К.б.н., Шаймарданова Б.Х., Тулепбергенов К.С., Асылбекова Г.Е.

Павлодарский государственный педагогический институт, Казахстан

Тяжелые металлы (Zn и Cu) в системе «почва-растение» в техногенных условиях г.Павлодар

Экосистема крупного промышленного центра г.Павлодар на северо-востоке Казахстана включает в себя 87 предприятий, в т.ч. АО «Алюминий Казахстана» (ПАЗ и ТЭЦ-1), ТОО «ПТЭЦ-2», ТОО «ПТЭЦ-3», ЗАО «Павлодарский нефтехимический завод»,ОАО «Павлодарский химзавод», ОАО «Казахстантрактор», ТОО «Кастинг» и др. В черте города также расположены более 20 котельных и 5751частных домостроений, которыми в год сжигается более 3,5 млн.тонн угля [2].

В почвах г.Павлодар отмечается сильное загрязнение медью, цинком, кадмием, свинцом в сравнении с фоном и превышение их кларка в земной коре [2]. В промышленных отвальных породах содержатся избыточные концентрации тяжелых элементов. Установлено, что загрязнение почв происходит преимущественно с осадками сточных вод и на 30-40% от атмосферных загрязнений. Тяжелые металлы в почве через трофическую цепь поступают в растения. Некоторые авторы отмечают, что в почвах с высоким содержанием органического вещества мобильность тяжелых элементов снижается, следовательно, их токсичность на растения менее выражена [3].

Несмотря на повышенное содержание некоторых валовых микроэлементов, об обеспеченности растений микроэлементами следует судить только по подвижным его формам. Определение подвижных форм микроэлементов в почвах дает представление о количественном соотношении доступных растениям микроэлементов от валовых форм. По средним данным 80-90% микроэлементов представлены труднодоступными соединениями [4].

Оценка состояния почв городской системы в условиях многолетнего техногенного загрязнения представляется важной для осознания экологического риска для населения и необходимости оздоровления городской среды. Загрязнение окружающей среды такими токсикантами, как тяжелые металлы – свинец, цинк, медь, кадмий, относящихся к элементам 1 (Pb, Cd, Zn) и 2 (Cu) класса опасности, чревато в целом для системы «почва – растения». Накопление и распространение по пищевым цепям этих загрязнителей в конечном итоге оказывает негативное воздействие на состояние природной среды и здоровье населения.

В качестве объекта исследования рассмотрены почвы и растения селитебной и северной промышленной зон. В соответствии с инфраструктурными особенностями и характером озеленения города в селитебной зоне выделены подзоны: рекреационная, пришкольные участки, автодороги. Рекреационная зона (зона отдыха горожан) охватывает отдельные парки и скверы Павлодара: площадь Конституции, парки Победы и Гагарина, городской сад, набережная р.Иртыш. Зона пришкольных участков включает территории средних общеобразовательных школ №№ 14, 16, 21, 22, 41, гимназии №3, школы–интернат №25. Зона автодорог представлена наиболее насыщенными транспортом магистралями города (ул. Кутузова, 1 Мая, Торайгырова, Чкалова, Ломова, Естая, Толстого).

Сбор почвенных образцов и листвы древесной растительности произведен в 2004 – 2006 гг. с учетом экспозиции преобладающего ветра. В целях анализа системы «почва-растение» лиственные и почвенные образцы взяты из одних мест (общее количество 140). Отбор почвенных образцов производился согласно общепринятой методике (метод конверта, мощность анализируемого слоя - от 5 до 20 см) [5]. Листья отбирали методом случайной выборки на уровне вытянутой руки (по нескольку листьев с разной стороны дерева). Одновременно с отбором проб древесной растительности проводили визуальную оценку состояния растений и отмечали наличие признаков фитотоксического угнетения или поражения растений.

Содержание тяжелых металлов в почве и растительности определяли методом вольт-амперометрической инверсии на приборе СТА в соответствии с ГОСТ Р 8.563-96 ТУ 08-47/120 «Почва, растительность, природные и питьевые воды. Методика выполнения измерений массовых концентраций кадмия, свинца, цинка и меди методом инверсионной вольтамперометрии».

Анализ содержания цинка в почве и древесной растительности.

Анализ накопления цинка в почвах селитебной и промышленной зон показал следующие результаты: среднее значение по селитебной зоне - 18,76 мг/кг, по промышленной зоне - 11,67 мг/кг, то есть превышение содержания Zn в 1,61 раза наблюдается в зонах проживания городского населения. Превышение концентрации элемента в черте города и пригорода по ПДК (32 мг/кг) не обнаружено. Результаты по содержанию цинка в деревьях также показывают повышенные накопления в селитебной зоне в сравнении с промышленной: сосна в 4.4 раза, клен в 2.35 раза, береза в 1.4 раза. Наиболее аккумулирующие свойства отмечены для тополя (3,57 мг/кг), березы (3,39) и клена (4,71 мг/кг). Менее выражена накопительная способность у сосны - 0,88 мг/кг (табл.1).

Таблица 1 – Содержание Zn в почве и растениях

Название зоны	Почва (мг/кг)	Растения (мг/кг)
		Тополь	Береза	Клен	Сосна	Среднее значение по зонам
Селитебная зона	18,76	3,12	3,97	4,71	3,89	3,92
Промышленная зона	11,67	4,03	2,81	2,00	0,88	2,43
Среднее значение	15,21	3,57	3,39	3,35	2,38	3,17

Содержание Zn в листве разных видов деревьев варьирует, согласно этому составлен убывающий ряд по аккумуляции металла: тополь > береза > клен > сосна.

При сопоставлении данных по накоплению цинка в почве и листве было отмечено, что такие растительные объекты как береза, клен и сосна проявляют индикаторные свойства по обнаружению данного элемента в почве.

Диаграмма 1 - Содержание Zn в системе «почва – растительность»

Анализ содержания меди в почве и древесной растительности.

В почве Павлодара накопление меди составило 5,17 мг/кг (селитебная зона) и 5,63 мг/кг (промзона). Согласно ПДК (3 мг/кг) по Cu в почве обнаруживается повсеместное загрязнение, общий коэффициент опасности К_о составил 1,8.

В свою очередь, содержание данного элемента в растительных объектах ПДК (10 мг/кг) не превышает. Накопление меди в листьях, рассматриваемых видов деревьев, и хвое сосны варьирует от 1.05 мг/кг (сосна) до 3.91 мг/кг (береза). Отмечены незначительные колебания содержания металла в березе, клене и тополе по зонам города. Накопление металла в сосне из промышленной зоны (2,74 мг/кг) в 2,6 раза больше, чем в селитебной (1,05 мг/кг). В большей степени способность к аккумуляции меди отмечена у березы, тополя, клена, в меньшей - у сосны. Ряд убывания по накоплению Cu представлен: береза > тополь > клен > сосна (табл. 2).

Таблица 2 – Содержание Cu в почве и растениях

Название зоны	Почва, мг/кг	Растения, мг/кг
		Тополь	Береза	Клен	Сосна	Средние значение по зонам
Селитебная зона	5.17	2.68	3.91	2.88	1.05	2,63
Промышленная зона	5.63	3,44	3.07	2.40	2.74	2,91
Среднее значение	5,4	3,06	3,49	2,64	1,89	2,77

Распределение меди в системе «почва-растение» в селитебной и промышленной зонах г.Павлодар отражено в диаграмме 2.

Диаграмма 2 - Содержание Cu в системе «почва – растительность»

По почвенным образцам можно судить о том, что распределение металла в целом по селитебной и промзонам равномерное и составляет в среднем 5,4 мг/кг.

Таким образом, по результатам исследования можно судить о характере накопления тяжелых металлов (цинка и меди) в системе «почва – растительность» в природно-антропогенной экосистеме г.Павлодар. Преимущественное накопление Zn обнаружено в почвах селитебной зоны в сравнении с промзоной. Аналогичная тенденция в аккумуляции цинка отмечена для деревьев: клена, березы, сосны. Содержание меди в почвах из селитебной и промзон находится на одном уровне, при этом установлено повсеместное превышение ПДК. Преимущественное накопление данного элемента в селитебной зоне отмечено у березы и клена. Сосна и тополь аккумулируют медь в большей степени в промышленной зоне.

Для оценки экологических рисков и прогнозирования изменений в экосистеме города Павлодар считаем возможным рекомендовать проведение комплексной экопаспортизации г.Павлодар, проведение независимого общественного экологического мониторинга состояния окружающей среды с использованием организмов-биотестов. В целях снижения экологических рисков воздействия ТМ на здоровье окружающей среды в северной и юго-восточной промышленных зонах необходимо проводить рекультивацию пылящих территорий, т.е. укреплять почвы; высаживать зеленые насаждения с использованием растений-индикаторов ТМ. Многоярусный растительный барьер позволит задержать не только пылевые частицы, но и станет накопителем различных токсикантов.

Литература:

1. Панин и др.,2004 влияние на содержание химических элементов в почвах г.Павлодара Современные проблемы загрязнения почв.Международная научная конференция. Москва.24-28 мая 2004г. С.333-335;

2. Сенновская Т. Сад у дороги // Наука и жизнь, №5, С.93-98, 2006;

3. Ильин, Степанов, 1957;

4. Борьба с загрязнением почвы/ Рэуце К., Кырстя С.//Пер. с румын. К.И. Станькова; Под ред. и с предисл. В.К. Штефана. – М.:ВО Агропромиздат, 1986.-221с;

5. Ващенко И.М. и др. Практикум по основам сельского хозяйства.: Учеб. пособие для студентов биол. пед. инст-тов/ И.М. Ващенко, К.П. Ланге, М.П. Меркулов; под ред. И.М. Ващенко. – М.: Просвещение, 1982. – 399с.