Накопление свинца, кадмия в почве и плодоововощном сырье в экологических условиях Красноярского края

8. Определение органических веществ в почве и отходах производства и потребления: сб. метод. указаний 4.1.1061-4.1.1062-01. - М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2001. - 27 с.

9. Белых, Л.И. Полициклические ароматические углеводороды в природно-техногенных средах Южного Прибайкалья / Л.И. Белых // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. - 2005.

- № 6. - С. 539-551.

10. Полициклические ароматические углеводороды в окружающей среде: источники, профили и маршруты превращения / А.Р. Суздорф [и др.] // Химия в интересах устойчивого развития. - 1994. - №2-3. -С.511-540.

11. Ровинский, Ф.Я. Фоновый мониторинг полициклических ароматических углеводородов / Ф.Я. Ровин-ский, Т.А. Теплицкая, Т.А. Алексеева. - Л.: Гидрометеоиздат, 1988. - 226 с.

12. Lee-Ruff, E. Controlled oxidations of benzo(a)pyrene / E. Lee-Ruff, H. Kazarians-Moghaddam, M. Katz // Canadian Journal of chemistry. - 1986. - Vol.64. - 7. - P.1297-1303.

13. Майстренко, В.Н. Эколого-аналитический мониторинг стойких органических загрязнителей / В.Н. Май-стренко, Н.А. Клюев. - М.: БИНОМ, 2004. - 323 с.

14. Маковская, Т.И. Оценка современного состояния окружающей среды на объектах использования нефтяных и угольных антисептиков / Т.И. Маковская, С.Г. Дьячкова // Экология и пром-сть России. - 2008.

- № 8. - С. 38-42.

15. Перечень предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно допустимых количеств (ОДК) химических веществ в почве 6229-91. - М.: Минздрав России, 1993. - 13 с.

16. Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест: метод. указания 2.1.7.790-99. - М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2000. - 37 с.

УДК 632.1(571.51) В.А. Солошенко, А.И. Машанов

НАКОПЛЕНИЕ СВИНЦА, КАДМИЯ В ПОЧВЕ И ПЛОДООВОЩНОМ СЫРЬЕ В ЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ

В статье рассматривается проблема защиты окружающей среды от загрязнения тяжёлыми металлами (ТМ). На конкретных примерах авторы показывают, как большая концентрация предприятий металлургии, машиностроения, энергетики, горнорудной промышленности в большинстве крупных городов приводит к ежегодным выбросам загрязнителей атмосферы, почв и растений вредными веществами, по многим показателям превышающих санитарно-гигиенические нормативы (ПДК, ОДК, ДОК).

Ключевые слова: загрязнители, соли тяжёлых металлов, окружающая среда, токсиканты, свинец (Pb), кадмий (Cd).

V.A. Soloshenko, A.I. Mashanov ACCUMULATION OF LEAD, CADMIUM IN SOIL AND FRUIT-AND-VEGETABLE RAW MATERIALS IN ECOLOGICAL CONDITIONS OF KRASNOYARSK REGION

The problem of environment protection from pollution by heavy metals (HM) is considered in the article. On the concrete examples the authors show, how the big concentration of the metallurgy enterprises, mechanical engineering, power mining industry in the majority of big cities leads to annual emissions of atmosphere pollutants, soils and plants pollution with harmful substances exceeding sanitary-and-hygienic specifications (MCL, CMC , MVC ) in many indicators.

Key words: pollutants, heavy metals salts, environment, toxic substances, lead (Pb), cadmium (Cd).

Защита окружающей среды и целой системы пищевой цепи от загрязнения солями тяжёлых металлов является актуальной экологической проблемой. Важность ее для процесса производства и переработки сельскохозяйственной продукции обусловлена тем, что накопление тяжёлых металлов в возделываемых культурах приводит к контаминации продуктов питания.

Эта проблема вышла на одну из первых позиций в мировом масштабе, так как наряду с веществами природного характера существуют загрязнители антропогенного происхождения. Определение микроконцентраций токсикантов считается важной задачей как в научном, так и в практическом отношении.

Актуальность этой проблемы в настоящее время очевидна, так как для тяжёлых металлов не существует механизмов природного самоочищения в принципе: в ходе миграции они меняют лишь уровень содержания или меняют место и форму нахождения. Находясь в биологическом круговороте и включаясь во все типы миграции, они неизбежно приводят к загрязнению важнейших жизнеобеспечивающих природных сред и пищевых продуктов. Постоянный контроль над процессами накопления тяжёлых металлов в пищевых продуктах необходим для предупреждения возможного воздействия на организм человека [3].

Экологическое загрязнение окружающей среды приводит к постоянному накоплению солей тяжёлых металлов в почве, переходит в растения, а в конечном итоге получается продукция, которая имеет в себе долю тяжёлых металлов. Наиболее опасными загрязнителями считаются Нд, Сс1, 7п, РЬ и их накопление и распределение в окружающей среде происходит очень быстро.

Мониторинг в рамках исследований Государственного комитета санитарно-эпидимиологического надзора совместно с Институтом питания РАМН в период с 1993-1998 гг. свидетельствует о том, что по России в 0,8-4% изученных проб пищевых продуктов растительного происхождения наблюдается превышение содержание солей свинца и кадмия.

В некоторых районах постоянного антропогенного воздействия на почвы были отслежены районы с устойчивым отклонением от нормальных показателей.

По наблюдениям за ситуацией в отдельно взятом регионе можно судить о постоянном антропогенном и техногенном воздействии. Повышенное содержание в объектах биосферы токсических веществ в количествах, превышающих ПДК, для человека, проживающего в данной среде, уже представляет значительную опасность, потому что постоянно происходит процесс кумулятивности и токсичного воздействия на организм. Большое негативное воздействие на окружающую среду оказывает тетраэтилсвинец, который выделяется при сгорании бензина. Ряд солей тяжёлых металлов, которые загрязняют почву, очень многочисленный, сюда можно отнести СС, Сг, №, Со, Нд, Дв, Мп [1; 7].

В настоящее время нет окончательного утверждения о степени перехода солей тяжёлых металлов и их других соединений из почвы в растения, из плодоовощной продукции в организм человека. Требуется наиболее полное представление о тканях и частях растений, в которых наиболее аккумулируются соли тяжёлых металлов и их дальнейшее воздействие на органы человека. Прямо пропорциональная зависимость содержания тяжёлых металлов в растительной продукции и попадания в организм человека требует комплексного подхода к разработке методов безопасного производства плодоовощного сырья и минимизированного риска употребления его в пищу [8].

Решение проблемы получения экологически безопасной продукции на загрязненных территориях невозможно без учета миграции и аккумуляции ТМ в почвенном профиле [4]. Анализ содержания тяжёлых металлов в почвах указывает на характерную пространственную и вертикальную неоднородность почв. В горизонтах более тяжелых по механическому составу содержание кадмия выше, чем в почвообразующих породах.

Характер распределения свинца по профилю почвы аналогичен распределению органического вещества. Наибольшее количество свинца находится верхнем (15 см) слое почвы. Среднее содержание свинца в земной коре составляет 16 мг/кг, концентрация элемента в почвах варьирует в пределах 2-200 мг/кг. В основных типах почв России имеется от 5 до 30 мг/кг свинца [7].

Содержание кадмия в почвах России находится в пределах 0,01-1 мг/кг. Кадмий обладает более высокой, чем свинец, миграционной способностью, он примерно в 100 раз более растворим и, следовательно, более подвижен. Почвы одного и того же типа могут различаться по содержанию элемента в 10-50 раз. Причем фоновые уровни концентрации кадмия в почве, как правило, не превышают 0,5 мг/кг, поэтому более высокое её значение свидетельствует об антропогенном загрязнении пахотного слоя почвы [2;4].

Постоянное употребление человеком экологически неблагополучной пищи продукциидает негативные последствия и может вызвать такие заболевания, как иммунодифицит, болезни крови, разные формы интоксикации, синдром постоянной слабости, а также аллергические реакции [3].

Контроль и оценка влияния солей тяжёлых металлов на организм человека приобретает всё большую важность; с учётом процесса постоянной миграции происходит увеличение территориального нахождения тяжёлых металлов. В связи с этим необходимость отслеживания наиболее загрязнённых территорий имеет важное значение.

За последнее время негативное антропогенное воздействие на окружающую среду становится всё более интенсивным и масштабным.

При поступлении в организм человека солей тяжелых металлов с растительной пищей, а произрастание плодоовощного сырья происходит в большей степени из почвы, агрохимические исследования на техно-

генно загрязнённых территориях приобретают важное значение в местах, где в питании населения преобладает плодоовощная продукция [6].

Тяжёлые металлы в плодоовощном сырье не только снижают качество продукции, но и влияют на рост и развитие растений.

При сильном загрязнении среды обитания поток тяжёлых металлов становится столь большим, что наблюдается повышенное содержание их не только в вегетативных органах, но и в органах запасания ассимилятов. Растения выглядят угнетенными (хлорозы, некрозы), снижается их продуктивность. Это указывает на нарушение течения метаболических процессов. При очень сильном загрязнении среды обитания растения гибнут.

Накопление тяжёлых металлов растениями, произрастающими на загрязненных почвах, в значительной степени зависит от уровня загрязнения последних. Однако сильная прямая корреляция между этими показателями обнаруживается не всегда, поскольку поток тяжёлых металлов из почвы в растения определяется не только валовым содержанием, но и концентрацией в почве их подвижной формы [3-4].

В регионах с сильным загрязнением в продукцию может попадать значительное количество кадмия. В зоне загрязнения кадмием (с содержанием в почве свыше 1 мг/кг) в организм человека с продуктами питания, главным образом с овощами и картофелем, ежесуточно поступает 85 мкг кадмия (при дополнительной суточной дозе в 60-70 мкг). В более сильно загрязненных зонах (с содержанием кадмия в почве 2,5 мг/кг) поступление этого металла в организм превышает допустимую суточную дозу втрое. Особенности распределения свинца по органам растительного организма таковы: наиболее сильно загрязнены корни; в меньшей степени - листья; очень мало - зерно [2].

Содержание только свинца в овощах, выращенных вблизи автомагистралей пригородных хозяйств г. Красноярска (Емельяново, Солонцы, Березовка), превышает ПДК в 3-5 раз [10]. Избыточное содержание этого элемента отлично и в других пригородных районах [11].

Наибольшее количество свинца в растениях содержится в конце июля - начале августа (в период массового цветения трав природных экосистем) с постепенным снижением к осени. Токсичные для растений концентрации ТМ в зависимости от свойств почв могут варьировать в значительной степени. Эти уровни колеблются в 2-5 раз для различных ТМ при выращивании сельскохозяйственных культур и до 30 раз при производстве кормов. Критические уровни содержания ТМ в растениях и растительных кормах (мг/кг сухого вещества) для свинца - 10-20 (растения), 10-30 (растительные корма); для кадмия - 5-10 (растения),

0,5-1 (растительные корма) [7; 9].

Основным механизмом токсического действия свинца является влияние его на внутриклеточные процессы, опосредованные кальцием. Сходство свинца в процессах отложения и переноса с кальцием обусловливает его высокие концентрации в костной ткани. Содержание металла в костях мышей увеличивается со временем, а в мягких тканях уменьшается. Известно, что большинство ТМ оказывает выраженное иммуно-тропное действие, что может сказаться на состоянии здоровья людей, проживающих в районах с антропогенным загрязнением свинцом, хромом, кадмием, ртутью.

Основные пути поступления кадмия в организм - это желудочно-кишечный тракт и органы дыхания. Обмен кадмия характеризуется следующими основными особенностями: отсутствием эффективного механизма гомеостатического контроля; длительным удержанием в организме с необычно долгим периодом полувыве-дения (у человека 25 лет); преимущественным накоплением в печени и почках; интенсивным взаимодействием с другими двухвалентными металлами как в процессе всасывания, так и в тканевом уровне [5; 8].

Всасывание кадмия происходит в тонкой кишке; величина всасывания для кадмия существенно выше, чем для меди и цинка, с которыми он, по-видимому, имеет общий транспортный механизм. Для человеческого организма в целом период полувыведения кадмия тоже очень велик и составляет по разным оценкам 15-30, 18-38 и 10-30 лет. Кадмий оказывает выраженное действие на обмен ряда МЭ, в первую очередь, цинка, железа, селена. Это влияние проявляется на уровне ферментативных, а также функции целого организма. Кадмий можно рассматривать как специфический антиметаболит цинка [3].

Анализ литературы показывает, что информации по данному вопросу недостаточно и нет комплексных исследований по накоплению и распределению солей тяжёлых металлов в плодоовощном сырье и продукции, изготовленной на его основе.

Целью работы являлось выявление тяжёлых металлов в почве и в плодоовощном сырье, в техногенных зонах Красноярского края (городах Канск, Уяр, Ачинск, Красноярск).

Объектами исследований были картофель, морковь, свекла, капуста, почва. Количественное содержание солей тяжёлых металлов в образцах определялось с помощью атомно-адсорбционного аппарата типа "Спектр 5-3”. Отбор образцов производился согласно требований СанПин 2.3.2.1078-01. Образцы плодоовощной продукции отбирались в техногенных зонах городов Красноярского края, расположенных на расстоянии 500-900 м от источников загрязнения (Алюминиевый завод, близость трассы). Полученные данные представлены в табл. 1.

Таблица 1

Содержание тяжёлых металлов в почвах промышленных городов Красноярского края

Место отбора проб Свинец, мг/кг Доп. уровень, мг/кг, не более Кадмий, мг/кг Доп. уровень, мг/кг, не более pH (КСІ), ед. pH

Пригородная зона, г. Ачинск 14,5 15,9 0,2 0,3 6,7

Пригородная зона, г. Канск 17,3 15,9 0,28 0,3 6,9

Пригородная зона, п. Песчанка, г. Красноярск 16,3 15,9 0,31 0,3 6,6

Из данных табл. 1 видно, что содержание солей тяжёлых металлов в почвах промышленных городов Красноярского края различна. Наибольшее содержание свинца в пробах почвы отмечено в Пригородной зоне г. Канска - 17,3 мг/кг, г. Красноярска - 16,3 мг/кг. Немного ниже в г. Ачинске - 14,5 мг/кг.

Содержание солей тяжёлых металлов в образцах плодоовощного сырья в техногенных зонах промышленных городов Уяра и Красноярска представлены в табл. 2.

Как видно из табл. 2, содержание тяжелых металлов в плодоовощном сырье техногенных зон городов Красноярского края находится в прямой зависимости от источников загрязнения.

Таблица 2

Содержание тяжёлых металлов в плодоовощном сырье промышленных городов Красноярского края

Место отбора проб Культура Свинец, мг/кг Доп. уровень, мг/кг, не более Кадмий, мг/кг Доп. уровень, мг/кг, не более

Пригородная зона, г. Уяр Картофель 0,21 0,03 0,019 0,03

Пригородная зона, г. Уяр Свекла 0,3 0,05 0,013 0,05

Пригородная зона, Солонцы, г. Красноярск Картофель 0,071 0,03 0,014 0,03

Пригородная зона, Солонцы, г. Красноярск Свекла 0,13 0,05 0,009 0,05

Так, на пригородном участке г. Уяра содержание свинца в образцах картофеля составило 0,21 мг/кг при допустимом уровне 0,03 мг/кг. Содержание свинца в образцах свеклы 0,3 мг/кг при допустимом уровне 0,05 мг/кг. В то же время содержание свинца в образцах картофеля пригородной зоны г. Красноярска (п. Солонцы) составляло 0,071 мг/кг при допустимом уровне 0,03 мг/кг, кадмия - 0,0І4 мг/кг при допустимом уровне 0,03 мг/кг. Содержание свинца в образцах свеклы составляет 0,13 мг/кг при допустимом уровне 0,05 мг/кг, кадмия - 0,009 мг/кг при допустимом уровне 0,05 мг/кг.

Таким образом, исследования по выявлению солей тяжёлых металлов в плодоовощном сырье - картофеле, свекле, выращенных в разных техногенных зонах Красноярского края, указывают на широкий диапазон усвояемости этих элементов культурными растениями.

В связи с этим возникает необходимость проведения комплексных исследований по определению содержания свинца, кадмия и других тяжёлых металлов в плодоовощном сырье, изученном в пригородных техногенных зонах Красноярского края. Такие исследования позволяют выявить и определить территории, пригодные для выращивания плодоовощной продукции и получения экологически безопасных продуктов растениеводства.

Литература

1. Абрамова, Т.Н. Источники поступления тяжелых металлов и их воздействие на агроэкосистемы / Т.Н. Абрамова, В.К. Кузнецов, Н.И. Исамов // Тяжелые металлы, радионуклиды и элементы - био-

филы в окружающей среде: докл. 2-й междунар. науч.-практ. конф. - Семипалатинск, 2002. - Т.2. -С.413-416.

2. Авраменко, П.М. Загрязнение почвы тяжелыми металлами и их накопление в растениях/ П.М. Авраменко, С.В. Лукин // Агрохим. вестн. - 1999. - №2. - С.31-32.

3. Авцын, А.П. Микроэлементы человека / А.П. Авцын, А.А. Жаворонков, М.А. Риш. - М.: Медицина, 1991. - 496 с.

4. Поповичева, Л.Л. Влияние мелиорантов на состояние свинца в загрязненных дерново-подзолистых почвах и его поступление в растения / Л.Л. Поповичева. - М., 1988. - 24 с.

5. Оценка ущерба окружающей среде от загрязнения токсичными металлами / А.А. Головин, И.А. Морозова [и др.] / под ред. Э.К. Буренюва. - М., 2000. - 117с.

6. Морковкин, Г.Г. Поступление Тм и МЭ в организм человека с продуктами питания и их влияние на здоровье населения / Г.Г. Морковкин, Е.В. Панова // Тяжелые металлы, радионуклиды и элементы-биофилы в окружающей среде: докл. 2-й Междунар. науч.-практ. конф. - Семипалатинск, 2002. -Т.2. - С.293-303.

7. Кроль, М.Ю. Изучение комбинированного действия соединений ртути, кадмия и свинца / М.Ю. Кроль // Геохимическая экология и биогеохимическое изучение таксонов биосферы. - Горно-Алтайск, 2000.

- С 160-161.

8. Киприянов, Н.А. Экологически чистое растительное сырьё и готовая пищевая продукция / Н.А. Ки-приянов. - М.: Агар, 1997. - 106 с.

9. Кузубова, Л.И. Элементы экотоксиканты в пищевых продуктах / Л.И. Кузубова, О.В. Шуваева. - Новосибирск, 2000. - 67с.

10. Ильин, В.Б. Распределение свинца и кадмия в растениях пшеницы, произрастающих на загрязненных этими металлами почвах / В.Б. Ильин, М.Д. Степанова // Агрохимия. - 1981. - №5. - С.114-119.

11. Экологический кризис г. Красноярска, цифры и факты: проект В. Беседина. - Красноярск: Стап, 1997. - 40 с.

12. Гигиенические нормативы. ГН 2.1.7.020-94. Почва, очистка населенных мест, бытовые и промышленные отходы, санитарная охрана почвы. Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) тяжёлых металлов и мышьяка в почвах.

УДК 631.41(571.1) М.П. Сартаков, В.Д. Тихова

ГРАФОСТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И СПЕКТРОСКОПИЯ ЯМР13С МОЛЕКУЛ ГУМИНОВЫХ КИСЛОТ

ТОРФОВ СРЕДНЕГО ПРИОБЬЯ

Впервые получены данные химического состава и спектроскопии ЯМР13 C гуминовых кислот торфов Среднего Приобья. Выявлены их значительные различия. Показано, что методы хорошо согласуются. Ключевые слова: гуминовые кислоты, элементный состав, спектроскопия ЯМР13 C.

M.P. Sartakov, V.D. Tikhova

GRAPHIC ANALYSIS AND SPECTROSCOPING OF NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE13 CARBON OF PEAT HUMUS ACIDS MOLECULES IN THE MIDDLE PRIOB

Chemical composition and spectroscoping of NMR13C of peat humus acids data in the Middle Priob are researched for the first time. Their significant differences are revealed. It is shown that techniques fit each other well. Key words: humus acids, element composition, spectroscoping of NMR13C.

Введение. Атомные отношения Н:С-О:С, определенные из результатов элементного анализа и спектроскопия ЯМР13С, позволяют судить о принципах строения гуминовых кислот (ГК). В частности, пользуясь методом графостатистического анализа, удается установить схему построения молекулы и соотношение в ней ароматических и алифатических структур, которая качественно и количественно подтверждается спектроскопией ЯМР13С.