CC BY
17
ISSN 1994-7836 (print) ISSN 2519-2477 (online)
УДК 630.1-034.2/.8 Article info
Received 16.03.2017 р.
В. М. Ловинська, М. М. Харитонов, В. М. Зверковський
Днтропетровський нащональний ушверситет м. Олеся Гончара, м. Днтро
ВМ1СТ ВАЖКИХ МЕТАЛ1В У ХВО1 СОСНОВИХ КУЛЬТУР
НА РЕКУЛЬТИВОВАНИХ ЗЕМЛЯХ
Вивчено вмют елеменпв групи важких металiв у грунт та хвоТ сосни кримськоТ шахти "Павлог-радська" Пiвнiчного Степу УкраТни. Розглянуто особливостi накопичення металiв хвоею сосни залеж-но ввд складу грунтовоТ сумiшi. Здiйснено порiвняльний аналiз кумулятивних властивостей хвоТ сосни на шахтнш породi з екземплярами, що ростуть на дiлянках рекультивацп. Показано, що iстотнiше накопичення важких металiв у хвоТ ввдбуваеться у варiантi зростання дослiдних екземплярiв на шахтнiй породi. Визначено коефщенти бiологiчного поглинання для групи дослщжуваних важких металiв (N1, РЬ, Бп, гп, Сг, Си).
Ключовi слова: акумуляцiя важких металiв; хвоя сосни; рекультивоваш землi; Пiвнiчний Степ Укра-
Тни.
Вступ. Високий рiвень техногенного забруднення довкiлля важкими металами у багатьох регюнах набу-вае характеру еколопчного лиха. Цшком очевидно, що це негативно позначаеться i на життевому станi наса-джень лiсових екосистем та умовах зростання деревос-ташв (Heпsiгuk, 1992; ЫикИак й а1., 2011). Особливо це проявляеться в районах промислових пiдприемств, ви-робничий цикл яких супроводжуеться викидами в атмосферу свинцю, кадм1ю, цинку, мiдi, арки й шших токсикант1в. Небезпека накопичення важких металш у деревних рослинах полягае насамперед у послаблены та припинент !х життевого потенцiалу, що може приз-водити до негативно! змши !х репродуктивних власти-востей.
Стан рослин е шформативним iнтегральним показ-ником, що вiдображае характер забруднення навко-лишнього середовища. Особлива увага придшяють хвойним рослинам, як мають меншу стiйкiсть до ат-мосферних полютантiв, порiвняно з листяними (Уа1е110-уа, 2004). Асимiляцiйнi органи рослин ввдграють роль життезабезпечувально! ланки у функцюнуванш рослин-них органiзмiв i е надзвичайно чутливими до змш умов зростання (Heпsiгuk, 1992).
Використання бiологiчних показникiв рослинних об'ектiв, зокрема кумулятивних властивостей рослинних тканин до хгшчних елемештв, е одним iз критерив, що характеризуе стан забруднення та стушнь токсич-носп rрунтiв важкими металами, зокрема, на дшянках рекультивацп, що представляе значний теоретичний та науковий iнтерес.
Аналiз вмiсту елементiв групи важких металгв в аси-мiляцiйних органах надасть змогу виявити токсичт концентраци для рослин, внаслвдок чого можна здшснити дiагностику стану лiсонасаджень.
Мета роботи - вивчення закономiрностей накопичення важких металгв асимiляцiйними органами сосни на вщвалах шахти "Павлоградська" Захщного Донбасу Пiвнiчного Степу Укра!ни.
Матерiали та методика дослiдження. Об'ектом дослвдження слугувала сосна кримська (Ртш рсйам-спа Ь.), що зростае на рекультивованих землях шахтних вщвал1в м. Павлоград Дшпропетровсько! обл. Досль
дження проводили на д1лянц1 л1сово1 рекультивацп, яку створено у 1975 р. у зош шахтних пол1в шахти "Павлоградська". На дшянщ вщбуваеться штенсивна деформация верхшх шар1в лггосфери (Zverkovskyi, 1999). Для ще1' дшянки випробовували два вар1анти насипних еда-фотошв: вар1ант 1 - чиста шахтна порода (дослвд); варь ант 2,0-0,5 м чорнозему, 0,5 м шску, 1,0 шахтно1 породи. В1дб1р проб проводили для сосен 41-р1чного вжу (Kukkola, Rautio & Huttunen, 2000). Зразки вщбирали т1льки i3 живих, здорових рослин, без ознак пошко-джень та хвороб.
Соснову хвою вдабрали з дерев, як зростають на rрунтi iз шахтно! породи (контроль) та рекультивованих грунтах - шахтна порода iз насипним грунтом (дослiд) (Anuchin, 1982).
Визначення концентрацiй метал1в у грунтах i хво! сосни здiйснювали за допомогою методу плазмово-оп-тично! емiсiйноl спектрометрп (ICP-OES). У цiй роботi використано спектрометр Technologiesт 5100 (Agilent) з шдуктивно зв'язаною плазмою. Зразки рослин подрiб-нювали до порошкоподiбного стану, шсля чого наваж-ку рослинного матерiалу (0,3 г) помiщали в хiмiчний стакан, додаючи 10 мл концентровано! HNO3, 2 мл 30 % H2O2 i залишали реагувати з хiмiчними реактивами впродовж 1 год. Далi кислотнi розчини ввдфщьтрували та проаналiзували на вмiст метал1в. Аналiзування вмк-ту важких метал1в виконано в Жиронському ушверси-теп (Iспанiя).
Результати дослщження. У ходi експеримент1в ви-явлено iстотнi розбiжностi щодо характеру накопичення окремих метал1в, що зумовлено насамперед !х вмк-том у грунтовiй сушш, а також характером потраплян-ня та розповсюдження, локалiзацi! та млради металу в рослинних тканинах.
Результати наших дослвджень щодо визначення вмкту важких метал1в у хво! сосни показали наявну тенденщю 1х накопичення у варiантi зростання дослвд-них екземплярiв на шахтнiй породi, порiвняно iз ре-культивованими землями (рис.).
Середнш вмiст практично усiх дослщжених важких металiв у хво! змшюеться в межах вiд 1,56 до 69,15 мг/кг. Ввдповвдно до представлених даних, найви-
Цитування за ДСТУ: Ловинська В. М. BMicT важких металiв у хвоТ соснових культур на рекультивованих землях / В. М. Ловинська, М. М.
Харитонов, В. М. Зверковський // Науковий вюник НЛТУ УкраТни. - 2017. - Вип. 27(3). - С. 105-107 Citation APA: Lovynska, V. M., Kharytonov, M. M., & Zverkovskyi, V. M. (2017). The Content of Heavy Metals in the Needles of Pine Cultures on Reclaimed lands. Scientific Bulletin of UNFU, 27(3), 105-107. Retrieved from:
http://nv.nltu.edu.ua/index.php/journal/article/view/279_
щу кшьккну концентращю дослiдженого ряду металш виявлено для Плюмбума та Цинку, тодi як найменший вмiст у хво! встановлено для Нiкелю.
У разi додавання у варiант iз шахтною породою суглинку простежено тенденцш до зниження концентраци ус1х досл^жуваних металш у хво!. Таке зниження ста-новить для нiкелю - 66,2 %, для свинцю - 78,6 %, для олова - 4 %, для цинку - 1,2 %, для хрому - 81,3 % та для мвд - 30,0 %.
Зазначенi результати показують, що якщо накопи-чення на шахтнiй породi таких металш, як Станум, Цинк, Купрум в^буваеться незначно, то вмiст Нiкелю у хво! зростае у 3,0, свинцю - в 4,7, а хрому - в 5,4 раз1в.
701--
60
№ РЬ Эп Ъъ Сг Си Метал шахтна порода ■ шахтна порода+суглинок
Рис. Вмiст важких металiв у хво! рослин сосни кримсько!
В^омо, що в невеликих концентрац1ях мда i нiкель е потрiбними для рослин, беручи участь у процесах ме-таболiзму (СЬегпау1па, 1970). Однак у надлишкових концентрац1ях важкi метали можуть заважати надхо-дженню в рослину шших елементш живлення, що приз-
Вiдповiдно до представлених даних, за шкалою I. А. Авессаломова (1987), iз вивчених металш до елементш групи сильного накопичення (10>КБП>1) належить Плюмбум, усi iншi метали - до елементш слабкого накопичення (1> КБП>0,1) (Ауе88а1ошоу, 1987). 1з даних таблицi видно, що бюпоглинальна активнiсть хво! сосни, яка зростае в умовах впливу шахтно! породи, в 1,1-3,2 раза вища, поршняно iз варiантом зростання iз додаванням до не! суглинку. Це стосуеться ус1х досль джених металш, окр1м Стануму, для якого виявлено ви-щу кумулятивну здатнiсть у варiантi iз суглинком.
водитиме до порушення збалансованостi мшерального складу (Кикко1а, Яаийо & НиНипеп, 2000).
Зверковський В. М. досл^ив кiлькiсний вмiст мшро-елементш у листях рослин та !х варшвання у визначе-них межах (гуегкоузку1, 1999). Данi щодо таких важких металш як нiкель, свинець, мда на варiантi шахтно! породи з суглинком, ям ми отримали, узгоджуються з результатами автора, тодi як на чистiй шахтнш породi значения вмiсту зазначених елементш перевищуе величину максимуму на 22 % (шкель), 85 % (хром).
Найбшьший показник акумулювання елеменпв токсично! групи визначено для Свинцю, вмкт якого у хво! екземилярш, що зростали на шахтнш пород^ перевищу-вав такий у вегетативнш частинi листяних порiд, описа-них в роботi (гуегкоузку1, 1999) - у 3,6 раза. Значення вмкту такого елемента як Мда входить у межi зазначе-ного дiапазону для листя рослин, що повнктю узго-джуеться iз автором.
Отже, за аналопчних умов навколишнього середо-вища, акумулювання важких металш асимiляцiйними органами треба вiднести до впливу техногенного заб-руднення шляхом надходження елементш iз Грунтовим розчином. Токсичне депонування елементш спостере-жено для кожного з до^джуваних металш.
Поршняння даних щодо вмiсту досл^жуваних елементш у Грунл з гранично допустимими концентраць ями (ГДК) у двох дослiджуваних варiантах показало, що як на шахтнш пород^ так i в разi додавання суглинку, спостережено перевищення допустимих норм мета-лш (табл. 1) (ТгаМепЬе^, 1994).
Показники вмiсту елементш групи важких металш на шахтнiй породi перевищують ГДК у Грунтах в 1,27 (РЬ), 10,81 (N1), 20,2 (8п), 2,5 (гп), 9,2 (Си) разш. Кон-центрац1я хрому на досл^нш дiлянцi бiльша за показ-ник гранично допустимого у 1877,2 раза. Для характеристики бiологiчно'! активностi хво! сосни кримсько! розраховано коефщкнт бiологiчного поглинання (аку-муляцГ!) (КБП) (табл. 2).
Висновки:
1. Встановлено тенденцiю до накопичення елеменпв групи важких металiв у варiантi зростання дослщних ек-земплярiв на шахтнiй пород^ порiвняно iз рекультиво-ваними землями.
2. Вмкт важких металiв на шахтнiй породi перевищуе гранично допустимi концентрацГ! в 1,27 (РЬ) - 20,2 раза.
3. Найвищий вмкт у хво! сосни на шахтнш породi з досль дженого ряду металiв виявлено для Свинцю та Цинку, тодi як найменший - для Ншелю.
4. Порiвняльний аналiз кумулятивних властивостей хво! сосни на шахтнш породi з екземплярами, що ростуть
Табл. 1. Вмкт важких металiв у Грунт
Варiант субстрату Концентращя металiв (мг/кг) + стандартне вщхилення
Нжелъ Плюмбум Станум Цинк Хром Купрум
Шахтна порода 43,06±2,55 40,64±14'58 40,45±1,40 56,48±1,5/ 93,86±2,21 27,50±°,1у
Шахтна порода+суглинок 29,59±0'07 18,14±270 24,63±2,18 60,43±у,4/ 56,38±3'36 24,01±6'38
ГДК 4,0 32,0 2,0 23,0 0,05 3,0
Табл. 2. Значення коефщкнпв бюлопчно! акумуляци
Варiант субстрату Концентращя металiв (мг/кг) + стандартне вiдхилення
Нжелъ Плюмбум Станум Цинк Хром Купрум
Шахтна порода 0,107 1,702 0,184 0,734 0,127 0,281
Шахтна порода + суглинок 0,053 0,818 0,290 0,678 0,040 0,226
на донках рекультивацп, показав, що якщо накопи-чення в асимiляцiйних органах на шахтнш породi таких металiв, як Sn, Zn, Cu вщбуваеться незначно, то вмкт Ni зростае у 3, Pb - у 4,7, Cr - у 5,4 разiв.
5. За коефiцieнтом бюлопчного поглинання, до елементiв сильного накопичення вiднесено Pb, тодi як Bci iншi виявилися елементами слабкого накопичення.
Перелж використаних джерел
Anuchin, N. P. (1982). Lesnaja taksacija. Moscow: Lesn. prom-st, 552 p. [in Russian].
Avessalomov, I. A. (1987). Geohimicheskie pokazateli pri izuchenii landshaftov: ucheb.-metod. posobie. Moscow: Moskovskij univer-sitet, 108 p. [in Russian].
Chernavina, I. A. (1970). Fiziologija i biohimija mikrojelementov. Moscow: Vysshaja shkola, 310 p. [in Russian].
Hensiruk, S. A. (1992). Lisy Ukrainy. Kyiv: Nauk. dumka, 408 p. [in Ukrainian].
Hulchak, V. P., Kravchuk, M. F., Dudynets, A. Ya. et al. (2011). Os-novni polozhennia orhanizatsii i rozvytku lisovoho hospodarstva Dnipropetrovskoi oblasti. Irpin: Prytoka, 129 p. [in Ukrainian].
Kukkola, E., Rautio, P., & Huttunen, S. (2000). Stress indications in copper- and nickel-exposed Scots pine seedlings. Environ. Experim. Botany, 43(3), 197-210.
Trahtenberg, I. M. (1994). Tjazhelye metally vo vneshnej srede: Sov-remennye gigienicheskie i toksikologicheskie aspekty. Minsk: Nau-ka i tehnika, 286 p. [in Russian].
Valetova, E. A. (2004). Vlijanie tehnogennogo zagrjaznenija na so-derzhanie tjazhelyh metallov v hvoe sosny. Vosstanovlenie narus-hennyh landshaftov, 4, 261-264. Barnaul: AltGU. [in Russian].
Zverkovskyi, V. M. (1999). Bioheotsenolohichne obgruntuvannia li-sovoi rekultyvatsii zemel, porushenykh vuhilnoiu promyslovistiu v stepovii zoni Ukrainy. Abstract of candidate dissertation for biological sciences (03.00.16 - Ecology). Dnipropetrovsk, 40 p. [in Ukrainian].
В. Н. Ловинская, Н. Н. Харитонов, В. Н. Зверковский
СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ХВОЕ СОСНОВЫХ КУЛЬТУР
НА РЕКУЛЬТИВИРОВАННЫХ ЗЕМЛЯХ
Изучено содержание элементов группы тяжелых металлов в почве и хвое сосны крымской в зоне шахты "Павлоградская" Северной Степи Украины. Рассмотрены особенности накопления металлов хвоей сосны в зависимости от состава почвенного субстрата. Осуществлен сравнительный анализ кумулятивных свойств хвои сосны, произрастающей на шахтной породе с экземплярами, растущих на участках рекультивации. Показано, что более существенное накопление тяжелых металлов в хвое происходит в варианте роста опытных экземпляров на шахтной породе. Определены коэффициенты биологического поглощения для группы исследуемых тяжелых металлов (Ni, Pb, Sn, Zn, Cr, Cu).
Ключевые слова: аккумуляция тяжелых металлов; хвоя сосны; рекультивированные земли; Северная Степь Украины.
V. M. Lovynska, M. M. Kharytonov, V. M. Zverkovskyi THE CONTENT OF HEAVY METALS IN THE NEEDLES OF PINE CULTURES ON RECLAIMED LANDS
Plant condition is informative integral indicator that reflects the characters of environment contamination. The special attention is given to conifers, which have a lower resistance to atmospheric pollutants compared to deciduous plants. The aim of research is to study the features of accumulation of heavy metals by assimilating organs of pine growing on the mine dumps of Western Donbas within Northern Steppe of Ukraine. The object of the study was the Crimean pine (Pinus palasiana L.) growing on reclaimed land of Pavlograd mine dumps within Dnipropetrovsk region. The study was conducted at the site of forest restoration, created in 1975 in the area of mine field of the mine "Pavlogradska". Pine needles were selected from trees that grow in the soil of mine rocks (experiment sample) and reclaimed soils - the mine rock with suclay (control). Determining the concentration of heavy metals in soil and pine needles was performed using the method of plasma-optical emission spectrometry (ICP-OES) on the spectrometer Technologiest 5100 (Agilent), in Spain, Giro-na. The results of the research determining heavy metals content in pine needles showed the existing trend of accumulation in the version of growth experiment samples on the mine rock compared to the reclaimed lands. Firstly, we have found that the average content of heavy metals in the pine needles ranges from 1.56 to 69.15 mg/kg. The highest concentration of the studied metals range found for Pb and Zn, while the lowest content in the needles established for Ni. These results show that if the metals accumulation on the mine rock is small for Sn, Zn, Cu, then the content of Ni in needles increases in 3.0, Pb in 4.7, and Cr in 5.4 times. Secondly, the comparison of the contents of the studied elements in the soil with the maximum permissible concentration in two studied variants showed that both the mine rock, so with adding suclay, observe the excess of the acceptable norm of metals. Thirdly, the indicators of content elements of heavy metal at the mine rock exceeding the maximum permissible concentration in soils at 1.27 (Pb), 10.81 (Ni), 20.2 (Sn), 2.5 (Zn), 9.2 (Cu) times. Finally, to characterize the biological activity of Crimean pine needles, the biological coefficient accumulation was calculated. From the studied metals lead belongs to the elements with strong accumulation ability and all other metals belong to elements of weak accumulation. Accumulated activity of pine that grows under the influence of mine rock in 1.1-3.2 times higher compared to the variant of mine rock with adding suclay. To conclude, the research results showed a trend of accumulation of heavy metal elements in the variant of growth sample copies on the mine rock, compared to plants growing in the reclamation areas.
Keywords: accumulation of heavy metals; pine needles; reclaimed lands; the Northern Steppe of Ukraine.
1нформащя про aBTopiB:
Ловинська Вiкторiя МиколаТвна, канд. бюл. наук, доцент, Днтропетровський державний афарно-еконо1^чний ушверситет,
м. Днтро, Укра'на. Email: glub@ukr.net Харитонов Микола Миколайович, д-р с.-г. наук, професор, Днтропетровський державний аграрно-економiчний ушверситет,
м. Днтро, Укра'на. Email: nick-nick@mail.ru Зверковський Василь Миколайович, д-р бюл. наук, професор, Днтропетровський нацюнальний ушверситет iM. Олеся Гончара, Днтро, Укра'на. Email: zverkovsky@yahoo.com
