Накопление тяжёлых металлов синантропными растениями очистных сооружений города Тюмени

Автор: Ильминских Николай Геннадьевич, Кузьмин Игорь Владимирович, Кравченко Сергей Викторович, Белкин Алексей Васильевич, Ушаков Павел Александрович

Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc

Рубрика: Биологические ресурсы: флора

Статья в выпуске: 1-9 т.14, 2012 года.

Бесплатный доступ

Впервые изучена флора канализационных очистных сооружений открытого типа в городе Тюмень (Западная Сибирь). Определено содержание тяжёлых металлов в растениях аборигенных и адвентивных видов.

Тяжёлые металлы, адвентивные растения, эргазиофигофиты, канализационные очистные сооружения, тюмень

Короткий адрес: https://sciup.org/148201040

IDR: 148201040

Текст научной статьи Накопление тяжёлых металлов синантропными растениями очистных сооружений города Тюмени

КОС, являясь очень интересным объектом урбаноэкологии, до сих пор совершенно неизучены в ботаническом отношении. Ранее состав флоры КОС изучался в городах Казань, Ижевск, Киров, Сарапул, Глазов, Елабуга [2], в последнее время нами обследованы КОС в городах Тюмень, Ялуторовск, Тобольск, Курган, Екатеринбург, Сарапул. На КОС составляли полные списки видов сосудистых растений, в т. ч. и всходов древесно-кустарниковых пород, с указанием обилия. Тюменские КОС, находящиеся на юго-восточной окраине города между бывшими деревнями Копытова и Антипина, в пойме реки Тура (в 13 км от центра города), обследованы 01.X.2008 и 01.X.2011 г., пробы на содержание ТМ брали в последнюю дату. Всего на КОС обнаружено 165 счётных единиц (виды, подвиды, гибриды и гибридные комплексы культурных сортов). В их числе как местные таксоны, успешно освоившие антропогенные экотопы (апо-фиты), так и заносные, диаспоры которых, попадая в канализацию, способны выживать в ней, далее прорастать и закрепляться на территории КОС. Как и во всех флорах умеренного пояса, здесь доминируют представители семейств Asteraceae и Poaceae, в значительном отрыве от других по числу видов. Порядок ведущих семейств приведён в табл. 1.

Во флоре КОС неожиданно высокое место занимают семейства Solanaceae (6 ранг) и Cucur-bitaceae (8-9 ранг). Помимо широко распространённых в Зауралье представителей Solanaceae, на КОС обитают и более редкие виды, уходящие из культуры (эргазиофигофиты) или заносные. Представители семейства Cucurbitaceae вовсе несвойственны аборигенной флоре. Между тем, на КОС они часто встречаются ушедшими из культуры. Семейство Rosaceae во флоре КОС занимает очень низкий 10-11 ранг, в то время как в природной флоре Южного Зауралья его ранг – 7 [4], во флоре полигонов ТБО Среднего Урала и Зауралья – 4 [3], во флоре г. Тюмень – 8-9 [5].

Таблица 1. Порядок ведущих семейств флоры сосудистых растений канализационных очистных сооружений г. Тюмень по обследованиям 2008 и 2012 гг.

Ранг	Семейство	Число видов
1.	Asteraceae	29
2.	Poaceae	25
3.	Brassicaceae	15
4.	Chenopodiaceae	14
5.	Fabaceae	13
6.	Solanaceae	11
7.	Polygonaceae	9
8-9.	Salicaceae	6
8-9.	Cucurbitaceae	6
10-11.	Rosaceae	5
10-11.	Apiaceae	5
12.	Malvaceae	4

Неожиданным является полное отсутствие на КОС видов богатого видами гидрофильного семейства Cyperaceae. Это можно объяснить экологией представителей семейства: с одной стороны, их олиго- или олигомезотрофность на шкале эдафотипических категорий, с другой – гидро- и гигрофильность на шкале гигротипических категорий. Небольшое число эутрофных и даже гало-фильных представителей, вместе с тем, являются термоксерофитами, что идёт вразрез с комплексом экологических условий КОС. Из древеснокустарниковых видов на КОС обычны ювенильные, имматурные и, реже, генеративные растения Salix, в полном согласии с их гигрофильной и ценофобной экологией.

Для изучения аккумуляции ТМ в тканях растений КОС были взяты пробы растительного материала по стандартной методике. При выборе видов растений для изучения ТМ руководствовались следующими принципами. Во-первых, представленность в выборке как аборигенных, так и адвентивных видов. Во-вторых, наличие потенциально утилитарных растений. Подготовку проб для определения содержания ТМ осуществляли методом разложения в микроволновой печи Aurora в присутствии концентрированной азотной кислоты с добавлением перекиси водорода. Содержание ТМ определяли стандартным методом атомно-абсорбционной спектроскопии на спектрофотометре Shimadzu 6300 посредством атомизации в графитовой печи (для Cd, Co, Cu, Al, Pb, Mn, Ni), а также методом холодного пара на ртутной приставке (для Hg). Для приготовления шкал использовали стандартные растворы фирмы Merck. Точность результатов измерений неоднократно проверяли в ходе интеркалибровок. Полученные результаты представлены в табл. 2, где выделено по три максимальных значения содержания каждого ТМ.

Таблица 2. Содержание тяжёлых металлов в сосудистых растениях КОС г. Тюмени в 2012 г.

№ п/п	Таксон, часть растения	Вес, г	Тяжёлые металлы, ppm (мкг/г)
№ п/п	Таксон, часть растения	Вес, г	Cd	Co	Cu	Al
1.	Agrostis gigantea , соцветия	0,4276	0,0001	0,2480	5,8070	25,9600
2.	Bromopsis inermis , колосья	0,4736	0,0443	0,1840	11,680	199,380
3.	Elythrigia repens , колосья	0,3812	0,0309	0,0540	5,1300	400,310
4.	Echinochloa utilis , листья	0,4201	0,1617	0,2590	11,640	257,030
5.	Panicum ruderale , листья	0,4004	0,0210	0,0120	3,3440	381,010
6.	Phragmites australis , листья	0,5000	0,0480	0,1540	4,5000	123,570
7.	Populus х canesens, листья	0,3426	1,3134	0,8700	72,250	248,160
8.	Kochia scoparia , побеги	0,5000	0,0185	0,1520	0,8950	243,960
9.	Lepidium ruderale , побеги	0,4584	0,1562	0,1020	5,7330	90,8900
10.	Brassica napus f. oleifera , листья	0,3634	4,9577	1,3640	14,350	332,630
11.	Trifolium expansum , листья	0,5000	0,5370	0,1960	5,7210	155,070
12.	Medicago х varia , побеги	0,4862	0,0017	0,1700	0,0870	163,130
13.	Citrullus lanatus , листья	0,5000	0,8468	0,2720	32,670	423,870
14.	Citrullus lanatus , плоды	0,5000	0,0352	0,1910	7,1000	44,7700
15.	Cuscuta campestris , побеги	0,5000	0,0370	0,0100	6,5100	133,780
16.	Lycopersicon esculentum , плоды	0,5000	0,0254	0,1740	6,2900	255,150
17.	Datura tatula , семена	0,5000	0,0115	0,4180	8,2800	155,320
18.	Achillea millefolium , листья	0,3778	0,0222	0,0460	1,7060	302,180
19.	Lactuca tatarica , листья	0,5000	0,0666	0,1950	1,2690	204,840
-	Субстрат - высохший ил	0,5000	5,2850	1,6710	45,870	2383,70
ПДК для почвы [1], ppm (мкг/г)		-	2,0000	5,0000	6,0000	-
№ п/п	Таксон, часть растения	Вес, г	Тяжёлые металлы, ppm (мкг/г)
№ п/п	Таксон, часть растения	Вес, г	Pb	Mn	Ni	Hg
1.	Agrostis gigantea , соцветия	0,4276	0,0001	82,270	3,0077	0,0021
2.	Bromopsis inermis , колосья	0,4736	0,0189	50,900	10,530	0,0002
3.	Elythrigia repens , колосья	0,3812	0,0146	73,420	0,1194	0,0801
4.	Echinochloa utilis , листья	0,4201	0,2365	115,90	2,8115	0,1707
5.	Panicum ruderale , листья	0,4004	3,9118	40,020	3,3472	0,0199
6.	Phragmites australis , листья	0,5000	0,0726	52,440	10,055	0,0592
7.	Populus х canesens, листья	0,3426	0,7548	141,09	5,9842	0,1465
8.	Kochia scoparia , побеги	0,5000	0,7900	43,100	1,8855	0,0018
9.	Lepidium ruderale , побеги	0,4584	0,0001	92,540	1,3532	0,0019
10.	Brassica napus f. oleifera , листья	0,3634	8,7109	47,560	19,312	0,2051

Продолжение таблицы 2
11.	Trifolium expansum , листья	0,5000	0,0695	85,780	2,3622	0,0161
12.	Medicago х varia , побеги	0,4862	0,2566	45,730	1,7552	0,0002
13.	Citrullus lanatus , листья	0,5000	10,069	97,020	17,643	0,1002
14.	Citrullus lanatus , плоды	0,5000	0,0104	38,880	9,5502	0,0001
15.	Cuscuta campestris , побеги	0,5000	0,0350	40,830	4,7277	0,0002
16.	Lycopersicon esculentum , плоды	0,5000	0,0157	86,200	2,4322	0,0367
17.	Datura tatula , семена	0,5000	0,2130	46,670	6,1858	0,0005
18.	Achillea millefolium , листья	0,3778	0,2595	96,890	1,5121	0,1923
19.	Lactuca tatarica , листья	0,5000	0,1347	90,300	1,8996	0,0459
-	Субстрат - высохший ил	0,5000	342,23	469,35	124,94	3,7500
ПДК для почвы [1], ppm (мкг/г)			32,000	1500,0	4,0000	2,1000

Примечание : для каждого из тяжёлых металлов выделены значения трёх растений, характеризующихся максимальной аккумуляцией данного элемента

Наиболее активными процессами биологического накопления ТМ в листьях характеризуются рапс ( Brassica napus f. oleifera ) и арбуз ( Citrullus lanatus ) – по шесть разных ТМ. В листьях гибридного тополя ( Populus х canesens ) отмечено повышенное содержание четырёх ТМ, в листьях ежов-ника ( Echinochloa utilis ) и сорного проса ( Panicum ruderale ) – двух. Очень интересным представляется сравнение содержания различных ТМ в субстрате (ил), листьях и плодах арбуза, и в побегах паразитирующей на этом арбузе адвентивного карантинного вида повилики ( Cuscuta campestris ). Как следует из данных табл. 2, листья арбуза накапливают различные ТМ хоть и в значительно меньших количествах, чем их содержится в субстрате, но намного больше, чем их аккумулируют другие произрастающие на этом же субстрате растения. В свою очередь, в плодах арбуза (которые полностью вызревают на КОС и достигают больших размеров) аккумулируется ТМ в 2-10 раз меньше, чем в листьях. Растение-паразит повилика, присасывающаяся гаусториями к проводящим пучкам побегов арбуза, некоторые ТМ аккумулирует в меньших концентрациях, чем плоды арбуза (Co, Cu, Ni), а некоторые – в больших (Cd, Al, Pb, Mn, Hg). Это свидетельствует об избирательном биологическом накоплении ТМ разными растениями и их паразитами.

Плоды другого пищевого растения – томата ( Lycopersicon esculentum ) аккумулируют сравнительно большое количество меди и алюминия.

Лекарственные виды растений оказались ярко выраженными накопителями Al: как пырей ( Elythrigia repens ), так и тысячелистник ( Achillea millefolium ) накапливают этот ТМ в значительных количествах. Популярное декоративное растение дурман ( Datura tatula ) является сравнительно мощным аккумулятором Co.

Выводы: полученные данные позволяют сделать вывод о непригодности субстрата, получаемого на КОС, в качестве удобрения для пищевых, лекарственных и декоративных растений без соответствующей инактивации экотоксикологический и гельминтологической опасности.

Список литературы Накопление тяжёлых металлов синантропными растениями очистных сооружений города Тюмени

ГОСТ ГН 2.1.7.2041-06. ПДК химических веществ в почве.
Ильминских, Н.Г. Флорогенез в условиях урбанизированной среды (на примере городов Вятско-Камского края): Автореф. дисс.. докт. биол. наук. -СПб.: СПб. гос. ун-т, 1992. 40 с.
Ильминских, Н.Г. Флора полигонов твёрдых бытовых отходов городов Среднего Урала и Зауралья (Западная Сибирь)//Ботанические чтения: Материалы II Междунар. науч.-практ. конф. -Ишим, 2012. С. 41-42.
Науменко, Н.И. Флора и растительность Южного Зауралья. Монография. -Курган: Изд-во Курган. гос. ун-та, 2008. 512 с.
Хозяинова, Е.Ю. Флора травянистых растений в условиях урбанизированной среды (на примере города Тюмени): Автореф. дисс.. канд. биол. наук. -Тюмень: Тюменск. гос. ун-т, 2004. 23.

Статья научная