CC BY
5УДК (504.5:669.018.674):631.41"2021-2022"
В.Р. Мунгалова1, М.А. Соколов1, В.Г. Авдощенко1, А.В. Климова1' 2
1 Камчатский государственный технический университет,
Петропавловск-Камчатский, 683003;
2 Камчатский филиал Тихоокеанского института географии ДВО РАН,
Петропавловск-Камчатский, 683000 e-mail: annaklimovae@mail.ru
ОЦЕНКА СУММАРНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА Г. ПЕТРОПАВЛОВСКА-КАМЧАТСКОГО В 2021-2022 гг.
Приведены данные по содержанию тяжелых металлов Zn, Cu, Pb и Cd в образцах Artemisia vulgaris, собранных на территории г. Петропавловска-Камчатского (Камчатский край) в 2021 и 2022 гг. Накопление Zn растениями отличалось высокой вариабельностью, среднее содержание Cu было сопоставимым с фоновым значением для вида. Содержание Pb и Cd не превышало в 2021 г. 4,2 и 1,7 мг/кг, в 2022 г. - 3,8 и 1,0 мг/кг соответственно. Суммарное загрязнение тяжелыми металлами растительного покрова города за весь период исследований соответствовало слабой степени.
Ключевые слова: цинк, медь, свинец, кадмий, металлическое загрязнение, экологический мониторинг, Artemisia vulgaris, г. Петропавловск-Камчатский.
V.R. Mungalova1, M.A. Sokolov1, V.G. Avdoshchenko1, A.V. Klimova1' 2
1 Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatskу, 683003;
2 Kamchatka branch of Pacific Geographical Institute FEB RAS,
Petropavlovsk-Kamchatskу, 683000 e-mail: annaklimovae@mail.ru
ASSESSMENT OF TOTAL HEAVY METAL POLLUTION OF VEGETATION COVER IN PETROPAVLOVSK-KAMCHATSKY IN 2021-2022
The data on the content of heavy metals Zn, Cu, Pb and Cd in Artemisia vulgaris samples collected in Petro-pavlovsk-Kamchatsky (Kamchatsky Krai) in 2021 and 2022 are presented. The accumulation of Zn by plants was characterized by high variability, the average content of Cu corresponded to the background value for the species. The content of Pb and Cd did not exceed 4,2 and 1,7 mg/kg in 2021, and 3,8 and 1,0 mg/kg in 2022, respectively. The total heavy metals pollution of the vegetation cover of the city for the entire period of research corresponded to a weak degree.
Key words: zinc, copper, lead, cadmium, metal pollution, ecological monitoring, Artemisia vulgaris, Petro-pavlovsk-Kamchatsky.
Петропавловск-Камчатский является административным центром Камчатского края и имеет статус международного морского и воздушного порта [1]. Город расположен вдоль северовосточного побережья Авачинской губы и характеризуется сложным рельефом. Такая особенность во многом определяет размещение жилой застройки, расположение ключевых социальных и производственных объектов, а также транспортной инфраструктуры города. Здесь на 1 января 2022 г. численность населения составила 181 тыс. человек, что составляет 58% от всего населения региона [2]. В краевом центре расположено более 60% промышленных предприятий. В целом в Камчатском крае зарегистрировано более 228 490 тыс. автотранспортных средств, большая часть которых приходится на г. Петропавловск-Камчатский, что соответствует самым высоким показателям количества легковых автомобилей на 1 000 человек среди всех регионов Дальневосточного федерального округа [3]. Все это, безусловно, приводит к высокой антропогенной нагрузке на городскую среду и прилегающие природные комплексы.
По климатическим условиям полуостров Камчатка относится к зоне повышенного потенциала загрязнения атмосферы из-за приземных и приподнятых инверсий, застойных явлений, слабых скоростей ветра и частых туманов [1]. Еще одной особенностью края, включая территорию г. Петропавловска-Камчатского, является повышенное фоновое содержание некоторых тяжелых металлов (ТМ) в почвах и приповерхностных вулканических пеплах [4, 5]. Все перечисленное выше определяет актуальность проведения экологического мониторинга загрязнения территорий города ТМ. Часто для оценки загрязнения атмосферного воздуха урбанизированных территорий ТМ часто используют метод биомониторинга с использованием высших растений [6]. В Камчатском крае индикатором металлического загрязнения является полынь камчатская Artemisia vulgaris [7].
Целью настоящего исследования являлась оценка уровня металлического загрязнения растительного покрова г. Петропавловска-Камчатского в 2021-2022 гг. на основе анализа содержания Zn, Cu, Pb, Cd в листьях вида-индикатора A. vulgaris var. kamtschatica.
Исследования проводили в г. Петропавловске-Камчатском (Камчатский край) в летний период 2021-2022 гг. (рис. 1). Для сравнения уровня загрязнения городской среды ТМ использовали растения, собранные за пределами селитебной и промышленной застройки. Выполненная работа является продолжением регулярного наблюдения за загрязнением тяжелыми металлами почвенно-растительного покрова города в рамках экологического мониторинга, начатого авторами в 2017 г. Подробное описание используемых методов приведено в работе В.Г. Авдощенко и А.В. Климовой [8].
Рис. 1. Карта-схема районов исследования в городе Петропавловске-Камчатском (Камчатский край): маркерами отмечены районы отбора проб Artemisia vulgaris в 2017-2022 гг.
Материалом для настоящего исследования послужили образцы полыни камчатской A. vulgaris. Для химического анализа использовали только листья растений. Для микроэлементного анализа была взята средняя проба каждого образца.
Содержание металлов Zn, Cu, Pb, Cd в образцах растений определяли с помощью атомно-эмиссионного спектрометра с микроволновой плазмой AES-MP 4200 (Agilent Technologies, США). Подготовку к микроэлементному анализу предварительно высушенных при 60оС проб проводили методом мокрой минерализации в системе кислотного разложения проб Ethos UP (Milestone, Италия). Для контроля точности определений использовали стандартные образцы состава листа березы (ЛБ-1, ГСО8923-2007) и элодеи канадской (ЭК-1, ГСО8921-2007) с аттестованными значениями содержания металлов [9]. Все значения содержания металлов в растениях приведены в мг/кг сухой массы.
Для оценки степени загрязнения ТМ растительного покрова городской среды использовали коэффициент концентрации (Кс) и суммарный показатель загрязнения (Zc) [10]:
Кс = С, / Сф, (1)
где С, - содержание металла в районе исследования и Сф - фоновое содержание металла;
Zc = ЪКс - (n - 1), (2)
где Кс - коэффициенты концентраций элементов; n - число определяемых суммируемых элементов с Кс > 1. Степень загрязнения растительности ТМ определяли по величине Zc: слабая - менее 3; средняя - в диапазоне 3-10; сильная - более 10 [11]. Описательную статистику и визуализацию результатов выполняли в Microsoft Office Excel 2019.
Проведенное исследование выявило, что среднее содержание каждого из проанализированных металлов в образцах полыни в 2021 г. было выше, чем в 2022 г. (рис. 2). При этом статистически значимые различия выявлены только в накоплении Pb и Cd. Средние значения этих металлов в 2021 г. составили 2,7 и 0,6 мг/кг, в 2022 г - 1,5 и 0,6 мг/кг соответственно. В 2021 г. превышение фоновых концентраций Zn, Cu и Pb в образцах полыни городской среды было выявлено практически во всех районах исследования, за исключением мест, расположенных в историческом центре города близ оз. Култучного. Однако именно здесь было зарегистрировано максимальное содержание Cd - 1,7 мг/кг. В 2022 г. случаи превышения фоновых концентраций встречались реже. Так, превышение Cu в растениях определено на территориях «Стройгородок» и «Городской фонтан», превышение Pb - только на участке «ул. Автомобилистов». Наибольшее содержание Cd выявлено в районе «Стройгородок» - 1,0 мг/кг.
Рис. 2. Содержание Zn, Cu, Pb и Cd в образцах Artemisia vulgaris, собранных на территории г. Петропавловска-Камчатского в 2021 и 2022 гг.
В 2021-2022 гг. содержание всех ТМ в растительных образцах варьировало в широких диапазонах (рис. 2, таблица). Это обусловлено, главным образом, разной степенью антропогенного воздействия на исследованные участки города. В целом с 2020 г. наблюдается снижение среднего содержания металлов в растениях. Известно, что суммарное содержание Zn, Cu, Pb и Cd в листьях A. vulgaris на фоновых территориях Юго-Восточной Камчатки изменяется в диапазоне 79,2-117,4 мг/кг [8]. В 2021-2022 г. превышение этого показателя выявлено в районе «Стадион "Спартак"» и сопредельных участках, здесь оно достигало 238,1 мг/кг. Основной вклад в суммарное содержание металлов в растительных образцах вносил Zn (таблица). Следует отметить, что в городской среде у исследованного вида A. vulgaris проявляется антагонизм в накоплении эссенциального элемента Zn и токсичных металлов Pb и Cd
На основе данных по содержанию Zn, Cu, Pb и Cd в листьях A. vulgaris степень суммарного загрязнения ТМ растительного покрова г. Петропавловска-Камчатского в 2021 г. и 2022 г. в целом оценена как слабая (рис. 3, а). Однако в некоторых участках города было выявлена средняя степень загрязнения (Zc = 3,2-3,9): в 2021 г. - район «Стадион "Спартак"», в 2022 г. - участки «ул. Автомобилистов» и «городской парк "Электрон"». Межгодовая динамика загрязнения ТМ
растительного покрова города за 6-летний период имеет тенденцию к снижению, умеренная степень загрязнения была зарегистрирована только в 2017-2018 гг. Следует учитывать, что на полученные результаты могло повлиять несовпадение расположения мест отбора образцов растений в период 2017-2020, 2021 и 2022 гг. Тем не менее все районы исследований располагались в непосредственной близости от основных транспортных магистралей города (рис. 1).
Уровни содержания тяжелых металлов в листьях Artemisia vulgaris в районах исследований г. Петропавловске-Камчатском в 2017-2022 гг.
Год Уровень содержания металла**, мг/кг
Zn Cu Pb Cd
2017 38,5-114,2 / 69,4 18,5-22,0 / 21,1 2,3-3,0 / 2,6 0,3-1,7 / 1,0
2018 55,5-111,0 / 75,6 15,6-36,6 / 23,4 2,4-3,7 / 3,1 0,5-2,1 / 1,4
2020 32,3-175,8 / 152,2 16,6-27,8 / 21,0 0,8-1,6 / 1,1 0,2-0,9 / 0,5
2021 65,9-193,3 / 100,6 11,4-42,2 / 24,7 2,0-4,2 / 2,7 0,0-1,7 / 0,6
2022 41,6-145,8 / 71,6 14,6-26,2 / 20,1 0,6-3,8 / 1,5 0,1-1,0 / 0,6
* Содержание металлов в растениях за период 2017-2020 гг. приведены по данным опубликованных источников [8, 12] ** Показатель включает диапазон от минимального к максимальному и средние значения
4,1
•• 2,7 i9 2:8
0 i-,-,-,-г
а 2017 2018 2019 2020 2021 2022
14
X
ф
Э
о
Q. Ю л ш о ш I-
и ф
о
100 90 SO
70 -
60 -
50 - 52,5
40 -
30 -
20 -
19,0
10 -
0 - 5,8
2015
52,7
53,4
54,1
25,5 25,5
29,0 29>5 29,2 31,7
21,9
■ (1)
■ (2) (3)
25,6
34,4
2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021
б
Рис. 3. Динамика суммарного загрязнения (Zc) тяжелыми металлами растительного покрова территорий г. Петропавловска-Камчатского за период 2017-2022 гг. (а); динамика выбросов загрязняющих веществ (тыс. т/год) в атмосферный воздух Камчатского края за период 2015-2021 гг. (б): твердые (1), жидкие и газообразные ЗВ (2) от стационарных источников и автотранспорта (3)
Причины резкого снижения уровня загрязнения растительного покрова города, безусловно, связаны, в первую очередь, с изменением уровня загрязнения атмосферного воздуха. Основной вклад в загрязнение атмосферы Камчатского края и в частности г. Петропавловска-Камчатского вносят стационарные источники (главным образом, предприятия теплоэнергетического комплекса) и автотранспорт [1] (рис. 3, б). Суммарно в 2021 г. в атмосферный воздух края от 3 979 зарегистрированных стационарных источников выброшено 44 246 тонн загрязняющих веществ (из которых на столицу приходится 29,2%), при этом уловлено и обезврежено только 8,4% всех загрязнителей [3]. Следует отметить, что с 2017 г. общий объем выбросов в атмосферу края от предприятий, несмотря на положительную динамику, в целом изменялся незначительно.
В то же время динамика выбросов в атмосферу загрязняющих веществ от автотранспорта и степень загрязнения растительного покрова за период 2017-2021 гг. имеют схожую тенденцию (рис. 3). Снижение уровня загрязнения с 2019 г. связано с общим снижением пассажирооборота транспорта общего пользования и перевозок грузов в целом [3]. Вероятно, выявленная чувствительность A. vulgaris как вида-индикатора обусловлена преобладанием фолиарного поступления ТМ в растения. Следует отметить, что автотранспорт как категория источников загрязнения атмосферного воздуха характеризуется более постоянной в течение года интенсивностью воздействия на окружающую среду, в отличие от котельных и тепловых станций, пик работы которых приходится на холодное время года.
Литература
1. Доклад о состоянии окружающей среды в Камчатском крае в 2021 г. - Петропавловск-Камчатский: Министерство природных ресурсов и экологии Камчатского края, 2022. - 405 с.
2. Распределение численности населения Петропавловск-Камчатского городского округа по полу и возрасту на 1 января 2022 года (Официальная статистика. Демография. Основные показатели) [Электронный ресурс] // Камчатстат. Территориальный орган Федеральной службы государственной статистики по Камчатскому краю. - URL: https://kamstat.gks.ru/population (дата обращения: 21.02.2023).
3. Камчатский статистический ежегодник. 2022: Статистический сборник / Камчатстат. -Петропавловск-Камчатский: Камчатстат, 2022. - 280 с.
4. Литвиненко Ю.С., Захарихина Л.В. Районирование и геохимическая характеристика вулканических почв Камчатки // Геохимия. - 2009. - № 5. - С. 490-503.
5. Захарихина Л.В., Литвиненко Ю.С. Вулканизм и геохимия почвенно-растительного покрова Камчатки. Элементный состав растительности вулканических экосистем // Вулканология и сейсмология. - 2019. - № 4. - С. 40-51.
6. Stankovic S., Kalaba P., Stankovic A.R. Biota as toxic metal indicators // Environmental Chemistry Letters. - 2014. - Vol. 12. - P. 63-84.
7. Авдощенко В.Г., Климова А.В. Накопление тяжелых металлов вегетативными органами полыни (Artemisia vulgaris kamchatika) в условиях городской среды Петропавловска-Камчатского // Сохранение биоразнообразия Камчатки и прилегающих морей: Материалы XXI междунар. науч. конф. - Петропавловск-Камчатский: Камчатпресс, 2020. - С. 157-160.
8. Авдощенко В.Г., Климова А.В. Оценка загрязнения растительного покрова города Петро-павловска-Камчатского (Камчатский край) тяжелыми металлами в 2017-2020 гг. // Вестник Кам-чатГТУ. - 2021. - № 55. - С. 89-100.
9. Характерные свойства стандартных образцов кластера "растения" в коллекции ИГХ СО РАН / Е.В. Шабанова, И.Е. Васильева, Д.С. Таусенев, S. Scherbarth, U. Pierau // Эталоны. Стандартные образцы. - 2021. - № 3. - С. 45-61.
10. Геохимия окружающей среды / Ю.Е. Сает, Б.А. Ревич, Е.П. Янин, Р.С. Смирнова. - М.: Недра, 1990. - 335 с.
11. Методы исследования городских почв / Р.Ф. Байбеков, В.И. Савич, М.М. Овчаренко, И.М. Габбасова, Р.Ш. Афзалов. - М.: РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, 2007. - 202 с.
12. Авдощенко В.Г., Климова А.В. 2020. Содержание тяжелых металлов (Zn, Cd, Pb, Cu) в растениях города Петропавловска-Камчатского (Камчатский край) в 2017-2018 гг. // Вестник КамчатГТУ. - 2020. - № 54. - С. 48-64.
