Влияние загрязнения тяжелыми металлами на фитотоксические свойства почв городов Ростовской области

ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ НА ФИТОТОКСИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ ГОРОДОВ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Проблеме загрязнения почв посвящено много научных работ. Однако и сейчас экологические последствия химического загрязнения почв изучены недостаточно. Первыми на загрязнение реагируют живые организмы и биологические свойства почвы. Знание особенностей воздействия химических веществ на фитотоксическую активность в почве и механизмов устойчивости к загрязнению должно стать основой для разработки методов предотвращения негативных последствий загрязнения [1,2,5,6,7].

Цель работы — изучение влияния загрязнения тяжелыми металлами на фитотоксическую активность почв крупных городов Ростовской области.

В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

• 1. Дать сравнительную оценку содержания тяжелых металлов (ТМ) в почвах крупных городов Ростовской области.
• 2. Провести сравнительную оценку содержания ТМ в почвах разных функциональных зон городов: автомобильных развязок, промышленных и парковых зон. 3. Выявить приоритетные ТМ-загрязнители для почв городов Ростовской области.
• 4. Установить закономерности влияния загрязнения ТМ на фитотоксичность почв городов Ростовской области: всхожесть, длина корней, длина побегов.
• 5. Оценить степень информативности изученных биологических показателей и возможность их использования для мониторинга состояния городских почв, загрязненных ТМ.

Результаты исследования могут быть использованы при мониторинге и диагностике состояния загрязненных почв, при оценке воздействия на окружающую среду, оценке риска природных и антропогенных катастроф, разработке региональных нормативов содержания ТМ в почвах, а также в других природоохранных и производственных мероприятиях.

объекты и методы исследования

Исследования проводились в 2011;2015 гг. на кафедре экологии и природопользования Южного федерального университета. Объектами исследования являлись почвы урболандшафтов городов: Таганрога, Новочеркасска, Гуково, Шахты, Азова. Отбор образцов производился на опытных площадках площадью 25 м², которые имели характерные черты, свойственные исследуемой зоне. Все площадки были расположены на газонной территории с хорошо развитым травянистым покровом в 7−8 метрах от проезжей части. При отборе проб отмечали примерно одинаковые погодно-климатические условия. Исследованию подвергался верхний слой почв (0−15 см). Для всех исследованных промзон и авторазвязок характерны урбочерноземы. Наиболее сохраненный почвенный покров парково-рекреационных зон городов был представлен черноземами обыкновенными карбонатными мощными и среднемощными, преимущественно среднегумусными.

Лабораторно-аналитические исследования образцов почвы выполнены с использованием общепринятых в экологии, биологии и почвоведении методов [4,10,12].

О фитотоксичности почв судили по изменению показателей прорастания семян (всхожесть, энергия прорастания, дружность прорастания, скорость прорастания) и интенсивности начального роста проростков (длина корней, длина зеленых проростков, масса корней (воздушно-сухая), масса зеленых проростков (воздушно-сухая) [7,9,13]. В качестве тест-объектов использовали и редис. Повторность 6 кратная.

Содержание ТМ в отобранных образцах определяли рентгенфлуорисцентным методом.

Результаты оценки в значительной степени определяются величиной фоновых концентраций элементов и соединений, поэтому очень важно корректно подобрать фоновую почву. Прежде всего, в качестве фоновых концентраций содержания тяжелых металлов в почве можно использовать рекомендуемые фоновые значения, приведенные в Методических указаниях Министерства охраны окружающей среды. Однако данные показатели не учитывают геохимические особенности провинции и тем более локальные природные особенности.

Более приемлемым является использование фоновых значений, установленных в условиях конкретного региона. Поэтому целесообразно было использовать реальные фоновые значения, определенные в образцах из памятника природы «Персиановская степь».

Для оценки совокупного действия поллютантов в качестве интегрального показателя в настоящее время широко используется суммарный коэффициент техногенного загрязнения (Zc), рассчитываемый на основе сложения коэффициентов техногенного загрязнения отдельных элементов [14,15].

тяжелый металл почва фитотоксический Результаты исследования Результаты исследования содержания ТМ и их влияние на фитотоксичность почв г. Новочеркасска приведены в таблице 1.

Таблица 1. Влияния загрязнения тяжелыми металлами на фитотоксичность почв г. Новочеркасска.

Минимальное значение Zc наблюдается в почве, отобранной в Александровском парке. Максимальные значения Zc характерны для почв, отобранных близ пр. Платовского и Новочеркасского Электровозостроительного завода. Почвы из всех мест отбора почвенных образцов относятся к допустимой категории загрязнения.

Результаты исследования содержания ТМи их влияние на фитотоксичность почв г. Гуково приведены в таблице 2.

Таблица 2. Влияния загрязнения тяжелыми металлами на фитотоксичность почв г. Гуково.

Минимальное значение Zc наблюдается в почве, отобранной в парковой зоне. Максимальные значения Zc характерны для почв, отобранных близ шахты Ростовской, шахты Гуковской, что относится к умеренно опасной категории загрязнения.

Почвы из всех остальных мест отбора почвенных образцов относятся к допустимой категории загрязнения.

Результаты исследования содержания ТМи их влияние на фитотоксичность почв г. Таганрога приведены в таблице 3.

Таблица 3. Влияния загрязнения тяжелыми металлами на фитотоксичность почв г. Таганрога.

Минимальные значения Zc наблюдаются в почвах, отобранных в парке 300-летия Таганрога и в парке им. Горького. Максимальные значения Zc характерны для почвы, отобранной на территории нелегальной свалки, что относится к умеренно опасной категории загрязнения. Почвы из всех остальных мест отбора почвенных образцов относятся к допустимой категории загрязнения.

Результаты исследования содержания ТМи их влияние на фитотоксичность почв г. Шахты приведены в таблице 4.

Таблица 4. Влияния загрязнения тяжелыми металлами на фитотоксичность почв г. Шахты

Минимальное значение Zc наблюдается в почве, отобранной в Городском парке культуры и отдыха. Максимальное значение Zc характерно для почвы, отобранной близ завода «Шахтинской плитки, что относится к умеренно опасной категории загрязнения. Почвы из всех остальных мест отбора почвенных образцов относятся к допустимой категории загрязнения.

Результаты исследования содержания ТМи их влияние на фитотоксичность почв г. Азова приведены в таблице 5.

Таблица 5. Влияния загрязнения тяжелыми металлами на ферментативную активность почв г. Азова.

Максимальный Zc наблюдается в почве, отобранной близ Азовский оптико-механический завод АОМЗ, минимальный Zc — в почве из городского парка культуры и отдыха. Почвы, во всех местах отбора почвенных образцов относятся, к допустимой категории загрязнения.

ВЫВОДЫ

• 1. В результате исследования загрязнение почв ТМ было зафиксировано в г. Гуково, г. Шахты, г. Таганроге. По степени загрязнения ТМ исследованные города образуют следующий ряд: Гуково > Шахты > Таганрог > Азов > Новочеркасск.
• 2. В результате проведения сравнительной оценки содержания ТМ в почвах разных функциональных зон городов получены следующие ряды: промышленные зоны > авторазвязки > парки для г. Шахты, г. Гуково, г. Азова; авторазвязки > промышленные зоны > парки для г. Таганрога и г. Новочеркасска.
• 3. В результате исследования были выявлены приоритетные ТМ-загрязнители для почв городов Ростовской области: Co>Zn>Pb>Cu>Ni.
• 4. В большинстве случаев наблюдалась прямая зависимость между концентрацией загрязняющего вещества и степенью ухудшения исследуемых свойств почвы. Как правило, наблюдалось снижение исследованных биологических показателей.
• 5. Использованные биологические показатели являются информативными для мониторинга состояния городских почв, загрязненных ТМ. По степени информативности биологические показатели образуют следующий ряд: длина корней > всхожесть >длина побегов.

Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (6.345.2014/K) и государственной поддержке ведущей научной школы Российской Федерации (НШ-2449.2014.4).

Акименко Ю.В., Казеев К. Ш., Колесников С. И. Экологические последствия загрязнения чернозема антибиотиками. Ростов-на-Дону: Издательство Южного федерального университета. 2013. 120 с.

Алексеев Ю. В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. М.: Агропромиздат, 1987. 140 с.

Вальков В.Ф., Казеев К. Ш., Колесников С. И. Почвы юга России: генезис, география, классификация, использование и охрана. Ростов н/Д: Изд-во «Эверест», 2008. 276 с.

Казеев К.Ш., Колесников С. И., Вальков В. Ф. Биологическая диагностика и индикация почв: методология и методы исследований. Ростов н/Д.: Изд-во Рост. ун-та, 2003. 204 с.

Колесников С. И., Жаркова М. Г., Казеев К. Ш., Кутузова И. В., Самохвалова Л. С., Налета Е. В., Зубков Д. А. Оценка экотоксичности тяжелых металлов и нефти по биологическим показателям чернозема/Экология, 2014, № 3. С163−173.

Колесников С.И., Казеев К. Ш., Вальков В. Ф. Влияние загрязнения тяжелыми металлами на эколого-биологические свойства чернозема обыкновенного // Экология. 2000. № 3. С. 193−201.

Колесников С.И., Тлехас З. Р., Казеев К. Ш., Вальков В. Ф. Изменение биологических свойств почв Адыгеи при химическом загрязнении // Почвоведение. 2009. № 12. С. 1499−1505.

Колесников С.И., Тлехас З. Р., Казеев К. Ш., Ротина Е. Н., Вальков В. Ф. Влияние загрязнения тяжелыми металлами и нефтью на биологические свойства чернозема выщелоченного слитого // Агрохимия. 2010. № 7. С. 62−67.

Красильников Н. А. Микроорганизмы почвы и высшие растения. М.: Изд-во АН СССР, 1958. 463 с Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под. ред. Д. Г. Звягинцева. М.: Изд-во МГУ, 1991. 304 с.

Орлов Д.С., Гришина Л. А. Практикум по химии гумуса. М.: Изд-во МГУ, 1981. 271 с.

Практикум по почвоведению /Под. ред. И. С. Кауричева. М.: Агропромиздат, 1986. 336 с.

Рыбакова З. П. Методы отбора микробов-стимуляторов по их влиянию на семена // Некоторые новые методы количественного учета почвенных микроорганизмов и изучения ихсвойств. Методические рекомендации. Ленинград, 1987. С. 32−40.

Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы (Санитарноэпидемиологические правила и нормативы) / Н. Л. Великанов, А. Л. Прядко, Т. Е. Бобкова. — М.: Минздрав России, 2004. — 40 с.

Снакин В. В. Экологическая оценка состояния почв: Попытка количественного подхода / В. В. Снакин, А. А. Присяжная // Изд. РАН. Сер. биол. — 1995. — № 1. — С. 105−109.