CC BY
73
БІЯЛАГІЧНЫЯ НАВУКІ
3
Б І Я Л А Г І Ч Н Ы Я Н А В У К І
УДК 631.5/9:635.1/8:634:628.5
С. С. Позняк
НАКОПЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В РАСТИТЕЛЬНОСТИ ОВОЩНЫХ АГРОФИТОЦЕНОЗОВ В УСЛОВИЯХ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА
Проведенные исследования по изучению загрязненности растений, произрастающих в овощных агрофитоценозах в непосредственной близости от промышленных предприятий, позволили впервые выявить виды и семейства растений, которые накапливают в повышенных количествах тяжелые металлы. Установлено, что дикорастущие сорные растения, находящиеся в условиях техногенного воздействия крупного промышленного центра, обладают более высокими адаптационными способностями к приоритетным загрязнителям, по сравнению с культурными растениями, которые выращиваются человеком.
Введение
Уровень химического загрязнения почв является индикатором неблагоприятного воздействия экзогенных химических веществ на здоровье населения. Показателем уровня загрязненности почв являются: коэффициент концентрации химического вещества (Кс) и суммарный показатель загрязнения (Z^, который характеризует эффект воздействия ассоциации химических элементов при полиэлементном загрязнении. По суммарному коэффициенту загрязнения разработана оценочная шкала опасности загрязнения почв, в соответствии с которой загрязнение почв делится на четыре категории: допустимое - 2с менее 16, умеренно опасное -16-32, опасное - 32-128, чрезвычайно опасное - более 128 [1], [2].
Овощные агрофитоценозы в условиях техногенного загрязнения требуют особого внимания, поскольку выращиваемая в них продукция непосредственно используется для приготовления пищи. Результаты многочисленных исследований свидетельствуют о высокой концентрации тяжелых металлов в овощах, выращенных в загрязненных районах. Большой интерес представляет обсуждение в литературных источниках уровня содержания тяжелых металлов в овощных растениях и картофеле.
В опытах, проведенных западногерманскими учеными, выявлено повышенное содержание тяжелых металлов в «листовых» овощах Баварии по сравнению с культурами, у которых в пищу употребляются корне(клубне)плоды [3]. Особенно это свойственно салату кочанному и шпинату. Аналогичные закономерности распределения тяжелых металлов в различных частях овощных растений и картофеля (в листьях и стеблях больше, чем в корне- и клубнеплодах и плодах) получены в опытах, проведенных на незагрязненных почвах Западной Сибири [4]. Помимо овощных культур, научный и практический интерес представляет накопление тяжелых металлов в кормовых культурах, например в некоторых исследованиях в пастбищных травостоях содержались тяжелые металлы (в мг/кг сух. в-ва): Mn - 220, Sr - 28, Zn - 25, Ti - 7,4, Cu - 4,5, Ni - 1,5, Pb - 1,2, Mo - 0,43, Cr - 0,37, Sn - <0,3, V - 0,26, Co - 0,11, Ag - 0,04 [3]. Для некоторых тяжелых маталлов установлены нормативы предельно допустимых концентраций, в том числе и в овощной продукции. Нормативы ПДК в овощах установлены для меди, свинца, цинка, хрома и никеля. ПДКпр Cu составляет 5,0 мг/кг, Pb - 0,5, Zn - 10,0, Cr - 0,2 и Ni - 0,5 мг/кг [5].
Общеизвестен тот факт, что городские условия характеризуются сильным загрязнением воздуха и почвы одновременно, поэтому в черте города, а также недалеко от транспортных магистралей овощи выращивать нельзя. Как исключение, возможно выращивание овощей в контейнерах с использованием чистой почвенной смеси на балконах и крышах домов. В реальных же условиях, особенно в черте индивидуальной жилой застройки, наиболее интенсивно развивающейся в настоящее время, в собственность застройщиков передаются значительные площади земельных участков для выращивания овощных культур для собственного потребления.
4
ВЕСНІК МДПУ імя І. П. ШАМЯКІНА
Владельцы приусадебных участков пытаются возделывать культуры без применения химических средств, наивно полагая, что в этом случае они получат экологически чистую продукцию, поскольку в качестве органического удобрения используется сорная растительность, выращенная на собственном участке и превращенная в перегной.
Объект исследований - овощные фитоценозы в условиях техногенного загрязнения. Предмет исследований - причинно-следственные связи в системе «атмосферные выпадения-почва-растение». Методы исследований - полевые и лабораторные эксперименты, химические анализы, статистическая обработка.
Целью исследований являлось теоретическое обоснование специфики техногенной загрязненности растительности овощных агрофитоценозов в зоне воздействия крупных промышленных центров с выявлением ее связи с почвенными условиями и видами растений.
Результаты исследования и их обсуждение
В результате ранее проведенных нами исследований по определению суммарного уровня загрязнения почвенного покрова сельскохозяйственных угодий, находящихся в зоне воздействия РУП «Белорусский автомобильный завод» и РУП «Кузнечный завод тяжелых штамповок», по девяти основным элементам-загрязнителям (марганец, медь, цинк, цирконий, хром, кобальт, олово, свинец и никель) установлен показатель Кс, который рассчитывался по отношению к региональному кларку по формуле:
Zc = (KcMn + KcCu + Rdn + Ксіт + KcCr + KcCo + KcSn + KcPb + КсМ) - 8. (1)
По результатам поэлементного обследования элементарных участков, на которых размещались овощные агрофитоценозы, нами рассчитаны значения Zc, а опасность загрязнения почв определена по оценочной шкале (таблица 1). К аномальным были отнесены концентрации, которые в 1,5 раза и более превышают кларки [6]. Установлено, что территория пробных площадок № 9 и № 12, расположенных на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве в непосредственной близости от КЗТШ - предприятия машиностроительного комплекса с металлургическим производством, относится по опасности загрязнения почв к умеренной категории с наличием контрастной педогеохимической аномалии по кобальту.
Таблица 1 - Суммарное загрязнение почв сельскохозяйственных угодий, мг/кг
Пробные площадки Коэффициент концентрации химического элемента Zc
Mn Cu Zn Zr Cr Co Sn Pb Ni
Региональный кларк 247 13 35 336 36 6 1 12 20
6 1,34 0,66 0,39 0,50 0,79 10,7 1,56 1,28 0,28 9
7 1,16 0,71 0,35 0,30 0,72 8,78 3,33 0,84 0,16 8
8 1,25 0,94 0,42 0,27 1,10 8,03 1,49 1,05 0,25 6
9 1,52 2,25 0,87 0,61 0,86 14,4 3,38 1,36 0,24 17
12 2,63 0,69 0,81 0,44 0,94 15,8 3,56 1,88 0,37 19
17 0,96 4,48 0,48 0,47 0,71 8,90 4,36 1,04 0,35 13
В исследованиях также было выявлено наличие точечной геохимической аномалии по меди в районе пробной площадки № 17, хотя опасность загрязнения почвы в данном месте классифицировалась как допустимая. Проведенные исследования показали, что по степени загрязнения почв элементами-загрязнителями наиболее неблагополучными в санитарногигиеническом отношении являются центр города, а также западное направление, где в результате атмосферных выпадений поллютантов и интенсивной сельскохозяйственной деятельности сформировалась низкоконтрастная педогеохимическая аномалия, включающая свинец, медь, хром, кобальт и имеющая радиус около 10 км (рисунок 1).
БІЯЛАГІЧНЫЯ НАВУКІ
5
Пробные площадки: 1 - на СВ от д. Присынок; 2 - на З от д. Плисса; 3 - на С от д. Черный Лес, справа; 4 - на В от д. Калюжки; 5 - на ЮЗ от д. Барсуки; 6 - на СВ от д. Яловица; 7 - г. Жодино, около костела; 8 - г. Жодино, водозабор «Северный»; 9 - г. Жодино, напротив КЗТШ;
10 - на СВ от г. Жодино, направление на г. Борисов; 11 - д. Белая Лужа, полигон ТБО;
12 - напротив ГРЭС, г. Жодино; 13 - д. Будагово, южная окраина;
14 - центр г. Жодино, земли ЖСК «Венисье»; 15 - на З от д. Новые грядки; 16 - д. Перемежное;
17 - на В от д. Барсуки; 18 - перед лесом н. п. Зеленый Бор; 19 - на В от д. Приборье;
20 - на С от п. Дорожный; 21 - на СВ от п. Дорожный; 22 - на ЮВ от п. Дорожный Рисунок 1 - Карта-схема геохимических аномалий тяжелых металлов
Обращает на себя особое внимание тот факт, что, несмотря на господство западных ветров, наибольшее количество поллютантов в почве накопилось именно на западе от городской черты, хотя теоретически аномальные зоны должны были находиться на востоке. Это свидетельствует о том, что загрязнение сельскохозяйственных земель в зоне воздействия крупного промышленного центра в большей степени обусловливается условиями и технологией ведения сельскохозяйственного производства, чем выбросами в атмосферу загрязняющих веществ промышленных предприятий. Интенсивные технологии выращивания культурных растений и содержания скота требуют применения высоких доз органических и минеральных удобрений, химических средств защиты на больших площадях, что приводит к существенному загрязнению именно сельскохозяйственных угодий. Промышленные предприятия, которые являются хотя и крупными, но точечными источниками загрязнения, оказывают влияние лишь на прямой или трансграничный дополнительный приток тяжелых металлов и других загрязнителей.
6
ВЕСНІК МДПУ імя І. П. ШАМЯКІНА
В настоящее время отсутствует опубликованная информация о загрязненности растений, произрастающих в овощных агрофитоценозах в непосредственной близости от промышленных предприятий. Для того чтобы восполнить этот пробел, в течение 2006-2008 годов на окультуренной автоморфной дерново-подзолистой легкосуглинистой почве нами проводились исследования по изучению интенсивности накопления тяжелых металлов в растительности овощного агрофитоценоза в существующих границах города Жодино по проспекту Венисье.
Овощной агрофитоценоз был представлен следующими видами растений: сорные растения -мокрица средняя, клевер луговой, ромашка непахучая, горец вьюнковый, полынь обыкновенная, пырей ползучий, одуванчик лекарственный, мятлик луговой, бодяк полевой, марь белая, пикульник обыкновенный, подорожник большой и культурные растения - редис посевной, хрен обыкновенный, томат обыкновенный, морковь посевная, укроп пахучий и свекла столовая.
В результате проведенных исследований установлено, что по величине накопления тяжелых металлов меди, цинка и хрома существуют значительные различия между дикорастущими и культурными растениями овощного фитоценоза (рисунок 2). Содержание этих элементов в дикорастущих сорных растениях находилось в пределах колебаний их нормальных концентраций.
Среднее содержание меди в растениях овощного фитоценоза
35
30
25
20
15
10
5
0
■
1.1 ■ 1 1.1
111 -11111.1 1 1
1111 1N 111111 ■ 1 ■ ■ 111
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Среднее содержание цинка в растениях овощного фитоценоза 30
30 г
25
20
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Среднее содержание хрома в растениях овощного фитоценоза
_ ■ | ■ —11
l.hIi-IiIiI •I ■ ■ 1 ■ 1
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
14
12
10
4
2
3
4
5
6
7
8
9
1 - мокрица средняя, 2 - клевер луговой, 3 - ромашка непахучая, 4 - горец вьюнковый,
5 - полынь обыкновенная, 6 - пырей ползучий, 7 - одуванчик лекарственный, 8 - мятлик луговой, 9 - бодяк полевой, 10 - редис посевной, 11 - марь белая, 12 - хрен обыкновенный,
13 - пикульник обыкновенный, 14 - подорожник большой, 15 - томат съедобный (листья),
16 - томат съедобный (плоды), 17 - морковь посевная (ботва), 18 - морковь посевная (корнеплоды), 19 - укроп пахучий, 20 - свёкла столовая (листья), 21 - свёкла столовая (корнеплоды) Рисунок 2 - Среднее содержание ТМ в растениях овощного фитоценоза
БІЯЛАГІЧНЫЯ НАВУКІ
7
Овощные растения: редис посевной, хрен обыкновенный, томат обыкновеный и укроп пахучий - накапливали медь в концентрациях 7,38; 5,95; 10,2 и 13,0 мг/кг соответственно, что превышало установленную ПДК (5,0 мг/кг). Содержание цинка в редисе посевном составляло 16,7 мг/кг, укропе пахучем - 13,3 и корнеплодах свеклы столовой - 10,6 мг/кг, что также превышало уровень ПДК (10,0 мг/кг). Наиболее серьезную опасность с точки зрения величины и последствий загрязнения овощной продукции представляет хром, поскольку в загрязненных регионах усиливается его передвижение в пищевой цепи: почва - растение - животное - человек. Содержание хрома в редисе посевном составляло 6,97 мг/кг, в хрене обыкновенном - 3,59, в томате обыкновенном -7,60, моркови посевной - 1,71, укропе пахучем - 5,45 и в корнеплодах столовой свеклы -6,88 мг/кг, что превышало установленный уровень ПДК в 8,55-38 раз (0,2 мг/кг).
Аналогичная картина прослеживается и по накоплению свинца, кобальта и никеля дикорастущими и культурными растениями овощного фитоценоза (рисунок 3).
Среднее содержание свинца в растениях овощного фитоценоза
1 2 3 4 6 9 10 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Среднее содержание кобальта в растениях овощного фитоценоза
16 17 18 20 21
Среднее содержание никеля в растениях овощного фитоценоза
1 - мокрица средняя, 2 - клевер луговой, 3 - ромашка непахучая, 4 - горец вьюнковый,
5 - полынь обыкновенная, 6 - пырей ползучий, 7 - одуванчик лекарственный, 8 - мятлик луговой, 9 - бодяк полевой, 10 - редис посевной, 11 - марь белая, 12 - хрен обыкновенный,
13 - пикульник обыкновенный, 14 - подорожник большой, 15 - томат съедобный (листья),
16 - томат съедобный (плоды), 17 - морковь посевная (ботва), 18 - морковь посевная (корнеплоды), 19 - укроп пахучий, 20 - свёкла столовая (листья), 21 - свёкла столовая (корнеплоды) Рисунок 3 - Среднее содержание ТМ в растениях овощного фитоценоза
8
ВЕСНІК МДПУ імя І. П. ШАМЯКІНА
Содержание элементов в дикорастущих растениях находилось в пределах колебаний их нормальных концентраций. В то же время содержание свинца в корнеплодах моркови посевной (0,52 мг/кг), в укропе пахучем (1,07 мг/кг) и в молодых листьях свеклы столовой (0,50 мг/кг) находилось в пределах ПДК (0,5 мг/кг) или несколько выше. В результате исследований установлено также, что содержание никеля в овощных растениях вызывает серьезную озабоченность, поскольку концентрация элемента в редисе посевном составляла 2,97 мг/кг, в укропе пахучем -18,6 и в корнеплодах свеклы столовой - 4,99 мг/кг, что превышает установленный уровень ПДК в овощах в 5,94-37,2 раза (0,5 мг/кг).
Выводы
Полученные результаты свидетельствуют, что дикорастущие сорные растения в условиях техногенного воздействия крупного промышленного центра обладают более высокими адаптационными способностями к приоритетным загрязнителям, по сравнению с культурными растениями, которые выращиваются человеком.
Особенно актуальным это становится при выращивании продукции овощеводства на приусадебных участках и в пригородных хозяйствах, находящихся в зоне воздействия промышленных предприятий и испытывающих прямое влияние атмосферных выпадений загрязнителей. Поскольку на личных приусадебных участках использование химических средств защиты растений сведено до минимума, именно атмосферные выпадения загрязнителей играют наиболее существенную роль в загрязнении овощной продукции тяжелыми металлами и другими поллютантами.
Повышенное содержание тяжелых металлов в овощных культурах, выявленное в ходе наших исследований, требует принятия неотложных мер по снижению их поступления в растения.
Для некоторых сорных растений, произрастающих в овощных агрофитоценозах и относящихся к наиболее распространенным в Центральной зоне Республики Беларусь видам, -полынь обыкновенная, одуванчик лекарственный, ромашка непахучая, бодяк полевой -отмечалась большая разница между минимальным и максимальным значениями содержания химических элементов, что является подтверждением предположения о том, что чем больше микроэлементов с широким интервалом концентраций сочетаются в одном растении, тем больше экологическая амплитуда произрастания данного растения и, как следствие, выше его адаптационные способности в условиях техногенного загрязнения.
Литература
1. Мониторинг и использование земельных ресурсов : учеб. пособие / С. Е. Головатый [и др.]. -Минск : МГЭУ им. А. Д. Сахарова, 2009. - 149 с.
2. Инструкция 2.1.7.11-12-5-2004. Гигиеническая оценка почвы населенных мест : утв. М-вом здравоохранения РБ. - Минск, 2004. - 39 с.
3. Fritz, D. Schwermetallgehalte in einigen Gemusearten / D. Fritz, M. Foroughi, F. Venter // Landwirtschaftliche Forschung. - 1976. - S.-H. 33. - S. 335-345.
4. Ильин, В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение / В. Б. Ильин. - Новосибирск : Наука. Сибирское отделение, 1991. - 151 с.
5. СанПиН 11-63 РБ 98. Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов / Минздрав РБ. - Минск, 2005. - 168 с.
6. Тяжелые металлы в системе почва-растение-удобрение. - М.: Пролетарский светоч, 1997. - 290 с.
Summary
Carried out research on the investigation of pollution of plants growing in vegetable agrophytocenosis in vicinity of industrial enterprises enabled to determine species and families of plants which accumulate increased amounts of heavy metals for the first time. Wild weeds formed in conditions of anthropogenic impact of the big industrial center exhibit higher adaptability to priority pollutants compared to artificially cultivated plants it was determined.
Поступила в редакцию 17.09.2010
