CC BY
52
Степанова М.А.
Оренбургский государственный университет E-mail: [email protected]
АККУМУЛЯЦИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ЯБЛОНЕЙ ДИКОЙ (MALUS SYLVESTRIS) В УСЛОВИЯХ г. БУЗУЛУКА
С ростом урбанизации происходит изменение городской среды, которая во многих отношениях отличается от природной. Тяжелые металлы занимают особое положение, 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.
Ключевые слова: тяжелые металлы, яблоня дикая, устойчивость, аккумуляция.
Химический состав растений, как известно, отражает элементный состав почв. Поэтому избыточное накопление ТМ растениями обусловлено, прежде всего, их высокими концентрациями в почвах. В своей жизнедеятельности растения контактируют только с доступными формами ТМ, количество которых, в свою очередь, тесно связано с наличием органического вещества и буферностью почв [1]. Однако, способность почв связывать и инактивировать ТМ имеет свои пределы, и когда они уже не справляются с поступающим потоком металлов, важное значение приобретает наличие у самих растений физиолого-биохимических механизмов, препятствующих их поступлению.
Механизмы устойчивости растений к избытку ТМ могут проявляться по разным направлениям: одни виды способны накапливать высокие концентрации ТМ, но проявлять к ним толерантность; другие стремятся снизить их поступление путем максимального использования своих барьерных функций.
Для большинства растений барьерным уровнем являются стебли и листья, и, наконец -органы и части растений, отвечающие за воспроизводительные функции (чаще всего семена и плоды, а также корне- и клубнеплоды и др.). Важное место при исследовании влияния тяжелых металлов на растения занимает изучение процессов их поглощения и передвижения [4], [5]. Растения способны поглощать из окружающей среды в больших или меньших количествах практически все химические элементы. Однако с позиции минерального питания тяжелые металлы можно разделить на две группы:
1) необходимые в незначительных концентрациях для метаболизма растений ^е, Си, Zn, Мп, Мо), которые становятся токсич-
ными, если их содержание превышает определенный уровень;
2) металлы, не участвующие в метаболизме растений (РЬ, Сё, ^), которые токсичны даже в очень низких концентрациях.
Важнейшим фактором, определяющим поведение ТМ в почве и их доступность для растений, является органическое вещество. Органические вещества почв и в первую очередь гумус способны образовывать с ТМ различные по растворимости комплексы, поэтому способность почв связывать металлы или содержать их в растворенном виде во многом зависит от качества и количества органического вещества. И здесь важное значение имеет соотношение массовых долей: органическое вещество / металл.
Органические вещества заметно различаются по способности к взаимодействию с ТМ. Медь, цинк, свинец и марганец образуют комплексы с гуминовыми кислотами во много раз лучше, чем с фульвокислотами. Обе кислоты часто обнаруживают большее сродство к меди и свинцу, чем к железу и марганцу.
Металлы, связанные в комплексы с фуль-вокислотой, более доступны для корней растений, чем комплексы ТМ с гуминовыми кислотами, которые могут быть как водно-растворимые, так и нерастворимые [2].
Исследования влияния Бузулукского бора на почвообразование и свойства почв окружающих его территорий, в том числе и города Бу-зулука показали, что вокруг соснового леса (расположенного в северной степи, в подзоне обыкновенных черноземов) под влиянием особого, «лесного» мезоклимата формируются специфические условия почвообразования и образуются ареалы черноземов типичных в виде опоясы-
вающей бор полосы шириной до 20 км. Произошла локальная, экологически обусловленная почвенно-географическая инверсия, в результате которой лесостепь с черноземами типичными соседствует с черноземами южными засушливой степи. [7]
Таким образом, цель исследования - изучение содержания и особенностей накопления некоторых тяжелых металлов в почвах и вегетативных и генеративных органах яблони дикой (Ма1ш 8у1уе8Ы8) в условиях города Бузулука.
В число объектов исследования были определены проводящие ткани (стебель), плоды и листья распространённой в г. Бузулуке яблони дикой (Ма1ш зукезЫз), произрастающей на участке города с высокой автомобильной нагрузкой, и входящем в границы санитарно-защитной зоны Мельзавода (ул. 15 Линия, 53). На данном участке за 2008-2010 гг. в почвах были зафиксированы показатели подвижных форм тяжелых металлов представленные в таблице 1.
Для сравнения использовались образцы почв на реперном участке сада с. Курманаевка (таблица 2).
Полученные данные показывают, что антропогенная деятельность оказывает негативное влияние на состояние почв города [4]. Почвы
в условиях г. Бузулука по содержанию меди, кадмия не превышают значения ПДК, исключение составляют свинец и цинк.
Для анализа исследуемых образцов проводящих тканей (стебель), плодов и листьев на содержание ТМ (Zn, Cd, Pb) применялся метод исследования атомно-адсорбционной спектро-фотометрии с использованием спектрофотометра «FORMULA FM400». Погрешность определения содержания тяжелых металлов в пищевых продуктах по данным методам анализа составляет не более 15% (таблица 3, 4).
В результате исследований образцов яблони, произрастающих на данных почвах было установлено следующее:
- степень накопления ТМ различными органами растения не одинакова;
- аккумуляция ТМ в проводящих тканях (стебель) объясняется прежде всего тем, что они являются одним из первых барьеров для ТМ и способом передвижения ТМ в растении;
- в целом по содержанию тяжелых металлов в органах растений образуется следующий ряд (по убыванию): стебель > плоды > листья;
- полученные данные накопления цинка и свинца в растении прослеживает взаимосвязь
Таблица 1. Подвижные формы ТМ в почвах реперного участка в г. Бузулуке
Точки отбора проб Свинец Кобальт Марганец Медь Цинк Кадмий
ПДК ПДК ПДК ПДК ПДК фон
6,0 мг/кг 5,0 мг/кг 140,0 мг/кг 3,0 мг/кг 23,0 мг/кг 0,30 мг/кг
2008 год (0 - 10 см) 7,38 0,70 59,14 0,61 71,00 0,21
(30 - 40 см) 3,37 0,30 48,97 0,47 26,00 0,15
2009 год (0 - 10 см) 2,92 0,70 53,30 0,15 7,28 0,17
(30 - 40 см) 3,13 0,27 43,06 0,11 9,70 0,17
2010 год (0 - 10 см) 11,36 0,42 58,39 0,39 26,30 0,18
(30 - 40 см) 7,27 0,92 48,82 0,49 27,88 0,19
Таблица 2. Подвижные формы ТМ в почвах реперного участка сада с. Курманаевка
Точки отбора проб Свинец Кобальт Марганец Медь Цинк Кадмий
ПДК ПДК ПДК ПДК ПДК фон
6,0 мг/кг 5,0 мг/кг 140,0 мг/кг 3,0 мг/кг 23,0 мг/кг 0,30 мг/кг
2009 год (0 - 10 см) 0,4 0,36 29,2 0,24 0,90 0,04
(30 - 40 см) 0,35 0,11 18,1 0,28 0,2 0,038
2010 год (0 - 10 см) 0,4 0,31 28,2 0,22 0,93 0,037
(30 - 40 см) 0,29 0,09 17,4 0,27 0,22 0,025
ПДК и ОДК химических веществ в почве в соответствии с перечнем, утвержденным от 19.11.91 №6229 - 91 и дополнением к нему ГН 2.1.7.020 - 94.
Таблица 3. Уровень накопления ТМ вегетативными и генеративными органами яблони дикой (Malus sylvestris) (г. Бузулук)
Таблица 4. Уровень накопления ТМ различными вегетативными и генеративными органами яблони дикой (Malus sylvestris) (сад с. Курманаевка)
№ п/п Элемент Медь Цинк Кадмий Свинец
ПДК, мг/м3 5,0 мг/м3 10,0 мг/м3 0,03 мг/м3 0,4 мг/м3
Плод 3,61 6,5 0,11 0,7
1 Лист 1,00 5,75 0,021 0,390
Проводящие ткани (стебель) 6,15 15,4 0,039 0,85
Плод 2,55 3,5 0,11 0,5
2 Лист 4,47 16,1 0,056 1,8
Проводящие ткани (стебель) 3,88 8,2 0,026 0,64
Плод 4,0 28,6 0,35 1,7
3 Лист 3,16 15,5 0,080 1,35
Проводящие ткани (стебель) 6,6 27,4 0,013 0,59
Плод 1,88 12,9 0,09 0,5
4 Лист 1,00 5,92 0,11 0,52
Проводящие ткани (стебель) 3,85 13,8 0,039 0,88
№ п/п Элемент Медь Цинк Кадмий Свинец
ПДК, мг/м3 5,0 мг/м3 10,0 мг/м3 0,03 мг/м3 0,4 мг/м3
Плод 2,48 5,4 0,03 0,5
1 Лист 1,61 9,2 0,02 0,42
Проводящие ткани (стебель) 6,45 11,5 0,032 0,24
Плод 2,21 2,7 0,02 0,5
2 Лист 2,93 9,5 0,026 0,42
Проводящие ткани (стебель) 2,69 10,0 0,07 0,57
Плод 1,52 1,5 0,02 0,2
3 Лист 1,96 10,4 0,01 0,34
Проводящие ткани (стебель) 4,75 7,5 0,05 0,27
Плод 1,67 1,6 0,04 0,3
4 Лист 0,84 6,7 0,034 0,39
Проводящие ткани (стебель) 5,2 10,6 0,022 0,44
с результатами анализа почв г. Бузулука на содержание подвижных форм ТМ. Максимальное значение ПДК свинца отмечено в образце листьев - 1,8 мг/м3 (ПДК = 0,4 мг/м3), максимальное значение ПДК цинка отмечено в образце плода - 28,6 мг/м3 (ПДК = 10 мг/м3);
- характер содержания ТМ в образцах яблони подтверждает характер загрязнения почв г. Бузулука. Содержание большого количества свинца как в растении, так в почвах указывает на доминирование данного ТМ в почвах города.
В контрольных образцах яблони, из сада, произрастающих на чистых почвах отмечено содержание ТМ незначительно превышающее значения ПДК. Это может быть объяснено тем, что физиологические потребности в металлах у растений разные, что приводит к большому разбросу содержания тяжелых металлов в растительности даже на незагрязненных почвах [3]. Также это что может быть объяснено большим содержанием органического вещества в почвах сада, которое способствует повышению доступности ТМ для растений.
---------------------------- 1.09.2013
Список литературы:
1. Большаков, В.А. Загрязнение почв и растительности тяжелыми металлами / В.А. Большаков, Н.Я. Гальпер, Г.А. Клименко и др.. М.: Гидрометеоиздат, 1978. —49 с.
2. Ильин, В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение / В.Б. Ильин. Новосибирск: Наука, 1991. - 150 с.
3. Порядок определения параметров ущерба от загрязнения земель химическими веществами. Утв. Председателем Комитета Федерации по земельным ресурсам и землеустройству 10.11.93 Министерством охраны окружающей среды и природных ресурсов. 1993; URL: http://www.bestpravo.ru/federaLnoie/gn-postanovleniia/f9o.htm
4. Русанов, А.М. Характеристика эколого-геохимического состояния почв территории Оренбургской области /А.М. Русанов, Е.В.Блохин, Н.Н.Зенина //Гигиена и санитария: Медицина, 2002. №5. - С.15 - 17.
5. Русанов, А.М. Содержание тяжелых металлов в плодах яблони в городских условиях / А.М.Русанов, Е.З.Савин, С.Э. Нигматянова, М.М. Нигматянов., М.А.Степанова // Вестник ОГУ, 2011, №1.- С.148 - 151.
6. Русанов, А.М. Тяжелые металлы в плодах шиповника парков города Орска / А.М.Русанов, Д.М. Турлибекова // Вестник ОГУ, 2011, №12. - С.299 - 300.
7. Шеин, Е.В., Милановский, Е.Ю. Влияние Бузулукского бора на прилегающие ландшафты и свойства почв / Е. В. Шеин, Е. Ю. Милановский // Почвоведение, 2008, №2. - С. 146-152.
Сведения об авторе:
Степанова М.А., аспирант кафедры общей биологии Оренбургского государственного университета 461000, г. Бузулук, ул. Промышленная, 8, Испытательная лаборатория ООО «ДорСтройСервис»,
тел. (35342) 73355, e-mail: [email protected]
