Научная статья на тему 'Особенности загрязнения хлорорганическими пестицидами объектов окружающей среды Республики Алтай'

Особенности загрязнения хлорорганическими пестицидами объектов окружающей среды Республики Алтай Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
865
166
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПРИРОДНЫЕ СРЕДЫ / СКЛАДЫ ХРАНЕНИЯ / ОЧАГИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ / ХЛОРОРГАНИЧЕСКИЕ ПЕСТИЦИДЫ / ДДТ / ГХЦГ / ОСТАТОЧНЫЕ КОНЦЕНТРАЦИИ / ОСОБЕННОСТИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ / МЕТАБОЛИЗМ / МИГРАЦИЯ / ТРАНСЛОКАЦИЯ / ENVIRONMENTAL COMPARTMENTS / STORAGE YARDS / POLLUTION FOCUS / CHLORORGANIC PESTICIDES / DDT / HCH / RESIDUAL CONCENTRATION / FEATURES OF POLLUTION / METABOLISM / MIGRATION / TRANSLOCATION

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Куликова-хлебникова Елена Николаевна, Робертус Юрий Владимирович, Кивацкая Анна Васильевна, Любимов Роман Владимирович

Приведены основные результаты изучения загрязнения объектов окружающей среды хлорорганическими пестицидами ДДТ и ГХЦГ на участках их бывшего хранения и применения на территории Республики Алтай. Впервые выявлено наличие очагов загрязнения почв вокруг складов хранения пестицидов, установлены их остаточные концентрации и характер распределения в природных средах, изучены основные особенности метаболизма и миграции пестицидов в условиях Горного Алтая.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Куликова-хлебникова Елена Николаевна, Робертус Юрий Владимирович, Кивацкая Анна Васильевна, Любимов Роман Владимирович

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

FEATURES OF POLLUTION OF ENVIRONMENTAL COMPARTMENTS OF THE REPUBLIC OF ALTAI WITH CHLORORGANIC PESTICIDES

The research goal is to study the features of pollution of environmental compartments with chlororganic pesticides DDT and HCH in the areas of their former storage and application in the Republic of Altai. In 57 settlements of the Republic a large number of local focuses of heavy pollution of soils, ground, plants and benthic sediment of water bodies were revealed. To examine the pollution, 1423 samples from those environmental compartments and food samples (milk, fish) were tested by gas chromatography. The research subject involved the levels and distribution of DDT and HCH residual concentration in the environmental compartments and the main features of their metabolism and migration in mountainous country. The following is concluded: 1) the localization of chlororganic pesticides are soil pollution focuses formed by wind transfer of DDT and HCH vapors and aerosols from their storage sites; 2) the maximum residual pesticide concentrations are revealed in soil humus horizon of storage sites, and the minimum concentration in the areas of their application, and 3) the maximum content of chlororganic pesticides at depth and maximum depth of penetration into soil profiles is observed in the center of pollution focuses, and 4) at depth, DDT and HCH decompose less rapidly than near surface; 5) the processes of transformation of pesticide residues in soils are slow, and their lateral and vertical migration are usually insignificant. Pesticide translocation is especially intensive in the soil plant system and to a lesser extent in the soil water benthic sediments system.

Текст научной работы на тему «Особенности загрязнения хлорорганическими пестицидами объектов окружающей среды Республики Алтай»

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;

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

— 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,

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.