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

0
91
Влияние техногенеза на химический состав растительности на территории крупных промышленных центров

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

Исследуемые образцы Содержание, мг/ кг суховоздушной массы
Pb Cd Cr Zn Cu Ba Ni Мо
Южная промышленная зона
Пырей ползучий 0,74 0,17 1,10 12,10 19,30 95 1,80 0,80
Тимофеевка луго­вая 0,65 0,21 0,95 23,65 16,95 115 0,75 1,30
Кострец безостый 0,84 0,14 2,05 11,50 26,40 55 0,30 0,60
Молочай лозный 0,29 0,14 1,15 35,60 16,90 25 1,35 0,15
Исследуемые образцы Содержание, мг/ кг суховоздушной массы  
Pb Cd Cr Zn Cu Ba Ni Мо  

Западная промышленная зона

 
Пырей ползучий 1,28 0,42 2,45 23,65 11,15 30 0,30 1,15  
Тимофеевка луговая 0,42 0,08 1,50 28,45 11,05 145 1,25 1,00  
Кострец безостый 0,73 0,07 0,55 19,10 13,15 80 0,15 следы  
Молочай лозный 1,32 0,31 0,95 31,40 9,30 60 0,85 0,95  

Территория за пределами города

 
Пырей ползучий 0,64 0,14 1,23 23,27 22,13 76,67 0,78 0,35  
Тимофеевка луго­вая 0,77 0,13 1,08 28,0 15,53 45,0 0,45 0,93  
Кострец безостый 0,43 0,18 1,77 19,88 18,98 103,33 0,68 0,43  
Молочай лозный 0,80 0,16 1,83 27,68 13,15 51,67 1,24 0,68  

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

Исследуемые представители Содержание, мг/ кг суховоздушной массы
Pb Cd Cr Zn Cu Ba Ni Мо
Территория города
Южная промышленная зона
Злаковые 0,74 0,17 1,37 15,75 20,88 88,33 0,95 0,90
Молочайные 0,29 0,14 1,15 35,60 16,90 25,0 1,35 0,15

Западная промышленная зона

Злаковые 0,81 0,19 1,50 23,73 11,78 85,0 0,57 0,72
Молочайные 1,32 0,31 0,95 31,40 9,30 60,0 0,85 0,95
Территория за пределами города
Злаковые 0,61 0,15 1,36 23,72 18,88 75,0 0,64 0,57
Молочайные 0,80 0,16 1,83 27,68 13,15 51,67 1,24 0,68

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

Исследуемые образцы Содержание, мг/100 г суховоздушной массы
Pb Cr Cu Ba Ni
Южная промышленная зона
Стрелолист обык­новенный 1,61 2,42 4,68 41,01 3,45
Рдест плавающий 2,0 0,55 2,71 50,0 3,0
Кубышка желтая 0,73 0,2 208,0 46,0 0,87
Западная промышленная зона
Рдест плавающий 1,58 1,27 1,35 38,0 1,42

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.