CC BY
66
Анилова Л.В., Сальникова Е.В., Примак О.В., Шарыгина М.В.
Оренбургский государственный университет E-mail: anilova.osu@mail.ru
ПЕРСПЕКТИВЫ ФИТОРЕМЕДИАЦИИ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ (НА ПРИМЕРЕ г. ОРЕНБУРГА)
Статья посвящена изучению способности представителей вида Populus nigra L. к поглощению тяжелых металлов в условиях г. Оренбурга. В ходе исследования рассчитаны коэффициенты накопления цинка, меди, свинца и кадмия, а также их концентрация в свежем растительном материале. Ключевые слова: загрязнение почв, фиторемедиация, тяжелые металлы, урбоэкосистема.
Почва как один из основных компонентов биосферы аккумулирует в себе большое количество тяжелых металлов (ТМ). В этой связи в почвах изучают содержание широкого круга потенциально токсичных для живых организмов элементов [1, 2, 3].
К числу наиболее перспективных методов очистки почв и грунтов от ТМ является фиторемедиация. В настоящее время перспективным направлением в выявлении растений-ремедиаторов является подбор среди культурных или местных дикорастущих растений видов, производящих большую биомассу и максимально аккумулирующих тяжелые металлы в надземной биомассе [1, 4, 5]. Способность растений к гипераккумуляции ТМ была отмечена для Brassica juncea (L.) Czern., Astragalus racemosus Pursh., Thlaspi caerulescens J.& C. Presl и многих других. Ряд авторов считает перспективным использование дикорастущих и геномодифицированных растений рода Populus L. в качестве растений-гипераккумуляторов ТМ [1, 4, 6, 7].
Цель работы заключалась в изучении интенсивности поглощения цинка, свинца, меди и кадмия растениями вида Populus nigra L. в условиях города Оренбурга.
Объекты и методы исследования
Объектом исследования послужил почвенно-растительный покров парков города Оренбурга (парк Победы, парк Железнодорожник (им. Ленина), парк им. Перовского, парк им. 50-летия СССР). Исследования проводились в 2010-2011 гг. и включали маршрутное обследование почв с отбором их образцов на анализ в соответствии с ГОСТ 17.4.2.01-81 и ГОСТ 17.4.3.01-83. С каждого участка были отобраны образцы почв методом конверта. Параллельно
с полевым обследованием почв в местах заложения основных почвенных разрезов произведен сбор надземных частей растений (листьев) в конце вегетационного периода, когда накопление в листьях растений ТМ достигает своего максимума.
Определение концентраций подвижных форм тяжелых металлов в почвах и растениях поводили на атомно-абсорбционном спектрофотометре «Спектр» СП-115 для Сё, РЬ в соответствии с РД 52.18.289-90, Си - ГОСТ 50683-94, 2п - ГОСТ 50686-94, методическими указаниями по проведению полевых и лабораторных исследований почв и растений (1981). Оценка результатов проводилась по «Перечню ПДК и ОДК химических веществ в почве» (№6229-91, 1991) с дополнениями, изложенными в гигиенических нормативах (Ориентировочно допустимые концентрации, 1991). Минерализацию растительных проб проводили методом сухого озоления.
Результаты исследования
Почвенный покров города в пределах контрольных участков исследования представлен черноземами южными с разной степенью карбо-натности, мало- и среднегумусными, мало- и среднемощными, тяжело- и среднесуглинистыми. Почвы этих участков характеризуются максимальным сходством своих генетических признаков (морфологического строения, физических и химических свойств) с зональными подтипами почв региона и отсутствием явных признаков антропопедогенеза, за исключением их загрязнения ТМ. На этих почвах максимально сохранилась естественная растительность.
Работами Цветковой Н.Н. (1977), Кудряшовой В.Г. (2003) и Войтюк Е.А. (2011) было показано, что жестких корреляционных связей между валовым содержанием ТМ в почвах и расте-
ниях не прослеживается [5, 8, 9]. Поэтому при изучении способности растений к аккумуляции
ТМ целесообразнее определять не их валовое содержание в почве, а подвижную форму как наиболее доступную для живых организмов.
Изучение содержания подвижных форм цинка, меди, свинца и кадмия показало, что в почвах всех изученных участков превышения ПДК не наблюдалось. Присутствие тех или иных металлов в высоких концентрациях, как правило, было сопряжено с особенностями хозяйственного использования территории, примыкающей к участку исследования (рисунок 1). Так, наиболее загрязненными медью и цинком являются почвы парка Железнодорожник (0,51 и 1,36 мг/кг соответственно), что связано с близким расположением железнодорожных путей, депо и постоянными ремонтными работами.
Максимальное содержание свинца наблюдается в почвах парка им. Перовского (1,48 мг/кг), что, вероятно, связано с расположением его в центральной части города, близостью с автомобильными дорогами высокой интенсивности и последующим аэраль-ным переносом продуктов сгорания топлива автотранспорта в почвы парка. Наибольшим содержанием кадмия (0,16 мг/кг) характеризуются почвы парка им. 50-летия СССР.
По величине суммарного загрязнения почв подвижными формами ТМ парки образуют следующий ряд (в порядке убывания): Парк им. Перовского > Парк Железнодорожник > Парк им. 50-летия СССР > Парк Победы.
Оценка доли каждого элемента в общем загрязнении почв показала, что для парка Железнодорожник, парка им. Перовского и парка им. 50-летия СССР наибольший вклад в суммарное загрязнение вносят цинк и свинец, на которые приходится 78,2%, 84,5% и 73,9% общего содержания ТМ соответственно. Для парка Победы структура загрязнения несколько меняется и большая его
доля (75,9%) приходится на свинец и медь, что связано с непосредственной близостью к автодороге высокой интенсивности и предприятиям металлообрабатывающей промышленности.
Для оценки интенсивности поглощения и аккумуляции надземными органами Populus nigra L. цинка, меди, свинца и кадмия был рассчитан коэффициент накопления (Кн). Он свидетельствует о реальной доступности ТМ для растений и рассчитывается как отношение концентрации элемента в золе растения к содержанию его подвижной формы в почве.
Анализ полученных результатов показал, что данный показатель по отношению к цинку варьировал от 15,3 до 170,6, меди от 4,4 до 10,9, свинцу от 3,0 до 0,8 и кадмию от 4,8 до 0,7. Для растений всех изученных участков отмечено широкое варьирование Кн, но наибольшие его значения по отношению к цинку и свинцу характерны для парка Победы. На основании полученных результатов можно предположить, что максимальная способность к биологическому поглощению ТМ характерна для растений Populus nigra L., произрастающих на относительно «чистых» в экологическом отношении участках.
Количественным выражением общей способности вида к накоплению химических элементов является показатель их концентрации в свежих листьях, который позволяет оценить величину реального массопереноса из почвы
Рисунок 1. Концентрация подвижных форм ТМ в почвах парков города Оренбурга
■ Парким. Перовского «Парким. 50-летия СССР ■ Парк Железнодорожник ■ Парк Победы
Рисунок 2. Концентрация ТМ в листьях Populus nigra L. парков города Оренбурга
в растения [9]. Для расчета этого показателя используются данные по зольности листьев Populus nigra L. и содержанию в них элементов (рисунок 2).
На всех участках исследования содержание цинка в листьях Populus nigra L. достигало максимальных значений (от 3,6 до 23 мг/кг) по сравнению с аккумуляцией других ТМ (меди от 0,55 до 0,78 мг/кг, свинца от 0,23 до 0,42 мг/кг и кадмия от 0,1 до 0,02 мг/кг). Отметим, что цинк наряду со свинцом играет доминирующую роль в суммарном загрязнении почв трех из четырех изученных парков, но для цинка характерно более активное биологическое накопление. Это свидетельствует о высокой биовалентности металла и способности исследуемого вида растений к его аккумуляции.
Выводы
1. Содержание подвижных форм цинка, меди, свинца и кадмия в почвах изученных участков не превышает ПДК. Наибольший вклад в суммарное загрязнение почв парков вносят цинк и свинец, что связано с особенностями городской среды.
2. Максимальная способность представителей Populus nigra L. к аккумуляции ТМ проявилась на участке с наименьшим суммарным загрязнением почв.
3. В условиях города Оренбурга для Populus nigra L. было отмечено повышенное поступление цинка, что вероятно связано с физиологическими особенностями вида и его способностью к аккумуляции металла.
4. Рекомендуем использовать Populus nigra L. в качестве маркера почвенного загрязнения, а также в озеленении города для снижения содержания цинка в почвах и его воздействия на живые организмы.
10.05.2012
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РГНФ и правительства Оренбургской области № 12-16-56003 а/У
Список литературы:
1. Галиулин РВ., Галиулина Р.А. Очистка почв от тяжелых металлов с помощью растений // Вестник Российской академии наук. - 2008. - Т. 78. - №3. - С. 247-249.
2. Русанов А.М., Новоженин И.А., Коваль М.А., Клевцов Н.В., Прихожай Н.И., Анилова Л.В., Воропаев С.Б. К вопросу о региональном законе «Об охране почв Оренбургской области» // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2006. - №4. - С. 81-83.
3. Грошев, И.В. Мониторинг почв и земель Оренбургской области по загрязнению тяжелыми металлами // Охрана окружающей среды Оренбургской области: Информационно-аналитический ежегодник / Под ред. В.Ф. Куксанова. - Оренбург: ИПК ОГУ, 2000. - С. 145-166.
4. Васильева Т.Н., Брудастов Ю.А. Потенциальные фитоаккумуляторы металлов-полютантов // Вестник ОГУ. - 2011. -№6. - С. 142-146.
5. Войтюк, Е.А. Аккумуляция тяжелых металлов в почве и растениях в условиях городской среды (на примере г. Чита): автореф. канд. биол. наук. - Улан-Удэ, 2011. - 23 с.
6. Ibolya Biro, Tunde Takacs Study of heavy metal uptake of Populus nigra in relation to phytoremediation / Ibolya Biro, Tunde Takacs // Cereal Research Communications. - June 2007. - Vol. 35, №2. - P. 265-268.
7. Vollenweider Pierre, Menard Terry, Madeleine S. Gunthardt-Goerg Compartmentation of metals in foliage of Populus tremula grown on soils with mixed contamination. From the tree crown to leaf cell level / Pierre Vollenweider, Terry Menard, Madeleine S. Gunthardt-Goerg // Environmental Pollution. - January 2011. - Vol. 159. - Issue 1. - P. 324-336.
8. Цветкова, H.H. Микроэлементы в жизни степного леса // Вопросы степного лесоведения и охраны природы. - 1977. -С. 50-54.
9. Кудряшова, В.Г. Аккумуляция тяжелых металлов дикорастущими растениями: автореф. канд. биол. наук. - Саранск, 2003. - 19 с.
10. Озерский, А.Ю. Основы геохимии окружающей среды: учебной пособие. - Красноярск: ИПК СФУ, 2008. - 316 с.
Сведения об авторах:
Анилова Людмила Вячеславовна, доцент кафедры общей биологии Оренбургского государственного университета, кандидат биологических наук,
e-mail: anilova.osu@mail.ru Сальникова Елена Владимировна, заведующий кафедрой химии Оренбургского государственного университета, кандидат химических наук, e-mail: salnikova_ev@mail.ru Примак Олеся Владимировна, соискатель кафедры общей биологии Оренбургского государственного университета, e-mail: fns@mail.ru Шарыгина Мария Валерьевна, студентка кафедры общей биологии Оренбургского государственного университета 460018, г. Оренбург, пр-т Победы, 13, ауд. 16214, тел. (3532)372480; (3532)372485,
e-mail: abigasha@mail.ru
UDC 581.6
Anilova L.V., Salnikova E.A., Primak О^., Sharygina M.V.
Orenburg state university, e-mail: anilova.osu@mail.ru
PHYTOREMEDIATION PROSPECTS SOIL URBAN AREAS (FOR EXAMPLE, ORENBURG)
The paper studies the ability of representatives of the species Populus nigra L. to absorb heavy metals in Orenburg. The study calculated the coefficients of accumulation of zinc, copper, lead and cadmium, as well as their concentration in the fresh plant material.
Key words: contamination of soil, phytoremediation, heavy metals, urban ecosystems.
Bibliography:
1. Galiulin R.V., Galiulina R.A. Cleanup of soils from heavy metals by plants // Herald of the Russian Academy of Sciences. -2008. - T. 78. - №3. - P. 247-249.
2. Rusanov A.M., Novozhenin I.A., Koval M.A., Klevtsova N.V., Prihoghay N.I., Anilova L.V., Voropaev S.B. On the regional law «On protection of soils of the Orenburg region» // Bulletin of the Orenburg state university. - 2006. - №4. - P 81-83.
3. Groshev, I.V. Monitoring soil and land of the Orenburg region of contamination with heavy metals // Environment Orenburg region: Information Analysis Yearbook / Ed. V.F. Kuksanova. - Orenburg: COE at OSU, 2000. - P. 145-166.
4. Vasilyeva T.I., Brudastov YA. Potential metal-fitoakkumulyatory pollutants // Bulletin of OSU. - 2011. - №6. - P. 142-146.
5. Voytyuk, E.A. Accumulation of heavy metals in soil and plants in the urban environment (for example, Chita): abstract. candidate. biol. sciences. - Ulan-Ude, 2011. - 23 p.
6. Ibolya Biro, Tunde Takacs Study of heavy metal uptake of Populus nigra in relation to phytoremediation/ Ibolya Biro, Tunde Takacs // Cereal Research Communications. - June 2007. - Vol. 35, №2. - P. 265-268.
7. Vollenweider Pierre, Menard Terry, Madeleine S. Gunthardt-Goerg Compartmentation of metals in foliage of Populus tremula grown on soils with mixed contamination. From the tree crown to leaf cell level / Pierre Vollenweider, Terry Menard, Madeleine S. Gunthardt-Goerg // Environmental Pollution. - January 2011. - Vol. 159. - Issue 1. - P. 324-336.
8. Tsvetkova, N.N. Trace elements in the life of the forest steppe // Problems of Steppe forestry and nature conservation. -1977. - P. 50-54.
9. Kudryashova, V.G. Accumulation of heavy metals wild plants: abstract. candidate. biol. sciences. - Saransk, 2003. - 19 p.
10. Ozersky, A. Principles of Environmental Geochemistry: Textbook. - Krasnoyarsk: PKI SFU, 2008. - 316 p.
