CC BY
33
УДК 574.9 (575.2)
ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ПОЧВЕННО-РАСТИТЕЛЬНОМ ПОКРОВЕ ГОРОДА КАРАКОЛ
DOI: 10.24411/1816-1863-2019-11117
о
К. Б. Ибраева, старший преподаватель, к
Иссык-Кульский государственный о
университет им. К. Тыныстанова, о
Каракол, Кыргызстан,
Г. Б. Кадырова, кандидат биологических
наук, Иссык-Кульский государственный
университет им. К. Тыныстанова,
Каракол, Кыргызстан,
Б. К. Калдыбаев, доктор биологических
наук, Иссык-Кульский государственный
университет им. К. Тыныстанова,
Каракол, Кыргызстан
В данной статье представлены результаты эколого-биогеохимических исследований уровней накопления тяжелых металлов в почвах и растениях города Каракол. Почвы г. Каракол горно-долинные светло-каштановые, горно-долинные каштановые. Установлено, что содержание химических элементов в почвах города варьируют в пределах естественного уровня: Ag, Sn, Mo, W, Ni, Mn, Ti, V, Cr, Ga, Ge, Bi, Sr, Co, Ba, Li, для центральной части города и в зонах с интенсивным движением автотранспорта с установлены повышенные концентрации: Pb, Cu, Zn, As. Для хвойных и лиственных деревьев, произрастающих в данных условиях, выявлено накопление в хвое и листьях Pb, Zn, Ba, Sr. По результатам исследований установлено, что зола хвои, листьев древесных растений накапливает больше тяжелых металлов, чем в укосы травянистых растений. Результаты биоиндикационных исследований с использованием хвоинок сосны обыкновенной показали увеличение количества хвоинок с пятнами и усыханием, что свидетельствует об техногенных источниках поступления тяжелых металлов в окружающую среду. Установлена достоверная корреляционная зависимость между уровнем накопления свинца в хвоинках сосны обыкновенной и количеством хвоинок с признаками усыхания.
This article presents the results of ecological and biogeochemical research of the levels of accumulation of heavy metals in the soil and plants of the city Karakol. The type of the soil of the city Karakol are mountain-valley light chestnut and mountain-valley chestnut. The concentration of chemical elements was found in the soils of the city and varies within the natural level: Ag, Sn, Mo, W, Ni, Mn, Ti, V, Cr, Ga, Ge, Bi, Sr, Co, Ba, Li. There is established higher concentration of Pb, Cu, Zn, As in the central part of the cities with big traffics. Coniferous and deciduous trees are growing under these conditions and accumulation of Pb, Zn, Ba, Sr was revealed in the needles and leaves of trees. According to the results of research, it has been established that ash of the needles and leaves of woody plants accumulate more heavy metals than in grass mounds. By the results of bioindication studies with the use of pine needles of scots pine showed needles with stains and desiccation increasing in the number, which indicates the anthropogenic sources of heavy metals in the environment. A reliable correlation relation between the levels of lead accumulation was found in the pine needles and the number of needles with signs of drying.
Ключевые слова: тяжелые металлы, содержание, почва, растения, Каракол.
Key words: heavy metals, concentration, soil, plants, Karakol.
Введение. Город Каракол — административный ц ентр Иссык-Кульской области, с населением (2016) — 73 тыс. человек [1]. В 1889—1922 и 1939—1992 гг. носил название Пржевальск. Город расположен в восточной части области, у подножья хребта Тескей-Ала-Тоо, в 12 км от побережья озера Иссык-Куль, на высоте 1690—1850 метров над уровнем моря [2]. Экосистема города Каракол, особо уязвима к антропогенным воздействиям и переживает слож-
ный период перехода к рыночной экономике. В регионе интенсивно развивается транспорт, туризм, сельскохозяйственное производство. Имеются экологические проблемы загрязнения атмосферного воздуха, поверхностных вод, почвы экотоксикантами [3—5].
Материал и методы. На территории г. Каракол нами было выбрано 11 контрольных участков с горно-долинными светло-каштановыми, горно -долинными
каштановыми почвами. В качестве конт-5 рольного уровня была выбрана территория о за пределами г. Каракол удаленностью о 3,8 км, на территории Каракольского государственного природного парка, с горны-^ ми темно-каштановыми почвами. С каждого контрольного участка были отобраны объединенные пробы почв гумусового слоя (0—30 см). Отбор проб почв производился согласно ГОСТ 17.4.4.02—84 [6].
Определение химических элементов в пробах почв было проведено методом спектрального анализа в центральной лаборатории Государственного агентства геологии и минеральных ресурсов КР. Лаборатория имеет аттестат аккредитации № КО 417/КЦА.ИЛ.026.
Для определения уровней содержания химических элементов в растениях был произведен отбор проб хвои сосны обыкновенной (Pinus sylvestris), ели Шренка (Piecea schrenkiana), листья тополя черного (Populus nigra), дуба черешчатого (Quercus robur), вяза низкого (Ulmus pumila), ивы линейнолистной (Salix linearifolia). Укосы дикорастущих растений были представлены такими видами как полынь обыкновенная (Artemisia vulgaris), марь белая (Che-nopodium album), одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale), ежа сборная (Dactylis glomerata), мятлик луговой (Poa pratensis), костер безостый (Bromopsis iner-mis) и др. Отбор проб растений был произведен согласно установленных методи-
ческих рекомендаций применяемые в биогеохимических исследованиях [7—9].
Результаты и обсуждение. Результаты исследований показали, что содержания Бп, Мо, ^^ N1, Мп, 11, V, Сг, Оа, Ое, В1, Бг, Со, Ва, Ы варьируют в пределах местного фонового уровня, в отдельных зонах г. Каракол установлены повышенные концентрации: РЬ, Си, 2п, А (табл. 1).
ПДК свинца в почве составляет 32 мг/кг [10]. Содержание свинца в почвах г. Каракол варьирует в пределе 20—80 мг/кг, повышенные концентрации наблюдаются в районе автовокзала 40 мг/кг, ТЭС 40 мг/кг (1 — 4,3; р < 0,05), автозаправочной станции «Газпром» 80 мг/кг (1 — 15,7; р < 0,05), достоверно превышающий контрольный уровень содержания свинца в почве 20 мг/кг и ПДК в 1,25—2,5 раз.
ПДК меди составляет 40 мг/кг [10]. Содержание меди в почвах г. Каракол варьирует в пределах 20—50 мг/кг, повышенные концентрации меди характерны для центральной части города, пересечений улиц Токтогула и Айтматова, в районе автозаправочной станции «Газпром» 50 мг/кг (1 — 5,9; р < 0,05), достоверно превышающий контрольный уровень содержания меди в почве 22 мг/кг.
ПДК ц инка в почве составляет 45 мг/кг [10]. Содержание цинка в почвах г. Кара-кол варьирует в пределах 50—300 мг/кг, повышенные содержания наблюдаются в районе ТЭС 120 мг/кг (1 — 8,7; р < 0,05),
Таблица 1
Содержание микроэлементов в почвах города Каракол (мг/кг, абс. сухой вес)
не
№1, 2019
№ Место отбора Cu Zn Pb As Ba
(M ± m, p < 0,05)
1 Центр 50 ± 4,5 100 ± 6,3 30 ± 2,5 3,0 ± 0,16 500 ± 22
2 Автовокзал 40 ± 3,8 150 ± 5,5 40 ± 4,5 2,0 ± 0,15 1500 ± 31,6
3 Автозаправ. станция «Газпром» 50 ± 4,2 100 ± 8,8 80 ± 3,5 2,0 ± 0,16 800 ± 25
4 Торговый дом «Иссык-Куль» 40 ± 3,5 300 ± 7,1 40 ± 4,0 2,0 ± 0,12 2000 ± 35,3
5 ул. Токтогула/Н. Айтматова 50 ± 4,2 50 ± 3,3 40 ± 3,5 2,5 ± 0,15 600 ± 23
6 ул. Масалиева/Карасаева 50 ± 3,5 90 ± 6,5 30 ± 2,2 1,8 ± 0,11 700 ± 50
7 ТЭС 40 ± 4,2 120 ± 7,1 40 ± 3,8 0,16 ± 0,08 700 ± 55
8 Парк «Победы» 25 ± 1,5 55 ± 2,2 25 ± 1,6 1,3 ± 0,07 500 ± 35,3
9 Ул. Карасаева 25 ± 1,4 50 ± 2,8 20 ± 1,4 1,5 ± 0,07 350 ± 25
10 Микрорайон «Кашка-Суу» 20 ± 1,2 70 ± 6,5 25 ± 1,5 1,2 ± 0,07 600 ± 35
11 Ул. Жусаева/Ахунбаева 20 ± 1,3 60 ± 3,6 20 ± 2,2 1,3 ± 0,05 400 ± 26
12 Контрольная зона 22 ± 1,3 55 ± 2,3 20 ± 1,8 1,0 ± 0,05 500 ± 25
автовокзала 150 мг/кг (1 — 22,7; р < 0,05), торгового дома «Иссык-Куль» 300 мг/кг (1 — 33; р < 0,05), достоверно превышающий контрольный уровень содержания цинка в почве 55 мг/кг и ПДК в 2,7— 6,6 раз.
ПДК мышьяка в почве составляет
2 мг/кг [10]. Содержание мышьяка в почвах г. Каракол варьирует в пределе 1,2— 3,0 мг/кг, повышенные концентрации установлены в центральной части города 3,0 мг/кг (1 — 11,5; р < 0,05), достоверно превышающий контрольный уровень содержания мышьяка в почве 1,0 мг/кг в
3 раз и ПДК в 1,5 раз.
Результаты исследований по определению содержаний химических элементов в растениях г. Каракол представлены в таблице 2. В пределах контрольного уровня содержатся следующие микроэлементы: Си, В1, Л8, Мо, ^^ Со, N1, V, Сг, Оа, Ое. Для хвойных и лиственных деревьев г. Каракол, произрастающих в условиях интенсивного движения транспорта, выявлено накопление в хвое и листьях РЬ, 2и, Ва, Бг что свидетельствует о техногенных источниках поступления их в окружающую среду. Установлено, что зола хвои, листьев древесных растений накапливает больше данных микроэлементов, чем в укосы травянистых растений (рис. 1).
Укос Листья Хвоя Хвоя ели
травянистых тополя сосны Шренка
растений черного обыкновенной
Рис. 1. Коэффициенты биологического поглощения растений (Центр г. Каракол)
Считается, что сосна обыкновенная наиболее чувствительна к загрязнению атмосферного воздуха. Это обуславливает ее выбор как важного индикатора антропогенного влияния, принимаемого в настоящее время за «эталон биодиагностики» [11]. Информативным к техногенному загрязнению являются морфологические и анатомические изменения, а также продолжительность жизни хвои. При хроническом загрязнении лесопарковых зон диоксидом серы, тяжелыми металлами наблюдаются повреждения и преждевременное опадение хвои сосны. Результаты определения состояния хвои сосны обыкновенной отобранной в различных зонах г. Каракол представлены в таблице 3.
а>
о ^
о
О -1
Таблица 2
Содержание микроэлементов в растениях г. Каракол (мг/кг, на золу)
№ Место отбора Вид растений гп РЬ Ва 8г
(М ± т, р < 0,05)
1. Парк «Победы» Укос (травянистые растения) Листья тополя черного Хвоя сосны обыкновенной Хвоя ели Шренка Листья дуба черешчатого Листья вяза низкого 60 ± 4,5 200 ± 12 400 ± 35 700 ± 63 95 ± 7,5 200 ± 15 2 ± 0,1 8 ± 0,5 7 ± 0,4 5 ± 0,3 6 ± 0,3 5 ± 0,2 300 ± 21 300 ± 15 300 ± 20 200 ± 15 690 ± 45 300 ± 22 100 ± 8 100 ± 5 100 ± 5 140 ± 10 264 ± 18 90 ± 7,5
2. Центр Укос (травянистые растения) Листья тополя черного Хвоя сосны обыкновенной Хвоя ели Шренка 450 ± 25 600 ± 55 1000 ± 79 1000 ± 79 5 ± 0,2 25 ± 3 30 ± 2 30 ± 2,5 400 ± 32 600 ± 44 500 ± 35,3 1000 ± 79 150 ± 12 200 ± 16 400 ± 35 150 ± 12
3. Автовокзал Укос (травянистые растения) Листья ивы линейнолистной Хвоя сосны обыкновенной Листья вяза низкого 100 ± 7 200 ± 12 300 ± 19 1000 ± 72 7 ± 0,6 10 ± 0,8 30 ± 2,5 25 ± 2,2 200 ± 15 200 ± 16 300 ± 25 200 ± 18 200 ± 18 200 ± 16 600 ± 72 600 ± 72
4. АЗС «Газпром» Укос (травянистые растения) Листья тополя черного Хвоя сосны обыкновенной 80 ± 6 300 ± 22 800 ± 55 6 ± 0,5 16 ± 1,3 30 ± 2,5 200 ± 15 500 ± 35 200 ± 14 200 ± 18 100 ± 8 200 ± 15
Таблица 3
х Состояние хвои сосны обыкновенной отобранной в различных зонах г. Каракол
№ Место отбора Количество обследованных хвоинок Количество хвоинок с пятнами и усыханием
Число % ± m, p < 0,05
Каракольский гос. природный парк 200 10 5 ± 0,68
ТЭС 200 18 9 ± 2
Центр города 200 28 14 ± 2,4
Автозаправка «Газпром» 200 25 12,5 ± 2,3
Автовокзал 200 22 11 ± 2,2
Процент хвоинок с пятнами и усыха-нием в Каракольский государственном природном парке (контрольный уровень) составил 5 %. Наиболее высокие показатели установлены в районе центра города: процент хвоинок с пятнами и усыханием — 14 %, что статистически достоверно превышает контрольный уровень (1 — 3,6; р < 0,05), в районе автозаправочной станции «Газпром» — 12,5 % (1 — 3,1; р < 0,05), в районе автовокзала — 11% (1 — 2,6; р < 0,05). Установлена достоверная корреляционная зависимость между содержанием свинца в хвоинках сосны обыкновенной и уровнем хвоинок с пятнами и усыханием (г — 0,95, 1 — 4,3; р < 0,05).
Заключение. Содержание химических элементов в почвах г. Каракол варьируют
в пределах местного фонового уровня: Ag, Бп, Мо, ^^ N1, Мп, Т1, V, Сг, Оа, Ое, В1, Бг, Со, Ва, Ы, в центральной части города и в зонах с интенсивным движением автотранспорта с установлены повышенные концентрации: РЬ, Си, 2п, Ая, Ва. Для хвойных и лиственных деревьев, произрастающих в условиях интенсивного движения транспорта, выявлено накопление в хвое и листьях РЬ, 2п, Ва, Бг. Результаты биоиндикационных исследований с использованием хвоинок сосны обыкновенной показали увеличение количества хвоинок с пятнами и усыханием, что свидетельствует об техногенных источниках поступления тяжелых металлов в окружающую среду.
Библиографический список
1. Социально-экономическое развитие Иссык-Кульской области 2012—2016. Годовая публикация. Иссык-Кульское областное управление государственной статистики. Каракол 2017. — 132 с.
2. Подрезов О. А., Джаксыбаев М. А., Мезгин В. А. и др. Климатические условия Кыргызстана. — Бишкек: Илим, 1992. — 172 с.
3. Дженбаев Б. М., Мурсалиев А. М. Биогеохимия природных и техногенных экосистем Кыргызстана. — Бишкек: Илим, 2012. — 404 с.
4. Тыныбеков А. К., Азаматов А. Факторы экологических рисков в моделировании территориального развития Иссык-Кульского региона // Вестник Международного университета Ала-Тоо. — 2017. — т. 17. — № 2. — С. 469—478.
5. Калдыбаев Б. К. Эколого-биогеохимическая оценка современного состояния природно-техно-генных экосистем Прииссыккулья. — Бишкек: Олимп, 2012. — 246 с.
6. ГОСТ 17.4.4.02—84. Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа. — М.: «Изд-во стандартов», 1985. — 14 с.
7. Дженбаев Б. М., Калдыбаев Б. К. Методические указания (отбор проб и пробоподготовка для определения тяжелых металлов в объектах окружающей среды). — Бишкек: Илим, 2014. — 35 с.
8. Порядок отбора проб для выявления и идентификации наноматериалов в растениях: МУ 1.2. 27.42-10: метод. указания. — М.: [б. и.], 2010. — 50 с.
9. Алексеенко В. А., Калдыбаев Б. К., Пузанов А. В., Швыдкая Н. В. Основы сбора и обработки эко-лого-геохимической информации. — Бишкек: Max print, 2017. — 214 с.
10. Гигиенические нормативы «Предельно допустимые концентрации и ориентировочно допустимые количества химических веществ в почве». (Утверждены Постановлением Правительства КР от 11 апреля 2016 года № 201).
11. Ашихмина Т. Я., Кантор Г. Я., Васильева А. Н., Тимонюк В. М., Кондакова Л. В., Ситяков А. С. Экологический мониторинг. Учебно-методическое пособие. — Москва: Академический Проект, 2016. — 416 с.
HEAVY METALS ARE IN THE SOIL — PLANTS COVER OF THE KARAKOL CITY
o
K. B. Ibraeva, Senior Lecturer, Issykkul State University named after K Tynystanov, k
[email protected], Karakol, Kyrgyzstan, o
G. B. Kadyrova, Ph. D. (Biology), Issykkul State University named after K. Tynystanov, o
[email protected], Karakol, Kyrgyzstan, s
B. K. Kaldybaev, Ph. D. (Biology), Dr. Habil, Issykkul State University named after K. Tynystanov, [email protected], Karakol, Kyrgyzstan
References
1. Socialno-ekonomicheskoe razvitie Issyk-Kulskoj oblasti [Socio-economic development of the Issyk-Kul region 2012—2016. Annual publication. Issyk-Kul regional department of state statistics]. Karakol 2017. — 132 p. [in Russian].
2. Podrezov O. A., Dzhaksybaev M. A., Mezgin V. A. Klimaticheskie usloviya Kyrgyzstana [Climatic conditions of Kyrgyzstan]. Bishkek: Ilim, 1992. — 172 p. [in Russian].
3. Dghenbaev B. M., Mursaliev A. M. Biogeohimiya prirodnyh i tehnogennyh ekosistem Kyrgyzstana [Bio-geochemistry of natural and man-made ecosystems of Kyrgyzstan]. Bishkek: Ilim, 2012. — 404 p. [in Russian].
4. Tynybekov A. K., Azamatov A. Faktory ekologicheskih riskov v modelirovanii territorialnogo razvitiya Is-syk-Kulskogo regiona. Vestnik Mezhdunarodnogo universiteta Ala-Too [Factors of environmental risks in modeling the territorial development of the Issyk-Kul region. Bulletin of the International University Ala-Too]. — 2017. — v. 17. — № 2. — p. 469—478 [in Russian].
5. Kaldybaev B. K. Ekologo-biogeohimicheskaya ocenka sovremennogo sostoyaniya prirodno-tehnogennyh ekosistem Priissykkulya [Ecological-biogeochemical assessment of the current state of natural and man-made ecosystems of the Issyk-Kul region]. Bishkek: Olympus, 2012. — 246 p. [in Russian].
6. GOST 17.4.4.02—84. Ohrana prirody. Pochvy. Metody otbora i podgotovki prob dlya himicheskogo, bak-teriologicheskogo, gelmintologicheskogo analiza [GOST 17.4.4.02—84. Protection of Nature. Soils. Methods of sampling and sample preparation for chemical, bacteriological, helminthological analysis] M.: "Standards Publishing House", 1985. — 14 p. [in Russian].
7. Dghenbaev B. M., Kaldybaev B. K. Metodicheskie ukazaniya: Otbor prob i probopodgotovka dlya opre-deleniya tyazhelyh metallov v obektah okruzhayushej sredy. [Methodological instruction: Sampling and sample for the determination of heavy metals in environmental objects]. Bishkek: Ilim, 2014. — 35 p. [in Russian].
8. Poryadok otbora prob dlya vyyavleniya i identifikacii nanomaterialov v rasteniyah [The procedure for sampling for the identification and identification of nanomaterials in plants: MU 1.2. 27.42-10: method. instructions]. M., 2010. — 50 p. [in Russian].
9. Alekseenko V. A., Kaldybaev B. K., Puzanov A. V., Shvydkaya N. V. Osnovy sbora i obrabotki ekologo-geohimicheskoj informacii [Basics of collecting and processing ecological and geochemical information] Bishkek: Max print, 2017. — 214 p. [in Russian].
10. Gigienicheskie normativy "Predelno dopustimye koncentracii i orientirovochno dopustimye kolichestva himicheskih veshestv v pochve". Utverzhdeny Postanovleniem Pravitelstva KR ot 11 aprelya 2016 goda № 201 [Hygienic standards "Maximum permissible concentrations and approximate permissible quantities of chemicals in the soil."] Approved by the Decree of the Government of the Kyrgyz Republic of April 11, 2016 No. 201 [in Russian].
11. Ashihmina T. Ya., Kantor G. Ya., Vasileva A. N., Timonyuk V. M., Kondakova L. V., Sityakov A. S. Ekologicheskij monitoring. Uchebno-metodicheskoe posobie [Environmental monitoring. Teaching manual]. Moscow: Academic Project, 2016. — 416 p. [in Russian].
121
№1, 2019
