CC BY
29
УДК: 581.162.3:577.11
ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ПЫЛЬЦЫ РАСТЕНИЙ, ПРИСУТСТВУЮЩЕЙ В ВОЗДУХЕ НОВОСИБИРСКА
Владимир Викторович Головко
Институт химической кинетики и горения им. В. В. Воеводского СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, ул. Институтская 3, кандидат биологических наук, ведущий инженер, тел. (383)330-77-43, e-mail: [email protected]
Ольга Васильевна Чанкина
Институт химической кинетики и горения им. В. В. Воеводского СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, ул. Институтская 3, кандидат биологических наук, научный сотрудник, тел. (383)330-77-43, e-mail: [email protected]
Приводятся результаты исследования элементного состава 13 видов древесных растений, вносящих весомый вклад в массовую концентрацию грубодисперсной фракции атмосферного аэрозоля Новосибирска. Методом рентгенофлуоресцентного анализа с использованием синхротронного излучения (РФАСИ) на станции элементного анализа института ядерной физики им. Будкера на накопителе электронов ВЭПП-3 были достоверно определены концентрации 21 элемента (от K to Pb)
Ключевые слова: пыльца, многоэлементный состав. COMPOSITION OF PLANT POLLEN ELEMENTS IN NOVOSIBIRSK ATMOSPHERE
Vladimir V. Golovko
V. V. Voevodsky Institute of Chemical Kinetics and Combustion SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 3 Institutskaya St., Ph. D., lead engineer, tel. (383)330-77-43, e-mail: [email protected]
Olga V. Chankina
V. V. Voevodsky Institute of Chemical Kinetics and Combustion SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 3 Institutskaya St., Ph. D., scientific associate, tel. (383)330-77-43, e-mail: [email protected]
Results from the studies on the elemental composition of the pollen of 13 species of arboreal plants contributing much to the mass concentration of a coarse-disperse fraction of atmospheric aerosol of Novosibirsk are presented. The concentrations of 21 elements (from K to Pb) were determined reliably by the method of X-ray fluorescence analysis using synchrotron radiation (SRXRF) at the station of element analysis of the Budker Institute of Nuclear Physics (VEPP-3 storage ring).
Key words: pollen, multielement structure.
Характерной особенностью атмосферных аэрозолей (АА), является много-компонентность состава и широкий диапазон изменения содержания отдельных составляющих. Одновременное наличие в составе АА частиц минерального, биологического и антропогенного происхождения, низкая массовая концентрация полученных образцов затрудняют их химический анализ, оценку атмосферного переноса вещества. Без знания этих характеристик невозможно составить представление о региональном геохимическом фоне и состоянии экосистем в целом.
Важно выделить его природную и техногенную компоненты аэрозольного переноса. Природная компонента атмосферного аэрозоля представлена минераль-
ной и биогенной фракциями, резко отличающимися по своему составу. Наиболее распространенные в земной коре Si и А1 не играют существенной роли в строении живого вещества, тогда как Со, Си, Мо, Se, Cd и др., не отмеченные высокой распространенностью, присутствуют в живых тканях. В настоящее время в них обнаружены практически все элементы, известные на поверхности Земли (найдено примерно 70 элементов, причем 47 из них наблюдаются постоянно). Доминируют же лишь шесть элементов - Н, О, N С, Р и S. Кроме главных шести наибольшее значение имеют четырнадцать элементов, десять металлов: пять непереходных с постоянной валентностью (N8, К, М^, Са и 7п), пять переходных с перменной валентностью (Мп, Fe, Со, Си, Мо) и четыре галогена (Р, С1, Вг, I) [1, 2]. Биогенная фракция аэрозоля достаточно весома. В ряде регионов Земли на ее долю приходится до 55-95 % массовой концентрации атмосферного аэрозоля [3-5]. Одной из наиболее массовых составляющих биоаэрозоля является пыльца растений, продуцируемая в огромных количествах. Зольность пыльцы растений составляет порядка 3-4 % [6]. Благодаря своей массовости она может играть важную роль в атмосферном переносе ряда биогенных элементов [7].
Данная работа посвящена исследованию элементного состава пыльцы 13 видов древесных ветроопыляемых растений, доминирующей в пыльцевом спектре АА г. Новосибирска.
Материалы и методы. Сбор пыльцы проводился по стандартной методике в природных популяциях растений в окрестностях г. Новосибирска [6, 8].
Элементный состав в образцах определяли методом рентгенофлуорисцентно-го анализа с использованием синхротронного излучения (РФАСИ). Измерения спектров проводили на станции элементного анализа в Сибирском Центре синхротронного и терагерцового излучения Института ядерной физики им. Г. И. Буд-кера СО РАН на накопителе электронов ВЭПП-3 при энергии возбуждения 23 кэВ. Первичная математическая обработка полученных спектров (идентификация элементов и определение площадей пиков) проводилась при помощи программы АХ1Ь для флуоресцентных спектров. Для определения концентрации элементов применяли метод внешнего стандарта. В качестве образца сравнения, использован российский стандарт растительного материала СОРМ1 ГСО 82422003, как наиболее близкий по составу к определяемым образцам. При 20-кратных параллельных измерениях стандартного образца относительное стандартное отклонение ^г, %) составляет 5-15 % и предел обнаружения от 10-7 г/г в зависимости от элемента. Определен следующий элементный состав: К, Са, Т^ V, Мп, Ре, Со, М, Си, 7п, As, Se, Вг, Rb, Sг, ^ 7г, №>, Мо и РЬ.
Результаты и обсуждение. В табл. 1 представлены результаты многоэлементного анализа рентгенофлуоресцентным методом с использованием синхро-тронного излучения пыльцы 13 видов древесных растений: березы бородавчатой, сосны обыкновенной, ели сибирской, лиственницы сибирской, клена ясе-нелистного, осины, дуба черешчатого, ивы пятитычинковой, липы сердцелист-ной, ольхи черной, облепихи крушиновой, ореха манчжурского собранных в Академгородке г. Новосибирска и его окрестностях. Приведены данные по элементам, имеющим концентрацию выше предела обнаружения.
L\\
сг Mo Nb N н< l-i 3 го CD > N о d 2 О о П) Mn < н 1—' • w о О Я Элемент
0,57 0,64 0,38 U) V О о о О О о i50 Ui Ui -J Ui 0,06 ю H^ ON 0,54 ю 0,006 3778 9919 Береза бородавчатая
0,43 1,234 О Is) н^ ON 0,028 О о ю о о О U) Is) о о о о н^ Is) Is) о о Ui ON Ui Ui ON 11594 Сосна обыкновенная
о 0,65 ON Is) 0,22 Ui о 0,64 0,06 о о о 00 00 ON Is) Is) о о О u> 00 0,28 ON О 38743 Ель сибирская
0,37 о U) О V 0,32 ю ON 0,63 о о О н^ Ui о о Ui о о Ui О U) О 0,24 о о о о о ю 22942 Пихта сибирская
о V о о Ui 0,56 ю 2,73 0,08 о о О ON н^ 0,96 н^ 00 00 Is) u> Ui 0,52 0,008 1602 15225 Лиственница сибирская О о » CD -а * к S П) X К
V 0,68 Js) Ъо 00 о Ui О U) 0,08 ON ON О о о Ui Ui U) -J 0,67 0,006 4167 13081 Клен ясене-листный
0,34 0,48 0,45 н^ Ui 0,26 н^ О н^ О Ъо 0,03 О о ю н^ -J Ъо О О О о н^ ON ю о о Ui н^ н^ о о о ю 3497 22799 Осина
о 0,58 0,46 ^ ON 0,45 U) н^ н^ О о о н^ н^ О 00 Ю Is) О о Ui U) Ui U) H^ U) Is) о о -J н^ 0,006 2731 12554 Дуб черешча-тый П) о 0) и
0,55 о Ui ^ ON о н^ н^ Ю U) н^ Ui о о о о Ui н^ Ю i50 Ui н^ о о о Is) ON Is) --J 0,26 о о н^ 4552 13632 Ива пяти-тычинковая CD CD К н о а
V н^ ON 2,44 39,9 о Ui U) U) н^ о о о Ui н^ U) H^ н^ Ui о ON 00 Ui U) 0,84 Ui н^ О о О 8633 10019 Липа сердце-листная
О Is) н^ ON 0,52 о Is) Ui н^ О 0,66 о о Ui Ui ю ^ Ъо "и» о о H^ U) U) U) 0,43 ON О о о 2935 7721 Ольха черная
2,32 О н^ ON 0,94 2,25 0,66 Js) U) Ui Ui ON о о ю U) U> U) О О H^ О Is) 00 0,23 ю Ui ON 5777 Облепиха крушиновая
о 0,53 0,69 о U) U) ON 0,37 о о о о ON ON Ui Is) 0,03 Is) Is) 00 U) u> н^ Ю 1643 14727 Орех манчжурский
U) Ui Is) О О О о Ю Ui о н^ Ui О О о ON О О U> о Ui о 00 40000 1000 о о 5000 15000 14000 Почва
О о to О) -О
К О)
X К 2 К Л О)
о «
К
X
CJ
и
О)
О)
К н о и
и о о о н
ё
О)
а
а
и tr с
а
-о
О) И О)
о К
а
X
тз р
о
н
О)
и
К »
К
Таблица 2
Относительное содержание химических элементов в составе пыльцы древесных растений
Элемент Относительная концентрация химических элементов, нормированная относительно содержания железа
Береза бородавчатая Сосна обыкновенная Ель сибирская Пихта сибирская Лиственница сибирская Клен ясене-листный Осина Дуб череш-чатый Ива пяти-тычинковая Липа сердце-листная Ольха черная Облепиха крушиновая Орех манчжурский Почва
K 40,2 65,5 399,4 236,5 81,0 23,7 140,7 35,6 52,0 21,4 58,1 8,7 64,6 0,4
Ca 15,3 3,1 6,6 9,5 8,5 7,5 21,6 7,7 17,4 18,4 22,1 2,6 7,2 0,4
Sc 2,4*10-5 0 0 1,0*10-5 4,3*10-5 1,1*10-5 1,2*10-5 1,7*10-5 4,2*10-5 4,1*10-5 3 *10-5 4,7*10-6 0 0,0002
П 0,0972 0,0339 0,0412 0,0928 0,0585 0,0850 0,0679 0,0482 0,0534 0,109 0,0451 0,111 0,0526 0,125
V 0,0022 0,0003 0,0029 0,0025 0,0028 0,0012 0,0003 0,0002 0,0010 0,0018 0,0032 0,0009 0 0,0023
Mn 0,470 0,1243 0,3918 0,4021 1,25 0,1338 0,2531 0,3739 0,2710 0,1132 0,3233 0,0454 0,1447 0,025
Fe 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Co 0,0002 0,0002 0,0004 0,0005 0,0051 0,0002 0,0001 0,0001 0,0003 0,0002 0,0001 0,0002 0,0001 0,0002
№ 0,0304 0,0051 0,0124 0,0103 0,0053 0,0034 0,0056 0,0062 0,0042 0,0032 0,0098 0,0016 0,0057 0,0013
^ 0,0223 0,0181 0,0639 0,0515 0,0245 0,0125 0,0481 0,0227 0,0324 0,0241 0,0361 0,0042 0,0228 0,0008
Zn 0,0328 0,2260 0,9072 0,9278 0,5532 0,1157 0,4383 0,33711 0,4733 0,2415 0,3910 0,0581 0,2895 0,0023
As 0,0004 5,6*10-5 1*10-5 0,0015 0,0001 0 0,0001 0 0,0002 0,0003 0 0 0,0003 0,0002
Se 0,0003 0,0001 0,0006 0,0004 0,0004 0,0001 0,0002 0,0002 0,0003 8,5*10-5 0,0004 2,6*10-5 0,0003 0,0000
Br 0,0030 0,0002 0,0066 0,0065 0,0145 0,0057 0,0049 0,3031 0,0059 0,0025 0,0050 0,0006 0,0016 0,0003
Rb 0,0364 0,0339 0,0928 0,0619 0,1117 0,0072 0,0679 0,0312 0,0878 0,0064 0,0752 0,0040 0,0263 0,0038
Sr 0,0283 0,0056 0,0515 0,0206 0,0904 0,0163 0,0617 0,0085 0,0420 0,0791 0,0376 0,0127 0,0132 0,0063
Y 0,0007 0,0012 0,0023 0,0033 0 0,0009 0,0016 0,0013 0,0011 0,0003 0 0,0011 0,0006 0,001
Zr 0,0138 0,0073 0,0124 0,0041 0,0053 0,0145 0,0093 0,0130 0,0176 0,0853 0,0015 0,0287 0,0044 0,01
№ 0,0015 0,0070 0,0165 0,0116 0,0030 0,0051 0,0028 0,0013 0,0053 0,0052 0,0039 0,0045 0,0030 0,0003
Mo 0,0026 0,0073 0,0067 0,0076 0,0008 0,0012 0,0030 0,0016 0,0006 0,0025 0,0123 0,0004 0,0023 0,0000
Pb 0,0023 0,0024 0,0045 0,0038 0,0026 0,0025 0,0021 0,0020 0,0021 0,0030 0,0016 0,0015 0,0021 0,0009
Во флоре г. Новосибирска присутствуют хвойные (сосна, ель, пихта, лиственница), мелколиственные (береза, осина, ольха, ива) и, интродуцирванные человеком, широколиственные (дуб, клен, липа, орех) древесные растения. Из таблицы 1 видно, что элементный состав пыльцевых зерен данных групп растений сходен и резко отличается от элементного состава почвы, являющейся основным источником минеральной компоненты атмосферного аэрозоля. Особенно наглядным это различие становится, если сравнивать не абсолютное, а относительное содержание элементов в различных образцах пыльцы и почвенной пробе.
В табл. 2 приводятся данные об относительном содержании различных элементов в пыльце растений и почве. Нормировка относительного содержания различных элементов проводилась по отношению к содержанию железа в тех же пробах. Относительное содержание таких элементов, как Sc, V в пробах пыльцы - меньше, чем в почве, Т^ Со, As, Sr, 7г - примерно равно их содержанию в почве, а К, Са, Мп, М, Си, 7п, Se, Вг, Rb, У, МЬ, Мо, ?Ь - выше его относительного содержания в почве, причем различия могут достигать величины трех порядков. В период массового цветения древесных растений, концентрация их пыльцы в воздухе сопоставима с массовой период атмосферного аэрозоля в целом. Следовательно, несмотря на низкую зольность пыльцы, в отдельные дни она может существенно влиять на многоэлементный состав атмосферного аэрозоля.
Выводы
1. Получены количественные данные по содержанию 21 элемента в пыльце 13 видов ветроопыляемых древесных растений, доминирующих в растительном покрове в окрестностях Новосибирска.
2. Показано, что пыльца данных растений может оказывать заметное влияние на многоэлементный состав атмосферного аэрозоля.
© В. В. Головко, О. В. Чайкина, 2017
