CC BY
156
ЭКОЛОГИЯ
УДК 504.054
Е.Н. Куликова-Хлебникова, Ю.В. Робертус,
А.В. Кивацкая,
Р.В. Любимов
ОСОБЕННОСТИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ХЛОРОРГАНИЧЕСКИМИ ПЕСТИЦИДАМИ ОБЪЕКТОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ РЕСПУБЛИКИ АЛТАЙ
Ключевые слова: природные среды, склады хранения, очаги загрязнения, хло-рорганические пестициды, ДДТ, ГХЦГ, остаточные концентрации, особенности загрязнения, метаболизм, миграция, транслокация.
Введение
Среди разнообразных химических экотоксикантов антропогенного происхождения к числу наиболее стабильных и опасных для окружающей среды и человека относятся хлорорганические пестициды (ХОП), из которых ДДТ (дихлордифенилтрихлорэтан) и ГХЦГ (гексахлорциклогексан) широко применялись в Горном Алтае в 1950-1980-е годы в качестве инсектицидов для различных хозяйственных целей.
За этот период в Республике Алтай (РА) произошло загрязнение многих селитебных зон, где образовалось большое количество локальных очагов концентрированного загрязнения ХОП депонирующих природных сред, главным образом почв, а также грунтов, растений и донных осадков водоемов.
Это обстоятельство, а также способность ХОП накапливаться в трофических цепях в сочетании с их высокой токсичностью обусловливают значительную медико-экологическую опасность загрязнения ими селитебных и рекреационных зон, а также агроландшафтов, которые до последнего времени в Республике Алтай не изучались на присутствие ХОП [1].
Объекты и методика исследований
В 2006-2011 гг. авторами проведено обследование 57 населенных пунктов РА, в пределах которых ранее осуществлялось хранение ДДТ и ГХЦГ, с целью уточнения их остаточных концентраций и характера распределения в природных средах. Объектами изучения являлись склады бывшего стационарного и полевого хранения ХОП, а также обработанные ими площади.
Опробование этих объектов проводилось на первом этапе по двум крестообразным профилям через их центр, которые при дальнейшем картографировании дополнялись линейными или концентрическими профилями через 20-40 м. Расстояние между пунктами пробоотбора варьировалось от 5-10 до 30-50 м. Большинство проб почв взято из горизонтов А, АB (интервал глубин 0-10, 0-20 см) с использованием стандартного почвенного бура. На ряде детально изученных участков проводилось погори-зонтное опробование до глубины 2-2,5 м.
Всего было взято 1423 пробы природных сред и продуктов питания растительного и животного происхождения, для которых в лаборатории ФГУП «Центральная научнопроизводственная ветеринарная радиологическая лаборатория» (г. Барнаул) методом газовой хроматографии определено содержание ДДТ (ДДД, ДДЭ) и а-, Р-, у-изомеров ГХЦГ. Анализы проводились на
хроматографах «Кристалл», «Agilent». Для определения больших концентраций ХОП использовался способ многократного разбавления растворов. Средняя погрешность определения содержания ДДТ и его метаболитов составила 27,3%, а изомеров ГХЦГ
- 17,5%.
Основные нормативные документы на методы испытаний: ГОСТ Р53217-2008 «Качество почвы. Определение содержания хлорорганических пестицидов и полихлорированных бифенилов»; ГОСТ Р51209-98 «Вода питьевая. Методика определения содержания хлорорганических пестицидов газово-жидкостной хроматографией» (для продуктов - ГОСТы 30349-96, 23452-79, МУ № 2142-80).
Обсуждение результатов
Проведенным исследованием установлено, что современные уровни присутствия ХОП в загрязненных ими почвах РА варьируются от менее 1 мкг/кг (предел обнаружения) на фоновых участках до первых г/кг в эпицентрах выявленных очагов остаточного загрязнения почв (табл. 1).
Умеренно повышенные концентрации ХОП в почвах (0,1-1 мг/кг, или 1-10 ПДК) установлены в пределах бывших пионерлагерей, «старых» туристских баз, на плантациях хмеля и ряде участков ветеринарной обработки скота. Повышенное и высокое их содержание (1-10 мг/кг) характерно для почв бывших складов хранения пестицидов. Очень высокие концентрации ХОП в почвах
Параметры распределения ДДТ, ДДЭ
(10-100 мг/кг и более) встречены на отдельных участках бывших стационарных складов и мест полевого хранения пестицидов, где имеются их визуально различимые остатки.
Для загрязненных пахотных почв характерно низкое и повышенное содержание ДДТ — до 1,75 мг/кг, в среднем 0,27 мг/кг (2,7 ПДК). Содержание в них ДДТ и дДэ, соответственно, на 25 и 18% ниже, чем в сопряженных целинных почвах. Это говорит о более быстрой деструкции ДДТ при агрообработке почв.
Картографирование загрязненных ХОП участков показало, что все они имеют ясно выраженный локализованный очаговый характер [2]. По характеру проявления эти очаги отчетливо делятся на две группы, основная из которых представлена локальными эллипсовидными ореолами на объектах прошлого хранения пестицидов, а вторая — некартографируемыми очагами на участках их применения — поля, хмельники, места массового отдыха и пр. (рис. 1).
Распределение ХОП в очагах первой группы относится в основном к высококонтрастному типу, для которого характерно уменьшение остаточных концентраций пестицида от центра к периферии очага. Установлено, что при удалении от эпицентров очагов на расстояние кратное 20 м, концентрации ДДТ в почвах уменьшаются в среднем в 10 раз, а его доля — на 25-43%. Такая же тенденция проявлена для травянистой растительности (табл. 2).
Таблица 1
загрязненных ХОП природных средах
Пара- Почвы, грунты, мг/кг Растения, мг/кг Природные воды, мг/дм3 Донные мг осадки, /кг
метры ДДТ ДДЭ ДДТ ДДЭ ДДТ ДДЭ ДДТ ДДЭ
min 0,001 0,001 0,001 0,001 0,0001 0,0001 0,001 0,001
max 2270,7 32,740 7,782 0,879 0,0180 0,0024 6,862 0,254
Х 4,759 0,405 0,856 0,122 0,0048 0,0008 0,502 0,029
Рис. 1. Очаги загрязнения почв ХОП (в ед. ПДК) в местах их хранения:
1 — на месте расходного склада ДДТ в с. Подгорное; 2 — на месте полевого хранения ГХЦГ в с. Кызыл-Таш; 3 — на месте полевого хранения ДДТ в с. Камлак
Таблица 2
Тренды содержания ДДТ в почве при удалении от эпицентров очагов загрязнения
Расстояние от эпицентра очага загрязнения, м Очаг «Вертолетная площадка» Очаг «Усадьба Блинова»
почвы растение 'осочка) почвы растение (осочка)
ДДТ, мг/кг ДДТ, % ДДТ, мг/кг ДДТ, % ДДТ, мг/кг ДДТ, % ДДТ, мг/кг ДДТ, %
0 2270,7 88,4 6,81 77,7 1077,45 68,2 6,69 79,4
10-20 183,56 59,4 1,89 76,0 157,16 59,0 3,28 71,7
20-40 15,03 55,7 1,09 71,4 37,18 54,0 1,17 67,7
40-60 1,42 53,3 0,17 71,5 0,58 53,3 0,28 67,5
60-80 0,38 50,8 0,15 62,3 0,08 52,5 0,06 62,6
Таблица 3
Содержание ДДТ и ДДЭ в почвах очагов загрязнения населенных пунктов РА
2 ДДТ, мг/кг с. Артыбаш с. Беле с. Камлак с. Майма с. Яйлю
ДДТ, ДДЭ, ДДТ, ДДЭ, ДДТ, ДДЭ, ДДТ, ДДЭ, ДДТ, ДДЭ,
% % % % % % % % % %
> 100 63,4 6,3 84,9 1,9 72,1 3,7 82,4 1,7 — —
100-10 62,1 9,4 — — 71,1 10,5 — — 85,8 1,1
10-1 54,3 19,3 59,9 19,2 60,4 12,2 74,4 3,2 79,8 2,2
< 1 53,7 22,8 53,9 20,3 59,0 18,9 72,8 7,4 71,4 5,3
Доля ДДТ в загрязненных почвах сел РА варьируется в пределах 55-87%, для у-изо-мера ГХЦГ — 18,7-40,2%. Намечается зависимость между долей исходного препарата и временем его применения. Так, в очагах загрязнения почв, сформированных в 19501960-е гг., доля ДДТ составляет 55-65% (рис. 2).
ДДТ, ДДЭ, %
80п
.9
60-
40-
20-
і
^•А6
ш2 ДДТ
7 ДДЭ
I з/
1*^^б7 8 9
1 - Артыбаш
2 - Беле
3 -Камлак
4 - Ябоган
5 - Майма
6 - Турочак
7 - Карлушка
8 - Яйлю
9 - Анос
1960 г. 1970 г. 1980 г. 1990 г.
Рис. 2. Зависимость доли ДДТ и ДДЭ в почвах от времени применения пестицида
Между ХОП и их трансформантами в почвах проявлены тесные связи (0,47-0,90 при уровне значимости 95%). Для содержания ДДТ, ДДД и ДДЭ они положительные, для их относительных концентраций — отрицательные, особенно между долями ДДТ и ДДЭ. Между абсолютным и относительным содержанием изомеров ГХЦГ преобладают значимые отрицательные связи (-0,43.. .-0,93 при уровне значимости 95%), кроме прямых связей его у- и а-изомеров.
Установлено, что доля исходного препарата ДДТ в почвах изученных очагов загрязнения снижается при уменьшении его содержания, а конечного метаболита ДДЭ — увеличивается (табл. 3). Эта особенность загрязнения ДДТ указывает на более высокую степень метаболизма (трансформации) пестицида в случае его пониженных исходных концентраций в почвах, т.е. при рассредоточенном распределении пестицида его разложение протекает более интенсивно.
Подобная ситуация проявлена и для остаточных концентраций ГХЦГ в почвах. Доля действующего вещества (у-ГХЦГ) снижается, а более устойчивого а-ГХЦГ — увеличивается при уменьшении содержания пестицида в почве, что также свидетельствует о более интенсивной деструкции пестицида в условиях региона при его пониженных концентрациях. Характерно, что амплитуда изменений доли изомеров ГХЦГ в 1,5-2 раза больше, чем для метаболитов ДДТ.
Особенностью распределения ХОП является приуроченность их максимальных концентраций на глубине к эпицентрам очагов загрязнения, т.е. глубина проникновения пестицида прямо зависит от уровня его присутствия в поверхностном слое почвы, что указывает на наличие внутрипрофильной миграции и на сопряженность содержания ХОП на поверхности и глубине [3].
На всех очагах загрязнения наибольшие концентрации пестицидов ХОП и их метаболитов (изомеров) проявлены в приповерхностном горизонте почв — в интервале глубин 0-10 (0-20) см. С глубиной содержание ХОП резко уменьшается. В большинстве
очагов загрязнения проявлен скачкообразный переход от максимальных концентраций ХОП и их трансформантов в поверхностном слое почв к его пониженному содержанию в нижележащих горизонтах. Этот переход с амплитудой содержания в 10-100 раз указывает на отчетливо выраженную локализацию (закрепление) поступивших ХОП в поверхностном слое почвы, а также на их миграционную инертность по профилю почв. Установлено, что глубина проникновения ХОП в эпицентрах очагов составляет 2-2,5 м при его содержании на этой глубине сотые-тысячные доли мг/кг.
В образцах травянистой растительности концентрации ХОП и их метаболитов (изомеров) варьируются от тысячных долей мг/кг на слабо загрязненных почвах до 837,5± 110,3 мг/кг ДДТ и до 385,9±61,2 мг/кг ГХЦГ в эпицентрах очагов с присутствием устаревших ХОП. Содержание ХОП в растениях, как правило, в 10-100 раз ниже, чем в сопряженных почвах.
В природных водах остаточные концентрации ХОП из-за слабой растворимости препаратов низкие — тысячные, реже сотые доли мг/дм3. Уровень их присутствия уменьшается в ряду: поверхностные — грунтовые — подземные воды.
В донных осадках поверхностных водоемов на загрязненных участках содержание ХОП, как правило, выше ПДК для почв —
0,1 мг/кг и достигает первых мг/кг [4]. Выявлено наличие седиментационной аккумуляции ХОП в глинисто-илистых донных осадках, что способствует вторичному загрязнению вод. Характерно, что отношения ХОП и их трансформантов в донных осадках унаследованы от поступающих в водоемы частиц почв, содержащих пестициды.
Гидрофобность ХОП в условиях горной местности способствует плоскостному смыву почв, содержащих пестициды, и их промежуточной аккумуляции в пролювиальных склоновых отложениях и донных осадках водотоков. При этом содержание переот-ложенных ХОП в поверхностном слое почв многократно (до порядка) увеличивается вниз по склону (в донных осадках — вниз по течению).
Особенности перехода ХОП из почв в растения в условиях РА изучены недостаточно. Предварительно установлена прямая связь между концентрациями ХОП и их трансформантами в загрязненных почвах и в произрастающих на них травянистых растениях, что указывает на высокий уровень перехода пестицидов в растения. Пространственное совпадение контуров загрязнения ХОП почвенного и растительного покрова проявлено на всех изученных очагах.
Содержание ХОП в злаках, овощах и фруктах, выращенных на загрязненных ими участках, в основном не превышает действующих санитарно-гигиенических нормативов, как и их содержание в изученных продуктах питания животного происхождения (молоко, рыба).
Наибольшие установленные концентрации ХОП в кормовых растениях в очагах загрязнения достигают первых сотен мг/кг, в овощах — 0,4 мг/кг (1,9 МДУ), фруктах — 1,7 мг/кг (17 МДУ), молоке — 0,3 мг/л (6 МДУ), рыбе (налим) — 2 мг/кг
(5,3 МДУ). Эти данные говорят о необходимости изучения на «проблемных» территориях РА уровней присутствия ХОП в трофических цепях животных и человека.
Выводы
В результате исследования сделаны следующие выводы:
— уровни содержания и особенности распределения ХОП в объектах окружающей среды РА определяются в основном условиями их хранения (применения) и, частично, природными условиями региона (климат, типы почв и др.), а также характером перераспределения остаточных концентраций пестицидов;
— основными объектами локализации ХОП являются очаги загрязнения почвенного покрова, сформированные вследствие ветрового переноса частиц, паров и аэрозолей пестицидов из мест их стационарного и полевого хранения;
— среди морфологических типов очагов загрязнения почв ХОП преобладают локальные очаги (площадь 0,04-3,6 га) эллипсовидной формы, концентрически сформированные вокруг объектов бывшего хранения пестицидов;
— максимальные остаточные концентрации ХОП проявлены в гумусовом горизонте почв (интервал глубин 0-10 см) в местах их хранения, а минимальные концентрации — на участках их применения;
— максимальное содержание ХОП на глубине и наибольшая глубина их проникновения в профиле почв наблюдаются в эпицентрах очагов загрязнения;
— между концентрациями ХОП и физикохимическими свойствами почв (содержание гумуса и физической глины, емкость поглощения) существуют тесные прямые связи;
— деструкция ХОП происходит главным образом в почвах, а сопряженные с ними среды являются преимущественно трансляторами сложившихся в почвах отношений исходных пестицидов и их трансформантов;
— полураспад исходных концентраций ДДТ в почвах изученных очагов загрязнения
произойдет в среднем за 50-70 лет, а полный распад — за 330-450 лет. Повышенная стабильность пестицида на территории республики проявлена в засушливых условиях межгорных котловин;
— процессы трансформации остатков ХОП в почвах протекают медленно, а их латеральная и вертикальная (промывная) миграция, как правило, незначительна. Транслокация пестицидов наиболее активно протекает в системе почва — растение, в меньшей степени — в системе почва — вода
— донные осадки;
— на глубине ДДТ и ГХЦГ разлагаются менее интенсивно, чем в приповерхностных условиях, эта же закономерность характерна для более высоких остаточных концентраций этих пестицидов в почве;
+ +
УДК 581.17:612.014.401:581.143.27
РЕГУЛЯЦИЯ ВОДНОГО
Ключевые слова: лист, паренхима,
клетки, клеточная оболочка, форма, полярность, сократимость, водный режим, регуляция, факторы.
Введение
Растение на 70-80% и более состоит из воды. Вода является основой всех физикохимических реакций в растительном организме. Поставляет кислород, водород, с водой поступают макро- и микроэлементы.
В растении вода находится в структурированном, упорядоченном состоянии, являясь составной частью тела растения. Следует отметить и информационную роль воды. Структура, состояние воды постоянно преобразуются в соответствии с условиями внешней среды, и в структуре кластеров накапливается, сохраняется и передается информация. Растение отзывчиво на эту информацию. Исследования профессора Б. И. Госькова с сотрудниками (г. Барнаул) показали, что воздействие на воду визуально, словом, музыкой и т.д. в позитивном и негативном значении отражается на количестве проростков семян пшеницы и интенсивности их роста.
Значимость воды для растения (да и всего живого) исключительно велика, поэтому изучению водного режима растений уделяется большое внимание. Несмотря на это ряд вопросов не имеют окончательного ответа: как происходит регуляция водного
Библиографический список
1. Лунев М.И. Пестициды и охрана агрофитоценозов. — М.: Колос, 1992. — 269 с.
2. Куликова-Хлебникова Е.Н., Робер-тус Ю.В. Связь параметров очагов загрязнения пестицидами почв Горного Алтая с условиями их хранения и применения // Проблемы региональной экологии. — 2011.
— № 5. — С. 15-18.
3. Робертус Ю.В., Ушакова В.Г., Куликова-Хлебникова Е.Н. Особенности поведения хлорорганических пестицидов в объектах окружающей среды Горного Алтая // Вест. Моск. гос. обл. ун-та. — Вып. Химия и химическая экология. — 2006. — № 3. — С. 147-152.
4. Мельников Н.Н., Новожилов К.В., Бе-лан С.Р., Пылова Т.Н. Справочник по пестицидам. — М.: Химия, 1985. — 352 с.
+
Л.В. Фомин
РЕЖИМА РАСТЕНИЙ
режима растений, какие «механизмы» ее обеспечивают, какие силы способствуют одностороннему движению воды по клеткам и растению.
Долгое время существовало представление, что основой движения воды по клеткам является осморегуляция, а на клетку смотрели как на осмотическую ячейку, чем больше в ней концентрация осмотически действующих веществ, тем интенсивнее идет поступление воды. При этом движение воды в растительную клетку осуществляется градиентом парциального химического потенциала (энергетической активности) молекул воды и идет самопроизвольно по градиенту [1, 2]. Но все живое основывается на активизации взаимоотношений с окружающей средой. В публикациях последних десятилетий регуляторные факторы водного режима приобретают значение активного действия. Но это может иметь место только в случае полярности паренхимной клетки. Однако конкретных, экспериментальных, данных по полярности клетки нет, хотя вся жизнедеятельность растения, ее анато-мо-морфологическая и физиологическая полярность, логически ведет к полярности паренхимных клеток и является ее проявлением. Неизвестно и конечное звено полярной пульсации клеток, какая сила проталкивает воду через паренхимные клетки.
Активное поступление воды в клетку связано с сосущей силой (силой всасывания,
