Тяжелые металлы дикорастущие растения

Изучение содержания тяжёлых металлов в почвах и дикорастущих растениях инверсионно-вольтамперометрическим методом

Исследование степени загрязнения почв и некоторых дикорастущих растений ионами цинка, свинца, кадмия и меди в условиях города Читы. Особенности определения коэффициентов техногенной концентрации элементов, накопления и суммарного показателя загрязнения.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Изучение содержания тяжёлых металлов в почвах и дикорастущих растениях инверсионно-вольтамперометрическим методом

Галина Юрьевна Самойленко,

Читинская государственная медицинская академия

Евгений Александрович Бондаревич

кандидат биологических наук, доцент, Читинская государственная медицинская академия

Наталья Николаевна Коцюржинская

кандидат биологических наук, доцент, Читинская государственная медицинская академия.

Приведена оценка степени загрязнения почв и некоторых дикорастущих растений ионами цинка, свинца, кадмия и меди в условиях города Читы. Для определения использовался инвер- сионно-вольтамперометрический метод с трёхэлектродной системой, с амальгамным электродом. Абсолютные значения массовых концентраций указывали на низкий и средний уровень загрязнённости почв и растений. Были вычислены коэффициенты техногенной концентрации элементов (К_с), накопления (К_н) и суммарного показателя загрязнения (Z_c). По результатам исследования установлено, что загрязнённость подвижными формами тяжёлых металлов почвенного покрова ни на одном из исследованных участков не превышала предельно допустимую концентрацию. По величине Z_c большая часть пунктов (№ 1, 3 и 4) характеризуются высоким уровнем загрязнения по сумме абсолютных показателей. Относительную оценку загрязнённости растений проводили по величине коэффициента накопления (К_Н), и по этому значению Stellera chamaejasme, Potentilla tanacetifolia и Artemisia gmelinii энергично накапливали в течение вегетационного периода тяжёлые металлы. Изучение фолиарного пути поступления тяжёлых металлов показало, что среди изученных дикорастущих видов в большей степени цинк накапливался в листьях Artemisia gmelinii, кадмий — листьями Stellera chamaejasme, свинец — листьями Oxytropis myriophylla. Избыточного поступления меди не отмечено. Исследование соотношений коэффициентов техногенной концентрации элементов и накопления показывает, что пыль и другие аэрозольные формы тяжёлых металлов являются существенными источниками загрязнения растений в условиях городской среды.

Ключевые слова: инверсионно-вольтамперометрический метод, тяжёлые металлы, коэффициент техногенной концентрации элементов, коэффициент суммарного показателя загрязнения, коэффициент накопления

Chita State Medical Academy (39a Gorkogo st., Chita, 672000, Russia),

Candidate of Biology, Associate Professor, Chita State Medical Academy (39a Gorkogo st., Chita, 672000, Russia),

Natalia N. Kotsyurzhinskaya N. N. Kotsyurzhinskaya is a supervisor. ,

Candidate of Biology, Associate Professor, Chita State Medical Academy (39a Gorkogo st., Chita, 672000, Russia),

Studying the Quantitative Indices of Heavy Metals in Soils
and Wild-Growing Plants by an Inversion-Voltamperometric Method

We have studied the pollution degree of soils and some wild plants by ions of zinc, lead, cadmium and copper in the city of Chita. An inversion — voltamperometric method with three-electrode system with amalgam electrode was used for the research. Absolute values of the mass concentration indicate low and medium level of contamination of soils and plants. Calculation of relative ratios reflecting the ratio between various toxicants in soil and plants by conventional methods revealed a more complicated dependence on the “soil-plant” system. Anthropogenic factors of element concentrations (K_c), accumulation (K_H) and total pollution index (Z_c) were calculated. The study revealed that contamination of the soil cover by mobile forms of heavy metals does not exceed the maximum permissible concentration on any of the investigated sites. The magnitude Z_c for most of the items (№ 1, 3 and 4) is characterized by a high level of contamination by the sum of absolute values. The relative evaluation of plant contamination carried out according to the value of the accumulation factor (K_H) and the present value Stellera chamaejasme, Potentilla tanacetifolia and Artemisia gmelinii vigorously accumulated heavy metals during the growing season. At the same time the plant did not show signs of pathological changes. Study of foliar ways of heavy metals showed that zinc was accumulated most intensively in the leaves of Artemisia gmelinii, cadmium — in leaves of Stellera chamaejasme, lead — in leaves of Oxytropis myriophylla. The excess copper revenues were observed. The study of relations between man-made elements concentration and accumulation of factors shows that dust and other aerosol forms of heavy metals are a significant source of plant pollution in the urban environment.

Keywords: inversion-voltamperometric method, heavy metals, concentration factor of technological elements, ratio of the total indicator of pollution, accumulation rate

загрязнение почва растение цинк кадмий

В связи с ростом урбанизации происходит изменение городской среды, которая во многих отношениях отличается от природной. Загрязнение тяжёлыми металлами окружающей среды городов существенно ухудшает экологическое состояние территорий, вызывает изменение химического состава всех природных компонентов урбоэкосистемы [4]. Технологические выбросы поступают в атмосферу, затем, выпадая на почвенную поверхность, накапливаются в её верхних горизонтах и вновь включаются в природные и техногенные циклы [11]. Одним из критериев оценки степени техногенной трансформации окружающей среды является изучение содержания и миграции тяжёлых металлов в системе «почва-растение» [6; 12]. В естественных условиях почвы и растения адаптировались к природным геохимическим зонам, содержат определённое количество тяжёлых металлов, чрезмерное накопление которых может оказаться причиной новых аномалий [3; 9].

Проблема накопления и миграции химических элементов требует значительного внимания и изучения, несмотря на достаточное количество литературных данных по характеру загрязнения городских территорий [1].

На основе расчёта суммарного показателя загрязнения почв подвижными формами тяжёлых металлов (Z_C) и коэффициентов накопления (K_н) и техногенной концентрации (K_C) определить степень загрязнения почв и некоторых дикорастущих растений в условиях городской среды.

Материалы и методы исследования

Объектами исследования были образцы почв (n = 16) и растения (n = 56), которые отбирали согласно общепринятым методикам [6] в июне и августе 2015 г. Почвенные образцы были взяты из корнеобитаемого слоя (0-15 см) и высушены в сухожаровом шкафу при 105 °С. Далее навески воздушно-сухой пробы массой 5,00±0,01 г помещали в коническую колбу вместимостью 100 мл. Мерным цилиндром к пробе приливали 50,0 мл ацетатно-аммонийного буферного раствора с рН=4,8 (соотношение проба : раствор — 1 :10). Колба с пробой перемешивалась и в закрытом виде выдерживалась 24 ч при комнатной температуре (при этом 5-7 раз также происходило перемешивание). Затем пробы отфильтровывали с бумажным складчатым фильтром «белая лента» (предварительно отмытого CH₃COO — / NH₄+- буферным раствором). Фильтрат собирали в мерную колбу вместимостью 50,0 мл и доводили до метки буферным раствором.

Фильтрат объёмом 2,00 мл вносили в кварцевые стаканчики (проверенные на чистоту и обработанные на озонаторе «Чисто-ТА»). Полученные вытяжки выпаривали в камере выпаривания печи «ПДП-Аналитика» при температуре 160-180°С до сухого остатка. Если зола содержала угольные включения, то сухой остаток в кварцевых стаканчиках выдерживали в муфельной печи «ПДП-Аналитика» в течение 30 мин при 450 °С. Перед анализом золу растворяли в 0,20 мл концентрированной муравьиной кислоты и добавляли 1,8 мл дистиллированной воды. Для анализа использовали аликвоту раствора объёмом 200,0-400,0 мкл [7].

Объектами исследования были следующие виды многолетних травянистых растений: лапчатка пижмолистная (Potentilla tanacetifolia Willd. ex Schltdl.), стеллера карликовая (Stellera chamaejasme L.), остролодочник тысячелистный (Oxytropis myriophylla (Pall.) DC.) и полынь Гмелина (Artemisia gmelinii Web.). Выбранные виды являются широкораспространенными растениями в фитоценозах региона.

На площадках отбирались растения, не имеющие повреждений, находящиеся в генеративной фазе, не крупные, одновозрастные.

Растительный материал разделяли на отдельные органы: листья, стебли, корни, генеративные органы (цветки или плоды). Органы растений высушивали на воздухе и мелко измельчали. Навеску пробы массой 1,0 г высушивали в выпаривателе печи «ПДП-Аналитика» при температуре 150-350°С до прекращения выделения дымов. После этого к золе добавляли 2,5-3,0 мл концентрированной азотной кислоты и подвергали выпариванию при температуре 150-250 °С до образования влажного осадка. Для более полного окисления органических веществ в конце мокрого озоления в кварцевые стаканы добавляли 30 %-ный раствор пероксида водорода.

Для полного удаления угольных включений пробу помещали в муфельную печь и выдерживали 30 мин при 450 °С. Если после озоления осадок имел угольные включения, все этапы мокрого озоления повторялись.

Перед анализом золу растворяли в 1,0 мл концентрированной муравьиной кислоты и далее добавляли 9,0 мл дистиллированной воды. Для анализа проб из полученного раствора отбирали аликвоту объёмом 500 мкл [8].

Биологическая повторность — 2-кратная, аналитическая — 3-кратная.

Выполнение измерений массовых концентраций Zn, Cd, Pb и Cu во всех пробах проводили на вольтамперометрическом анализаторе «ТА-Универсал». Трёхэлектродная электрохимическая ячейка составлялась из двух хлорсеребряных электродов (вспомогательного и сравнения, заполненных раствором KCl с молярной концентрацией 1 моль/л) и рабочего амальгамного электрода. Получение вольтамперограмм и обработка результатов измерений выполнялись в программе «ТА-Lab», согласно стандартной методике, загруженной из программы.

Для оценки интенсивности и степени опасности загрязнения почвы химическими веществами был рассчитан коэффициент техногенной концентрации элемента (К), полученный отношением концентрации элемента в исследуемой почве к концентрации элемента в фоновой почве, общая формула имеет вид:

Расчёт суммарного показателя загрязнения ^_С) производили согласно следующей формуле:

Корневое поступление элементов из почвы определяли с помощью коэффициента накопления (К_Н), который выражает отношение содержания элемента в корнях к таковому в почве:

Для исследования были выбраны участки в окрестностях г. Чита: пункт № 1 — в районе горы Титовская сопка, урочище «Сухотино»; пункт № 2 — в востоку от спортивной базы «Орбита», верхняя часть остепнённого склона с южной экспозицией; пункт № 3 — в востоку от спортивной базы «Орбита», верхняя часть остепнённого склона с западной экспозицией; пункт № 4 — мкр. Сосновый бор, ул. Украинский бульвар, вблизи автомагистрали.

Полученные данные обрабатывались общепринятыми методами статистического анализа.

Результаты и их обсуждение. Важным показателем загрязнения почв тяжёлыми металлами является содержание их подвижных форм (табл. 1).

Таблица 1 Среднее содержание подвижных форм тяжёлых металлов (ПФ ТМ) (в мг/кг) в почвах г. Чита, (М ± т), средние коэффициенты техногенной концентрации тяжёлых металлов (К_с) и суммарный показатель загрязнения ^_с) для почв г. Чита (июнь и август 2015 г.)

Среднее содержание ПФ ТМ (мг/кг) / К_с

Источник