Научная статья на тему 'Содержание химических элементов (Zn, Mn, Cu, Pb, Cd) в системе вода-почва-растение пойменной части реки Иртыш'

Содержание химических элементов (Zn, Mn, Cu, Pb, Cd) в системе вода-почва-растение пойменной части реки Иртыш Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

CC BY
508
116
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЭКОСИСТЕМА ПОЧВА-РАСТЕНИЕ / ЗАГРЯЗНЕНИЕ ХИМИЧЕСКИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ / ПАСТБИЩНЫЕ ТРАВЫ / ECOSYSTEM SOIL-PLANT / POLLUTION BY CHEMICAL ELEMENTS / PASTURABLE GRASSES

Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы — Макарова О. А.

Автор в своей работе пришел к выводу, что состояние экосистемы почва растение в пойменной части реки Иртыш можно считать удовлетворительным. Вода загрязнена Zn, Mn, Cu. Выявлена особенность накопления токсических элементов (кадмия) пыреем ползучим и осоки береговой, как представителей пастбищных трав.

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

CONTENTS OF CHEMICAL ELEMENTS (Zn, Mn, Cu, Pb, Cd) IN SYSTEM WATER-SOIL-PLANT OF THE INUNDATED PART OF RIVER IRTYSH

The author in her work has come to conclusion, that condition of ecosystem soil plant in an inundated part of river Irtysh it is possible to consider satisfactory. Water is polluted Zn, Mn, Cu. Feature of accumulation of toxic elements (cadmium) by a wheat grass creeping and a sedge coastal, as representatives of pasturable grasses is revealed.

Текст научной работы на тему «Содержание химических элементов (Zn, Mn, Cu, Pb, Cd) в системе вода-почва-растение пойменной части реки Иртыш»

УДК 632.15

содержание химических элементов

(гп, мп, Си, рь, са) в системе вода-почва-растение

пойменной части реки иртыш

© 2009 О. А. Макарова Омский государственный институт сервиса

Автор в своей работе пришел к выводу, что состояние экосистемы почва - растение в пойменной части реки Иртыш можно считать удовлетворительным. Вода загрязнена 2п, Мп, Си. Выявлена особенность накопления токсических элементов (кадмия) пыреем ползучим и осоки береговой, как представителей пастбищных трав.

Ключевые слова: экосистема почва-растение, загрязнение химическими элементами, пастбищные травы

Река Иртыш берет свое начало в Китае, протекает через Казахстан, в котором располагаются промышленные предприятия, сбрасывающие химические элементы в воду реки Иртыш. Такими предприятиями являются: Ульбинский металлургический завод, свинцово-цинковый комбинат, титано-магниевый комбинат города Усть-Каменогорска. В Омске такими предприятиями являются ФГУП ПО «Полет», ПО «Завод транспортного машиностроения». Эти предприятия поставляют в водоем химические элементы (ХЭ), а именно кадмий, свинец, цинк, кадмий, теллур и др. Загрязнение береговой зоны также возможно отходами человеческой деятельности, а именно несанкционированными свалками. Виды ТБО и ТПО загрязняют экосистему следующими ХЭ: свинец, сурьма, медь, железо, кадмий. При выпадении атмосферных осадков, имеющих значение рН<5 (кислая реакция), данные элементы становятся более подвижными в почве. Из почвы они поступают в грунтовые воды, формирующие химический состав почвенного раствора. Также на состояние грунтовых вод оказывают влияние поверхностные воды. В то же время растительность пойменной части используется в качестве корма для домашних животных: кролики, мелкий и крупный рогатый скот.

Макарова Ольга Александровна, аспирант. E-mail: mom99mir@mail.ru

Цель исследований: экологическая оценка содержания микроэлементов (кадмия, свинца, цинка, меди и марганца) в системе вода - почва - растение для мониторинга состояния окружающей среды экосистемы в пойменной части реки Иртыш в условиях промышленного города.

Для достижения данной цели решались следующие задачи: 1) установить содержание микроэлементов (Zn, Mn, Pb, Cu, Cd) в пробах воды, почвы и растениях пойменной части реки Иртыш; 2) определить характер влияния повышенных концентраций (2ОДК, 3ОДК, 5ОДК) кадмия на содержание меди, свинца, цинка в почве в условиях вегетационного опыта; 3) выявить характер накопления кадмия в пырее гребенчатом, осоке береговой в условиях вегетационного опыта; 4) составить прогноз накопления кадмия в системе почва - растение в случае антропогенного его поступления.

Объекты и методы исследования. Объектами исследования явились: вода реки Иртыш, почва и растения (ива белая Salix alba, пырей гребенчатый Agropyrum cristatum, осока береговая Carex riparia) пойменной части реки. Исследования по экологической оценке содержания химических элементов в системе вода - почва -растение в пойме реки Иртыш проводились с 2005 по 2007 гг. Выбор растений обоснован их широкой распространенностью в пойменной зоне, различной видовой принадлежностью и использованию их в качестве корма для животных.

Нами были определены следующие показатели: в воде - содержание растворенных форм меди, цинка, свинца, марга-неца, кадмия, рН среды, в почве - валовое содержание ХЭ и их подвижные формы, содержание гумуса, емкость катионного обмена, рН среды, в растениях - содержание кадмия. Основным методом определения ХЭ в исследуемых пробах воды, почвы и растений был выбран атомно-абсорбционный метод.

Результаты и их обсуждение. Рассмотрим загрязнение тяжелыми металлами каждого из компонента нашей системы вода - почва - растение пойменной части реки Иртыш. Состояние поверхностных вод р. Иртыш можно охарактеризовать как неудовлетворительным. Концентрации меди, цинка, марганца составляют: Си (весна) - 24 ПДК, (лето) - 22,5 ПДК, (осень) -36 ПДК; Мп (весна)-5,3 ПДК, (лето) - 5,2 ПДК, (осень) - 3,2 ПДК; 2п (весна) - 4,7 ПДК, (лето) - 5,7 ПДК, (осень) - 5 ПДК. Обнаружены следы содержания кадмия и свинца в воде реки.

Содержание меди оказалось повышенным в осенние месяцы по сравнению с летними. Это объясняется тем, что в летний период вследствие активного роста

биомассы концентрации меди снижаются. При осаждении взвешенных частиц, которые обладают способностью адсорбировать ионы меди, последние переходят в донные отложения, что приводит к наблюдаемому эффекту.

В ходе исследований было установлено, что береговые почвы (аллювиальные дерновые) по содержанию гумуса относятся к микрогумусным (содержание гумуса меньше 2%), реакция среды - щелочная, достаточно невысокая емкость катионного обмена (10,1мг-экв/100 г). По гранулометрическому составу данный тип почвы относится к легким (песчаным).

Содержание микроэлементов в почве, как по валовой форме так и по подвижной форме не превышает нормы. Валовое содержание ХЭ в почве: Мп - 155,6 (ОДК - 1500 мг/кг); Си - 11,1 (ОДК - 33 мг/кг); 2п - 35 (ОДК - 55 мг/кг); РЬ - 10 (ОДК -32 мг/кг); Сё - 0,19 мг/кг (ОДК - 0,50 мг/кг). Содержание подвижных форм ХЭ в почве: Мп - 18,7 (ПДК - 100 мг/кг); Си -0,43 (ПДК - 3,00 мг/кг); 2п - 2,3 (ПДК - 23 мг/кг); РЬ - 1,8 (ПДК - 6,0 мг/кг); Сё - 0,16 мг/кг. В табл. 1 представлены результаты исследований по содержанию ХЭ в растениях.

Таблица 1. Содержание ХЭ в растениях в условиях пойменной части реки Иртыш, мг/кг сухого вещества (х±Бё)

Растения РЬ са Си Zn Мп

пырей гребенчатый 0,26±0,16 0,04±0,01 4,47±0,39 31,60±1,30 52,50±3,3

осока береговая 0,35±0,01 0,02±0,001 6,64±0,1 19,5±0,7 62,20±4,5

ПДК 0,5 0,10 10,0 50,0

ива белая (листья) 1,76±0,02 1,75±0,01 2,70±0,43 109,80±1,7 63,40±0,59

ива белая (ветви) 1,81±0,02 1,81±0,02 2,07±0,09 65,0±2,95 20,32±1,36

ива белая(корни) 1,89±0,05 0,87±0,01 4,60±0,36 115,3±27,0 74,00±7,2

В процессе исследований было установлено, пырей гребенчатый и осока береговая не загрязнены ХЭ. Их содержание в растительных культурах не превышает ПДК. Распределение микроэлементов в органах ивы белой выглядит следующим образом: содержание 2п в листьях в 1,6 раз выше, чем в ветвях и в 1,04 раза ниже чем в корнях. Содержание Си в листьях в 1,3 раза больше, чем в ветвях, однако ростовые корни в 1,8 раз превышают содержание

металла по сравнению с листьями. Мп в листьях в 3,1 раза превышает содержание элемента в ветвях и в 1,2 раз ниже чем в корнях. РЬ накапливается в листьях в 1,3 раза больше чем в ветвях. По накоплению Сё корни и ветви в 0,8 и 0,5 раз соответственно содержат меньше металла, чем в листьях ивы. Подобное распределение ХЭ в органах ивы белой связано с влиянием окружающей среды, помимо потребления микроэлементов через корневую систему.

Листья подвержены антропогенной нагрузке - пыль, выхлопные газы автотранспорта. На втором месте по потреблению ХЭ относится корневая система, поскольку именно за счет нее осуществляется питание растений. Накопление ХЭ в органах ивы белой можно расположить в следующий ряд по убыванию: Zn>Mn>Cu>Pb>Cd.

Для определения накопления ХЭ в системе вода - почва - растение в условиях вегетационного опыта был выбран кадмий, поскольку он считается более подвижным [1, 2]. Растения (пырей гребенчатый Agropyrum cristatum, осока береговая Carex riparia) поливали раствором соли кадмия CdCl2-2,5H20. Соль кадмия вносили вплоть до колошения трав. Эксперимент проводили на почвах аллювиально-дернового типа пойменной части реки в шестикратной повторности по следующей

схеме: контроль, 2 ОДК - доза соли 10,28, 3 ОДК - доза соли 15,42, 5 ОДК - доза соли 32,14 мг/кг.

В условиях вегетационного опыта была выявлена положительная корреляция зависимости накопления кадмия растениями (пырей гребенчатый и осока береговая) от концентрации элемента в почве (р=0,973, коэффициент детерминации Я2 0,996 соответственно). Для пырея гребенчатого характерна линейная зависимость между накоплением кадмия в растении и его содержанием подвижных форм в почве. Уравнение регрессии для пырея гребенчатого имеет следующий вид: У = 0,96х + 0,30. Для осоки береговой установлена полиноминальная зависимость между содержанием кадмия в почве аллювиально-дернового типа и накоплением его в растениях (рис. 1).

фактические значения полиномиальный тренд 2-й степени

Рис. 1. Зависимость между содержанием ионов кадмия Cd2+ в почве и содержанием ионов кадмия Cd2+ в осоке береговой (Carex riparia)

Y = 0,2х2 - 0,322х + 0,11

Накопление кадмия почвой и поглощение его растениями зависит от механического состава и свойств почвы. Аллюви-ально-дерновый тип почвы относится к легкому механическому составу, следовательно, миграция металла протекает более интенсивно. Также было установлено, что

осока береговая проявляет защитные функции при высоких концентрациях кадмия. Кадмий способен влиять на мобильность других элементов (рис. 2-4). Уравнения регрессии (1-3) отражают обратную зависимость между подвижными формами Сё-РЬ, Сё-2п, Сё-Си.

Рис. 2. Зависимость содержания подвижных форм Pb в почвах аллювиально-дернового типа от накопления Cd в условиях вегетационного опыта

У = -0,03х + 1,01, г = -0,9

(1)

3

Zn, мг/кг 2,5

2

1,5

1

0,5 0

0,1

5,4

7,4

8 <45^, мг/кг

Рис. 3. Зависимость содержания подвижных форм Zn в почвах аллювиально-дернового типа от накопления Cd в условиях вегетационного опыта

У = -0,08х + 2,43, г = -0,4

(2)

0,35 Си, мг/кг

0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0

Си, мг/кг

8,45

Рис. 4. Зависимость содержания подвижных форм Си в почвах аллювиально-дернового типа от накопления Cd в условиях вегетационного опыта

У = -0,01х + 0,32, г = 0,

Из выше приведенных рисунков видно, что при увеличении концентрации кадмия в почве наблюдается снижение

(3)

концентрации свинца, меди и цинка по содержанию подвижных форм.

0,1

5,4

7,4

Выводы:

1. Вода реки Иртыш загрязнена следующими химическими элементами (2п, Мп, Си).

2. Пойменная часть реки Иртыш и растения пойменной части не загрязнены химическими элементами (2п, Мп, РЬ, Си, Сё).

3. При поливе раствором кадмия осоки береговой наблюдается проявление защитных функций к накоплению металла (2 ОДК - 0,20 мг/кг, 3 ОДК - 1,01 мг/кг, 5 оДк - 2,00 мг/кг).

4. Установлена обратная зависимость между кадмием, цинком, свинцом и медью.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Ермохин, Ю.И. Агроэкологическая оценка действия кадмия, никеля и цинка в системе почва - растение - животное: монография // Омск: Изд-во ФГОУ ВПО ОмГАУ, 2002. - 205 с.

2. Синдирева, А.В. Агроэкологическая оценка действия кадмия, никеля и цинка в системе почва - растение - животное: автореферат на соискание ученой степени кандидата биологических наук / Омск: Изд-во ФГОУ ВПО ОмГАУ, 2001. - 19 с.

CONTENTS OF CHEMICAL ELEMENTS (Zn, Mn, Cu, Pb, Cd) IN SYSTEM WATER-SOIL-PLANT OF THE INUNDATED PART OF

RIVER IRTYSH

© 2009 OA. Makarova Omsk State Institute of Service

The author in her work has come to conclusion, that condition of ecosystem soil - plant in an inundated part of river Irtysh it is possible to consider satisfactory. Water is polluted Zn, Mn, Cu. Feature of accumulation of toxic elements (cadmium) by a wheat grass creeping and a sedge coastal, as representatives of pasturable grasses is revealed.

Keywords: ecosystem soil-plant, pollution by chemical elements, pasturable grasses

Olga Makarova, Graduate Student. E-mail: mom99mir@mail.ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.