CC BY
49Свинец в почвах и растениях г. Уссурийска и Уссурийского района
Соболева Е.В. (1), Ковековдова Л.Т. (kovekovdova@mail.ru) (2)
(1) Уссурийский государственный педагогический институт (2)Тихоокеанский научно-исследовательский рыбохозяйственный центр
Проблема свинцового загрязнения компонентов окружающей среды актуальна в связи с ростом числа источников поступления свинца. Свинцовое загрязнение влияет на состояние экосистем в целом и приносит значительный вред здоровью населения загрязненных территорий (Лобанова Е.А., 1987; Ревич Б .А. , 2001; Юренок Т.А., 2000; Луканин В.Н. и др., 2001). Г. Уссурийск является одним из самых загрязненных городов Приморского края (Свинухов, 1990). В России принята Государственная целевая программа от 26. 09. 97 г. № 1237 "Предупреждение свинцового загрязнения". Реализация программы рассчитана на 1999 - 2010 годы.
Целью работы было исследование распределения свинца в почвах и растениях г. Уссурийска и Уссурийского района под воздействием автотранспорта.
Исследования проводились в 1999-2002 гг.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Район исследования - г. Уссурийск и Уссурийский район Приморского края, которые расположены на Приханкайской низменности, вытянутой в северо-восточном направлении. Географические условия ухудшают рассеивание загрязняющих веществ, способствуют образованию зоны температурных инверсий.
Таблица 1
Реестр растений
семейство вид
Травянистые растения
Сем. Астровые -Asteraceae Одуванчик аптечный Taraxacum officinale
Сем. Мятликовые -Poaceae. Пырей ползучий Agropyron repens (L.)
Древесные и кустарниковые формы
Сем. Розанные -Я^асеае. Физокарпус (пузыреплодник) калинолистный Physocarpus opulifolia (L.) Maxim.
Сем. Вязовые -и1тасеае Вяз низкий - Ulmus pumila L.
Сем. Березовые -ВеШ1асеае Береза плосколистная - Betula platyphylla Sukaez
Объектами исследования были почва и доминантные виды древесных, кустарниковых и травянистых растений Уссурийского района Приморского края (табл.1).
Для определения закономерностей распределения свинца в почвах и укосах растений Уссурийска и Уссурийского района отбор проб производили на пробных площадях длиной 200 м, шириной 10 м с интервалом 1 км по 8 румбам "розы ветров". Пробы почвы отбирались согласно ГОСТу 17.4.3.01-83. Подготовка и анализ проб почвы на определение валового содержания свинца проводилось согласно ГОСТу 17.4.3.01-83 (СТ СЭВ 3847 - 82).
У древесных растений для элементного анализа использовали листья, ауксибласты, кора; у кустарниковых растений - листья, ауксибласты; у травянистых растений - стебли, листья, соцветия, корни. Определение свинца в образцах растений проводили согласно ГОСТу 30692-2000.
Содержание свинца определяли методом атомной абсорбции в пламени воздух - ацетилен.
Статистическая обработка данных проводилась с помощью пакетов прикладных программ Exel и Statistica 5.5.
Всего было проанализировано 475 образцов почвы и 650 образцов растений.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Анализ статистических данных (форма 2ТП воздух) и расчет поступления свинца в компоненты окружающей среды г. Уссурийска от автомобильного транспорта позволил утверждать, что основным источником свинцового загрязнения на территории Уссурийского района является автотранспорт, который вносит ежегодно 1,4 тыс.тонн свинца в окружающую среду, тогда как выбросы промышленных предприятий составляют 0,54 тыс.тонн свинца в год (рис. 1).
[□промышленные предприятия □автотранспорт |
Рис. 1. Выбросы свинца промышленными предприятиями и автотранспортом г. Уссурийска и Уссурийского района
1.4
1.2-
1 -
8 -
6 -
4
1 993 г
1999 г
2000 г
2001 г
Исследовали влияние автотранспорта на содержания свинца в почвах г. Уссурийска и Уссурийского района. Определили техническую составляющую свинца в почвах г. Уссурийска и Уссурийского района. Пользовались методикой расчета коэффициента техногенности (Кт-отношение активной формы к инертной) и коэффициента концентрации (Кс -отношение валового содержания элемента в исследуемом объекте к его среднему региональному содержанию) (Кадацкий, 2001).
Содержание РЬ в почвах, подверженных разной техногенной нагрузке представлено в таблице 2.
Таблица 2
Содержание свинца в почве, мг/кг воздушно-сухой массы
Характеристика района, № пробной площади Грузопоток, авт/час Концентрация РЬ, мг/кг Коэффициенты концентрации (Кс) и техногенности (Кт)
Валовые формы Подвижные формы Кс Кт
Северный выезд из г. Уссурийска, оптовые базы ООО "Тор" - п/п №1 1103 96,9 57,5 1,21 1,46
Северо-западный выезд из г. Уссурийска. Федеральная трасса Пограничный -Уссурийск, 200 м от АЗС -п/п №2 1410 84,1 57,1 1,05 2,11
Восточная окраина г. Уссурийска. Район ул. Садовой - дачи - п/п №3 105 38,3 16,3 0,48 0,74
Центр г. Уссурийска, перекресток улиц Некрасова - Комсомольская - п/п №4 1365 97,5 66,5 1,22 2,14
Городской парк, западная часть г. Уссурийска - п/п №5 1163 61,1 35 0,76 1,34
Юго-восточный выезд из г. Уссурийска, СШ № 28 - п/п №6 1152 52,7 24,7 0,66 0,88
Южная окраина г. Уссурийска, район Солдатского озера - п/п №7 570 40,6 17,1 0,51 0,72
Увеличение содержания свинца в почве происходит при мощности грузопотока от 1000 до 1400 автомобилей в час. Максимальное количество подвижных и валовых форм свинца замечены в центре г. Уссурийска, северной части и на северо-западном выезде из города, где так же на содержание элемента в почве оказывает влияние характер движения транспортных средств. Выбросы вредных веществ увеличиваются при форсировании двигателя в районах с высокой плотностью светофоров, транспортными заторами (центр города, северный выезд из города).
Максимальные значения коэффициентов концентрации и техногенности отмечены в северной, центральной части города и на северо-западном
выезде из города, что свидетельствует о существенном техногенном загрязнении этих районов.
Изменение содержания свинца в почве происходит по мере удаленности от автострады. Наибольшей концентрацией валовых форм свинца в почве (в 1,5 - 2 раза превышающие фоновые) характеризуется десятиметровая полоса вдоль автострады. Содержание свинца в этой зоне приближается к ПДК (100 мг/кг воздушно-сухой массы) и достигает 90 мг/кг воздушно-сухой массы. Подвижные формы свинца в больших количествах оседают в 5 метровой зоне, где их содержание превышает фоновое в 2,5 раза.
Такая ситуация в среде района не могла не отразится на накопление этого токсичного элемента растениями. Результаты анализа уровней концентраций свинца в массовых видах растений представлены в табл. 3.
Таблица 3
Содержание свинца в органах растений, мг/кг
Вид, орган Районы исследования Кк -1 Кк -2
растения П/п П/п П/п П/п П/п П/п П/п
№1 №2 №3 №4 №5 №6 №7
Береза плосколистная
-лист 12,7 0,9 4,8 7,9 4,1 5,2 4,7 0,34 0,046
-ауксибласты 5,8 7,2 2,5 4,5 3,3 5,1 4,0 0,63 0,7
-кора
13,7 4,9 6,2 8,9 8,1 5,9 7,9 0,4 0,13
Вяз низкий 15,3 32 4,5 7 4,5 7 4,5 0,57 0,52
-лист -ауксибласты
14 1,2 5,8 6,8 4,5 0,9 1,5 0,46 -0,006
-кора 35,5 5,9 10,5 24,3 20,3 15 5,5 0,6 0,35
Физокарпус 19,3 - 7,2 8,3 5,3 2,5 - 0,59 0,078
калинолистный
-лист -ауксибласты -соцветия 10,2 - 2,5 4,3 2,5 2,3 - 0,64 0,15
15,5 - 5,9 6,5 4,9 2,1 - 0,57 0,036
Пырей ползучий 0,7 2,6 2,3 2,1 2,0 2,4 1,7 -0,2 0,04
-лист
Одуванчик аптечны] 2,5 2,5 1,3 2,4 4,3 4,2 1,2 0,14 0,7
-соцветие -лист
12 14,9 6,0 18,2 7 7,3 5,1 0,95 0,75
-корень 17 17,8 10 24,4 6,3 12 4,9 0,87 0,6
Примечание: Кк1 - коэффициент корреляции между содержанием свинца в органах растений и количеством подвижных форм свинца в почве
Кк2 - коэффициент корреляции между содержанием свинца в органах растений и мощностью грузопотока
Распределение свинца в органах растений разных жизненных форм имеет свою специфику. Древесные и кустарниковые растения накапливают наибольшие концентрации свинца в листовых пластинах, травянистые растения - в корневой системе. Максимальные значения содержания свинца обнаружены в листовых пластинах вяза низкого (32 мг/кг), физокарпуса калинолистного (19,3 мг/кг); коре вяза низкого (20,3 мг/кг); корневой системе одуванчика аптечного (24,4 мг/кг). Отличия в накоплении РЬ органами растений разных жизненных форм связаны с видовыми особенностями -развитостью сорбционной поверхности органа, проницаемостью мембран, способностью усваивать свинец из почвы и др.
Такое же распределение свинца в органах растений было ранее замечено Прохоровой Н.В. (1998).
Корреляционный анализ всей совокупности данных о содержании свинца в травянистых, древесных и кустарниковых растениях (п = 63) показал, что для накопления свинца характерна прямая зависимость от количества грузопотока на пробных площадях для большинства растений. Исключение составляют ауксибласты вяза (К = - 0,0062).
При мощности грузопотока от 1000 до 1400 авт./час в органах большинства видов растений регистрируется повышенное количество элемента. Существенное влияние на накопление свинца оказывает не только мощность грузопотока, но и характер движения транспортных средств. При неравномерном движении транспорта выбросы свинца увеличиваются, что приводит к концентрированию его наземными органами растений.
Существенная корреляционная связь между содержанием подвижных форм свинца в почве и содержанием в листе и корне одуванчика аптечного; всех изученных органах физокарпуса калинолистного; ауксибластах березы плосколистной свидетельствует о возможности усвоения свинца растениями из почвы и распределении в органах и тканях этих растений.
Работы многих исследователей показали, что между химическим составом растений и элементным составом среды существует несомненная связь (Ильин, 1985; Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989; Добровольский, 1983), но прямая зависимость содержания тяжелых металлов в растениях от содержания в почве часто нарушается из-за избирательной способности растений к накоплению элементов (Ильин, 1991). Чаще наблюдают прямую корреляционную зависимость содержания свинца в растениях от подвижных форм свинца в почве.
На основании растительно-почвенного коэффициента, по методике Кашина В.К. (Кашин и др., 1998) (РПК - отношение содержания элемента в растении к его содержанию в почве) определили степень доступности свинца в почве для растений и способность их органов накапливать свинец (табл.3).
Таблица 3
Растительно-почвенный коэффициент
Вид растения Органы растения РПК Группа накопления
П/п №3 П/п №1
Одуванчик аптечный Соцветие 0,08 0,04 Пониженное накопление
Лист 0,36 0,28 Повышенное накопление
Корень 0,6 0,3 Повышенное накопление
Пырей ползучий лист 0,14 0,01 Пониженное накопление
Пузыреплод ник калинолистный Лист 0,44 0,33 Повышенное накопление
Ауксибла сты 0,26 0,18 Среднее накопление
Соцветия 0,36 0,27 Повышенное накопление
Вяз низкий Лист 0,27 0,26 Повышенное накопление
Ауксибла сты 0,35 0,24 Повышенное накопление
Кора 0,64 0,62 Повышенное накопление
Береза плосколистная Лист 0,29 0,22 Среднее накопление
Ауксибла сты 0,15 0,1 Пониженное накопление
кора 0,38 0,23 Повышенное накопление
Примечание: п/п №1 - пробная площадь, содержание подвижных форм свинца в почве
57,5 мг/кг в слое 0-5 см; п/п №3 - пробная площадь, содержание подвижных форм свинца в почве 16,3 мг/кг в слое 0-5 см.
Органы растений имеют различную способность к накоплению свинца. Значительные количества свинца способны накапливать органы вяза низкого, что связано с развитой сорбционной поверхностью. Пузыреплодник калинолистный, используемый в городских посадках, так же накапливает повышенное количество свинца в листьях и соцветиях. РПК у одуванчика аптечного и пырея ползучего различался в три раза. Таким образом, доступность свинца в почве для растений зависит от их биологии, позволяющей регулировать его содержание в различных видах даже при одинаковом количестве его в почве.
Выявлены растения, адекватно отражающие состояние среды, у которых диапазон содержания свинца в органах в зависимости от загрязнения почвы составил 2,8 - 19,3 мг/кг. Анализ данных по содержанию свинца в
изученных видах растений, отобранных в разных условиях, показал, что превышение максимального содержания над минимальным до трех раз (фонобарьерные виды) характерно для пырея ползучего, для четырех видов (одуванчик аптечный, физокарпус калинолистный, вяз низкий и береза плосколистная) оно было более трех раз, что позволяет отнести их к качественно информативным биообъектам. Они могут быть использованы в качестве биоиндикаторов загрязнения почв данным элементом в системе эколого-биогеохимического мониторинга окружающей среды.
Нормальными для растений считаются концентрации свинца от 0,1 до 5,0 мг/кг сухого вещества (Ильин, 1991; Baker, Chesnin, 1975), критической -10,0 мг/кг (Тарабрин, 1980; Baker, Chesnin, 1975), фитотоксичной - более 60,0 мг/кг (Verloo et al., 1982). По нашим данным содержание свинца в листьях древесных и кустарниковых растений Уссурийска и Уссурийского района не достигает фитотоксичных значений. Для большинства из растений содержание свинца ниже 10 мг/кг, кроме Betula platyphylla Sukaez (12.7мг/кг), Ulmus pumila (15.9 мг/кг).
Диапазоны средних концентраций свинца в растительности изученных ландшафтов достигали 1,0-35,8 мг/кг в разных органах. Большинство показателей находится в пределах нормальных содержаний свинца для растений (Минеев, 1988). Исключение составляют корни одуванчиков (максимально 24,3 мг/кг), лист и кора вяза (31,5; 35,8 мг/кг соответственно).
Растения, способные в своих тканях накапливать значительные количества свинца могут быть использованы в городских посадках для улучшения химико-экологической ситуации. К таким видам можно отнести Ulmus pumila, Betula platyphylla, Physocarpus opulifolia.
Для снижения свинцового загрязнения на селитебных территориях необходимо вдоль центральных улиц города и дорог федерального значения создать "зеленую волну" из Physocarpus opulifolia. В черте города, где свинцовое загрязнение значительно, организовать высадку древесных растений: вяз низкий Ulmus pumila, береза плосколистная Betula platyphylla, клен негундо Acer negundo. Для газонных посадок возможно использование одуванчика аптечого Taraxacum officinale.. Необходимо организовать вывозку за черту населенных пунктов на специально отведенные полигоны листового опада и провести работы по рассеиванию грузовых потоков в городе.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Добровольский В.В. География микроэлементов. Глобальное рассеяние. М.: Мысль, 1983. 272 с.
2. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение. Новосибирск: Наука, 1991. 151 с.
3. Ильин В.Б. Элементарный химический состав растений. Новосибирск: Наука, 1985. 129 с.
4. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. М.: Мир, 1989. 439 с.
5. Кадацкий В.Б., Васильева Л.И., Тановицкая Н.И., Головатый С.Е.. Распределение форм тяжелых металлов в естественных ландшафтах Беларуси./ Экология, 2001, №1, с. 33-37
6. Кашин В.К., Иванов Г.И. Особенности накопления свинца в растениях бассейна озера Байкал / Экология №4, 1998,.с. 316-318
7. Лобанова Е.А., Соркина Н.С., Лощилов Ю.А. Функционально-морфологическая характеристика слизистой оболочки желудка у больных с хронической свинцовой интоксикацией // Гигиена труда и профессиональные заболевания. - 1987. - №8. - с. 23-25
8. Луканин В.Н., Трофименко Ю.В. Промышленно-транспортная экология: Учеб. для вузов. - М.: Высш. шк., 2001. - 273 с.
9. Лукина Н.В., Новиков В.В. Поглощение аэротехногенных загрязнителей растениями сосняков на северо-западе Кольского полуострова // Лесоведение. 1993. № 6. С. 34-41.
10.Минеев В.Г. Экологические проблемы агрохимии. М.: Изд-во МГУ, 1988. 285 с.
11.Прохорова Н.В., Матвеев Н.М., Павловский В. А. Аккумуляция тяжелых металлов дикорастущими и культурными растениями в лесостепном и степном Поволжье. - Самара: Издательство "Самарский университет", 1998. - 131 с.
12.Ревич Б.А. Загрязнение окружающей среды и здоровье населения. Введение в экологическую эпидемиологию. Учебное пособие. - М., 2001. -264 с.
13. Свинухов Г.В. Физическая география Приморского края. Учебное пособие. Владивосток. 1990. 208 с.
14. Тарабрин В.П. Физиология устойчивости древесных растений в условиях загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами // Микроэлементы в окружающей среде. Киев: Наукова думка, 1980. С. 17.
15.Юренок Т.А., Кудрявцева Л.В., Зайко А.А., Овчинникова И. Д. Свинец как угроза здоровью детей города Владивостока // Актуальные проблемы экспериментальной, профилактической и клинической медицины: Тезисы докладов I-й Тихоокеанской научно-практической конференции студентов и молодых ученых медиков с международным участием / Отв. ред. Т.Н. Лемешко - Владивосток, 2000. С. 284-285.
16.Baker D.E, Chesnin L. Chemical monitoring of soil for environmental quality animal and health // Advances in Agronomy. 1975. Vol. 27. P. 306-366.
17. Verloo M., Cottenie A., Landschoot G. Van. Analytical and biological criteria with regard to soil pollution // Landwirtschaftliche Forschung: Kongressband.1982.S.-H.39.S.394-403.
