CC BY
23
ЭКОЛОГИЯ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
УДК 502.55 (504.056) Свиридова Т.В., Боброва О.Б.
ПОСТРОЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ СОДЕРЖАНИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В РАСТЕНИЯХ ОТ ИХ КОНЦЕНТРАЦИИ В ПОЧВЕ
Аннотация. Проанализировано содержание тяжелых металлов в почвах и в надземных частях растений по удалению от источника загрязнения г. Магнитогорска и его окрестностей. Выявлено, что основными элементами, загрязняющими окружающую среду, являются цинк, свинец и медь. Получены уравнения, моделирующие зависимости между содержанием рассматриваемых микроэлементов в растениях от их концентрации в почве.
Ключевые слова: тяжелые металлы, отходы, миграция элементов, загрязнение окружающей среды
Большое количество накопленных отходов металлургической промышленности привело не только к загрязнению техногенными примесями атмосферного воздуха, но и вызвало накопление поллютантов в почве. При этом она выступает не только в качестве аккумулятора загрязняющих веществ, но и исходного звена в миграции токсикантов по наземным трофическим цепям и обладает трансформирующими свойствами по отношению ко многим загрязнителям, а также служит индикатором экологической обстановки территории [1].
В работе в качестве источника загрязнения (ИЗ) был рассмотрен шлаковый отвал III очереди, который расположен в северной части города, на левобережном склоне долины р. Урал. По данным комплексного доклада в отвале содержалось 36,3 млн т металлургических шлаков [2].
Объектами исследования являлись почвы, наземная часть травянистой растительности (полынь обыкновенная Artemísia уи^^ L.).
Образцы почв отбирали в соответствии с общепринятыми требованиями (ГОСТ 17.4.3.01-83, 17.4.4.02-84, 28168-89) на расстоянии 200; 500; 1500 и 5000 м от источника загрязнения. Отбор проб укосов растений проводили по ГОСТ 27262-87 на приведенных выше расстояниях.
Большая часть металлов сосредоточена в твердой фазе почвы, а меньшая - в подвижной фракции, доступной растениям. Для построения зависимостей содержания микроэлементов в растениях от их концентрации в почве нами была рассмотрена подвижная форма ТМ.
Характер загрязнения почв ТМ, прилегающих к рассматриваемому ИЗ, оценивали сравнением фактических результатов исследования (табл. 1) с предельно и ориентировочно допустимыми концентрациями.
Максимальное содержание подвижных соединений всех изученных ТМ было обнаружено у ИЗ. Уровень подвижных форм составлял: Си - 1,8-5,7 ПДК, Zn -1,2-2,6 ПДК, РЬ - 2,9-3,5 ПДК, Мп - 1,5-3,9 ПДК. Содержание остальных металлов не превышало допусти-
© Свиридова Т.В., Боброва О.Б., 2016
мой нормы. По степени подвижности металлы формировали следующий ряд: Mn > Zn > Pb > Cu > Ni > Cd.
Корреляционный анализ выявил сильную прямую связь между содержанием подвижных форм Cu и Zn (г = 0,93), Cu и Mn (г = 0,93), Cu и Pb (г = 0,86), Cu и Cd (г = 0,81), Zn и Mn (г = 0,98), Zn и Pb (г = 0,76), Zn и Cd (г = 0,70) Mn и Pb (г = 0,71) Mn и Cd (г = 0,65) Pb и Cd (г = 0,82).
Различные виды растений обладают различной способностью к накоплению ТМ даже при произрастании в одинаковых условиях. Установлено, что в зависимости от значений коэффициента биологического накопления растения распределяются на энергичных накопителей и слабых захватчиков тяжелых металлов.
Из семейств и видов растений, произрастающих на удалении от шлакоперерабатывающей установки, была изучена полынь обыкновенная Artemisia vulgáris L., представленная во всех районах отбора проб. Кроме того, она является элементом сильного накопления таких металлов, как Cu, Zn, Pb, Mn, Ni [3].
Увидели, что наиболее высокие концентрации ТМ в сухой массе Artemisia vulgáris L. характерны для Mn и Zn (табл. 2), что говорит о важной роли этих элементов в физиологических процессах в растениях. Содержание Cu и Pb варьируется в интервале от 1,2 до 14,7 мг/кг, Ni - до 1,3 мг/кг, а Cd аккумулируется Artemisia vulgáris L. незначительно, до 0,3 мг/кг, что согласуется с литературными данными [4-6].
Установлена положительная корреляционная зависимость между содержанием Cu в Artemisia vulgáris L. и количеством в почвогрунте подвижных форм: Cu (г = 0,71), Zn (г = 0,73), Pb (г = 0,87), Mn (г = 0,68).
По нашим данным на содержание Zn в растении влияет подвижные соединения в почвогрунте Zn (г = 0,78), Cu (г = 0,70), Pb (г = 0,63) и Mn (г = 0,77).
Данные корреляционного анализа показали, что существуют достаточно сильные корреляционные связи между Pb в Artemisia vulgáris L. и подвижными соединениями в почвогрунте Cu (г = 0,92), Zn (г = 0,79), Pb (г = 0,94), Cd (г = 0,73) и Mn (г = 0,76).
Раздел 9
Таблица 1
Содержание тяжелых металлов в почве (подвижная форма)
Место отбора, м от ИЗ Содержание элементов, мг/кг
Cu Zn Pb Мп Ni Cd
200 16,0±1,0 56,9±1,9 20,6±0,6 525,0±20,0 0,3±0,02 0,3±0,03
500 12,5±0,5 27,0±5,0 17,8±0,3 196,9±6,9 0,5±0,05 0,3±0,03
1500 9,8±0,3 26,6±1,6 20,4±0,4 144,9±4,9 0,3±0,01 0,3±0,0002
5000 5,6±0,4 14,5±0,5 9,6±1,6 53,4±1,6 0,2±0,03 0,2±0,0002
40000 4,4±0,4 11,1 ±0,9 3,4±0,4 41,1±1,1 0,2±0,02 0,2±0,0002
Таблица 2
Содержание тяжелых металлов в полыне обыкновенной
Место отбора, м от ИЗ Содержание элементов, мг/кг
Cu Zn Pb Мп Ni Cd
200 13,7±1,1 42,2±22,1 7,5±0,7 186,8±71,6 1,4±0,1 0,3±0,03
500 9,6±0,2 19,0±1,6 7,1 ±0,3 140,8±75,0 1,0±0,01 0,2±0,02
1500 13,5±0,7 32,3±2,7 6,3±0,2 55,0±11,8 1,0±0,01 0,02±0,002
5000 7,8±2,4 13,7±1,7 4,2±0,1 27,2±6,7 1,35±0,07 0,01±0,0005
40000 10,1±0,3 18,9±3,7 1,2±0,1 16,0±3,4 1,35±0,04 0,012±0,001
Установлена положительная корреляционная связь между содержанием Cd в Artemisia vulgáris L. и количеством в почвогрунте подвижных форм: Cu (г = 0,90), Zn (г = 0,82), Cd (г = 0,71), Mn (г = 0,87).
По нашим данным на содержание Mn в растении влияет подвижные соединения в почвогрунте Cu (г = 0,75) и Mn (г = 0,69).
Данные корреляционного анализа показали, что существуют достаточно сильные корреляционные связи между Ni в Artemisia vulgáris L. и подвижными соединениями в почвогрунте Cu (г = 0,77), Zn (г = 0,75), Pb (г = 0,92) и Mn (г = 0,68).
Для оценки зависимости содержания рассмотренных ТМ в растениях от их концентрации в почве использовали метод регрессии. В результате статистической обработки мониторинговых данных по концентрации микроэлементов в растениях от их концентрации в почве получены уравнения, моделирующие зависимости между содержанием рассматриваемых микроэлементов:
Cd: y = 0,9637ln(x) + 1,5525 Cu: y = 5,0051ln(x) - 0,1767 Mn: y = 99,319ln(x) - 366,18 Zn: y = 27,258ln(x) - 54,487 Pb: y = 4,6352ln(x) - 6,3162 Ni: y = -0,314ln(x) + 1,138
Полученные по результатам проведенного анализа экспериментальных данных зависимости позволят проводить ориентировочную оценку содержания рассмотренных ТМ в растениях от их концентрации в почве. Также по полученным результатам можно оценивать экологическую обстановку территории и исследовать миграцию токсикантов по наземным тро-
фическим цепям.
Однако полученные результаты проведённых экспериментов являются промежуточными. В дальнейших исследованиях содержания ТМ в растениях от их концентрации в почве планируется учесть фактор времени. Именно влияние временного фактора является основным для оценки накопления ТМ в растениях.
Список литературы
1. Попова Л.Ф., Наквасина Е.Н. Интенсивность наполнения и перераспределения тяжелых металлов в компонентах почвен-но-растительного покрова различных функциональных зон г. Архангельска // Экология и промышленность России. 2013. № 1. С. 47-51.
2. Экологическое состояние природных и техногенных объектов Зауралья / Янтурин С.И., Волкова Е.А., Свиридова Т.В., Боброва О.Б. // Современные наукоемкие технологии. 2015. № 9. С. 92-95.
3. Прохорова Н.В., Матвеев Н.М., Павловловский В.А. Аккумуляция тяжелых металлов дикорастущими и культурными растениями в лесостепном и степном Поволжье. Самара: Самарский университет, 1998. 131 с.
4. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение. Новосибирск: Наука, 1991. 151 с.
5. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. Л.: Агропромиздат, 1987. 142 с.
6. Прошкина О.Б., Шебзухова Л.Г., Чернякова Д.А. Содержание тяжелых металлов в растениях зоны объектов размещения отходов // Теория и технология металлургического производства. Вып. 11: межрегион. сб. науч. тр. / под ред. В.М. Коло-кольцева. Магнитогорск: ФГБОУ ВПО «МГТУ», 2011. С. 161-165.
Сведения об авторах
Свиридова Татьяна Валерьевна - канд. техн. наук, доц. кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», Магнитогорск, Россия. E-mail: [email protected]
74
Теория и технология металлургического производства
ОБЩИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ
Боброва Ольга Борисовна - ст. преп. кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», Магнитогорск, Россия. E-mail: [email protected]
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
ACCORDING MICRONUTRIENT CONTENT IN PLANTS ON THEIR CONCENTRATION IN THE SOIL
Sviridova Tatyana Valeryevna - Ph. D. (Eng.), Associate Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia. E-mail: [email protected]
Bobrova Olga Borisovna - Assistant Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia. E-mail: [email protected]
Abstract. The heavy metal content was determined in soils and above ground parts of the plant on removal from the source pollution of Magnitogorsk and its environs. It was found that the main elements of the environmental pollutants are Zn, Pb and Cu. The equations that model the relationships between the content of trace elements in plants considered on their concentration in the soil.
Keywords: heavy metals, waste, migration of elements, environment pollution.
♦ ♦ ♦
