Биогеохимический метод индикации загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

^еаиНии, декабрь, 2011 г., № 12

*

УДК 550.7

БИОГЕОХИМИЧЕСКИЙ МЕТОД ИНДИКАЦИИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

П. В. Ивашов

Институт водных и экологических проблем ДВО РАН, Хабаровск ivep@ivep.as.khb.ru

Изложены концепция, теоретические основы и практические приемы биогеохимического метода индикации загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами на основе опробования биообъектов растительного и животного происхождения. Предложены новые способы биогеохимической индикации фоновых и повышенных содержаний химических элементов в наземных и водных экосистемах.

Ключевые слова: биогеохимия, биогеохимический метод, индикация, окружающая среда, тяжелые металлы.

BIOGEOCHEMICAL METHOD OF INDICATION OF ENVIRONMENT POLLUTION WITH HEAVY METALS

P. V. Ivashov

Institute of Water and Ecological Problems FEB RAS, Khabarovsk

The paper present a concept, theoretical grounds and practical tools of biogeochemical method of indication of environment pollution with heavy metals based on the tests of biological objects of plant and animal origin. New techniques of biogeochemical indication of background and increased concentrations of chemical elements in terrestrial and water ecosystems are proposed.

Keywords: biogeochemistry, biogeochemical method, indication, environment, heavy metals.

Прикладные аспекты биогеохимии как науки в последние годы находят широкое применение в изучении загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами. Наиболее перспективным в этом отношении является биогеохимический метод, который первоначально был разработан для поисков месторождений полезных ископаемых рудного генезиса [1, 4—7, 10].

Метод основан на определении химических элементов (металлов) в золе органов и частей растений (листьев, хвои, ветвей, коры, древесины, корней, плодов). Установлено, что на территориях, где имеются рудные залежи, в растениях накапливаются повышенные (аномальные) концентрации металлов по сравнению с фоновыми или кларковыми содержаниями, характерными для растений, заселяющих безрудные площади. Эта закономерность касается практически всех металлов Периодической системы элементов Д. И. Менделеева, в том числе радиоактивных (урана, тория и др.), благородных (серебра, золота, платины и т. д.), редкоземельных (иттербия, лантана, церия и пр.) и токсичных, т. е. вредных для живых организмов и человека (ртути, кадмия, мышьяка, свинца, цинка, хрома и др.).

Аномальные концентрации металлов отмечаются как в дикорастущих, так и в культурных растениях, в том числе и в тех, которые используются в качестве пищевых продуктов.

Аналогичная картина накопления растениями металлов наблюдается на участках, подвергающихся постоянному воздействию так называемых техногенных потоков химических элементов, формирующихся в местах размещения объектов промышленного производства, например горнообогатительных комбинатов, предприятий по переработке концентратов руды, хвостохранилищ и т. д. в таких местах окружающая среда (почва, вода, воздух, растения и животные, т. е. в целом наземные и водные экосистемы) загрязняется тяжелыми металлами, в том числе и токсичными, в соответствии с видом промышленного производства. На этих территориях растительные и животные организмы становятся четкими индикаторами состояния окружающей среды и, следовательно, имеют большое значение в биогеохимической индикации районов базирования того или иного промышленного узла или горно-рудного комплекса.

Таким образом, органы, части и плоды растений как дикорастущих

(грибов, ягод, орехов, папоротника-орляка, черемши, березового сока, лекарственных трав и др.), так и культурных (овощей, фруктов, злаков и т. д.) после определения в них химических элементов могут служить четкими биоиндикаторами местонахождения рудных залежей соответствующего состава или объективными показателями загрязнения среды тяжелыми и, в частности, токсичными металлами. Результаты анализов интерпретируются исходя из поставленной задачи, применительно к объекту (полигону) проведения индикационных работ.

Источниками информации о загрязнении окружающей среды тяжелыми металлами могут быть самые разные биообъекты, например: торф — продукт трансформации рас-тений-торфообразователей, производственный ил — отходы целлюлозно-бумажной промышленности, мед — продукт переработки нектара растений пчелами, мясо и мясопродукты диких и домашних животных, молоко и молочные продукты, рыба, разнообразные гидробионты вод суши, насекомые (бабочки, мухи, жуки, пауки, комары, мошки и пр.), а также перья птиц, шерсть домашних и диких животных, волосы и ногти человека и мн. др.

Существующие в настоящее время высокочувствительные аналитические способы определения количественного содержания металлов во всех вышеуказанных биообъектах позволяют считать биогеохимический метод индикации исключительно перспективным как для поисков рудных месторождений различных генетичес -ких типов, так и для определения степени загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами. Поэтому не случайно в последние годы в учении об окружающей среде возникло новое научное направление — техногенная биогеохимия [9]. Имеющиеся на сегодняшний день методические разработки данного направления могут быть успешно использованы в экспертизе загрязнения экосистем и ландшафтов тяжелыми металлами, о чем свидетельствует полученный мною опыт биогеохимической индикации как первичного оруденения, так и геохимических потоков (шлейфов) металлов, в частности олова [3]. Так, например, оказалось, что содержание олова в золе растений, распространенных в пределах шлейфа, возникшего вниз по склону в результате проведения геолого-разведочных работ на одном из оловорудных месторождений Дальнего Востока, достигает 0.001— 0.005 мас. %, т. е. в 2—10 раз больше мирового среднего содержания этого металла в растениях по А. П. Виноградову [1]. Наличие техногенного потока (шлейфа) на участке этого месторождения было подтверждено биогеохимическим методом на основе определения в растениях других тяжелых металлов — РЬ, Си, 2п, которые сопровождают минерализацию и являются спутниками основного металла (олова) как по первичному оруде-нению, так и во вторичном рассеянии в зоне гипергенеза. Коэффициенты биологического поглощения растениями тяжелых металлов по А. И. Пе-рельману [8] здесь также оказались четкими критериями оценки техногенного потока, и величины их соответственно на фоновом участке (за

^ес&Мис, декабрь, 2011 г., № 12

пределами оруденения) и на шлейфе достигают следующих значений: олово 0.5 и 1.0, свинец 0.25 и 0.5, цинк 2.6 и 16.0, медь 1.0 и 3.0, серебро 2.0 и 10.0.

Приведенный пример показывает, что биогеохимический метод может успешно применяться для оценки интенсивности техногенных потоков тяжелых металлов, которые неизбежно возникают при проведении поисковых, поисково-разведочных и заключительных геолого-разведочных работ на оловорудных месторождениях и рудопроявлекиях.

В практике биогеохимической индикации загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами могут быть широко использованы другие способы как разновидности биогеохимического метода, связанные с конкретными биообъектами опробования (указаны в скобках):

— фитогеохимический (зола высших сосудистых растений),

— торфогеохимический (зола торфов и мхов-торфообразователей),

— бриогеохимический (зола водных мхов),

— лихеногеохимический (зола лишайников),

— гумусогеохимический (пробы из гумусового горизонта почв),

— опробование образцов лесной подстилки,

— криобиогеохимический (органические растительно-гумусовые примеси, выделенные из наледей, формирующихся в районах расположения горно-рудных промышленных объектов [5].

В последнее время научной общественностью обсуждается вопрос о создании в нашей стране Единой государственной экологической службы (ЕГЭС) с целью контроля состояния и перспектив изменения окружающей среды под влиянием хозяйственной деятельности. В этом смысле биогеохимический метод индикации и оценки загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами, высокочувствительный и оперативный, может найти самое широкое применение.

Техногенная биогеохимия (тех-нобиогеохимия) — новое направление в учении об окружающей среде — должна стать одной из главных при разработке научных основ и практических приемов ЕГЭС. Для экологической экспертизы могут быть весьма полезны новые комбинированные способы биогеохимической индикации техногенного загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами, например гидробиогеохимический. Поэтому гидробионты в поверхностных водах суши также могут стать четкими индикаторами загрязнения водных экосистем тяжелыми металлами.

Литература

1. Виноградов А. П. Поиски рудных месторождений по растениям и почвам // Труды Биогеохим. лаб. АН СССР, 1954. Вып. 10. С. 3—27. 2. Ивашов П. В. Теоретические основы биогеохимического метода поисков рудных месторождений. Новосибирск: Наука, 1976. 272 с. 3. Ивашов П. В. Биогеохимическая индикация оло-ворудной минерализации: Автореф. дис. ... доктора геол.-минер. наук. М.: МГУ им. М. В. Ломоносова, 1988. 39 с. 4. Ивашов П. В. Биогеохимические исследования на рудных месторождениях Дальнего Востока. Владивосток: Дальнаука, 1991. 131 с. 5. Ивашов П. В. Биогеохимическая индикация загрязнения экосистем химическими элементами // Биогеохимические и гидроэкологические исследования техногенных экосистем. Вып. 14. Владивосток: Дальнаука, 2004. С. 7—114. 6. Ковалевский А. Л. Биогеохимические поиски рудных месторождений. М.: Недра, 1984. 172 с. 7. Малюга Д. П. Биогеохимический метод поисков рудных месторождений. М.: Изд-во АН СССР, 1963. 264 с. 8. Перельман А. И. Геохимия ландшафта. М.: Географгиз, 1961. 400 с. 9. Розанов Б. Г. Основы учения об окружающей среде. М.: Изд-во МГУ, 1984. 372 с. 10. ТкаличС. М. Фитогеохимический метод поисков месторождений полезных ископаемых. Л.: Недра, 1970. 175 с.

Рецензенты д. г.-м. н. Я. Э. Юдович, д. г.-м. н. Ю. А.Ткачев