ДИНАМИКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ДРЕВЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ ИОНАМИ ТЯЖёЛЫХ МЕТАЛЛОВ ВБЛИЗИ МАШИНО- СТРОИТЕЛЬНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ Г. УЛЬЯНОВСКА Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ

УДК 504.054:574.3

ДИНАМИКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ДРЕВЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ ИОНАМИ ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ ВБЛИЗИ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО

ПРЕДПРИЯТИЯ г. УЛЬЯНОВСКА

© 2009 г. Р.Б. Шарифзянов, ОА. Давыдова, Е.С. Климов

Ульяновский государственный Ulyanovsk State

технический университет Technical University

Исследована динамика накопления и тенденции изменения концентраций ионов тяжелых металлов основных городских насаждений - липы, березы и тополя. Показано, что значительный вклад в накопление тяжелых металлов древесными насаждениями вносит машиностроительное предприятие.

Ключевые слова: накопление тяжелых металлов; древесные насаждения; предприятия машиностоения

Investigations dynamic of accumulation and tendency changes concentrations of ions heavy metals on plantation - linden, birch and poplar. Establish facts of accumulation of heavy metals in plantation due to pollution machine-building plants.

Keywords: the accumulation of heavy metals; plantation; machine-building plants.

Применение большого количества химических реагентов в технологических процессах машиностроительной отрасли, особенно в гальваническом производстве, служат источником поступления ионов тяжелых металлов (медь, цинк, никель, хром, свинец) в окружающую природную среду. Проблема загрязнения окружающей природной среды токсичными веществами с каждым годом все более обостряется и приобретает глобальные масштабы.

Зеленые насаждения на урбанизированных территориях выполняют важную роль. Вопросы воздействия тяжелых металлов на человека, очистки зелеными насаждениями атмосферного воздуха городов от газо-пылевого загрязнения и шумопоглощения изучаются систематически [1-3]. Сведения по накоплению тяжелых металлов в древесных насаждениях в литературе практически отсутствуют.

Поступление тяжелых металлов в растения может происходить двояко: воздушным путем с пылью, оседающей на листья и стебли, и через почву - при поглощении почвенного раствора, содержащего высокие концентрации ионов тяжелых металлов.

Выхлопные газы транспортных средств, газовые выбросы и жидкие сбросы промышленных предприятий приводят к резкому возрастанию загрязнения прилегающих ландшафтов тяжелыми металлами, которые, в свою очередь, оказывают отрицательное влияние на растения вплоть до уменьшения жизненного цикла деревьев.

Влияние крупных предприятий на загрязнение тяжелыми металлами древесных насаждений г. Ульяновска изучено недостаточно [4, 5].

В связи с этим проведены исследования по динамике накопления тяжелых металлов (ионов свинца, цинка, хрома) в трех древесных породах (береза, тополь, липа) в микрорайоне расположения промыш-

ленного предприятия «Ульяновский автомобильный завод» и городской автомагистрали, характеризующийся наиболее высоким уровнем загрязнения. Отбор растительного материала (ветви деревьев) производился согласно ГОСТ 17.4.4.02-84. Пробы отбирали один раз в два месяца в период с ноября по май 2006 -2007 гг. Анализ выполнялся на атомно-абсорбции-онном спектрофотометре С-115-М1 по стандартной методике [6].

Материалом для исследования служила усредненная проба, которая составлялась из проб растительного материала 5 деревьев соответствующей породы, произрастающих по соседству друг с другом. Отбор ветвей проводился с нижнего яруса деревьев, при этом возраст отбираемых побегов не учитывался. За исследуемый период общий объём выборки растительного материала по трём древесным породам деревьев составило 60 проб, из которых было составлено 12 усредненных проб. В усредненных пробах растительного материала определяли содержание ионов тяжелых металлов (свинца, цинка, хрома). В результате проведенных определений получено 36 результатов анализа.

Результаты анализов обрабатывались с помощью программы Microsoft Excell с вычислением среднего

арифметического значения (x), его отклонения (d =

= x - x), стандартного отклонения (S=^^ d2 /(n -1))

и доверительного интервала (x + еа или x + S-taK/n). Значение заданной доверительной вероятности (а) принималось равным 0,95 (данная величина принята в аналитической химии при статистической обработке экспериментальных данных). Значение коэффициента Стьюдента ta К = 3,18 (для а = 0,95; n - общего числа определений, равного 4; К = n - 1 - числа степеней свободы, равного 3) [7, 8].

Данная статистическая обработка результатов анализа была проведена с целью определения динамики накопления тяжелых металлов в различных породах деревьев в зависимости от сезонности отбора проб. Исследования содержания тяжелых металлов в каждой породе деревьев привели к следующим результатам.

В березе максимальные концентрации всех трех ионов тяжелых металлов наблюдаются в январе (рис. 1). Наибольшее содержание в березе приходится на ионы цинка - 6,416 мг/кг, что больше концентрации ионов хрома в 9,7 и ионов свинца в 7,1 раза. Несмотря на значительное увеличение концентрации ионов цинка к январю в 1,8 раза, к марту его содержание уменьшается до уровня ноябрьских значений.

Ноябрь Январь Март

Месяц

Май

Рис. 1. Содержание ионов тяжелых металлов в березе: 1 - гп; 2 - РЬ; 3 - Сг

В период с ноября по январь в березе наблюдается повышение концентрации ионов хрома в 1,7 раза, затем следует резкий спад его содержания к марту в 3,4 раза и незначительное увеличение к маю. При этом изменения концентрации свинца не наблюдается.

В тополе изменение содержания ионов хрома и цинка имеет параболический характер, где максимум приходится на январь месяц (рис. 2).

Наибольшее содержание в тополе, как и в березе, приходится на ионы цинка (4,515 мг/кг), концентрация которого в среднем больше концентраций ионов хрома в 7,3 и ионов свинца в 3 раза.

Ноябрь

Январь Март

Месяц

Рис. 2. Содержание ионов тяжелых металлов в тополе: 1 - гп; 2 - РЬ; 3 - Сг

Универсальный параболический характер поведения цинка можно объяснить сезонными изменениями растительности. В зимний период происходит обез-

воживание ветвей в обстановке практического отсутствия сокодвижения. Интенсивное сокодвижение весной (март - май) уменьшает концентрацию цинка до средних показателей.

С ноября по январь зафиксирован рост содержания ионов хрома в 1,7 и цинка в 2 раза. Содержания этих металлов к марту уменьшается в 3,6 и 1,8 раза для ионов хрома и цинка соответственно, с незначительным увеличением их концентраций к маю. Концентрация ионов свинца за этот период практически не изменилась.

Для липы максимальные концентрации ионов цинка и хрома наблюдаются в январе, а максимум по свинцу отмечается в мае (рис. 3). Наибольшее содержание в липе ионов цинка (8,339 мг/кг), концентрация которого в среднем больше концентраций ионов хрома в 13,8 и ионов свинца в 5,6 раза.

Несмотря на высокую концентрацию ионов цинка в январе, к марту это значение становится в 1,5 раза ниже ноябрьского. В мае содержание цинка незначительно растет, но не превосходит концентрации в ноябре.

Ноябрь

Январь Март

Месяц

Май

Рис. 3. Содержание ионов тяжелых металлов в липе: 1 - гп; 2 - РЬ; 3 - Сг

В период с ноября по январь наблюдается повышение содержания ионов хрома в 1,8 раза, затем следует резкий спад его содержания к марту в 3,9 раза. За период с ноября по май содержание ионов свинца в липе практически не изменилось.

Параллельно с отбором проб растительного материала (ветвей деревьев) проводился групповой отбор проб почвы (с последующим их усреднением) в местах произрастания деревьев исследуемой территории. Отбор, хранение и подготовка проб почвы проводились согласно ГОСТ 17.4.4.02-91 [9].

В полученных усредненных пробах почвы определяли содержание ионов тяжелых металлов. За исследуемый период было проведено 12 анализов проб почвы на содержание ионов свинца, цинка и хрома.

Результаты анализа показали, что на исследуемой территории наибольшее содержание в почве приходится на ионы свинца - 49,5 мг/кг (1,55 ПДК). Содержание в почве ионов цинка составляет 23,52 мг/кг (1,04 ПДК); ионов хрома - 4,44 мг/кг (0,7 ПДК). Предельно-допустимые концентрации в почве ионов

свинца - 32,0 мг/кг; ионов цинка - 23,0 мг/кг; ионов хрома - 6,0 мг/кг [10].

Большое содержание ионов свинца в почве можно объяснить тем, что свинец и его соединения преобладают в выбросах как стационарных, так и передвижных (автотранспорт) источников загрязнения. Концентрация ионов хрома в почве не превышает ПДК.

Следует отметить, что на урбанизированных территориях наиболее активный изменяемый элемент -цинк, который в больших количествах содержится в оцинкованном кровельном железе. Попадая в почву, ионы цинка могут служить источником загрязнения древесных насаждений.

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы: различные породы деревьев достаточно избирательны по отношению к ионам тяжелых металлов. Свинец и хром лучше накапливаются в тополе, а цинк - в березе.

Аккумулированная в липе, тополе и березе концентрация ионов цинка на порядок выше концентраций ионов свинца и хрома, самая низкая концентрация наблюдается у хрома. В березе в среднем концентрации ионов цинка больше концентраций ионов хрома в 9,7 раз; ионов свинца - 7,1 раз. Это, возможно, объясняется тем, что цинк является необходимым микроэлементом для жизнедеятельности растений.

Полученные результаты могут быть применены при выборе породы деревьев, высаживаемых в зоне негативного воздействия предприятия, а также при проектировании и строительстве систем очистки сточных вод и газовых выбросов.

Поступила в редакцию

Литература

1. Алексеева-Попова Н.В., Дроздова И.В. Особенности минерального состава растений и почв на ультраосновных породах Усть-Бельского горного массива. (Среднее течение р. Анадырь). II. Растения // Ботанический журн.

1996. Т. 81. № 5. С. 70-78.

2. Hutchinson T.C. Cromium. Cobalt // Effect of heavy metal pollution on plants. L., 1981. P. 222-234.

3. Особо охраняемые природные территории Ульяновской области / под ред. В.В. Благовещенского. Ульяновск,

1997. 184 с.

4. Шарифзянов Р.Б., Голунков Ю.В. Пути поступления и накопления тяжелых металлов в различных породах деревьев на урбанизированных территориях // Тр. молодых ученых УлГУ. Ульяновск, 2006. С. 109-110.

5. Шарифзянов Р.Б., Голунков Ю.В. Динамика накопления тяжелых металлов в различных породах деревьев // Проблемы безопасности жизнедеятельности и промышленной экологии. Ульяновск, 2007. С. 93-94.

6. ФР 1.31.2002.00524 Методика выполнения измерений массовых концентраций токсичных металлов в пробах воды атомно-абсорбционным методом.

7. Крешков А.П. Основы аналитической химии. Теоретические основы. Количественный анализ. Т. 2. М., 1976. 480 с.

8. Урбах В.Ю. Математическая статистика для биологов и медиков. М., 1983. 267 с.

9. ГОСТ 17.4.4.02-91 Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического и гельминтологического анализа.

10. СанПиН № 6229-91 от 19.11.91. Общесоюзные санитарно-гигиенические и санитарно-эпидемиологические правила и нормы. Перечень предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно допустимых концентраций (ОДК) химических веществ в почве. № 6229-91 от 19.11.91

12 января 2009 г.

Шарифзянов Р.Б. - аспирант, кафедра «Химия», Ульяновский государственный университет.

Давыдова Ольга Александровна - д-р хим. наук, профессор, кафедра «Химия», Ульяновский государственный технический университет.

Климов Евгений Семенович - д-р хим. наук, профессор, зав. кафедрой «Химия», Ульяновский государственный технический университет.

Sharifzyanov R.B. - post-graduate student, department «Chemistry», Ulyanovsk State Technical University.

Davydova Olga Aleksandrovna - Doctor of Chemical Seiences, assistant head of department «Chemistry», Ulyanovsk State Technical University.

Klimov Evgeniy Semenovich - Doctor of Chemical Seiences, head of department «Chemistry», Ulyanovsk State Technical University.