Листья древесных растений как накопители тяжелых металлов

Целью высушивания листьев является освобождение от крахмала, белков, органических кислот и витаминов, а так же микроорганизмов, деятельность которых может приводить к изменению химического состава и показателей листьев.

Для выполнения анализа исследуемые пробы почв и листьев высушивались воздушным путем. Навески проб измельчались и подвергались озолению с азотной кислотой с последующим разложением в муфельной печи при температуре 5000С в течении 6 часов. Исследуемые металлы извлекались из озоленных проб соляной кислотой. Целью данной операции является удаление из почвы и листьев органического вещества, которое не только придает окраску вытяжке, но и мешает экстракции за счет абсорбции металла на органической фракции.

ГЛАВА 3. СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ И ЛИСТЬЯХ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ ТЕРРИТОРИИ ГОРОДА ЧЕЛЯБИНСКА

Анализ представленных материалов показывает, что основными источниками загрязнения почв и растительности химическими элементами являются предприятия чёрной и цветной металлургии, теплоэнергетики и автотранспорт. К числу приоритетных тяжелых металлов, загрязняющих почву и листья, относятся свинец, медь, цинк, кобальт.

На территории Металлургического района расположены ОАО «ЧМК» (Мечел) и ОАО «Челябинский электролитно-цинковый завод» - предприятия, вносящие существенный вклад в формирование экологической среды города.

Отбор проб почв проводился в октябре 2017 г. Точки отбора проб выбраны с учетом пространственного расположения относительно источников эмиссии, а также степени антропогенного использования территорий.

Точка № 1 представляет собой Парк им О.И. Тищенко, является рекреационной зоной Металлургического района.

Точка № 2 является прилегающей территорией Челябинского металлургического комбината. Рядом с точкой отбора проб находится автобусная остановка, где сильно развита транспортная связь. Точка располагается в близости от источника загрязнения - ОАО «ЧМК». Роза ветров, которая преобладает в течении года в металлургическом районе города, направлена преимущественно от ПАО «Мечел» в направлении исследуемой точки отбора, то есть это может обеспечить высокую степень загрязнения.

Точка № 3 расположена в непосредственной близости от центральной проходной ПАО «Мечел» (ул. 2-я Павелецкая,32), т.е. в непосредственной близости от источника эмиссии. Несмотря на это, для данного участка не предполагается высокая степень загрязнения, так как аэрозольные и пылевые выбросы от предприятия могут воздушным переносом распространяться на достаточно большие расстояния, и на данном участке могут отсутствовать значительные выпадения тяжелого металла.

3.1 Содержание тяжелых металлов в исследуемых почвах

Определение содержания тяжелых металлов проводилось из почвенной золы путем сжигания почвы с концентрированной азотной кислотой, с последующим выжиганием в отсутствии кислорода. Эта операция необходима, так как в почве присутствует органическое вещество, которое способно сорбировать на себе металлы, прочно связывая их и препятствуя переходу в экстракт. Кроме этого, органическое вещество придает вытяжке окраску, которая мешает дальнейшему определению металла. Нужно отметить, что данный метод является способом определения валового содержания металлов. С одной стороны, это дает более полную картину о загрязнении почвы металлами, но, с другой стороны, не позволяет определить подвижные формы металла.

При озолении почвы все формы металлов переходят в форму оксидов, которые нерастворимы в воде. Поэтому экстракция металла из золы выполняется при использовании кислоты или щелочи. В некоторых случаях это облегчает аналитический процесс. Например, определение меди и кобальта необходимо осуществлять в кислой среде, а кислотная экстракция не только обеспечивает нормальный переход меди в раствор, но и создает необходимые значения рН. Экстракция цинка и свинца проводится концентрированным раствором щелочи. Применение данного реагента обусловлено присутствием в почвенной системе ряда других металлов, способных переходить в раствор вместе с цинком или свинцом и искажать результаты определения при использовании комплексонометрического титрования. И цинк, и свинец являются амфотерными металлами, поэтому, экстракция щелочи позволяет переводить его в раствор в присутствии других металлов без растворения двух последних. При этом одновременно обеспечивается щелочная среда, необходимая для нормального селективного связывания ионов цинка и свинца трилоном Б.

Для определения меди в почвенной системе смешанную пробу после предварительной пробоподготовки и растворения провели через стадии фотометрического анализа с использованием диэтилдитиокарбаматного методы. Данные градуировочного графика приведены в приложении 5.

Полученные результаты исследования показали, что при исследовании проб не наблюдается превышение ПДК меди ни в одной из точек. На территории парка Тищенко почва ммедь в почве содержится в наименьшей степени. Наибольшая степень загрязнения характерна для почв центральной проходной ПАО «Мечел» (табл. 1) .

Таблица 1

Содержание меди в исследуемых образцах почв

Определение кобальта проводилось из кислотной вытяжки почвенной золы фотометрическим методом с использованием нитрозо-R-соли. Данные градуировочного графика приведены в приложении 6. Полученные результаты показывают, что исследуемые почвы парка Тищенко и прилегающей территории заводоуправления ЧМК не имеют загрязнения по кобальту, в то время, как для проб, отобранных вблизи центральной проходной ПАО «Мечел» характерны незначительные

(в 1,34 раза) превышения ПДК (табл. 2).

Таблица 2

Содержание кобальта в исследуемых образцах почв

Анализ содержания цинка из щелочной вытяжки золы с использованием комплексонометрического титрвания трилоном Б показал, что все исследуемые почвы не характеризуются превышением ПДК по цинку. Наибольшая степень загрязнения характерна для почв, расположенных на территории центральной проходной ПАО «Мечел». Наименьшее содержание цинка наблюдается в районе парка Тищенко. Таким образом, повторяется картина загрязнения, проявляющаяся в предыдущем случае с медью (табл. 3)

Таблица 3

Содержание цинка в исследуемых образцах почвы

Полученные результаты анализа содержания свинца из вытяжки золы с использованием комплексонометрического титрования трилоном Б показал, что содержание свинца в каждой из отобранных проб соответствует норме. Наименьшее содержание свинца в почве характерно для территории парка им. О.И. Тищенко. Наиболее загрязненной точкой является территория проходной ПАО «Мечел». (табл. 4)

Таблица 4

Содержание свинца в исследуемых образцах почвы

Таким образом, наивысшей степенью загрязнения тяжелыми металлами по полученным результатам характеризуются почвы, расположенные непосредственно близко к источнику эмиссии. Полученные результаты показывают, что наименьшая степень загрязнения металлами характерна для территории парка Тищенко. Точка 3, расположенная в непосредственной близости от ЧМК, характеризуется наибольшей степенью загрязнения. Для почв первой и второй точек отбора не выявлено превышения ПДК валового содержания металлов. Почвы, расположенные в непосредственной близости от источника эмиссии, характеризуются превышением ПДК по кобальту.

3.2 Содержание тяжелых металлов в листьях

Листья древесных растений могут выступать в качестве поглотителя тяжелых металлов. Опавшие листья, попадая на поверхность почвы и трансформируясь на ней, могут выступать в качестве вторичного источника загрязнения почв тяжелыми металлами. При этом, процесс высвобождения поллютантов может быть достаточно длительным и зависит от набора факторов, таких как температура, увлажнение почвы, скорость протекания биологических процессов и активность почвенной биоты. В связи с этим, проведен анализ количественного содержания определяемых тяжелых металлов в листьях древесных растений, отобранных на тех же участках, где осуществлялся отбор проб почв для анализа.

Видовой состав исследуемой листовой фитомассы (смесь листьев): берёза повимслая (Bйtula pйndula), вяз гладкий (Ъlmus laйvis), тополь бальзамический (Populus balsamifera), ясень обыкновенный ( Frбxinus excйlsior).

Определение содержания тяжелых металлов проводилось из золы листьев путем сжигания листьев с концентрированной азотной кислотой, с последующим выжиганием в отсутствии кислорода. Эта операция необходима, так как в листьях присутствует крахмал, белки, органические кислоты и витамины, а так же микроорганизмы, деятельность которых может приводить к изменению химического состава и показателей листьев. Кроме этого, органическое вещество придает вытяжке окраску, которая мешает дальнейшему определению металла.

При озолении листьев все формы металлов переходят в форму оксидов, которые не растворяются в воде. Поэтому экстракция металла из золы выполняется при использовании кислоты или щелочи. Это облегчает аналитический процесс. Например, определение меди и кобальта осуществляется в кислой среде, а кислотная экстракция не только обеспечивает нормальный переход меди в раствор, но и создает необходимые значения рН. Экстракция цинка и свинца проводится концентрированным раствором щелочи. Применение данного реагента обусловлено присутствием в растительной системе ряда других металлов, способных переходить в раствор вместе с цинком или свинцом и искажать результаты определения при использовании комплексонометрического титрования. Как цинк, так и свинец являются амфотерными металлами, следовательно, экстракция щелочи позволяет переводить его в раствор в присутствии других металлов без растворения двух последних. При этом одновременно обеспечивается щелочная среда, необходимая для нормального селективного связывания ионов цинка и свинца трилоном Б.

При определении кобальта наблюдается большое превышение нормы содержания кобальта в пробах листьев. В парке Тищенко норма превышена в 5 раз, несмотря на обильное количество растительности в этой зоне. На территории центральной проходной ОАО «ЧМК» средние значения превышены в 23,6 раз. (табл. 5)

Таблица 5

Содержание кобальта в исследуемых образцах листьев

В пробах листьев не обнаружено превышение нормы содержания цинка. Согласно анализу, наиболее загрязненными являются листья, отобранные с территории центральной проходной ОАО «ЧМК», на втором месте по степени загрязнения стоят листья, отобранные с территории заводоуправления ОАО «ЧМК» и только потом листья парка им. О.И. Тищенко (табл. 6)

Таблица 6

Содержание цинка в исследуемых образцах листьев

В пробах листьев загрязнение медью не наблюдается только на территории парка им. О.И. Тищенко. Для листьев территории, прилегающей к заводоуправлению ОАО «ЧМК», определено превышение меди в 4,5 раза, а для центральной проходной ПАО «ЧМК» - в 6,4 раза (табл. 7)

Таблица 7

Содержание меди в исследуемых образцах листьев

Проведенный анализ показывает, что содержание массы свинца в листьях снова выше нормы на всех трех точках отбора проб во множество раз. На территории парка им. О. И. Тищенко - в 10,3 раза, на территории центральной проходной ОАО «ЧМК» - в 20,7 раз, а на территории заводоуправления ОАО «ЧМК» - в 18,1 раз (табл. 8)

Таблица 8

Содержание свинца в исследуемых образцах листьев

Показано, что листья древесных растений на территории парка Тищенко характеризуются самой низкой степенью загрязнения металлами. В то же время, для всех образцов выявлено существенное загрязнение кобальтом свинцом. Содержание кобальта в 5 раз, а свинца - в 10 раз превышает средние значения на территории парка Тищенко. Аналогичные превышения для листьев точки 3 составляют в 23 раза по кобальту и в 20 раз по свинцу. Для листьев проб с точек№ 2, 3, расположенных в непосредственной близости от источника эмиссии, наблюдается превышение среднего содержания по трем металлам: свинец, кобальт, медь. Таким образом, листья древесных растений активно накапливают тяжелые металлы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ

По результатам третьей главы можно сделать следующее заключение. Полученные результаты аналитических исследований показывают, что точка 3, расположенная в непосредственной близости от ЧМК, характеризуется наибольшей степенью загрязнения. Максимальное загрязнение характерно для участков, расположенных непосредственно близко к источнику загрязнения окружающей среды - центральная проходная ОАО «ЧМК». Минимальная степень загрязнения характерна для почв, находящихся на территории рекреационной зоны Металлургического района г. Челябинска с активно развитой древесной растительностью - в парке им. О.И. Тищенко.

Показано, что листья древесных растений также характеризуется высоким содержанием тяжелых металлов и может служить источником вторичного загрязнения почв, при этом характер загрязнения совпадает со степенью загрязнения почв.

ВЫВОДЫ

1) Анализ литературного материала показал, что металлы поступают в окружающую среду как водным, так и воздушным путем от источников как естественного, так и антропогенного происхождения, а вследствие высокой устойчивости - активно накапливаются в почвах и растениях.

2) Почвы рекреационной территории парка Тищенко характеризуются наименьшей степенью загрязнения металлами, в то время, как наибольшее загрязнение характерно для почв защитной хоны ЧМК. Только для почв этой зоны выявлено превышение ПДК по кобальту.

3) Исследуемые образцы листьев древесных растений на всех территориях характеризуются повышенным содержанием тяжелых металлов. Наиболее загрязнены листья растений защитной зоны ЧМК.

4) Для всех исследуемых образцов листьев выявлено превышение средних значений по свинцу и кобальту (значительные на малом удалении от источника эмиссии), а вблизи предприятия - по меди.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

4 Битюкова, В.Р. Принципы и методы комплексной оценки экологического состояния городской среды. Проблемы урбанизации на рубеже веков [Текст] / В.Р. Битюкова. - Смоленск: Ойкумена, 2002. - 328 с.

5 Давыдова, С.Л. Тяжелые металлы как суперэкотоксиканты XXI века [Текст] / С.Л. Давыдов. - М.: Изд-во РУДН, 2002. - 140 с.

6 Дончева, А.В. Прогнозирование изменения природы горно-металлургическим производством [Текст] / А.В. Дончева, В.Н. Калуцков. - Вестн. Моск. ун-та Сер. География - 1976. - № 5. - С. 10-13.

7 Другов, Ю.С. Анализ загрязненной почвы и опасных отходов: практическое руководство [Текст]/ Ю.С. Другов, А.А. Родин. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011. - 469 с.

8 Есенжолова, А.Ж. Биоиндикационный потенциал листьев древесных и кустарниковых растений г. Темиртау [Текст] / А.Ж. Есенжолова, М.С. Панин. // Вестник Томского гос. ун-та. Биология. - 2012. - № 3.(19). - С.160-168.

9 Иванова, Р.Р. Оценка состояния окружающей среды по содержанию тяжелых металлов в почве и растительности города [Текст] / Р.Р. Иванова // Научный журнал КубГАУ. - 2012. - № 81(07). - С. 1-10.

10 Зокиров, Р.С. Оценка аккумулирующей способности древесных растений в отношении тяжелых металлов в примагистральных зонах г. Худжанда [Электронный ресурс] / Р.С. Зокиров, О.А. Неверова // Современные проблемы науки и образования. - 2012. - № 5.

11 Илькун, Г.М. Загрязнители атмосферы и растения [Текст] / Г.М. Илькун. - Киев: Наукова думка, 1978. - 246с.

12 Калинин, Б.Д. Экологической контроль тяжёлых металлов в объектах окружающей среды [Текст] / Б.Д. Калинин // Экология и природопользование. - 2001. - № 5. - С. 32-34.

13 Коношина, С.Н. Накопление ионов тяжелых металлов в листовом опаде различных видов древесных растений на урбанизированных территориях [Текст] / С.Н. Коношина, Н.Л. Хилкова // Вестник ОрелГАУ. - 2015. - № 2(53). - С. 29-35.

14 Корягина, Н.В. Экологический мониторинг урбанизированных территорий [Текст] / Н.В. Корягина, А.Н. Поршакова. - Пенза: ПГУАС, 2014. - 127с.

15 Котов, Ю.С. Эколого-токсикологическая оценка урбанизированных и сопредельных территорий [Текст] / Ю.С. Котов. - Казань: Казанский университет, 1990. - 146c.

16 Кретович, В. Л. Биохимия растений [Текст] / В.Л. Кретович. - М.: Высшая школа, 1980. - 445с.

17 Медведев, С.С. Физиология растений [Текст] / С.С. Медведев. -

18 СПб: Изд-во СпбГУ, 2004. - 336 с.

19 Алексеев, Ю.В. ТМ в почвах и растениях [Текст] / Ю.В. Алексеев. - Л.: Агропромиздат,1987. - 143 с.

20 Новиков, А.В. Исследование воздействия антропогенного загрязнения среды с помощью растительных тест-объектов [Текст] / А.В. Новиков, М.Ф. Козак, Ю.С. Чуйков, Е.В. Щепетова, Ю.Дубровин, Г. Екимова, А. Матвеева // Астраханский вестник экологического образования. - 2008. - №1-2. - С.24-31.

21 Орлов, Д.С. Экология и охрана биосфера при химическом загрязнении: учебное пособие для химико-технологических и биологически специализированных ВУЗов [Текст] / Д.С. Орлова. - М.: Высшая школа, 2002. - 334с.

22 Сайт Библиотеки гостов и нормативов [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.ohranatruda.ru/ot_biblio/normativ/data_normativ/8/8936/, свободный. - Загл. с экрана.

23 Сайт Яндекс. Карты [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://yandex.ru/maps/ , свободный. - Загл. с экрана.

24 Сайт ОАО «ЧМК» (Мечел) [Электронный ресурс]. - Режим доступа: httpHYPERLINK "http://www.mechel.ru/sector/steel/cmk"://HYPERLINK "http://www.mechel.ru/sector/steel/cmk"wwwHYPERLINK "http://www.mechel.ru/sector/steel/cmk".HYPERLINK "http://www.mechel.ru/sector/steel/cmk"mechelHYPERLINK "http://www.mechel.ru/sector/steel/cmk".HYPERLINK "http://www.mechel.ru/sector/steel/cmk"ruHYPERLINK "http://www.mechel.ru/sector/steel/cmk"/HYPERLINK "http://www.mechel.ru/sector/steel/cmk"sectorHYPERLINK "http://www.mechel.ru/sector/steel/cmk"/HYPERLINK "http://www.mechel.ru/sector/steel/cmk"steelHYPERLINK "http://www.mechel.ru/sector/steel/cmk"/HYPERLINK "http://www.mechel.ru/sector/steel/cmk"cmk, свободный. - Загл. с экрана.

25 Скачкова, С.А. Эколого-экономические аспекты повышения качества среды урбанизированных территорий [Текст] / С.А. Скачкова. - Волгоград: ВГУ, 2002. - 150с.

26 Бокова, М.И., Биологические особенности растений и почвенные условия, определяющие переход тяжелых металлов в растения на техногенно-загрязненной территории [текст] / М.И. Бокова, А.Н. Ратников / Химия в сельском хоз-ве. - 1995. - №5. -С.15-17.

27 Строгонова, М.Н. Городские почвы: генезис, классификация, функции. Почва, город, экология [Текст] / М.Н. Строгонова, А.Д. Мягкова. - М.: Мир, 1997. - 188с.

28 Трифонова, Т.А. Эколого-геохимический анализ загрязнения ландшафтов [Текст] / Т.А. Трифоновва, Л.А. Ширкина, Н.В. Селиванова. - Владимир: ООО «Владимир Полиграф», 2007. - 170с.

29 Федорец, Н.Г. Методика исследования почв урбанизированных территорий [Текст] / Н.Г. Федорец, М.В. Медведев. - Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2009. - 84 с.

30 Федоров, А.А. Экологическое состояние почв как одно из направлений аллелопатических исследований [Тескт] / А.А. Федоров, И.Ш. Малогулова // Успехи современного естествознания. - 2013. - № 8. - С. 32-33.

31 Челябинская область. Атлас / под ред. проф. В.В. Латюшина. - Изд. 4-е, перераб. и доп. - Челябинск: АБРИС, 2012. - 32 с.

32 Ясовеев, М.Г. Экология урбанизированных территорий: учеб. пособие [Текст] / М. Г. Ясовеев, Н. Л. Стреха, Д. А. Пацыкайлик. - Минск: Новое знание: ИНФРА-М, 2015. - 292с.

33 Бокова, М.И. Тяжелые и сверхтяжелые металлы и металлоиды в загрязненных почвах [Текст] / М.И. Бокова. - М.: ГНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии, 2009. - 95 с.

34 Зырин, Н.Г. К вопросу о формах соединений меди, цинка, свинца в почвах и доступности их для растений [Текст] / Н.Г. Зырин. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1979. - С. 324-350.

35 Кузнецов, А.В. Контроль техногенного загрязнения почв и растений / А.В.Кузнецов // Агрохимический вестник. - 1997. - № 5. - С. 7-9.

36 Бабьева, И.П. Изменение численности микроорганизмов в почвах при загрязнении тяжелыми металлами / С.В. Левин, И.С. Решетова // Тяжелые металлы в окружающей среде. - М.: МГУ, 1980. - С.115-120.

37 Виноградов, А.П. Основные закономерности в распределении микроэлементов между растениями и окружающей средой / А.П. Виноградов. - М.: Наука, 1985. - С. 7-20

ПРИЛОЖЕНИЯ

Карта отбора проб [19]

(Yandex maps, 2018)

Масштаб 1:100 м

Карта отбора проб [19]

(Yandex maps, 2018)

Масштаб 1:100 м

Карта отбора проб [19]

(Yandex maps, 2018)

Масштаб 1:100 м

Карта промышленности г. Челябинск и Челябинской области [27]

(Атлас Челябинской области «Абрис» 2012)

Размещено на Allbest.ru