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»

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: [email protected]

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: [email protected]