CC BY
78
Биология
Вестник Нижегородского университета им. H.H. Лобачевского, 2014, № 4 (1), с. 228-232
УДК 574.2
НАКОПЛЕНИЕ ДРЕВЕСНЫМИ РАСТЕНИЯМИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ АВТОТРАНСПОРТНОЙ НАГРУЗКИ
© 2014 г. М.В. Ларионов
Балашовский институт (филиал) Саратовского госуниверситета им. Н.Г. Чернышевского
Поступила в редакцию 11.02.2014
С использованием современных экоаналитических и статистических методов проанализированы показатели накопления тяжелых металлов в биомассе листьев древесных растений, произрастающих на городских территориях с различным уровнем транспортной нагрузки на окружающую среду. Установлена прямая корреляционная зависимость содержания тяжелых металлов в образцах листьев от интенсивности движения автотранспорта.
Ключевые слова: химическое загрязнение, листья, автотранспортная нагрузка, коэффициент корреляции.
Введение
Загрязнение объектов окружающей среды тяжелыми металлами (ТМ) в процессе техногенеза является одной из наиболее значимых экологических проблем современности [1, 2]. В условиях Поволжья данная проблема обусловлена рядом причин: относительным восстановлением промышленного потенциала, развитием топливно-энергетического комплекса, существенным повышением количества автотранспортных средств, а также реконструкцией и совершенствованием транспортных развязок. В Саратовской области экологическое состояние окружающей среды вызывает тревогу и оценивается как кризисное. В малых городах субъекта важнейшим источником загрязнения атмосферного воздуха и земель является автотранспорт. В г. Балашове доля автотранспорта в суммарном химическом загрязнении окружающей среды достигает 61.8% [3].
ТМ антропогенной природы оказывают на живые системы разнообразные негативные, часто необратимые воздействия, проявляющиеся в коренной перестройке круговоротов химических веществ в естественных и рукотворных биогеоценозах, изменении биохимии клеток и нарушении метаболических функций у живых организмов, развитии у них различных патологических реакций [4, 5].
В ранних публикациях указывалось, что городская среда региона подвержена мощному прессингу в результате загрязнения ТМ [6, 7]. К числу приоритетных металлов-загрязнителей окружающей среды в городах Саратовской области относятся свинец, цинк и медь [8].
Рассмотрение вопроса о загрязнении древесных растений-озеленителей городских территорий региона ТМ является актуальным, т.к. данные растения выполняют природоохранные функции и характеризуются высокой значимостью в поддержании экологической устойчивости урбосистем.
Методика эксперимента
Взятие образцов листьев для дальнейших лабораторных исследований с модельных древесных растений в средневозрастной генеративной стадии онтогенеза, в «хорошем» или «удовлетворительном» жизненном состоянии проводилось по общепринятым методикам [9— 11] на учетных площадях, заложенных в микрорайонах г. Балашова, с различной интенсивностью движения автомобилей.
Модельными видами растений служили: Pi-nus sylvestris L., Betula pendula Roth, Robinia pseudoacacia L., Acer platanoides L., Tilia platyphyllos Scop., произрастающие в составе насаждений различного целевого назначения. Фоном служил участок пойменной дубравы в районе с. Пады Балашовского района с минимальной автотранспортной нагрузкой (единичное движение транспорта), удаленный на 30 км от города. Аналитические исследования содержания катионов ТМ в образцах фитомассы листьев, собранных с учетных площадок, выполнялись посредством атомно-абсорбционной спектрометрии [12, 13].
Полученные результаты обработаны методами математической статистики [14, 15] с использованием средств пакета Microsoft Excel-2010.
Таблица 1
Расчет достоверности превышения в 2013 г. к 2011 г. значений
интенсивности движения ТС и силы их корреляционной связи__
№ уч. пл. Число ТС / час в 2011 г. (M]±mj), мг/кг (х) Число ТС / час в 2013 г. (М2±т2), мг/кг (у) Табличные значения f-критерия Расчетные значения f-критерия х2 у2 ху
1 678.3±19.2 769.7±21.2 2.179 3.20 460091 592438 522088
2 523.5±16.3 596.2±22.4 2.179 2.62 274052 355454 312111
3 443.2±11.9 490.4±15.3 2.179 2.44 196426 240492 217345
4 301.4±9.4 410.5±12.7 2.179 6.90 90842 168510 123725
5 197.5±9.1 234.2±10.5 2.179 2.64 39006.3 54849.6 46254.5
6 409.8±18.3 547.5±16.2 2.179 5.63 167936 299756 224366
7 266.1±11.8 345.8±15.4 2.179 4.11 70809.2 119578 92017.4
8 122.4±5.3 195.9±6.7 2.179 8.60 14981.8 38376.8 23978.2
9 167.7±7.5 191.3±4.6 2.179 2.68 28123.3 36595.7 32081
10 83.6±3.9 126.5±4.4 2.179 7.30 6988.96 16002.3 10575.4
Фон 57.5±2.7 68.7±3.1 2.179 2.65 3306.25 4678.56 3933
p < 0.05, r = +0.99
Свинец,
Рис. 1. Динамика накопления свинца листьями учетных растений
Интенсивность движения транспортных средств (ТС) регистрировалась в середине августа 2011-2013 гг. за один день семикратно, то есть через каждые два часа с 8 до 20 часов по московскому времени (время одного наблюдения 20 минут); она пересчитана на один час [16].
Результаты и их обсуждение
В период с 2011 по 2013 гг. выявлено увеличение интенсивности движения ТС, что связано с ростом общего количества частных автомобилей в г. Балашове и Балашовском районе.
Средние арифметические значения результатов регистрации ТС в местах расположения учетных площадей, ошибки средних арифметических, а также расчетные и табличные величины ¿-критерия Стьюдента отражены в табл. 1.
Из табл. 1 следует, что количество ТС за период регистрации в 2013 г. во всех вариантах достоверно выше количества ТС за аналогичный период в 2011 г., о чем свидетельствуют расчетные значения ¿-критерия Стьюдента, пре-
восходящие табличные величины данного показателя в доверительном интервале Р = 95% и при числе степеней свободы v = 7 + 7 - 2 = 12.
Средние арифметические значения количества учтенных ТС по рассматриваемым вариантам в 2011 и в 2013 гг. тесно коррелируют между собой: r = 0.99 (табл. 1).
По средним арифметическим значениям результатов лабораторных анализов содержания ТМ в собранных образцах листьев построены соответствующие графики годовой динамики их биоаккумуляции дифференцированно загрязнителям, видам растений и временным интервалам исследований. Выявлена устойчивая ежегодная динамика увеличения концентраций ТМ в биомассе листьев древесных насаждений. Максимальные количества свинца накапливаются в листьях A. platanoides L. и T. platyphyllos Scop., минимальные - в листьях P. sylvestris L. (рис. 1).
К высокому загрязнению улиц и газонов цинком наименее устойчивы B. pendula Roth, R. pseudoacacia L. и T. platyphyllos Scop. Об этом свидетельствует ежегодная интенсификация
Цинк, мг/кг
Рис. 2. Динамика накопления цинка листьями учетных растений
Медь мг/кг
Рис. 3. Динамика накопления меди листьями учетных растений
Таблица 2
№ уч. пл. Число ТС в 2013 г. Свинец (М±ш), мг/кг Цинк (М±от), мг/кг Медь (М±от), мг/кг
1 769.7 0.87±0.032 95.4±2.5 48.3±1.4
2 596.2 0.93±0.029 77.7±2.8 35.1±1.2
3 490.4 0.80±0.023 70.6±2.1 36.7±1.5
4 410.5 0.69±0.015 76.8±2.4 27.0±0.8
5 234.2 0.52±0.012 82.5±3.9 20.9±0.5
6 547.5 0.85±0.026 99.7±2.7 20.4±0.4
7 345.8 0.66±0.021 85.1±1.8 14.5±0.6
8 195.9 0.40±0.013 58.7±1.4 13.9±0.3
9 191.3 0.39±0.014 40.3±0.9 18.6±0.7
10 126.5 0.34±0.012 32.8±1.1 19.1±0.9
Фон 68.4 0.42±0.015 47.4±1.3 19.1±0.6
ПДК - 0.5 134.0 20.0
p < 0.05
аккумуляции данного элемента в листьях данных растений (рис. 2).
Медь наиболее активно концентрируется в биомассе листьев B. pendula Roth, A. platanoides L., T. platyphyllos Scop. Установлена ежегодная тенденция к усилению прессинга указанного загрязнителя на древесные растения (рис. 3).
Мониторинг содержания ТМ в листьях древесных растений показал, что на учетных площадях с высокой автотранспортной нагрузкой
на окружающую среду (№»№ 1-4, 6, 7) выявлены более высокие показатели средних арифметических значений концентраций токсикантов по сравнению с участками с меньшей транспортной нагрузкой (№»№ 5, 8, 9, 10), что представлено на табл. 2.
На участках с интенсивным автомобильным движением (№№ 1-6) наблюдается превышение ПДК по свинцу и меди. Максимальные концентрации ТМ в объектах исследований установле-
Таблица 3
Анализ корреляционной зависимости концентраций ТМ от числа автомобилей
№ уч. пл. Число ТС в 2013 г. Значение коэффициента корреляции (г)
свинец цинк медь
1 769.7 0.984 0.915 0.965
2 596.2 0.994 0.929 0.975
3 490.4 0.970 0.903 0.951
4 410.5 0.957 0.898 0.986
5 234.2 0.940 0.674 0.886
6 547.5 0.971 0.916 0.977
7 345.8 0.867 0.858 0.906
8 195.9 0.839 0.679 0.72
9 191.3 0.896 0.689 0.70
10 126.5 0.746 0.682 0.698
Фон 68.4 0.691 0.746 0.625
ны для растений, произрастающих на учетных площадях №№ 1 и 2 с интенсивностью ТС, соответственно, 769.7±21.2 и 596.2±22.4 автомобилей в час. Средние арифметические результаты мониторинга ТМ в листьях древесных растений, произрастающих на учетных площадках №№ 8-10, а также в условиях фона, ПДК достоверно не превышали.
В табл. 3 приведен корреляционный анализ силы связи интенсивности ТС с концентрациями антропогенных ТМ в биомассе листьев древесных растений. Тесная положительная взаимосвязь выявлена для концентраций ТМ в пределах участков с высокой автотранспортной нагрузкой (№№ 1-4, 6, 7): около 0.9 или более 0.9 (при интенсивности 769.7±21.2; 596.2±22.4; 490.4± 15.3; 547.5±16.2 и 345.8±15.4 ТС / час).
По мере снижения транспортной нагрузки на окружающую среду (до 195.9±6.7; 191.3±4.6; 126.5±4.4 и 68.7±3.1 ТС / час) постепенно сокращаются объемы накопления ТМ в листьях деревьев и, соответственно, снижается корреляционная зависимость между этими параметрами.
Для данных участков коэффициенты корреляции показывают среднюю положительную корреляцию содержания ТМ в объектах исследований с количеством ТС.
Заключение
В начале и в конце наблюдений достоверность различий средних арифметических значений количества учтенного транспорта в г. Балашове Саратовской области обеспечена при 95%-ном уровне значимости высокими расчетными значениями ¿-критерия Стьюдента, превосходящими его табличные величины, а также показателями точности опыта ниже 5%.
За период мониторинговых исследований при повышении интенсивности движения ТС в районе исследований отмечен устойчивый рост
концентраций свинца, цинка и меди в листьях древесных растений.
Подтверждают данную зависимость вычисленные коэффициенты корреляции, свидетельствующие о тесной положительной связи между данными параметрами. Таким образом, автотранспорт в пределах г. Балашова оказывает непосредственное угнетающее влияние на древесные насаждения, способствуя загрязнению их тяжелыми металлами.
Список литературы
1. Ревич Б.А. «Горячие» точки химического загрязнения окружающей среды и здоровье населения в городах России // В кн.: Россия в окружающем мире: 2006 (Аналитический ежегодник) / Под общ. ред. Н.Н. Марфенина, С.А. Степанова. М.: МНЭПУ, Авант, 2007. С. 108-148.
2. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2012 году». М.: Минприроды России, 2013. 483 с.
3. О состоянии и об охране окружающей среды Саратовской области в 2012 году. Саратов: Комитет охраны окружающей среды и природопользования Саратовской обл., 2013. 224 с.
4. Ильин В. Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение. Новосибирск: Наука, 1991. 152 с.
5. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. М.: Мир, 1989. 439 с.
6. Ларионов М.В., Смирнова ЕБ., Бурдин М.В. Деградация окружающей среды в зоне влияния техногенных и сельскохозяйственных объектов // Изв. Самарского научного центра РАН. 2011. Т. 13 (39). № 1 (6). С. 1347-1349.
7. Ларионов М. В., Ларионов Н. В. Содержание техногенных тяжелых металлов в приземном слое воздуха урбанизированных территорий Поволжья // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 2. иКЬ: http://www.science-education.ru/102-6063 (дата обращения: 24.04.2012).
8. Ларионов М.В. Особенности накопления техногенных тяжелых металлов в почвах городов Среднего и Нижнего Поволжья // Вестник Томского государственного университета. 2013. № 368. С. 189-194.
9. Алексеенко В.А. Геохимия ландшафта и окружающая среда. М.: Наука, 1990. 142 с.
10. Бухарина И.Л., Двоеглазова А.А. Биоэкологические особенности травянистых и древесных растений в городских насаждениях: Монография. Ижевск: Удмуртский университет, 2010. 184 с.
11. Методические рекомендации по проведению полевых и лабораторных исследований почв и растений при контроле загрязнения окружающей среды металлами / Под ред. Н.Г. Зырина, С.Г. Малахова. М.: Гидрометеоиздат, 1981. 109 с.
12. Методические указания по определению микроэлементов в почвах, кормах и растениях методом
атомно-абсорбционной спектроскопии. М.: ЦИНАО, 1985. С. 30-31.
13. Отто М. Современные методы аналитической химии / Пер. с нем. М.: Техносфера, 2006. 552 с.
14. Пузаченко Ю.Г. Математические методы в экологических и географических исследованиях. М.: Академия, 2004. 416 с.
15. Любимов В.Б., Балина К.В. Математические методы и их практическое применение в экологических исследованиях. Брянск: Изд-во БГУ, 2010. 175 с.
16. Назаров Ю.В. Экологическое состояние урбанизированных территорий Балашовского района и их защита от негативного влияния автотранспорта. Дис. ... канд. биол. наук. Балашов: СГУ, 2006. 217 с.
ACCUMULATION OF HEAVY METALS IN WOODY PLANTS AS DEPENDENT ON MOTOR TRANSPORT LOAD
M.V. Larionov
The indicators of heavy metal accumulation in leaf biomass of woody plants growing in urban areas with different levels of motor transport load on the environment are analyzed using modern ecoanalytical and statistical methods. A direct correlation has been established between heavy metal content in leaf samples and the level of traffic intensity.
Keywords: chemical pollution, leaves, motor transport load, correlation coefficient.
References
1. Revich B.A. «Goryachie» tochki himicheskogo za-gryazneniya okruzhayushchej sredy i zdorov'e nasele-niya v gorodah Rossii // V kn.: Rossiya v okruzhayush-chem mire: 2006 (Analiticheskij ezhegodnik) / Pod ob-shch. red. N.N. Marfenina, S.A. Stepanova. M.: MNEH-PU, Avant, 2007. S. 108-148.
2. Gosudarstvennyj doklad «O sostoyanii i ob ohrane okruzhayushchej sredy Rossijskoj Federacii v 2012 godu». M.: Minprirody Rossii, 2013. 483 s.
3. O sostoyanii i ob ohrane okruzhayushchej sredy Saratovskoj oblasti v 2012 godu. Saratov: Komitet ohrany okruzhayushchej sredy i prirodopol'zovaniya Saratovskoj obl., 2013. 224 s.
4. Il'in V.B. Tyazhelye metally v sisteme pochva-rastenie. Novosibirsk: Nauka, 1991. 152 s.
5. Kabata-Pendias A., Pendias H. Mikroehlementy v pochvah i rasteniyah. M.: Mir, 1989. 439 s.
6. Larionov M.V., Smirnova E.B., Burdin M.V. Degradaciya okruzhayushchej sredy v zone vliyaniya tekhnogennyh i sel'skohozyajstvennyh ob"ektov // Izv. Samarskogo nauchnogo centra RAN. 2011. T. 13 (39). № 1 (6). S. 1347-1349.
7. Larionov M.V., Larionov N.V. Soderzhanie tekhnogennyh tyazhelyh metallov v prizemnom sloe vozduha urbanizirovannyh territorij Povolzh'ya // Sov-remennye problemy nauki i obrazovaniya. 2012. № 2. URL: http://www.science-education.ru/102-6063 (data obrashcheniya: 24.04.2012).
8. Larionov M.V. Osobennosti nakopleniya tekhnogennyh tyazhelyh metallov v pochvah gorodov Srednego i Nizhnego Povolzh'ya // Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. 2013. № 368. S. 189194.
9. Alekseenko V.A. Geohimiya landshafta i okru-zhayushchaya sreda. M.: Nauka, 1990. 142 s.
10. Buharina I.L., Dvoeglazova A.A. Bioehko-logicheskie osobennosti travyanistyh i drevesnyh rastenij v gorodskih nasazhdeniyah: Monografiya. Izhevsk: Ud-murtskij universitet, 2010. 184 s.
11. Metodicheskie rekomendacii po provedeniyu polevyh i laboratornyh issledovanij pochv i rastenij pri kontrole zagryazneniya okruzhayushchej sredy metallami / Pod red. N.G. Zyrina, S.G. Malahova. M.: Gidrome-teoizdat, 1981. 109 s.
12. Metodicheskie ukazaniya po opredeleniyu mikroehlementov v pochvah, kormah i rasteniyah metodom atomno-absorbcionnoj spektroskopii. M.: CINAO, 1985. S. 30-31.
13. Otto M. Sovremennye metody analiticheskoj himii / Per. s nem. M.: Tekhnosfera, 2006. 552 c.
14. Puzachenko Yu.G. Matematicheskie metody v ehkologicheskih i geograficheskih issledovaniyah. M.: Akademiya, 2004. 416 s.
15. Lyubimov V.B., Balina K.V. Matematicheskie metody i ih prakticheskoe primenenie v ehkologicheskih issledovaniyah. Bryansk: Izd-vo BGU, 2010. 175 s.
16. Nazarov Yu.V. Ehkologicheskoe sostoyanie ur-banizirovannyh territorij Balashovskogo rajona i ih zash-chita ot negativnogo vliyaniya avtotransporta. Dis. ...
каЫ. Ъю1. паик. Ва^оу: 80И, 2006. 217 s.
