CC BY
36
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
«наука. инновации. технологии», № 4, 2014
удк 57.044;631.46 Е. В. Налета [E. V. Naleta],
О. А. Капралова [O. A. Kapralova], С. И. Колесников [S. I. Kolesnikov], К. Ш. Казеев [K. Sh. Kazeev]
ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЯЖЁЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА почв ГОРОДОВ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ*
The influence of heavy metal pollution on biological properties of soils cities of the Rostov region
Были изучено влияние загрязнения тяжелыми металлами на биологические свойства почв городов Ростовской области. Загрязнение ТМ почв было зафиксировано в г. Ростова-на-Дону, г. Гуково, г. Таганроге. В большинстве случаев наблюдалась прямая зависимость между концентрацией загрязняющего вещества и степенью ухудшения исследуемых свойств почвы.
Ключевые слова: загрязнение, тяжелые металлы, биологические свойства, городские почвы.
We studied the effect of heavy metal pollution on biological properties of soils cities of the Rostov region. Pollution heavy metal soil was recorded in Rostov-on-don, Gu-kovo, Taganrog. In most cases there was a direct relationship between pollutant concentration and the degree of deterioration of the studied soil properties.
Key words: pollution, heavy metals, biological properties, urban soils pollution.
Введение
В настоящее время одним из актуальных вопросов экологии и охраны природы стало исследование последствий загрязнения объектов окружающей среды, в том числе почв, различными химическими веществами. Экологические и экономические ущербы от химического загрязнения почв огромны. Проблеме загрязнения почв посвящено много научных работ. Однако и сейчас экологические последствия химического загрязнения поч-визучены недостаточно. Первыми на загрязнение реагируют живые организмы и биологические свойства почвы. Знание особенностей воздействия
Исследование выполнено в рамках проектной части государственного задания в сфере научной деятельности Министерства образования и науки РФ № 6.345.2014/К и государственной поддержке ведущей научной школы Российской Федерации (НШ-2449.2014.4).
*
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
Влияние загрязнения тяжёлыми металлами на биологические свойства почв.
химических веществ на биологические процессы в почве и механизмов устойчивости почв и растений к загрязнению должно стать основой для разработки методов предотвращения негативных последствий загрязнения.
Цель работы - изучение влияния загрязнения тяжелыми металлами на биологические свойства почв городов Ростовской области. В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:
1. Дать сравнительную оценку содержания тяжелых металлов (ТМ) в почвах городов Ростовской области.
2. Провести сравнительную оценку содержания ТМ в почвах разных функциональных зон городов: автомобильных развязок, промышленных и парковых зон.
3. Выявить приоритетные ТМ-загрязнители для почв городов Ростовской области.
4. Установить закономерности влияния загрязнения ТМ на биологические свойства почв городов Ростовской области: активность каталазы, активность дегидрогеназы, фи-тотоксические свойства почв (длина корней, длина побегов), обилие бактерий рода АюШЬа^ег.
5. Оценить степень информативности изученных биологических показателей и возможность их использования для мониторинга состояния городских почв, загрязненных ТМ.
Материал и методы
Исследования проводились в 2010-2012 гг. на кафедре экологии и природопользования Южного федерального университета. Объектами исследования являлись почвы урболандшафтов городов: Ростова-на-Дону, Таганрога, Новочеркасска, Гуково. Отбор образцов производился на опытных площадках площадью 25 м2, которые имели характерные черты, свойственные исследуемой зоне. Все площадки были расположены на газонной территории с хорошо развитым травянистым покровом в 7-8 метрах от проезжей части. При отборе проб отмечали примерно одинаковые погодно-климатические условия. Исследованию подвергался верхний слой почв (0-15 см). Для всех исследованных про-мзон и авторазвязок характерны урбочерноземы. Наиболее сохраненный почвенный покров парково-рекреационных зон городов был представлен черноземами обыкновенными карбонатными мощными и среднемощны-ми, преимущественно среднегумусными.
«НАУКА. ИННОВАЦИИ. ТЕХНОЛОГИИ»
-Северо-Кавказский федеральный университет
Лабораторно-аналитические исследования образцов почвы выполнены с использованием общепринятых в экологии, биологии и почвоведении методов [Казеев и др., 2003; Методы..., 1991; Практикум..., 1986].
Определяли обилие бактерий рода ЛгМоЬаМег, активность катала-зы, дегидрогеназы, фитотоксические свойства почв, содержание гумуса, показатели роста и развития растений, содержание в почве исследованных ТМ и другие показатели.
Активность каталазы измеряли по методике Галстяна, дегидрогена-зы - по методике Галстяна в модификации Хазиева.
Дегидрогеназа (субстрат: НАД(Ф)-оксидоредуктазы, КФ 1.1.1) катализирует окислительно-восстановительные реакции путем дегидрирования органических веществ. Активность дегидрогеназ выражают в мг ТФФ на 1 г почвы за 24 часа.
О фитотоксичности почв судили по изменению показателей прорастания семян и интенсивности начального роста проростков [Красильни-ков, 1958; Рыбакова, 1987]. В качестве тест-объектов использовали редис. Повторность 6 кратная.
Содержание гумуса определяли по методу И.В. Тюрина со спект-рофотометрическим окончанием [Орлов, 1981]. Повторность 6-кратная. рН почв определяли потенциометрическим методом [Практикум..., 1986]. Повторность 6-кратная.
Содержание ТМ в отобранных образцах определяли рентгенфлуо-рисцентным методом. Для суждения об эколого-биологическом состоянии почвы недостаточно какого-либо одного показателя, так как каждый из них отражает лишь какую-то одну сторону биологических и биохимических процессов в почве. Поэтому необходимо использовать широкий набор показателей состояния почвы.
Для объединения большого количества показателей была разработана методика определения интегрального показателя биологического состояния почвы (ИПБС) [Казеев и др., 2003]. Даннаяметодика позволяет оценить совокупность биологических показателей.
Результаты оценки в значительной степени определяются величиной фоновых концентраций элементов и соединений, поэтому очень важно корректно подобрать фоновую почву. Прежде всего, в качестве фоновых концентраций содержания тяжелых металлов в почве можно использовать рекомендуемые фоновые значения, приведенные в Методических указаниях Министерства охраны окружающей среды. Однако данные
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
Влияние загрязнения тяжёлыми металлами на биологические свойства почв.
показатели не учитывают геохимические особенности провинции и тем более локальные природные особенности.
Более приемлемым является использование фоновых значений, установленных в условиях конкретного региона. Поэтому целесообразно было использовать реальные фоновые значения, определенные в образцах из памятника природы «Персиановская степь».
Для оценки совокупного действия поллютантов в качестве интегрального показателя в настоящее время широко используется суммарный коэффициент техногенного загрязнения (2с), рассчитываемый на основе сложения коэффициентов техногенного загрязнения отдельных элементов [Снакин, 1995].
Результаты и их обсуждение
Результаты исследования содержания ТМ и их влияние на биологические свойства почв г. Ростова-на-Дону приведены в таблице 1.
Таблица 1. ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА ПОЧВ Г. РОСТОВА-НА-ДОНУ
№ Места отбора почвенных образцов Содержание ТМ в почвах (мг/кг) 1о ИПБС, % фона
Со N1 Си 1п РЬ
1 «Персиановская степь» (фон) 2,10 22,7 34,9 79,7 30,2 1 100
2 Парк «Плевен» 7,7 42,1 39,4 91,0 49,1 6 94
3 Парк им. Вити Черевичкина 20,4 55,0 76,0 200 44,4 16 62
4 Парк им. Горького 14,4 62,3 64,0 219 45,2 13 84
5 Завод «Эмпилс» 15,8 51,9 80,5 2525 84,0 46 38
6 пр. Стачки/ пер. Братский (авторазвязка) 13,8 55,3 72,4 216 72,7 14 88
7 пр. Буденовский, 28 (авторазв.) 14,3 54,6 60,7 96,4 26,2 13 89
8 пл. Гагарина (авторазвязка) 15,9 58,5 57,8 332 63,4 16 79
9 ул. Нариманова/ пр. Нагибина (авторазвязка) 15,6 55,6 62,9 155 42,8 13 84
«НАУКА. ИННОВАЦИИ. ТЕХНОЛОГИИ»
Северо-Кавказский федеральный университет
Минимальные значения 2с наблюдаются в почве, отобранной в парке «Плевен».Максимальные значения 2с характерны для почвы, отобранной близ завода «Эмпилс», чтоотносится к опасной категории загрязнения. Почвы из всех остальных мест отбора почвенных образцов относятся к допустимой категории загрязнения. Значение ИПБС варьируется от 94 % до 38 %. Максимальное значение ИПБС - 94 % характерно для почвы, отобранной в парке «Плевен». Минимальные значения ИПБС - 38 % и 62 % зарегистрированы в почвах, отобранных близ завода «Эмпилс» и в парке им. Вити Черевичкина.
Результаты исследования содержания ТМ и их влияние на биологические свойства почв г. Таганрога приведены в таблице 2.
Таблица 2. ВЛИЯНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА ПОЧВ Г. ТАГАНРОГА
№ Места отбора почвенных образцов Содержание ТМ в почвах (мг/кг) 1о ИПБС, % от фона
Со N1 Си 1п РЬ
1. «Персиановская степь» (фон) 2,1 22,7 34,3 79,7 30,2 1 100
2. Парк 300-летия Таганрога 10,3 40,3 46,5 109 36,6 8 90
3. Парк им. Горького 16,2 48,2 54,3 83,3 21,8 8 86
4. Авторазвязка (ул. Транспортная) 12,0 45,1 47,4 114 32,1 9 76
5. пл. Марцевский треугольник 21,6 62,1 60,9 124 25,5 14 71
6. ПО Красный котельщик 16,8 59,7 54,3 100 24,6 11 63
7. Металлург. завод 13,1 56,1 54,6 114 29,3 10 68
8. Свалка 22,2 56,1 59,8 253 48,5 17 59
Минимальные значения 2с наблюдаются в почвах, отобранных в парке 300-летия Таганрога и в парке им. Горького. Максимальные значения 2с характерны для почвы, отобранной на территории нелегальной свалки, что относится к умеренно опасной категории загрязнения. Почвы
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
Влияние загрязнения тяжёлыми металлами на биологические свойства почв.
из всех остальных мест отбора почвенных образцов относятся к допустимой категории загрязнения. Значение ИПБС варьируется от 90 % до 59 %. Максимальные значения ИПБС - 90 % и 86 % характерны для почв, отобранных в парке 300-летия Таганрога и в парке им. Горького.
Результаты исследования содержания ТМ и их влияние на биологические свойства почв г. Новочеркасска приведены в таблице 3.
Минимальное значение 2с наблюдается в почве, отобранной в Александровском парке. Максимальные значения 2с характерны для почв, отобранных близ пр. Платовского и Новочеркасского электровозостроительного завода и 10. Почвы из всех мест отбора почвенных образцов относятся к допустимой категории загрязнения. Значение ИПБС варьируется от 95 % до 74 %. Максимальное значения ИПБС - 95 % характерно для почвы, отобранной в Александровском парке. Минимальные значения ИПБС - 74 % и 76 % зарегистрированы в почвах, отобранных близ Электровозостроительного завода и близ пр. Платовского.
Таблица 3. ВЛИЯНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА ПОЧВ Г. НОВОЧЕРКАССКА
№ Места отбора почвенных образцов Содержание ТМ в почвах (мг/кг) 1о ИПБС, % от фона
Со N1 Си 1п РЬ
1 «Персиановская степь» (фон) 2,1 22,7 34,3 79,7 30,2 1 100
2 Александровский парк 4,7 27,5 42,6 89,4 35,1 4 95
3 пр. Платовский (авторазвязка) 10,9 40,9 53,1 259 52,3 11 76
4 Электродный завод 3,8 23,7 36,5 157 67,3 5 83
5 Завод синтетических продуктов 0,5 45,9 44,8 157 46,8 4 88
6 Электоровозо- строитльный завод 15,3 50,6 56,5 1024 15,4 10 74
«НАУКА ИННОВАЦИИ. ТЕХНОЛОГИИ»
-Северо-Кавказский федеральный университет
Результаты исследования содержания ТМ и их влияние на биологические свойства почв г. Гуково приведены в таблице 4.
Минимальное значение 2с наблюдается в почве, отобранной в парковой зоне.
Максимальные значения 2с характерны для почв, отобранных близ шахты Ростовской, шахты Гуковской, что относится к умеренно опасной категории загрязнения. Почвы из всех остальных мест отбора почвенных образцов относятся к допустимой категории загрязнения. Значение ИПБС варьируется от 95 % до 42 %. Максимальное значения ИПБС - 95 % характерно для почвы, отобранной в парковой зоне. Минимальные значение ИПБС - 42 % и 50 % зарегистрированы в почвах, отобранных близ ш. Гуковской и ш. Ростовской.
Таблица 4. ВЛИЯНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА ПОЧВ Г. ГУКОВО
№ Места отбора почвенных образцов Содержание ТМ в почвах (мг/кг) 1о ИПБС, % от фона
Со N1 Си 1п РЬ
1 «Персиановская степь» (фон) 2,1 22,7 34,9 79,7 30,2 1 100
2 Парковая зона (ул. Мира) 11,6 51,6 56,9 735 103 4 95
3 Авторазвязка (ул. "ерцина) 10,1 45,9 45,2 136 40,6 9 74
4 Шахта Ростовская 19,9 57,7 86,7 655 123 27 50
5 Шахта. Гуковская 3,7 27,9 30,9 111 63,5 21 42
Выводы
1. В результате исследования загрязнение почв ТМ было зафиксировано в городах: Ростов-на-Дону, Гуково, Таганрог. По степени загрязнения ТМ исследованные города образуют следующий ряд: Ростов-на-Дону > Гуково > Таганрог > Новочеркасск.
2. В результате проведения сравнительной оценки содержания ТМ в почвах разных функциональных зон горо-
НАУкИ о ЗЕМлЕ
Влияние загрязнения тяжёлыми металлами на биологические свойства почв.
дов получены следующие ряды: промышленные зоны > авторазвязки > парки для г. Ростова-на-Дону, г. Гуково; авторазвязки > промышленные зоны > парки для г. Таганрога и г. Новочеркасска.
3. В результате исследования были выявлены приоритетные ТМ-загрязнители для почв городов Ростовской области: Со > 2п > РЬ > Си > №.
4. В большинстве случаев наблюдалась прямая зависимость между концентрациейзагрязняющего вещества и степенью ухудшения исследуемых свойств почвы. Как правило, наблюдалось снижение всех исследованных биологических показателей.
5. Большинство из использованных биологических показателей являются информативнымидля мониторинга состояния городских почв, загрязненных ТМ. По степени информативностибиологические показатели образуют следующий ряд: активность каталазы > длина корней редиса > активность дегидрогеназы> обилие бактерий рода Аю1оЪас1ег> всхожесть семян редиса > длина побега редиса.
ЛИТЕРАТУРА
1. Казеев К. Ш., Колесников С. И., Вальков В. Ф. Биологическая диагностика и индикация почв: методология и методы исследований. Ростов-н/Д.: Изд-во Рост. ун-та, 2003. 204 с.
2. Красильников Н. А. Микроорганизмы почвы и высшие растения. М.: Изд-во АН СССР, 1958. 463 с.
3. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под. ред. Д. Г. Звягинцева. М.: Изд-во МГУ, 1991. 304 с.
4. Орлов Д. С., Гришина Л. А. Практикум по химии гумуса. М.: Изд-во МГУ, 1981. 271 с.
5. Практикум по почвоведению / под. ред. И. С. Кауричева. М.: Агро-промиздат, 1986. 336 с.
6. Рыбакова З. П. Методы отбора микробов-стимуляторов по их влиянию на семена // Некоторые новые методы количественного учета почвенных микроорганизмов и изучения их свойств: методические рекомендации. Ленинград, 1987. С. 32-40.
7. Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы (Са-
«НАУКА ИННОВАЦИИ. ТЕХНОЛОГИИ»
-Северо-Кавказский федеральный университет
нитарно-эпидемиологические правила и нормативы) / Н. Л. Великанов, А. Л. Прядко, Т. Е. Бобкова. М.: Минздрав России, 2004. 40 с. 8. Снакин В.В., Присяжная А.А. Экологическая оценка состояния почв: Попытка количественного подхода // Изд. РАН. Сер. биол. 1995. № 1. С. 105-109.
ОБ АВТОРАХ
Налета Екатерина Васильевна, Южный федеральный университет, младший научный сотрудник кафедры экологии и природопользования. 344006, Ростов-на-Дону, Большая Садовая, 105/42, тел. 8909-405-63-69, электронный адрес: [email protected]. Naleta Ekaterina Vasilievna, Southern Federal University, Junior staff scientist of Ecology Department. 344006, Rostov-on-Don, str. B. Sadovaya 105/42, тelephone: 8909-405-63-69, E-mail: [email protected].
Капралова Ольга Анатольевна, Южный федеральный университет, кандидат биологических наук, заместитель директора по научно-исследовательской работе Ботанического сада. 344041, г. Ростов-на-Дону, Ботанический спуск, 7, тел. +7(863) 227-57-22, электронный адрес: [email protected]
Kapralova Olga Anatolievna, Cand. Sc. {Biology}, Southern Federal University, Deputy Director for research work of the Botanical garden. 344006, Rostov-on-don, Botanicheskiy spysk, 7, Telephone +7(863) 227-57-22, E-mail: [email protected].
Колесников Сергей Ильич, Южный федеральный университет, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заведующий каф. экологии и природопользования. 344006, Ростов-на-Дону, Большая Садовая, 105/42, тел. 8 (863) 218-40-35, электронный адрес: [email protected]
Kolesnikov Sergey Ilich, Dr.Sc. (Agr.), Professor, Southern Federal University, Head of Ecology Department. 344006, Rostov-on-Don, str. B. Sadovaya 105/42, Telephone: 8 (863) 218-40-35, E-mail: [email protected].
Казеев Камиль Шагидуллович, Южный федеральный университет, доктор географических наук, профессор. 344006, Ростов-на-Дону, Большая Садовая, 105/42, Профессор кафедры экологии и природопользования, тел.: 8 (863) 218-40-35, электронный адрес: [email protected].
Kazeev Kamil Shagidullovich, Dr.Sc. (Geogr), Professor, Southern Federal University, 344006, Rostov-on-Don, str. B. Sadovaya 105/42, Professor of Ecology Department, Telephone: 8 (863) 218-40-35, E-maill: [email protected].
