyna Zh. The comparative analysis of the heavy metals content and indices for modern and fossil soils of Precarpa-thian (after investigation of Brusnitca site) // Regionalne problemy ekologiczne. Wyzsza Szkola Ekologii. Sosnowiec: 2005. - P. 23-35.
4. Мажайский Ю.А., Торбова С.А., Дубенок Н.Н. и др. Агроэкология техногеннозагрязненных ландшафтов: монография. -Смоленск, 2003. - 384 с.
5. Diatta J., Grsebisz W., Apolinarska K. A study of soil pollution by heavy metals in the city of Poznan (Poland) using dandelion (taraxacum officinale web) as a bioindicator // Environmental Development. 2006. Vol. 6(2). № 1. - Р. 33-40.
6. Уфимцева М.Д., Терехина Н.В. Фитоиндикация экологического состояния урбогеосистем Санкт-Петербурга. - С.-Пб: Наука, 2005. - 339 с.
7. Кулагин А.А., Шагиева Ю.А. Древесные растения и биологическая консервация промышленных загрязнителей. - М.: Наука, 2005. - 190 с.
8. Пилюгина М.В., Попова Л.Ф., Корельская Т.А. Экологический биогеохимический мониторинг: критерии, нормативы, коэффициенты. - Архангельск: Поморский университет, 2007. - 47 с.
9. Никитина М.В. Эколого-химическая оценка загрязнения тяжелыми металлами основных урболандшафтов города Архангельска. Автореферат дисс. к.х.н. - Архангельск: Изд-во Кира, 2011. - 22 с.
