Содержание тяжелых металлов в листьях древесных растений, произрастающих в условиях породного отвала «Кедровского» угольного разреза

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 4. №9. 2018

Кузнецкий бассейн, расположенный на юге Западной Сибири в Кемеровской области, является главной угольной базой страны и обеспечивает половину общероссийской добычи угля. Порядка 15% территории Кузнецкой котловины (в отдельных ее местах еще больше) занято угольными разрезами, шахтами, другими объектами угольной индустрии.

Отвалы, образующиеся в результате добычи угля, являются источниками загрязнения окружающей среды различными поллютантами. Большую опасность для растений представляют тяжелые металлы (ТМ) [3].

Оптимизация окружающей среды и оздоровление промышленно развитых регионов могут быть решены при помощи лесной рекультивации. Древесные растения способны аккумулировать ТМ и предохранять окружающую среду от загрязнения.

Цель работы: определение содержания тяжелых металлов в листьях древесных растений, произрастающих в условиях породного отвала «Кедровского» угольного разреза.

Объекты и методы

Исследования проведены в 2015 году, площадка наблюдения выбрана на территории отвала «Южный» разреза «Кедровский». Возраст отвала 35-40 лет, в 2004 г. проведен комплекс работ по его планировке. Контрольный участок расположен на ненарушенных землях в 4 км северо-западного направления от пос. «Кедровский». Объектами исследований служили сосна обыкновенная ( Pinus syivestris L.) и береза повислая ( Betula pendula Roth.). Возраст растений 10-15 лет.

Сбор растительного материала проведен в конце июля — в период максимального развития фотосинтетического аппарата древесных растений. Листья и хвою собирали с нижней трети крон по периметру с 10 деревьев средневозрастного генеративного состояния, предварительно обмывали дистиллированной водой, подсушивали и фиксировали в сушильном шкафу при температуре +105 °C в течение 15 мин. с последующим досушиванием при температуре +65 °С в течение 2 ч. Определение содержания Pb, Cu, Zn, Fe, в сухом растительном материале проводили атомно–абсорбционным методом на базе испытательной лаборатории ФГБУ «Кемеровская межобластная ветеринарная лаборатория». Для оценки накопления в растениях тяжелых металлов рассчитывали суммарный показатель концентрации (СПК): СПК = Σ(С о -С к )/С к , где С о — содержание химического элемента в листьях (хвое) в условиях отвала, С к — содержание химического элемента в листьях (хвое) контрольной зоны [2].

Статистическую обработку экспериментальных данных проводили с применением программы Statistica 6.0.

Результаты и их обсуждение

Проведенные исследования показали, что в листьях и хвое деревьев, произрастающих в условиях породного отвала, отмечается повышение содержания большинства ТМ в сравнении с контролем. Для исследуемых видов отмечается общая тенденция повышения свинца и цинка (Таблица).

Содержание меди у сосны одинаковое в опыте и контроле, у березы отличия не значительные (Таблица).

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 4. №9. 2018

Таблица.

СОДЕРЖАНИЕ ТМ У СОСНЫ И БЕРЕЗЫ, ПРОИЗРАСТАЮЩЕЙ В УСЛОВИЯХ ПОРОДНОГО ОТВАЛА

Содержание элемента, мг/кг*
ПН	Pb	Zn	Cu	Fe
ПДК	6,0	23,0	3,0	—
Сосна обыкновенная
опыт	0,66	31,3	1,17	60,5
контроль	0,15	28,5	1,17	204,2
Береза повислая
опыт	0,22	36,5	1,19	22,6
контроль	<0,04	15,7	1,09	108,7

*Ошибка средних значений не превышает 5%.

Выявлено, что в большей степени ТМ аккумулируются в листьях березы повислой. Так содержание свинца превышает контрольный вариант в 5,5 раза, а цинка — в 2,3 раза. В хвое сосны так же в большей степени накапливается свинец, причем в опыте в 4,4 раза больше, чем в контроле.

Установлено, что у всех изучаемых видов концентрация цинка в опыте превышает ПДК, у сосны в 1,4 раза, а у березы — в 1,6.

Наиболее высокий суммарный показатель загрязнения ТМ (СПК) отмечается у березы повислой. Исследованиями установлено, что у березы повислой СПК (5,1) повышается за счет увеличения содержания свинца и цинка, а у сосны СПК (2,8) увеличивается за счет превышения концентрации свинца. Однако, согласно данным Н. Н. Москаленко и Р. С. Смирновой [1], данный уровень загрязнения растительности оценивается как минимальный.

Наряду с обогащением древесной растительности в условиях отвала химическими элементами, отмечается снижение в них концентрации железа (Таблица). Железо играет ведущую роль среди всех содержащихся в растениях тяжелых металлов. Органические соединения, в состав которых входит железо, необходимы в биохимических процессах, происходящих при дыхании и фотосинтезе. Низкое содержание железа в растении приводит к тяжелым заболеваниям. Максимальное снижение содержания железа отмечено в листьях березы — в 4,8 раза в сравнении с контролем.

Заключение

Таким образом, изменение химического состава древесной растительности в условиях отвала проявляется в накоплении элементов, преимущественно связанных с техногенезом, и обеднении таким биофильным элементом, как железо.

Выявлена видовая специфика в способности накопления тех или иных химических элементов листьями (хвоей) древесных растений в условиях отвала. Максимальный спектр ТМ в сравнении с контролем аккумулирует береза повислая.

У березы повислой и сосны обыкновенной выявлено превышение ПДК цинка в листьях и хвое.

Проведенными исследованиями установлено, что, несмотря на превышение уровня ПДК по некоторым ТМ, уровень их суммарного накопления (по значению СПК) в листьях и хвое исследуемых древесных видов, произрастающих в условиях отвала, оценивается как низкий.

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 4. №9. 2018