Аккумуляция кобальта и никеля в почве, подстилке и в органах сосны обыкновенной в условиях Елецкого промышленного центра

Размещено на http://www.allbest.ru/

Елецкий государственный университет имени И.А. Бунина

Уфимский институт биологии РАН

Рязанский государственный агротехнологический университет им. П.А. Костычева

Электронный научно-производственный журнал «АгроЭкоИнфо»

Аккумуляция кобальта и никеля в почве, подстилке и в органах сосны обыкновенной в условиях Елецкого промышленного центра

Дубровина О.А., Зайцев Г.А., Зубкова Т.В., Виноградов Д.В., Гогмачадзе Г.Д.

Аннотация

Получены сведения о содержание кобальта и никеля в почве, подстилке и в органах сосны обыкновенной в условиях Елецкого промышленного центра. Установлено, что в условиях загрязнения содержание кобальта и никеля в вегетативных органах, в почве, подстилке выше контрольных значений. При этом их содержание увеличивается как в течение вегетационного периода, так и с увеличением возраста сосны (хвои и побегов). Отмечается неравномерное накопление металла в различных органах сосны обыкновенной.

Высокий уровень корреляции отмечен между содержанием кобальта в почве и хвое 1-го года, побегах 1-го года - ПП №1 (г=0,86; г=0,78); между содержанием кобальта в почве и коре, подстилке - ПП № 2 (г=0,99; г=0,96); между содержанием никеля в почве и хвое 1-го года, хвое 2-го года, побегами 1-го года - ПП №1 (г=0,84; г=0,78; г=0,80); между содержанием никеля в почве и хвое 1-го года, побегами 1-го года, коре, подстилке - ПП № 2 (г=0,92; г=0,89; г=0,78; г=0,87).

Ключевые слова: КОБАЛЬТ, НИКЕЛЬ, СОСНА ОБЫКНОВЕННАЯ, ХВОЯ, ПОБЕГИ, ПОДСТИЛКА, ПОЧВА

Введение

Количество загрязняющих веществ, поступивших в атмосферу с урбанизированных территорий, напрямую сказывается на содержании химических элементов в почвах и растительных организмах [1-5]. Из числа загрязнителей антропогенного происхождения наиболее распространенными и токсичными являются тяжелые металлы [6-9]. На территории Елецкого промышленного центра тяжелые металлы поступают в воздух с выбросами промышленных, топливно-энергетических предприятий и автотранспорта. Согласно данным государственного фонового мониторинга, объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу на территории Елецкого промышленного центра в 2020 году составил около 3,5 тыс. тонн [10].

Основной лесообразующей породой в Липецкой области является сосна обыкновенная. Принимая во внимание достаточно высокий уровень загрязнения, необходимо иметь сведения, основанные на количественных показателях ТМ, в том числе кобальта и никеля, в вегетирующих органах и корневой системе сосны и их возможного вклада в снижение общего жизненного состояния древостоев.

Кобальт и никель относятся к группе тяжелых металлов второго класса опасности. Несмотря на их высокую канцерогенность, они являются биогенными элементами, необходимыми для жизни растений. Кобальт входит в состав ферментов, активизирующих окислительно-восстановительные процессы, регулирует интенсивность фотосинтеза, способствует сохранению водного баланса. Накопление элемента в растениях колеблется от 0,01 до 0,85 мг/кг сухой фитомассы, среднее содержание - 0,2 мг/кг [11].

Никель отвечает за процессы фиксации азота и является незаменимым компонентом фермента уреазы. Фототоксичное содержание никеля для большинства видов растений составляет 10-100 мг/кг сухой массы [12].

Поступление кобальта и никеля на поверхность почвы и растений осуществляется с помощью пылевых частиц, поднятых и перенесенных воздушными массами от источника загрязнения. Радиус рассеяния металла может составлять до 50 км [13, 14].

Объекты и методы

Город Елец расположен в лесостепной Черноземной зоне. Изучение аккумуляции кобальта и никеля в почве, вегетативных органах и корневой системе сосны обыкновенной осуществлялось на заложенных пробных площадях, расположенных в пределах Елецкого промышленного центра.

1Ш №1 расположена в парке 40-летия Октября с северо-восточной стороны города Елец. Общая площадь парка - 29 га. В этом районе города размещены промышленные предприятия, а вдоль окраины парка расположена федеральная трасса М-4 «Дон». Контрольная пробная площадь IIII № 2 расположена в фоновых условиях на расстоянии 20 км от промышленного центра (окрестность села Паниковец, Липецкая область). Объект исследования - сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.). Сбор образцов осуществлялся в вегетационной динамике - с мая по август. Для устранения погрешностей в эксперименте сбор материала у одновозрастных особей со всех пробных площадей производился в течение двух дней.

Материалом для анализа служили хвоя и побеги сосны с 1-го по 3-й год, кора, корни, подстилка и почва. Отбор проб почв, вегетативных органов сосны, подстилки и корневой системы для определения содержания ТМ проводился согласно «Методическим указаниям по определению тяжелых металлов в почвах сельскохозяйственных угодий и продукции растениеводства» [15]. Минерализацию растительных проб проводили методом сухого озоления по ГОСТ 26657-85. Подвижные формы ТМ экстрагировали с помощью кислот (1М HNO3). Определение ТМ в почвенных и растительных образцах проводили методом атомноабсорбционной спектрометрии на спектрофотометре «Спектр-5» в пламени пропанвоздух.

Обработка результатов исследования проводилась в расчете на сухую биомассу (мг/кг) методами статистического анализа с использованием программы Excel.

Результаты исследования

Полученные аналитические данные позволили установить значительные различия в накоплении элементов в зависимости от условий произрастания.

Рис. 1. Содержание кобальта в почве, подстилке и в органах сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в условиях Елецкого промышленного центра и с. Паниковец

В частности, в районе исследования, в условиях загрязнения Елецкого промышленного центра, в хвое сосны концентрация кобальта (рис. 1) увеличивается как с возрастом, так и с периодом вегетации.

Высокое содержание металла обнаружено в хвое 3-го года: 0,950-1,700 мг/кг. В побегах 3-го года его содержание было более высоким по сравнению с побегами 1-го и 2го годов, но концентрация практически в 1,6 раз была ниже, чем в хвое. Наивысшая аккумуляция элемента обнаружена в коре и корнях. Его значение на конец вегетации составило 1,388 мг/кг и 1,788 мг/кг, соответственно. атмосфера почва растительный кобальт

В условиях контроля на конец вегетации сохранилась та же тенденция накопления кобальта по органам: кора - 0,315 мг/кг; хвоя 3-го года - 0,482 мг/кг; побеги 3-го года - 0,410 мг/кг; корни - 0,496 мг/кг. В подстилке максимальное значение в условиях загрязнения отмечено в августе - 0,963 мг/кг (в контроле - 0,488 мг/кг). Содержание подвижных соединений кобальта в почвах (ацетатно-аммонийный буферный раствор с pH 4.8) в среднем на конец вегетации в условиях загрязнения составляло 3,746 мг/кг.

Установлена корреляционная связь между распределением кобальта в почве и его содержанием в органах сосны обыкновенной и подстилке (рис. 2). Высокий уровень корреляции отмечен между содержанием кобальта в почве и хвое 1-го года, побегах 1-го года - ПП №1 (г=0,86; г=0,78); между содержанием кобальта в почве и коре, подстилке - ПП № 2 (г=0,99; г=0,96).

Рис. 2. Корреляционная связь между распределением кобальта в почве и его содержанием в органах сосны обыкновенной и подстилке (Елецкий промышленный центр)

Увеличение концентрации никеля в хвое условиях загрязнения ЕПЦ происходит закономерно ее возрасту (рис. 3). Концентрация в хвое 3-го и 2-го года составила 2,913 мг/кг и 2,100 мг/кг, соответственно.

Сравнительный анализ исследуемых органов с контрольным вариантом показал, что максимальное накопление никеля сосредоточено в побегах. К концу изучаемого периода содержание элемента в органах увеличивалось практически в 2 раза; в побегах 1-го года - с 0,936 мг/кг до 1,860мг/кг; 2-го - с 1,025 до 2,050 мг/кг; 3-го - с 1,090 до 2,972 мг/кг. На участках относительного контроля в хвое накапливается от 0,113 мг/кг до 0,488 мг/кг элемента. В корневой системе в условиях загрязнения данный элемент накапливается в среднем до 1,852 мг/кг, в условиях контроля этот показатель не превысил 930 мг/кг. В коре этот дисбаланс остался неизменным: 1,002 мг/кг и 0,791мг/кг, соответственно. ПДК подвижных форм никеля в почвах (ацетатно-аммонийный буферный раствор с pH 4,8) составляет 8 мг/кг. Следовательно, как в условиях загрязнения, так и на контроле содержание никеля значительно ниже ПДК.

Рис. 3. Содержание никеля в почве, подстилке и в органах сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в условиях Елецкого промышленного центра.

Установлена корреляционная связь между распределением никеля в почве и его содержанием в органах сосны обыкновенной и подстилке (рис. 4). Высокий уровень корреляции отмечен между содержанием никеля в почве и хвое 1 -го года, хвое 2-го года, побегами 1-го года - ПП №1 (г=0,84; г=0,78; г=0,80); между содержанием никеля в почве и хвое 1-го года, побегами 1-го года, коре, подстилке - ПП № 2 (г=0,92; г=0,89; г=0,78; г=0,87).

Установлено, что накопление изучаемых металлов в органах сосны обыкновенной по значению коэффициента биологического накопления (среднее значение за вегетационный период) находится в следующем ряду:

Кобальт: Елецкий промышленный центр - корни < кора < хвоя (3 год) < хвоя (2 год) < побеги (3 год) < хвоя (1 год) < побеги (2 год) < побеги (1 год); Паниковец - хвоя (3 год) < корни < хвоя (2 год) < побеги (3 год) < побеги (2 год) < хвоя (1 год) < кора < побеги (1 год).

Никель: Елецкий промышленный центр - побеги (3 год) < хвоя (3 год) < корни < побеги (2 год) < хвоя (2 год) < побеги (1 год) < хвоя (1 год) <кора; Паниковец - корни < кора < побеги (3 год) < побеги (2 год) < хвоя (3 год) < хвоя (2 год) < побеги (1 год) < хвоя (1 год).

Выводы

В условиях загрязнения Елецкого промышленного центра установлено увеличение содержания никеля и кобальта в вегетативных органах, в почве, подстилке по сравнению с контрольными значениями. При этом содержание металлов, как правило, увеличивается как в течение вегетационного периода, так и с увеличением возраста (хвои и побегов).

Установлена корреляционная связь между распределением кобальта и никеля в почве и его содержанием в органах сосны обыкновенной и почве. Высокий уровень корреляции отмечен: между содержанием кобальта в почве и хвое 1-го года, побегах 1-го года - ПП №1 (г=0,86; г=0,78); между содержанием кобальта в почве и коре, подстилке - 1111 № 2 (г=0,99; г=0,96); между содержанием никеля в почве и хвое 1-го года, хвое 2-го года, побегами 1-го года - ПП №1 (г=0,84; г=0,78; г=0,80); между содержанием никеля в почве и хвое 1-го года, побегами 1-го года, коре, подстилке - ПП № 2 (г=0,92; г=0,89; г=0,78; г=0,87).

Следует отметить, что сосна обыкновенная является достаточно устойчивой древесной породой к действию загрязнения кобальта и никеля в пределах Елецкого промышленного центра.

Список использованных источников

1. Захарова О.А., Морозова Н.И., Виноградов Д.В., Мусаев Ф.А. CD и PB в продукции растениеводства и животноводства. - Рязань: ФГБОУ ВО РГАТУ, 2010. - 84 с.

2. Кузнецов Н.П., Виноградов Д.В., Фадькин Г.Н., Сальников С.В. Лесные и лесопарковые экосистемы Рязанской области // Монография. - Рязань: Изд-во ФГБОУ ВО РГАТУ, 2014. - 287 с.

3. Vinogradov D., Polyakov A., Kuntsevich A. Influence of technology of growing on yield and oil chemical composition of linseed in Non-chernozem zone of Russia // Journal of Agricultural Sciences. - 2012. - Т. 57. - № 3. - С. 135-142.

4. Иванов Е.С., Виноградов Д.В., Бышов Н.В. и др. Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов // Учебное пособие. - Рязань, 2019. - 308 с.

5. Виноградов Д.В., Курчевский С.М. Роль агромелиоративных приемов в улучшении основных свойств супесчаной дерново-подзолистой почвы // Агропанорама. - 2013. - №6. - С. 10-12.

6. Габибов М.А., Виноградов Д.В., Бышов Н.В. Агропочвоведение // Учебник. - Рязань: РГАТУ, 2018. - 326 с.

7. Ушаков Р.Н., Виноградов Д.В., Гусев В.И. и др. Физико-химическая модель серой лесной почвы как информационной основы ее устойчивости к неблагоприятным воздействиям // В сб.: Почвы Азербайджана: генезис, мелиорация, рациональное использование и экология. Международная научная конференция. - Баку, 2012. - С. 10131018.

8. Щур А.В., Виноградов Д.В., Валько В.П., Валько О.В., Фадькин Г.Н., Гогмачадзе

9. Г.Д. Радиоэкологическая эффективность биологически активных препаратов в условиях Беларуси // АгроЭкоИнфо. - 2015. - № 5 (21).

10. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. - М.: Мир, 1989. - 439 с.

11. Государственный доклад «О состоянии и охране окружающей среды» Липецкой области, 2019 год». - Издательство Веда социум, 2020. - 236 с.

12. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. - Л.: Агропромиздат, 1987. - 142 с.

13. Дубровина О.А., Зубкова Т.В. Содержание пигментного фонда в однолетней

14. хвое ели колючей (Picea pungens) и туи западной (Thuja occidentalis), произрастающих в разных функциональных зонах г. Ельца // АгроЭкоИнфо.

15. Зубкова Т.В., Дубровина О.А., Анализ содержания тяжелых металлов в однолетней хвое ели колючей (Picea pungens) и туи западной (Thuja occidentalis), произрастающих в разных функциональных зонах г. Ельца // АгроЭкоИнфо. - 2020, №3.

16. Alloway B.J., Thornton I., Smart G.A., Sherlock J.C., Quinn M.J. Metal availability // Sci Total Environ. - 1988, 75. - 41-69

17. Методические рекомендации по проведению полевых и лабораторных исследований почв и растений при контроле загрязнения окружающей среды металлами. - М.: Гидрометеоиздат, 1981. - 107 с.

Размещено на Allbest.ru