Интенсивное развитие различных отраслей промышленного производства, средств передвижения приводит к значительному загрязнению среды химическими веществами. Наибольшую опасность в качестве источников загрязнения представляют тяжелые металлы (ТМ). Кумулятивный характер накопления ТМ приводит к тому, что с каждым годом возрастает их влияние на окружающую среду.
Основное направление экологических исследований по тяжёлым металлам - это определение концентрации ТМ в почве. Мало сведений о распространении ТМ по органам растений и накоплении их в жизненно важных продуктах. Изучение влияния природных и антропогенных комплексов среды обитания на различные участки метаболизма овощей еще долго будет оставаться в кругу интересов теоретиков и практиков. Целесообразно сосредоточить внимание на проблеме оценки влияния ТМ на овощи и их накопление, что вызывает необходимость изучения содержания их в системе почва - растение.
Широкое применение овощей (картофеля, моркови, свеклы) делает актуальными исследования с целью определения содержания ТМ в этих культурах, а также накопления и содержания свинца, кадмия, цинка, меди, никеля марганца в исследуемых почвах в условиях г. Магнитогорска.
Цель нашей работы ‒ оценить санитарно-гигиеническое качество овощей, выращиваемых на территориях, сопредельных с техногенными объектами, и в пригородной зоне промышленных зон, связанных с деятельностью металлургических предприятий.
Материалы и методы исследования
Основной жилой массив города расположен с западной стороны металлургического комбината на правом берегу реки Урал. Промплощадка металлургического комбината шириной до 3 км и длиной до 6 км размещена с юга на север вдоль левого берега реки Урал. В пригородной зоне (Агаповский район; Наровчатский совхоз) сосредоточены плантации картофеля, моркови и свеклы, овощи с которых наиболее часто оказываются в рационе жителей г. Магнитогорска.
Агаповский район расположен относительно ОАО «ММК» в юго-восточной стороне на расстоянии 20 км от города. В качестве контроля рассматривали территорию Наровчатского совхоза Агаповского района, расположенного на расстоянии 23 км от города.
Коллективный сад «Березовая роща» расположен северо-западнее относительно ОАО «ММК» на расстоянии 6 км от города.
Морковь (семейство: зонтичные - apiumaceae, вид: морковь Daucus carota L.) - двулетнее растение семейства сельдерейные.
Свекла столовая (семейство: маревые - chenopodiaceae, вид: свекла столовая - Beta vulgaris L.) - корнеплодное растение семейства маревых.
Картофель (семейство: паслёновые - Solonacae, вид: картофель - Solonum tuberosum).
Отбор проб почвы проводился в соответствии с требованиями, указанными в ГОСТ 17.4.3.01-83, ГОСТ 17.4.4.02-84, ГОСТ 28168-89. Размер пробной площадки составлял 10×10 м. Почва отбиралась методом «конверта», образцы почвы ссыпались на полиэтиленовую плёнку и тщательно перемешивались, квартовались 3 раза (измельчённая почва разравнивалась в виде квадрата, делилась на четыре части, две противоположные части отбрасывались, две оставшиеся перемешивались). После квартования почва разравнивалась, условно делилась на шесть квадратов, из центра которых отобрали примерно одинаковое количество почвы в полотняный мешочек, массой около 1 кг.
Отбор проб овощных культур проводился в соответствии с требованиями, указанными в ГОСТ 17.4.3.01-83, ГОСТ 17.4.4.02-84, ГОСТ 28168-89. Пробы овощных культур отбирались на исследуемых участках точечными пробами по диагонали, через равные расстояния, в трёх точках, массой около 1 кг. Точечные пробы помещались на брезент, соединялись, и получалась объединенная проба, которая делилась на три группы по величине плода: крупные, средние и мелкие. От каждой группы отбиралось 20% культурных овощей, общей массой 1 кг. Пробу упаковывали в полиэтиленовый мешок и вкладывали этикетку: место отбора; наименование культуры; масса партии; дата отбора пробы; подпись отобравшего пробу.
Исследования проводились на базе центральной химической лаборатории Сибайского филиала Учалинского горно-обогатительного комбината. Определение ТМ проводилось методом атомно-абсорбционной спектрометрии на приборе Contr-AA фирмы Analitic. Анализ проб почвы и картофеля проводили в соответствии с методическими указаниями ЦИНАО (1992). Для оценки масштаба загрязнения почв мы определяли подвижные формы ТМ, т.е. наиболее доступные для живых организмов. Подвижные формы извлекали ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН = 4,8. Минерализацию растительных проб проводили методом сухого озоления [3].
Для оценки качества агроэкосистем использовали следующие показатели: кларковое и фоновое содержание тяжелых металлов в почве, предельно-допустимую (ПДК) и ориентировочно-допустимую концентрацию (ОДК) тяжелых металлов для почвы и ПДК для растений [1, 3, 4, 6, 7].
Результаты исследования и их обсуждение
В табл. 1 приведены концентрации ТМ в овощах и почвах по удалению от источника загрязнения.
Среднее содержание тяжелых металлов в почвах и овощах
|
Место отбора |
Содержание элементов, мг/кг |
|||||
|
Pb |
Cd |
Mn |
Cu |
Ni |
Zn |
|
|
Картофель |
||||||
|
Агаповка |
0,09 ± 0,01 |
0,01 ± 0,007 |
1,94 ± 0,11 |
0,78 ± 0,19 |
0,14 ± 0,03 |
1,37 ± 0,04 |
|
Наровчатка |
0,10 ± 0,03 |
0,02 ± 0,009 |
1,88 ± 0,15 |
0,92 ± 0,24 |
0,10 ± 0,02 |
2,34 ± 0,35 |
|
Коллективный сад |
0,43 ± 0,11 |
0,03 ± 0,01 |
2,24 ± 0,21 |
1,00 ± 0,16 |
0,20 ± 0,03 |
4,46 ± 1,23 |
|
Морковь |
||||||
|
Агаповка |
0,41 ± 0,12 |
0,02 ± 0,006 |
6,06 ± 0,22 |
0,40 ± 0,01 |
0,23 ± 0,02 |
2,48 ± 0,24 |
|
Наровчатка |
0,44 ± 0,08 |
0,02 ± 0,006 |
5,10 ± 0,16 |
0,46 ± 0,02 |
0,27 ± 0,02 |
2,17 ± 0,15 |
|
Коллективный сад |
0,56 ± 0,04 |
0,04 ± 0,005 |
9,14 ± 0,22 |
0,52 ± 0,04 |
0,39 ± 0,02 |
4,23 ± 0,11 |
|
Свекла |
||||||
|
Агаповка |
0,12 ± 0,02 |
0,03 ± 0,004 |
19,64 ± 1,16 |
1,75 ± 0,08 |
0,14 ± 0,02 |
2,84 ± 0,74 |
|
Наровчатка |
0,09 ± 0,004 |
0,01 ± 0,002 |
13,2 ± 1,48 |
1,04 ± 0,21 |
0,10 ± 0,02 |
3,79 ± 0,19 |
|
Коллективный сад |
0,22 ± 0,02 |
0,07 ± 0,004 |
25,99 ± 0,36 |
2,24 ± 0,21 |
0,26 ± 0,02 |
4,90 ± 1,58 |
|
Почва |
||||||
|
Агаповка |
5,22 ± 0,19 |
0,84 ± 0,02 |
63,80 ± 1,30 |
2,30 ± 0,16 |
1,28 ± 0,19 |
3,62 ± 0,28 |
|
Наровчатка |
4,98 ± 0,26 |
0,75 ± 0,011 |
55,00 ± 2,24 |
2,14 ± 0,21 |
1,30 ± 0,27 |
3,86 ± 0,23 |
|
Коллективный сад |
6,86 ± 0,27 |
1,00 ± 0,16 |
80,8 ± 5,63 |
3,42 ± 0,53 |
1,52 ± 0,19 |
5,12 ± 0,67 |
Загрязненность Pb изученных почв характеризуется как средняя, концентрация Pb в исследуемых образцах почв составляет от 5,22 до 6,86 мг/кг при содержании в условном контроле, равном 4,98 мг/кг, превышает ПДК для подвижного содержания в коллективном саду. Кроме того, данная концентрация превышает региональный геохимический фон (РГФ) (0,75 мг/кг) [6].
Исследуемые почвы, согласно шкале экологического нормирования [5], характеризуются повышенным уровнем содержания Cd. В исследуемых образцах почвы концентрация подвижного Cd в 4,2-5 раз больше фоновых значений. Этот показатель также был выше кларка (0,13 мг/кг) и РГФ (0,15 мг/кг).
Загрязненность Mn почв исследуемых участков характеризуется как слабая, уровень содержания этого металла в почвах низкий. Концентрация Mn в исследуемых образцах почв составляет от 63,8 до 80,8 мг/кг при содержании в условном контроле, равном 55,0 мг/кг, и не превышает ПДК для подвижных форм.
Загрязненность Cu почв исследуемых участков характеризуется как средняя, концентрация этого металла в исследуемых образцах почв варьируется от 2,3 до 3,42 мг/кг (содержание в условном контроле - 2,14 мг/кг) и превышает ПДК для подвижного содержания в коллективном саду. Кроме того, средние содержания на этом же участке приближаются к значению лимитирующего транслокационного показателя вредности (3,5 мг/кг) [6].
Загрязненность Ni и Zn почв исследуемых участков характеризуется как слабая, уровень содержания этого металла в почвах низкий. Концентрация Ni в исследуемых образцах почв составляет от 1,28 до 1,52 мг/кг при содержании в условном контроле, равном 1,3 мг/кг, и не превышает ПДК для подвижных форм. Концентрация Zn в исследуемых образцах почв составляет от 3,62 до 5,12 мг/кг при содержании в условном контроле, равном 3,86 мг/кг, и не превышает ПДК для подвижных форм. В то же время, данная концентрация превышает региональный геохимический фон (РГФ) (1,6 мг/кг) [6].
В условиях техногенного загрязнения почв ТМ идет накопление их в растениеводческой продукции, что подтверждено исследованиями клубней картофеля, моркови и свеклы.
Относительно высокое содержание Cd (0,07 мг/кг), в 2,3 раз превышающее ПДК, обнаружено в свекле и превышение содержание Pb в 1,12 раз над ПДК - в моркови, выращенной в Коллективном саду, расположенном северо-западнее относительно градообразующего предприятия, на расстоянии 6 км от него.
Повышение содержания ТМ в почве вызывает увеличение их содержания в овощах. В ряде случаев наблюдается корреляция между содержанием элементов в почве и растительных культур, например, между подвижным содержанием кадмия в почве и свекле (R = 0,73).
Выводы
Почва всех исследованных участков в условиях г. Магнитогорска превышает ПДК по кадмию. Овощные культуры: картофель, свекла столовая, морковь столовая не являются накопителями ТМ. Исследуемые овощные культуры: картофель, свекла столовая, морковь столовая соответствуют санитарно-гигиеническим нормам и пригодны для употребления в пищу.
Согласно Методическим указаниям ... (1993) на загрязненных территориях необходимо проводить мероприятия, направленные на снижение уровня воздействия источников загрязнения почвы, на уменьшение доступности токсикантов для растений (известкование, внесение органических удобрений и т.п.) [4].
Рецензенты:
-
Черчинцев В.Д., д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Промышленная экология и БЖД» ФГБОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова», г. Москва;
-
Суюндуков Я.Т., д.б.н., профессор, директор ГАНУ Институт региональных исследований, г. Сибай.
Работа поступила в редакцию 05.07.2012.