Научная статья на тему 'Уровень пылевого воздействия и накопления тяжёлых металлов в растениях в условиях Северного Казахстана'

Уровень пылевого воздействия и накопления тяжёлых металлов в растениях в условиях Северного Казахстана Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

CC BY
119
13
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
УГОЛЬНАЯ ПЫЛЬ / COAL DUST / ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ / HEAVY METALS / EMISSION / НАКОПЛЕНИЕ / ACCUMULATION / ВЫБРОСЫ / ЗАГРЯЗНЕНИЕ / POLLUTION / ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА / ENVIRONMENT / ПРЕДЕЛЬНО-ДОПУСТИМЫЕ КОНЦЕНТРАЦИИ / MAXIMUM ALLOWABLE CONCENTRATION / ФИТОТОКСИЧНОСТЬ / PHYTOTOXICITY

Аннотация научной статьи по биологическим наукам, автор научной работы — Аскарова Д.А.

Работа посвящена проблемам эргономики, а именно исследованию трудовой деятельности человека в системе «человек техника среда» с целью обеспечения безопасности трудовой деятельности и опосредованному влиянию её на здоровье человека. Была поставлена цель определить фитотоксичность пылевых выбросов сгоревшего угольного топлива, а также накопление Pb и Cd в органах проростков тест-культуры Pisum sativum L. Цель определялась тем, что химическое насыщение атмосферы, безусловно, оказывает большое влияние на растительность и состояние здоровья человека. Исследовано действие пылевых выбросов угольного сгорания на проростки Pisum sativum L. в условиях модельного опыта. Для опытов выбрали незагрязненную фоновую тёмно-каштановую среднесуглинистую почву, отобранную в 60 км от города Семей (Республика Казахстан) на полях бывшей сельскохозяйственной опытной станции. Исследование показало, что внесение пыли, содержащей свинец и кадмий, приводит к более интенсивному накоплению указанных элементов в корневой системой, чем надземными органами, а также к увеличению биомассы проростков. В ходе исследования была установлена зависимость концентрации свинца и кадмия в проростках растения от их валового содержания и концентрации подвижных форм в почве.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE LEVEL OF DUST EXPOSURE AND ACCUMULATION OF HEAVY METALS IN PLANTS IN CONDITIONS OF NORTHERN KAZAKHSTAN

The task of the paper is to investigate the effect of dust emissions of coal fuel to seedlings of Pisum sativum L. under conditions of model experience. For the experiments the autheir chose the uncontaminated background dark chestnut medium loam soil, taken 60 km away from Semey (Kazakhstan) in the fields of a former agricultural experiment station. The study showed that the introduction of dust containing lead and cadmium leads to more intense accumulation of these elements by the root system than the aerial organs, as well as an increase in biomass of seedlings. In the study the relationship is established between concentrations of lead and cadmium in seedlings from their total contents and concentration of mobile forms in the soil.

Текст научной работы на тему «Уровень пылевого воздействия и накопления тяжёлых металлов в растениях в условиях Северного Казахстана»

3. Строй Г. В. Формирование системы ценностных ориентаций будущих практических психологов в процессе обучения. Диссертация ... кандидата психологических наук: Ставрополь, 2004.

References

1. Demina L.D., Luzhbina N.A., Ral'nikova I.A. O psihologicheskoj kul'ture pedagoga-professionala. Pedagogicheskoe obrazovanie v sovremennom klassicheskom un-te Rossii: sbornik materialov letnej pedagogicheskoj shkoly Altajskogo gosuniversiteta. Pod redakciej Yu.V. Sen'ko, G.A. Spickoj. Barnaul: B'EIS, 2003.

2. Romanova M.V. Lichnostnye faktory razvitiya professional'noj refleksii studentov, buduschih pedagogov-psihologov, vprocesse obucheniya v vuze. Dissertaciya ... kandidata psihologicheskih nauk. Kursk, 2014.

3. Stroj G.V. Formirovanie sistemy cennostnyh orientacijbuduschih prakticheskih psihologov vprocesse obucheniya. Dissertaciya ... kandidata psihologicheskih nauk: Stavropol', 2004.

Статья поступила в редакцию 30.09.16

УДК 154:57.042

Askarova D.A., postgraduate, Semipalatinsk State Pedagogical Institute (Semipalatinsk, Kazakhstan),

E-mail: danara.84@mail.ru

THE LEVEL OF DUST EXPOSURE AND ACCUMULATION OF HEAVY METALS IN PLANTS IN CONDITIONS OF NORTHERN KAZAKHSTAN. The task of the paper is to investigate the effect of dust emissions of coal fuel to seedlings of Pisum sativum L. under conditions of model experience. For the experiments the autheir chose the uncontaminated background dark chestnut medium loam soil, taken 60 km away from Semey (Kazakhstan) in the fields of a former agricultural experiment station. The study showed that the introduction of dust containing lead and cadmium leads to more intense accumulation of these elements by the root system than the aerial organs, as well as an increase in biomass of seedlings. In the study the relationship is established between concentrations of lead and cadmium in seedlings from their total contents and concentration of mobile forms in the soil.

Key words: coal dust, heavy metals, emission, accumulation, pollution, environment, maximum allowable concentration, phytotoxicity.

Д.А. Аскарова, соискатель Семипалатинского государственного педагогического института, г. Семипалатинск,

Республика Казахстан, E-mail:_danara.84@mail.ru

УРОВЕНЬ ПЫЛЕВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ И НАКОПЛЕНИЯ ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ В РАСТЕНИЯХ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРНОГО КАЗАХСТАНА

Работа посвящена проблемам эргономики, а именно исследованию трудовой деятельности человека в системе «человек - техника - среда» с целью обеспечения безопасности трудовой деятельности и опосредованному влиянию её на здоровье человека. Была поставлена цель - определить фитотоксичность пылевых выбросов сгоревшего угольного топлива, а также накопление Pb и Cd в органах проростков тест-культуры Pisum sativum L. Цель определялась тем, что химическое насыщение атмосферы, безусловно, оказывает большое влияние на растительность и состояние здоровья человека. Исследовано действие пылевых выбросов угольного сгорания на проростки Pisum sativum L. в условиях модельного опыта. Для опытов выбрали незагрязненную фоновую тёмно-каштановую среднесуглинистую почву, отобранную в 60 км от города Семей (Республика Казахстан) на полях бывшей сельскохозяйственной опытной станции. Исследование показало, что внесение пыли, содержащей свинец и кадмий, приводит к более интенсивному накоплению указанных элементов в корневой системой, чем надземными органами, а также к увеличению биомассы проростков. В ходе исследования была установлена зависимость концентрации свинца и кадмия в проростках растения от их валового содержания и концентрации подвижных форм в почве.

Ключевые слова: угольная пыль, тяжелые металлы, выбросы, накопление, загрязнение, окружающая среда, предельно-допустимые концентрации, фитотоксичность.

Введение. Поступление химических элементов (ХЭ) в окружающую среду при сжигании угля зависит от многих факторов: минерального состава угля, термохимической устойчивости их соединений, уровня накопления и формы находящихся элементов в углях, технологического сжигания твердого топлива и характера соединений, технологии улавливания пылеаэрозольной и газовой фазы, технологии сбора, складирования и утилизации шлаков и зол уноса и др.

Вследствие сжигания угля на поверхность Земли ежегодно выпадает (т): ртути - 1600, свинца - 3600, меди - 2100, цинка около 7000, никеля - 3700 и т.д.

Ежегодно при сжигании угля выделяется больше, чем включается в биологический круговорот: мышьяка - в 125, урана - в 60, кадмия - в 40, иттрия, циркония - в 10, олова - в 3-4 раза [1].

Представленные данные по химическому насыщению атмосферы, безусловно, оказывают большое влияние на растительность и состояние здоровья человека [2 - 4]. В этой связи нами была поставлена цель - определить фитотоксичность пылевых выбросов сгоревшего угольного топлива, а также накопление Pb и Cd в органах проростков тест-культуры Pisum sativum L.

Объект и методы исследования. Модельный опыт заложен согласно методике З.И. Журбицкого [5] в пластиковых сосудах. Для опытов выбрали незагрязненную фоновую тёмно-каштановую среднесуглинистую почву, отобранную в 60 км от города Семей (Республика Казахстан) на полях бывшей сельскохозяйственной опытной станции, ввиду ее широкого распростра-

нения для сельскохозяйственного назначения. Пыль угольного топлива собирали из циклонного аппарата в одной из наиболее мощной котельной города Семей. Ввиду указания во многих литературных источниках о том, что растения семейства бобовых интенсивно накапливают в надземной части тяжелые металлы (ТМ), в качестве тест-объекта нами было выбрано однолетнее растение, принадлежащее этому семейству, - горох посевной сорта «Дебют» (Pisum sativum L.) [6; 7]. Искусственное загрязнение пылью производили в сухом виде в соотношениях 0.1, 0.5, 1.0, 5.0, 10.0 и 15.0% угольной пыли к 1 кг воздушно-сухой массы почвы. В каждый сосуд высаживали по 24 проращенного семени. В течение 30 суток сосуды находились на рассеянном свету. За 100% принимали зелёную массу растения и корни, выращенные на контрольной почве в одинаковых условиях с вариантами загрязнения.

Содержание ТМ в почвенных и растительных образцах определяли фотоколориметрическим химическим дитизоновым методом Г.Я. Ринькиса [8], основанном на измерении оптической плотности окрашенного экстракта при помощи спектрофотометра СФ-2000. Чувствительность метода - 0,01 мкг/мл, стандартное отклонение - ±4,6%. Определения проводили в трехкратной повторности.

При оценке токсичности ТМ считали, что фитотоксичным является такое его содержание в почве, которое снижает продуктивность растений на 10 и более процентов от контрольного варианта [9].

Объективным критерием оценки количества ионов металлов, перешедших из почвы в растение, служит коэффициент накопления (Кн), то есть соотношение концентрации РЬ и Cd в воздушно-сухой массе растения (мг/кг) к концентрации их подвижных форм соединений в почве (мг/кг) [10].

Результаты исследования. Полученные результаты исследования показали, что содержание гумуса в фоновой почве составило 1,23%, физической глины - 8,7%, рН - 7,11, илистой

' ' ~ '' Г водн. ' '

фракции - 4,9%, ЕКО - 9,1 м-экв/100 г По градации В.Б. Ильина [11], изучаемая почва по степени буферности является средней.

В исходной почве валовое содержание РЬ составило 22 мг/кг, Cd- 0,73 мг/кг.

Нами было отмечено, что для форм соединений РЬ в фоновой почве был характерен следующий убывающий ряд их соединений:

- кислоторастворимая (6,1 мг/кг)>обменная (2,8 мг/кг)>во-дорастворимая (0,5 мг/кг);

- для Cd: кислоторастворимая (0,09 мг/кг)>обменная (0,06 мг/кг)>водорастворимая (0,01 мг/кг).

Результаты проведенных исследований пыли показали, что валовое содержание РЬ составляет 33,0 мг/кг, Cd - 4,8 мг/кг, превышая КларкРЬ в литосфере по А.П. Виноградову (16,0 мг/кг) в 2,1 и Cd - в 36,9 раза (0,13 мг/кг).

Концентрация кислоторастворимой формы свинца в данной пыли составила 9,2 мг/кг, кадмия - 1,5 мг/кг, что в 1,5 раза выше ПДКСЙ для почв сельскохозяйственного назначения (1,0 мг/ кг) [12].

В исследуемых пылевых выбросах водорастворимая форма РЬ составила 1,8%, Cd - 1,6%, обменная - 13,3% РЬ и 15,1% Cd, кислоторастворимая - 28,0% РЬ и 31,3% Cd от их валового содержания в пыли.

Библиографический список

По результатам проведенных нами исследований, выяснилось, что накопление Pb и Cd в органах проростков Pisum sativum L. носит акропетальный характер, то есть содержание исследуемых химических элементов в корнях проростков выше, чем в надземной части. Так, концентрация Pb в корнях опытных проростков в указанных дозах были выше в 1,6-2,1 раза и Cd - в 3,3-1,3 раза выше, чем в надземной части.

Вынос химических элементов изучаемой тест-культурой объективно отражает способность данного металла к биологической трансформации [13]. Вынос Pb и Cd надземными органами проростков Pisum sativum L. при внесении 0,1% пыли в почву составил 0,02 и 0,004 мг/сосуд, при 0,5% - 0,04 и 0,006 мг/сосуд, при 1,0% - 0,06 и 0,03 мг/сосуд, при 5,0% - 0,1 и 0,04 мг/сосуд, при 10,0% - 0,11 и 0,05 мг/сосуд и при 15,0% - 0,13 и 0,08 мг/сосуд соответственно, что в 1,8 и 4,4; 3,6 и 6; 5,5 и 30; 9,1 и 40; 10 и 50; 11,8 и 80 раз больше по сравнению с контрольным вариантом (0,011 и 0,001 мг/сосуд).

Выводы

1. При внесении пыли в почву в дозах 0,1 - 15,0 % резкого возрастания валового содержания Pb и Cd в почве не наблюдалось.

2. Накопление Pb и Cd опытными проростками носит акро-петальный характер.

3. Фитотоксический эффект не наблюдали, так как биомасса увеличивалась по сравнению с контрольным опытом на 36,3 %.

4. Вынос Pb и Cd при внесении пыли в почву в дозах 0,1 -15,0 % увеличивался в 1,8 и 4,4; 3,6 и 6; 5,5 и 30; 9,1 и 40; 10 и 50; 11,8 и 80 раз по сравнению с контрольным опытом.

1. Панин М.С. Эколого-биогеохимическая оценка техногенных ландшафтов Восточного Казахстана. Aлматы: «Эверо», 2000: 338.

2. Лавер Б.И., Глебов В.В. Состояние медико-психологической и социальной адаптации человека в условиях крупного города. Вестник РУДН. Серия «Экология и безопасность жизнедеятельности». 2012; 5: 34 - 36.

3. Глебов В.В., Михайличенко К.Ю., Чижов A^. Динамика загрязнения атмосферы столичного мегаполиса. Вестник МГПУ. Серия «Естественные науки». 2012; 2 (10): 59 - 67.

4. Глебов В.В. Состояние экологии и адаптационных процессов школьного населения крупного индустриального города. Вестник РУДН. Серия «Экология и безопасность жизнедеятельности». 2012; 4: 25 - 32.

5. Журбицкий З.И. Теория и практика вегетационного метода. Москва: Наука, 1968: 266.

6. Панин М.С. Химическая экология. Семипалатинск, 2002: 852.

7. Ильин В.Б. Система показателей для оценки загрязненности почв тяжелыми металлами. Агрохимия. 1995; 1: 94 - 99.

8. Pинькис Г.Я., Pамане Х.К., Куницкая T.A. Методы анализа почв и растений. Pига: Зинатне, 1987: 174.

9. Галиулина P.A., Галиулин P.É., Возняк В.М. Извлечение растениями тяжелых металлов из почвы и водной среды. Агрохимия. 2003; 12: 60 - 65.

10. Ильин В.Б. Тяжёлые металлы в системе почва-растение. Новосибирск: Наука, 1991: 151.

11. Кабата-Пендиас A., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях: Перевод с английского. Москва: Мир, 1989: 439.

12. Линдиман АВ. и др. Фиторемедиация почв, содержащих тяжелые металлы. ЭКИП. 2008; 9: 45 - 47.

13. Pинькис Г.Я., Куницкая T.A. Колориметрический метод определения содержания кадмия в почвах и растениях. Известия Академии Наук Латвийской ССР. 1989; 8 (505): 124 - 128.

References

1. Panin M.S. 'Ekologo-biogeohimicheskaya ocenka tehnogennyh landshaftov Vostochnogo Kazahstana. Almaty: «'Evero», 2000: 338.

2. Laver B.I., G^ov V.V. Sostoyanie mediko-psihologicheskoj i social'noj adaptacii cheloveka v usloviyah krupnogo goroda. Vestnik RUDN. Seriya «'Ekologiya ibezopasnost'zhiznedeyatel'nosti». 2012; 5: 34 - 36.

3. G^ov V.V., Mihajlichenko K.Yu., Chizhov A.Ya. Dinamika zagryazneniya atmosfery stolichnogo megapolisa. Vestnik MGPU. Seriya «Estestvennye nauki». 2012; 2 (10): 59 - 67.

4. G^ov V.V. Sostoyanie 'ekologii i adaptacionnyh processov shkol'nogo naseleniya krupnogo industrial'nogo goroda. Vestnik RUDN. Seriya «'Ekologiya i bezopasnost' zhiznedeyatel'nosti». 2012; 4: 25 - 32.

5. ZhurЬickij Z.I. Teoriya ipraktika vegetacionnogo metoda. Moskva: Nauka, 1968: 266.

6. Panin M.S. Himicheskaya 'ekologiya. Semipalatinsk, 2002: 852.

7. Il'in V.B. Sistema pokazatelej dlya ocenki zagryaznennosti pochv tyazhelymi metallami. Agrohimiya. 1995; 1: 94 - 99.

8. Rin'kis G.Ya., Ramane H.K., Kunickaya T.A. Metody analiza pochv i rastenij. Riga: Zinatne, 1987: 174.

9. Galiulina R.A., Galiulin R.V., Voznyak V.M. Izvlechenie rasteniyami tyazhelyh metallov iz pochvy i vodnoj sredy. Agrohimiya. 2003; 12: 60 - 65.

10. Il'in V.B. Tyazhelye metally v sisteme pochva-rastenie. Novosfoirsk: Nauka, 1991: 151.

11. Kabata-Pendias A., Pendias H. Mikro'elementy vpochvah i rasteniyah: Perevod s anglijskogo. Moskva: Mir, 1989: 439.

12. Lindiman A.V. i dr. Fitoremediaciya pochv, soderzhaschih tyazhelye metally. 'EKIP. 2008; 9: 45 - 47.

13. Rin'kis G.Ya., Kunickaya T.A. Kolorimetricheskij metod opredeleniya soderzhaniya kadmiya v pochvah i rasteniyah. Izvestiya AkademiiNauk Latvijskoj SSR. 1989; 8 (505): 124 - 128.

Статья поступила в редакцию 05.09.16

УДК 154: 57.03, 57.04

Glebov V.V, Cand. of Sciences (Biology), senior lecturer, Judicial Ecology with a Course of Human Ecology of Ecological faculty of the PFUR; Moscow Institute of Technology (Moscow, Russia), E-mail: vg44@mail.ru

Kochetkov P.P., Head of Testing Laboratory MNIC "ASOS", junior researcher, Research Institute of Human Ecology and Environmental Hygiene n.a. A.N. Sisin; postgraduate, Department of Forensic Ecology with Course Human Ecology, Peoples Friendship University of Russia (Moscow, Russia), E-mail: pkochetkov@gmail.com

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.