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
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).
