Биоаккумуляция свинца растительностью придорожных ландшафтов степной зоны

Колесников Сергей Ильич, доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры экологии и природопользования

Куринская Надежда Викторовна, кандидат биологических наук, доцент кафедры лесоводства и лесных мелиораций

Роль растений в формировании биогенных циклов химических элементов определяется рядом факторов: концентрацией элементов в наземных и корневых органах, их биомассой и скоростью процессов ее минерализации [3]. Растения не только поглощают металлы техногенного происхождения, но также способны депонировать значительные количества металлов в фитомассе и тем самым временно выводить металлы из круговорота веществ в окружающей среде. Анализ литературных данных показал, что вопрос о биоаккумуляции свинца растительностью придорожных ландшафтов недостаточно изучен. Это обстоятельство и определяет необходимость проведения эколого-биогеохимических исследований. Выделение видов растений, устойчивых к комплексу негативных факторов окружающей среды в условиях интеграции урбо-ландшафтов, является приоритетной задачей современного озеленения городов

Цель исследования: изучить абсорбционные возможности и устойчивость к загрязнению свинцом растительности и почв придорожных ландшафтов.

Объекты и методы исследования. Исследования проводили в 2009-2010 г.г. на территории г. Новочеркасска Ростовской области. Пробные площади (ПП) закладывали с учетом степени антропогенной нагрузки от автотранспорта (интенсивностью движения):

• •    ПП №1 – рекреационная зона роща «Весна», без влияния автотранспорта;

• •    ПП №2 – прикюветная зона вдоль автомагистрали «Шахтинское шоссе», интенсивность движения 500-1000 автомашин в час;

• •    ПП №3 – прикюветная зона вдоль автомагистрали «Баклановский проспект», интенсивность движения 1000-1500 автомашин в час;

• •    ПП №4 – прикюветная зона вдоль федеральной автомагистрали «М4 Дон», интенсивность движения более 1500 автомашин в час.

На пробных площадях отбирали пробы почв, снега и растений. В образцах почвы определяли pH водной вытяжки (ГОСТ 26423-85) и содержание гумуса (по Тюрину) ГОСТ 26213-91. Содержание свинца определяли в почве в двух формах: кислоторастворимой и подвижной (РД 52. 18. 191 – 89. Методика выполнения измерений массовой доли кислоторастворимых форм металлов в пробах атомноабсорбционным анализом). При отборе снеговых проб фиксировали время от начала снего-става, чтобы оценить нагрузку изучаемых загрязнителей. Снеговую воду, полученную при оттаивании, после фильтрования подвергали химическому анализу с определением растворимых форм свинца.

На пробных площадях проводили дендрологическую, морфологическую и экологическую оценку древесных насаждений и газонной растительности. Растительные образцы для анализов отбирали в течение вегетационного периода (июнь, июль, август). Отбор листьев проводили методом средней пробы в центре с двух сторон (со стороны автомагистрали и со стороны насаждения) с 10-15 деревьев одного вида на каждой ПП. С каждого дерева отбирали не менее 500 граммов смешанной пробы листьев. Газон аккуратно снимали вместе с дерниной, отделяя надземную фитомассу от корневой. Содержание свинца определяли отдельно в надземной и корневой фитомассе и в почве.

Результаты и обсуждение. Почва, на ПП типичная для Ростовской области – чернозем обыкновенный среднесуглинистый. Содержание гумуса и величина рН почв на ПП представлено в табл. 1. Благодаря таким свойствам как высокое содержание гумуса, высокая емкость почвенного поглощающего комплекса, окислительные условия, нейтральная или слабощелочная реакция среды, способствующим переводу загрязняющих веществ в неподвижные и нетоксичные для живых организмов формы, черноземы характеризуются высокой устойчивостью к загрязнению тяжелыми металлами по сравнению с большинством других почв [4].

Основным источником поступления свинца в почвы является автотранспорт, поэтому степень накопления свинца в верхних горизонтах почвы определяется величиной транспортной нагрузки и свойствами почвы

(pH, содержание гумуса), сочетания, которых создают большое разнообразие значений содержания свинца в почве. ПДК (валовое содержание) свинца – 32 мг/кг (Методические указания по оценке степени опасности загрязнения почв химическими веществами, 1987). Частота превышения ПДК свинца в почве на пробных площадях приведена в табл. 2. Максимальные концентрации свинца (превышающие ПДК в 1,5 – 2,5 раза) наблюдаются в верхнем горизонте почв на территории ПП №4 и ПП №3.

Таблица 1. pH и содержание гумуса в почвенных образцах

Таблица 2. Количество проб почв, с превышением содержания Pb по отношению к ПДК

Для оценки поступления свинца в придорожные ландшафты из приземных слоев атмосферы без учета фитомелиоративной роли зеленых насаждений была изучена депонирующая роль снежного покрова. Изучение снежной талой воды дает возможность оценить роль в загрязнении атмосферного воздуха соединений свинца за весь зимний период. Отбор проб производили на различных расстояниях от автомагистрали, так как на расстоянии от 0 до 100 м полотна дороги прикюветная зона засеяна газоном, а от 100 м до 350 м располагаются придорожные полосы, то и механизм накопления будет разным. В рекреационной зоне (ПП №1) содержание свинца в жидкой фазе снега составило 0,05 мг/л. Результаты исследования представлены в табл. 3. Наибольшие концентрации свинца отмечены на пробных площадях, где интенсивность движения более 1000 автомашин в час на расстоянии 100 м от полотна дороги. Таким образом, при выносе свинца от автотранспорта основная нагрузка по депонированию поллютанта ложится на надземную фитомассу газонных трав. Частицы с диаметром менее 5 мкм разносятся на большее расстояние и могут осаждаться на листьях, ветвях и стволе древесно-кустарниковой растительности.

Таблица 3. Содержание свинца в жидкой фазе снега, мг/л

Наличие разнообразных путей поступления тяжелых металлов в растения предполагает существование двух ведущих факторов формирования элементного химического состава растений: генетического и экологического. Долевое участие каждого меняется в зависимости от изменений условий среды. При соответствии геохимической обстановки фитоценозов трофическим требованиями растений их элементный состав в основном отражает работу генетического контроля. В таких условиях выдерживается избирательное и характерное для данного вида поглощение ионов металлов растительными тканями [2]. Экологический фактор препятствует этому в тех случаях, когда среда обитания обогащена подвижными формами тяжелых металлов [1]. Нами было изучено содержание подвижных форм свинца в надземной фитомассе газонных трав, а также на поверхности и в золе листьев древесных растений, произрастающих на пробных площадях. Для характеристики биогенной миграции свинца был рассчитан коэффициент биологического поглощения (КБП), который отражает степень концентрации элемента в растениях по сравнению с сопредельными средами.

На пробных площадях с интенсивностью более 1000 автомашин в час по снижению КБП газонные травы образуют следующий ряд : Festuca ovina = Poa pratensis (0,3) >  Lolium perenne (0,2) >  Festuca rubra (0,15). При снижении интенсивности движения на автодороге данный ряд приобретает следующий вид: Lolium per-enne = Poa pratensis (0,6-0,7) >  Festuca rubra (0,4) >  Festuca ovina (0,3). Таким образом, у газонных трав наблюдается избирательный механизм поглощения свинца и пороги чувствительности для каждого вида индивидуальны. Более устойчивыми к загрязнению свинцом являются травосмеси, где процентное содержание Lolium perenne - 40-70%.

На пробных площадях с наименьшим видовым разнообразием высеянных газонных трав наблюдали угнетение травянистой растительности, которое выражалось в ухудшение развития вегетативных органов или же в полном выпадении отдельных участков, которые очень быстро заселялись адвентивными видами с сопредельных территорий. По снижению КБП древесные виды образуют следующий ряд: Fraxinus excelsior = Popu-lus*sowietica pyramidalis = Populus alba (0,4) > Aesculus hippocastanum = Quercus robur (0,3) > Acer platanoides = Tilia platyphyllos = Ulmus laevis = Robinia pseudoacacia (0,2) > Acer ne-gundo = Fraxinus lanceolata (0,1).

Сравнительный анализ данных показал, что в почвенных пробах, отобранных в весенний период содержание свинца выше, чем в осенний. И это свидетельствует о фитомелио-ративной роли зеленых насаждений, которые депонируют подвижные формы свинца в надземной фитомассе, тем самым предотвращая педохимическое загрязнение.

Выводы:

• 1.    Максимальные концентрации свинца (превышающие ПДК в 1,5-2,5 раза) зафиксированы в верхнем горизонте почв и в жидкой фазе снега на расстоянии 100 м от полотна автомагистралей с интенсивностью движения более 1000 автомашин/час;

• 2.    ПП с интенсивностью более 1000 автомашин в час по снижению КБП газонные травы образуют следующий ряд : Festuca ovina = Poa pratensis (0,3) >  Lolium perenne (0,2) >  Festuca rubra (0,15);

• 3.    При интенсивности движения менее 1000 автомашин в час данный ряд приобретает следующий вид: Lolium perenne = Poa pratensis (0,6-0,7) >  Festuca rubra (0,4) >  Festuca ovina (0,3);

• 4.    Более устойчивыми к загрязнению свинцом являются травосмеси, где процентное содержание Lolium perenne - 40-70%;

• 5.    По снижению КБП древесные виды образуют следующий ряд: Fraxinus excelsior = Populus*sowietica pyramidalis = Populus alba (0,4) >  Aesculus hippocastanum = Quercus robur (0,3) >  Acer platanoides = Tilia platyphyllos = Ulmus laevis = Robinia pseudoacacia (0,2) >  Acer negundo = Fraxinus lanceolata (0,1);