Накопление тяжелых металлов в листьях некоторых древесных растений города Ош

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 581.1: 57.044                                    

Накопление твердых металлов в биосфере становится особой проблемой в условиях урбанизации и индустриализации. Эти загрязнители отрицательно влияют на здоровье человека, животных и растений. В городской среде древесные растения способны через свои органы ассимиляции (листья) поглощать из воздуха наибольшее количество атмосферных примесей, не позволяя тяжелым металлам распространяться в окружающую среду.

Одним из основных источников загрязнения окружающей среды в городе Ош является автомобильный транспорт. Тяжелые металлы могут накапливаться в окружающей среде как в результате эксплуатации самого транспортного средства, так и в результате истирания поверхностного слоя дороги. В результате в окружающей среде накапливаются цинк, никель, свинец, алюминий, кадмий, железо и другие металлы. Наиболее токсичными веществами этой группы являются свинец и цинк. Большую угрозу для растений представляет большая концентрация тяжелых металлов. Сведений о влиянии автотранспорта на окружающую среду в городе Ош в научных источниках не обнаружено. Хотя транспорт в овременных городах является основной причиной ухудшения качества воздуха, это представляет опасность для здоровья человека и может привести к развитию заболеваний [1].

Целью исследования данной работы стало определение особенностей накопления тяжелых металлов в листьях основных видов деревьев и кустарников, расположенных вблизи автомобильных дорог города Ош.

Благодаря способности накапливать частицы пыли на поверхности листьев вклад деревьев в процесс очищения воздуха велик. Пыль задерживается на листьях деревьев и кустарников и ее масса достигает 23,0 г/м2 [2].

Деревья поглощают и накапливают тяжелые металлы через свои корни и листья и играют важную роль в снижении загрязнения воздуха и почвы. Способность деревьев накапливать тяжелые металлы зависит от таких факторов, как структура листьев, площадь поверхности листьев, скорость транспирации и характеристики корневой системы. Листья и кора деревьев также используются в качестве индикаторов для оценки воздействия загрязнения тяжелыми металлами и мониторинга качества воздуха. С целью оценки высокого уровня антропогенной нагрузки на городскую среду, современного состояния окружающей среды и перспективных тенденций развития экологической ситуации исследователи провели оценку загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами в нескольких городах Казахстана на основе листья деревьев и кустарников. Установлены особенности накопления тяжелых металлов в листьях разных видов растений [3].

Факторы окружающей среды в урбанизированных районах существенно отличаются от факторов окружающей среды в естественной среде. Растения в городской среде особенно уязвимы к различным стрессорам, в том числе загрязняющим веществам, поскольку все виды токсикантов поглощаются из атмосферы через их листья. Загрязнения, поглощаемые растением из окружающей среды, накапливаются в клетках и тканях и существенно влияют на физиологическое состояние и морфологию растительного организма. Многолетние растения наиболее уязвимы в этом отношении, так как токсины накапливаются в организме непрерывно в течение нескольких лет.

Накопление вредных веществ в растительном организме также влияет на фенологию и сдвигает начало фенофаз в ту или иную сторону. В частности, наблюдается раннее пожелтение и опадение листьев из-за накопления в лиственных растениях ядовитых веществ. В результате вегетационный период растений значительно сокращается.

Материал и методы исследования

Растения являются естественными биоаккумуляторами микроэлементов, в том числе тяжелых металлов. Увеличение концентрации тяжелых металлов в тканях растений отрицательно влияет на их стабильность [4, 5].

Объектом нашего исследования стали древесные растения города Оша. Исследования проводились на видах Salix babylonica L., Acer pseudoplatanus L., Populus ×canescens (Aiton) Sm., Platanus orientalis L., Juniperus virginiana L.

Материалы для анализа взяты в середине августа 2024 г., в период максимальной активности фотосинтетического аппарата древесных растений. Листья и хвоя были взяты из средних частей стволов средневозрастных деревьев, из парков Победы и Токтогул, расположенных вблизи автодорог города.

Концентрацию тяжелых металлов определяли атомно-абсорбционным методом в государственном предприятии Центральная лаборатория при Министерстве природных ресурсов, экологии и технического контроля Кыргызской Республики.

Математическая обработка данных проводилась общепринятыми методами вариационной статистики с использованием пакета программ Microsoft Excel.

Результаты и обсуждение

Количественный анализ показал, что все образцы растений содержат определенное количество тяжелых металлов: марганца, меди, свинца, стронция и цинка.

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 10. №11 2024

Максимальная концентрация стронция у Populus ×canescens (Aiton) Sm. содержится в листьях — 30 мг/кг. (Рисунок), в листьях Acer pseudoplatanus L. наблюдалось содержание сухого вещества 24 мг/кг.

Минимальное содержание стронция в листьях Platanus orientalis L., Juniperus virginiana L. — 16 мг/кг и в листьях Salix babylonica L. — 18 мг/кг. отмечено в сухом веществе. Нормальное содержание стронция в растениях составляет 113,0 мг/кг сухого вещества [6], у изучаемых видов в Оше избытка стронция не выявлено.

Исследования показывают, что в условиях города Ош больше всего меди наблюдается в листьях Platanus orientalis L. — 90 мг/кг и Juniperus virginiana L. — 70 мг/кг, в листьях Salix babylonica L. — 50 мг/кг сухого вещества (Рисунок).

Меньшее количество меди присутствует у Acer pseudoplatanus L. и Populus ×canescens (Aiton) Sm. в листьях — 40 мг/кг. В работе Н. В. Прохоровой, Н. М. Матвеева, В. А. Павловского предельно допустимая концентрация меди в растениях составляет 15–20 мг/кг [6].

В условиях города Ош выявлено, что концентрация меди в 4 раза выше у видов Platanus orientalis L., Juniperus virginiana L. и в 2 раза выше у видов Salix babylonica L., Acer pseudoplatanus L., Populus ×canescens (Aiton) Sm.

■ свинец (Pb) ■ Цинк (Zn) мг/кг ■ Марганец (Mn) мг/кг ■ медь (Cu) мг/кг ■ Строниций (Sr) мг/кг

Рисунок. Показатели стронция (Sr), меди (Cu), марганца (Mn), свинца (Pb) и цинка (Zn) в листьях древесных растений города Ош

Как показано на Рисунке, концентрация марганца была более высокой у Populus ×canescens (Aiton) Sm. по сравнению с другими видами и составила 75 мг/кг сухого веса.

ПДК марганца для растений четко не установлена, концентрацией фитотоксичности элемента для древесных растений принято считать 500,0 мг/кг сухого вещества [6, 7], и этот показатель не был превышен ни в одном из исследованных растений.

Концентрация цинка в объеме 30 мг/кг обнаружена в листьях только двух деревьев: Populus ×canescens (Aiton) Sm. и Juniperus virginiana L. Этот показатель не превышает предел допустимой концентрации, поскольку рекомендуемое количество цинка в растениях составляет 150–300 мг/кг.

В последнее время уровень концентрации свинца в природе увеличивается из-за антропогенных нагрузок. Наибольшая концентрация свинца в воздушном слое наблюдается особенно зимой, что связано с зимним отоплением в городе.

Как показано на Рисунке, Salix babylonica L., Platanus orientalis L., Populus ×canescens (Aiton) Sm. показали способность видов к накоплению свинца ниже, чем у видов Acer pseudoplatanus L. и Juniperus virginiana L.

Концентрация свинца в листьях этих видов составила 3 мг/кг сухого веса. Концентрация свинца в листьях Acer pseudoplatanus L. составила 5 мг/кг, Juniperus virginiana L. — 7 мг/кг. Можжевельник виргинский показал самый высокий потенциал накопления свинца по сравнению со всеми изученными видами деревьев.

Заключение

Установлено, что особенности накопления тяжелых металлов в листьях древесных растений, используемых в озеленении города Оша, накапливаются в разных количествах, как показали результаты исследований.

Среди тяжелых металлов 1 группы опасности Pb и Zn обнаружены у изучаемых видов в количестве, не превышающем ПДК. А медь (Cu), которая относится к 2 группе опасности, у видов Platanus orientalis L., Juniperus virginiana L. превышает ПДК в 4 раза, а у остальных видов — в 2 раза. Такая высокая концентрация меди токсична, она может привести к отравлению растений, что приводит к снижению активности ряда ферментов, а также к нарушению механизма всасывания биофильных элементов. Малое количество концентрации обнаруженные Mn и Sr среди металлов 3 класса опасности не представляет угрозы для древесных пород.

По результатам исследований отмечаем необходимость продолжения изучения влияния тяжелых металлов на физиологические процессы различных видов деревьев городских условиях и расширения географии исследований в микрорайонах города Ош.

Финансирование: работа выполнена в соответствии с тематическим планом научноисследовательской работы Ошского государственного педагогического университета. Средства, предусмотрены в республиканском бюджете на финансирование развития науки и техники. Финансирование предоставлено Министерством образования и науки Кыргызской Республики в рамках научных программ.