Исследование накопления тяжелых металлов в почве и коре тополя на территории Красноярска

Металлы содержатся в большинстве видов промышленных, энергетических и автотранспортных выбросов в атмосферу и являются техногенными загрязнителями окружающей среды. Распределение этих элементов в различных компонентах окружающей среды неравномерно, они накапливаются в атмосфере, гидросфере и почве, фиксируются в растениях и живых организмах [2]. Тяжелые металлы относятся к приоритетным загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательны во всех городах [3]. Следует отметить, что официально принятой методикой расчета загрязнения атмосферы промышленными выбросами является ОНД-86, предназначенная для вычисления максимальных разовых концентраций Смр загрязняющих веществ в приземном слое [4]. Помимо основных, есть дополнительные (биоиндикационные) методы оценки загрязнения атмосферного воздуха, они являются хорошим дополнением к применяемым стандартным способам мониторинга окружающей среды [5]. Такие растения, как тополь черный, тополь пирамидальный, липа мелколистная, каштан конский, береза повислая, концентрируют в своей коре от 15 до 25 ПДК тяжелых металлов, таких, как Сd, Ni, Zn, Cu и Fe, и могут быть использованы для мониторинга загрязнения атмосферы горо- дов Центральной России [6]. Одним из экологически неблагополучных считается Красноярск – крупный административный и промышленный центр России.

Цель исследований. Оценка сезонного загрязнения воздушной среды и почвы отдельных районов г. Красноярска по изменению содержания тяжелых металлов в коре тополя как наиболее распространенной породы на территории города.

Материалы и методы исследований . В качестве объекта исследований использовалась кора тополя ( Populus balsamifera ), отобранная в четырех районах г. Красноярска (Ленинский, Кировский, Железнодорожный, Советский). Отбор проводился в начале каждого сезона 2012 г. с деревьев 20-летнего возраста на высоте 1,3 м от земли. Воздушно-сухое сырье измельчалось на аппарате шнекового типа и методом квартования отбиралась средняя проба размером частиц до 3 мм. Проба анализировалась по методикам, общепринятым в химии древесины [7]. Золу исследовали на наличие тяжелых металлов спектрометрическим методом на приборе «Спектроскан». По интенсивностям аналитических линий и сравнения их с образцом определяли концентрацию тяжелых металлов в пробе. Аналогично анализировали образцы почвы, собранные под деревом в радиусе 1 м. Результаты исследований обрабатывали статистически с помощью пакета программ Microsoft Exсel с достоверностью Р≤0,05.

Результаты исследований и их обсуждение. Исследование данных по изменению влажности и зольности коры тополя по сезонам года показало, что они возрастает в осенне-летний период и уменьшаются весной и зимой (табл. 1– 2).

Сезонная динамика изменения влажности коры тополя за 2012 г., %

Содержание золы в коре тополя в зависимости от сезона года, % на а.с.с.

Таблица 1

Район отбора проб	Сезон года
	Лето	Осень	Зима	Весна
Кировский	13,6 + 0,1	14,1 + 0,2	7,5 + 0,2	9,1 + 0,3
Ленинский	15,2 + 0,2	16,3 + 0,1	7,7 + 0,2	9,9 + 0,2
Советский	17,5 + 0,3	14,4 + 0,1	8,2 + 0,2	11,4 + 0,1
Железнодорожный	15,1 + 0,1	12,2 + 0,2	11,3 + 0,1	10,1 + 0,2

Таблица 2

Район отбора проб	Сезон года
	Лето	Осень	Зима	Весна
Кировский	9,9 + 0,2	11,5 + 0,2	10,4 + 0,2	12,1 + 0,2
Ленинский	14,2 + 0,1	13,2 + 0,2	9,1 + 0,1	11,7 + 0,2
Советский	9,6 + 0,2	9,3 + 0,3	8,3 + 0,1	13,6 + 0,1
Железнодорожный	10,0 + 0,2	11,3 + 0,1	10,5 + 0,3	8,4 + 0,1

Согласно полученным данным, содержание золы в пробе незначительно возрастает в осенне-летний период от 9,6 до 13,2 % и уменьшается в зимне-весенний период от 8,3 до 13,6 %. Анализ образцов почвы показал другие результаты. Наличие тяжелых металлов в различных районах г. Красноярска одинаково стабильно во все периоды и зависит в большей степени от района расположения участка. Эти данные приведены в табл. 3.

Зольность образцов почвы различных районов г. Красноярска, % на а.с.с.

Таблица 3

Район отбора проб	Сезон года
	Лето	Осень	Зима	Весна
Кировский	14,8 + 0,3	14,8 + 0,2	12,5 + 0,2	12,8 + 0,2
Ленинский	14,7 + 0,1	14,7 + 0,1	16,5 + 0,1	14,4 + 0,2
Советский	17,1 + 0,2	17,1 + 0,3	12,3 + 0,1	11,2 + 0,1
Железнодорожный	10,3 + 0,1	16,3 + 0,2	13,5 + 0,3	12,6 + 0,1

□ Fe □ZnnCu nMn sAs

Рис. 1. Содержание тяжелых металлов в коре тополя (лето 2012 г.)

В результате исследований обнаружены следующие элементы: Fe, Zn, Mn, Cu, As. Сравнивая данные рис. 1–3, можно сделать вывод, что накопление тяжелых металлов в коре тополя происходит интенсивнее летом и осенью, а зимой их количество снижается. Наибольшее загрязнение тяжелыми металлами наблюдается в Ленинском и Советском районах города. Эти данные коррелируются с данными по постам наблюдения за загрязнением атмосферы Среднесибирского УГМС [8].

□ Fe □ Zn □ Cu □ Mn □ As

Рис. 2. Содержание тяжелых металлов в коре тополя (осень 2012 г.)

□ о

X

к

о

iJJ к

Кировский

Советский

Ленинский

Железнодор.

Fe Zn Cu Mn As

Рис. 3. Содержание тяжелых металлов в коре тополя (зима 2012 г.)

Также нами было рассчитано количественное содержание тяжелых металлов в почве четырех районов города. Эти исследования показали небольшое превышение ПДК по Fe. Согласно экспериментальным данным, основным загрязнителем почвы г. Красноярска является Fe, его содержание в почве и в коре намного выше санитарных норм (табл. 4). Высокое содержание железа обусловлено геохимическими особенностями образования почвенных горизонтов. Его повышенное содержание в почвенном покрове может быть обусловлено использованием для полива вод с природным повышенным содержанием железа. Кроме того, железо может поступать в результате коррозии водопроводных конструкций. Соединения железа могут также поступать со сточными водами предприятий металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, лакокрасочной промышленности и с сельскохозяйственными стоками.

Таблица 4

Содержание тяжелых металлов в почве районов г. Красноярска за осенне-летний период 2012 г.

Район отбора проб	Содержание тяжелых металлов в пробе, %
	Fe	Zn	Cu	Mn	As
Кировский	45,60 + 0,02	5,23 + 0,02	1,56 + 0,05	0,76 + 0,03	-
Ленинский	50,00 + 0,02	5,56 + 0,03	2,21 + 0,03	0,65 + 0,02	-
Советский	54,33 + 0,03	4,76 + 0,02	2,01 + 0,04	0,72 + 0,03	-
Железнодорожный	40,25 + 0,02	5,52 + 0,01	3,81 + 0,02	0,56 + 0,02	0,63 + 0,01

Это подтверждается экспериментальными исследованиями: железа в почве в осенне-летний период в 4,5–5 раз больше, чем в коре, а такие элементы, как Zn, Cu, находятся примерно на одном уровне. Так, содержание в почве Zn в различных районах города колеблется в пределах от 4,76 % (Советский р-н) до 5,56 % (Ленинский р-н), в коре – от 4,6 (Советский р-н) до 9,6 % (Ленинский р-н).

Наличие повышенного загрязнения в данных районах обусловлено расположением на их территории предприятий цветной металлургии (Красноярский алюминиевый завод) и теплоэлектростанций ОАО «Енисейская территориальная генерирующая компания» (ТГК-13), которые выбрасывают в атмосферу большое количество вредных веществ. Немаловажную часть в загрязнении городской среды составляют выбросы автотранспорта, продукты неполного сгорания топлива, которые также отравляют атмосферу и оседают на коре и листьях деревьев и кустарников. Авторами статьи показана возможность использования коры тополя в качестве биоиндикатора загрязнения атмосферы. Полученные данные могут быть использованы для оценки состояния городской среды.

Заключение. В процессе исследований изучена сезонная динамика накопления тяжелых металлов в почве и в коре тополя бальзамического. Выяснено, что накопление тяжелых металлов в почве не зависит от сезона года и определяется районом расположения участка, а в коре наблюдается другая динамика, в большей степени зависящая от сезона года. Кору тополя можно использовать как общий показатель накопления тяжелых металлов, таких, как Сd, Zn, Cu и Fe.