Содержание тяжелых металлов в листьях городских древесных насаждений
Автор: Ларионов М.В.
Журнал: Вестник Красноярского государственного аграрного университета @vestnik-kgau
Рубрика: Растениеводство
Статья в выпуске: 10, 2012 года.
Бесплатный доступ
Установлено, что приоритетными загрязнителями древесных растений в городах Среднего и Нижнего Поволжья являются свинец, цинк и медь. Главными аккумуляторами техногенных тяжелых металлов являются представители мелколиственных пород деревьев: Ulmus pumila L., Ulmus laevis Pall, Padus avium Mill., Sorbus aucuparia L.
Загрязнение, тяжелые металлы, древесные насаждения, города, металлоаккумуляция
Короткий адрес: https://sciup.org/14082098
IDR: 14082098 | УДК: 502:504.05/06
Heavy metals content in urban trees plantation leaves
Lead, zinc and copper are determined to be the priority pollutants of woody plants in the Middle and Lower Volga region cities. The main heavy metals anthropogenic accumulators are small-leaved tree species representatives: Ulmus pumila L., Ulmus laevis Pall, Padus avium Mill., Sorbus aucuparia L.
Текст научной статьи Содержание тяжелых металлов в листьях городских древесных насаждений
Растения являются природными биоаккумуляторами микроэлементов, в том числе тяжелых металлов [1, 2]. Негативное воздействие на устойчивость растений оказывают повышенные концентрации тяжелых металлов в тканях [3, 4].
В городских условиях важнейшую роль в поддержании экологического баланса территорий выполняют древесные насаждения [4, 6].
Таким образом, объектами исследований являлись древесные насаждения в городах Среднего и Нижнего Поволжья: в Саратовской области – гг. Балашов, Саратов; в Пензенской области – гг. Сердобск, Кузнецк; в Ульяновской области – гг. Инза, Димитровград.
Цель исследований , выполненных в 2006–2011 гг., заключалась в оценке металлоаккумулирующей способности разных видов деревьев, используемых в качестве озеленительного материала в районе исследований.
Пробные площади закладывались в соответствии с общепринятыми методиками полевых исследований [1, 2, 5] в трех главных функциональных зонах городов: промышленных, селитебных и рекреационных. Размер каждой пробной площади составил 2500 м2 (50×50 м2). Данные размеры пробной площади обеспечили включение видового состава древесных растений, необходимого для проведения мониторинга модельных видов. Контроль включал пробные площади (4 шт.), заложенные в фоновых для Среднего и Нижнего Поволжья природных экосистемах Балашовского района Саратовской области. Данными природными, относительно ненарушенными экосистемами являлись участки пойменных лесов и разнотравных степей.
На пробных площадях отбирались образцы листьев у 14 видов древесных растений, которые встречаются в аборигенной флоре степного и лесостепного Поволжья (кроме видов-интродуцентов: Acer negundo L., Ulmus pumila L., Tilia platyphyllos Scop., Robinia pseudoacacia L., Aesculus hippocastanum L., Fraxinus pennsylvanica Marсh.) и в городских насаждениях различного функционального назначения: рекреационного, пыле- и ветрозащитного, водоохранного, декоративного, противоэрозионного. Далее растительные образцы подвергались элементному анализу в лабораторных условиях.
В период с 2006 по 2011 г. отмечено относительное постоянство содержания тяжелых металлов в листьях модельных видов древесных растений, произрастающих на контрольных участках. Прослеживается незначительный рост концентрации Cu в листьях деревьев, что свидетельствует о начавшемся процессе техногенного загрязнения природных экосистем.
Для того чтобы оценить объемы среднегодового накопления тяжелых металлов в фитомассе листьев модельных видов, вычислены средние арифметические значения установленных концентраций элементов (табл. 1).
Таблица 1
Содержание техногенных тяжелых металлов в листьях древесных растений в контроле (за период 2006–2011 гг.)
|
Вид |
М±m M на ПП № 1–4, мг/кг сухого вещества |
|||
|
Pb |
Zn |
Mn |
Cu |
|
|
Acer platanoides L. |
0,27±0,012 |
24,40±1,1 |
234,8±10,2 |
5,4±0,10 |
|
A. negundo L. |
0,34±0,01 |
41,0±1,8 |
62,5±2,9 |
6,0±0,15 |
|
Ulmus laevis Pall. |
0,61±0,013 |
42,7±1,4 |
109,8±2,7 |
28,3±1,3 |
|
U. pumila L. |
0,47±0,017 |
74,4±2,6 |
86,0±2,1 |
35,4±1,5 |
|
Tilia cordata Mill. |
0,45±0,017 |
31,4±1,5 |
118,6±2,3 |
8,9±0,11 |
|
T. platyphyllos Scop. |
0,37±0,014 |
31,7±3,1 |
70,6±2,5 |
6,7±0,21 |
|
Cerasus vulgaris Mill. |
0,37±0,015 |
19,2±0,12 |
56,02±1,4 |
10,0±0,12 |
|
Pinus sylvestris L. |
0,33±0,014 |
15,8±0,11 |
31,47±1,2 |
7,4±0,11 |
|
Sorbus aucuparia L. |
0,43±0,019 |
54,9±2,1 |
65,1±2,6 |
3,2±0,09 |
|
Robinia pseudoacacia L. |
0,37±0,018 |
46,5±1,8 |
47,9±1,4 |
6,8±0,30 |
|
Aesculus hippocastanum L. |
– |
– |
– |
– |
|
Fraxinus pennsylvanica Marсh. |
0,12±0,005 |
23,8±0,9 |
36,6±0,9 |
13,6±0,22 |
|
Padus avium Mill. |
0,45±0,02 |
47,9±0,84 |
88,5±3,6 |
12,1±0,20 |
|
Betula verrucosa Ehrh. |
0,39±0,008 |
49,4±1,3 |
61,4±1,4 |
12,6±0,38 |
|
Критическая концентрация (норматив) |
10,0 |
– |
334,0 |
150,0 |
|
ПДК(норматив) |
0,5 |
134,0 |
– |
20,0 |
Средневзвешенные величины концентраций техногенных тяжелых металлов в природных экосистемах (контроль) не превышали критических и предельно допустимых концентраций.
Среднеарифметические значения содержания тяжелых металлов в листьях древесных насаждений г. Балашова (Саратовская область) не превышали критических значений (табл. 2).
Таблица 2
Содержание техногенных тяжелых металлов в листьях древесных растений г. Балашова (за период 2006–2011 гг.)
|
Вид |
М±m M на ПП № 1–10, мг/кг сухого вещества |
|||
|
Pb |
Zn |
Mn |
Cu |
|
|
A. platanoides L. |
0,59±0,03 |
41,1±0,77 |
286,7±13,4 |
22,9 ±0,24 |
|
A. negundo L. |
1,03±0,02 |
100,8±4,6 |
143,6±2,1 |
20,8 ±1,0 |
|
U. laevis Pall. |
1,05±0,04 |
92,2±3,5 |
155,9±3,9 |
90,8 ±3,6 |
|
U. pumila L. |
0,78±0,03 |
139,7±6,6 |
176,0±4,3 |
78,8 ±3,2 |
|
T. cordata Mill. |
0,71±0,03 |
59,9±1,9 |
194,8±5,2 |
52,4 ±2,5 |
|
T. platyphyllos Scop. |
0,58±0,02 |
76,6±2,3 |
151,1±5,4 |
21,4 ±0,82 |
|
C. vulgaris Mill. |
0,50±0,009 |
34,2±1,1 |
77,7±2,3 |
19,3±0,88 |
|
P. sylvestris L. |
0,43±0,02 |
26,1±0,44 |
97,8±3,6 |
17,6±0,18 |
|
S. aucuparia L. |
0,58±0,013 |
97,6±2,5 |
135,5±4,4 |
18,1±0,89 |
|
R. pseudoacacia L. |
0,48±0,012 |
85,7±2,3 |
76,1±3,6 |
16,4±0,76 |
|
A. hippocastanum L. |
0,45±0,011 |
155,9±4,6 |
109,1±4,9 |
20,2 ±0,75 |
|
F. pennsylvanica Marсh. |
0,32±0,013 |
66,5±1,7 |
52,3±2,0 |
36,5 ±1,7 |
|
P. avium Mill. |
0,78±0,02 |
55,0±1,5 |
134,5±5,8 |
23,9 ±0,86 |
|
B. verrucosa Ehrh. |
0,49±0,018 |
80,3±2,9 |
62,5±2,4 |
19,6±0,83 |
|
Критическая концентрация (норматив) |
10,0 |
– |
334,0 |
150,0 |
|
ПДК (норматив) |
0,5 |
134,0 |
– |
20,0 |
Примечание: здесь и далее курсивом выделено значение М±m M , превышающее критическую концентрацию; жирным шрифтом выделено значение М±m M , превышающее ПДК.
Наибольшие количества Pb (мг/кг сухого вещества) концентрировались в листьях A. negundo L. (1,03±0,02) и U. laevis Pall. (1,05±0,04), наименьшие – в F. pennsylvanica Marсh. (0,32±0,013) и P. sylvestris L. (0,43±0,02). Максимальное содержание Zn (мг/кг сухого вещества) отмечено в листьях A. hippocastanum L. (155,9±4,6) и U. pumila L. (139,7±6,6), минимальное содержание – в P. sylvestris L. (26,1±0,44) и C. vulgaris Mill. (34,2±1,1 мг/кг сухого вещества). Максимум Mn накопилось в листьях A. platanoides L. (286,7±13,4 мг/кг сухого вещества), T. cordata Mill. (194,8±5,2) и U. pumila L. (176,0±4,3), минимум – в F. pennsylvanica Marсh. (52,3±2,0) и B. verrucosa Ehrh. (62,5±2,4).
У ряда видов ( A. platanoides L., A. negundo L., U. laevis Pall., U. pumila L., T. cordata Mill., T. platyphyllos Scop., A. hippocastanum L., F. pennsylvanica Marсh. и P. avium Mill.) содержание Cu превышало ПДК. Максимальная металлоаккумуляция Cu выявлена у U. laevis Pall. (90,8±3,6 мг/кг сухого вещества) и U. pumila L. (78,8±3,2 мг/кг сухого вещества).
Накопление тяжелых металлов в фитомассе листьев г. Сердобска (Пензенская область) происходило в количествах, не превышающих ПДК (табл. 3).
Таблица 3
Содержание техногенных тяжелых металлов в листьях древесных растений г. Сердобска (за период 2006–2011 гг.)
|
Вид |
М±m M на ПП № 1–10, мг/кг сухого вещества |
|||
|
V |
Pb |
Zn |
Co |
|
|
A. platanoides L. |
3,0 ±0,14 |
0,40±0,02 |
11,9±0,44 |
3,3±0,07 |
|
A. negundo L. |
5,9 ±0,17 |
0,50±0,02 |
5,3±0,07 |
6,1 ±0,12 |
|
U. laevis Pall. |
5,6 ±0,21 |
0,50±0,021 |
45,4±1,1 |
6,4 ±0,08 |
|
U. pumila L. |
8,9 ±0,32 |
0,44±0,017 |
45,9±1,4 |
7,4 ±0,07 |
|
T. cordata Mill. |
6,3 ±0,25 |
0,37±0,013 |
30,3±0,89 |
3,3±0,09 |
|
T. platyphyllos Scop. |
2,2 ±0,08 |
0,40±0,015 |
45,5±1,2 |
6,5 ±0,14 |
|
C. vulgaris Mill. |
1,1 ±0,05 |
0,40±0,019 |
13,6±0,26 |
5,6±0,17 |
|
P. sylvestris L. |
1,9 ±0,09 |
0,45±0,020 |
10,3±0,22 |
2,2±0,10 |
|
S. aucuparia L. |
15,0 ±0,63 |
0,31±0,014 |
54,2±1,5 |
3,5±0,11 |
|
R. pseudoacacia L. |
26,1 ±0,98 |
0,49±0,014 |
41,3±1,8 |
6,9 ±0,25 |
|
A. hippocastanum L. |
15,3 ±0,67 |
0,37±0,011 |
87,0±3,2 |
5,3 ±0,25 |
|
F. pennsylvanica Marсh. |
1,0 ±0,03 |
0,26±0,012 |
32,2±1,5 |
1,9±0,05 |
|
P. avium Mill. |
12,9 ±0,61 |
0,34±0,015 |
23,5±1,1 |
3,9±0,18 |
|
B. verrucosa Ehrh. |
17,3 ±0,43 |
0,48±0,021 |
34,1±1,3 |
4,2±0,19 |
|
Критическая концентрация (норматив) |
2,0 |
10,0 |
– |
5,0 |
|
ПДК (норматив) |
– |
0,5 |
134,0 |
10,0 |
V накапливался в образцах листьев всех исследованных растений с превышением критической концентрации. Максимальные концентрации V (мг/кг сухого вещества) зарегистрированы в R. pseudoacacia L. (26,1±0,98), B. verrucosa Ehrh. (17,3±0,43) и A. hippocastanum L. (15,3±0,67). Максимальные концентрации Pb (мг/кг сухого вещества) отмечены в A. negundo L. (0,50±0,02), U. laevis Pall. (0,50±0,021), B. verrucosa Ehrh. (0,48±0,021). Больше всего Zn концентрируется в A. hippocastanum L. (87,0±3,2) и S. aucuparia L. (54,2±1,5 мг/кг сухого вещества). Максимальное количество Co (мг/кг сухого вещества) выявлено в U. pumila L. (7,4±0,07) и U. laevis Pall. (6,4±0,08).
В процессе выполнения мониторинговых исследований в г. Камышине (Волгоградская область) получены результаты, представленные в таблице 4.
Таблица 4
Содержание техногенных тяжелых металлов в листьях древесных растений г. Камышина (за период 2006–2011 гг.)
|
Вид |
М±m M на ПП №№ 1–10, мг/кг сухого вещества |
|||
|
Pb |
Zn |
Cd |
Cu |
|
|
A. platanoides L. |
0,31±0,01 |
39,6±1,8 |
0,003±0,0001 |
20,8 ±0,82 |
|
A. negundo L. |
0,40±0,012 |
97,9±4,6 |
0,011±0,0004 |
20,4 ±0,79 |
|
U. laevis Pall. |
0,45±0,019 |
109,3±4,9 |
0,026±0,001 |
101,5 ±4,5 |
|
U. pumila L. |
0,50±0,023 |
154,4 ±6,1 |
0,029±0,001 |
113,6 ±4,6 |
|
T. cordata Mill. |
0,38±0,007 |
70,9±2,3 |
0,02±0,0009 |
55,1 ±2,1 |
|
T. platyphyllos Scop. |
0,44±0,015 |
60,1±1,5 |
0,013±0,0004 |
24,4 ±1,2 |
|
C. vulgaris Mill. |
0,45±0,018 |
34,4±0,76 |
0,008±0,0001 |
27,5 ±1,3 |
|
P. sylvestris L. |
0,29±0,014 |
46,3±0,88 |
0,006±0,0001 |
32,0 ±1,5 |
|
S. aucuparia L. |
0,31±0,012 |
101,2±4,7 |
0,018±0,0008 |
28,6 ±1,1 |
|
R. pseudoacacia L. |
0,65 ±0,031 |
113,7±4,4 |
0,013±0,0005 |
25,6 ±0,88 |
|
A. hippocastanum L. |
0,20±0,003 |
117,1±4,5 |
0,009±0,0003 |
31,1 ±0,95 |
|
F. pennsylvanica Marсh. |
0,62 ±0,022 |
74,0±2,2 |
0,002±0,0001 |
28,1 ±0,78 |
|
P. avium Mill. |
0,38±0,014 |
66,3±2,3 |
0,003±0,0001 |
39,4 ±1,2 |
|
B. verrucosa Ehrh. |
0,29±0,008 |
56,9±1,7 |
0,002±0,00009 |
22,5 ±0,85 |
|
Критическая концентрация (норматив) |
10,0 |
– |
– |
150,0 |
|
ПДК (норматив) |
0,5 |
134,0 |
0,35 |
20,0 |
Максимальное содержание Cu (мг/кг сухого вещества) зарегистрировано в золе U. pumila L. (113,6±4,6), U. laevis Pall. (101,5±4,5) и T. cordata Mill. (55,1±2,1). Pb в большей мере оказывал влияние на R. pseudoacacia L. (0,65±0,031) и F . pennsylvanica Marсh. (0,62±0,022 мг/кг сухого вещества). Zn и Cd концентрировались в листьях деревьев в небольших количествах, которые не превышали ПДК. Лишь в образцах листьев U. pumila L. обнаружено превышение критической концентрации U. pumila L. (154,4±6,1 мг/кг сухого вещества).
В таблице 5 приведены элементные составы (ряды по убыванию концентраций) модельных растений и почв в районе исследований.
Элементный ряд техногенных тяжелых металлов в листьях модельных растений и в почвенном покрове
Таблица 5
|
Исследуемые районы |
Элементный состав листьев модельных растений |
Элементный состав почв |
|
Контроль |
Mn > Zn > Cu > Pb |
Mn > Zn > Cu > Pb |
|
Балашов |
Mn > Zn > Cu > Pb |
Mn > Zn > Cu > Pb > Ni |
|
Саратов |
Mn > Zn > Cu > Pb > Cd > Hg |
Mn > Zn > Pb > Cu > Co > Ni > Hg > Cd |
|
Сердобск |
Zn > V > Co > Pb |
V > Zn > Co > Pb |
|
Кузнецк |
Fe > Zn > Pb > Cr > Co > Sb |
Fe > Cr > Zn > Co > Pb > Sb |
|
Камышин |
Zn > Cu > Pb > Cd |
Zn > Cu > Pb > Sb > Cd |
|
Волжский |
Zn > Cu > Ni > Pb > Cd > Hg |
Zn > Pb > Cu > Ni > Cd > Hg |
|
Инза |
Zn > V > Cr > Pb |
Cr > V > Zn > Pb |
|
Димитровград |
Zn > Cu > V > Cr > Pb |
Cr > V > Cu > Pb > Zn > Ni |
В сводной таблице 6 содержатся результаты вычисления сумм концентраций идентифицированных техногенных тяжелых металлов в листьях модельных растений района исследований.
Таблица 6
|
Город |
Вид |
∑ тм , мг/кг сухого вещества |
|
Балашов |
U. pumila L. |
395,3 |
|
A. platanoides L. |
351,3 |
|
|
U. laevis Pall. |
340,0 |
|
|
Саратов |
U. pumila L. |
625,1 |
|
U. laevis Pall. |
512,1 |
|
|
A. platanoides L. |
486,7 |
|
|
Сердобск |
A. hippocastanum L. |
108,0 |
|
R. pseudoacacia L. |
74,8 |
|
|
S. aucuparia L. |
73,0 |
|
|
Кузнецк |
P. avium Mill. |
470,5 |
|
T. platyphyllos Scop. |
404,3 |
|
|
U. laevis Pall. |
388,1 |
|
|
Камышин |
U. pumila L. |
268,6 |
|
U. laevis Pall. |
211,2 |
|
|
A. hippocastanum L. |
148,4 |
|
|
Волжский |
U. laevis Pall. |
291,3 |
|
U. pumila L. |
265,6 |
|
|
S. aucuparia L. |
209,7 |
|
|
Инза |
U. pumila L. |
158,6 |
|
A. hippocastanum L. |
150,3 |
|
|
A. negundo L. |
131,2 |
|
|
Димитровград |
U. pumila L. |
296,2 |
|
U. laevis Pall. |
276,3 |
|
|
S. aucuparia L. |
230,5 |
Примечание. Жирным шрифтом выделены представители рода Ulmus L.
Оценка суммарной металлоаккумулирующей способности древесными растениями в районе исследований
Главными аккумуляторами техногенных тяжелых металлов в районе исследований являются представители мелколиственных пород деревьев. В первую очередь, это U. pumila L., U. laevis Pall, P. avium Mill., S. aucuparia L.
Из широколиственных пород-концентраторов тяжелых металлов выделяются A. hippocastanum L. (гг. Сердобск, Камышин, Инза), R. pseudoacacia L. (г. Сердобск), A. platanoides L. (гг. Балашов, Саратов) и A. negundo L. (г. Инза).
