Накопление тяжелых металлов почвой и надземной фитомассой луговыми экосистемами поймы р. Сож

0
166
Накопление тяжелых металлов почвой и надземной фитомассой луговыми экосистемами пойма р. Сож

К тяжелым металлам относятся более 40 химических элементов периодической системы. Тяжелые металлы (ТМ) — это группа элементов с плотностью больше, чем плотность железа. В зависимости от количества элемент может иметь название тяжелый металл или микроэлемент.

Важность тяжелых металлов признают многие исследователи. Эти мысли поддерживают многие известные ученые. Так, Я.В. Пейве называет элементы, находящиеся в следовых количествах, микроэлементами и придает им существенную роль в биохимических процессах живого вещества почвы. Это, прежде всего, активация деятельности ферментов, участие в окислительно-восстановительных процессах, участие в синтезе белка. Недостаток микроэлементов снижает урожайность растений, избыток вызывает негативные последствия. К микроэлементам Я.В. Пейве относит Cu, Zn, Mn, Co, Mo, Fe, Mg. Эти элементы участвуют в ферментативных реакциях. Автор отмечает, что в ряде случаев невозможно провести резкую грань между макро и микроэлементами. Биологическая доступность микроэлементов, как правило, относительно небольшая и существенно изменяется в различных почвенно-климатических регионах [1].

Для ТМ почва является бездонным резервуаром. Почва находится в постоянном взаимодействии с другими экосистемами. Именно почва является важным источником поступления ТМ в организм человека. Почвенные ТМ в процессе выращивания растений поглощаются из почвы корневой системой. Затем накапливаются в сельскохозяйственных культурах. Кроме того, при вымывании поверхностными водами концентрируются в пониженных элементах рельефа. Тяжелые металлы быстро накапливаются в почве и медленно выводятся.

Многочисленными исследованиями показано, что на концентрацию ТМ оказывают влияние свойства почв. В почвах тяжелого гранулометрического состава, концентрируются более существенные количества тяжелых металлов, легкие почвы в меньшей степени накапливают их. Кроме того, существенное значение имеют агрофизические и физико-химические свойства почвы. В условиях кислой среды нерастворимая часть фракции ТМ переходит в растворимые формы, тем самым концентрация ТМ в кислых почвах может нарастать [2 — 4].

Результаты химического анализа по содержанию тяжелых металлов в почве луговых экосистем р. Сож Чечерского района позволяют построить следующий ряд в порядке уменьшения слева направо: Mn, Fe, Zn, Pb, Cu, Ni, Co, Cr, Cd (таблица 1). Различия между крайними элементами, то есть марганцем и кадмием, составили около 1800 раз. Амплитуда варьирования по содержанию тяжелых металлов в почве составила между максимумом и минимумом для железа 8 раз, марганца, цинка, свинца, меди, никеля 3 — 4 раза, а для остальных элементов, кобальта, хрома, кадмия варьирование не выявлено. В ходе исследований выявлены различия по концентрации изучаемых элементов в почве под отдельными ассоциациями. Установлена наибольшая концентрация марганца, цинка, свинца, никеля в почве ассоциации Poetum angustifolia. Максимальная аккумуляция железа была в почве под ассоциацией Agrostio vinealisCalamagrostietum epigeios.

Имеет место наличие определенных соотношений между элементами в почве. Так, соотношение между марганцем и железом в 4 объектах из 5 составляло 0,8 — 1,2. Соотношение между цинком и свинцом варьировало в пределах 1,6 — 3,6, свинцом и медью — 1,4 — 2,7, медью и цинком — 1 — 6,8. Превышений значений ПДК не выявлено.

Таблица 1. Содержание тяжелых металлов в почвах луговых экосистем в пойме р. Сож Чечерского района,абс. -сух. сост., мг/кг

Ассоциация Mn Fe Zn Pb Cu Ni Co Cr Cd
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Deschampsietum cespitosae 73,22 57,11 0,9 0,56 0,61 0,3 0,28 0,2 0,06
Poetum angustifolia 174,65 18,71 2,26 0,83 0,58 0,65 0,28 0,2 0,06
Agrostio vinealis — Calamagrostietum epigeios 130,11 153,8 2,18 0,7 0,32 0,34 0,28 0,2 0,06
Caricetum gracilis 113,6 107,19 1,34 0,69 0,25 0,37 0,28 0,2 0,06
Poo — Festucetum pratensis 42,18 45,12 0,69 0,19 0,14 0,24 0,28 0,2 0,06
Максимум 174,65 153,8 2,26 0,83 0,61 0,65 0,28 0,2 0,06
Минимум 42,18 18,71 0,69 0,19 0,14 0,24 0,28 0,2 0,06
Среднее 106,75 76,39 1,47 0,59 0,38 0,38 0,28 0,20 0,06
ПДК, мг/кг 1500 37 25 30 4 20 6 0,4

В результате проведения аналитических работ было определено содержание тяжелых металлов в травостое растительных ассоциаций луговых экосистем р. Сож Чечерского района (таблица 2). Убывающий ряд по содержанию тяжелых металлов можно представить следующим образом — Мп, Fe, Cu, Zn, Co, Ni, Pb, Cd, Cr. Различия между крайними элементами, то есть марганцем и хромом, составили более 4 тысячи раз. Амплитуда варьирования по содержанию тяжелых металлов в растениях составили между максимумом и минимумом следующие значения. Максимальное варьирование имела медь — 26 раз. Для железа показатель варьирования превысил 4. Для остальных тяжелых металлов эти значения были в пределе 1 — 2 раз. В ходе исследований выявлены различия по концентрации изучаемых элементов в травостое отдельных ассоциаций. Максимальное содержание тяжелых металлов было в травостое Poo Festucetum pratensis.

Таблица 2. Содержание тяжелых металлов в надземной фитомассе луговых экосистем в пойме р. Сож Чечерского района, абс.-сух. сост., мг/кг

Ассоциация Mn Fe Cu Zn Co Ni Pb Cd Cr
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Deschampsietum cespitosae 54,16 19,39 6,98 15,18 0,05 0,39 0,02 0,01 0,013
Poetum angustifolia 46,92 16,24 5,13 9,26 0,05 0,38 0,02 0,01 0,013
Agrostio vinealis — Calamagrostietum epigeios 43,12 16,48 60,09 10,98 0,05 0,52 0,02 0,01 0,013
Caricetum gracilis 56,74 66,75 2,29 8,16 0,05 0,86 0,02 0,01 0,013
Poo — Festucetum pratensis 64,14 62,82 5,64 10,98 0,05 0,38 0,02 0,01 0,013
Максимум 64,14 66,75 60,09 15,18 0,05 0,86 0,02 0,01 0,01
Минимум 43,12 16,24 2,29 8,16 0,05 0,38 0,02 0,01 0,01
Среднее 53,02 36,34 16,03 10,91 0,05 0,51 0,02 0,01 0,01

Проведенными исследованиями не выявлено взаимосвязи между содержанием тяжелых металлов в почвах и накоплением в растениях (таблица 3). Это, безусловно связано с биологической доступностью разных форм тяжелых металлов для растений.

Таблица 3. Убывающие ряды по содержанию тяжелых металлов для травостоя и почвы поймы р. Сож Чечерского района

Почва Mn Fe Zn Pb Cu Ni Co Cr Cd
Травостой Mn Fe Cu Zn Co Ni Pb Cd Cr

Определение содержания тяжелых металлов в почве и растениях позволило определить значения коэффициентов накопления или КН (таблица 4).

Таблица 4. Коэффициенты накопления тяжелых металлов надземной фитомассой луговых экосистем в пойме р. Сож Чечерского района,в (мг/кг)/(мг/кг) 

Ассоциация Cu Zn Ni Mn Fe Co Cd Cr Pb
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Deschampsietu m cespitosae 11,44 17,55 1,3 0,74 0,34 0,179 0,167 0,065 0,036
Poetum angustifolia 8,84 4,09 0,58 0,27 0,087 0,179 0,167 0,065 0,024
Agrostio vinealis — Calamagrostiet um epigeios 19 5,03 1,52 0,33 0,107 0,179 0,167 0,065 0,029
Caricetum gracilis 9,16 6,09 2,32 0,5 0,623 0,179 0,167 0,065 0,029
Poo — Festucetum pratensis 40,28 15,9 1,58 1,52 1,39 0,179 0,167 0,065 0,105
Максимум 40,28 17,55 2,32 1,52 1,39 0,179 0,167 0,065 0,105
Минимум 8,84 4,09 0,58 0,27 0,087 0,179 0,167 0,065 0,024
Среднее 17,74 9,73 1,46 0,67 0,509 0,179 0,167 0,065 0,045

Размерность — кг : / кг. В порядке убывания КН элементы можно расположить в следующем порядке — Cu, Zn, Ni, Мп, Fe, Co, Cd, Cr, Pb. Различия между крайними элементами ряда, то есть медью и свинцом составили около 400 раз. Амплитуда варьирования по величине КН составляла для железа 16 раз, меди, цинка, никеля 4 — 5,7 раза, для остальных тяжелых металлов варьирования не выявлено.

Список литературы

  1. Пейве Я.В. Биохимия почв / Я.В. Пейве. Москва, 1961. 422 с.
  2. Иванов В.В. Геохимия рассеянных элементов. Ga, Ge, Gd, In, Tl в гидротермальных месторождениях / В.В. Иванов. М., 1966.
  3. Позняк С.С. Фоновое содержание тяжелых металлов в почвах и растительности Центральной зоны Республики Беларусь / С.С. Позняк // Известия Тульского государственного университета Естественные науки, 2011. Вып. 1. С. 254-264.
  4. Позняк С.С. Содержание некоторых тяжелых металлов в растительности полевых и луговых агрофитоценозов в условиях техногенного загрязнения почвенного покрова / С.С. Позняк // Вестник Томского государственного университета. Биология, 2011. № 1 (13). С. 124 -137.
  5. Чертко Н.К. Геохимия: Учебное пособие для студентов геологических специальностей вузов / Н.К. Чертко. Минск: ТЕТРА СИСТЕМС, 2007. 254 с.

Авторы: Н.М. Дайнеко, С.Ф. Тимофеев
Источник: Достижения науки и образования. – 2018. – № 14 (36)