Влияние техногенеза на химический состав растительности на территории крупных промышленных центров (на примере города Гомеля)

Статистические данные о состоянии окружающей среды в Респуб­лике Беларусь свидетельствуют о ее стабильном благополучии.

Однако при относительно безопасной экологической ситуации в целом сохраняются типичные экологические проблемы. Основные из них связаны с загрязнением атмосферного воздуха твердыми частица­ми в ряде городов, поверхностных и подземных вод, деградацией почв, накоплением отходов производства и потребления [1; 2].

Таким образом, проблема мониторинга уровня накопления хими­ческих загрязнителей в объектах окружающей среды является актуаль­ной [3-7].

Сопоставление уровней содержания токсикантов (свинца, кадмия, железа, марганца, цинка, меди, хрома и никеля) в тканях и органах сво­бодноживущих диких птиц с показателями, полученными при экспе­риментальном скармливании сизым голубям свинца и кадмия, свиде­тельствует о содержании в растительных кормовых объектах птиц доз от 1 до 20 ПДК свинца и от 10 до 30 ПДК кадмия для пищевых продук­тов, а также о достаточно высоком содержании железа, марганца, цин­ка, меди, хрома и никеля [8; 9]. Это подтверждает необходимость иссле­дования химического состава растительности, не только используемой в пищу человеком, но и свободно произрастающей в окружающей сре­де и являющейся источником питания для различных живых организ­мов. Кроме того, это важно для исследования проблемы миграции хи­мических элементов в окружающей среде в современных условиях [10].

В связи с этим цель работы — установить уровни содержания тяже­лых металлов в растительности, произрастающей на территории раз­личных промышленных зон г. Гомеля, для последующего использова­ния при оценке степени техногенного загрязнения окружающей при­родной среды города.

Материал и методы

Для реализации поставленной цели были собраны и проанализи­рованы растительные объекты, произрастающие на территории города Гомеля, а также за его пределами.

В качестве объектов использовались растения семейства злаковые (пырей ползучий, тимофеевка луговая, кострец безостый), молочайные (молочай лозный), а также отдельные представители прибрежной вод­ной растительности (стрелолист обыкновенный, рдест плавающий, ку­бышка желтая).

Сбор и обработка материала осуществлялись в летний период (июнь — июль 2014 г.).

Исследуемые водоемы расположены на территории двух промыш­ленных зон Гомеля: Любенское (западная зона), Шапор (южная зона).

Указанные зоны различаются общими объемами выбросов загряз­няющих веществ, из которых одна часть улавливается или обезврежи­вается перед выбросом в атмосферу, а другая — выбрасывается без очи­стки [2]. Общий объем выбрасываемых загрязняющих веществ был ис­пользован в качестве основополагающего критерия с целью характери­стики степени антропогенной нагрузки каждой промышленной зоны.

Так, на территорию западной промышленной зоны приходится около 36 % общего объема выбросов загрязняющих веществ. Данная зо­на является менее загрязненной по указанному критерию, она оказыва­ет негативное влияние на состояние воздушного бассейна города за счет деятельности ТЭЦ-2, гомельского химического завода, завода пус­ковых двигателей, завода пластмассовых изделий. При этом максималь­ный вклад в общий объем выбросов загрязняющих веществ приходится на предприятия электроэнергетики.

Южная промышленная зона характеризуется 64 % общего объема выбросов по г. Гомелю и является более загрязненной по данному пока­зателю по сравнению с западной промышленной зоной.

В южной промышленной зоне максимальная величина удельного веса в общем объеме выбросов загрязняющих веществ приходится на предприятия пищевой отрасли (ОАО «Птицефабрика Рассвет», ОАО «Гомельская птицефабрика», КСУП «Тепличное», РУП «Гомельский ликеро-водочный завод», ОАО «Молочные продукты», ОАО «Гомель­ский мясокомбинат», ОАО «Гомельский жировой комбинат», филиал «Новобелицкий комбинат хлебопродуктов» ОАО «Гомельхлебпром»). Кроме того, высокий потенциал объемного загрязнения атмосферы формируется выбросами ОАО «Гомельдрев», фанерно-спичечного комбината, гомельского завода химического мела, завода сантехзаготовок, а также предприятия по обработке и изготовлению ювелирных из­делий «Кристалл».

В качестве территории, расположенной за пределами г. Гомеля, ис­пользовались населенные пункты: Покалюбичи, Ченки, Бобовичи.

Анализы содержания тяжелых металлов в растительных объектах проводились в химико-аналитической лаборатории УО «Гомельский государственный университет им. Франциска Скорины» методом ин­дуктивно сопряженной плазменной масс-спектрометрии и вычисля­лись как среднее арифметическое результатов трех параллельных оп­ределений в пределах отдельной пробы.

Подготовка проб осуществлялась методом мокрой минерализации в присутствии концентрированных соляной и серной кислот.

В рамках проведенных исследований было проанализировано 50 проб растительных образцов.

Результаты и обсуждение

Результаты исследования особенностей накопления тяжелых ме­таллов в выбранных образцах представляют интерес, поскольку данные растения являются очень распространенными кормовыми источника­ми для животных и именно на них может приходиться более половины всего травостоя.

Так, пырей ползучий — распространенный и полезный корм для животных. Известно, что поедание пырея служит, как правило, для ме­ханической очистки желудка. Кроме того, в его корневищах накапли­ваются минеральные вещества (макро- и микроэлементы), из которых большую ценность представляют органические производные кремние­вой кислоты. В природных запасах кремний, участвующий во всех про­цессах жизнедеятельности организма, содержится в недоступной для животных форме; поэтому с этой точки зрения данное растение имеет особую важность.

Кострец безостый важен тем, что по продуктивности и долголетию занимает одно из первых мест среди многолетних злаковых трав. К то­му же, растение поедается всеми видами животных, используется в виде зеленой массы, сена, сенажа и пригодно для выпаса скота.

Тимофеевка луговая — полезное растение, широко распространен­ное в полевом травосеянии, используется не только как питательный, сытный корм для многих животных, но и как средство борьбы с затоп­ленными торфяниками.

Представители семейства молочайные известны тем, что у крупного рогатого скота, овец, коз и кроликов отмечены случаи отравления ими. Пропашная система земледелия является надежной мерой борьбы с сорно-полевой растительностью и исключает возможность отравлений животных молочаем на сельскохозяйственных угодьях. Однако в есте­ственных выпасах молочай лозный может занимать 40 — 70 % всего тра­востоя и представляет серьезную опасность для животных.

Результаты определения содержания тяжелых металлов в указан­ных растительных образцах на территории двух промышленных зон г. Гомеля и за его пределами свидетельствуют о том, что накопления хи­мических загрязнителей происходит неравномерно (табл. 1).

Таблица 1

Содержание исследуемых элементов в растительных образцах

Так, на территории южной промышленной зоны лидером по нако­плению свинца, хрома и меди является кострец безостый; кадмия, ба­рия и молибдена — тимофеевка луговая; цинка — молочай лозный; никеля — пырей ползучий.

На территории западной промышленной зоны, которая отличается меньшей степенью антропогенной нагрузки, наблюдаются несколько иные закономерности накопления исследуемых тяжелых металлов. Так, свинец и цинк больше накапливается в молочае лозном; кадмий, хром и молибден — в пырее ползучем; медь — в костреце безостом; барий и никель — в тимофеевке луговой.

Что касается территории за пределами г. Гомеля, то здесь повы­шенным накоплением свинца, хрома и никеля характеризуется моло­чай лозный; кадмия, бария — кострец безостый; цинка и молибдена — тимофеевка луговая; меди — пырей ползучий.

Таким образом, полученные результаты позволяют отметить, что, независимо от района произрастания, тимофеевка луговая отличается накоплением бария и молибдена; кострец безостый — меди; молочай лозный — свинца и цинка.

Накопление меди кострецом безостым, который поедается всеми видами животных, — небезопасное явление, поскольку медь является высокотоксичным металлом. Опасность молочая лозного, относящегося к группе ядовитых растений, увеличивается его способностью к накоп­лению свинца и цинка. Цинк менее токсичен по сравнению с медью, а свинец в повышенных концентрациях вызывает поражения кроветвор­ной, нервной, выделительной систем живых организмов, нарушение синтеза белка. На микроуровне токсическое действие свинца выража­ется в подавлении синтеза глобина и тема, снижении срока жизни эритроцитов и скорости проведения нервных импульсов.

Факт накопления бария и молибдена тимофеевкой луговой, кото­рая широко распространена в полевом травосеянии и является питательным кормом для многих животных, имеет отрицательное значение, так как барий обладает достаточно высокой токсичностью, а молибден способен вызвать нарушения обмена веществ.

Сравнительная оценка результатов накопления тяжелых металлов в растительности с учетом семейств свидетельствует о том, что злаковые растения южной промышленной зоны отличаются повышенным нако­плением свинца, кадмия, хрома, меди, бария, молибдена; западной — хрома, меди и бария (табл. 2).

Таблица 2

Содержание исследуемых элементов в растительных образцах с учетом семейств

Молочайные представители накапливают цинк и никель в южной промышленной зоне; свинец, кадмий, цинк, никель и молибден — в западной зоне. За пределами городской черты злаковые накапливают в повышенной концентрации только медь и барий.

Таким образом, независимо от степени антропогенной нагрузки, злаковые растения характеризуются способностью к накоплению хро­ма, меди и бария; молочайные — свинца, кадмия, цинка и никеля.

Влияние повышенного уровня антропогенного воздействия в дан­ных исследованиях проявляется в более высоком содержании меди и никеля в растительных образцах на территории южной промышлен­ной зоны при сравнении показателей накопления с западной зоной и более высокой концентрации свинца, кадмия, цинка, бария и молиб­дена — при сравнении уровней накопления с территорией, располо­женной за пределами города.

Что касается особенностей накопления тяжелых металлов с учетом семейств и степени влияния антропогенной нагрузки, то злаковые культуры в условиях произрастания на территории промышленного производства отличаются несколько более высоким накоплением всех изучаемых элементов, за исключением цинка и меди, а молочайные — хрома.

Кроме наземных растений, интерес представляет исследование на­копления тяжелых металлов в водной растительности (табл. 3), служа­щей пищевым объектом для водных обитателей [12; 13].

Таблица 3

Содержание тяжелых металлов в прибрежной растительности водоемов

Стрелолист обыкновенный — растение, подходящее для оформле­ния прибрежной зоны небольших водоемов и ручьев, полностью либо частично погруженное в воду. Стрелолист хорошо сочетается с други­ми водными растениями и является пищей для рыб, водоплавающих птиц и других водных животных.

Рдесты плавающие — многолетние водные растения, которые бы­стро распространяются по поверхности воды, образуя обширные зарос­ли; также растения обогащают воду кислородом. Рдесты являются пи­щей для водных обитателей; отмирающие части растений падают на дно, образуя плодородный ил.

Кубышка желтая распространена на мелководье, по берегам озер и медленнотекущих рек; является кормом для многих водных животных и водоплавающих птиц.

Результаты исследований свидетельствуют о том, что на террито­рии южной промышленной зоны достаточно активно накапливается свинец, хром и никель стрелолистом, тогда как медь более активно концентрируется в кубышке, а барий — в рдесте. По западной про­мышленной зоне на данном этапе исследований имеется не очень об­ширный материал, однако здесь уровни накопления несколько более низкие по сравнению с южной промышленной зоной — возможно, ска­зывается менее значительная антропогенная нагрузка.

В целом водные растения отличаются более высоким уровнем на­копления тяжелых металлов по сравнению с луговой растительностью.

Заключение

Несмотря на относительно стабильную ситуацию, основными эко­логическими проблемами Республики Беларусь в последние годы яв­ляются загрязнение твердыми частицами атмосферного воздуха, по­верхностных и подземных вод, деградация почв, радиоактивное за­грязнение, накопление отходов производства и потребления [1; 11]. По­этому мониторинг уровня накопления химических загрязнителей в объектах окружающей среды актуален.

Гомель — один из крупнейших промышленных центров Республи­ки Беларусь.

Повышенный уровень антропогенного воздействия на территории двух промышленных зон г. Гомеля, выявленный в данных исследова­ниях, проявляется в более высоком содержании меди и никеля в расти­тельных образцах на территории южной промышленной зоны при сравнении показателей накопления с западной зоной и более высокой концентрации свинца, кадмия, цинка, бария и молибдена — при срав­нении уровней накопления с территорией, расположенной за преде­лами города. Кроме того, следует отметить, что злаковые культуры в условиях произрастания на территории промышленного производства отличаются несколько более высоким накоплением всех исследуемых элементов, за исключением цинка и меди, молочайные — хрома, а вод­ные растения отличаются более высоким уровнем накопления тяжелых металлов по сравнению с луговой растительностью.

Список литературы

1. Национальная система мониторинга окружающей среды Республики Бе­ларусь [Электронный ресурс]: результаты наблюдений. 2013. URL: http: / / http://www.nsmos.by (дата обращения: 06.04.2015).
2. Годовой обзор состояния загрязнения атмосферного воздуха в городе Гомеле за 2014 год. Гомель, 2014.
3. Способ оценки техногенного загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами [Электронный ресурс]: пат. 2485477 / В. Б. Заалишвили, С. А. Бекузарова, О. П. Козаева, А. Л. Комжа; заявитель ЦГИ ВНЦ РАН и РСО-А; заявл. 14.02.2012; опубл. 20.06.2013. URL: http://www.freepatent.ru (дата обращения: 05.03.2015).
4. Способ оценки экологического состояния окружающей среды [Электрон­ный ресурс]: пат. 2410670 / А. В. Андреева, Н. В. Алексеева-Попова, А. А. Бузников, И. В. Дроздова; заявитель ГОУВПО «Петербургский государственный элек­тротехнический университет «ЛЭТИ»; заявл. 20.04.2009; опубл. 27.01.2011. URL: http://www.freepatent.ru (дата обращения: 05.03.2015).
5. Дабахов М. В., Дабахова Е. В., Титова В. И. Экотоксикология и проблемы нормирования: монография. Н. Новгород, 2005.
6. Позняк С. С. Научные принципы экологического мониторинга агрофито­ценозов в зонах воздействия промышленных центров: автореф. дис. … д-ра с.-х. наук. Горки, 2013.
7. Хмелевский С. С. Влияние техногенных факторов на загрязнение почв и состояние зеленых насаждений г. Минска: автореф. дис. … канд. с.-х. наук. Минск, 2012.
8. Способ определения содержания свинца и кадмия в кормовых объектах птиц: пат. 18220 / Никифоров М.Е., Тюлькова Е. Г.; заявитель ГНПО «Научно-практиче­ский центр НАН Беларуси по биоресурсам»; заявл. 15.09.2011; опубл. 10.02.2014.
9. Тюлькова Е. Г. Характер и закономерности накопления тяжелых металлов в органах и тканях птиц: дис. … канд. биол. наук. Минск, 2011.
10. Лаврентьева Г. В. Поведение тяжелых металлов Co, Cu, Zn, Cd и радио­нуклидов 60Co, 65Zn в системе твердая фаза почв — почвенный раствор — рас­тение: автореф. дис. канд. биол. наук. Обнинск, 2008.
11. Анализ состояния луговых ассоциаций Ветковского района Гомельской области и приграничного Злынковского района Брянской области после ката­строфы на ЧАЭС / Н. М. Дайнеко [и др.] // Экологический вестник. 2014. № 1. С. 23-30.
12. Дайнеко Н. М., Тимофеев С. Ф. Оценка состояния прибрежно-водной рас­тительности Гомельского района // Известия Гомельского государственного университета им. Ф. Скорины. 2013. № 5. С. 63-70.
13. Макаренко Т. В. Загрязнение высших водных растений водоемов и водо­токов Гомеля и прилегающих территорий // Известия Гомельского государ­ственного университета им. Ф. Скорины. 2013. № 5. С. 112-121.

Автор: Е.Г. Тюлькова
Источник: Вестник Балтийского федерального университета им. И. Канта. Сер. Естественные и медицинские науки. – 2015. — Вып. 7. — С. 69-77.