CC BY
7Секция 4. ВЛИЯНИЕ ХОЗЯЙСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ НА ПРИРОДНУЮ СРЕДУ
УДК 504.054:631.4(571.66-25)
В.Г. Авдощенко, А.В. Климова
Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003 e-mail: [email protected]
СОДЕРЖАНИЕ МЕДИ В ПОЧВЕ И РАСТИТЕЛЬНОМ ПОКРОВЕ ТЕРРИТОРИЙ ГОРОДА ПЕТРОПАВЛОВСКА-КАМЧАТСКОГО В 2020 ГОДУ
В работе представлены результаты определения содержания меди в почвенно-растительном покрове территорий г. Петропавловка-Камчатского в летний период 2020 г. Концентрация этого металла в почвах исследованных территорий варьировалась от 12,6 до 88,5 мг/кг. Содержание меди во всех проанализированных почвенных образцах города превышало характерный для юго-восточной провинции Камчатки геохимический фон. Ряд уменьшения концентрации меди в почвах исследованных районов г. Петропавловска-Камчатского можно представить в следующей последовательности: «Краевая библиотека» > «Стадион "Спартак"» > «Госпиталь» > «Автостанция 10-й км» > «Ботанический переулок» > «Фоновый участок». Диапазон содержания меди в исследованных растениях: 3,1-27,8 мг/кг. Наиболее высокая степень аккумуляции меди была выявлена у полыни (Artemisia vulgaris kamtschatica). Максимальное содержание этого металла в растительных образцах A. vulgaris выявлено в районе «Краевая библиотека».
Ключевые слова: тяжелые металлы, медь, металлическое загрязнение, биоаккумуляция, фитоинди-кация, урбанизированные территории, Петропавловск-Камчатский.
V.G. Avdoshchenko, A.V. Klimova
Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatskу, 683003 e-mail: [email protected]
COPPER CONTENT IN SOIL AND VEGETATION COVER OF PETROPAVLOVSK-KAMCHATSKY TERRITORIES IN 2020
The results of determining the copper content in the soil and vegetation cover of Petropavlovk-Kamchatsky territories during summer period 2020 were presented in the article. The concentration of this metal in the soils of the studied areas varied from 12.6 to 88.5 mg / kg. The content in all studied soil samples exceeded the geochemi-cal background of copper which is typical for the south-eastern province. A number of decreases in the copper concentration in the soils of the studied areas of Petropavlovsk-Kamchatsky can be presented in the following sequence: "Regional Library" > "Stadium "Spartak" > "Hospital" > "Bus station 10 km" > "Botanical Lane" > "Background section". The range of copper content in the studied plants: 3.1 - 27.8 mg / kg. The highest degree of copper accumulation was found in wormwood (Artemisia vulgaris).
Key words: heavy metals, copper, metal pollution, bioaccumulation, phytoindication, urbanized areas, Pet-ropavlovsk-Kamchatsky.
Урбанизированные территории отличаются высоким уровнем загрязнения окружающей среды, которое является многоэлементным и часто токсичным. Почва как компонент городской экосистемы представляет собой среду, аккумулирующую поллютанты разного вида и степени опасности, часть из них сохраняется долгое время, а часть мигрирует в другие элементы урбоси-стем, включая биоту и водную среду [1]. Загрязнение тяжелыми металлами окружающей среды происходит только в случае их избыточного поступления, что постоянно наблюдается в город-
Природные ресурсы, их современное состояние, охрана., промысловое и техническое использование
ской среде. Так, медь является постоянным компонентом живых систем, относится к важнейшим незаменимым биоэлементов, природный избыток которого в растениях практически невозможен. Однако в зонах антропогенного влияния может происходить накопление растениями меди в избыточных концентрациях [2].
Все почвенные провинции Камчатки, включая Юго-Восточный район, характеризуются устойчивой медной специализацией [3]. Поступление этого металла может быть обусловлено как антропогенными, так и природными факторами. Для г. Петропавловска-Камчатского этими факторами могут выступать вулканическая деятельность, выбросы автотранспорта и предприятий теплоэнергетики, а также несанкционированное размещение отходов различного состава на территории города.
Целью настоящей работы являлась оценка экологического состояния разных районов г. Петропавловска-Камчатского по содержанию меди в почвенном и растительном покровах.
Листья растений и почвенные образцы для настоящего исследования были собраны в летний период 2020 г. в следующих районах г. Петро-павловска-Камчатского: «Автостанция 10-й км», «Краевая библиотека», «Ботанический переулок», «Стадион "Спартак"», «Госпиталь» (рис. 1). Данные участки располагаются в зоне воздействия автотранспорта, котельных и других локальных источников загрязнения. Дополнительно пробы отбирали на участке, где исключено прямое техногенное воздействие - район озера Синичкино (фоновый участок). Схема расположения районов исследования и детальное описание используемых методов приведено в работe [4].
Почва и растительный материал отбирали согласно методическим указаниям по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства [5]. Для индикации содержания тяжелых металлов в растительном покрове использовали растения травянисто-кустарникового (вей-ник Calamagrostis langsdorffii, полынь Artemisia vulgaris kamtschatica) и древесного (ива Salix sp., береза Betula ermanii) ярусов. Сбор листьев проводили методом средней пробы. Все отобранные пробы приводили к воздушно-сухому состоянию и просеивали через сито с диаметром отверстий 2 мм. Кислотное озоление растительного и почвенного материала проводили в системе разложения проб Milestone Ethos UP. Содержание меди в растительных и почвенных пробах определяли с помощью атомно-эмиссионного спектрометра с микроволновой плазмой Agilent MP-AES 4200.
Для оценки уровня металлического загрязнения почв был рассчитан коэффициент концентрации (Кс), представляющий собой отношение концентрации металла в почве исследованного района к его фоновому значению [6]. Также оценка была проведена с учетом превышения его содержания относительно геохимического фона (Сф) меди Юго-Восточного района Южной почвенной провинции Камчатки. Для определения степени интенсивности поглощения меди растительным покровом города был определен коэффициент биологического поглощения (КБП) путем вычисления отношения содержание элемента в золе их листьев к его валовому содержанию в почве. По интенсивности поглощения меди растениями были выделены группы биологического накопления (КБП > 1) и биологического захвата (КБП < 1) [7].
Почва. В 2020 г. диапазон содержания меди в исследованных районах варьировал от 12,6 мг/кг в почве фонового участка до 88,47 мг/кг в почве района «Краевая библиотека» (рис. 1). Согласно Гигиеническим нормативам относительно допустимая концентрация (ОДК) меди для почв равна 66,0 мг/кг [8]. Превышение было выявлено в районах «Краевая библиотека» и «Стадион "Спартак"». В почвах города наблюдалось превышение геохимического фона (33,83 мг/кг) [9] и показателей фонового участка (12,6 мг/кг). Так, в почве территории «Краевая библиотека» значение меди было в семь раз больше таковых фонового участка, а также в 2,6 раза выше геохимического
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 о
40,5
ОДК
Сф
Госпиталь Стадион Ботанический Краевая Автостанция фоновый Спартак nepevnoK библиотека 10-й км г'часток
Рис. 1. Содержание меди в почве исследованных районов в летний период 2020 г. Красной пунктирной линией отмечена ОДК меди для почв (60 мг/кг). Зеленой пунктирной линией отмечен геохимический фон (Сф) меди в почвах Южной провинции Камчатки (33,83 мг/кг)
фона. Ряд уменьшения концентрации металла в почвах исследованных районов города можно представить в следующей последовательности: «Краевая библиотека» > «Стадион "Спартак"» > «Госпиталь» > «Автостанция 10-й км» > «Ботанический переулок» (рис. 1). В табл. 1 представлены значения превышения геохимического фона меди в почвах исследованных территорий, данный показатель может свидетельствовать о наличии антропогенных источников его поступления в окружающую среду территорий города. Это также подтверждают рассчитанные значения коэффициента концентрации (Кс). Исходя из полученных данных, и в соответствии с Методическими указаниями МУ 2.1.7.730-99 [7] в основном исследованные почвы можно отнести к категории со слабым загрязнением медью, исключением являются участки «Стадион "Спартак"» и «Краевая библиотека», характеризующиеся сильной степенью загрязнения (табл. 1). Убывающий ряд по степени аккумуляции меди в почве имеет следующий вид: «Краевая библиотека» (К = 7,1) > «Стадион "Спартак"» (4,9) > «Госпиталь» (3,7) > «Автостанция 10-й км» (3,2) > «Ботанический переулок» (2,8).
Таблица 1
Оценка степени загрязнения медью почв г. Петропавловска-Камчатского
Район Превышение геохимического фона Коэффициент концентрации (Кс) цинка Категория загрязнения почв
Фоновый участок 0,4 - -
Госпиталь 1,4 3,7 Слабая
Стадион «Спартак» 1,8 4,9 Сильная
Ботанический переулок 1,04 2,8 Слабая
Краевая библиотека 2,6 7 Сильная
Автостанция 10-й км 1,2 3,2 Слабая
Растительность. В районах ислледования диапазон содержания меди в листьях растений в 2020 г. изменялся от 3,1 до 27,8 мг/кг (рис. 2). Наименьшая концентарция выявлена в Calamagrostis langsdorffii участка «Краевая библиотека» (3,1 мг/кг), также в других районах в вейнике было определено меньшее содержание меди в сравнении с другими растениями. Наибольшее содержание определено в A. vulgaris kamtschatica района «Краевая библиотека» (27,8 мг/кг). Следует отметить, что в образцах полыни городской среды выявлен наиболее высокий уровень биоаккумуляции меди. В сравнении с остальными исследованными образцами, диапазон ее содержания в листьях варьировал от 16,6 мг/кг в районе «Стадион "Спартак"» до 27,8 мг/кг в районе «Краевая библиотека». В почвах участка «Краевая библиотека» была выявлена также наиболее высокая концентрация проанализированного элемента. Ряд уменьшения содержания меди в листьях полыни исследованных районов можно представить следующим образом: «Краевая библиотека» > «Фоновый участок» > «Автостанция 10-й км» > > «Госпиталь» > «Ботанический переулок» > «Стадион "Спартак"» (рис. 2, табл. 2).
20 15 10
5 О
.а -з s .в
-S2 и 3 "я
я Р 11 та
и on И
< I
Фоновый участок
on ffl я
.а .2 -а я
■3 -2 g В «
ОТ я Р 4> от
и ® И
+= ел
< а
Госпиталь
Стадион "Спартак"
on га я
.а .5 в ё
^ й "л
от я Р 4> VI
<у on га
< I
Ботанический переулок
Краевая библиотека
■в •§ £ р % й oij га
Автостанция 10-й км
Рис. 2. Содержание меди в листьях растений исследованных районов г. Петропавловска-Камчатского в летний период 2020 г. Травянисто-кустарниковый ярус выделен зеленой заливкой ячейки,
древесный - оранжевой заливкой
Природные ресурсы, их современное состояние, охрана, промысловое и техническое использование
Необходимо отметить, что для Камчатского края характерна высокая концентрация меди в почве, это отмечалось в работах других авторов [9, 10], что, вероятно, влияет на концентрацию этого элемента в растениях фоновой зоны, в других же урбанизированных районах исследования возможна ситуация с созданием барьеров другими загрязнителями-антагонистами, что затрудняет его поступление в растительный покров. В целом медь в почве содержалась в больших концентрациях, чем в растениях тех же участков (табл. 2).
Таблица 2
Уровни содержания цинка в почвах и листьях растений исследованных районов г. Петропавловска-Камчатского
Компонент исследованного района Уровни содержания цинка, мг/кг Ряд уменьшения содержания цинка в исследуемых районах
Почва 35,5-85,5 Краевая библиотека > Стадион «Спартак» > Госпиталь > Автостанция 10-й км > > Ботанический переулок
Artemisia vulgaris kamtschatica 16,6-27,8 Краевая библиотека > Автостанция 10-й км > Госпиталь > Ботанический переулок > Стадион «Спартак»
Salix sp. 8,3-12,5 Госпиталь > Краевая библиотека > Автостанция 10-й км > Ботанический переулок > Стадион «Спартак»
Betula ermanii 7,9-9,2 Стадион «Спартак» > Автостанция 10-й км > Ботанический переулок > Госпиталь > Краевая библиотека
Calamagrostis langsdorffii 3,1-6,1 Автостанция 10-й км > Стадион «Спартак» > Ботанический переулок > Госпиталь > Краевая библиотека
Для оценки степени поглощения меди растениями, произраставшими на фоновом участке, был рассчитан коэффициент биологического поглощения (табл. 3). Полученные данные позволили разделить исследованные виды на две группы: с сильным и слабым накоплением. Так, к первой группе отнесена только полынь. Стоит отметить, что к аналогичной группе этот вид отнесен и в отношении цинка [11]. Остальные исследованные растения имеют слабую интенсивность поглощения меди, их КБП составил от 0,29 до 0,8 (табл. 3).
Таблица 3
Коэффициент биологического поглощения меди растениями фонового участка
Растение КБП Интенсивность поглощения
Salix sp. 0,8 Слабое накопление
Betula ermanii 0,64 Слабое накопление
Artemisia vulgaris 2 Сильное накопление
Calamagrostis langsdorffii 0,29 Слабое накопление
Подводя итог проведенной работы, необходимо отметить, что почвенные образцы исследованных районов города г. Петропавловска-Камчатского в 2020 г. содержали медь в концентрациях, превышающих показатели геохимического фона для южной провинции Камчатского края. Однако превышение ПДК было выявлено только в почвах двух территорий - «Краевая библиотека» и «Стадион "Спартак"». Биоиндикатором медного загрязнения различных участков города является полынь (A. vulgaris kamtschatica), имеющая высокий коэффициент биологического поглощения. Наибольшее содержание меди было выявлено в образце полыни в районе «Краевая библиотека», что совпадает с аналогичным показателем для почвы. Данный район исследования находится в зоне влияния котельных, автотранспорта, а также строительных работ на улице Топоркова.
Литература
1. Попова Л.Ф. Экологическое нормирование содержания тяжелых металлов в почвах Архангельской промышленной агломерации // Arctic Evironmental Research. - 2012. - № 3. - URL: https://cyberleninka.ru/article/n/ekologicheskoe-normirovanie-soderzhaniya-tyazhelyh-metallov-v-poch-vah-arhangelskoy-promyshlennoy-aglomeratsii (дата обращения: 02.04.2020).
2. Ильин В.Б., Сысо А.И. Микроэлементы и тяжёлые металлы в почвах и растениях Новосибирской области. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2001. - 229 с.
3. Захарихина Л.В., Литвиненко Ю.С. Вулканизм и геохимия экосистем Камчатки // Вулканизм и связанные с ним процессы: Материалы XXI регион. науч. конф., посвященной Дню вулканолога. - Петропавловск-Камчатский, 2018. - С. 52-55.
4. Авдощенко В.Г., Климова А.В. Содержание тяжелых металлов в почвах Петропавловска-Камчатского (Камчатский край) в 2017-2018 гг. // Вестник КамчатГТУ. - 2020. - № 52. - С. 50-63.
5. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. - М.: ЦИНАО, 1992. - 57 с.
6. МУ 2.1.7.730-99 Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест: Методические указания. - М.: НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды, 1999. - 20 с.
7. Перельман А.И. Геохимия ландшафта. - М.: Географгиз, 1961. - 392 с.
8. ГН 2.1.7.2041-06 Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве: гигиенические нормативы. - М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспо-требнадзора, 2006. - 15 с.
9. 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.
10. Захарихина Л.В., Литвиненко Ю.С. Вулканизм и геохимия почвенно-растительного покрова Камчатки. Специфика формирования элементного состава вулканических почв в холодных гумидных условиях // Вулканология и сейсмология. - 2019. - № 3. - С. 25-33.
11. Авдощенко В.Г., Климова А.В. Содержание цинка в почве и растительном покрове территорий г. Петропавловска-Камчатского // Развитие теории и практики управления социальными и экономическими системам: Материалы X Междунар. науч.-практ. конф. - Петропавловск-Камчатский, 2020. - С. 91-95.
