Биоиндикация урбоэкосистемыг. Павлодара по содержанию химических элементов в золе листвы тополя черного Populus nigra L. | Вестн. Том. гос. ун-та. 2010. № 338.

Биоиндикация урбоэкосистемыг. Павлодара по содержанию химических элементов в золе листвы тополя черного Populus nigra L.

Установлен высокий уровень накопления химических элементов в золе листьев P.nigra L. и построен геохимический ряд (по Кс):Cr22 > Sb8,2 > Zn6,7 > Na2,5 > Tb2,3 > Lu2,2 > Yb1,9 > Ca1,8 > Ba1,7 > Co1,5 =Eu1,5 > Fe1,3 > Sc1,2 = Rb1,2 = Sr1,1 = U1,1 = Ta1,1 > Ce1,0 = Sm1,0 == Th1,0 = Hf1,0. Определены как наиболее значимые две микроассоциации: Lu-Ce и Sm-La-Th-Sc на территории г. Павлодара

Bioindication of chemical elements content inashes of Populus nigra L. leaves in urboecosystem of Pavlodar city.pdf Павлодарская область является одним из наиболеехимических элементов отдельными компонентами эко-развитых в экономическом отношении регионов Рес-систем и изменения их продуктивности [5].публики Казахстан, имеющих стратегическое значениеЖивые организмы как наиболее динамичная ком-для всей страны. Ключевой экологической проблемойпонента ландшафта всегда реагируют на любое изме-Павлодарской области является загрязнение атмосфер-нение в нем даже при отсутствии видимых нарушенийного воздуха. Пятая часть всех выбросов загрязняющихв других составляющих. Поступление высоких концен-веществ в атмосферу по Казахстану приходится на Пав-траций химических веществ в окружающую среду от-лодарскую область, экологическая ситуация характеризу-ражается на элементном составе растительности. Вется как напряженная [1]. Павлодарская область подвер-настоящее время с развитием высокочувствительныхжена высокому техногенному загрязнению, т.к. базовымиметодов определения микроэлементного состава объ-отраслями экономики области являются горнодобываю-ектов природной среды стало возможным исследоватьщая, нефтеперерабатывающая и химическая промышлен-широкий спектр химических элементов [6].ность, черная и цветная металлургия, энергетика. На тер-В настоящей работе представлены данные по нако-ритории области действовал Семипалатинский ядерныйплению в листве тополя черного химических элемен-полигон (39% его территории находится на землях Май-тов, в том числе загрязнителей, при фоновых условияхского района Павлодарской области). В области насчиты-(кларк ноосферы) и при антропогенном воздействии навается значительный парк передвижных источников за-природную среду в условиях промышленного центрагрязнения атмосферного воздуха.на северо-востоке Казахстана.В Павлодарской области зарегистрированоЦель работы - оценка эколого-геохимического со-200 крупных предприятий - природопользователей,стояния территории г. Павлодара по данным химиче-осуществляющих выбросы в атмосферу из 3 880 источ-ского анализа золы листьев тополя черного - Populusников. По территориальной принадлежности основнаяnigra L.масса выбросов принадлежит промышленным пред-Задачи исследования:приятиям, расположенным в городах Павлодарской1. Установить уровни накопления химических эле-области: Экибастуз (43%), Аксу (30%) и Павлодарментов в золе листьев Populus nigra L. на территории(25%), на долю всех остальных районов области при-г. Павлодара.ходится лишь 2% выбросов. При этом основная масса2. Выявить ассоциации микроэлементов, характер-промышленных выбросов Павлодарской области по-ных для листьев тополя черного на территорииступает от предприятий теплоэнергетики и металлур-г. Павлодара.гической промышленности [1].Объектами исследования явились листья тополя чер-Общеизвестно, что промышленные предприятия вного из 55 точек г. Павлодара. Отбор проб листьевзависимости от их мощности и характера производстваPopulus nigra L. проводили по стандартной методике [7].могут влиять на изменение геохимических особенно-Для количественного анализа на содержание в ли-стей территорий как на локальном уровне, так и в ре-стьях токсичных, радиоактивных, редкоземельных,гиональном, и в глобальном масштабах [2]. Химиче-благородных и других элементов использовали совре-ские элементы распределяются в объектах окружаю-менный высокочувствительный ядерно-физическийщей среды и включаются в протекание природных гло-метод инструментального нейтронно-активационногобальных, региональных биогеохимических циклов.анализа (ИНАА) с облучением тепловыми нейтронамиРастения, представляющие уровень продуцентов и об-на Томском исследовательском реакторе ИРТ-Т НИИЯФладающие избирательностью процессов поглощения,в лаборатории ядерно-геохимических методов исследо-способствуют включению химических элементов ввания кафедры геоэкологии и геохимии Томского поли-биологический круговорот [3, 4].технического университета. Данный метод ИНАА обла-Популяции живых организмов, в том числе расти-дает рядом преимуществ по сравнению с другими, в томтельные объекты, отражают распределение химическихчисле дает возможность определять в широком диапазо-элементов по трофическим уровням, участвуя в стаби-не (от n.1 до n.10-6%) содержание химических элемен-лизации среды как в роли своеобразных биогеохимиче-тов. При этом не используется химическая подготовкаских барьеров, так и в качестве их накопителей в пи-проб, что исключает погрешности за счет привноса илищевых цепях. Антропогенная трансформация природ-удаления элементов вместе с реактивами [8].ной среды, в том числе ее химическое загрязнение, не-Накопление и обработку аналитических данныхизбежно ведет к деформации этих обменных процес-проводили на IBM PC/AT совместимых компьютерах ссов, прежде всего, за счет избирательного накопленияиспользованием программ STATISTICA, версия 6.0 и212др. При статистической обработке данных определялического исследования позволила получить серию мо-следующие основные параметры: пределы значений,ноэлементных карт-схем, отражающих распределениематематическое ожидание (среднее значение), медиана,концентраций элементов-загрязнителей на территориимода, стандарт и вариация. После расчета показателейг. Павлодара.концентрации выборка представлялась в виде набораНами изучен широкий спектр химических элемен-относительных характеристик аномальности химиче-тов (26 элементов), включая редкие, редкоземельные,ских элементов в виде геохимических ассоциативныхрадиоактивные и благородные элементы в золе листь-рядов элементов с показателями накопления (Кс, Кк) вев Populus nigra L.порядке убывания. Такой набор позволил дать качест-Анализ полученных материалов показывает, что навенную и количественную оценку геохимической ассо-территории г. Павлодара наблюдается неравномерноециации золы листвы Populus nigra L.распределение практически большей части изученныхДля пространственного анализа полученных данныхэлементов. О наличии участков с явными аномальнымииспользовали возможности современных геоинформа-значениями изучаемых элементов свидетельствуютционных технологий (Arc View, Spatial Analyst, Surfer).такие показатели, как стандартное отклонение, коэф-Т а б л и ц а 1Интеграция ГИС с результатами эколого-геохими-фициент вариации и др. (табл. 1).Статистические параметры распределения микроэлементов в золе листьев Populus nigra L. на территории г. Павлодара (55 проб), мг/кгЭлементСреднееСтандарт. ошибкаСтандарт. отклонениеMeдианаМодаМинМакс.V, %Na307548235741500120060014200116Ca1437645104378511460001260006700023300026Sc0,930,050,380,90,880,12,240Cr99,528,2160,8688,758,61,4369,861Fe3138194144128002600700820046Co9,230,543,99913,12,719,343Zn1145705161059114442042045Br5,450,594,44,40,80,22381Rb595,440,24524420,730168Ag0,510,010,110,50,50,51,321Sb0,810,050,390,780,10,11,7148La2,240,110,392,12,50,84,717Ce2,690,271,972,31,50,49,373Sm0,420,020,170,380,330,181,0541Yb0,200,020,110,160,10,10,5258Lu0,0200,020,010,010,010,0979Th0,520,030,230,490,450,021,2444U0,220,010,090,20,20,20,8543Hf0,290,020,180,280,280,061,0160Au0,0400,020,0390,040,0080,11761Ba22510,2175,702212846947034Sr932604459566466197148Cs0,460,050,340,490,10,11,2173Tb0,050,010,060,020,020,020,23120Ta0,0500,020,050,050,050,1936Eu0,130,010,050,130,160,050,2840Исходя из представлений о том, что при симметрич-ном (нормальном) распределении показатели среднего значения, моды и медианы примерно равны [9] установ-лено, что близки к нему распределения следующей вы-борки элементов: Sc, Ag, La, Sm, Ta, Zn, Th, Eu ,U.Особенностью техногенных ареалов является неодно-родность распределения в них химических элементов. Для сравнительного статистического анализа результатов эколого-геохимических исследований методом ИНАА были построены гистограммы по проверке нормального распределения содержания микроэлементов в золе листь-ев тополя черного на территории г. Павлодара. В качестве критерия соответствия эмпирического распределения нормальному теоретическому используют отношения показателей асимметрии и эксцесса к их стандартным ошибкам [10]. Гистограммы распределения химических элементов в золе листьев показали, что в большинстве случаев наблюдается некоторая асимметрия в левую илив правую сторону. Следует отметить, что аномальные концентрации элементов, выходящих за пределы вариа-ционной кривой нормального распределения, относятся к следующим: Na, Cr, Fe, Co, Zn, Br, Rb, La, Ce, Sm, Yb, Lu, Th, U, Hf, Au, Ba, Tb, Ta.Построенная дендрограмма (рис. 1) кластерного ана-лиза элементного состава позволяет разбить изученные химические элементы (25) на группы, которые объединя-ют элементы с наивысшими значениями меры сходства (парных коэффициентов корреляции Пирсона, r).Геохимические спектры микроэлементов в золе ли-стьев тополя черного образуют значимые ассоциации (рис. 1). Отчетливо выделены несколько групп ассо-циаций, среди которых можно выделить элементы, от-носящиеся к пылеаэрозольным промышленным выбро-сам, например ТЭЦ (Eu, Fe, Yb, Lu, Ce, Hf, Sm, La, Th, Sc; Sr, Co, Ba, Ca) и нефтехимического производства (Cs, Rb, Au, Br).213Рис. 1. Дендрограмма корреляционной матрицы геохимического спектра микроэлементов в золе листьев Populus nigra L. по методу ИНАА на территории г. ПавлодараНаиболее значимые среди них выделены 2 группы мик-Результаты анализа полученных данных позволилироассоциаций на территории г. Павлодара: Lu, Ce и Sm, La,построить следующие геохимические ряды показате-Th, Sc; эти микроэлементы могут поступать в раститель-лей: Cv, Кс и Кк (табл. 2). В качестве значений кларканость через аэрогенные выбросы зольного происхождения.использовали показатель для ноосферы [11].Т а б л и ц а 2Геохимическая специализация на территории г. Павлодара в золе листьев Populus nigra L.ПоказательГеохимические рядыCvTb > Na > Lu > Ce > Rb > Cr > Hf > Yb > Sb = Sr > Fe > Zn > Th > Co = U > Sm > Sc = Eu > BaКсCr21.6 > Sb8,2 > Zn6,7 > Na2,5 > Tb2,3 > Lu2,2 > Yb 1,9 > Ca1,8 > Ba1,7 > Co1,5 = Eu1,5> Fe1,3>Sc1,2 = Rb1,2 > Sr1,1 = U1,1 = Ta1,1 > Ce1,0 = Sm1,0 = Th1,0 = Hf1,0КкAu59 > Zn25 > Sr23 > Ca9,1 > Ba6,2 > Sb3,3 > Cr2,0 > Rb0,6 > Co0,4 > Na0,2 = La0,2 > Sc0,1 = Fe0,1 = Br0,1 = U0,1 = Hf0,1 > Ce0,08 >Tb0,07 = Cs0,07 = Th0,07 > Lu0,05 > Ag0,03 = Ta0,03 > Yb0,006Примечание. Полужирным выделены токсичные элементы.По коэффициенту вариации (Cv) токсичных элемен-карты распределения токсичных элементов в золе ли-тов построен следующий ряд убывания: Cr > Sb = Sr >стьев тополя черного Populus nigra L. на территории>Zn > Co>Ba.г. Павлодара (рис. 2).По коэффициенту концентрации (Кс) элементы, от-Пространственное распределение рассмотренныхносящиеся к трем классам токсичности, располагаются вэлементов (Ba, Co, Sr и Sb) на территории г. Павлодараследующем порядке: Cr21,6 > Sb8,2 > Zn6,7 > Ba1,7 > Co1,5 >носит неравномерный, очаговый характер. Отчетливые>Sr1,1.аномалии бария, кобальта, стронция и сурьмы выраже-В целом по городу наиболее высокие показателины на юго-западе и северо-востоке города. Небольшие(выше единицы загрязнения (Кс) имеют следующиеочаги распределения хрома и цинка установлены втоксичные элементы: хром, сурьма, цинк, стронций.центральной и юго-западной частях г. Павлодара.Значительно высокие показатели относительно кларкаВыраженные аномалии в юго-западной и северо-концентрации (Кк) отмечены для золота, цинка, строн-восточной частях города, на наш взгляд, соответствуютция, кальция, бария, сурьмы и хрома. К наиболее спе-направлению розы ветров (западное, юго-западное) ицифическим элементам относятся токсичные элементы.переносу аэрогенных выбросов ферросплавного заводаВ исследованиях М.С. Панина и Г.С. Ажаева уста-в г. Аксу и пылевых частиц от золоотвалов угольныхновлен геохимический ряд (Кс) элементов в воднойразрезов г. Экибастуза, а также связаны с трансгранич-фракции снега из селитебной зоны г. Павлодара: Cr5,6 >ным переносом элементов по долине р. Иртыша (вверх>Zn3,1 > Sr2,8 > Co2,5 [12, 13]. При сопоставлении дан-по течению реки расположен Семипалатинский поли-ных по накоплению токсичных элементов в золе листь-гон и металлургические предприятия г. Усть-ев тополя черного на территории города с геохимиче-Каменогорска). Эти данные позволяют утверждать, чтоским состоянием жидкой фазы снегового покрова на-уровень накопления изученных химических элементовблюдается региональная сходимость в концентрациив золе листьев отражает степень техногенного влиянияхрома, цинка, стронция и кобальта.развитого промышленного комплекса г. Павлодара,На основе полученных данных по химическому со-Павлодарской области и прилегающих территорийставу были построены моноэлементные схематическиеВосточно-Казахстанской области.214УСЛОВНЫ* OGOSHJHtHkH" Ч 1.-1.Ч ■■■! .'■.(■!■-ill' iО JHS 45+2J-E.lew | о-и | n- it| lb 1?П SJJ «S+абУСЛОВНЫе OCOJH fl^SHlUtс KiS «4■ ivyok.4-С A2£ Ы4lOUh4-вгУсловные ибсиилченияУсловны* обозначения| ■■■... I '■ mi-sb4I IID'IB 17П-2П0 WS Vi-fдеРис. 2. Схематические карты распределения токсичных элементов (Ва, Co, Sr, Sb, Cr, Zn)в золе листьев Populus nigra L., мг/кг сухой массы. Содержание токсичных элементов:а - бария; б - кобальта; в - стронция; г - сурьмы; д - хрома; е - цинка215По спектру химических элементов могут быть выделеныPopulus nigra L. и построен геохимический ряд (покак минимум 2 группы главных источников воздействия:Кс): Cr22 > Sb8,2 > Zn6,7 > Na2,5 > Tb2,3 > Lu2,2 > Yb1,9 >- предприятия угольной энергетики и металлообра-> Ca1,8 > Ba1,7 > Co1,5 = Eu1,5 > Fe1,3 > Sc1,2 = Rb1,2 = Sr1,1 =батывающей промышленности (Cr, Zn, Sb, Co);= U1,1= Ta1,1> Ce1,0 = Sm1,0 = Th1,0 = Hf1,0.- нефтехимическое производство и химическая2. На всей территории г. Павлодара в большей сте-промышленность (Zn, Sb, Co, Rb).пени в листьях тополя выражены токсичные элементыНа основании вышеизложенного можно сделатьCr > Sb > Zn.следующие выводы:3. Определены как наиболее значимые две микроас-1. В г. Павлодаре установлен высокий уровень на-социации: Lu, Ce и Sm, La, Th, Sc на территориикопления химических элементов в золе листьевг. Павлодара.

Ключевые слова

антропогенная трансформация растительности, биогеохимический мониторинг, геохимические спектры, аnthropogenous transformation of vegetation, вiogeochemical monitoring, geochemical spectra

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Шаймарданова Ботагоз ХасымовнаПавлодарский педагогический институткандидат биологических наук, доцент кафедры экологии и географииsbotagoz55@mail.ru
Асылбекова Гулмира ЕрмукановнаПавлодарский педагогический институтмагистр химии, старший научный сотрудник Научного центра биоценологии и экологических исследованийassylbekovag@mail.ru
Барановская Наталья ВладимировнаТомский политехнический университеткандидат биологических наук, доцент кафедры геоэкологии и геохимии института геологии и нефтегазового делаdgazn@narod.ru
Бигалиев Айтхажа БигалиевичКазахский национальный университет им. аль-Фарабидоктор биологических наук, профессор кафедры ботаники, почвоведения и экологии и географииaitkhazha@gmail.com
Корогод Наталья ПетровнаПавлодарский педагогический институтмагистр химии, старший преподаватель кафедры общей биологииnatalya_korogod@mail.ru
Всего: 5

Ссылки

Отчет начальника Павлодарского областного территориального управления охраны окружающей среды В.А. Бедненко. Павлодар, 2007. 6 с.
Алексеенко В.А. Экологическая геохимия: Учебник. М.: Логос, 2000. 627 с.
Виноградов А.П. Основные закономерности в распределении микроэлементов между растениями и средой // Микроэлементы в жизни растений и животных. М.: Наука, 1985. С. 7-20.
Безель В.С. Экологическая токсикология: популяционный и биоценотический аспекты. Екатеринбург: Гощицкий, 2006. 280 с.
Безель В.С., Бельский Е.А., Бельская Е.А. и др. Учение В.И. Вернадского о биохимических циклах и роль трофической структуры биоценоза в их стабилизации в фоновых условиях и при химическом загрязнении среды // Тяжелые металлы, радионуклиды в окружающей среде: Докл. IV Междунар. науч.-практ. конф. Семипалатинск, 2008. Т. 1. С. 5-10.
Барановская Н.В. Элементный состав биологических материалов и его использование для выявления антропогенно-измененных территорий (на примере южной части Томской области): Автореф. дис. … канд. биол. наук. Томск, 2003. С. 28.
Уфимцева М.Д., Терехова Н.В. Фитоиндикация экологического состояния урбогеосистем Санкт-Петербурга. СПб.: Наука, 2005. 66 с.
Рихванов Л.П., Язиков Е.Г., Сухих Ю.И. и др. Эколого-геохимические особенности природных сред Томского района и заболеваемость населения. Томск: Курсив, 2006. 216 с.
Шестаков Ю.Г. Математические методы в геологии: Учеб. пособие. Красноярск: Изд-во Краснояр. ун-та, 1988. 208 с.
Михальчук А.А., Язиков Е.Г., Ершов В.В. Статистический анализ эколого-геохимической информации. Томск: ТПУ, 2006. 72 с.
Глазовский Н.Ф. Техногенные потоки вещества в биосфере // Добыча полезных ископаемых и геохимия природных экосистем. М.: Наука, 1982. С. 86-95.
Панин М.С., Гельдымамедова Э.А., Ажаев Г.С. Эколого-геохимическая характеристика атмосферных осадков г. Павлодара // Доклады II Международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы, радионуклиды и элементы-биофилы в окружающей среде». Семипалатинск, 2002. Т. 2. С. 142-154.
Ажаев Г.С. Оценка экологического состояния г. Павлодара по данным геохимического изучения жидких и полевых атмосферных выпадений: Автореф. дис. … канд. геол.-минер. наук. Томск, 2007. 25 с.
 Биоиндикация урбоэкосистемыг. Павлодара по содержанию химических элементов в золе листвы тополя черного <i>Populus nigra </i>L. | Вестн. Том. гос. ун-та. 2010. № 338.

Биоиндикация урбоэкосистемыг. Павлодара по содержанию химических элементов в золе листвы тополя черного Populus nigra L. | Вестн. Том. гос. ун-та. 2010. № 338.

Полнотекстовая версия