CC BY
25
Содержание тяжёлых металлов в системе почва - медоносное растение на территории техногенных ландшафтов
С.Н. Яковлева, аспирантка, P.P. Фаткуллин, д.б.н., профессор, ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ
Тяжёлые металлы относятся к классу наиболее опасных загрязнителей окружающей среды, называемых суперэкотоксикантами. Постоянный приток металлов в биосферу обусловлен хозяйственной деятельностью человека, что и приводит к увеличению площадей загрязнённых земель.В связи с этим возникает необходимость систематического мониторинга содержания тяжёлых металлов, особенно в тех районах, где среда, и без того обогащённая их соединениями, дополнительно подвергается техногенному загрязнению [1—6].
На территории Челябинской области работает более 150 предприятий, занимающихся добычей и переработкой природного сырья. Ведущая отрасль промышленности Челябинской области — металлургическая. Более 60% всего объёма промышленной продукции относится к данному направлению. Основные предприятия чёрной металлургии — это ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», металлургические заводы горнозаводской зоны Урала (Аша, Златоуст), ОАО «Челябинский металлургический комбинат» (Челябинск, Магнитогорск) и многие другие предприятия [1].
К предприятиям цветной металлургии Челябинской области относятся ОАО «Александрийская горно-рудная компания», ЗАО «Кыштымский медеэлектролитный завод», ОАО «Челябинский цинковый завод», ЗАО «Карабашмедь», ОАО «Уфа-лейникель», которые производят цинк, никель, рафинированную медь.
Учитывая, что сельскохозяйственные экосистемы — основной источник производства продуктов питания растительного и животного происхождения, а продуктивность животных и качество животноводческой продукции во многом зависят от особенностей биотического круговорота в агроэ-косфере и геохимии аграрных ландшафтов, целью работы явилось изучение загрязнения тяжёлыми металлами почв и соцветий медоносных растений п. Нагайбакский Челябинской области [2, 3].
Нагайбакский район — агарный, но имеет свои геохимические особенности, связанные с меднорудными зонами. ОАО «Александрийская горнорудная компания» Нагайбакского района — предприятие по добыче и первичной обработке медесодержащей руды с одного из крупнейших в России медно-цинковых месторождений — Александрийского, а также месторождения «Чебачье».
Материал и методы исследования. В процессе исследования был проведён локальный мониторинг по изучению содержания химических элементов
(железо, медь, цинк, кобальт, свинец, марганец, магний, кадмий, никель, хром) в почвах и соцветиях медоносных растений, произрастающих на территории горнорудных ландшафтов. Почвенные образцы отбирали с помощью сапёрной лопатки методом прикопок в соответствии с принятыми в геохимии и почвоведении методиками. На каждой пробной площадке в трёх равноудалённых друг от друга точках из верхнего гумусового слоя от 0 до 15 см отбирали образцы почвы. Далее, тщательно перемешав их, методом конверта брали усреднённую пробу, которая и подвергалась дальнейшим операциям согласно ГОСТу 17.4.3.01-83 «Почвы. Общие требования к отбору проб». Для исследования почвы и медоносных растений были отобраны пять почвенных площадок (ПП): ПП 1 — поле подсолнуха; ПП 2 — поле донника; ПП 3, 4 — поля естественного разнотравья; ПП 5 — поле гречихи. Почвы доводились до воздушно-сухого состояния. Образцы почв растирали в ступке и просеивали через сито с диаметром отверстий 1 мм. В таком виде почвы были готовы к элементному анализу.
Соцветия медоносных растений срезались полностью распустившимися в сухую погоду и были помещены в чистые бумажные пакеты, а затем доставлены в лабораторию для дальнейшего исследования. При анализе цифрового материала использовали перечень ПДК, МДУ и санитарно-гигиенические нормативы содержания вредных веществ в исследуемых объектах.
Пробы предварительно переводили в растворимое состояние сухим способом. В пробах определяли содержание девяти элементов тяжёлых металлов различного класса опасности: 1-го класса (РЬ, Zn, Сё), 2-го класса (Си, N1, Со, Сг) и 3-го класса опасности (Мп).
Содержание химических элементов в почвах и медоносных растениях определяли методом атомно-абсорбционной спектрофотомерии на спектрофотометре ААС-30 согласно методическим указаниям 52.18.191-89 «Методические указания. Методика выполнения измерений массовой доли кислорастворимых форм металлов (меди, свинца, цинка, никеля, кадмия) в пробах почвы атомно-абсорбционным анализом». Статистический анализ результатов проводился с помощью системы для статистического анализа данных БТАЛБТГСА 10.0.228.8.
Результаты исследования. Результаты исследования показали, что в поверхностном слое почвы всех почвенных площадок концентрация цинка и меди превышала предельно допустимые уровни концентрации. При этом самый высокий уровень
1. Содержание химических элементов в образцах почвы землепользования п. Нагайбакский Челябинской области, мг/кг (п=10; Х+Бх)
Химический элемент ПП 1 ПП 2 ПП 3 ПП 4 ПП 5 ПДК
Железо 1026,8±10,47 778,6±0,14 772,3±0,14 932,3±0,12 1200,2±0,11 4200,0
Медь 113,66±5,00 111,85±0,17 120,77±0,17 119,57±0,17 110,2±0,16 100,0
Цинк 176,3±0,22 168,66±0,16 189,57±0,16 161,34±0,16 115,2±0,13 110,0
Кобальт 9,48±0,16 9,86±0,11 18,9±0,13 9,82±0,11 9,59±0,10 50,0
Свинец 33,0±0,12 12,87±0,12 10,38±0,12 7,94±0,13 8,05±0,11 32,0
Марганец 851,2±0,11 1026,2±0,12 1331,5±0,11 1105,6±0,12 1202,2±0,10 1500,0
Кадмий 0,34±0,16 0,20±0,15 0,21±0,15 0,25±0,14 0,28±0,12 2,0
Никель 0,13±0,14 8,11±0,14 8,15±0,14 7,30±0,12 8,84±0,11 50,0
2. Содержание химических элементов в образцах соцветий медоносных растений п. Нагайбакский Челябинской области, мг/кг (п=10; Х+Бх)
Химический элемент МДУ ПП 1 ПП 2 ПП 3 ПП 4 ПП 5
Железо 100,0 24,87±0,20 130,1±0,20 25,74±0,18 24,02±0,19 24,91±0,26
Медь 30,0-100,0 1,06±0,21 12,75±0,2 1,31±0,02 0,86±0,17 1,00±0,05
Цинк 50,0-100,0 4,23±0,19 34,79±0,20 5,03±0,03 4,66±0,15 5,20±0,04
Кобальт 1,0-2,0 0,07±0,2 0,41±0,2 0,05±0,02 0,07±0,02 0,05±0,01
Свинец 5,0 0,04±0,02 1,17±0,19 0,09±0,03 0,04±0,01 0,06±0,02
Марганец 60,0-80,0 12,41±0,20 18,35±0,2 15,00±0,25 8,20±0,25 13,67±2,20
Кадмий 20,0-50,0 0 0 0,09±0,03 0,006±0,003 0,010±0,01
Никель 0,3 0,001±0,12 0,41±0,2 0,09±0,01 0,17±0,02 0,24±0,01
цинка выявлен в почвах поля, где произрастало естественное разнотравье (ПП 3) — 58,02%, а самый низкий уровень цинка, превысивший ПДК на 4,72%, был выявлен в слое почвы поля, засеянного гречихой (ПП 5). Аналогичная закономерность установлена и для меди, содержание которой в почве поля, где произрастало естественное разнотравье (ПП 3), превысило ПДК на 20,77%, а в почвах поля, где произрастала гречиха — на 10,2%. На ПП 1 зафиксировано превышение свинца в 1,3 раза. Содержание в почвах никеля (0,18— 8,84 мг/кг), кадмия (0,13—0,28 мг/кг) было в пределах оптимального для почвы уровня (табл. 1).
В образцах медоносных растений содержание тяжёлых металлов, кроме железа и кадмия, не превышало максимально допустимый уровень (МДУ). Нами установлено высокое содержание железа в пробе с пасеки ПП 1, где его содержание составляло 30,1% от МДУ. Накопление цинка на почвенных площадках происходило не одинаково, максимальное значение от МДУ его содержалось в образцах пробы с ПП 2, что составляло 34,79 мг/кг (табл. 2).
Таким образом, анализ результатов исследования и их сравнение с оптимальным содержанием химических элементов в почвах показал снижение доступности растениям кобальта и кадмия. Так, содержание кобальта в почвах полей под подсолнухом (ПП 1), донником (ПП 2), луговым разнотравьем (ПП 4), гречихой (ПП 5) составляло 9,48+0,16; 9,86+0,11; 18,19+0,13; 9,82+0,12 и 9,59+0,10 мг/кг соответственно и находилось на нижней границе оптимального для растений уровня. Концентрация марганца и железа в почвах всех полей была ниже оптимальных значений в 1,9 и 4,5 раза соответственно.
Вывод. Увеличение процессов техногенного загрязнения агроэкосистем способствует аккумуляции тяжёлых металлов в соцветиях медоносных растений. Растения обладают разной степенью аккумуляции химических элементов. Количественный состав химических элементов в растениях во многом зависит от географического расположения медоносных растений по отношению к источнику загрязнения. Проведённое исследование образцов почв, находящихся под кормовыми культурами, свидетельствует о высоком содержании цинка, меди, что, на наш взгляд, может быть связано с залежами медно-цинковых и никелевых руд.
Литература
1. Гуменюк О.А., Жаксыбаева М.У. Оценка техногенного воздействия ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» на объекты окружающей природной среды // Инновационные проекты студентов в биологии, экологии и зоотехнии: матер. междунар. студенч. науч.-практич. конф. Троицк, 2014. С. 159-164.
2. Мещерякова Г.В. Ешпанова Ж.Е. Миграция тяжёлых металлов в биологических объектах пищевой цепи // Научно-производственный журнал «Наука» (Костанай). 2014. № 4-1. С. 220-221.
3. Яковлева С.Н., Фаткуллин P.P. Содержание тяжёлых металлов в медоносных растениях на территории Нагабайского района Челябинской области // Известия Оренбургского государственного аграрного университет. 2018. № 4 (72). С. 130-132.
4. Фаткуллин P.P., Гизатулина Ю.А. Оценка загрязнённости трофической цепи «почва - растение - тело пчелы - продукция пчеловодства» тяжёлыми металлами в условиях лесостепной зоны Южного Урала // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2017. № 4 (66). С. 271-273.
5. Шакирова С.С., Гизатулина Ю.А. Содержание тяжёлых металлов в медоносных растениях на территории Троицкого района Челябинской области // Молодые учёные в решении актуальных проблем науки: матер. междунар. науч.-практич. конф. молодых учёных и специалистов. 20-21 ноября 2014 г. Троицк: ФГБОУ ВПО УГАВМ, 2014. С. 139-141.
6. Шарифьянова В.Р. Содержание тяжёлых металлов в почвах ООО «Заозёрный» лесостепной зоны Южного Урала // Учёные записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана. 2013. Т. 214. С. 488-493.
