Содержание тяжелых металлов в почвенном покрове, листьях березы под воздействием промышленности г. Красноярска

Автор: Байкалова Т.В., Байкалов П.С., Коротченко И.С.

Журнал: Вестник Красноярского государственного аграрного университета @vestnik-kgau

Статья в выпуске: 5, 2017 года.

Бесплатный доступ

В работе проводится анализ содержания тяжелых металлов (меди, цинка, свинца, кад-мия, хрома, марганца, кобальта, никеля) в поч-ве и растениях на территории Свердловского района города Красноярска. На экологическое состояние среды данной территории воздей-ствуют главные источники загрязнения - те-пловые станции, малые и крупные промыш-ленные предприятия, автотранспорт. Отбор почвенных и растительных образцов проводи-ли на учетных площадках согласно общепри-нятым методикам. Тяжелые металлы в поч-венных и растительных образцах определя-лись методом атомной абсорбции. В резуль-тате исследования выявлено полиметалличе-ское загрязнение. Полученные данные по уча-сткам взятия почвенных и растительных об-разцов подтверждают наличие ионов меди, цинка, свинца, кадмия, хрома, марганца, ко-бальта, никеля. Наблюдается наибольшее превышение предельно допустимых концен-траций свинца в почвенных образцах во всех исследуемых площадках. Обнаружили повы-шенное поглощение свинца березой во всех исследуемых образцах проб, взятых на пло-щадках Свердловского района города Красно-ярска. Установлена связь между наличием тя-желых металлов в почве и содержанием в ли-стьях березы повислой. Прослеживается зако-номерность снижения содержания тяжелых металлов в почве, листьях березы в зависимо-сти от удаленности объектов загрязнения. Обнаружены наибольшие, в отличие от вало-вых, превышения подвижных форм свинца, цинка, меди, кадмия, хрома, марганца, кобаль-та, никеля. Выявленные различия в степени превышения предельно допустимых концен-траций подвижных и валовых форм тяжелых металлов формируют необходимость даль-нейших исследований, а именно разработки системы оценки загрязнения почвенного по-крова с учетом подвижных форм тяжелых ме-таллов.

Еще

Короткий адрес: https://sciup.org/140224197

IDR: 140224197

Текст научной статьи Содержание тяжелых металлов в почвенном покрове, листьях березы под воздействием промышленности г. Красноярска

Введение. Красноярск – крупный промышленный город с устойчивой динамикой роста территорий жилых застроек [5]. В настоящее время промышленные объекты, находящиеся ранее вдали от жилых массивов, сейчас делят с ними практически одну и ту же территорию. На состояние окружающей среды действуют различные источники загрязнения: тепловые станции, промышленные предприятия, автотранспорт и т. д. Уровень загрязнения атмосферного воздуха г. Красноярска в 2015 г. характеризовался как высокий (ИЗА5 = >7), что оказывает непосредственное влияние на санитарное состояние почв [3]. В почве, как основной депонирующей среде, накапливается большое количество поллютантов, в том числе тяжелых металлов (ТМ), загрязнители распределяются горизонтально и вертикально по профилю, поглощаются растениями [8, 9]. В связи с этим возникает необходимость изучения процессов миграции ТМ в системе «почва-растение» для оценки воздействия промышленных объектов и автотранспорта на состояние окружающей среды.

Цель исследования : изучение содержания тяжелых металлов в почвенном покрове и листьях березы повислой на территории Свердловского района г. Красноярска.

Объекты и методы исследования . Отбор проб почвы и листьев березы для определения содержания тяжелых металлов проводился на территории Свердловского района г. Красноярска, вдоль Торгашинского хребта с северовосточной стороны. Торгашинский хребет является одним из популярных мест отдыха жителей и гостей города. На его территории находятся знаменитые в Красноярском крае скальные выходы и пещеры.

Шесть точек взяты согласно преимущественному направлению розы ветров [1, 11], точка ПП6 находится в стороне от основного направления потока воздушных масс.

Взятие образцов почвы и листьев березы повислой (рис.) проводилось в точках, координаты которых представлены в таблице 1.

Для отбора проб были выбраны участки 10 × 10 м с подходящими по возрасту березами. Пробы почвы отбирались методом конверта из центральной части участка [4]. Сбор листьев березы повислой проводился после остановки роста (в августе). Взятие листьев березы повислой проводилось с пяти деревьев на участке вокруг нижней части кроны древесного растения [6, 7].

Валовые и подвижные формы тяжелых металлов (Cu, Zn, Pb, Cd, Cr, Mn, Co, Ni) в почвенных образцах экстрагировали аммонийно-ацетатным буфером при рН 4,8 по методу Крупского-Александровой [2]. ТМ в почвенных и растительных образцах определялись методом атомной абсорбции в научно-исследовательском испытательном центре по контролю качества сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов при ФГБОУ ВО Красноярский ГАУ. Все анализы проводились в пятикратной повторности. При статистической обработке дан- ных применяли пакет анализа в программе MS Excel.

Точки взятия образцов

Таблица 1

Номер точки	Координаты	Описание
ПП 1	55.974054, 92.920498	Примерное расстояние от объекта «Цементный завод» 0,1 км
ПП 2	55.967535, 92.894450	Примерное расстояние от объекта «ТЭЦ 2» 0,1 км
ПП 3	55.962296, 92.897144	Примерное расстояние от объекта «ТЭЦ 2» 0,5 км
ПП 4	55.961397, 92.908355	Примерное расстояние от объектов «ТЭЦ 2» и «Цементный завод» 1,0 км
ПП 5	55.961397, 92.908355	Примерное расстояние от объектов «ТЭЦ 2» и «Цементный завод» 1,5 км
ПП 6	55.943905, 92.998120	Точка контроля. Находится в стороне от розы ветров. Примерное расстояние от объектов «ТЭЦ 2» и «Цементный завод» 5,0 км

Координаты точек взятия образцов

Полученные значения сравнивали с предельно допустимыми концентрациям (ПДК) валовых форм: для Pb – 32 мг/кг; Cd – 3; Cu – 55; Ni – 85; Zn – 100; Mn – 1500; Co – 16,2; Cr – 100; ПДК подвижных форм: для Pb – 6; Cd – 1; Cu – 3; Ni – 4; Zn – 23; Mn – 140; Co – 5; Cr – 6 мг/кг [2].

Для растений использовали ПДК: Pb – 0,5 мг/кг; Cd – 0,5; Cu – 15; Ni – 20; Zn – 150; Mn – 25; Co – 1; Cr – 1 мг/кг [10].

Результаты исследования и их обсуждение. Количественный анализ исследуемых образцов почв и листьев березы на наличие тяжелых металлов показал, что во всех образцах содержатся свинец, кадмий, медь, никель, цинк, марганец, кобальт и хром.

Сравнивая полученные данные по содержанию ТМ на участке ПП1 с ПДК, пришли к выводу, что максимальное превышение наблюдается по свинцу и меди. Так, превышение в почвах содержания: валового свинца – на 5 ПДК, меди – на 2 ПДК; подвижного свинца – на 18 ПДК, меди – на

22 ПДК; в листьях превышения концентрации свинца – на 36 ПДК, меди – на 1,5 ПДК. Также установлено превышение валового содержания цинка и марганца. Концентрация подвижных форм всех изученных ТМ превышает ПДК; превышение ПДК в листьях наблюдается по всем ТМ, кроме никеля (табл. 2).

Таблица 2

Содержание тяжелых металлов в почвенных и растительных образцах на участке ПП1, мг/кг

Содержание ТМ	Свинец	Кадмий	Медь	Никель	Цинк	Марганец	Кобальт	Хром
Валовое содержание тяжелых металлов в почве
Среднее	162,94 ±133,18	2,08 ± 0,62	102,33 ± 53,27	38,69 ± 2,66	644,52 ± 267,12	596,36 ± 25,53	12,71 ± 0,56	35,55 ± 3,63
ПДК**	32	3	55	85	100	1500	16,2	100
Превышение ПДК	5,1*	0,7*	1,9*	0,5*	6,4*	0,4*	0,8*	0,4*
Содержание подвижных форм тяжелых металлов в почве
Среднее	107,15 ± 97,22	1,68 ± 0,69	66,16 ± 47,43	13,76 ± 1,51	121,71 ± 41,66	441,94 ± 32,01	7,21 ± 0,68	11,98 ± 1,27
ПДК**	6	1	3	4	23	140	5	6
Превышение ПДК	17,8*	1,7*	22,1*	3,4*	5,3*	3,2*	1,4*	2,0*
Содержание тяжелых металлов в листьях бер езы повислой
Среднее	18,22 ± 3,87	3,97 ± 6,45	21,23 ± 2,89	8,69 ± 1,72	522,84 ± 36,82	90,35 ± 18,83	4,58 ± 0,94	6,53 ± 1,98
ПДК***	0,5	0,5	15	20	150	25	1	1
Превышение ПДК	36,4*	8,0*	1,4*	0,4*	3,5*	3,6*	4,6*	6,5*

Здесь и далее: 'Значения превышения ПДК в раз. "Гигиенические нормативы 2.1.7.2041-06. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве, 2006. *"ПДК по Прохоровой [10].

На участке ПП2 по содержанию изучаемых ТМ превышений ПДК валовых форм не выявлено, превышение ПДК по подвижным формам наблюдается по всем ТМ, кроме кадмия; в образцах листьев максимальное превышение ПДК по свинцу – в 15 раз, также превышение зафиксировано по цинку, марганцу, кобальту и хрому (табл. 3).

Сравнительный анализ содержания ТМ на участке ПП3 показывает наличие превышения ПДК подвижных форм по свинцу, меди, никелю, цинку, марганцу, кобальту и хрому; в листьях незначительное превышение ПДК наблюдается по марганцу и кобальту, высокое по свинцу – в 11 раз; превышение ПДК валового содержания не выявлено (табл. 4).

Полученные данные с участка ПП4 свидетельствуют о высоком содержании в почвенных образцах подвижных форм свинца, меди, никеля, марганца, кобальта и хрома; валовое содержание ТМ не превышает ПДК; наблюдается повышенное содержание свинца, цинка, марганца, кобальта и хрома в растительных образцах (табл. 5).

Таблица 3

Содержание тяжелых металлов в почвенных и растительных образцах на участке ПП2, мг/кг

Содержание ТМ	Свинец	Кадмий	Медь	Никель	Цинк	Марганец	Кобальт	Хром
Валовое содержание тяжелых металлов в почве
Среднее	27,59 ± 2,2	1,16 ± 0,07	32,29 ± 2,06	40,79 ± 1,34	81,51 ± 5,23	665,84 ± 53,39	13,69 ± 0,43	47,42 ± 3,9
ПДК**	32	3	55	85	100	1500	16,2	100
Превышение ПДК	0,9*	0,4*	0,6*	0,5*	0,8*	0,4*	0,8*	0,5*
Содержание подвижных форм тяжелых металлов в почве
Среднее	16,21 ± 3,39	0,751 ± 0,08	13,64 ± 2,71	16,23 ± 0,51	26,7 ± 5,08	549,98 ± 39,01	8,01 ± 0,3	6,72 ± 0,95
ПДК**	6	1	3	4	23	140	5	6
Превышение ПДК	2,7*	0,8*	4,5*	4,1*	1,2*	3,9*	1,6*	1,1*
Содержание тяжелых металлов в листьях березы повислой
Среднее	7,7 ± 0,55	0,32 ± 0,05	10,27 ± 0,88	3,62 ± 0,43	263,48 ± 27,42	77,54 ± 18,56	1,74 ± 0,14	1,28 ± 0,13
ПДК***	0,5	0,5	15	20	150	25	1	1
Превышение ПДК	15,4*	0,6*	0,7*	0,2*	1,8*	3,1*	1,7*	1,3*

Таблица 4

Содержание тяжелых металлов в почвенных и растительных образцах на участке ПП3, мг/кг

Содержание ТМ	Свинец	Кадмий	Медь	Никель	Цинк	Марганец	Кобальт	Хром
Валовое содержание тяжелых металлов в почве
Среднее	26,28	1,07	26,73	43,97	74,37	594,42	14,51	50,25
Среднее	± 2,21	± 0,08	± 1,21	± 1,32	± 3,66	± 16,56	± 0,45	± 5,05
ПДК**	32	3	55	85	100	1500	16,2	100
Превышение ПДК	0,8*	0,4*	0,5*	0,5*	0,7*	0,4*	0,9*	0,5*
Содержание подвижных форм тяжелых металлов в почве
Среднее	17,21	0,6	13,29	14,95	23,94	447,72	7,87	7,36
Среднее	± 2,68	± 0,13	± 1,97	± 0,47	± 8,83	± 29,57	± 0,27	± 0,35
ПДК**	6	1	3	4	23	140	5	6
Превышение ПДК	2,9*	0,6*	4,4*	3,7*	1,1*	3,2*	1,6*	1,2*
Содержание тяжелых металлов в листьях березы повислой
Среднее	5,6	0,19	7,75	3,3	130,08	33,64	1,46	0,71
Среднее	± 0,42	± 0,03	± 0,49	± 0,38	± 18,86	± 5,82	± 0,12	± 0,12
ПДК***	0.5	0.5	15	20	150	25	1	1
Превышение ПДК	11,2*	0,4*	0,5*	0,2*	0,9*	1,3*	1,5*	0,7*

Таблица 5

Содержание тяжелых металлов в почвенных и растительных образцах на участке ПП4, мг/кг

Содержание ТМ	Свинец	Кадмий	Медь	Никель	Цинк	Марганец	Кобальт	Хром
Валовое содержание тяжелых металлов в почве
Среднее	21,39 ± 2,42	0,77 ± 0,07	26,77 ± 3,9	46,21 ± 1,22	70,38 ± 5,15	644,98 ± 34,5	15,71 ± 0,55	43,4 ± 2,02
ПДК**	32	3	55	85	100	1500	16,2	100
Превышение ПДК	0,7*	0,3*	0,5*	0,5*	0,7*	0,4*	0,3*	0,4*
Содержание подвижных форм тяжелых металлов в почве
Среднее	12,15 ± 0,81	0,27 ± 0,06	10,68 ± 1,15	12,93 ± 0,88	19,3 ± 2,29	433,62 ± 23,89	8,15 ± 0,19	12,21 ± 0,53
ПДК**	6	1	3	4	23	140	5	6
Превышение ПДК	2,0*	0,3*	3,6*	3,2*	0,8*	3,1*	1,6*	2,0*
Содержание тяжелых металлов в листьях березы повислой
Среднее	4,14 ± 0,34	0,34 ± 0,06	9,12 ± 0,67	3,05 ± 0,36	180,83 ± 19,46	101,8 ± 25,05	1,43 ± 0,08	1,06 ± 0,11
ПДК***	0,5	0,5	15	20	150	25	1	1
Превышение ПДК	8,3*	0,7*	0,6*	0,2*	1,2*	4,1*	1,4*	1,1*

Таблица 6

Содержание тяжелых металлов в почвенных и растительных образцах на участке ПП5, мг/кг

Содержание ТМ	Свинец	Кадмий	Медь	Никель	Цинк	Марганец	Кобальт	Хром
Валовое содержание тяжелых металлов в почве
Среднее	27,39 ± 2,54	1,25 ± 0,06	24,17 ± 1,96	32,18 ± 3,27	55,99 ± 7,89	485,02 ± 77,1	11,85 ± 1	26,51 ± 3,25
ПДК**	32	3	55	85	100	1500	16,2	100
Превышение ПДК	0,9*	0,4*	0,4*	0,4*	0,6*	0,3*	0,7*	0,3*
Содержание подвижных форм тяжелых металлов в почве
Среднее	20,83 ± 1,14	0,97 ± 0,05	28,6 ± 0,38	11,57 ± 0,65	21,89 ± 2,57	430,36 ± 16,17	8,67 ± 0,24	6,31 ± 0,21
ПДК**	6	1	3	4	23	140	5	6
Превышение ПДК	3,5*	1,0*	9,5*	2,9*	1,0*	3,8*	1,7*	1,1*
Содержание тяжелых металлов в листьях березы повислой
Среднее	7,79 ± 0,61	0,25 ± 0,05	11,57 ± 1,96	3,55 ± 0,43	207,71 ± 26,5	72,69 ± 13,31	1,85 ± 0,15	0,98 ± 0,14
ПДК***	0.5	0.5	15	20	150	25	1	1
Превышение ПДК	15,6*	0,5*	0,8*	0,2*	1,4*	2,9*	1,9*	1,0*

Таблица 7

Содержание тяжелых металлов в почвенных и растительных образцах на участке ПП6, мг/кг

Содержание ТМ	Свинец	Кадмий	Медь	Никель	Цинк	Марганец	Кобальт	Хром
Валовое содержание тяж елых металлов в почве
Среднее	21,78	0,91	30,87	43,01	71,74	933,92	15,22	42,24
Среднее	± 1,76	± 0,07	± 4,3	± 1,92	± 9,85	± 62,35	± 0,58	± 4,88
ПДК**	32	3	55	85	100	1500	16,2	100
Превышение ПДК	0,7*	0,3*	0,6*	0,5*	0,7*	0,6*	0,9*	0,4*
Содержание подвижных форм тяж елых металлов в почве
Среднее	13,79	0,37	15,07	17,43	17,49	726,16	9,44	7,79
Среднее	± 2,89	± 0,06	± 1,62	± 0,92	± 6,92	± 40,98	± 0,14	± 0,89
ПДК**	6	1	3	4	23	140	5	6
Превышение ПДК	2,3*	0,4*	5*	4,4*	0,8*	5,2*	1,9*	1,3*
Содержание тяж елых металлов в листьях бер езы повислой
Среднее	3,52	0,28	7,65	3,58	121,52	68,01	0,62	1,09
Среднее	± 0,34	± 0,03	± 0,61	± 0,44	± 32,13	± 7,14	± 0,1	± 0,08
ПДК***	0.5	0.5	15	20	150	25	1	1
Превышение ПДК	7,0*	0,6*	0,5*	0,2*	0,8*	2,7*	0,6*	1,1*

Пробы, взятые на участке ПП5, показали, что подвижные формы свинца, меди, никеля, марганца и кобальта превышают ПДК; валовое содержание ТМ - в пределах допустимого; в растительных образцах по свинцу превышение ПДК более чем в 15 раз, также есть превышение содержания цинка, марганца и кобальта.

Проанализировав результаты проб с участка ПП6 выявили содержание подвижных форм свинца, меди, никеля, марганца, кобальта и хрома; в растительных образцах наблюдается превышение по свинцу и марганцу; валовые формы ТМ в пределах ПДК (табл. 7).

Выводы . Проанализировав полученные данные, выявили повышенное поглощение свинца березой во всех исследуемых образцах проб, взятых на площадках изучаемого района.

Установлена корреляционная зависимость между концентрацией свинца в почве, растениях и удаленностью от источников загрязнения. Согласно полученным результатам составлены ряды превышения ПДК свинца по участкам: для валовых форм в почве - ПП1 (5,1) > ПП2 (0,9) > ПП3 (0,8) > ПП4 (0,7) < ПП5 (0,9) >ПП6 (0,7> ; для подвижных форм в почве - ПП1 (17,8) > ПП2 (2,7) < ПП3 (2,9) > ПП4 (2) < ПП5з,5) > ПП6 (2,3) ; содержание в листьях березы повислой - ПП1 (36.4) > ПП2 (15.4) > ПП3 (ш> > ПП4(8.з) < ПП5 (15.6> > ПП6 (7) .

Изучение содержания ТМ в почвенных образцах показало наличие полиметаллического характера загрязнения почв, что говорит об актуальности данного исследования и требует более детального и глубокого анализа. Выявленные различия в степени превышения предельно допустимых концентраций подвижных и валовых форм тяжелых металлов диктуют необходимость дальнейших исследований, а именно разработки системы оценки загрязнения почвенного покрова с учетом подвижных форм тяжелых металлов. Полученные материалы могут служить основой для дальнейшего мониторинга территорий, прилегающих к промышленным объектам.

Список литературы Содержание тяжелых металлов в почвенном покрове, листьях березы под воздействием промышленности г. Красноярска

Бранулоу А.Х. Геохимия. -М.: Недра. -1984. -463 с.
Гигиенические нормативы 2.1.7.2041-06. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве. -М., 2006.
Государственный доклад о состоянии и охра-не окружающей среды в Красноярском крае в 2015 году. -Красноярск, 2016. -314 с.
ГОСТ 17.4.4.02-84. Охрана природы. Поч-вы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактерорологического, гель-минтологического анализа. -М., 1984.
Демиденко Г.А., Напесочный Н.С. Оценка загрязнения снежного покрова в городе Красноярске//Вестн. Омского гос. аграр. ун-та. -2016. -№ 2 (22). -С. 115-120.
Захаров В.М., Кларк Д.М. Биотест, инте-гральная оценка здоровья экосистем и от-дельных видов/Москов. отд-ние междунар. фонда «Биотест». -М., 1993. -68 с.
Захаров В.М., Кряжева Н.Г., Дмитриев С.Г. и др. Оценка возможных изменений со-стояния популяций вследствие климатиче-ских изменений (на примере исследования стабильности развития березы повислой)//Успехи современной биологии. -2011. -№ 4. -С. 425-430.
Коротченко И.С., Мучкина Е.Я. Тяжелые металлы в техногенных поверхностных об-разованиях Красноярской агломерации//Современные проблемы науки и образова-ния. -2016. -№ 4. -URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id= 25019 (дата обращения: 02.03.2017).
Корчагина К.В., Смагин А.В., Решетина Т.В. Новый метод оценки степени загрязнения почв цинком и свинцом с учетом изменения их концентраций и плотности сложения по профилю почв//Вестн. ОГУ. -2013. -№ 10 (159). -С. 264-267.
Прохорова Н.В., Матвеев Н.М. Тяжелые ме-таллы в почвах и растениях в условиях тех-ногенеза//Вестн. СамГУ. -1996. -№ 2. -С. 125-144.
Строительные расчеты и калькуляторы он-лайн. -URL: http://stroydocs.com/info/e_veter (дата обращения 10.09.2015).

Еще

Статья научная