Аккумуляция тяжёлых металлов растениями – типичными представителями флоры г. Оренбурга Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

Аккумуляция тяжёлых металлов растениями -типичными представителями флоры г. Оренбурга

Л.В.Анилова, к.б.н, О.В.Примак, соискатель, Оренбургский ГУ, Т.Н. Васильева, Центр повышения квалификации среднего медицинского персонала

К числу серьёзных экологических проблем современного человечества относится проблема неуклонного роста содержания соединений тяжёлых металлов (ТМ) в почве, воде и атмосфере индустриально развитых стран и городов [1, 2]. Почва, представляющая собой мощный сорбционный барьер, способна к аккумуляции большого количества ТМ. В крупных городах на незначительной площади сконцентрировано большое количество источников загрязнения разной природы, что определяет высокую интенсивность и неоднородность состава почвенных загрязнений [3]. К числу наиболее перспективных методов очистки почв и грунтов от ТМ является фиторемедиация.

Растения, которые используются для извлечения тяжёлых металлов из загрязнённых почв, должны отвечать ряду требований: быть толерантными к высоким концентрациям металлов, способными поглощать и аккумулировать несколько металлов одновременно в высоких концентрациях, накапливать ТМ в надземной части растений, отличаться высокой скоростью роста и производить большую биомассу, иметь глубоко разрастающуюся корневую систему, вы-

сокую сопротивляемость к болезням и вредителям, быть отзывчивыми к обычной агротехнике, удобными для уборки и непривлекательными для домашних и диких животных [4]. Сложность выбора растений для фиторемедиации связана с жёсткими природными условиями региона и неблагоприятными почвенными свойствами (солонцеватостью и карбонатностью). Поэтому одним их перспективных направлений в выявлении растений-ремедиаторов является подбор среди культурных или местных дикорастущих растений видов, производящих большую биомассу и максимально аккумулирующих тяжёлые металлы в надземной биомассе [4—6].

Цель и методика исследований. Целью нашего исследования является изучение способности некоторых представителей флоры города Оренбурга к аккумуляции тяжёлых металлов и выявление наиболее эффективных растений-ремедиаторов.

Основу содержания работы составили результаты полевых исследований, проводившихся в течение 1995—2011 гг. и включающих маршрутное обследование почв с отбором образцов на анализ в соответствии с ГОСТами 17.4.2.01-81 и 17.4.3.01-83. С каждого участка были отобраны образцы почв методом конверта (слой 0—40 см), всего 160 образцов.

Параллельно с полевым обследованием почв в местах заложения основных почвенных

разрезов произведён сбор надземных частей растений. Анализу подвергались представители 13 видов, относящиеся к представителям региональной флоры: Elytrigia repens (L.) Nevski, Arctium lappa L., Chelidonium majus L., Cichorium intybus L., Plantago media L., Polygonum aviculare L., Тaraxacum officinale Wigg., Artemisia absinthium L., Artemisia vulgaris L., Achillea millefolium L., Melilotus officinalis (L.) Pall., Tanacetum vulgare L., Populus alba L. Определение концентраций тяжёлых металлов в почвах и растениях проводили на атомно-абсорбционном спектрофотометре «Спектр» СП-115, кадмия и свинца — в соответствии с РД 52.18.289-90, меди — по ГОСТу 50683-94, цинка — по ГОСТу 50686-94. Результаты оценивали по Перечню ПДК и ОДК химических веществ в почве (№ 6229-91, 1991).

Участками для анализа загрязнения почв и растений тяжёлыми металлами послужили санитарно-защитные зоны предприятий (ОАО «Гидропресс», ОАО «Завод «Спецэлеватор-мельмаш», ОАО «Завод «Инвертор», ОПОГАТ-1, ОАО «Рембыттехника») и парки города (парк Победы, парк «Железнодорожник», парк им. Перовского, парк им. 50-летия ВЛКСМ).

Почвенный покров города в пределах контрольных участков исследования представлен чернозёмами южными с разной степенью кар-бонатности, мало- и среднегумусными, мало- и среднемощными, тяжёло- и среднесуглинистыми. Почвы этих участков характеризуются максимальным сходством своих генетических признаков (морфологического строения, физических и химических свойств) с зональными подтипами почв региона и отсутствием явных признаков антропопедогенеза, за исключением их загрязнения ТМ. На этих почвах произрастают представители естественной и синантропной растительности.

Результаты исследований. Изучение содержания ТМ в почвах участков исследования по-

казало, что высокое содержание и превышение ПДК наиболее часто наблюдалось для меди, свинца и цинка, которые являются наиболее значимыми металлами-поллютантами для города Оренбурга.

Установлено существенное влияние степени загрязнения почв на концентрацию тяжёлых металлов в растениях. Для всех изученных видов растений были рассчитаны коэффициенты биологического поглощения (КБП), показатель биохимической активности вида (БАВ) и концентрация химических элементов в растениях с учётом их зольности (табл.).

Оценка значений КБП позволила выявить виды растений, наиболее эффективно поглощающих отдельные химические элементы: для кадмия это Cichorium intybus (1,1) и Populus alba (2,4); для меди — Cichorium intybus (1,0) и Plantago media (1,1), Tanacetum vulgare (1,2), Achillea millefolium (1,3), Arctium lappa и Artemisia absinthium (1,4), Chelidonium majus и Artemisia vulgaris (1,5), Populus alba (7,9); для свинца — Populus alba (1,6); для цинка — Plantago media (1,1), Artemisia absinthium и Artemisia vulgaris (1,2), Tanacetum vulgare (1,3), Polygonum aviculare (1,5), Populus alba (53,5).

Наибольшей способностью к поглощению и накоплению ТМ, судя по показателю биохимической активности вида, обладают Populus alba (65,4), Artemisia vulgaris и Tanacetum vulgare (3,5), Аrtemisia absinthium (3,4), Cichorium intybus (3,2), Plantago media и Polygonum aviculare (3,1) и др.

Анализ таблицы показывает, что значение КБП по отношению к разным металлам и биохимическая активность отдельных видов растений варьируют в широких пределах, поэтому для оценки содержания цинка, меди, кадмия и свинца в растениях необходимо учитывать их зольность. Зольность растений разных видов существенно различается, она является доминирующим фактором, определяющим реальный массоперенос элементов из почв в растения [7].

Геохимические показатели некоторых представителей флоры г. Оренбурга

а а й “ 5 § % н £ § Виды растений

Elytrigia repens Arctium lappa S iu 3 is S Che Cichorium intybus Plantago media Polygonum aviculare Taraxacum officinale Artemisia absinthium Achillea millefolium Artemisia vulgaris Melilotus officinalis Tanacetum vulgare Populus alba

Коэффициент биологического поглощения (КБП)

Cd 0,3 0,5 0,5 1,1 0,6 0,6 0,6 0,6 0,5 0,6 0,2 0,8 2,4

Cu 0,8 1,4 1,5 1,0 1,1 0,9 0,9 1,4 1,3 1,5 0,8 1,2 7,9

Pb 0,2 0,4 0,1 0,2 0,3 0,1 0,2 0,2 0,1 0,2 0,1 0,2 1,6

Zn 0,7 0,6 0,9 0,9 1,1 1,5 0,9 1,2 0,9 1,2 0,7 1,3 53,5

Биохимическая активность вида (БАВ)

2 2,9 3 3,2 3,1 3,1 2,6 3,4 2,8 3,5 1,8 3,5 65,4

Концентрация химических элементов в растениях (в сумме Cd, Cu, Pb, Zn), мг/кг

0,16 0,24 0,26 0,27 0,25 0,21 0,25 0,28 0,23 0,29 0,15 0,28 6,1

Примечание: элементы энергичного накопления КБП от 10 до100; элементы сильного накопления КБП от 10 до 1; элементы среднего захвата от 0,1 до 1; элементы слабого и очень слабого захвата КБП менее 0,1

Независимо от антропогенной загрязнённости участка исследования наибольшая концентрация свинца, цинка, меди и кадмия с учётом зольности растений отмечалась в листьях Populus alba (6,1 мг/кг), а остальные представители флоры по значению этого показателя значительно уступают ему и образуют следующий ряд (в порядке убывания): Artemisia vulgaris (0,29 мг/кг) — Tanacetum vulgare = Artemisia absinthium (0,28 мг/кг) — Cichorium intybus (0,27 мг/кг) — Chelidonium majus (0,26 мг/кг) — Plantago media = Taraxacum officinale (0,25 мг/кг) — Arctium lappa (0,24 мг/кг) — Achillea millefolium (0,23 мг/кг) — Polygonum aviculare (0,21 мг/кг) — Elytrigia repens (0,16 мг/кг) — Melilotus officinalis (0,15).

Выводы. Рекомендации. Ввиду сложных почвенно-климатических условий, в целях реме-диации почв региона, загрязнённых ТМ, рекомендуем использование Populus alba, который проявил максимальную способность к гипераккумуляции Cd, Си, РЬ и Zn. При использовании травянистых и травяно-кустарнич-ковых форм растений необходимо учитывать характер загрязнения почв. При загрязнении почв медью наиболее эффективными растениями-

ремедиаторами являются Chelidonium majus, Artemisia vulgaris, Arctium lappa, Artemisia absinthium, Achillea millefolium и Tanacetum vulgare, цинком — Polygonum aviculare, Tanacetum vulgare, Artemisia absinthium и Artemisia vulgaris, а кадмием — Cichorium intybus.

Литература

1. Ляпкало A.A., Гальченко С-.В. Эколого-гигиенические аспекты загрязнения почвы тяжёлыми металлами // Гигиена и санитария. 2005. № 1. С. 8-11.

2. Боев В.М. Экология человека в малых городах и сельских населённых пунктах восточного Оренбуржья // Гигиена и санитария. 1994. № 8. С. 40-42.

3. Анилова Л.В., Примак О.В. Эколого-геохимические особенности снежного покрова парков г. Оренбурга // Вестник Оренбургского государственного университета. 2011. № 12. С, 168-170.

4. Галиулин Р.В., Галиулина Р.А. Очистка почв от тяжёлых металлов с помощью растений // Вестник Российской академии наук. 2008. Т. 78. № 3. С. 247-249.

5. Baker A.J.M., McGrath S.P., Reeves R.D., Smith J.A.С. Metal hyperaccumulator plants: A review of the ecology and physiology of a biological resource for phytoremediation of metal — polluted soils // Phytoremediation of contaminants in soil and water / N. Terry and G.S. Banuelos (Eds.). Boca Raton: CRC Press, 2000. P.'85-107.

6. Брудастов Ю.А., Васильева Т.Н. Потенциальные фитоаккумуляторы металлов-поллютантов // Вестник Оренбургского государственного университета. 2011. № 6. С. 142-146.

7. Озерский А.Ю. Основы геохимии окружающей среды: учебн. пособие. Красноярск: ИПК СФУ, 2008. 316 с.