Содержание химических элементов в древесных растениях на отвалах кумертауского буроугольного разреза, туканского карьера и учалинского горно-обогатительного комбината

Экология Ау

содержание химических элементов в древесных растениях на отвалах кумертауского буроугольного РАЗРЕЗА, туканского карьера и учалинского горно-обогатительного КОМБИНАТА

р. Х. ГИНИЯТУЛЛИН, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, Институт биологии Уфимского научного центра РАН

450054, г. Уфа, Проспект Октября, д. 69; тел. (347)235-62-47

Ключевые слова: тополь дрожащий, береза повислая, сосна обыкновенная, тяжелые металлы. Keywords: Populus tremula, Betula pendula, Pinus sylvestris, heavy metals.

Промышленные отвалы представляют собой пример техногенных экотопов, где трансформация природной среды приводит к разрушению естественного соотношения ее биотических и абиотических компонентов с изменением концентраций и перераспределением минеральных и органических соединений, появлением комплекса новых факторов, различных по физикохимическим характеристикам и биологической значимости [5].

Известно, что отвалы являются центром повышенного содержания химических элементов и растения, осваивающие данные техногенные местообитания посредством самозарастания, подвергаются интоксикации [4].

Оптимизация окружающей среды и оздоровление промышленно развитых регионов могут быть решены методом лесной рекультивации. Древесные растения— естественный универсальный фильтр, способный в комплексе с техническими средствами предохранять окружающую среду от загрязнителей [2, 5].

Цель и методика исследования.

Цель работы — изучить особенности накопления металлов древесными растениями, оценить роль лесных насаждений в поглощении металлов в условиях Кумертауского буроугольного разреза (КБР) и Учалинского горно-обогатительного комбината (УГОК) и Туканского железорудного месторождения (ТЖК).

Полевые и лабораторные исследования проводились в течение несколько лет. Объектом исследований были древесные растения с отвалов из естественных и искусственно созданных фитоценозов. Для сравнительного анализа аккумулятивных способностей разных пород к ТМ в близкие календарные сроки (конец июля-начало августа) были отобраны пробы листьев (хвои). Пробы брали из нижней части кроны на высоте 2-2,5 м, как правило, с 3-5 особей каждого вида, представленных в насаждении. Определялось содержание K, Ca, Ti, Mn, Fe, Co, Cu, Sr, Pb в листьях осины (Populus tremula), березы повислой (Betula pendula Roth) и сосны обыкновенной (Pinus sylvestris). При сборе и обработке фактического материала использованы стандартные методы. Содержание элементов (K, Ca, Ti, Mn, Fe, Co, Cu, Sr, Pb) в листьях древесных растений определялось методом рентгено-флюоресцентного анализа на установке WRA-2 (Германия).

Результаты исследований.

Изучение содержания металлов в листьях древесных растений в условиях промышленного отвала показало ряд особенностей. На основании полученных результатов установлено, что содержание К, Са, Мп в листьях березы в условиях КБР и УГОК намного выше, чем в условиях ТЖК. В условиях отвалов содержание К (мг/кг) в листьях березы возрастает в ряду: 9100 (ТЖК) < 10000 (УГОК) < 17600 (КБР). Несколько иная картина наблюдается в листьях осины в условиях ТЖК по содержанию К, где концентрация меньше в 80-90 раз, чем в условиях КБР и УГОК (табл. 1).

Высокое содержание К в хвое сосны наблюдается КБР, УГОК и ТЖК. Высокое содержание металла в неблагоприятных условиях техногенеза служит противоином для нейтрализации отрицательных зарядов как органических и неорганических анионов, так и клеточных полиэлектролитов [10], что играет огромную роль в жизнедеятельности растений. Растения потребляют К в течение всего периода вегетации [9]. Однако его поглощение растениями и прочность связывания зависит от некоторых особенностей взаимодействий элементов между собой. Увеличение концентрации катионов Са угнетает поступление К в организм растений [7]. Данный эффект выражен в содержании элемента в листьях березы и осины в условиях УГОК и хвое сосны в условиях

ТЖК. В условиях КБР и ТЖК, кроме сосны, в растительном материале наблюдается обратная картина (табл. 1).

По нашим данным, концентрация Т в листьях березы, осины и хвое сосны в условиях отвалов незначительная. Наиболее существенных различий в накоплении Т у растений разных видов не наблюдается.

Марганец в растениях накапливается по-разному. Полученные средние значения по отдельным видам превышает норму.

Повышенное содержание Мп в листьях и хвое в растениях на отвалах КБР и ТЖК. Содержание Мп в условиях КБР и ТЖК в листьях березы, осины и хвое сосны в 6-7 раза выше, чем на отвалах УГОК.

Повышенное содержание Мп в растениях на отвалах ТЖК объясняется геологическими особенностями района, нахождением рядом с железорудным месторождения.

Считается, что Мп не является загрязняющим почвы веществом, но известно, что в кислой среде наблюдаются эффекты фитотоксичности Мп [1]. Нормальным содержанием Мп для трав считается 100,0 мг/кг, или в интервале от 20,0 до 300,0 мг/кг сухого вещества. ПДК для трав не установлена. Критической считается концентрацияСи является одним из важнейших микроэлементов для развития растений. Почти вся медь в растениях концентрируется в хлоропластах. Содержание в почве Си на уровне

таблица 1

Среднее содержание элементов (мг/кг) в листьях древесных растений в условиях отвалов

УГОК, КБР, ТЖК

Учалинский горно-обогатительный комбинат

Образцы K Ca Cu Mn Pb Fe Ti Sr

Populus tremula 14600 17700 2,37 290 10 64G 1,8 2GG

Betula pendula 10000 15600 3,2 52G 7 510 1,5 б5

Pinus sylvestris 86GG 47GG 3,36 2GG 10 518 1,6 3G

Кумертауский буроугольный разрез

Oбразцы K Ca Cu Mn Pb Fe Ti Sr

Populus tremula 11700 9100 4,8 1084 4,5 125 1,8 579

Betula pendula 17600 12760 5,4 1340 9,6 165 1,4 бб

Pinus sylvestris 88GG 42GG 2,9 1400 15 272 1,6 39

Туканский железорудный отвал

Oбразцы K Ca Cu Mn Pb Fe Ti Sr

Populus tremula 146 11900 2,55 48G 12,5 74 1,5 б5

Betula pendula 9100 2900 4,22 1240 21,5 156 1,8 2GG

Pinus sylvestris 10800 3100 3,11 1134 10 3,11 1,6 3G

Экология »

6-15 мг/кг считается недостаточным, 15-60 мг/кг — нормальным и более 60 мг/кг — избыточным. Избыток Си в почве ведет к развитию хлороза у растений.

Нормальное содержание Си для трав считают интервал концентраций от 5,0 до 30,0 мг/кг. Критической концентрацией Си для растений считает 150,0 мг/кг [8].

В условиях отвалов содержание Си неодинаково.

В листьях осины и березы растущем в КБР данный элемент содержится в количестве от 4,8 до 5,4 мг/кг, в ТЖК — от 2,55 до 4,22 мг/кг в УГОК соответственно. В хвое сосны содержание Си во всех отвалах варьирует от 2,99 мг/кг до 3,36 мг/кг. Антогонизм Си и Fe проявляется как Си индуцированный хлороз. Высокий уровень Си в растении снижает содержание Fe в хлоропластах. Fe со своей стороны

ослабляет поглощение Си из почвенных растворов [3]. В условиях отвала видимо высокий уровень Fe в растении ослабляет поглощение Си (табл. 1).

Для растений РЬ представляет наименьшую опасность. РЬ может снижать подвижность в почве других металлов, например, молибдена, образуя с анионом молибденовой кислоты молибдат свинца РЬМо04.

Однако очень высокие концентрации свинца в почвах могут существенно подавлять рост растений и вызвать хлороз, обусловленный нарушением поступления от

0,1 до 5,0 мг/кг сухого вещества, критической — 10,0 мг/кг [8]. На отвалах КБР и УГОК в листьях березы, осины и хвое сосны накапливается в пределах нормы. В условиях ТЖК концентрация РЬ в листьях березы и осины достигает превышающая норму, а хвое сосны критическую норму (табл). По

Г. И. Махониной (1987) предельно допустимая концентрация РЬ в растениях не должна превышать 10 мг/кг сухого вещества. По сравнению с этой величиной во всех растениях на отвалах ТЖК РЬ больше в 1,5-2,5 раза, т. е. избыточно.

Выводы.

Древесные растения на отвалах КБР, ТЖК, УГОК своеобразны по химическому составу. В них меньше нормы медь, близко к норме содержание железа в отвалах КБР и ТЖК, значительно больше ее концентрации калия, кальция, марганца, свинца. В условиях рассмотренных отвалов древесные растения являются аккумуляторами металлов и могут быть они рекомендованы для биологической рекультивации техногенных ландшафтов, поскольку выполняет средоочищающую функцию благодаря высокой поглотительной способности.

Литература

1. Алексеев Ю. В. Тяжелые металлы в почвах и растенийх. Л. : Агропромиздат, 1987. 170 с.

2. Илькун Г. М. загрязнения атмосферы и растения. Киев : Наукова думка, 1978. 247 с.

3. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. М. : Мир, 1989. С. 191-201.

4. Ковальский В. В. Геохимическая экология. М. : Наука, 1974. 298 с.

5. Кулагин Ю. З. Индустриальная дендроэкология и прогнозирование. М. : Наука, 1985. 117 с.

6. Махонина Г. И. Химический состав растений на промышленных отвалах Урала. Свердловск : Изд-во Урал. ун-та, 1987. 168 с.

7. Павлов И. И. Изучение сорбции фтора в листьях древесных растений // Химия растительного сырья. 1999. № 2. С. 37-43.

8. Прохорова Н. В., Матвеев Н. М., Павловский В. А. Аккумуляция тяжелых металлов дикорастущими и культурными растениями в лесостепном и степном Поволжье. Самара : Самарский ун-т, 1998. 97 с.

9. Шеуджен А. Х. Биогеохимия. Майкоп : ГУРИПП «Адыгея», 2003. 1028 с.

10.Ягодин Б. А., Виноградова С. Б., Говорина В. В. Кадмий в системе почва-удобрение-растения-животные организмы и человек // Агрохимия. 1989. № 5. С. 118-130.

БИОТЕСТИРОВАНИЕ ТОРфЯНыХ ПОЧВ

С мест аварийных разливов нефти разной давности в ханты-мансийском

АВТОНОМНОМ округе

А. м. ЦУЛАИЯ, аспирант, Тюменская ГСХА

625003, г. Тюмень, ул. Республики, д. 7

Ключевые слова: нефтяное загрязнение, биотестирование, кострец, овес, низшие ракообразные. Keywords: oil pollution, bioassay, rump, oats, lower crustaceans.

Болота являются естественным природным фильтром механической и биологической очистки поверхностных и грунтовых вод. Одновременно они являются перераспределителями водных ресурсов, а заодно и техногенного загрязнения [1].

Наибольшие по площади разливы нефти в ХМАО имеют место на верховых олиготрофных болотах с высоким уровнем грунтовых вод. Они характеризуются обширным растеканием нефти от места разлива и разной интенсивностью проникновения вглубь почвенного профиля [2, 3, 4]. Вместе с тем основной массив публикаций посвящен влиянию нефти либо на таежные (лесные), либо на луговые фитоценозы [5, 6, 7], что же касается болотных экосистем, то последствия их загрязнения изучены недостаточно [8].

Материал и методы исследования.

Полевые работы проводились в 2008-2009 году в Сургутском и Нижневартовском районах ХМАО на Повховском, Ватьеганском, Покачевском,

Федоровском, Восточно-Сургутском, Западно-Сургутском и Самотлорском месторождениях. Объекты исследования— участки болот, подвергшиеся свежему нефтяному загрязнению и загрязненные от 1 до 17 лет назад, нерекульти-вированные и рекультивированные.

Нерекультивированные участки. Вать-Еганское месторождение. Свежий разлив нефти на верховом болоте (2009 г.), площадь разлива — 3 га. Отбирались пробы торфа от края разлива по уклону земной поверхности через 1, 10, 20, 30, 40 и 50 м. Повховское месторождение. Разлив нефти в 2007 г. на верховом болоте. Площадь свободной нефти — 0,004 га. Отбирались пробы торфяной почвы на расстоянии от разлива через 1, 10 и 100 м. Остальные пробы отобраны на рекультивированных участках разной давности нефтяного загрязнения (аварийные разливы).

Определяли нефтепродукты [9], хлориды [10] и токсичность почв [11, 12]

методами, повсеместно используемыми для целей контроля качества среды. В качестве тест-объектов использовали злаковые растения — кострец безо -стый (Bromopsis inermus) и овес посевной ^епа sativa) как культуры, используемые для рекультивации нарушенных земель, а также представителя низших ракообразных Ceriodaphnia affinis.

В лаборатории пробы торфа высушивали, освобождали от посторонних включений, измельчали, помещали в чашки Петри слоем 2 см, увлажняли до 60 % влагоемкости отстоянной питьевой водой и высевали семена овса и костреца по 50 штук. Эксперименты проводились в трех повторностях, в течение 7 дней. Определяли: количество проросших семян, массу проростков, количество и длину листьев и корней. В водную вытяжку почв