Научная статья на тему 'Особенности накопления тяжелых металлов в исследуемых растительных сообществах, развивающихся в зоне промпредприятий Орско-Новотроицкого промузла'

Особенности накопления тяжелых металлов в исследуемых растительных сообществах, развивающихся в зоне промпредприятий Орско-Новотроицкого промузла Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

CC BY
137
43
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ / ПРОМУЗЕЛ / РАСТИТЕЛЬНЫЕ СООБЩЕСТВА / ВЕГЕТАЦИОННЫЙ ПЕРИОД / СТЕПНОЙ КОМПЛЕКС / ДЕДУКЦИОННО-ИНДУКЦИОННЫЙ ПОДХОД / ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ. / HEAVY METALS / INDUSTRIAL COMPLEX / PLANTS ASSOCIATIONS / VEGETATIVE PERIOD / STEPPE COMPLEX / DEDUCTIVE INDUCTIVE APPROACH / MAXIMUM ADMISSIBLE CONCENTRATION

Аннотация научной статьи по биологическим наукам, автор научной работы — Чикенева Ирина Валерьевна, Кин Наталия Олеговна

Окружающая среда на территории Орско-Новотроицкого промузла характеризуется как зона со сложной экологической обстановкой. В связи с этим важным является исследование здесь современного состояния степных ландшафтов этой территории. Выявлены и рассмотрены особенности накопления тяжелых металлов растительными сообществами под воздействием Орско-Новотроицкого промузла.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Peculiarities of Heavy Metals Accumulation in Plant Associations Growing in the Zone of Industrial Enterprises of the Orsk-Novotroitsk Industrial ComplexUrals Department the Institute of Steppes, RAS

The environmental conditions on the territory of the OrskNovotroitsk industrial complex can be characterized as the zone of complicated environmental situation. Hence the problem of investigating the present-day state of steppe landscapes in the above zone is considered to be an extremely urgent one. Specific conditions of heavy metals accumulation by plants associations being exposed to the Orsk-Novotroitsk industrial complex pollution are considered.

Текст научной работы на тему «Особенности накопления тяжелых металлов в исследуемых растительных сообществах, развивающихся в зоне промпредприятий Орско-Новотроицкого промузла»

Особенности накопления тяжелых металлов в исследуемых растительных сообществах, развивающихся в зоне промпредприятий Орско-Новотроицкого промузла

И.В. Чикенева, аспирантка; Н.О. Кин, к.биол.н., Институт степи УрО РАН

Орский внутриобластной экономический район расположен в восточной части Оренбургской области и занимает 31% от ее территории. На его долю приходится 60% промышленного производства области. Преобладающее развитие тяжелой промышленности и ее структура свидетельствуют о том, что район является типично уральским промышленным комплексом. Ядро комплекса образует Орско-Новотроицкий промышленный узел, в состав которого входят города Орск и Новотроицк, а также ряд других небольших населенных пунктов, для которых характерна высокая степень техногенной нагрузки [4].

По данным «Государственного доклада о состоянии окружающей природной среды Оренбургской области» [1], Орско-Новотроицкий промышленный узел является наиболее загряз-

ненной территорией в Оренбургской области. Основу промышленного комплекса составляют 8 крупных предприятий, среди которых: ООО «Уральская сталь» (Орско-Халиловский металлургический комбинат (ОХМК, ОАО НОСТА), ООО «Южуралполиметалл» (ОАО «Южуралникель», ЮУНК)), ОАО «ОРМЕТО-ЮУМЗ» (Южно-Уральский машиностроительный завод), АО «ОНОС» (Орскнефтеоргсинтез), ОАО «Новотроицкий завод хромовых соединений». Основными загрязнителями являются ООО «Уральская сталь» и ООО «Южуралполиметалл». Их выбросы вредных веществ от стационарных источников в целом по области составляют 25,5 и 41,9% соответственно.

Одним из видов химических загрязнений Орско-Новотроицкого промузла являются тяжелые металлы (ТМ), которые оказывают острое токсическое воздействие на живые организмы. При длительном поступлении из стационарных источников их содержание в почвах сопостави-

мо с количеством в естественных геохимических аномалиях или даже превосходит его [3]. Вокруг крупных предприятий образуются зоны с высоким уровнем содержания ТМ в почве и скудной растительностью.

Материалы и методы. Изучение степного комплекса в районе Орско-Новотроицкого промуз-ла велось в период с 2006 по 2007 гг. За исследованные вегетационные периоды (май-сентябрь) была выявлена динамика накопления ТМ в растительных сообществах, развивающихся на территории Орско-Новотроицкого промузла.

Для проведения исследований были выбраны 4 стационарных участка, два из которых находились в непосредственной близости к промышленным предприятиям (№2 и №3), один на удалении в 3 км (№1). Контрольный участок (№4) был заложен в 30 км северо-западнее от промузла (рис. 1).

Рис. 1 - Схема района исследований

Соответственно: участок №1 — это ковыльно-полынково-типчаковое сообщество; №2 — ковыльное; №3 — молочайно-пырейно-житняко-вое; №4 — грудницево-ковыльное сообщество.

Были приняты следующие обозначения: G — зеленая надземная масса, L — подстилка, D — ветошь, R — живые корни, V — мертвые корни, «av» указывает среднее значение за определенный период. Единица измерения запасов и приростов — ц/га. В экосистеме растительное вещество расположено в двух сферах — надземной (ANP) и подземной (BNP), в которых создается чистая первичная продукция [5, 6].

С целью установления влияния промышленного воздействия на растительный покров, на

каждом участке с исследуемого растительного сообщества І раз в месяц (май-сентябрь) отбирали пробы надземных и подземных органов растений для биохимических анализов. В надземной сфере брали зеленую массу, выбирали ветошь и собирали подстилку. В подземной части сообщества выбранные корни делили на живые и мертвые. Минерализация образцов проводилась в соответствии с ГОСТ 26929-94 [2]. В полученных вытяжках определяли содержание тяжелых металлов Zn, Cu, Pb, Cd, Co, Mn, Ni на атомно-адсорбционном спектрофотометре типа С-ІІ5 ТМ в ФГУ ГЦАС «Оренбургский». При анализе накопления и динамики тяжелых металлов использовали дедукционно-индукционный подход. Для определения количественного содержания ТМ было отобрано 252 образца.

Результаты и обсуждение.

Медь. По полученным данным по содержанию Cu в основных блоках исследуемых сообществ очевидно, что большее содержание этого металла, за 2 года исследования (2006—2007 гг.), обнаружено в молочайно-пырейно-житняковом сообществе, составляя 592,1 и 1170,7 мг/кг соответственно. Наиболее активное накопление меди во всех растительных сообществах отмечается в зоне BNP, кроме грудницево-ковыльного сообщества. Здесь в 2006 г. наиболее активное накопление наблюдается в блоке L (8З,З мг/кг). Наименьшее количество меди в 2006 г. накапливается в блоках ковыльно-полынково-типчако-вого сообщества (84,З мг/кг).

Следует отметить, что содержание Cu в 2007 г. в исследуемых сообществах выше по сравнению с предыдущим почти 1,5—2 раза. Только для груд-ницево-ковыльного сообщества эта закономерность не наблюдается, напротив, отмечено снижение содержания Cu по сравнению с 2006 г. в 1,2 раза (141,7 мг/кг).

Цинк. В 2006 г. наибольшее количество Zn адсорбируется в блоках ковыльного сообщества (Lav по блокам — 381,8 мг/кг), а в 2007 г приоритетность накопления отмечается в молочайно-пырей-но-житняковом сообществе (Lav по блокам — 899,5 мг/кг). Наименьшее количество цинка отмечено в

2006 г. в ковыльно-полынково-типчаковом сообществе (Lav по блокам — 175,3 мг/кг), а в 2007 г. на контрольном участке, под грудницево-ковыль-ном сообществом (Lav по блокам — 381,7 мг/кг).

Наиболее активное накопление цинка в исследуемых блоках растительных сообществ отмечается в зоне ANP и приходится на мортмассу (D+L). Исключением является ковыльно-полын-ково-типчаковое сообщество, в котором в 2006 г. наибольшее количество Zn было отмечено в блоке R. Отмечено, что количество Zn в исследуемых блоках в 2007 г. в 2—3,5 (для ковыльно-полынково-типчакового сообщества — в 3,7) раза больше, чем в 2006 г.

Кадмий. Молочайно-пырейно-житняковое сообщество наиболее активно накапливает Cd относительно других исследуемых сообществ. Адсорбирование кадмия различными блоками идет с разной активностью, поэтому сложно привести единую концепцию о приоритетности накопления этого металла какими-либо определенными блоками, но следует отметить высокую активность его накопления в живых блоках сообществ.

По сравнению с 2006 г. в 2007 г. накопление Cd в блоках ковыльно-полынково-типчакового и ковыльного сообщества увеличилось в 1,5— 2 раза (6,8 и 6,7 мг/кг соответственно). Для молочайно-пырейно-житнякового сообщества, напротив, наблюдается некоторое снижение — в 1,3 раза — (9,1 мг/кг). В грудницево-ковыль-ном сообществе ситуация по годам остается практически неизменна (Xav по блокам — 3,0 и 2,9 мг/кг соответственно).

Свинец. Наибольшее количество свинца было накоплено в 2006 г. в блоках ковыльного сообщества (Xav по блокам — 82,3 мг/кг), а в 2007 г.

— ковыльно-полынково-типчакового сообщества (£av по блокам — 156,0 мг/кг). Наименьшее значение по количеству Pb отмечается в грудни-цево-ковыльном сообществе за 2 года исследований (Xav по блокам — 39,6 и 57,4 мг/кг соответственно). Наиболее активное накопление Pb происходит в зоне ANP мортмассой (D, L). Накопление свинца в 2007 г. в исследуемых растительных сообществах в 1,5—3,5 раза больше по сравнению с 2006 г.

Никель. Большое содержание Ni, относительно других ТМ, связано с характерными выбросами ООО «Южуралполиметалл». Молочно-пырейно-житняковое сообщество развивается в непосредственной близости к ООО «Южуралпо-лиметалл» и наиболее активно аккумулирует этот металл в своих блоках. Содержание никеля в этом сообществе составляло в 2006 г. в среднем по блокам 10372,7 мг/к, а в 2007 г. 1<av по блокам

— 66635,1 мг/кг. Наименьшее количество никеля накапливается в грудницево-ковыльном сообществе (Xav по блокам — 366,9 и 587,0 мг/кг соответственно). Разница между накоплением по сравнению с молочайно-пырейно-житняко-вым сообществом составляла в 2006 г. 28,3 раза, а 2007 г. — 113,5 раза.

В ковыльном и ковыльно-полынково-типча-ковом сообществах в 2006 г. накопление Ni наиболее активно в зоне BNP. В 2007 г. наиболее восприимчивой оказалось ковыльно-полынко-во-типчаковое сообщество в зоне ANP, особенно в блоке L (1693,2 мг/кг). Для молочайно-пырей-но-житнякового сообщества отмечено высокое содержание Ni в 2006 г. в мортмассе зоны ANP, а в 2007 г. никель активно поглощался надземными блоками, особенно подстилкой — 32430,6 мг/кг

и фитомассой — 15456,0 мг/кг. Такое активное накопление металла блоком G связано с тем, что в 2007 г. ООО «Южуралполиметалл» работало более интенсивно, что соответственно привело к увеличению промышленных выбросов.

На контрольном участке, где развивается грудницево-ковыльное сообщество, в 2006 г. наиболее восприимчивой к накоплению Ni оказалась ветошь (218,6 мг/кг), а в 2007 г. — фитомасса (350,0 мг/кг).

По сравнению с 2006 г., в 2007 г. накопление Ni в ковыльно-полынково-типчаковом и моло-чайно-пырейно-житняковом сообществах увеличилось в 6 раз, а в ковыльном и грудницево-ковыльном сообществах только в 1,5 раза.

Кобальт. Приоритетность накопления Со за период исследования остается по-прежнему за молочайно-пырейно-житняковым сообществом. Наименьшее количество Со зарегистрировано в ковыльно-полынково-типчаковом сообществе в

2006 г. (Lav по блокам — 25,1 мг/кг), а в 2007 г. в грудницево-ковыльном сообществе (Lav по блокам — 36,5 мг/кг).

В ковыльно-полынково-типчаковом сообществе в 2006 г. наибольшее количество Со отмечено в блоке R (12,3 мг/кг), а в 2007 г. — в блоке V (15,2 мг/кг), что связано с переходом во времени живых корней в мертвые. В молочайно-пы-рейно-житняковом сообществе в 2006 г. наибольшее количество кобальта отмечается в мертвых корнях (65,8 мг/кг), а в 2007 г. — в блоке L (1307,2 мг/кг). На контрольном участке с груд-ницево-ковыльным сообществом в 2006 г. накопление Со отмечается в подземной части мортмассы, а в 2007 г. — в блоке G (11,9 мг/кг).

По сравнению с 2006 г. в 2007 г. количество Со в исследуемых сообществах увеличилось: в ковыльно-полынково-типчаковом сообществе — в 1,8 раза; в ковыльном сообществе — в 7; в молочайно-пырейно-житняковом сообществе — в 13,3; в грудницево-ковыльном — в 1,2 раза.

Марганец. Накопление Mn в 2006 г. наиболее активно происходит в ковыльном сообществе (£av по блокам — 594,3 мг/кг), а в 2007 г. в молочайно-пырейно-житняковом (Xav по блокам — 1691,9 мг/кг). Наименьшее содержание марганца за 2 года исследований отмечено в блоках грудницево-ковыльного сообщества (£av по блокам — 513,6 и 993,9 мг/кг соответственно).

Наиболее активно накопление Mn в ковыль-но-полынково-типчаковом сообществе отмечено в сфере BNP. Но в 2006 г. марганец активно накапливается в блоке R (221,8 мг/кг), а в

2007 г. — в блоке V (449,2 мг/кг), что связано с переходом этих блоков во времени. В ковыльном сообществе в 2006 г. наибольшее содержание Mn отмечено в блоке L (177,3 мг/кг), а в 2007 г. — в подземной части сообщества.

Для молочайно-пырейно-житнякового сообщества наиболее активны подземные органы, но в 2007 г. хорошо адсорбирует Мп и подстилка. На контрольном участке в грудницево-ковыль-ном сообществе в 2006 г. накопление Мп идет активнее в блоках Б (153,5 мг/кг) и V (163,5 мг/кг), а в 2007 г. приоритет достается блоку Ь (372,0 мг/кг). По сравнению с 2006 г. для всех исследуемых сообществ накопление Мп в 2007 г. возросло в 2—3 раза.

Таким образом, можно отметить, что наибольшее количество ТМ отмечается в блоках моло-чайно-пырейно-житнякового сообщества, наименьшее — в грудницево-ковыльном.

Следует подчеркнуть, что в 2007 г. содержание ТМ в блоках исследуемых сообществ, по сравнению с 2006 г., в несколько раз выше. Причем наблюдается следующая тенденция: в ковыль-но-полынково-типчаковом и молочайно-пырей-но-житняковом сообществах концентрация Хп, №, РЬ, Мп увеличивается в одинаковых пропорциях. Такая же зависимость отмечена между ковыльным и грудницево-ковыльным сообществами. Для ковыльно-полынково-типчакового и молочайно-пырейно-житнякового сообществ увеличение со временем происходит в схожее число раз, такая же тенденция отмечена по ковыльному и грудницево-ковыльному сообществам.

В 2006 г. по среднесуммарному накоплению всех исследуемых ТМ в блоках в порядке снижения идут сообщества: молочайно-пырейно-житняковое (12046,3 мг/кг); ковыльное (2508,6 мг/кг); грудницево-ковыльное (1350,5 мг/кг); ковыльно-полынково-типчаковое (1235,1 мг/кг). В 2007 г. среди сообществ лидирует также мо-лочайно-пырейно-житняковое (72650,0 мг/кг), далее в порядке снижения идут: ковыльно-

полынково-типчаковое (4297,5 мг/кг); ковыльное (4015,3 мг/кг); грудницево-ковыльное (2201,1 мг/кг).

ПДК — один из основных показателей, по которому оценивается и прогнозируется состояние экосистем, развивающихся в условиях техногенного воздействия. На территории Оренбургской области были приняты и действуют региональные ПДК для Си, Zn, Cd, Pb и Ni [7]. Для Со и Мп предельная концентрация не установлена.

Следует отметить, что в 2006 г. по отношению к 2007 г. зарегистрировано наименьшее отклонение от ПДК по превышению металлов. Тем не менее, в общесуммарном зачете отмечается превышение по ПДК за весь период исследования. Таким образом, наибольшее превышение ПДК по исследуемым тяжелым металлам за вегетационный период 2006 и 2007 гг. отмечается в моло-чайно-пырейно-житняковом сообществе.

Литература

1. Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды Оренбургской области в 2006, 2007 году // Комитет природных ресурсов по Оренбургской области. Оренбург, 2007, 2008. - 197 с., 199 с.

2. ГОСТ 26929-94. Сырье и продукты пищевые. Подготовка проб. Минерализация для определения содержания токсичных элементов.

3. Кабата-Пендиас, А., Пендиас, X. Микроэлементы в почвах и растениях. М.: Мир, 1989. — 439 с.

4. Колодина, О.А. География Оренбургской области. Население и хозяйство. — Оренбург: Издательство «Орлит-А», 2006. - С. 41-132.

5. Методы изучения биологического круговорота в различных природных зонах / Н.И. Базилевич, А.А. Титлянова, В.В. Смирнов, JI.E. Родин, Н.Т. Нечаева, Ф.И. Левин. — М.: Изд-во «Мысль», 1978. - 181 с.

6. Подземные органы растений в травяных экосистемах / А.А. Титлянова, Н.П. Косых, Н.П. Миронычева-Токарева, И.П. Романова. — Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1996. — 128 с.

7. Ряховский, А.В., Батурин, И.А., Березнева, А.П. Агрономическая химия. Оренбург, 2004. — 283 с.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.