3. биогеохимия биоты в природных ландшафтах и зоне геотехногенеза
| Вид материала | Документы |
- 1. минералого-геохимические процессы в техногенных и геотехногенных ландшафтах, 768.05kb.
- Функциональная структура биоты в природных экосистемах камчатки 03. 02. 08 Экология, 777.4kb.
- Кционировании техно-природных систем и другой антропогенной деятельности для последующего, 582.73kb.
- Основная образовательная программа высшего профессионального образования уровня бакалавриата, 1699.69kb.
- Патофизиология регионарного кровообращения и микроциркуляции, 124.19kb.
- 1. минералого-геохимические процессы в природных и геотехногенных ландшафтах особенности, 1666.92kb.
- Спросите любого сталкера, какое время суток в Зоне самое страшное? Икаждый ответит, 4342.79kb.
- Терминология, 90.36kb.
- Моделирование нейтронного потока в активной зоне ввэр с помощью нейросетевых технологий, 51.73kb.
- Ионова Наталья Владимировна, ст преподаватель Учебных часов: лекций 30 Практические, 98.17kb.
3. БИОГЕОХИМИЯ БИОТЫ В ПРИРОДНЫХ ЛАНДШАФТАХ И ЗОНЕ
ГЕОТЕХНОГЕНЕЗА
Накопление тяжелых металлов в листве Betula mandshurica Nakai.
на буроугольном разрезе «Реттиховский» в Приморском крае
А.В. Ветошкина 1, И.А. Тарасенко 2, Л.Г. Буянова 1
1ОАО «ДальвостНИИпроектуголь», Владивосток, Россия, nauka@dvugol.ru
2Дальневосточный геологический институт ДВО РАН, Владивосток, Россия
ACCUMULATION OF HEAVY METALS IN FOLIAGE OF Betula mandshurica Nakai. ON coal cut «RETTICHOVSKII» IN PRIMORSKY REGION.
A.V. Vetoshkina 1, I.A. Tarasenko 2, L.G. Buyanova 1
1Оpen Corporation «Far East Coal Project», Vladivostok, Russia, nauka@dvugol.ru
2FEGI Far-Eastern Separation Russian Academy of Sciences, Vladivostok, Russia
The surplus amount of wastes, actings in the process of work of mining enterprises, results in engaging in the migratory streams of industrial pollutions, including heavy metals. Researches of features of accumulation of heavy metals plants are related to the necessity of estimation of their buffer properties.
Determination of maintenance of heavy metals in vegetable standards was conducted within the framework of work on the biological monitoring on the fields of the liquidated mines and cuts of the Primorsky Region.
Добыча, переработка и утилизация полезных ископаемых при существующих технологиях разработки месторождений открытым способом наносят наибольший вред естественным местообитаниям живых организмов, изменяя природные ландшафты и вызывая деградацию существующих биогеоценозов. После прекращения использования территорий угледобывающими предприятиями, с проведением рекультивационных работ или без них, начинается восстановление растительности, с заселением видами, типичными для данной местности. Почвенный и растительный покров адекватно реагирует на изменения обстановки и является достоверным показателем, характеризующим изменения экологических условий на территории закрывающихся предприятий.
Избыточное количество отходов, поступающих в процессе работы горнодобывающих предприятий, приводит к вовлечению в миграционные потоки техногенных поллютантов, в том числе и тяжелых металлов. Исследования особенностей аккумуляции тяжелых металлов древесными растениями связаны с необходимостью оценки их буферных свойств. Древесные растения поглощают и нейтрализуют часть атмосферных поллютантов, задерживают пылевые частицы, защищая прилегающие территории от отрицательного воздействия экотоксикантов.
Определение содержаний тяжелых металлов в растительных образцах было проведено в рамках работы по биологическому мониторингу на полях ликвидируемых шахт и разрезов Приморского края.
Организация биологического мониторинга на ликвидируемых шахтах и разрезах, позволяет провести наблюдения за восстановительными процессами, происходящими на рекультивируемых участках, а также прилегающих территориях, подвергшихся вредному влиянию горного производства.
Район обследования буроугольного разреза «Реттиховский» представляет собой ликвидируемые участки горных работ «Восточный» и «Западный», а также территорию нарушенных в процессе проведения горных работ земель. Ликвидируемые участки представляют собой глубокие карьерные выемки с уступами, образованными в процессе ведения горных работ. В настоящее время в выработанном пространстве участков имеется два водоема. Месторождение расположено в континентальной части природного комплекса уссурийских лесов, определяемом горной системой Сихотэ-Алинь. Для флоры этих лесов характерно сочетание неморальных и бореальных природных комплексов с множеством эндемичных маньчжурских видов вместе с бореальными охотскими, евросибирскими, а также субтропическими видами. В современный период на западных склонах Сихотэ-Алиня сосредоточены основные массивы кедрово-широколиственных и долинных широколиственных лесов.
Для определения содержания тяжелых металлов в растениях, на пунктах мониторинга, в начале летнего сезона, отбирались образцы зеленых листьев березы маньчжурской Betula mandshurica Nakai.
Содержания тяжелых металлов в растительных образцах на пунктах мониторинга рассматриваются в настоящей работе относительно содержаний в фоновых (условно незагрязненных) образцах.
В специализированной лаборатории производилось определение таких тяжелых металлов как: Pb, Cd, Zn, As, Hg и Cu (табл. 1).
Таблица 1
Результаты химических анализов листвы березы маньчжурской на пунктах биологического
мониторинга поля разреза «Реттиховский»
| № обр. | Место обора | Влага, % | Зола, % (в пересчете на сухое вещество) | Концентрация, мг/кг | |||||
| Pb | Cd | Cu | Zn | Hg | As | ||||
| 4 | П.м.№3: не рекультивированный борт уч. Восточный | 3,62 | 3,64 | 2,17 | 0,462 | 3,1 | 34,9 | 0,0004 | 0,013 |
| 5 | П.м.№ 2: рекульти-вированный борт уч. Восточный | 3,56 | 4,24 | 3,02 | 1,715 | 2,2 | 37,7 | 0,0006 | 0,019 |
| 6 | П.м.№ 1: фоновый участок | 3,39 | 4,07 | 2,34 | 0,318 | 5,3 | 33,9 | 0,0002 | 0,019 |
| 7 | П.м. № 4: уч. Западный | 2,85 | 2,97 | 2,14 | 3,074 | 2,3 | 36 | 0,0004 | 0,024 |
Интерпретация результатов анализов свидетельствует о том, что содержание свинца в листьях березы, отобранных на пункте мониторинга № 2, повышено относительно фона в 1,3 раза. На остальных пунктах концентрации Pb не превышают фоновых значений. Аккумуляции свинца в листьях, относительно его содержаний в почве, не происходит.
Содержание меди на обследованных пунктах не превышает фонового значения. Концентрирования меди зеленой листвой березы также зафиксировано не было. Содержание меди в листве ниже, чем ее содержание в почвах.
Превышение фоновой концентрации кадмия наблюдается во всех отобранных образцах березы. Так, на участке «Западный» отмечено превышение концентрации кадмия относительно фона в 9,6 раза, на рекультивированном борту участка «Восточный» – в 5,4 раза и на борту, оставленном под самозарастание – в 1,5 раза. Известно [2], что содержание кадмия в растениях в концентрации выше 1,0 мг/кг сухого вещества, является токсичным для растений.
Кроме этого, коэффициент биоаккумуляции кадмия березой на разных участках варьирует от 2 до 20. Кадмий беспрепятственно мигрирует в листву, не задерживаясь в корневой системе. Высокая степень биоаккумуляции кадмия связана с его доступностью для растения.
Примитивные почвы, формирующиеся на отвальных сульфидсодержащих породах, характеризуются повышенной кислотностью. С увеличением кислотности в почве возрастает содержание доступного для растений кадмия и соответственно его транспорт в растения. С другой стороны, концентрирование кадмия в листьях древесных растений может быть проявлением защитного механизма. Так древесные растения за счет явления листопада избавляются от избытка токсичных соединений. Однако после разложения листвы поллютанты вторично поступят в почву.
По ртути, в отобранных на техногенных участках образцах листьев березы, наблюдается превышение фоновых концентраций в 2-3 раза, причем максимальное превышение зафиксировано на рекультивированном участке.
Концентрации мышьяка и цинка в отобранных образцах незначительно превышают фоновые концентрации этих элементов.
Установлено, что относительно зафиксированных в почве содержаний цинка, в листьях березы происходит его аккумуляция почти в 2 раза интенсивнее. Другие исследователи [Ветчинникова Т.Ю. с соавторами, 2006] отмечают тот факт, что к концу вегетативного периода концентрация цинка в зеленых частях растений достигает еще больших значений.
Содержание тяжелых металлов в растениях зависит не только от концентрации конкретного экотоксиканта в почве, но и от его сочетания и соотношения с другими компонентами. Имеются данные [3], что кадмий сдерживает накопление свинца растениями, а концентрация кадмия растениями возрастает в присутствии свинца и снижается на фоне загрязнения почвы цинком.
Наименьшие концентрации тяжелых металлов в листве березы зафиксированы в образцах, отобранных на участке нарушенных земель и оставленных под самозарастание. Это можно объяснить тем, что при проведении технического этапа рекультивации происходит перемещение слоев грунта, сульфидсодержащие породы попадают в верхний слой грунта, что приводит к увеличению кислотности. На участках же, оставленных под самозарастание, вторичного перемещения грунтов не происходит.
Таким образом, в результате исследований, проведенных в рамках биологического мониторинга, были установлены концентрации тяжелых металлов в растительных образцах и почвах, определены коэффициенты биоаккумуляции тяжелых металлов, афиксировано разное накопление загрязняющих веществ (ионов) на разных участках мониторинга, что объясняется различной толерантностью, составом и свойствами почв, определяющих подвижность тяжелых металлов. Высокая кислотность в почвах на буроугольных месторождениях является важным фактором, определяющим доступность тяжелых металлов для растений. Кроме этого, немаловажным фактором, определяющим накопление того или иного токсиканта, является сочетание и соотношение между всеми поллютантами. Так, на фоне высоких значений свинца в почве отмечено уменьшение коэффициента биологической аккумуляции листьями березы, что связано с антагонизмом кадмия по отношению к свинцу.
Литература
1. Ветчинникова Т.Ю., Ветчинникова Л.В., Титов А.Ф., Морозов А.К. Содержание тяжелых металлов в листьях берез в летний и осенний периоды. // Современные экологические проблемы Севера. Материалы Международной конференции (К 100-летию со дня рождения О.И. Семенова-Тян-Шанского). – Апатиты, 2006.
2. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х., Микроэлементы в почвах и растениях. – М.: Мир. 1989. – 250 с.
3. Уткин А.А. Накопление тяжелых металлов растениями при полиэлементном загрязнении торфяной низинной почвы // Современные экологические проблемы Севера. Материалы Международной конференции (К 100-летию со дня рождения О.И. Семенова-Тян-Шанского). – Апатиты, 2006.
СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЛЫНИ ГМЕЛИНА НА ТЕРРИТОРИИ ШЕРЛОВОГОРСКОГО ГОРНОРУДНОГО РАЙОНА
О.В. Гудкова 1, Г.А. Юргенсон2
1Забайкальский государственный гуманитарно-педагогический университет, Чита, Россия, bredi@mail.ru
2 Институт природных ресурсов экологии и криологии СО РАН, Чита, Россия, inrec.sbras@mail.ru
QUANTITY OF HEAVY METALS IN THE GMELYN WORMWOOD ON THE TERRITORY OF SHERLOVOGORSKIY MINING DISTRICT
O.V. Gudkova1, G.А. Yurgenson2
1ZabSPU, Chita, Russia, bredi@mail.ru
2 Institute of Natural Resources, Ecology and Criology SB RAS, Chita, Russia, inrec.sbras@mail.ru
Разработка месторождений резко меняет ландшафтно-геохимическую обстановку на площади самого месторождения, а также на прилегающей территории, что зачастую приводит к усилению деструктивных процессов в геотехногенных ландшафтах.
Типичным представителем такого комплекса экосистем является Шерловогорский горно-промышленный район и прилегающий к нему пгт. Шерловая гора (рис. 1) [2].
С целью выявления причинно-следственных связей в системе: геологический субстрат - индивиды различных видов – растительное сообщество нами в период с 2002 по 2008 г изучаются биогеохимические особенности поступления ТМ в растения [1,4]. Содержание меди, цинка, кадмия, олова и свинца в полыни Гмелина отражены в (табл. 1). При анализе растительных проб использовали метод масс – спектрометрии с индуктивно связанной плазмой, прибор: ICP-MS Elan DRC II PerkinElmer (США) - Хабаровский инновационно-аналитический центр, аналитики Будкина А. Ю, Голубева Е.М.
Рис. 1. Геологическая карта Шерловогорского массива (составлена с использованием
геологической основы В.В.Аристова и др. [1961]).
1 – роговики, 2 – габбро, диориты, 3 – граниты порфировидные, 4 – граниты крупнозернистые, 5 – гранит-порфиры, 6 – аплиты, 7 – зоны трещиноватости, 8 – грейзеновые тела, 9 – внемасштабные зоны грейзенезации, 10 – зоны дробления, 11 – геологические границы, 12 – старые выработки и отвалы и их номера на карте, 13 – внемасштабные выработки и их номера. Выработки на карте: 1 – Поднебесных, 2 – Новиковская, 3 – Белотопазовая, 4 – Мелехинская-I, 5 – Мелехинская-II, 6 – Гелиодоровая, 7 – Лизкина Яма, 8 – Мелехинская, 9 – Кондратьевская, 10 – Золотой Мыс, 11 – Лукаво-Золотая, 12 – Миллионная, 13 – Золотой Отрог, 14 – жила Кузнецова.
Таблица 1
Среднее содержание ТМ в полыни Гмелина (мг/кг)
| Место отбора | Орган растений | Среднее содержание | Число проб (n) | ||||
| Cu | Zn | Cd | Sn | Pb | |||
| Жила Новая | Цветы | 23,08 | 115,45 | 0,18 | 3,90 | 1,90 | 4 |
| Листья | 126,05 | 555,53 | 2,29 | 51,40 | 14,20 | 3 | |
| Стебли | 9,23 | 58,11 | 1,23 | 6,86 | 1,21 | 6 | |
| Корни | 33,42 | 212,65 | 0,82 | 58,12 | 26,28 | 4 | |
| Участок Поднебесных | Цветы | 15,33 | 40,37 | 0,74 | 12,87 | 0,64 | 4 |
| Листья | 18,46 | 79,71 | 20,13 | 20,13 | 20,13 | 4 | |
| Стебли | 2,76 | 21,82 | 19,75 | 19,75 | 0,36 | 2 | |
| Корни | 5,20 | 23,22 | 10,64 | 10,64 | 1,05 | 2 | |
| Сопка Лукаво-Золотая | Цветы | 23,12 | 32,55 | 0,24 | 0,74 | 1,67 | 3 |
| Листья | 19,64 | 58,27 | 0,58 | 18,87 | 1,20 | 3 | |
| Стебли | 8,25 | 18,73 | 1,05 | 17,41 | 0,97 | 4 | |
| Корни | 4,78 | 13,73 | 0,58 | 29,99 | 1,34 | 4 | |
| Карьер, отвалы карьера | Цветы | 21,92 | 49,53 | 3,13 | 0,49 | 1,77 | 3 |
| Листья | 7,56 | 61,93 | 2,09 | 0,76 | 4,82 | 12 | |
| Стебли | 3,18 | 20,85 | 0,47 | 0,14 | 0,37 | 3 | |
| Корни | 12,74 | 24,79 | 0,50 | 0,20 | 0,52 | 3 | |
| Хвостохранилище | Цветы | 17,67 | 78,74 | 5,25 | 2,28 | 7,32 | 3 |
| Листья | 20,06 | 178,95 | 17,33 | 12,08 | 24,53 | 5 | |
| Стебли | 7,75 | 56,39 | 10,42 | 20,09 | 8,17 | 3 | |
| Корни | 19,04 | 85,82 | 10,28 | 66,86 | 18,88 | 4 | |
| Фон | Цветы | 20,13 | 42,92 | 0,48 | 2,47 | 1,38 | 3 |
| Листья | 13,05 | 58,84 | 0,40 | 9,11 | 0,45 | 3 | |
| Стебли | 6,72 | 8,84 | 0,30 | 15,37 | 0,20 | 3 | |
| Корни | 4,46 | 10,05 | 0,83 | 22,28 | 1,28 | 3 | |
Отбор проб производили по площадкам размером 4
4 м. В каждую растительную пробу вошло около 10-15 растений одного вида, которые разделяли на органы: корни, стебли, листья, цветы или семена. Поэтому каждая из проб представляет собой статистически однородную выборку, а составленная из них выборка объединяет от 20-120 растений.Исходя, из полученных данных следует, что в полынь Гмелина характеризуется наибольшей средней концентрацией цинка(555,53 мг/кг), причем максимальное его количество на всех участках аккумулируется в листьях. В стеблях полыни Гмелина обнаружены наименьшие концентрации цинка (8,84 мг/кг).
Наибольшее количество меди обнаружено также в листьях на участке Жилы Новой (126,05 мг/кг), что в восемь раз превышает ПДК.
Получены новые данные о содержаниях в степной растительности Забайкалья кадмия и олова. Выявлено, что фоновые содержания кадмия в полыни Гмелина в целом соответствует известным литературным данным (табл. 2).
В цветах полыни Гмелина обнаружены низкие содержания кадмия (0,18), за исключением участков карьера и хвостохранилища (3,13 мг/кг; 5,25 мг/кг соответственно). Наибольшее количество кадмия, содержится в листьях и стеблях (19,75 мг/кг; 20,13 мг/кг).
Олово, в отличие от других ТМ концентрируется, в основном, в корнях полыни Гмелина (66,86 мг/кг).
Содержание свинца находится пределах ПДК по всех органах, на всех изучаемых участках.
Таблица 2
Содержание металлов в растениях, мг/кг по обобщенным данным
| Элемент | Пределы колебаний в незагрязненных территориях | Пределы варьирования в степной растительности Забайкалья (Убугунов…, 2004) | Токсичная концентрация в листьях (Кабата-Пендиас..., 1989) |
| Cu | 2- 30 | 2,0 – 9,3 | 20 - 100 |
| Zn | 1,2 - 73 | 7,8 – 41,3 | 100 - 400 |
| Pb | 0,7- 9 | 0,59 – 2,70 | 30 - 300 |
| Cd | 0,11 – 0,66 | - | 5 – 30 |
| Sn | 0,2 – 1,90 | - | 60 |
«-» нет данных.
Литература
1. Гудкова О.В. Биогеохимические особенности миграции цинка в районе Шерловогорского горнопромышленного района // Современные проблемы геохимии: Материалы конференции молодых ученых. – Иркутск: Издательство Институт географии им. В.Б.Сычавы СО РАН, 2007. – С.97-99.
2. Кабата – Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях: Пер. с англ. – М.: Мир, 1989. – 439 с.
3. УбугуновВ.Л., Кашин В.К. Тяжелые металлы в садово-огородных почвах и растениях г. Улан-Удэ. – Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2004. – 128 с.
4. Yurgenson G.A., Goryachkina А.G., Solodukhina М.А., Frolov А.I. The Sherlovogorsk Ore-Magmatic System and Its Mineral Resources.// Proceedings for the 5th International Symposium on Geological and Mineragenetic correlation in the Contiguous Regions of China, Russia and Mongolia. Changchun, China Oct.8 –10, 2003. – Changchun: International Centre for Geoscientific Research and Education in Northeast Asia, Jilin University, 2003. – P.18-21.