CC BY
35
УДК 546:634.7 (571.61)
DOI: 10.24412/1728-323X-2020-5-17-20
КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ЯГОДНЫХ КУЛЬТУРАХ АМУРСКОЙ ОБЛАСТИ
Ж. А. Димиденок, кандидат биологических наук, доцент, заведующий кафедрой химии, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Дальневосточный государственный аграрный университет (ФГБОУ ВО Дальневосточный ГАУ), janna2811@mail.ru, Благовещенск, Россия С. А. Смирнова, кандидат химических наук, доцент, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Дальневосточный государственный аграрный университет» (ФГБОУ ВО Дальневосточный ГАУ), sveta.amur@gmail.com, Благовещенск, Россия
В статье рассмотрены результаты исследований содержания цинка, меди, свинца и кадмия в плодово-ягодных культурах Амурской области. Среди дикорастущих растений, произрастающих в Амурской области, активно используется калина Саржента, виноград амурский, лимонник китайский, жимолость и другие культуры. Ягоды данных культур богаты витамином С, содержат большое количество антицианов, широкий спектр флавоноидов. Химический анализ образцов ягод показывает, что наибольшее накопление свинца и меди характерно для винограда амурского и калины Саржента. Для ягод голубики и лимонника отмечается повышенное содержание свинца и цинка. Ягоды брусники, по сравнению с другими образцами, накапливают металлы в небольших количествах. Содержание меди в ягодах выявлено в пределах 0,04—0,59 мг/кг. Согласно данным обобщенного мирового материала, в целом содержание тяжелых металлов в образцах плодово-ягодных культур Амурской области находится в пределах нетоксичных концентраций.
The main research issue of the article is to measure the content of zink, copper, lead and cadmium in the berries in Amur Oblast. There are some wild plants that grow in Amur Oblast and are actively used: Viburnum sargentii "Onondaga", the Amur grape (Vitis amurensis), five-flavour berry (Schisandra chinensis), honeysuckle (Lonicera), etc. These plants' berries are rich in vitamin C, 4-Dimethylaminophenol, a variety of flavonoids. The chemical analysis of the samples reveals that Viburnum sargentii and the Amur grape contain above-limit amount of zink and lead. In blueberry and five-flavour fruit the amount of zink and copper is also beyond the limit. Compared to other samples, lingonberry (Vaccini-um vitis-idaea) accumulates only a small amount of heavy metals — it contains 0.04—0.059 mg/kg of copper. According to our research, the berries in Amur Oblast in general have a normal amount of heavy metals, i.e. are non-toxic.
Ключевые слова: тяжелые металлы, плодово-ягодные культуры.
Keywords: heavy metals, fruit and berry crops.
Введение. В процессе эволюции растения, животные и человек приспособились к природному (фоновому) содержанию тяжелых металлов в почве. Однако интенсивное развитие промышленности, транспорта и использование различных химических средств привело к накоплению тяжелых металлов на значительных территориях, что отрицательно влияет на почву, растения и другие живые организмы, и как следствие — фоновый уровень тяжелых металлов в биосфере постоянно возрастает [1].
Среди дикорастущих растений, произрастающих в Амурской области, активно используется калина Саржента, виноград амурский, лимонник китайский, жимолость и другие культуры. Ягоды данных культур богаты витамином С, содержат большое количество антицианов, широкий спектр флаво-ноидов [2, З].
В условиях Амурской области хорошо изучено содержание тяжелых металлов для культурных растений — злаковых культур, сои, овощных культур. Содержание же тяжелых металлов в плодово-ягодных культурах, произрастающих на территории Амурской области, изучено в меньшей степени. Ягоды дикорастущих растений употребляют в пищу, используют в народной медицине. Дикоросы могут успешно использоваться в ландшафтном дизайне для озеленения улиц, парков, скверов. Поэтому изучение ягод дикорастущих растений является актуальной задачей. Основной целью исследования было определение содержание тяжелых металлов в плодово-ягодных культурах Амурской области.
Материалы и методы исследования. Исследования содержания тяжелых металлов в плодово-ягодных культурах были проведены в 2017—2019 гг. Мониторингом были охвачены Архаринский, Благовещенский, Белогорский и Тындинский районы Амурской области. Исследовались образцы ягод: виноград амурский ( Vitis amurensis Rupt), боярышник даурский (Grataegus dahurica Koehne et Schneid), калина Саржента (Viburnum sargintii Koehne), лимонник китайский (Schisandra chinensis (Turcs.) Ball.), шиповник даурский (Rosa davurica
Pall.), жимолость съедобная (Lonicera edulis Turcz. ex Freyn), смородина (Ribes fragrans Pall), клюква обыкновенная (Oxycoccus quadripetalus Gilib), голубика ( Vaccinium uliginosum L.), брусника ( Vacci-nium vitis-idaea L.) и актинидия Коломикта (Acti-nidia kolomikta Maxim).
Образцы анализировались инверсионно-воль-тамперометрическим методом на кафедре химии ФГБОУ ВО «Дальневосточный государственный аграрный университет».
Методика определения тяжелых металлов включала в себя предварительную подготовку проб сырья путем минерализации с сочетанием «мокрого» и «сухого» озоления. Определение тяжелых металлов проводили методом инверсионной вольтамперометрии на приборе комплекса вольтамперометрического СТА «Элемент». Процесс электроосаждения Zn, Cd, Pb, Cu из раствора подготовленных проб проходил с использованием индикаторного ртутно-пленочного электрода (при потенциале электролиза, равном —1,4 В), относительно хлорсеребряного электрода. Потенциалы максимумов регистрируемых анодных пиков (аналитических сигналов) на фоне муравьиной кислоты равны: Zn (—0,9 ± 0,1 В); Cd (-0,6 ± 0,1 В); Pb (-0,4 ± 0,1 В); Cu (-0,05 ± 0,1 В). Массовые концентрации элементов в пробах определяли по методу добавок аттестованных смесей соответствующих элементов [4].
Результаты оценивали согласно СанПиН 2.3.2.1078—01 «Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов».
Результаты и их обсуждение. В исследованиях 2017 г. выявлено, что наибольшее содержание тяжелых металлов отмечается в образцах винограда амурского, наименьшее количество анализируемых металлов выявлено в образцах боярышника. В винограде амурском и в калине Саржента свинец выявлен в концентрациях 2,02 и 0,85 мг/кг соответственно. Превышение предельно-допустимого уровня в винограде амурском составило в пять раз, а в калине Саржента в два раза. Анализ образца винограда амурского показал содержание меди 8,86 мг/кг [3].
Результаты исследований 2018—2019 гг. показывают, что наибольшее содержание свинца характерно для ягод голубики (1,00 мг/кг) и лимонника (0,88 мг/кг). В данных образцах ягод выявлено превышение предельно допустимой концентрации в 2,2—2,5 раза. Наименьшее количество металла обнаружено в ягодах брусники (0,028 мг/кг). В образцах жимолости, клюквы, актинидии и смородины содержание свинца колеблется в интервале 0,028—0,48 мг/кг (рис. 1).
Анализ различных образцов смородины, отобранной в плодопитомнике Благовещенского района, показывает содержание элемента в количествах 0,13-0,45 мг/кг.
Рис. 1. Содержание свинца в плодово-ягодных культурах, мг/кг
Рис. 2. Содержание цинка в плодово-ягодных культурах, мг/кг
Рис. 3. Содержание меди в плодово-ягодных культурах, мг/кг
Цинк — один из главных микроэлементов, он входит в состав ферментов, обуславливающих и регулирующих многие жизненные процессы, участвует в синтезе рибонуклеиновых кислот, необходим для синтеза хлорофилла [5]. Химический анализ образцов показал, что по сравнению с другими образцами лимонник в большей степени аккумулирует цинк [6]. Исследования 2019 г. показали содержание цинка в пределах 0,80—3,00 мг/кг. Наибольшее содержание цинка выявлено в ягодах голубики (3,00 мг/кг), наименьшее — в ягодах клюквы (рис. 2). Содержание цинка в ягодах смородины в зависимости от сорта лежит в пределах 1,55—2,17 мг/кг.
Для роста и развития растений требуется небольшое количество меди. Оптимальное содержание меди в растениях — очень важный фактор и для растений, и для здоровья человека.
Данные, представленные на рис. 3, показывают, что содержание меди в ягодных культурах колеблется в интервале от 0,04 до 0,59 мг/кг. Наибольшее количество металла — в ягодах смороди-
ны, произрастающей в городе Благовещенске, наименьшее — в жимолости и шиповнике.
Кадмий во всех образцах плодово-ягодных культур был ниже предела обнаружения.
Заключение. По способности накапливать тяжелые металлы исследуемые образцы ягод можно расположить в следующем порядке: лимонник > голубика > смородина, брусника > шиповник, актинидия > жимолость > клюква; РЬ: голубика > лимонник > клюква > шиповник, смородина > жимолость > актинидия > брусника; Си: актинидия > голубика > лимонник, смородина > > брусника > клюква > шиповник, жимолость. Химический анализ образцов ягод показывает, что наибольшее накопление тяжелых металлов характерно для ягод голубики и лимонника. Согласно данным обобщенного мирового материала [7, 8], а также региональным данным по России [7, 9—11], в целом содержание свинца, кадмия, цинка и меди в образцах плодово-ягодных культур Амурской области находится в пределах нормальных (нетоксичных) концентраций.
Библиографический список
1. Соколов О. А. Атлас распределения тяжелых металлов в объектах окружающей среды / О. А. Соколов, В. А. Черников, С. В. Лукин. — Белгород: КОНСТАНТА, 2008. — 188 с.
2. Пакусина А. П., Ковалева Е. А. Исследование ягод жимолости на антиоксидантную активность // Охрана и рациональное использование л есных ресурсов: матер. Х м еждунар. форума (Благовещенск, 5—6 июня 2019 г.): в 2 ч. — Благовещенск: Изд-во Дальневосточного гос. агарного ун-та, 2019. — 269 с. — С. 80—82.
3. Насонова Н. В., Димиденок Ж. А. Химико-экологическая характеристика плодово-ягодного сырья южной зоны Приамурья // Инновации в пищевой промышленности: образование, наука, производство: матер. 3-й всерос. науч.-практ. конф. (г. Благовещенск, 20 февраля 2018 г.). — Благовещенск: Изд-во Дальневосточного гос. агарного унта, 2018. — 235 с. — С. 94—99.
4. МУ 08-47/136. Продукты пищевые и продовольственное сырье. Методика выполнения измерений массовых концентраций кадмия, свинца, цинка и меди методом инверсионной вольтамперометрии. — Томск: ЮМХ, 2007.
5. Добровольский В. В. Основы биогеохимии / В. В. Добровольский. — М.: Издательский центр «Академия», 2003. — 400 с.
6. Димиденок Ж. А., Смирнова С. А. Экологическая безопасность плодово-ягодного сырья южной зоны Приамурья // Технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции: Сб. науч. тр. / С. А. Кострыкина (ред.). — Благовещенск: Изд-во Дальневосточного ГАУ, 2019. — Вып. 17. — 142 с. — С. 48—52.
7. Черных Н. А., Сидоренко С. Н. Экологический мониторинг токсикантов в биосфере. — М.: Изд-во РУДН, 2003. — 430 с.
8. Kabata-Pendias A., Pendias H. Trace elements in soils and plants. CRC Press, Boca Raton 2001. 403 р.
9. Русанов А. М., Савин Е. З., Нигматянова С. Э. и др. Содержание тяжелых металлов в плодах яблони в городских условиях // Вестник ОГУ. — № 1 (120). — 2011. — С. 148—151.
10. Мельников О. М., Кулешова Н. И., Верещагин А. Л. Тяжелые металлы в ягодах облепихи и семенах льна // Пол-зуновский вестник. — № 1. — 2013. — С. 299—301.
11. Тимофеев С. М., Сазонов Н. Н. Влияние техногенного загрязнения окружающей среды на микроэлементный состав голубики обыкновенной // Тенденции развития науки и образования. — № 43-7. — 2018. — С. 75—77.
QUANTITIVE ESTIMATION OF HEAVY METALS CONTENT IN BERRY CULTURES IN THE AMUR REGION
Zh. A. Dimidenok, Ph. D. (Biology), Associate Professor, Chair of the Department of Chemistry, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Far Eastern State Agrarian University" (FSBEI HE Far Eastern SAU), janna2811@mail.ru, Russia, Blagoveshchensk,
S. A. Smirnova, Ph. D. (Chemistry), Associate Professor, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Far Eastern State Agrarian University" (FSBEI HE Far Eastern SAU), sveta.amur@gmail.com, Russia, Blagoveshchensk
References
1. Sokolov O. A., Chernikov V. A., Lukin S. V. Atlas raspredeleniya tyazhelyh metallov v obektah okruzhayushej sredy. [Atlas of Distribution of Heavy Metals in the Enviroment]. Belgorod, KONSTANTA. 2008. 188 p. [in Russian].
2. Pakusina A. P., Kovaleva E. A. Issledovanie yagod zhimolosti na antioksidantnuyu aktivnost. Ohrana i racionalnoe ispolzovanie lesnyh resursov: materialy X mezhdunarodnogo foruma. [Forest Resourses Protection and Rational Use: Proceedings of the Tenth International Forum]. Blagoveshensk, Izdatelstvo Dalnevostochnogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta, 2019. P. 80—82 [in Russian].
3. Nasonova N. V., Dimidenok Zh. A. Himiko-ekologicheskaya harakteristika plodovo-yagodnogo syrya yuzhnoj zony Pria-murya. Innovacii v pishevoj promyshlennosti: obrazovanie, nauka, proizvodstvo: materialy 3-j vseros. nauch.-prakt. konf. [Innovations in the Food Industry: education, science production: Proc. of the 3d Russian Science Conference]. Blagoveshensk, Izdatelstvo Dalnevostochnogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta, 2018. P. 94—99 [in Russian].
4. MU 08-47/136. Produkty pishevye i prodovolstvennoe syrje. Metodika vypolneniya izmerenij massovyh koncentracij kadmiya, svinca, cinka i medi metodom inversionnoj voltamperometrii. [Food and Food Materials. Metodology of Measurement of the Mass Concentration of cadmium, lead, zink and copper Using Voltammetry]. Tomsk, YuMH, 2007 [in Russian].
5. Dobrovolskiy V. V. Osnovy biogeohimii. [The Basics of Biogeochemistry]. Moscow, Izdatelskij centr "Akademiya". 2003. 400 p. [in Russian].
6. Dimidenok Zh. A., Smirnova S. A. Ekologicheskaya bezopasnost plodovo-yagodnogo syrya yuzhnoj zony Priamurya. Teh-nologii proizvodstva i pererabotki selskohozyajstvennoj produkcii: sb. nauch. tr. [The Technology of production and Processing of Agricultural Products: Collected Papers]. Blagoveshensk, Izdatelstvo Dalnevostochnogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta, 2019. Vol. 17. P. 48—52 [in Russian].
7. Chernykh N. A., Sidorenko S. N. Ekologicheskij monitoring toksikantov v biosfere. [Ecological Monitoring of toxic elements in biosphere]. Moscow, Izd-vo RUDN, 2003. 430 p. [in Russian].
8. Kabata-Pendias A., Pendias H. Trace elements in soils and plants. CRC Press, Boca Raton. 2001. 403 р.
9. Rusanov A. M., Savin E. Z., Nigmatyanova S. E. et al. Soderzhanie tyazhelyh metallov v plodah yabloni v gorodskih usloviyah. [The Content of Heavy Metals in the Apples Grown in Urban Areas]. Vestnik OGU[Bulletin of Orenburg State University]. 2011. Vol. 1 (120). P. 148—151 [in Russian].
10. Melnikov O. M., Kuleshova N. I., Vereshagin A. L. Tyazhelye metally v yagodah oblepihi i semenah lna. [Heavy Metals in Sea Buckthorns Berries and Flax Seeds]. Polzunovskij vestnik [Polzunov Bulletin], 2013. Vol. 1. P. 299—301 [in Russian].
11. Timofeev S. M., Sazonov N. N. Vliyanie tehnogennogo zagryazneniya okruzhayushej sredy na mikroelementnyj sostav gol-ubiki obyknovennoj. [The Influense of Technogenic Pollution on Microelements of Blueberry]. Tendencii razvitiya nauki i obrazovaniya. [Tendencies of development in science and education]. 2018. Vol. 43-7. P. 75—77 [in Russian].
